生物反應(yīng)器在濃香型白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

羅 杰，張宿義，2，3，許德富，馬 蓉，楊 艷，徐 瓊，康承霞，王加彬，張學(xué)平，高天容，黃 也，張峰華

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川瀘州 646000；3.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川瀘州 646000）

濃香型白酒采用單糧（高粱）或多糧（高粱、大米、糯米、小麥、玉米）為釀酒原料，以泥窖作為發(fā)酵容器進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，采用續(xù)糟配料，混蒸混燒，量質(zhì)摘酒，原度酒貯存等工藝，經(jīng)精心勾兌而成。隨著中國白酒消費(fèi)的升級(jí)，高品質(zhì)白酒的需求呈現(xiàn)快速增加的趨勢。為了提高高品質(zhì)的濃香型白酒產(chǎn)能，行業(yè)內(nèi)對(duì)濃香型白酒的發(fā)酵設(shè)備和發(fā)酵工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，這些對(duì)濃香型白酒發(fā)酵設(shè)備和工藝的研究，為濃香型白酒的機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的發(fā)展方向奠定了基礎(chǔ)。由中國酒業(yè)協(xié)會(huì)起草的《中國酒業(yè)“十四五”發(fā)展指導(dǎo)意見》提出：深化智慧工廠建設(shè)，借助5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改造自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化生產(chǎn)線，優(yōu)化升級(jí)智能釀造技術(shù)，將是未來白酒行業(yè)發(fā)展的大趨勢。

本試驗(yàn)采用生物反應(yīng)器進(jìn)行濃香型白酒的生產(chǎn)，對(duì)生物反應(yīng)器采用不同的控溫措施，確定最佳控溫方式，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備場所

實(shí)驗(yàn)原料：公司正常發(fā)酵生產(chǎn)的酒醅。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第一排次11 月—次年1 月，第二排次1—3 月；發(fā)酵周期：酒醅發(fā)酵時(shí)間≥60 d；實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：某名酒廠釀酒車間。

生物反應(yīng)器：采用不同的控溫措施，分別為窖泥、水及對(duì)照（未控溫）；對(duì)比窖為傳統(tǒng)泥窖。

1.2 試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)分析

1.2.1 方案設(shè)計(jì)

對(duì)比窖和實(shí)驗(yàn)窖的糟醅分別進(jìn)行投糧，拌料取酒后，入原窖繼續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間≥60 d，每天記錄各實(shí)驗(yàn)窖糟醅發(fā)酵過程中的溫度變化情況。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集

對(duì)實(shí)驗(yàn)窖和對(duì)比窖的出入窖糟醅進(jìn)行理化檢測及感官評(píng)定（包括酸度、淀粉、水分、糟醅和黃水感官）；糟醅發(fā)酵過程中，每天跟蹤實(shí)驗(yàn)窖、對(duì)比窖和環(huán)境的溫度變化情況；糟醅發(fā)酵結(jié)束后分別取實(shí)驗(yàn)窖和對(duì)比窖的二段酒綜合樣進(jìn)行色譜分析和嘗評(píng)分析。

1.2.3 酒樣色譜分析條件

采用GC-MS 對(duì)蒸餾酒樣進(jìn)行色譜分析，色譜柱型號(hào)和色譜分析條件參照《瀘型酒技藝大全》。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物反應(yīng)器發(fā)酵第一排次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

如圖1 所示，對(duì)比窖入窖溫度21 ℃，發(fā)酵18 d升至頂溫，頂溫30.9 ℃，升溫幅度9.9 ℃，中挺時(shí)間21 d；未控溫的入窖溫度21 ℃，從發(fā)酵第1 天開始，發(fā)酵糟醅的溫度持續(xù)下降，至出窖時(shí)糟醅的溫度在11 ℃左右，基本與環(huán)境溫度持平；采用窖泥控制溫度的入窖溫度21 ℃，發(fā)酵3 d 升至頂溫，頂溫24.6 ℃，升溫幅度3.6 ℃，中挺時(shí)間3 d；采用水控制溫度的入窖溫度21.6 ℃，發(fā)酵9 d 升至頂溫，頂溫23.6 ℃，升溫幅度2 ℃，中挺時(shí)間4 d；發(fā)酵過程中的環(huán)境溫度在9～14 ℃之間。從控溫效果來看，采用窖泥控制溫度的效果優(yōu)于水控制溫度，但是均低于對(duì)比窖的升溫幅度。

圖1 生物反應(yīng)器第一排發(fā)酵過程溫度變化圖

如表1所示，未控溫的酸度增幅為0.98 mmol/10 g，窖泥控制溫度的酸度增幅為1.16 mmol/10 g，水控制溫度的酸度增幅為1.19 mmol/10 g，對(duì)比窖的酸度增幅為1.49 mmol/10 g，各實(shí)驗(yàn)窖的酸度增幅均明顯低于對(duì)比窖；各實(shí)驗(yàn)窖的水分增加量在2%～4%之間，水分增加量在正常范圍內(nèi)；各實(shí)驗(yàn)窖的淀粉消耗量均在7 %左右；各實(shí)驗(yàn)窖的出酒率均在38%左右，相互之間無明顯差異；各實(shí)驗(yàn)窖糟醅的出窖糟感官和黃水感官正常。

表1 生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)第一排糟醅理化變化情況

如表2 所示，3 個(gè)實(shí)驗(yàn)窖的總酸、總酯和乳酸乙酯含量均明顯低于對(duì)比窖；己酸乙酯含量范圍1.57～3.22 g/L，含量高低順序依次為窖泥控制溫度（3.22 g/L）＞對(duì)比窖（3.15 g/L）＞水控制溫度（2.58 g/L）＞未控溫（1.57 g/L）；各實(shí)驗(yàn)酒樣的嘗評(píng)結(jié)果高低順序依次為窖泥控制溫度＞對(duì)比窖＞水控制溫度＞未控溫。根據(jù)以上酒樣色譜數(shù)據(jù)和嘗評(píng)結(jié)果分析得出，采用窖泥控制溫度的生物反應(yīng)器的出酒率和嘗評(píng)結(jié)果最佳，基本與對(duì)比窖相近或略優(yōu)于對(duì)比窖。

表2 生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)第一排酒樣色譜數(shù)據(jù)

2.2 生物反應(yīng)器發(fā)酵第二排次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

如圖2 所示，對(duì)比窖入窖溫度22 ℃，發(fā)酵11 d升至頂溫，頂溫32.7 ℃，升溫幅度10.7 ℃，中挺時(shí)間18 d；未控溫的入窖溫度21.5 ℃，發(fā)酵第1 天溫度略有上升，之后發(fā)酵溫度持續(xù)下降，至發(fā)酵結(jié)束糟醅發(fā)酵溫度高于環(huán)境溫度5 ℃左右；采用窖泥控制溫度的入窖溫度22 ℃，發(fā)酵2 d 升至頂溫，頂溫28.3 ℃，升溫幅度6.3 ℃，中挺時(shí)間3 d；采用水控制溫度的入窖溫度22 ℃，發(fā)酵4 d 升至頂溫，頂溫26.3 ℃，升溫幅度4.3 ℃，中挺時(shí)間5 d；糟醅在發(fā)酵過程中的環(huán)境溫度始終維持在10 ℃左右。根據(jù)以上對(duì)比得出，采用窖泥控制溫度的溫度控制效果最佳，升溫幅度優(yōu)于水控制溫度，但其升溫幅度和中挺時(shí)間均明顯低于對(duì)比窖。

圖2 生物反應(yīng)器第二排發(fā)酵過程溫度變化圖

由表3 可看出，各實(shí)驗(yàn)窖的酸度增幅在0.6～0.9 mmol/10 g之間，明顯低于對(duì)比窖的1.29 mmol/10 g；各窖池的水分增加量在3 %～4 %，出窖糟水分含量在60%以上，糟醅含水量適中；各窖池淀粉消耗量在6.1%～8.4%；各窖池出酒率的高低順序依次為：窖泥控制溫度＞對(duì)比窖＞水控制溫度＞未控溫；通過對(duì)各窖池的出窖糟醅進(jìn)行感官鑒定，各窖池糟醅上排均發(fā)酵正常；該排糟醅的發(fā)酵時(shí)間為1—3月，此時(shí)的環(huán)境溫度在10 ℃左右，由于環(huán)境溫度低，所以各窖池發(fā)酵過程中產(chǎn)生的黃水基本都是清黃水，黃水顏色較淺。

表3 生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)第二排糟醅理化變化情況

如表4 所示，實(shí)驗(yàn)窖二段酒綜合樣的總酸、總酯和乳酸乙酯含量明顯低于對(duì)比窖，未控溫的總酸、總酯和乳酸乙酯含量最低，最高的為對(duì)比窖；各窖池的己酸乙酯含量在1.55～3.28 g/L，其中對(duì)比窖和采用窖泥控制溫度的己酸乙酯含量最高，未控溫的最低為1.55 g/L；各實(shí)驗(yàn)窖酒樣嘗評(píng)均具有糧香，嘗評(píng)結(jié)果高低順序依次為窖泥控制溫度＞對(duì)比窖＞水控制溫度＞未控溫。通過該排次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，采用窖泥控制溫度的生物反應(yīng)器的出酒率和酒樣嘗評(píng)結(jié)果最佳。

表4 生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)第二排酒樣色譜數(shù)據(jù)

通過以上兩排次糟醅發(fā)酵情況和產(chǎn)酒情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：①生物反應(yīng)器在冷季進(jìn)行濃香型白酒的生產(chǎn)，升溫幅度低，酸度增幅小，己酸乙酯含量低，乳酸乙酯含量明顯低于對(duì)比窖，己乳比明顯大于對(duì)比窖；當(dāng)主發(fā)酵期發(fā)酵過程中環(huán)境溫度高于15 ℃時(shí)，生物反應(yīng)器的出酒率與傳統(tǒng)窖池相同；當(dāng)環(huán)境溫度低于15 ℃時(shí)，未控溫的生物反應(yīng)器的出酒率明顯下降，低于采取控溫措施的生物反應(yīng)器和傳統(tǒng)窖池10 %左右；②通過對(duì)不同的控溫條件下各排次糟醅發(fā)酵過程理化數(shù)據(jù)、出酒率和酒質(zhì)的分析得出，采用窖泥控制溫度的溫度控制效果、出酒率和酒質(zhì)均最佳。因此，在冷季進(jìn)行濃香型白酒的發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，可采用窖泥控制溫度進(jìn)行濃香型白酒的發(fā)酵。

3 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用生物反應(yīng)器在冷季進(jìn)行濃香型白酒的發(fā)酵，存在以下特點(diǎn)：（1）采用生物反應(yīng)器在發(fā)酵過程中升溫幅度和中挺時(shí)間明顯低于傳統(tǒng)窖池；（2）生物反應(yīng)器在發(fā)酵過程中出入窖糟醅的酸度增幅小，明顯低于傳統(tǒng)窖池；（3）生物反應(yīng)器的出入窖糟醅的淀粉消耗量和水分增加量基本與傳統(tǒng)窖池相同，無明顯差異；（4）在主發(fā)酵期發(fā)酵產(chǎn)酒階段，環(huán)境溫度較低的情況下，未控溫的生物反應(yīng)器出酒率明顯低于傳統(tǒng)窖池及采取控溫措施的生物反應(yīng)器，同時(shí)生成的己酸乙酯含量也偏低；（5）通過對(duì)比不同的控溫措施，采用窖泥控制溫度的生物反應(yīng)器控溫效果最好，出酒率高，酒質(zhì)佳。

針對(duì)生物反應(yīng)器冷季生產(chǎn)濃香型白酒存在的問題（升溫緩慢、己酸乙酯含量低）提出以下建議：（1）適當(dāng)提高入窖淀粉濃度和入窖溫度，適當(dāng)增加原糧和曲藥的粉碎度，促進(jìn)酒醅升溫，提高酒醅發(fā)酵頂溫，延長中挺時(shí)間，延長酯化期，提高己酸乙酯的生成量；（2）提高入窖酒醅酸度，因冷季氣溫低，入窖酒醅升溫緩慢，主發(fā)酵期延長，酯化期相對(duì)縮短，造成酒中各種酯類物質(zhì)含量下降，可適當(dāng)提高入窖酒醅的酸度，促進(jìn)酯類物質(zhì)的生成，提高己酸乙酯含量；（3）適當(dāng)延長發(fā)酵周期，延長酯化期，促進(jìn)產(chǎn)酯生香，促進(jìn)己酸乙酯的生成。

本文對(duì)生物反應(yīng)器在冷季進(jìn)行濃香型白酒的生產(chǎn)進(jìn)行了研究，確定了冷季進(jìn)行濃香型白酒發(fā)酵應(yīng)注意的問題和采取的措施，后期還將對(duì)生物反應(yīng)器在冷季和熱季進(jìn)行濃香型白酒的窖外發(fā)酵進(jìn)行多排次生產(chǎn)研究，以期確定在不同生產(chǎn)季節(jié)條件下的濃香型白酒發(fā)酵工藝參數(shù)。