天行鍵化學
清明時節雨紛紛，路上行人慾斷魂。
借問酒家何處有？牧童遙指杏花村。
這首清明是唐代大詩人杜牧的名作，一首短短的七言絕句可是道盡了古代最偉大、最古老的化學知識——制酒工藝。
中國的制酒工藝由來已久。關於酒的起源，歷來都是衆說紛紜。《粵西偶記》雲：‘平樂等山府中，猿猴極多，善採百花釀酒。樵子入山得其巢穴，其酒多至數石。飲之香美異常，曰猿酒。“由此可推知，在 人尚爲猿的時候，就已經和酒發生了微妙的關係。而被大衆所認可的酒的發明是在夏朝初期。《說文》中記載：“古者，儀狄作酒醪，禹嘗而美，隨疏儀狄。杜康作秫酒。”可見，在 朝代那遙遠的盡頭，中國就已經出現了釀酒的工藝。我國有悠久的釀酒歷史，在長期的發展過程中，釀造出許多被譽爲“神品”或“瓊漿”的美酒。著名唐代(618-907)詩人李白、白居易、杜甫等都有膾炙人口關於酒的詩篇流傳至今。據歷史記載，中國人在商朝時代(約 3,700 年前)已有飲酒的習慣，並以酒來祭神。經過千百年的沉澱，飲酒，已儼然成爲一種文化，隨着歷史的發展傳承至今。
中華民族五千年曆史長河中，酒和酒類文化一直佔據着重要地位。釀酒技術是我國古代化學成就之一, 我國早在公元前二千二百年就能造酒，人類飲酒的歷史也隨着酒的產生一直延續到現在。酒，和柴米油鹽相比，當然不是人們生活的必需品。但是，自古以來，酒就一直浸潤 着整個華夏民族。上至天子，下至庶民，不論你會不會飲酒，都與酒有着或多或少的聯繫。逢年過節，男婚女嫁，慶生祭死，宴親饗客，洗塵餞別，賀喜澆愁，祛病延年，等等，一概都離不開酒。那麼膾炙人口的白酒到底是如何釀造而成成的呢?我們將從化學角度就這個問題展開討論。
釀酒的原輔料和填充料
1.原料中的主要化學組成
（1）碳水化合物 原料中的碳水化合物一般是指澱粉、纖維素、半纖維素和一些低 相對分子質量的單糖、雙糖。澱粉經微生物酶水解成爲葡萄糖和其他的單糖以及其他的單糖以及雙糖等低分子糖類。半纖維素在發酵過程中有部分水解，生成六碳糖和五碳糖。然 而纖維素在發酵過程中並不被分解。
（2）蛋白質 原料中的蛋白質，經微生物蛋白酶分解爲氨基酸和小分子含氮物。不 僅如此，有一部分氨基酸經微生物代謝，會生成高級醇、脂類以及其他的一些香味物質。
（3）脂肪 原料中一般只含有少量脂肪類化合物，在發酵過程中幾乎都能被微生物利用。如果原料的脂肪含量過高，就會生成較多的高級脂肪酸類。不僅如此，過量的脂肪 會導致發酵過程中生酸快，升酸幅度大，影響發酵的正常進行。
（4）灰分原料中含有磷、硫、鎂、鉀、鈣等離子。
（5）單寧 丹寧一般爲沒食類丹寧和兒茶類單寧，它在釀酒過程中會生成丁香酸、丁香醛。高亮中含單寧較多。
（6）果膠薯類等原料中的果膠含量較高，而糧穀類原料中的果膠含量較低。果膠在原料蒸煮和發酵過程中會生成甲醇，而甲醇是對人體有害的。
2.原料
穀類
白酒生產傳統上多用穀類植物的子實作原料。固態法大麴酒都以高粱爲原料；普通低檔白酒，有的以薯類塊根或塊莖爲原料，也有的以甘蔗糖蜜或者甜菜糖蜜爲原料。
（1）高粱釀酒用的是高粱子實。按品質可分爲粳高齡和糯高粱。糯高粱，其澱粉幾乎全是直鏈澱粉，具有吸水性強，容易糊化的特點，因此出酒率高。
（2）玉米釀酒用的是玉米子實。按顏色分，玉米有黃玉米和百玉米兩種，前者的蛋粉高於後者。玉米子實含脂肪較高尤其是胚芽部分。玉米子實還含有較多的植酸，在發 酵過程中，植酸被分解爲環己六醇和磷酸前者使酒呈醇甜味，後者能促進甘油的生成。
（3）大米按大米的澱粉性質可分爲粳米和糯米兩種。以糯米爲原料釀製的白酒，質量比粳米釀製的白酒好。
（4）小麥小麥的子實是固態法大麴酒用於制曲的主要原料。小麥子實除澱粉外，還含有少量的蔗糖、葡萄糖、果糖等。
（5）豆類白酒制曲如果不以小麥爲原料，而改用大麥、蕎麥時，一般都需要添加 20%到 40%的豆類。常用的是豌豆，以補充蛋白質數量的不足並增加曲塊的粘結性。
薯 類
薯類的澱粉含量大，與高粱、玉米或小麥、大米相比較，其蛋白質和脂肪的含量較低，因此用來釀酒，出酒率比其他原料高。
（1）甘薯 甘薯塊根中含有較多的果膠，在蒸煮糊化的過程中產生出多量的對人體健康有 害的甲醛。另外，甘薯塊根中的甘薯樹脂對發酵有一定的抑制作用。突出的缺點是，鮮甘薯不易保存，極易受到病菌侵害，產生出對發酵有極強抑制力的番薯酮，並且使白酒具 有明顯苦味。
（2）木薯 木薯的塊根富含澱粉，可做釀酒原料。但是，木薯的果膠含量甚至超過 甘薯，而且還含有極少量的極毒物質氰基苷。
糖質
（1）甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜是以甘蔗爲製糖原料的廢蜜。而由於產區的土質、氣候、 原料品種、收穫季節和製糖方法、工藝條件的不同，糖蜜中的化學成分相差比較大。
（2）甜菜糖蜜 甜菜糖蜜是以甜菜爲製糖原料的廢蜜。甜菜糖蜜的組成成分在數量 上與甘薯糖蜜相差較大。
3.輔助原料及填充料
常用的輔助原料有麩皮、高粱糠，常用的填充料有稻殼、酒糟和玉米芯等。
4．水
白酒中的主要化學反應
釀酒過程中的主要的化學變化是糖酵解的過程，即酵母菌將葡萄糖分解成爲丙酮酸的過程，它可以分爲十個步驟，催化糖酵解的酶、金屬離子（輔助因子）均存在於酵母菌 細胞中。糖酵解的簡單過程如下：
在生成丙酮酸之後，在無氧條件下，丙酮酸在丙酮酸脫羧酶、輔酶焦磷酸硫胺素（TPP） 以及 Mg 作用下轉爲乙醛，乙醛在乙醇脫氫酶作用下，生成酒精：最終酒精構成了白酒中的主要成分。
白酒中的其他成分及來源
白酒的主要成分是乙醇和水（佔總量的98％－99％），而溶於其中的酸、酯、醇、醛等種類衆多的微量有機化合物（佔總量的1％－2％）作爲白酒的呈香呈味物質，卻決定着白酒的風格（又稱典型性，指酒的香氣與口味協調平衡，具有獨特的香味）和質量。
影響酒的香型和化學組分的主要因素有：原料，制曲工藝，發酵釀酒工藝，操作，窖池結構，生產環境等。此外，還與貯存時間，貯存容器有關。酒基中的主要成分及部分成分：
1、醇類
乙醇：酒精香味，稀釋帶甜，有溫和的燒灼感。
甲醇CH3OH：有溫和的酒精氣味，具有燒灼感。甲醇對人體有很大的毒害作用，特別是對人的視神經危害甚。其主要生成途徑是在蒸煮過程中，果膠質 因高溫而分解爲甲醇；另外，果膠在發酵過程中經微生物果膠酯酶作用也可生成甲醇。
正丙醇CH3CH2CH2OH：似醚臭，有苦味。
正戊醇CH3(CH2)3CH2OH：微具刺激臭，似酒精氣味。
異丁醇(CH3)2CHCH2OH：有微弱戊醇氣味，具苦短味感。
2、有機酸類
乳酸CH3CH(OH)COOH:微酸味，澀，適量有濃厚感。酒麴中混有少量乳酸菌，厭氧發酵時將糖轉化爲乳酸；另外，根黴、毛黴在發酵過程中會產生少量L-乳 酸。
乙酸CH3COOH：醋酸氣味，爽口帶甜。主要由乙醇氧化而得，另 外，酵母在產生酒精的同時也有少量乙酸生成。
丙酸CH3CH2COOH：聞有酸味，進口柔和微澀。
辛酸：脂肪臭，微有刺激感，放置後渾濁。
己酸CH3(CH2)4COOH：強的脂肪臭，有刺激感，似大麴酒氣味。己酸主要是由己酸菌在厭氧環境下發酵生成的。
3、酯類
甲酸甲酯HCOOCH3：似桃香，味辣，有澀感。
乙酸乙酯CH3COOC2H5：香蕉、蘋果香，味辣帶澀。
乳酸乙酯CH3CH(OH)COOC2H5：香弱，味微甜，適量有濃厚感，多則帶苦澀。
4、羰基化合物
丙酮CH3COCH3：有特殊臭及辛辣味。
乙醛CH3CHO：微有醛臭，似果香，味帶甜澀。乙醇被氧化就生成乙醛；另外，在乙醇生物合成途徑中的中間代謝產物丙酮酸經脫羧也生成乙醛。
糠醛：似杏仁味，有焦臭，帶苦澀味。輔料中的五碳糖在 高溫蒸煮，和微生物作用時轉變爲糠醛。
酒的香型及其代表成分
酒的香型分爲5種：醬香型，濃香型，清香型，米香型和其他香型。
1、醬香型
醬香型白酒因有一種類似豆類發酵時的醬香味而故名。這種香味又分爲前香和後香。所謂前香，是指啓瓶時首先聞到的優雅而細膩的芬芳。前香主要是由低沸點的醇，酯，醛類組成，起呈香作用；所謂後香，是指細聞時聞到的醬香，且夾帶着烘炒的甜香，飲後空杯仍有一股香蘭素和玫瑰花的優雅芳香，而且5－7天內不會消失。後香主要由高沸點的酸 性物質組成。根據國內研究資料，醬香型白酒的香氣中 含有100多種化學成分。
2、濃香型
它的特點是窖香濃郁，綿甜爽淨，香 味濃郁。它的主體香源成分是己酸乙酯和丁酸乙酯。另外還含有丙三醇使酒綿甜甘冽，以 及以乙酸爲主的有機酸協調口味。此外還有醛類和高級醇，其中乙縮醛含量較高，是構成噴香的主要成分。
3、清香型
清香型白酒芬芳的清香純正，甘潤爽口，諸味協調，以山西杏花村的汾酒爲代表。它的主要香味成分是乙酸乙酯和乳酸乙酯。但是從含酯量看，它比濃香型和醬香型都要低，而且突出了乙酸乙酯。
4、米香型
特點是蜜香清雅，入口柔綿，落口爽淨。它的主體成分是β－苯乙醇和乳酸乙酯。
5、其它香型酒
白酒的香型劃分是相對的，不是絕對的。凡酒雖屬於同一香型，仍有 自己的“小自由”。如此便構成了我們現在豐富的酒世界。
合理飲酒，拒絕酗酒
各類酒對身體都有一定的刺激作用, 長期飲酒或飲酒過量, 會對人體產生麻醉和刺激作用造成酒精中毒。酒精中毒除乙醇自身毒性外，主要是在代謝過程中生成的乙醛和自由基、·OH 以及氫離子濃度的改變都能對身體造成影響。
1.乙醛的影響
乙醛的化學性質比乙醇活潑，它能與細胞內外各種蛋白質結合，形成乙醛-蛋白質產物，破壞蛋白質的結構和性質，使某些酶降低活性或失去活性；還可導致某些組織失去作用而死亡。長期大量飲酒蓄積的毒物與飲酒量成正比。乙醛對人體肝臟和胰臟功能的影響最爲嚴重。
2.活性氧的毒害
活性氧（ROS）是氧分子在還原過程中形成的化學性質非常活潑的物質， 如超氧離子·O2-、過氧化氫H2O2、羥基自由基·OH 等。ROS 在體內存留時間雖短，但具有強烈的氧化作用，對機體組織的毒害很大。超氧化物歧化酶（SOD）是一類存在於機體內的含不同金屬離子的氧化還原酶，主要是清除體內具有毒性的自由基，阻斷ROS 所引發的一系列自由基反應加劇，保護細胞免受其氧化毒害。正常情況下，體內自由基的產生與清除之間保持一種平衡。但長期大量飲酒可導致自由基生成增多，使具有清除作用的SOD 活性下降。
3.質子積累的後果
在醇脫氫酶系統中，隨着乙醇的氧化，NADH、H+濃度增加，使糖代謝中間產物丙酮酸還原爲乳酸：CH3COCOOH+NAD+H+→CH3CHOHCOOH+NAD+ 質子濃度越高，導致血液中乳酸/丙酮酸比例增加。血中乳酸濃度升高會導致高乳酸血癥，而血中丙酮酸濃度的降低，使葡萄糖分解加速引發低血糖。在肝臟內，因H+濃度升高，容易使脂肪酸根質子化，遊離的脂肪酸濃度增高，促使脂肪合成增加。
生成的甘油三酯在肝內蓄積，一方面使血內脂肪含量增高，導致高脂血症；另一方面肝中脂肪合成過多，超過轉運能力導致脂肪肝。過度飲酒還可以引起神經疾病。大量長期飲酒不僅造成急性酒精中毒，同時也導致多種營養因子的缺乏，以及乙醇及其代謝產物對神經系統具有直接和間接毒性，從而引發各種神經系統疾病。
綜上所述, 少量飲用有益身體健康; 大量飲酒會對人體器官、神經、精神和心理等造成嚴重損害。我們每一個人都應該認清酗酒帶來的危害, 警戒自己和他人不要飲酒過度！！！