醬香型白酒制酒機械化生產(chǎn)試驗的研究

張 健，李 波，程平言，胡建鋒，向祖祥，鐘方達，黃永光，胡 峰*

（1.貴州茅臺酒廠（集團）習酒有限責任公司，貴州 習水 564622；2.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025）

貴州習酒歷史悠久，釀造環(huán)境獨特，醬酒作為公司主導產(chǎn)品，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)醬香型白酒兩萬噸左右，堅守傳統(tǒng)工藝，與時創(chuàng)新，純糧固態(tài)發(fā)酵。醬香型白酒生產(chǎn)工藝特殊，其制酒生產(chǎn)工藝流程復雜，生產(chǎn)周期長，一年一個生產(chǎn)周期，主要包括二次投糧，九次蒸煮，八次加曲發(fā)酵，七次取酒等。醬香型白酒不同輪次酒質(zhì)風格特點各不相同，大回酒三、四、五輪次酒品質(zhì)最優(yōu)，同一輪次窖池不同位置的發(fā)酵酒醅，又可產(chǎn)出醬香、醇甜和窖底香三個典型體[1-4]。

傳統(tǒng)醬香制酒生產(chǎn)，從下沙、造沙到七輪次酒完成，僅利用行車進行轉(zhuǎn)料，從潤糧、上甑、攤晾、起堆均采用人工操作，且生產(chǎn)環(huán)境差，勞動強度大，人工成本高，生產(chǎn)效率較低等，因此不利于醬香白酒生產(chǎn)效益。由于其生產(chǎn)工藝的特殊性，目前國內(nèi)還未有企業(yè)嘗試醬香制酒機械化的應(yīng)用，但機械化制酒的開展從潤糧、上甑、攤晾、起堆全部進行機械化，機械化班組節(jié)約人力4～5人，顯著的減少了人力成本，提高了生產(chǎn)效率。

國外日本燒酒工藝機械化走在前列[5-6]；寶島臺灣釀酒行業(yè)機械化也早于大陸地區(qū)[7-8]。國內(nèi)制酒機械化在液態(tài)發(fā)酵工藝生產(chǎn)方式的米香型、豉香型釀造企業(yè)基本實現(xiàn)了自動化，以桂林三花酒、玉冰燒為代表[9-10]。其他香型的白酒以湖北勁酒、江蘇洋河、今世緣、內(nèi)蒙河套、稻花香等行業(yè)大型企業(yè)，在機械化釀造方面大膽創(chuàng)新，一些釀造裝備嘗試投入，徹底改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，為白酒產(chǎn)業(yè)走新型工業(yè)化道路奠定了良好的基礎(chǔ)，也為中國白酒機械化做出示范[11-14]。

機械化制酒具有深遠的意義，加快行業(yè)技術(shù)發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級；驅(qū)動示范建設(shè)效應(yīng)，促進我省白酒工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，帶動全國醬香白酒產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，促進行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展；提升企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，增強企業(yè)核心競爭力，為企業(yè)培養(yǎng)大批技術(shù)骨干人才，在企業(yè)形成人才興企、人才強企的發(fā)展激情，提升企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，增強企業(yè)核心競爭力。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

機械化試驗班和傳統(tǒng)對照班堆積發(fā)酵過程、入窖發(fā)酵過程糟醅、1～7輪次的原酒等：貴州茅臺酒廠（集團）習酒有限責任公司；DNA提取試劑盒：美國MP Biomedicals公司；引物由深圳市恒創(chuàng)基因科技有限公司合成；內(nèi)標（2-乙基丁酸、乙酸正戊酯和叔戊醇混標）、無水乙醇（色譜純），氯化鈉、氫氧化鈉、鹽酸（均為純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

潤糧系統(tǒng)：安丘耀發(fā)機器有限公司；上甑系統(tǒng)：武漢奮進電力技術(shù)有限公司；攤晾起堆系統(tǒng)：湖北縱橫科技有限責任公司；行車抱斗系統(tǒng)：華瑞起重設(shè)備有限公司；SpeedCycler PCR儀：德國Analytikjena公司；GS junior高通量測序儀：美國Roche公司；GC 7890A氣相色譜儀、CP-Wax 57 CB毛細管柱（50 m×0.25 mm×0.2 μm）：美國安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 取樣方法

糟醅取樣方法：對下沙、造沙至7輪次酒堆積發(fā)酵過程，每天采樣，利用四分法取堆子上，中、中外，下、下外的糟醅各100 g，-20℃冷凍備用；窖池發(fā)酵過程中，每隔5 d取樣，利用四分法取窖池中間點和邊沿點上、中、下糟醅各100 g，-20℃冷凍備用。

酒樣取樣方法：根據(jù)窖池上中下不同層次糟醅，對機械化班組和傳統(tǒng)班組每個輪次的各層次取酒保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 實驗方法

DNA測序：分別稱取每個輪次堆積綜合樣10g、窖池發(fā)酵的糟醅綜合樣10g，加入滅菌玻璃珠，20mL滅菌0.1mol/L PBS懸浮，振蕩5 min，300 r/min離心5 min，取上清，用磷酸鹽緩沖液（phosphate buffer saline，PBS）重復洗滌沉淀3次，同樣條件離心，將所有上清混勻。于10000r/min離心5min，收集細胞沉淀。5 mL PBS洗3次，離心5 min，將所有沉淀收集備用。采用試劑盒方法提取DNA，將所提DNA送生物工程（上海）股份有限公司進行高通量測序，通過分析得到堆積發(fā)酵、窖池發(fā)酵過程主要微生物群落結(jié)構(gòu)。

白酒色譜骨架成分分析：取機械化試驗班與傳統(tǒng)對照班各輪次酒樣10 mL，加入0.2 mL內(nèi)標（2-乙基丁酸、乙酸正戊酯和叔戊醇混標），然后取2 mL進行氣相色譜分析。

氣相色譜分析條件：CP-Wax 57 CB毛細管柱（50 m×0.25 mm×0.2 μm）；進樣口溫度230 ℃，分流比40∶1；升溫程序：起始40℃，保持3 min，以2℃/min升溫至80℃，不保持；再以7.5℃/min升溫至215℃，保持29 min。

總酸總酯測定：按照T/CBJ 004—2018《固態(tài)發(fā)酵酒醅通用分析方法》中總酸總酯測定方法進行測定[15]。

1.3.3 計算公式

2 結(jié)果與分析

2.1 機械化設(shè)備研究成果

本研究以習酒公司制酒機械化試驗為依托，通過試驗研究探索醬香制酒機械化的可行性。通過研究公司成功開發(fā)了國內(nèi)首套醬香白酒制酒機械化設(shè)備系統(tǒng)（潤糧系統(tǒng)、上甑系統(tǒng)、攤晾起堆系統(tǒng)、行車抱斗系統(tǒng)），經(jīng)過試驗，取得一定的成績，但總體還不能達到傳統(tǒng)工藝標準，因此接下來將繼續(xù)對各機械設(shè)備進行技術(shù)改進，不斷試驗研究，以期滿足醬酒生產(chǎn)工藝要求。目前機械化設(shè)備取得的成果如下。

潤糧系統(tǒng)：攪拌斗容積2 m3，潤糧達到800 kg/甑工藝要求，可實現(xiàn)全自動加水、拌合潤糧。第一代潤糧機在潤糧時攪拌不均，水分不能被紅糧充分吸收、保溫保濕效果差已停用。第二代潤糧機改進為滾筒式潤糧機，增加潤糧周轉(zhuǎn)糧盤，待下一年度生產(chǎn)試驗。

上甑系統(tǒng)：按1.75 m3/甑條件，能夠?qū)崿F(xiàn)自動拌料、探汽上甑，滿足上甑輕、松、薄、準、勻、平的工藝要求。第一代上甑機器人擺臂只能左右旋轉(zhuǎn)180°導致上甑時不能很好的覆蓋蒸汽，導致酒精分子損失；第二代機器人改進后，擺臂360°旋轉(zhuǎn)，較少糟醅打散次數(shù)，很好的滿足了生產(chǎn)工藝要求。

攤晾系統(tǒng)：攤晾機的攤晾處理量4～5 m3/h，實現(xiàn)自動攤晾、加曲、拌合、收料的全部過程。第一代攤晾機為地面攤晾機，在起埂、加曲攪拌、收料等達不到醬香白酒生產(chǎn)工藝要求而停用。第二代攤晾機采用輸送板鏈攤晾，增大攤晾面積，增加風機，采用由上而下，移動吹風方式，目前仍在試驗階段。

起堆系統(tǒng)：起堆機處理量與攤晾機匹配，可實現(xiàn)機械自動起堆。第一代起堆機系統(tǒng)采用自動升降旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)自動起堆，存在的不足是在上堆過程中糟醅經(jīng)多次打撒和絞拌，糟醅變稠膩，在低位起堆時因糟醅落差大，上堆糟醅緊，影響升溫發(fā)酵。第二代起堆系統(tǒng)將直筒落料改為搖臂板鏈機輸送出料，有效地解決糟醅出料時落差大，起堆糟醅過緊的問題，正在試驗階段。

行車抱斗系統(tǒng)：實現(xiàn)糧食、糟醅出窖，入窖的機械轉(zhuǎn)運。

2.2 制酒機械化試驗堆積發(fā)酵溫度、時間分析研究

試驗結(jié)果表明，機械化試驗各輪次堆積發(fā)酵過程堆子的頂溫達到50℃左右，中溫達到40℃以上，底溫32℃左右，溫度都能達到工藝要求；堆積發(fā)酵時間二輪次時達到190h，五、六輪次堆積時間最短，堆積時間在65 h左右，堆積發(fā)酵指標對比見表1。

表1 堆積發(fā)酵指標對比Table 1 Comparison of stacking fermentation indexes

通過表1分析，機械化試驗班各輪次的頂溫總體略低于傳統(tǒng)班組相應(yīng)均值，中溫、底溫和傳統(tǒng)班組相應(yīng)時期的溫度均值基本一致；堆積發(fā)酵時間機械化試驗班總體比傳統(tǒng)班組均值延長，明顯高于傳統(tǒng)班組均值，這表明雖然堆積溫度滿足工藝要求，但機械化堆積發(fā)酵升溫速度較傳統(tǒng)慢，堆積時間延長，因此將進一步對機械化制酒堆積發(fā)酵研究，改善堆積發(fā)酵效果，滿足工藝要求。

2.3 機械化試驗堆積發(fā)酵過程主要微生物群落結(jié)構(gòu)研究

通過對2～7輪次堆積發(fā)酵過程的糟醅取樣，進行DNA高通量測序分析，結(jié)果見圖1。由圖1可知，堆積發(fā)酵過程中有細菌27個門類，主要門為Firmicutes、Proteobacteria、Bacteroidetes，共656個屬，圖1A細菌屬熱譜圖可以得出細菌主要屬有Bacillus、Lactobacillus、Kroppenstedtia等；真菌9個門類，主要門為Ascomycota、Basidiomycota，共159個屬；圖1B真菌屬熱譜圖可以發(fā)現(xiàn)主要真菌屬有Byssochlamys、Candida、Thermomyces、Thermoascus、Rasamsonia 和 Aspergillums等。將主要的優(yōu)勢功能細菌、真菌屬與公司《貴州醬香型白酒固態(tài)發(fā)酵群體微生物結(jié)構(gòu)及功能的研究技術(shù)報告》[19]中的堆積發(fā)酵過程細菌、真菌門屬對比分析，結(jié)果表明機械化試驗班主要功能微生物與傳統(tǒng)工藝一致，說明機械化生產(chǎn)試驗不影響堆積發(fā)酵過程中的主要功能微生物。

圖1 堆積發(fā)酵過程細菌和真菌屬熱圖Fig.1 Heatmap diagram of the bacterial and fungal genus in the accumulation fermentation process

2.4 機械化試驗窖池發(fā)酵過程主要微生物群落結(jié)構(gòu)研究

對二至七輪次窖池發(fā)酵過程糟醅采樣進行DNA高通量測序繪制熱圖，結(jié)果見圖2。由圖2可知，細菌有40個門類，主要為Firmicutes、Proteobacteria、Bacteroidetes等，共830個屬，從圖2A細菌熱譜圖分析發(fā)現(xiàn)主要的細菌屬有Lactobacillus、Bacillus等；真菌有9個門類，主要為Ascomycota、Basidiomycota等，共539個屬；圖2B真菌熱譜圖分析發(fā)現(xiàn)主要真菌屬有Thermoascus、Candida、Aspergillums等。將主要的優(yōu)勢功能細菌、真菌屬與公司《貴州醬香型白酒固態(tài)發(fā)酵群體微生物結(jié)構(gòu)及功能的研究技術(shù)報告》[19]中的窖池發(fā)酵的細菌、真菌門屬對比分析，結(jié)果表明機械化試驗窖池內(nèi)的主要功能微生物與傳統(tǒng)工藝一致，說明機械化生產(chǎn)試驗不影響窖池中的主要功能微生物群落結(jié)構(gòu)。

圖2 窖池發(fā)酵過程細菌和真菌屬熱圖Fig.2 Heatmap diagram of the bacterial and fungal genus in the fermentation process of pits

2.5 制酒機械化試驗出酒對比分析

通過試驗分析，傳統(tǒng)班組和機械實驗組的出酒率結(jié)果如圖3所示，機械化試驗前三輪次出酒與傳統(tǒng)班組均值基本一樣，沒有顯著差異；從四輪次酒開始，機制化試驗班出酒低于傳統(tǒng)班組均值，最終累計出酒率為64.27%，傳統(tǒng)班組平均出酒率累計為71.10%，相差6.8個百分點，制酒機械化試驗出酒率總體低于傳統(tǒng)班組均值，因此將繼續(xù)對各機械化設(shè)備進行技術(shù)改進升級，吻合工藝要求，提高機械化制酒出酒率。

圖3 傳統(tǒng)班組和機械試驗組的出酒率對比Fig.3 Comparison of liquor yield between traditional group and mechanical group

2.6 制酒機械化試驗口感品評質(zhì)量等級對比分析

通過對傳統(tǒng)班組和機械實驗組的輪次酒口感品評，質(zhì)量等級見表2。由表2可知，機械化試驗班醬香、二甜等級略高于傳統(tǒng)，一甜低于傳統(tǒng)，混合與次品基本相當，機械化試驗優(yōu)質(zhì)品率為64%，傳統(tǒng)班組優(yōu)質(zhì)品率為66.56%，機械化制酒優(yōu)質(zhì)品率低于傳統(tǒng)班組，但優(yōu)質(zhì)品率達到公司標準，下一步將改進完善設(shè)備以滿足傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求，提升優(yōu)質(zhì)品率。

表2 1-7輪次基酒口感等級Table 2 Taste grade of 1-7 rounds base liquor

2.7 制酒機械化試驗各輪次酒樣色譜骨架成分分析、總酸總酯對比研究

對機械化試驗班3～7輪次樣酒色譜骨架成分進行色譜分析，其結(jié)果見表3。通過對機械化試驗班與傳統(tǒng)班組3～7輪次原酒色譜骨架主要成分顯著性差異分析，結(jié)果見表4。結(jié)果表明各輪次之間結(jié)果差異不顯著（P＞0.05），所以機械化試驗班樣酒色譜骨架成分與傳統(tǒng)班組酒樣基本吻合，未出現(xiàn)顯著性差異，說明機械化制酒對原酒的色譜骨架成分未造成不利影響。

表3 機械化試驗班與人工傳統(tǒng)班組色譜骨架成分檢測結(jié)果Table 3 Determination results of chromatographic skeleton components of mechanical group and traditional group mg/L

表4 輪次酒色譜骨架成分顯著性差異分析Table 4 Significant difference analysis of chromatographic skeleton components in the round liquor

通過對3～7輪次機械化與傳統(tǒng)班組樣酒總酸和總酯含量測定分析，機械化試驗班的總酸略低于傳統(tǒng)班組平均值，總酯含量略高于傳統(tǒng)班組平均，顯著差異分析結(jié)果見表5和表6。由表5及表6可知，總酸顯著性分析P=0.84＞0.05，總酯顯著性分析P=0.35＞0.05，因此機械化試驗班與傳統(tǒng)班組總酸總酯均值未出現(xiàn)顯著差異。

表5 輪次酒總酸顯著性差異分析Table 5 Significant difference analysis of total acid content in the round liquor

表6 輪次酒總酯顯著性差異分析Table 6 Significant difference analysis of total ester content in the round liquor

2.8 討論

堆積發(fā)酵溫度和時間不足，可能與機械起堆方式，多次糟醅打撒，糟醅變膩，堆子較緊，不利于堆積過程中的微生物有氧的發(fā)酵，導致升溫慢，堆積時間變長[20]，機械攤晾起堆是整個機械化制酒的難點，第二代攤晾機采用輸送板鏈攤晾，增大攤晾面積，增加風機，采用由上而下，移動吹風方式；第二代起堆系統(tǒng)將直筒落料改為搖臂板鏈機輸送出料，有效地解決糟醅出料時落差大，起堆糟醅過緊的問題，目前試驗基本滿足要求。窖池主要為無氧發(fā)酵過程，試驗發(fā)現(xiàn)窖池微生物群落結(jié)構(gòu)較堆積過程豐富，能充分利用堆積前體生香，進行發(fā)酵產(chǎn)酒，研究表明窖池微生物群落結(jié)夠與傳統(tǒng)生產(chǎn)一致[21]。針對出酒與質(zhì)量等級差異問題，考慮機械化試驗過程，成熟度遠遠達不到傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，因此公司經(jīng)繼續(xù)加大科研投入力度，多試驗，多探索，在試驗中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，將機械化制酒各設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)改進完善，滿足傳統(tǒng)工藝各關(guān)鍵環(huán)節(jié)，驅(qū)動示范建設(shè)效應(yīng)，促進我省白酒工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，帶動全國醬香白酒產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，增強企業(yè)核心競爭力。

3 結(jié)論

根據(jù)公司醬香制酒機械化試驗需要，聯(lián)合國內(nèi)先進的設(shè)備廠家成功研制了國內(nèi)首套從潤糧、上甑、攤晾起堆、入窖的醬香生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)。

通過機械化制酒生產(chǎn)試驗分析研究，各重要指標均符合公司標準，制酒機械化試驗取得一定成績，但傳統(tǒng)生產(chǎn)比較還有一定差距，接下來將對機械設(shè)備進行改進提升，滿足傳統(tǒng)工藝要求?，F(xiàn)階段實驗結(jié)果主要有：（1）堆積發(fā)酵溫度符合工藝要求，但發(fā)酵升溫慢于傳統(tǒng)生產(chǎn)，堆積發(fā)酵時間較人工生產(chǎn)延長；（2）堆積發(fā)酵和窖池發(fā)酵過程中的主要功能微生物群落結(jié)構(gòu)豐富，和傳統(tǒng)《貴州醬香型白酒固態(tài)發(fā)酵群體微生物結(jié)構(gòu)及功能的研究技術(shù)報告》中主要優(yōu)勢細菌、真菌門屬保持一致。（3）制酒機械化試驗年度出酒、優(yōu)質(zhì)品率略低于傳統(tǒng)班組，但試驗階段等取得這樣的成績也值得肯定；色譜骨架成分與傳統(tǒng)生產(chǎn)完全吻合，總酸總酯與傳統(tǒng)班組平均接近，機械化制酒沒有對原酒中的總酸總酯含量造成不利影響，因此機械化制酒可以考慮繼續(xù)試驗，然后推廣應(yīng)用。

通過機械化開展促進醬香白酒釀造的傳承和提升優(yōu)質(zhì)醬香型白酒生產(chǎn)方式融合，提升傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)醬香型白酒釀造的機械化和自動化水平；降低企業(yè)生產(chǎn)勞動強度、提高生產(chǎn)效率；促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)節(jié)能降耗；穩(wěn)定、提高優(yōu)質(zhì)品率；帶動、促進醬香型白酒釀造技術(shù)發(fā)展，引領(lǐng)貴州傳統(tǒng)白酒產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級；提升貴州白酒的競爭力，加快實現(xiàn)貴州白酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標。

制酒機械化的研究，為醬香白酒機械化開創(chuàng)了先河，能加快醬香白酒行業(yè)兩化融合，推進醬酒機械化進程，同時節(jié)能降耗，節(jié)約成本，提高工作效率。但成功道路上仍有坎坷，接下來將繼續(xù)針對醬香機械化存在不足改進、創(chuàng)新，最終建立起達到傳統(tǒng)生產(chǎn)標準的機械化生產(chǎn)線。