基于白酒模擬釀造體系的不同種類大米釀造差異性研究

祝云飛，林 培，吳生文，曾婷婷，彭 輝，劉小琴，熊秋萍，黎清華

（四特酒有限責(zé)任公司，江西 樟樹 331200）

原料是決定白酒質(zhì)量的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，一方面，原料因其自身含有一定量的風(fēng)味成分而使酒體表現(xiàn)出“原料香”[1-2]，并且含有在酸或酶的作用下才釋放出來(lái)的結(jié)合態(tài)風(fēng)味[3]；另一方面，原料作為微生物生長(zhǎng)的“培養(yǎng)基”將直接影響微生物的生長(zhǎng)和風(fēng)味物質(zhì)的代謝生成[4]。

江西省是我國(guó)的水稻種植大?。ǘi稻為主），同時(shí)也是產(chǎn)糧大省，特香型白酒以大米為原料，是贛鄱地區(qū)的主產(chǎn)香型。大米原料對(duì)特香型白酒釀造影響的研究報(bào)道較少。李科發(fā)等[5]研究不同品質(zhì)大米對(duì)白酒產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)大米所產(chǎn)基酒質(zhì)量?jī)?yōu)于普通大米，但出酒率低于普通大米。肖美蘭等[6]研究利用富硒大米代替普通大米釀造特香型基酒，沒(méi)有達(dá)到提高白酒中硒含量以及提升基酒質(zhì)量的目的。按原料稻谷類型，大米分為秈米、粳米、秈糯米和粳糯米[7]。秈米、粳米、糯米在外觀、理化、淀粉結(jié)構(gòu)等方面都有較明顯的差異，原料風(fēng)味也有一定差別[8-10]，對(duì)發(fā)酵代謝也可能有不同的影響。彭智輔等[11]研究了大米、糯米的蒸煮香氣組成，對(duì)大米、糯米的揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行提取分析。李秋濤等[12]比較了不同直支鏈淀粉含量的大米、高粱的糊化情況和蒸煮香氣，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和窖池發(fā)酵試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一品種的糧食直鏈淀粉越高，淀粉結(jié)構(gòu)越緊密，糊化時(shí)間越長(zhǎng)，糧香越濃；另外，不管是直鏈淀粉還是支鏈淀粉，只要糊化得好，出酒率差別不大。江偉等[13]通過(guò)不同原料釀造單糧白酒，并進(jìn)行風(fēng)味物質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)大米酒和糯米酒以爽凈感為主。目前鮮見(jiàn)不同種類大米對(duì)特香型白酒釀造影響的相關(guān)報(bào)道，值得探究。

由于車間窖池環(huán)境、母糟情況與班組操作等不一致，難以保證參數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性[14]，直接進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)需要大量的試驗(yàn)組，物料消耗大。因此，本研究設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)室小試模擬發(fā)酵與蒸餾裝置，構(gòu)建固態(tài)法白酒模擬釀造體系，搭建實(shí)驗(yàn)室小試釀酒平臺(tái)，并基于此平臺(tái)，以秈米、粳米、糯米三種大米為原料，進(jìn)行模擬釀造試驗(yàn)，考察不同種類大米在釀造過(guò)程中發(fā)酵升溫、糟醅理化、基酒理化、基酒色譜成分與基酒感官品質(zhì)等方面的變化及特點(diǎn)，進(jìn)行差異性分析，為進(jìn)一步的車間試驗(yàn)和釀造專用米選用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

粳米（產(chǎn)地江蘇宿遷）、糯米（產(chǎn)地安徽淮安）：市售；秈米（產(chǎn)地江西）、大曲、稻殼、母糟：由四特酒有限責(zé)任公司生產(chǎn)車間提供。

1.1.2 化學(xué)試劑

氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、乙酰丙酮（均為分析純）：西隴科學(xué)股份有限公司；白酒色譜混合標(biāo)樣（59種組分，純度均≥99.8%）：中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院。

1.2 儀器與設(shè)備

KDN-04消化爐：杭州綠博儀器有限公司；721N可見(jiàn)光分光度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；Aglient GC7890氣相色譜儀、DB-624UI毛細(xì)管色譜柱（30m×0.53mm×3.00μm）：安捷倫科技（中國(guó)）有限公司；RC-5+溫度記錄儀：江蘇精創(chuàng)電氣股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)室用白酒蒸餾裝置設(shè)計(jì)制作

裝置結(jié)構(gòu)示意圖[15]見(jiàn)圖1。蒸餾桶容積設(shè)計(jì)呈倒錐形，底徑20 cm，口徑25 cm，高80 cm（總?cè)莘e32 L），保證料層的高度，有助于酒精充分精餾濃縮。該裝置用小型電加熱蒸汽鍋爐提供充足且穩(wěn)定的蒸汽。

圖1 實(shí)驗(yàn)室用白酒蒸餾裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the structure of laboratory Baijiu distillation device

1.3.2 固態(tài)法白酒模擬發(fā)酵裝置設(shè)計(jì)制作

裝置結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。發(fā)酵桶設(shè)計(jì)容積25 L，一次可投糧約2 kg，模擬原料糟部分。裝置結(jié)構(gòu)與工作原理：該裝置最里層是密封發(fā)酵桶，發(fā)酵桶外圍為全包裹的密閉保溫套；最外層為保溫箱，保溫箱內(nèi)有溫控加熱裝置。使用時(shí)，定期查看發(fā)酵桶內(nèi)發(fā)酵溫度，然后根據(jù)發(fā)酵溫度設(shè)定保溫箱內(nèi)溫度始終低于發(fā)酵溫度1 ℃以內(nèi)，減少外界溫度傳遞對(duì)發(fā)酵的干擾。

圖2 固態(tài)法白酒模擬發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of simulated fermentation device for traditional Baijiu

1.3.3 模擬釀造平臺(tái)效果驗(yàn)證

取車間攤涼下曲拌勻后的糧糟裝入發(fā)酵桶中，同車間糧糟入池操作，按壓緊實(shí)。再將溫度記錄儀探頭放入糟醅中，做好密封，然后用保溫套包裹，置于保溫箱中，每天查看發(fā)酵溫度，并設(shè)定保溫箱內(nèi)溫度低于發(fā)酵溫度0.5 ℃。在車間該甑糧糟中間位置、同一平面均勻放置3個(gè)溫度記錄儀，記錄發(fā)酵溫度。實(shí)驗(yàn)室模擬發(fā)酵與車間窖池各做三組平行試驗(yàn)。

發(fā)酵45 d。發(fā)酵結(jié)束后取樣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室模擬發(fā)酵酒醅與車間出池酒醅的水分、酸度、淀粉含量和酒精度并用自制的實(shí)驗(yàn)室用白酒蒸餾裝置蒸酒。出酒流速控制100mL/（3～5）min，每接100 mL檢測(cè)酒精度，再與前面接好的酒液混合，檢測(cè)混合后的綜合酒精度。

1.3.4 大米理化指標(biāo)檢測(cè)

大米樣品檢測(cè)水分、淀粉、蛋白質(zhì)、浸泡吸水率等理化指標(biāo)，檢測(cè)方法參照《糧油及其制品檢驗(yàn)》[16]中的檢測(cè)方法。

1.3.5 不同種類大米模擬釀造試驗(yàn)

以秈米、粳米、糯米為原料，進(jìn)行釀造特香型白酒試驗(yàn)。每種大米投糧6 kg，投糧∶母糟為1∶5，用曲量27%，稻殼用量40%，糧水比1.0∶1.2（g∶mL）。

按特香型白酒釀造工藝進(jìn)行拌料、潤(rùn)糧、蒸糧、攤涼、下曲等操作。潤(rùn)糧時(shí)間1 h；大米蒸煮做到內(nèi)無(wú)生心，熟而不黏；下曲溫度20 ℃左右。處理好的糧糟稱質(zhì)量分成三等份（做三組平行試驗(yàn)），裝入發(fā)酵桶中，按壓緊實(shí)，按“1.3.3模擬釀造平臺(tái)效果驗(yàn)證”的方法發(fā)酵保溫。發(fā)酵45 d后，每桶拌入對(duì)應(yīng)種類大米2 kg，按“1.3.3 模擬釀造平臺(tái)效果驗(yàn)證”的方法蒸餾接酒，混合酒液酒精度控制在（60±1）%vol。發(fā)酵前后取糟醅檢測(cè)理化指標(biāo)。

1.3.6 酒醅理化檢測(cè)

入池（發(fā)酵前）酒醅檢測(cè)水分、酸度、淀粉含量，出池（發(fā)酵后）酒醅檢測(cè)水分、酸度、淀粉含量、酒精度，檢測(cè)方法參照《釀酒分析與檢測(cè)》[17]中的檢測(cè)方法。

1.3.7 基酒理化與色譜檢測(cè)

基酒理化檢測(cè)酒精度、總酸、總酯等3項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)方法參照《釀酒分析與檢測(cè)》[17]。

采用氣相色譜法檢測(cè)基酒中風(fēng)味成分，氣相色譜條件：DB-624UI毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.53 mm×3.00 μm），載氣為氮?dú)猓∟2），流速1.5 mL/min；氫氣（H2）流速30 mL/min；尾吹流速40 mL/min；空氣流速400 mL/min；氫火焰離子化檢測(cè)器；氣化溫度250 ℃；進(jìn)樣量1 μL。

1.3.8 基酒感官品評(píng)

由7人組成的專業(yè)白酒品酒員，參照特香型白酒基酒標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.3.9 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（xˉ±SD）表示，以Excel 2016軟件作圖，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。以P＜0.05為差異顯著，多重比較采用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬釀造平臺(tái)效果驗(yàn)證

2.1.1 模擬發(fā)酵裝置效果驗(yàn)證

傳統(tǒng)固態(tài)法白酒發(fā)酵窖池容積一般較大，大量糟醅的堆積、共同發(fā)酵使得糟醅受外界環(huán)境影響較小而出現(xiàn)明顯的升溫變化，包含后期的降溫，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程溫度變化都是自然發(fā)生的。要實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵的模擬，強(qiáng)制控溫的方式[18-20]使發(fā)酵出現(xiàn)固定的升溫曲線，難以反映出試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整對(duì)發(fā)酵升溫的影響，也直接干擾了發(fā)酵過(guò)程；單純保溫的方式，當(dāng)外部溫差較大或溫度波動(dòng)明顯時(shí)[21]，在一般長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月以上的發(fā)酵期中，發(fā)酵過(guò)程可能將受到較明顯影響。本研究設(shè)計(jì)制作的模擬發(fā)酵裝置，首先對(duì)發(fā)酵糟醅進(jìn)行保溫，同時(shí)控制外界環(huán)境（保溫箱內(nèi)）溫度，維持溫度的穩(wěn)定和減小溫差。模擬發(fā)酵試驗(yàn)的溫度變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 實(shí)驗(yàn)室與車間窖池發(fā)酵升溫曲線Fig.3 Temperature variation curves of fermentation in laboratory and pit in workshop

由圖3可以看出，實(shí)驗(yàn)室模擬發(fā)酵與車間窖池的發(fā)酵溫度變化趨勢(shì)基本一致，模擬發(fā)酵過(guò)程受外界傳熱的干擾降低，發(fā)酵呈現(xiàn)出自然的升溫變化，前期快速升溫階段車間窖池平均升溫速度1.2 ℃/d，實(shí)驗(yàn)室模擬發(fā)酵平均升溫速度1.0 ℃/d；緩慢降溫階段車間窖池平均降溫速度0.12 ℃/d，實(shí)驗(yàn)室模擬發(fā)酵平均降溫速度0.16 ℃/d?？赡苡捎诎l(fā)酵桶、保溫材料等需要吸收一些發(fā)酵熱量，導(dǎo)致前期升溫、頂溫、升溫幅度以及后期溫度比車間窖池略低。實(shí)驗(yàn)室模擬發(fā)酵與車間窖池出池酒醅理化結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)室與車間窖池出池酒醅理化對(duì)比Table 1 Comparison of physiochemical indicators of alcoholic fermentative material in laboratory and pit in workshop

由表1可知，實(shí)驗(yàn)?zāi)M發(fā)酵酒醅與車間窖池酒醅各理化指標(biāo)差異不顯著（P＞0.05），發(fā)酵均較正常。綜合發(fā)酵升溫與糟醅理化情況，該模擬發(fā)酵裝置可以用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)釀造工藝的小試發(fā)酵試驗(yàn)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)室用白酒蒸餾裝置效果驗(yàn)證

固態(tài)法的白酒的蒸餾極具特色，酒醅既是酒精載體又相當(dāng)于蒸餾塔板。本研究制作的固態(tài)法白酒蒸餾裝置蒸餾過(guò)程酒精度變化情況見(jiàn)圖4。

由圖4可以看出，本研究制作的蒸餾裝置具有很高的濃縮效率，初始酒精度可穩(wěn)定達(dá)到70%vol以上，另外，在“斷花”（50%vol左右）后，混合酒液酒精度在60%vol以上，符合生產(chǎn)中斷花摘酒的工藝要求。該蒸餾裝置可以用于實(shí)驗(yàn)室較少糟醅情況下的蒸餾。

圖4 蒸餾過(guò)程酒精度變化規(guī)律Fig.4 Changing rule of alcohol content during distillation

發(fā)酵與蒸餾是白酒釀造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是模擬釀造的重點(diǎn)、難點(diǎn)。本研究設(shè)計(jì)的發(fā)酵與蒸餾裝置效果良好，可以較好的模擬傳統(tǒng)固態(tài)法白酒生產(chǎn)中的發(fā)酵與蒸餾情況，結(jié)合市售的小型蒸糧裝置、風(fēng)扇、室內(nèi)空調(diào)等即可搭建起完整的實(shí)驗(yàn)室白酒模擬釀造平臺(tái)，開(kāi)展工藝試驗(yàn)研究。

2.2 大米樣品理化

秈米、粳米、糯米樣品部分理化指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 大米樣品理化指標(biāo)Table 2 Physiochemical indicators of rice samples

由表2可知，三種大米水分、淀粉含量相差不大，粳米蛋白質(zhì)含量最高（8.7%），高蛋白質(zhì)可為發(fā)酵提供更豐富的營(yíng)養(yǎng)，但過(guò)多可能引起高級(jí)醇含量偏高。浸泡吸水率為糯米＞粳米＞秈米（P＜0.05），浸泡吸水率對(duì)潤(rùn)糧工藝具有重要指導(dǎo)作用，充分潤(rùn)糧才能保證充分糊化。

2.3 不同種類大米發(fā)酵糟醅理化差異與出酒率對(duì)比

基于自行搭建的模擬釀造平臺(tái)，以秈米、粳米、糯米三種大米為試驗(yàn)原料，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)中母糟、大曲、稻殼、釀造用水以及糟醅處理方式保持一致。發(fā)酵前后糟醅理化檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 發(fā)酵前后糟醅理化指標(biāo)Table 3 Physiochemical indicators of fermented grains before and after fermentation

由表3可知，發(fā)酵前各項(xiàng)入池酒醅參數(shù)無(wú)顯著性差異（P＞0.05），通過(guò)模擬釀造平臺(tái)小試，保證了入池參數(shù)基本一致。發(fā)酵后酒醅水分與殘余淀粉含量無(wú)顯著性差異（P＞0.05），結(jié)合酸度與酒精度指標(biāo)分析，各試驗(yàn)組發(fā)酵基本正常。發(fā)酵后酒醅酸度與酒精度指標(biāo)在三種大米試驗(yàn)組間有顯著性差異（P＜0.05），出池酒醅酸度順序：粳米＞秈米＞糯米，酒精度順序：糯米＞粳米＞秈米。由于殘余淀粉相近，淀粉糖化后在不同種類大米間的代謝方向可能有一定差異，進(jìn)而出現(xiàn)不同產(chǎn)酒、產(chǎn)酸以及香味生成情況。不同種類大米出酒率見(jiàn)圖5。

圖5 不同種類大米出酒率Fig.5 Liquor yield of different rice cultivars

由圖5可知，不同大米原料釀造基酒出酒率順序?yàn)椋号疵祝?0.5±3.4）%＞粳米（42.9±4.6）%＞秈米（30.7±4.5）%，不同種類大米間差異性顯著（P＜0.05），與酒醅酒精度呈正相關(guān)。

2.4 不同種類大米發(fā)酵升溫變化

發(fā)酵溫度是評(píng)價(jià)發(fā)酵情況的重要參數(shù)。秈米、粳米、糯米在模擬發(fā)酵中的發(fā)酵溫度變化見(jiàn)圖6。

圖6 不同種類大米發(fā)酵溫度變化曲線Fig.6 Variation curves of fermentation temperature of different rice cultivars

由圖6可知，三種大米的發(fā)酵升溫曲線都較正常。前期快速升溫階段，秈米、粳米、糯米的升溫速率分別為0.9 ℃/d、1.1 ℃/d和1.5 ℃/d，升溫速率在一定程度上反映了出了淀粉水解利用的快慢；總升溫幅度，秈米、粳米、糯米分別達(dá)到了9.7 ℃、12.3 ℃和11.8 ℃，升溫差異可能與不同種類大米直支鏈淀粉比例和淀粉分子結(jié)構(gòu)有關(guān)[22]。

2.5 不同種類大米基酒理化與風(fēng)味成分分析

對(duì)三種大米小試試驗(yàn)的基酒進(jìn)行理化檢測(cè)與風(fēng)味物質(zhì)成分分析，不同種類大米試驗(yàn)基酒總酸、總酯含量見(jiàn)圖7。

圖7 不同種米大米基酒總酸、總酯含量Fig.7 Contents of total acid and ester in basic liquor with different rice cultivars

由圖7可知，秈米、糯米基酒總酸、總酯含量無(wú)顯著性差異（P＞0.05），粳米基酒總酸、總酯含量均高于秈米和糯米。

分析微量風(fēng)味物質(zhì)，列舉平均含量在20 mg/L以上的風(fēng)味成分見(jiàn)表4。

由表4可知，酯類成分，除乳酸乙酯、棕櫚酸乙酯，秈米基酒其他酯類含量均更低（P＜0.05）。乳酸乙酯/乙酸乙酯的比值，秈米、粳米、糯米基酒分別為1.4、0.7和1.0，不同種類大米對(duì)基酒中該兩項(xiàng)主要酯類成分的生成影響較大。三種大米基酒丙酸乙酯含量均很低，可能與發(fā)酵時(shí)間較短或者原料糟產(chǎn)丙酸乙酯較少有關(guān)。

表4 不同種類大米基酒微量成分含量Table 4 Contents of trace components in basic liquor with different rice cultivars

由表4可知，醇類成分，正丁醇、正己醇、2,3-丁二醇含量部分具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的差異，但總體含量較低。適量的高級(jí)醇可以增加酒體的醇甜感，但也是引起上頭、飲后不適感的重要因素[23-24]。粳米、糯米基酒正丙醇含量高（P＜0.05），較高的正丙醇含量是特香型白酒的風(fēng)味成分特點(diǎn)，因此粳米、糯米可能更有利于產(chǎn)生特香型白酒特征成分。醛類成分，粳米基酒三種醛類物質(zhì)均更高（P＜0.05），糯米基酒也有較高乙醛、乙縮醛含量。

2.6 不同種類大米基酒感官品評(píng)結(jié)果

對(duì)三種大米試驗(yàn)基酒進(jìn)一步進(jìn)行感官品評(píng)，品評(píng)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同種類大米基酒感官評(píng)價(jià)Table 5 Sensory evaluation of basic liquor with different rice cultivars

由表5可知，3種大米試驗(yàn)基酒都具有特香型基酒的典型特征，由于不含丟糟酒和踩糟酒，風(fēng)格特征更接近原料糟酒。各組均有評(píng)分較高的樣本，但整體上粳米、糯米基酒優(yōu)于秈米，糯米、粳米基酒聞香更好，糯米基酒綿甜感較好，這可能與糯米、粳米支鏈淀粉含量更高有關(guān)，姚亞林等[25]也在研究中認(rèn)為支鏈淀粉含量高，對(duì)產(chǎn)酒生香有益。

3 結(jié)論

以傳統(tǒng)固態(tài)法白酒的發(fā)酵過(guò)程與蒸餾原理為基礎(chǔ)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室小試模擬釀造體系，實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵的自然升溫與高效率蒸餾，通過(guò)小試保證了試驗(yàn)工藝參數(shù)的穩(wěn)定性與一致性，使試驗(yàn)過(guò)程更加科學(xué)合理。

試驗(yàn)使用的秈米、粳米、糯米水分、淀粉含量絕對(duì)值相差不大，粳米蛋白質(zhì)含量相對(duì)更高。三種大米浸泡吸水率差異較大，糯米、粳米浸泡吸水率分別高于秈米15.6%、3.0%，要注意保證充分潤(rùn)糧。在發(fā)酵過(guò)程中，粳米、糯米前期升溫較快，升溫幅度與頂溫也比秈米高。糯米、粳米出酒率分別高于秈米19.8%、12.2%。

三種大米基酒，粳米總酸、總酯含量均大于秈米和糯米。酯類成分，在三種大米酒樣間，乳酸乙酯/乙酸乙酯的比值有明顯的差異，秈米產(chǎn)乳酸乙酯更多，粳米則產(chǎn)乙酸乙酯更多；醇、醛類風(fēng)味物質(zhì)組成各有特點(diǎn)，粳米、糯米正丙醇、醛類含量更高?；聘泄僭u(píng)價(jià)，粳米、糯米優(yōu)于秈米。實(shí)驗(yàn)室模擬釀造條件下，三種大米對(duì)特香型白酒的釀造具有較大的差異。