什么是“吡嗪（bǐ qín）”？

有人说是炒花生的味道，有人觉得像烤面包，还有人联想到可可豆的香气。这些复杂而迷人的气息，其实很大程度上来自一类名叫吡嗪的化合物。

吡嗪不是什么人工添加剂，而是白酒在酿造过程中自然生成的微量成分。它们在酒体中的含量通常只有百万分之一甚至十亿分之一级别，但人的鼻子对它们极其敏感。

更特别的是，这类物质不仅仅是闻着香。

四甲基吡嗪，这个吡嗪家族中最受关注的一员，在中药里有一个更响亮的名字：川芎嗪。川芎是中医常用的活血化瘀药材，而白酒里天然含有的四甲基吡嗪，和川芎中的有效成分是同一种物质。

一粒高粱，经过复杂的固态发酵，最终变成一杯兼具风味与健康属性的白酒，吡嗪类化合物在其中扮演的角色，比大多数人想象的要重要得多。

制图@好酒地理局

什么是吡嗪

吡嗪类化合物是一类六元杂环化合物的统称，它们环上有两个氮原子。

它在自然界中随处可见，咖啡豆经过烘焙后散发出的焦香，可可豆被研磨时飘出的巧克力味，烤花生的浓郁香气，甚至酱油和豆豉那股特殊的酱香，背后都有吡嗪的身影。

许多常见吡嗪类化合物具有较低的阈值（阈值是人体能闻到某种气味的最低浓度），这意味着即便含量微乎其微，它们也能主导一款酒的整体香气特征。

早在1981年，有研究者提出“吡嗪类化合物可能与酱香有关”的假说，认为高温制曲过程中生成的“加热香气”与酱香相似，堆积过程中氨态氮下降、总醛增加，酒醅香气增强，也可能与吡嗪类化合物相关。

然而，这一假说很快遭遇了质疑：单独对四甲基吡嗪进行感官鉴定时，其气味并不明显，反而类似“泡豆子水”，味甜、有浓厚感，与典型的酱香相去甚远。

但一个事实是：吡嗪类化合物在酱香型白酒中含量，确实显著高于其他香型。

2024年左右，泸州老窖股份有限公司和国家固态酿造工程技术研究中心的研究人员做过一次系统的检测。他们从市场上收集了12种香型的41个白酒样品，包括酱香、浓香、清香、米香、凤香、特香、兼香、豉香、董香、馥郁香、芝麻香和老白干香，用液相色谱-串联质谱的方法测定了里面18种吡嗪类化合物的含量。

12种香型白酒中酱香型的吡嗪总含量最高，为10.41~32.63 mg/L；其他吡嗪总含量相对较高的是兼香型和芝麻香型白酒，分别为6.78~12.03 mg/L和6.60~8.39 mg/L；豉香型白酒的吡嗪总含量最低，为0.41~1.52 mg/L。

在所有吡嗪里，四甲基吡嗪和三甲基吡嗪是主角，这两种化合物一个偏坚果香，一个偏焦香，合在一起，就是酱香酒那股让人记忆深刻的复合香气。

当然，不同产地的酱香型白酒中吡嗪类物质含量也存在显著差异。

北京工商大学孙宝国院士团队在2024年发表的一篇文章中，以20种酱香型白酒为对象，来源产地包括贵州、广西、湖南、北京、天津、山东、黑龙江，采用液—液萃取结合全二维气相色谱—氮化学发光检测器联用技术对酱香型白酒中挥发性含氮化合物进行定性定量分析。

结果表明：贵州酒样的吡嗪类含量达（5.36±0.96）mg/L，为最高，其次是中北部地区的酒样（4.12±1.20）mg/L，湖南酒样的质量浓度（3.05±0.64）mg/L和广西酒样的质量浓度3.00mg/L差别不明显，最低的是黑龙江产地的酒样（1.68±0.42）mg/L。

当前的研究已经不再试图将吡嗪类化合物简单定义为主体香，而更多地视作酱香型白酒的一种特征成分和功能因子。

同时，科学家们对吡嗪类物质在白酒中的形成原理，也进行了深入探索。

微生物的杰作

在咖啡和可可中，吡嗪类化合物由高温烘焙过程中的美拉德反应产生，但在白酒发酵过程中没有那么简单。

美拉德反应是还原糖与氨基酸在高温下发生的一系列复杂化学反应，温度通常在120℃到180℃之间。

烤面包时那层焦黄的外壳散发的香气，很大程度上就来自这个反应。但白酒的酿造过程并不具备这样的高温条件。

制曲阶段的最高温度在60℃到67℃之间，堆积发酵的温度通常在50℃左右，入池发酵的温度更低。这个温度区间远低于美拉德反应的活跃温度。

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那么白酒中的吡嗪从何而来？

在“中国白酒169计划”中，针对这一重要风味物质的形成机理，江南大学在《重要香与味成分生成机理的研究》中将中国白酒中四甲基吡嗪的来源及产生机制作为重点内容进行了研究。通过现代风味化学、微生物学与代谢工程等科学理论和先进技术手段，首次证实了中国白酒中四甲基吡嗪并非美拉德途径所产生。

江南大学教授、博士生导师、原副校长徐岩团队通过对中国白酒中高产四甲基吡嗪前体乙偶姻（一种中间代谢产物）功能菌株的筛选与功能菌株代谢机制的分析，确定了中国白酒中四甲基吡嗪的产生机制为：功能菌株糖降解产生丙酮酸，两分子的丙酮酸缩合生成α-乙酰乳酸，α-乙酰乳酸脱羧产生乙偶姻，发酵体系中的乙偶姻和主要由氨基酸转化而来的氨经过非酶促反应生成四甲基吡嗪。

四川大学与茅台学院的一个联合研究团队在近期发表的一项研究，通过对高温大曲（HTD）的多组学分析，为这一微生物合成机制提供了更加完整和深入的证据链。

该研究团队对来自茅台镇三家主要酱香型白酒生产企业的八种高温大曲样本进行了宏基因组测序与挥发性有机物分析。

结果显示，传统手工制作的大曲中，芽孢杆菌属（Bacillus）是绝对的优势菌群，其中贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）的相对丰度高达35.92%。而在机械压制的大曲中，优势菌则转变为克罗彭施泰特菌（Kroppenstedtia eburnea），其丰度达到32.27%，但芽孢杆菌的丰度显著降低。

进一步的功能基因注释与代谢通路重构揭示，在芽孢杆菌主导的传统大曲中，与四甲基吡嗪合成相关的三个关键酶——乙酰乳酸合成酶、乙酰乳酸脱羧酶以及乙偶姻缩合酶的基因丰度显著高于机械大曲。

这一差异直接体现在风味物质含量上：传统大曲中四甲基吡嗪的含量高达3.19 mg/L，而机械大曲中仅为0.37 mg/L，相差近8.6倍。

值得注意的是，研究还发现，即使在同一生产企业内部，不同颜色的大曲，其微生物群落结构与吡嗪含量也存在显著差异。

黑色大曲（中心位置，温度最高）由于极端高温抑制了芽孢杆菌的活性，四甲基吡嗪含量最低；而黄色与白色大曲（外层位置，温度适中）则保留了更高的芽孢杆菌丰度与吡嗪合成能力。

这一现象进一步证实，微生物，而非单纯的热力，才是吡嗪生成的核心驱动力。

当然，吡嗪在酒里的作用，不只是贡献香味那么简单。

双重身份

20世纪70年代中期，北京制药工业研究所从川芎里分离出了四甲基吡嗪纯品，完成了化学合成，并把它命名为川芎嗪。

后续的药理研究证明，川芎嗪能扩张血管、改善微循环、抑制血小板聚集。它能通过血脑屏障，在脑干分布较多。临床上用于治疗冠心病、心绞痛、缺血性脑血管疾病，效果明确。川芎嗪注射液至今仍是医院里常用的药物，被收载在中国药典里。

动物模型试验已经证实，四甲基吡嗪对酒精造成的胃黏膜和肝脏损伤有明确的缓解效果。

但问题在于，白酒中的四甲基吡嗪含量在蒸馏酒中虽然独树一帜，但距离功能性食品的有效剂量仍有差距。

▎在所有蒸馏酒中，四甲基吡嗪是中国白酒特有的功能性成分。图源@视觉中国

行业内部对提升四甲基吡嗪含量的尝试，这些年一直在进行。主要做法有三类。

第一类是从酿造环境中直接筛选天然高产菌株。酒曲和酒醅里本来就生活着多种芽孢杆菌，其中一部分产四甲基吡嗪的能力特别强。把它们分离出来，再强化回大曲或酒醅中，就能让整个发酵体系的吡嗪产量自然提升。

第二类是对筛选到的菌株做人工改良。一种方式是用物理或化学手段诱导突变，再从大量突变株中挑出产量更高的个体。另一种方式更精准，直接在基因层面敲掉代谢路径上的旁支，把原料和能量集中到四甲基吡嗪的合成通道上。经过改造的菌株，目标产物的转化效率会明显提高。

第三类是在发酵和蒸馏环节调整工艺参数。四甲基吡嗪的生成依赖中间产物乙偶姻与铵离子发生反应，提高反应温度能大幅加快这一步的转化速度。同时，优化培养基的氮源配比、适量补充乙偶姻等前体物质，也能为整个合成过程提供更好的原料基础。这些工艺调整已经在实际生产中验证有效。

在检测技术方面，中国食品发酵工业研究院等单位已经建立了一套成熟的方法。气相色谱-氮磷检测器可以快速定量白酒里的9种吡嗪，检出限低于每升150纳克。液相色谱-串联质谱能同时分离检测18种吡嗪，包括那些很难分开的同分异构体——比如2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪，这三种物质结构极其相似，但在色谱柱上可以被有效分离。

这些技术让科研人员能够精确追踪每一滴酒里吡嗪的来源、去向和变化。

中国白酒的独特性向来被笼统地归结为文化传统和酿造技艺，但越来越清晰的事实是，它的独特性有着坚实的化学基础。

四甲基吡嗪只是白酒中上百种吡嗪类化合物中的一个，吡嗪类化合物又只是白酒近2000种风味成分中的一小类。有机酸类、不饱和脂肪酸类、萜烯类、酚类化合物中还有大量未被充分研究的活性分子。这些成分之间是否存在协同作用，它们与酒精共同摄入时在人体内的代谢路径如何，目前的研究还远远不够。

白酒行业正在经历一场从经验到科学的认知转变。过去靠老师傅的手艺和感官判断来保证品质，现在微生物选育、发酵工程、风味化学、代谢组学等工具正在逐步揭开白酒复杂体系的内在逻辑。

这杯酒里的故事，还远没有讲完。

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