白云邊酒陳釀過程理化指標變化規(guī)律探討

曹敬華，張明春，朱正軍，周金虎，陳茂彬*

（1.湖北工業(yè)大學發(fā)酵工程教育部重點實驗室工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心湖北省工業(yè)微生物重點實驗室，湖北武漢430068；2.湖北白云邊酒業(yè)股份有限公司，湖北松滋434200）

白云邊酒陳釀過程理化指標變化規(guī)律探討

曹敬華1，張明春2，朱正軍1，周金虎1，陳茂彬1*

（1.湖北工業(yè)大學發(fā)酵工程教育部重點實驗室工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心湖北省工業(yè)微生物重點實驗室，湖北武漢430068；2.湖北白云邊酒業(yè)股份有限公司，湖北松滋434200）

為探討白酒陳釀過程的機理，以不同貯存時間的白云邊酒為研究對象，測定了白酒粒徑、酒精度、電導率、折光率、密度、黏度、pH值、Zeta電位等理化指標。結(jié)果表明，隨著白酒貯存時間延長，酒精度、折光率、pH值逐漸降低，白酒粒徑從貯存期0～9年的1 000 nm級別降至12～30年的100 nm級別，密度由新酒的904.19 kg/m3逐漸升至30年白酒的911.4 kg/m3；乙醇和水分子的締合度變得更緊密，白酒黏度由2.41 mPa·s緩慢增加至2.61 mPa·s；貯存3年和5年的白酒Zeta電位最高，其余年份白酒的Zeta電位差距不大，均在1 mV左右變動。關鍵詞：白酒；陳釀；理化指標

對白酒自然陳釀機理的探討早在20世紀60年代就有文獻報道[1]。進入21世紀，對這一舊課題的再次提出，出現(xiàn)了如“締合說”、“酯化說”、“氧化說”、“溶出說”、“揮發(fā)說”等陳釀機理觀點[2]。楊星等[3]研究了氫鍵締合在白酒陳釀過程中的作用，發(fā)現(xiàn)隨著儲藏時間的延長，模擬體系的羥基質(zhì)子峰不斷向低場移動，體系內(nèi)氫鍵締合逐漸增強，而且低乙醇含量溶液的氫鍵締合整體強于高乙醇含量溶液?！按谆f”認為白酒在貯存過程中，醇氧化成醛、醛再氧化成酸，酸與醇可結(jié)合成酯，使酒質(zhì)變好[4]；安徽古井貢酒廠[5]曾對同一白酒在不同容器中貯存時進行過跟蹤分析對比，結(jié)論為新酒最初存于陶壇中，極有利于酯化老熟；劉昕[6]研究董酒中臭味物質(zhì)隨貯存時間的變化時發(fā)現(xiàn)，貯存一年后臭味物質(zhì)基本消失。

近年來，隨著科技的進步以及新型檢測手段的開發(fā)，人們已經(jīng)不滿足于從口感、色澤、香型等方面對中國特色的白酒進行評價和研究[7]。許多學者和釀酒技術(shù)人員都對白酒成分及微量的有機化合物進行了研究[8]，但目前所關注的仍是對其微量成分的剖析和生產(chǎn)過程的控制，使得對這類成分復雜的溶液體系的物理化學特性、結(jié)構(gòu)等因素與感官質(zhì)量間關系的研究有所忽視，因而白酒許多本質(zhì)問題尚難找到科學解釋[9]。黏度、電導率、Zeta電位等理化指標作為白酒的一個重要宏觀物理性質(zhì)，它與白酒風味的呈現(xiàn)有著十分密切的聯(lián)系[10]，因此，研究不同貯存時間白酒溶液體系的物理化學特性、結(jié)構(gòu)對白酒陳釀影響作用具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新酒、一年份白酒、三年份白酒、五年份白酒、九年份白酒、十二年份白酒、十五年份白酒、二十年份白酒、三十年份白酒：湖北白云邊酒業(yè)股份有限公司；無水乙醇、無水氯化鐵、濃硫酸（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

AR1140電子分析天平：奧克斯國際貿(mào)易有限公司；PHX智能生化恒溫培養(yǎng)箱：寧波萊?？萍加邢薰?；MT-5000pH計：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；君斯JS-064秒表：深圳市君斯達實業(yè)有限公司；Br43228密度瓶：德國Brand公司；SYP1003-III烏氏黏度計：上海密通機電科技；XY-073酒精計：余姚儀表二廠有限責任公司；Zetasizer Nano納米粒度及Zeta電位分析檢測儀：英國馬爾文儀器有限公司；DDS-11AW電導率儀：上海精密儀器儀表有限公司；Rx-5000α阿貝折光儀：Atago（愛拓）中國公司。

1.3 方法

1.3.1 不同質(zhì)量濃度乙醇鐵溶液的配制

用電子天平稱量0.8256g無水氯化鐵置于燒杯中，迅速用30 mL體積分數(shù)50%乙醇溶液溶解，并立即轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，然后用50%乙醇溶液潤洗兩次并將潤洗液倒入容量瓶中，最后用50%乙醇溶液定容，得到質(zhì)量濃度為8.008g/L的乙醇鐵溶液。取7支50mL容量瓶并編號1～7號，用移液槍分別吸取乙醇鐵溶液0.115mL、0.345mL、0.575mL、0.805 mL、1.035 mL、1.150 mL、3.450 mL加入相應編號的容量瓶中，并用超純水定容，分別得到質(zhì)量濃度為18.4 mg/L、55.2 mg/L、92.0 mg/L、128.8 mg/L、165.6 mg/L、184.0 mg/L、552.0 mg/L的乙醇鐵溶液。

1.3.2 理化指標的檢測

粒徑：使用納米粒度及Zeta電位分析檢測儀測定不同質(zhì)量濃度的乙醇鐵溶液和不同貯存年份的白酒粒徑。

電導率[11]：量取100 mL酒樣倒入200 mL燒杯中，采用電導率儀，使用檔位1ms，在攪拌狀態(tài)下測定各樣品的電導度Ct，測定溫度21℃。直至讀數(shù)穩(wěn)定為止，記下此時電導率K。按公式“C25=0.62×Ct×[1+（25-21）×0.02]×檔位”換算為25℃時各樣品的電導率C25。測定不同貯存年份白酒的電導率。

折光率：打開阿貝折光儀棱鏡，將待測體2～3滴均勻地滴在磨砂面棱鏡上，待整個鏡面上潤濕后，關緊棱鏡，轉(zhuǎn)動反射鏡使視場最亮，輕輕轉(zhuǎn)動左面的刻度盤，并在右鏡筒內(nèi)找到明暗分界線。若出現(xiàn)彩色光帶，則轉(zhuǎn)動消色調(diào)節(jié)器，使明暗界線清晰。再轉(zhuǎn)動左面刻度盤，使分界線對準十字交叉線中心，記錄讀數(shù)與溫度，重復1～2次，測定不同貯存年份白酒的折光率。

密度：將潔凈的密度瓶，置于烘箱中，將瓶塞斜置于瓶邊，干燥0.5～1.0 h，蓋好取出，置干燥器內(nèi)0.5 h，稱質(zhì)量記為m1。裝滿待測白酒后，插入中心有毛細孔的瓶塞，用濾紙將從塞孔溢出的液體擦干，置20℃恒溫水浴中，放置若干分鐘，隨著供試液溫度的上升，過多的液體將不斷從塞孔溢出，隨時用濾紙將瓶塞頂端擦干，待白酒不再由塞孔溢出，迅速將密度瓶從水浴中取出，用濾紙將密度瓶的外面擦凈，精密稱定質(zhì)量記為m2，減去密度瓶的質(zhì)量，求得待測白酒的質(zhì)量后，將白酒倒掉，洗凈密度瓶，裝滿新沸過的冷水，再照上法測得同一溫度時水的質(zhì)量m3，查表得到該溫度條件下水的密度ρ1，不同貯存年份白酒的密度ρ白酒計算公式如下：

黏度[12]：準確移取10.0 mL待測液于烏氏黏度計中，30℃恒溫水浴恒溫10 min，平行測定3次取平均值求得t值，平行測量兩次差值不得＞0.3 s。測定不同貯存年份白酒的黏度。液體的黏度由下式計算：

η=Kρt

式中：η表示待測液黏度，mPa·s；K為黏度計常數(shù)，10-2cm2；

ρ表示待測液密度，g/cm3；t是液體流動時間，s。

酒精度：用精密酒精計讀取酒精體積分數(shù)示值，按照GB/T 10345—2007《不同溫度下酒精溶液相對密度與酒精度對照表》進行溫度校正，求得在20℃時乙醇的體積分數(shù)，即為酒精度。

pH值：使用pH計測定不同貯存年份白酒的pH值。

Zeta電位：根據(jù)測定的電導率、折光率等參數(shù)，使用納米粒度及Zeta電位分析檢測儀測定不同貯存年份白酒的電位。

2 結(jié)果與分析

2.1 酒精度的測定

不同年份白酒酒精度的變化結(jié)果見圖1。由圖1可知，白酒在貯存過程中酒精度逐步降低，貯存1年的白酒酒精度為64.7%vol，而貯存30年的白酒酒精度下降至58.5%vol。用于貯存白酒的容器多為陶缸，在其制作過程中形成了許多大小不一的孔隙，這使得陶缸具有氧化作用和吸附作用，能夠?qū)⑷┑妊趸伤?，吸附酒中的異雜味，但同時也導致了乙醇的揮發(fā)。

圖1 不同年份白酒酒精度的變化規(guī)律Fig.1 Varying pattern of density ofBaijiuwith different aging time

2.2 粒徑的測定結(jié)果

白酒中含有以各種金屬離子為膠核形成的膠體粒子，特別是鐵離子、銅離子等過渡元素金屬離子，不同質(zhì)量濃度的乙醇鐵溶液的粒徑見表1。趙金松等[13]研究指出白酒中金屬元素含量尤其是鐵離子隨貯存時間增長而增加。與不同貯存時間白酒的粒徑進行對比，以期探討白酒中是否含有乙醇鐵膠體粒子。不同年份白酒的粒徑變化見圖2。

表1 不同質(zhì)量濃度的乙醇鐵溶液粒徑Table 1 Particle size of different concentrations ethanol-ferric chloride

由表1可知，乙醇鐵溶液質(zhì)量濃度與粒徑?jīng)]有成規(guī)律的相關性，這與膠體大分子空間所占體積、氫鍵締合程度、膠團整體均一性等多因素有關，可能是在合適的濃度下，粒子聚集程度稍大。

圖2 不同年份白酒粒徑的變化規(guī)律Fig.2 Varying pattern of particle size ofBaijiuwith different aging time

由圖2可知，白酒粒徑大小隨貯存期增長呈先波動后下降趨勢，酒精度高的酒樣即貯存期0～9年的白酒所形成的膠體顆粒平均粒徑較大，研究結(jié)果與張敬雨等[14]的結(jié)論一致。初始白酒粒徑維持在1000nm級別，隨著貯存時間延長，12年至30年的白酒粒徑降至100nm級別。長時間的貯存，一方面使酒的酒精度降低，一方面白酒中乙醇與水分子的締合度、微量成分的融合度都更穩(wěn)定，使得粒子表面逐漸變得光滑，不容易發(fā)生團聚，從而測定的粒徑值更小。與各個質(zhì)量濃度的乙醇鐵溶液粒徑相比，白酒的粒徑普遍偏大，可能是由于白酒的粒子成分復雜，并非單一溶液，測定結(jié)果并不能證明白酒中的粒子為乙醇鐵粒子，尚且需要進一步論證。2.3密度的測定結(jié)果

圖3 不同年份白酒密度的變化規(guī)律Fig.3 Varying pattern of density ofBaijiuwith different aging time

不同年份白酒密度的變化規(guī)律見圖3。由圖3可知，白酒密度隨著貯存年份的增加而逐漸增大，新酒的密度為904.19 kg/m3，30年白酒的密度升至911.4 kg/m3。白酒密度與貯存時間成正比，隨著貯存時間延長，白酒酒精度降低，密度逐漸升高。

2.4 折光率的測定結(jié)果

不同年份白酒的折光率變化見圖4。由圖4可知，白酒酒樣的折光率隨貯存時間的增長而先平穩(wěn)后降低。純水的折光率為1.333 0，所有基酒的折光率明顯高于純水，當酒貯存期達到20年后，折光率明顯降低，貯存時間越長，乙醇含量越低，折光率越小。

圖4 不同年份白酒折光率的變化規(guī)律Fig.4 Varying pattern of refractive index ofBaijiuwith different aging time

2.5 黏度的測定結(jié)果

圖5 不同年份白酒黏度的變化規(guī)律Fig.5 Varying pattern of viscosity of liquor with different aging time

不同年份白酒黏度的變化規(guī)律見圖5。由圖5可知，貯存過程中白酒黏度逐漸增大，由貯存1年的2.41 mPa·s增加到貯存30年的2.61 mPa·s。這是由于乙醇和水都是極性分子，其極性基團羥基易在溶液中形成特有的氫鍵，在此氫鍵的作用下，乙醇和水會形成不同于它們各自締合結(jié)構(gòu)群的新的締合結(jié)構(gòu)。喬華等[12]研究認為乙醇體積分數(shù)為50%～60%時，可形成較穩(wěn)定的乙醇-水團簇分子，該締合結(jié)構(gòu)的締合強度最強，本實驗樣品乙醇體積分數(shù)在58%～65%，因此黏度值較高。

2.6 pH值

不同年份白酒pH值的變化規(guī)律見圖6。由圖6可知，貯存過程中白酒的pH值逐漸減小，由貯存1年的3.82減小至貯存30年的3.14。貯存過程中，空氣中的氧不斷溶入酒中，酒中的各微量成分與這些溶氧緩慢而持續(xù)發(fā)生著一系列的氧化反應，比如醇氧化成醛的反應：ROH2OH→RCHO+H2O，醛氧化成酸的反應：RCHO→RCOOH。醇氧化生成醛、酸，使酒精度降低，酸度增加。

圖6 不同年份白酒pH值的變化規(guī)律Fig.6 Varying pattern ofBaijiupH with different aging time

2.7 Zeta電位

Zeta電位是用來表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標[15]，其主要用途之一是研究膠體與電解質(zhì)的相互作用，Zeta電位（正或負）越高，體系越穩(wěn)定，即溶解或分散可以抵抗聚集。由圖7可知，貯存3年和5年的白酒Zeta電位最高，其余年份白酒的Zeta電位差距不大，均在1mV左右變動。從檢測結(jié)果上來看，貯存時間越長，酒體并非最穩(wěn)定，反而是貯存3年和5年的白酒較穩(wěn)定，導致這種結(jié)果的原因還有待進一步探究。

圖7 不同年份白酒Zeta電位的變化規(guī)律Fig.7 Varying pattern of Zeta potential ofBaijiuwith different aging time

3 結(jié)論

對新酒、一年份、三年份、五年份、九年份、十二年份、十五年份、二十年份和三十年份白酒的理化指標進行了檢測分析。隨著白酒貯存時間延長，乙醇緩慢揮發(fā)，酒精度由64.7%vol逐漸降至58.5%vol；緩慢而持續(xù)發(fā)生的一系列的氧化反應使得酒體酸度增加，折光率、pH值逐漸降低；白酒粒徑從貯存期0～9年的1 000 nm級別降至12～30年的100 nm級別，長時間的貯存使白酒粒子表面逐漸變得光滑，不容易發(fā)生團聚，從而測定的粒徑更?。幻芏扔尚戮频?04.19 kg/m3逐漸升至30年白酒的911.4 kg/m3；乙醇和水分子的締合度變得更緊密，白酒黏度由2.41 mPa·s緩慢增加到2.61 mPa·s；貯存3年和5年的白酒Zeta電位最高，其余年份白酒的Zeta電位差距不大，均在1 mV左右變動。

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Variation regularity of physicochemical indexes of BaiyunbianBaijiuduring aging process

CAO Jinghua1,ZHANG Mingchun2,ZHU Zhengjun1,ZHOU Jinhu1,CHEN Maobin1*
(1.Key Laboratory of Fermentation Engineering(Ministry of Education),Hubei Provincial Cooperative Innovation Center of Industrial Fermentation,Hubei Key Laboratory of Industrial Microbiology,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China; 2.Hubei Baiyunbian Liquor Industry Co.,Ltd.,Songzi 434200,China)

The BaiyunbianBaijiu(Chinese liquor)with different aging time was studied in order to investigate its aging mechanism.The physicochemical indexes including particle size,alcohol content,conductivity,refractive index,density,viscosity,pH,and Zeta potential were determined.The results showed that alcohol content,refractive index,and pH decreased gradually with theBaijiuaging time.The particle size ofBaijiuwith the aging time of 0-9 years was 1 000 nm level,which reduced to 100 nm level with the aging time of 12-30 years.The density of 30 yearsBaijiuincreased to 911.4 kg/m3from the density of newBaijiu904.19 kg/m3.The association extent of ethanol and water tightened,and viscosity increased gradually to 2.61mPa·sfrom2.41mPa·s,andtheZetapotentialofBaijiuwith3and5yearsagingtimewasthehighest,andotheryearsBaijiuchangedlittlearound1mV. Key words：Baijiu;aging;physicochemical indexes

TS262.3

0254-5071（2017）07-0067-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.07.015

2016-12-23

國家重點研發(fā)計劃重點專項（2016YFD0400500）；湖北省科技支撐計劃（2014BBB005）

曹敬華（1986-），男，工程師，碩士，研究方向為釀造工藝及微生物。

*通訊作者：陳茂彬（1965-），男，教授，博士，研究方向為釀酒工程。