米酒风味品质形成相关因素的研究进展

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米酒风味品质形成相关因素的研究进展

2024-07-06 06:31:42| 来源: 网络整理| 查看: 265

米酒起源于仰韶文化时期[1],是一种以糯米、大米、红米、黑米等稻米为主要原料,配合酒曲和水酿造而成的传统发酵型酒精饮料[2],是世界上最古老的低度酒精饮料之一,也是中国汉族及大多数少数民族传统的特产酒,具有抗癌、抗炎和抗氧化等功效。在韩国,米酒称为makgeoli,而在日本,通常称之为nigorizake[3],在中国,米酒因地域的不同而叫法不一,如江米酒、甜酒、醪糟等;米酒按酒糟形态分有糟米型(所含酒糟为米粒状糟米的米酒)、均质型(经胶磨和均质处理后呈糊状均质的米酒)、清汁型(经过滤去除酒糟后的米酒)3种类型;酒精度分为普通米酒(酒精度0.5%以上)和无醇米酒(酒精度0.1%~0.5%),因其酿制工艺简单、口味香甜醇美、柔和协调、营养价值高,深受众多消费者喜爱。在标准DB61/T 1120—2017《地理标志产品鄂邑黄酒》、NY/T 897—2017《绿色食品黄酒》中黄酒译为“rice wine”,在一些英文报道中,米酒(Chinese rice wine)也表达为黄酒(Huangjiu)[4-5],据孙宝国院士报道:度数较高的米酒过滤后就成了黄酒[6],因此,一定程度上米酒、黄酒具有共通的工艺流程和相似性;但不可否认的是,米酒与黄酒在酒体色泽和风味特征等方面存在着细微差别(表1)。

口感风味会影响消费者对酒体综合质量的评价,随着人们生活水平的提高,以糯米为主要原料酿制的米酒似乎已无法满足消费者的多样化需求,并且,受价格冲击,部分工厂近年来也尝试使用其他米,如小米、黑米等酿造米酒,一方面在一定程度上降低了原料成本,另一方面丰富了米酒风味;麦曲是酿制米酒特有的糖化发酵剂[4],微生物群落结构是影响麦曲质量优劣的关键,也是导致最终酒体风格成型的重要因素;高级醇、氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)、生物胺与米酒风味及其安全性息息相关。近年来,有关米酒风味形成相关因素的研究日渐增多,但综述性成果还未见报道。本文综述了引起米酒风味质量变化的主要因素,并详细阐述了相关因素对米酒中风味物质形成的影响,为改善米酒品质提供理论参考。

1 米酒发展历史沿革

中国酒史可分为2个阶段,第一个阶段始于5000多年前,那时所酿制的酒均为低度酒,包括米酒、黄酒、果酒等;第二个阶段则为白酒,由于蒸馏技术的发展,相比于米酒和黄酒,白酒在酒精度上有一个质的飞跃[7]。根据晋代《酒诰》记载:“酒之所兴,肇自上皇,或云仪狄,一曰杜康。有饭不尽,委余空桑,郁积成味,久蓄气芳,本出于此,不由奇方。”指出米酒起源于远古时代,是将米饭置于室外,长时间后产生气味由此发现了米酒。我国古人一直有品味米酒的习惯,在陶渊明时代,人们喝的酒均为米酒。陆游在《游山西村》一诗中提到的腊酒,俗称“米酒”,是一种以糯米为原料的家酿土酒,色白,稍浑浊,性若黄酒而口味较淡,后力较足;一般是腊月酿制,春节饮用,故称“腊酒”或“春酒”。随着社会的发展,米酒种类越来越多,无论是从色泽还是风味等方面都有了较大的变化。米酒历史沿革如图1所示。

表1 相关标准中关于米酒和黄酒的表述

Table 1 Expression of rice wine and Huangjiu in relevant standards

图1 米酒历史沿革[1,8-9]Fig.1 History of rice wine

2 米酒风味物质

米酒中风味物质主要包括醇类、酯类、酸类等(表2),酯类物质是米酒中数量最多、也是最重要的芳香化合物之一[5,10],其中,丁酸乙酯与乙酸乙酯的比例变化对米酒风味特征有着至关重要的影响[11];3-甲基丁醇、β-苯乙醇和2-甲基丁醇是香气强度较高的主要醇类物质[10],在米酒风味成分特征中起关键性呈香作用;米酒中主要的酸类物质包括乳酸、乙酸等,酒体中适量的酸类物质能起到缓冲作用,可消除饮酒后上头、口味不协调等问题。总体来说,米酒香气可简单概括为原料香(大米原料、麦曲带入)、发酵香(微生物代谢形成)和陈酿香(贮存过程中物理化学反应生成),它们共同决定着米酒最终香气特征。米酒风味影响因素如图2所示。

图2 米酒风味影响因素图Fig.2 Factors influencing the flavor of rice wine

表2 米酒中主要的风味化合物Table 2 Main flavor compounds in rice wine

2.1 原料与米酒风味品质的关系

大米按原料稻谷类型可分为籼米、粳米、籼糯米(长细形、南方地区)和粳糯米(短圆形、东北等北方地区)4类。米酒酿造原料通常以糯米为主,也包括大米、粳米、籼糯、黑糯米、红米、黑米、山兰稻米、小米、黄米等其他食用米。由于不同原料含有的营养成分(蛋白质、淀粉、矿物质等)不同,被微生物分解利用形成的代谢产物浓度就随之存在差异,因此影响最终成品米酒中香气物质的种类和浓度。

2.1.1 原料差异

研究原料对发酵食品的影响已成为近几十年领域内的研究热点。以黄米为原料酿制的米酒含有大量氨基酸、微量元素, 且酒性柔顺,有养肝健胃的功效,自然酿制的黄米酒味道甘冽, 气味香甜, 回味稠厚[17];而黑米酒是以糯米为主,黑米、黑豆为辅酿制而成的特色酒[18],其酒体具有独特黑米香气及宝石红色泽,营养价值高。王菲等通过不同市区糯米、籼米、粳米与5种酒曲复配酿造证实相比于酒曲,原料对米酒品质的影响更大[19];近年来,也有研究证明原料品种对米酒发酵相关参数的影响大于原料种类,该研究者在相同实验条件下以3种大米原料(高产大米品种5个、高食用品质大米品种9个、糯米品种5个)发酵米酒,结果表明pH、总酸、氨基酸、可溶性固形物、高级醇含量等在大米品种之间均存在显著性差异(P2的一元醇,主要包括正丙醇、异戊醇、异丁醇、活性戊醇、β-苯乙醇、酪醇、色醇和甲硫醇等[31];高级醇是酒体中极其重要的风味物质之一,它与其他风味化合物之间的适宜比例可使酒体醇厚饱满,口感柔和协调,然而含量过高,则会导致酒体出现异杂味,具有较强的致醉性[32],易造成饮酒后出现“打头”等现象,会对人体神经系统造成损害;不同米酒样品中高级醇种类不同,曾有研究者指出β-苯乙醇为米酒中主要高级醇,还包括异丁醇、异戊醇[32]、正丙醇[10];相比于浙江会稽山、浙江古越龙山、浙江塔牌的黄酒产品,上海金凤公司的黄酒样品中正丙醇含量较低,而异丁醇、异戊醇含量较高,β-苯乙醇在浙江绍兴地区的黄酒样品中含量最高[33],这可能和浙江地区黄酒酵母的β-苯乙醇生成能力高于上海地区黄酒酵母有关[34],与在绍兴地区的酵母菌株酿制的米酒中均检出β-苯乙醇,而上海金凤地区的酵母菌株发酵的米酒中2-甲基丁醇、3-甲基丁醇含量较高这一研究结果相似[26]。

高级醇与酯类物质含量之比(HA/E)被作为评价米酒香气特征的可靠性指标(以HA/E较低者为佳)[14],酯类物质的合成主要在发酵和陈酿阶段,此时高级醇与脂肪酸发生酯化反应生成酯类物质的同时也降低了米酒中高级醇含量,这有利于协调米酒中各香味组分间比例,酿酒酵母高级醇和酯类形成途径如图3所示。近年来,低产高级醇米酒的研究多数是针对酿酒酵母的筛选或通过基因改造来实现降低酒体中高级醇含量[33],研究者们主要通过单倍体制备、菌种诱变、从自然界分离筛选等方式筛选低产高级醇酵母,从而运用于米酒发酵中便可得到高级醇含量较低的米酒产品;李维等[35]从酿酒酵母AY-15的单倍体重组菌株中筛选低产高级醇并且高产酯的单倍体,并进一步杂交形成新的二倍体菌株,在发酵高粱糖化液时同时表现了低产高级醇和高产酯的功能特征;不同种类可同化氮素(铵盐类:磷酸氢二铵、碳酸氢铵、硫酸铵等;氨基酸类:L-苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸等)的添加对降低高级醇也有一定效果,可同化铵盐降低效果较为明显[33],其中(NH4)2HPO4效果较好;利用慢速蒸馏的方式在酒头富集高级醇,通过精馏将其进一步富集,按10%~30%的不同比例去除酒头,最终可将杂醇油降低到30%~70%[36];在对米酒风味、口感影响较小的情况下,HSIEH等研究分析了纳滤(nanofiltration,NF)和超滤(ultrafiltration,UF)2种方法对米酒中过量高级醇的去除效果,结果表明,在206.85 kPa的操作压力下,采用NF(DK膜和DL膜)方法去除高级醇的效果要好于UF(GE膜和GH膜),其中,DK膜在488.95 kPa操作压力时,杂醇油去除效果最佳(可达44.2%),并且NF处理后的米酒不仅能保持乙酸乙酯的含量(93%),而且对米酒的总酸度、pH值、乙醇浓度、可溶性固形物含量等理化指标影响不大[37]。

3.3 发酵工艺

米酒酿造过程中,发酵时间和发酵温度的控制是影响米酒品质的关键因素。六粮米酒(玉米、大米、小米、黑米、糯米、糯玉米)发酵时间低于48 h,香味寡淡,酒体无光泽,超过72 h,酒味酸涩,颜色暗淡无光泽,而在48 h左右时,米酒口感醇厚,酒香浓郁;发酵温度低于28 ℃,米酒酸味强度增加,酒体无光泽,超过30 ℃时,酒体呈现辛辣味,缺乏酒香味[38]。小米糯米酒发酵时间4 d、发酵温度30 ℃时为最佳酿造条件[39]。不同米酒的最佳发酵温度和发酵时间具有差异可能是由于原料、酒曲添加量、料液比、酿造环境等所引起的差异,如酒曲添加量越大,发酵时间越短。某些添加物如蛋白酶(风味蛋白酶、中性蛋白酶、复合蛋白酶),尤其是风味蛋白酶,能促进黄酒中挥发性成分产生而改善酒体风味类型。

3.4 氨基甲酸乙酯和生物胺

随着人们健康意识的提高,食品安全问题越来越受到人们的关注。氨基甲酸乙酯(EC)是米酒中乙醇与尿素、瓜氨酸或其他N-氨基甲酰化合物等前体物质通过自发反应产生的2A类致癌物质[40]。米酒中EC浓度最大可达到1 210 μg/kg[41],相比于其他酒精饮料较高,这将影响米酒健康效益及其品质。目前研究中,通常采取降低前体物质含量(尿素、瓜氨酸等)的方式降低EC水平,酸性脲酶通过消除尿素可减少米酒中EC形成,氨基甲酸乙酯水解酶直接降解EC生成氨,乙醇和CO2,从而减少EC含量;米酒中水溶性风味物质原儿茶酸可抑制瓜氨酸的产生而有效调节氨基甲酸乙酯含量[42];将瓜氨酸摄取能力较强的短乳杆菌2-34混合于发酵剂中用于米酒发酵,酿制的米酒中氨基甲酸乙酯含量也会减少,并且产生了更多酯类化合物,这在一定程度上丰富了米酒风味[39],也保证了酒体饮用安全性。

生物胺是一类具有生物活性的低分子质量含氮有机化合物的总称,存在于多种食品尤其是发酵食品中,主要是由微生物产生的底物特异性脱羧酶催化相关前体氨基酸,包括组氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等脱羧形成[43];当人体摄入过量生物胺(超过1 000 mg/kg[44]),尤其是同时摄入多种生物胺,会引起诸如头痛、恶心、心悸、血压变化、呼吸紊乱等过敏反应,严重时还会危及生命。米酒发酵前2 d生物胺含量急剧上升,第6天达到最大,后4 d生物胺含量缓慢上升,可知发酵初期生物胺的大量积累对最终米酒产品质量具有决定性作用[45]。选育低产或不产氨基酸脱羧酶的发酵菌株、添加抑制氨基酸脱羧酶活性或可降解生物胺的其他菌种用于米酒发酵,可一定程度上降低米酒中生物胺含量[43]。氨基甲酸乙酯、生物胺的微生物代谢途径如图4所示。

图4 氨基甲酸乙酯、生物胺的微生物代谢途径Fig.4 Microbial metabolic pathways of ethyl carbamate and biogenic amines

4 陈酿对米酒风味品质的影响

陈酿是使酒体达到自然成熟、柔和协调、提高质量的重要工艺;新酿制的原酒具有辛辣味、酒精味、泥味、苦湿味等不良气味,直接饮用口感不佳,需在自然条件下储藏一定时期,期间,酒体中某些化合物进行复杂的物理、化学反应而形成多种香味物质以消除新酒中不良气味,使酒体中香气成分更加丰富多样、口感更柔和协调,通常陈酿米酒会比非陈酿米酒口感更顺滑、醇厚、和谐[46]。关于陈酿机理研究较多的是“氢键缔合学说”和“酯化氧化学说”,前者即在一定能量下,酒中水分子、乙醇分子被解聚为单个水和乙醇分子,一段时间后两者在热运动和范德华力作用下发生自然融合,形成结构较稳定的环状三聚体,改变酒体物理性状,使得酒体柔顺可口;后者即陈酿过程中,酒液中的醇类物质和有机酸发生化学反应生成酯类物质(图2),某些物理化学变化有效地排除了酒的低沸点杂质,使乙醛缩合,辛辣味减少,酒质变得柔和、绵软,香气突出[47]。

刘晓庚等对陈酿一季度、一年、两年、三年、三年半、四年的米酒中氨基酸含量进行了分析,发现陈酿前3年氨基酸含量呈增加趋势,3年后由于氨基酸受内外界因素作用使氨基酸发生Strecker降解反应而生成醛和醇类物质,而造成氨基酸含量呈下降趋势,由于氨基酸是许多风味物质的前体物质,如高级醇类,因此它的含量变化趋势将会影响酒体风味形成,研究显示陈酿3年的米酒风味达到最佳[48],这和李小丽等研究结果相似[49]。陈酿时间越长会提高糖类酵解生成乳酸进而生成乳酸乙酯的含量,一方面乳酸会使米酒增加微酸及涩味,使其米酒口感醇厚,后味延长,另一方面乳酸乙酯会给米酒带来优雅的香气而起到增香作用[29];花卉米酒添加陈化剂(橡木)经过2个月的陈酿后,醇类(主要是2,3-丁二醇)、酸类物质(主要是十四烷酸)含量增加,醛类(主要是苯乙醛)、胺类物质(主要是单乙醇胺)减少,酒体香气更浓郁优雅,甲醇和酒精含量低于原料酒,单宁含量高于原料酒[47],甲醇是酒体中主要的有害物质、醛类物质是导致酒体冲暴感的主要原因,陈酿后甲醇、苯乙醛、单乙酰胺含量的降低及2,3丁二醇、十四烷酸含量的增加可能是花卉米酒体增香的主要原因。

5 结论与展望

米酒因其独特的口感特征及较强的保健功效在酒业中占据重要地位,米酒中主要风味物质醇类、酸类、酯类主要在发酵过程中产生,受原料、麦曲、发酵工艺的影响;除此之外,酯类物质的形成还与陈酿环境、陈酿时间有关;发酵过程中氨基甲酸乙酯、生物胺的形成分别与其前体物质N-氨基甲酰化合物、氨基酸种类及含量直接相关。关于酒体风味,目前对浙江绍兴米酒的研究相对较多,尽管关于米酒风味品质已经有了大量的探索分析,取得了相应进展,但随着酿酒行业的持续发展,市场竞争逐步加剧及消费者对生活质量需求日渐提高,米酒产品越来越丰富多样,逐渐趋于营养化、健康化,这将是今后米酒产业发展的一大趋势。

导致米酒质量发生变化的内在因素(原料、酵母菌等)、外在因素(发酵工艺、酿造环境等)日渐复杂,今后一些新型酿造技术的出现可能也会为米酒风味物质的形成带来一定挑战。目前对米酒风味的研究主要聚焦在通过感官评定或电子舌等技术评定某种米酒风味品质好或口感佳,再结合气相、气质等检测技术得出酒体中某些香气化合物含量高,便定论此香气化合物对米酒品质有积极影响,而对此香气物质随浓度变化对米酒风味的影响,以及此香气化合物是如何形成的,是否与原料、微生物代谢、还是酿造过程中某些化合物之间的相互转化有关,尚缺乏深入研究。因此,在今后的研究当中,着重考虑这些因素对米酒风格成型的影响将有助于人们更全面认识和改善米酒品质。近几年研究者们对米酒品质控制措施的探索分析仍在持续进行,这对改善米酒风味特征具有重要意义,随着风味物质检测手段不断完善与提高,一些新型香气化合物逐渐被挖掘,但研究其香味具体来源依然会是一大难题。



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