白酒重要功能成分研究进展

朱安然，程平言，尤小龙，张二康，文 永，黎露露

（贵州习酒股份有限公司，贵州习水 564622）

中国白酒是世界上最古老的蒸馏酒之一，主要以小麦、高粱等为原料采用固态发酵制成，距今已有2000 多年的发展历史[1]。其酿造过程因酿酒原料、糖化发酵剂、酿酒设备、生产工艺及环境微生物等的多样性，不同地区、不同工艺生产的白酒各具特色，形成了我国白酒产品百花齐放的态势。

白酒生产过程具有多菌种发酵和工艺复杂的特性，因此其微量成分十分丰富，约占白酒的2%，是白酒风味和功能活性的物质基础。近年来，随着“健康中国2030 纲要”的实施，白酒中具有健康功效的微量成分逐渐成为广大研究者关注热点[2]，通过现代风味提取分离技术、现代风味检测分析技术、分子感官组学等技术手段的应用[3]，白酒中微量成分的研究飞速发展。据统计，白酒微量成分已多达1874 种，其中有超过138 种化合物被证实对人体健康有益，包含萜类、酚类、吡嗪类、氨基酸、多肽等有效成分，具有抗氧化、抗炎、降低心脑血管疾病、抗癌等多种功效[4]。为了实现白酒与健康双导向，本文综述了近年来白酒重要功能成分研究进展，以期为白酒健康研究思路提供参考。

1 白酒重要功能成分

1.1 萜类化合物

萜类化合物是异戊二烯聚合物及其衍生物的总称[5]，主要以萜烯、含氧衍生物的形式存在，将其按碳原子进行分类，可分为单萜、倍半萜、二萜、三萜和四萜或胡萝卜素。白酒中含有丰富的萜类化合物[6]，常见的主要有β-石竹烯、茴香脑、榄香烯和β-桉叶油醇等。萜类化合物一般有两个来源，一是来自酿酒微生物，例如酿酒酵母能够在谷物发酵过程中产生13 种不同的萜类化合物[7]；二是来自酿酒原料，在Wu 等[8]的研究中通过分析不同原料发酵后萜类化合物的变化，得出了酿酒原料和萜类化合物分布具有紧密联系的结论，证明了高粱、小麦等谷物含有大量萜类化合物及合成前体物质。

萜类化合物具有独特的香味，更具有多种功能活性，已经有研究表明，萜烯类化合物具有调节人体嗜中性粒细胞反应、抗癌、抗氧化、抗糖尿病等功能作用，在最新的研究中，萜类物质还能作为一种优化免疫力的功能成分用于抗击新冠病毒等[9]。因为其生物效应和对健康的益处，萜烯类等化合物等成分在功能饮料开发领域越来越受欢迎。

1.2 酚类化合物

酚类也叫芳香族化合物，是指含有至少一个带羟基的苯环类物质，主要由酿酒原料中蛋白质、氨基酸等物质分解产生。酚类化合物是白酒中重要的微量成分，对白酒的香气、口感和稳定性具有重要作用，不仅如此，许多酚类物质因具有广泛的生物学活性在食品和临床领域受到了许多关注,如抗菌、抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤等功效。白酒中检测到的酚类物质主要是一些含有单个苯环的酚类物质，目前有愈创木酚、4-甲基愈创木酚、苯酚、4-乙基愈创木酚、4-甲基苯酚、4-乙基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚、香草醛等[10]。愈创木酚类香气活性值较高，具有抗衰老、缓解肝损伤等作用[11]。4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚低浓度呈丁香、甜香和辛香，高浓度呈现出烟熏和不愉快的苯酚臭，具有清除活性氧自由基、抗肿瘤、抗菌等作用[12]。由于酚类物质主要是通过微生物发酵转化获得，现在已经有许多针对地衣芽孢杆菌、酿酒酵母与毕赤酵母等功能性微生物与酚类物质的含量关联性研究。颜林春等[13]将筛获的功能芽孢杆菌用于制作强化大曲，提高了2,3,5,6-四甲基吡嗪和4-乙基愈创木酚含量；Zhu 等[14]通过解析大曲中核心菌群的环境驱动因素，得出了细菌较真菌对微量成分具有更大贡献的结论。现在，实现精准控制的多菌种纯种微生物发酵,是酚类物质研究的热点，更是中国白酒现代化酿造的必然方向。

1.3 吡嗪类化合物

吡嗪类化合物是六元杂环化合物，又称为含氮化合物，其含量高低直接影响白酒的质量。在白酒中，吡嗪的种类低于酯类和醇类，但因其具有坚果、焙烤香气且风味阈值较低，是白酒中的重要香气物质之一[15]。中国白酒中已检测出吡嗪类化合物29种[16]，包括四甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪等，四甲基吡嗪是中国白酒特有的功能成分，在浓香型、酱香型、清香型等香型白酒中均有检出，不仅对白酒的风味有重要贡献，而且赋予白酒重要的保健功能。四甲基吡嗪是一种活性药物成分，最初从中药植物川芎中分离。它可以扩张血管、抑制血小板聚集、改善微循环、增加冠状动脉和脑血流量，是临床上常用的抗血小板药[17]；还可以预防各种疾病，如心脑血管疾病、缺血性中风、癌症和糖尿病等[18]。目前，在制曲、堆积发酵、蒸馏三个过程中都产生了不同程度的四甲基吡嗪，主要为微生物代谢和美拉德反应产生[19]。酿造过程中，地衣芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、蛋白水解芽孢杆菌等都可以代谢和产生四甲基吡嗪，吴建锋等[20]通过研究发现，枯草芽孢杆菌S12 在一系列酶的作用下产生3-羟基丁酮和氨，再进一步缩合生成四甲基吡嗪。Cui 等[21]的研究中利用基因工程技术显著提高了菌株α5-D1Β2 的四甲基吡嗪前体——乙酰丙酮的产量，进而提高四甲基吡嗪的浓度。在美拉德反应中，中间体丁二酮与蛋白质水解产生的氨基酸进行缩合也能得到四甲基吡嗪，谭光迅[22]证实了这一点，研究中增加蒸馏过程中葡萄糖和甘氨酸的含量，美拉德反应产物的含量也显著增加，四甲基吡嗪增加了48.96%。

1.4 酸类化合物

酸类化合物中的有机酸是白酒中的健康成分，酯类合成的前体物质，能有效降低白酒的苦味，增加白酒的甜度。目前，白酒中的微量成分包含大量的有机酸，有机酸类化合物在白酒组分中除水和乙醇外，占其他组分总量的14%～16%[23]，包括乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、己酸、没食子酸和阿魏酸等，按链长可分为短链酸类化合物和长链酸类化合物等，其中短链酸类物质的主要功能是减少酒精中毒和缓解急性肝损伤，长链酸类物质的主要功能是降低心血管疾病的风险，其他酸类化合物的主要功能是保护生物系统免受羟基和过氧自由基的影响[24]。阿魏酸具有抗氧化、抗炎症、降血压、增强血管功能等多种功效，还是一种有效的苦味抑制剂[25]；亚油酸和乙酸有抗炎、抗肥胖的作用[26]；乳酸能够促进双歧杆菌的生长，调节胃肠道、增强免疫力[27]。因此筛获高产有机酸菌株、优化菌株产酸条件、探索有机酸合成途径、提高有机酸转化效率变得尤为重要，这也是目前该板块的研究热点。

1.5 肽类化合物

酿造原料中含有较丰富的蛋白质，通过酿造微生物的作用，会使蛋白质分解产生肽类化合物。肽是α-氨基酸以肽键连接形成的，通常是由三个或三个以上的氨基酸分子脱水缩合而成[28]。根据其组成中的氨基酸数量，肽可以分为多肽(＞10 个氨基酸)和寡肽(2～9 个氨基酸)[29]。研究表明，在白酒、酒醅和酒糟中均存在具有不同生理活性的肽，主要有抗氧化活性肽，具有使人体组织和器官免受自由基危害的特定作用[30]；血管紧张素转化酶抑制肽又称抗高血压肽，能够阻碍血管紧张素Ang Ⅰ转换为血管紧张素Ang ⅠⅠ；免疫调节肽，能够增强人体的免疫功能[31]。除了以上介绍的功能作用以外，白酒中还存在具有抗菌、抗癌、抗疲劳等多种生理活性的肽类。目前，白酒中肽类化合物研究主要集中在多肽方面，对小肽研究还较少，小肽是具有2～4 个氨基酸的寡肽，它能在消化系统直接被肠上皮细胞吸收，吸收效率比游离氨基酸更强[32]。小肽被吸收后可以表现出抗肿瘤、抗病毒、抗炎镇痛、血脂调节等益处，这些功能突出了小肽的巨大药用潜力[33]。在未来的研究中，可以通过检测白酒中肽的类型及其合成途径，在分子水平上探究关键酶催化合成肽的机理，探索肽在白酒中的健康功能，阐明肽的生理功能调控机制，从而提高白酒的质量。

2 白酒重要功能成分微生物代谢合成途径

开放式发酵赋予了白酒生产过程丰富的微生物系统，主要为细菌、酵母菌、霉菌三大类。白酒中重要的功能成分主要来源于微生物生长代谢，例如酚类化合物形成，主要通过微生物利用脱羧酶去掉阿魏酸、肉桂酸、p-香豆酸等的羧基生成，产酯酵母、毕赤酵母也能运用还原酶将酒中4-乙烯基愈创木酚还原为4-乙基愈创木酚[34]；萜类化合物代谢途径研究中，WU[35]的研究表明，谷物中含有不同的萜类化合物合成前体，酿酒酵母能通过从头合成和生物转化途径产生13 种不同的萜类化合物；吡嗪类化合物可以通过酿造中提高前体乙偶姻的产生以及氨的供应促进四甲基吡嗪的合成，徐岩团队[36]对大曲中筛获的高产乙偶姻及四甲基吡嗪的芽孢杆菌开展研究，得到了相同的结论；有机酸大多来源于细菌，目前已经证实乙酸有3 种产生途径：酵母菌乙醇发酵得到，醋酸菌氧化乙醇得到，发酵生成的乙醛歧化作用得到[37]。目前，关于肽类化合物的代谢合成途径研究集中于环状脂肽化合物，白酒中的脂肽类物质包括枯草素、地衣素和伊枯草菌素等，主要由芽孢杆菌通过非核糖体合成途径由长链脂肪酸和寡肽经内酯键/内酰胺键连接合成[38]。微生物的生长和代谢对白酒的发酵进程和各种功能成分的合成有着重要影响，随着白酒中功能成分合成途径的明晰，已经有研究通过调节微生物群落结构来提高某种成分的含量[39]。在未来，通过人工搭建白酒酿造微生物系统、调控微生物代谢产物含量，将成为生产优质白酒的发展方向。

3 白酒重要功能成分检测方法

3.1 前处理方法

由于白酒中各物质的含量、极性、沸点、溶解度、挥发性差异较大，因此分析不同化合物没有固定的预处理方法。目前，样品提取的主要方法有直接进样法、液液萃取法、固相萃取法、液液微萃取法和固相微萃取法等[40]。直接进样法能减少目标化合物的损失，具有较高的定量精度，但乙醇浓度过高，白酒中具有类似极性的化合物，如乙酸乙酯、丙酸乙酯等容易被高强度的乙醇峰覆盖，导致测定不准确；液液萃取法是传统的样品预处理法，常用醚、二氯甲烷等作为有机溶剂萃取分离不同溶解度的物质，但由于物质组成成分复杂，需应用不同萃取剂对酒样进行多次萃取才能提高萃取效率[41]；固相萃取采用高效、高选择性的固定相进行分离，与传统提取方法相比，该方法操作简便、定量测定重复性好，能有效去除白酒样品中高浓度酒精的基质效应，适用于提取挥发性成分[42]；液液微萃取法是在萃取时通过分散剂将萃取剂分化成微小液滴，加快了液体动态平衡，显著提高了萃取效率[43]，目前该技术的主要研究方向是探索低毒萃取剂，将该技术与其他样品预处理技术和低用量有机溶剂相结合，提高样品的净化富集效率；固相微萃取是一种集取样、萃取、浓缩、注射于一体的新型无溶剂样品微萃取技术，克服了传统分析方法中分析物损失的缺点，但成本较高。在胡丽莎等[44]的研究中，比较直接进样与固相微萃取两种方法检测风味化合物，发现固相微萃取技术处理的样品检测到风味物质较多。除了以上方法以外，还有基于固相微萃取演化的搅拌棒吸附萃取法、超临界二氧化碳萃取法等。

3.2 分析方法

白酒样品前处理后，通常使用气相色谱（gas chromatography,GC)、液相色谱（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）、近红外光谱（near infrared spectrometry,NIR)、核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR)等[45]进行分析。GC 和HPLC主要为流动相不同，前者以气体为流动相，主要检测醇、醛、酸、酯等挥发性有机物质，后者以液体为流动相，主要用于检测难挥发性物质[46]；NMR 技术有着检测量大、操作简单快速、测量精确、保持样品完整性等特点，传统的分析方法存在无法检测未知物、无法满足高效、多维的白酒快检需求，吉鑫等[47]运用NMR 技术可实现白酒中6 种有机酸和3 种醛类快速、准确定量分析；近红外光谱同样是一种快速方便、无损、无污染以及多组分同时检测的分析技术,已在食品工业领域得到了广泛应用，在酿酒原料、酒醅、白酒质量检验、白酒风味物质检验等方面均有运用[48]。

质谱能准确、灵敏、快速的定性有机分子的化学结构、精确分子量和含量等信息，但是不适用于有机混合物的定性定量[49]，因此诞生了气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）、液相色谱-质谱联用（liquid chromatography mass spectrometry,LC-MS）等联用技术。GCMS 法能够检测白酒的挥发性化合物，杨亮等[50]通过GC-MS 在缺陷酒中共检测出76 种化合物，包括醇、醛酮、酸、酯、酚等；LC-MS 作为GC-MS 检测技术的补充，可用于分析非挥发性化合物例如氨基酸、有机酸、核苷酸及一些酯类[51]。

由于白酒中功能物质多为风味成分，新兴的风味评价手段——气相色谱嗅闻技术（gas chromatograph-olfactometry,GC-O）成为了感官评定与仪器分析结合的新型检测方法[52]，将其与质谱分析技术相结合，可以准确测定出多种功能活性组分。在QIN 等[53]的研究中利用该技术在三个等级的芝麻香型白酒中共检测到54 种风味成分，其中丁酸、苯乙醛、己酸乙酯、2,6-二甲基吡嗪等有显著差异。

4 结语

随着“健康中国2030”规划纲要的实施，白酒行业将继续实现产品健康化目标发展，根据现阶段研究结果，白酒中主要的功能成分对人体健康大有裨益，但是否还存在其他健康功能成分，功能成分的合成机制、作用机制等还尚不明晰。利用现代科学技术挖掘白酒中主要功能成分、优化成分提取工艺、确定成分作用与功能效应量效关系，将为进一步强化白酒中的健康功能成分，开发富含功能成分的健康白酒提供数据支撑，为白酒健康化发展注入新动力。