低溫環(huán)境高粱生料與熟料釀酒發(fā)酵對比研究

郭雙海 綦希芳 馮文婷 李繼紅

（邯鄲科技職業(yè)學(xué)院，河北邯鄲 056046）

我國傳統(tǒng)的白酒釀造工藝，是將糧谷類淀粉質(zhì)原料經(jīng)蒸煮糊化后，利用大曲等糖化發(fā)酵劑進(jìn)行糖化、發(fā)酵，進(jìn)一步蒸餾而成白酒的過程。隨著生物技術(shù)特別是酶工程的快速發(fā)展，生料不經(jīng)蒸煮糊化而直接經(jīng)糖化發(fā)酵劑糖化、發(fā)酵進(jìn)行白酒釀造成為可能。由于生料釀酒是將淀粉質(zhì)原料直接加曲、加水，經(jīng)糖化、發(fā)酵、蒸餾而成白酒，整個發(fā)酵過程是在液態(tài)條件下進(jìn)行，不需要蒸煮糊化、配糟，被稱為釀酒新工藝[1]。

國外對生料發(fā)酵的研究較早，但主要集中在生料淀粉經(jīng)糖化發(fā)酵生成酒精領(lǐng)域。1944年有國外專家報(bào)道小麥、玉米的生淀粉能迅速被米曲霉的浸出液完全轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖。后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，生淀粉和糊化淀粉酶解的差異只是在水解速率上，一般生料淀粉被水解的速率依次為大米＞小麥＞玉米＞高粱＞馬鈴薯[2]。我國對生料發(fā)酵研究起步于20世紀(jì)70年代。50年來，許多企業(yè)、科研院所在可控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下對白酒發(fā)酵工藝進(jìn)行研究，但與真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境仍有一定差距。

本研究是在環(huán)境溫度較低的冬季，以市售北方粳高粱為原料進(jìn)行的生、熟料發(fā)酵釀酒對比試驗(yàn)，旨在豐富釀酒發(fā)酵理論，為提高釀酒出酒率、改善成品酒品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料包括市售北方粳高粱40 kg，要求顆粒飽滿、無雜質(zhì)、無霉變、無蟲蛀；安琪復(fù)合型白酒曲；稻殼；可飲用中性水，水的硬度為2.41 mmol/L、pH值為6.8。

試驗(yàn)器材包括GC-7820A氣相色譜儀，由上海惠分科學(xué)分析儀器生產(chǎn)，配備30 m白酒分析專用色譜柱；可測溫不銹鋼發(fā)酵罐、200 L液態(tài)蒸餾塔、甑鍋等，均為山東申東發(fā)酵裝備有限公司生產(chǎn)，使用前用氫氧化鈉對罐體進(jìn)行清洗，再用清水沖洗備用（洗至廢水的pH值為7即可）；電導(dǎo)率測定儀、酒精測定儀、溫度計(jì)、酸度計(jì)、酒精計(jì)等。

1.2 白酒釀造

1.2.1 原料處理。熟料固態(tài)發(fā)酵和生料液態(tài)發(fā)酵工藝分別用粳高粱20 kg、安琪復(fù)合型白酒曲（用量是糧食用量的0.6%～0.8%）、稻殼（用量為糧食的20%）。固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝對比如表1所示。

表1 固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝對比

（1）熟料固態(tài)發(fā)酵工藝。蒸糧：用80℃以上熱水浸泡高粱24 h，蒸糧50 min使高粱開口率達(dá)到5%左右，用80℃左右熱水燜糧50min，再進(jìn)行復(fù)蒸30 min，使高粱開口率達(dá)到95%以上，用手一搓即爛不頂手即可。通過蒸糧可使淀粉充分糊化，同時能起到殺菌的目的，還能去除高粱中部分果膠質(zhì)成分，以減少成品酒中甲醇含量。

蒸糠：選擇新鮮干燥、無雜質(zhì)、無霉變的稻殼作為疏松劑和保水劑。因?yàn)榈練ぶ泻幸欢康墓z與多縮戊糖等成分，釀酒過程中易生成甲醇，拌料時一般用熟冷糠，所以要提前蒸糠（蒸糠用時一般不低于 30 min）。

攤晾、加曲、入罐：蒸熟的糧食攤晾至30℃左右時摻入熟冷稻殼并拌勻，加入白酒曲（提前10 min用溫水活化）并翻拌均勻后入不銹鋼罐密封發(fā)酵，入罐溫度在25℃左右。

（2）生料液態(tài)發(fā)酵工藝。糧食粉碎：用原料量4%的常溫釀造水進(jìn)行潤糧，表皮收汗后進(jìn)行粉碎至4～6瓣，以增加酒曲中糖化酶與淀粉的接觸面積，粉碎程度為40目篩通過率約50%；

加曲、加水、入罐：將活化酒曲加入粉碎好的糧食中并翻拌均勻，入罐后按1∶3的比例加入釀造用水并攪拌至沒有團(tuán)塊，進(jìn)行密封發(fā)酵，入罐溫度在20℃左右。

1.2.2 發(fā)酵過程控制。發(fā)酵過程主要控制以下幾個方面。

溫度：溫度是微生物生成及保持酶活性的重要因素，發(fā)酵時室溫控制在20～30℃最佳，夏季應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)降溫，冬季做好保溫工作。生料釀酒過程中，糖化在常溫下即可進(jìn)行，酒精發(fā)酵溫度為13～35℃。溫度低，糖化困難且發(fā)酵時間延長，溫度過低，則發(fā)酵過程停止；溫度過高（超過40℃），發(fā)酵時間短且易產(chǎn)酸。本試驗(yàn)是在較冷的冬季進(jìn)行的，環(huán)境溫度為10～18℃，沒有采取保溫措施，因而發(fā)酵時間較長（共28 d）。熟料發(fā)酵過程中，第3天即有刺鼻氣味，生料發(fā)酵醪需要每隔3～5 d攪拌1次，氣味刺鼻、有嘶嘶聲，伴有CO2氣泡冒出，說明發(fā)酵正常。

pH值：生料發(fā)酵工藝中，因高粱未經(jīng)蒸煮等高溫處理，雜菌數(shù)量相對較多，發(fā)酵結(jié)束后液態(tài)醪液pH值為4.6，而固態(tài)酒醅pH值為4.8，口嘗微酸。研究顯示，能抑制雜菌生長且不影響生料發(fā)酵酶類活性的pH值范圍為3.5～5.0[3]。

含氧量：酒精發(fā)酵是厭氧發(fā)酵，不需要游離氧參加，若密封不嚴(yán)，外界氧氣大量進(jìn)入，則酵母菌將通過有氧呼吸將糖徹底分解成二氧化碳和水，同時產(chǎn)生大量有害雜菌導(dǎo)致酒醪酸敗，從而降低出酒率[4]。對于固態(tài)工藝，封閉發(fā)酵罐時，發(fā)酵罐里面的空氣足夠糖化及酵母菌增殖所需；而液態(tài)發(fā)酵，則需要在發(fā)酵前期每隔3～5 d對發(fā)酵液攪拌1次，以促進(jìn)酵母菌增殖，15 d后完全封閉即可。

1.2.3 蒸餾。對于固態(tài)發(fā)酵，用手握緊酒醅，有汁液流出且有酒香、口嘗微酸即可進(jìn)行蒸餾；對于液態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵液顏色變?yōu)榈S色或啤酒色，即證明已發(fā)酵完全，或用手指捏發(fā)酵容器底部的原料，若無硬心，一捏即化，表明其發(fā)酵徹底，可以蒸餾[5]。

對于液態(tài)和固態(tài)發(fā)酵工藝，蒸餾時均需去除約1.0%的酒頭，所摘白酒酒精度至45%vol以下時出現(xiàn)混濁，表示優(yōu)質(zhì)酒已接完。45%vol以下白酒因雜味重，不宜飲用，可做酒尾處理。

2種工藝的摘酒溫度均在18℃左右。熟料固態(tài)工藝是把發(fā)酵好的酒醅利用傳統(tǒng)甑鍋進(jìn)行蒸餾操作，共摘得6.5 kg 66%vol白酒；生料液態(tài)發(fā)酵工藝則是將發(fā)酵醪液裝入液態(tài)蒸餾塔進(jìn)行蒸餾，摘得5.5 kg 76%vol白酒。

1.3 測定內(nèi)容與方法

將2種工藝釀制的白酒分別取出50 mL，經(jīng)降度處理成55%vol后，用氣相色譜儀（乙酸丁酯內(nèi)標(biāo)法）進(jìn)行色譜分析，獲得清香型白酒微量成分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝出酒率分析

出酒率是衡量發(fā)酵是否良好的重要參數(shù)，出酒率高的糧食發(fā)酵效果良好。將2種工藝所摘取的白酒分別折算為酒精度為55%vol的白酒，則固態(tài)發(fā)酵取得白酒7.8 kg，液態(tài)發(fā)酵取得白酒7.6 kg，計(jì)算得到固態(tài)發(fā)酵工藝出酒率為39.0%、液態(tài)發(fā)酵工藝出酒率為38.0%。數(shù)據(jù)表明，2種工藝發(fā)酵效果接近，出酒率偏低。

因?yàn)楸狙芯渴窃诘蜏丨h(huán)境下發(fā)酵，且2種工藝均為一次發(fā)酵、一次蒸餾產(chǎn)酒，沒有對殘余淀粉進(jìn)行二次發(fā)酵，所以出酒率受到較大影響。高粱中含有單寧、花青素等色素成分，其衍生物酚類化合物賦予白酒特有的芳香，但高粱中較多的單寧和色素，對糖化發(fā)酵有一定的抑制作用，在熟料發(fā)酵時，高溫對單寧和色素有一定的破壞作用，因而熟料發(fā)酵的抑制作用相對較弱，生料發(fā)酵時原料出酒率會有所下降[6]。

2.2 固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝甲醇含量分析

果膠質(zhì)是生成甲醇的前體物質(zhì)，釀酒原料經(jīng)蒸煮后會去除果皮中的部分果膠質(zhì)成分。在相同摘酒工藝的前提下，未經(jīng)蒸煮處理的液態(tài)發(fā)酵工藝生產(chǎn)的白酒，甲醇含量偏高（表2），但均在國家規(guī)定（不高于0.4 g/L）的合理范圍內(nèi)。

表2 固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵工藝生產(chǎn)的清香型白酒微量成分含量對比 單位：（g·L-1）

2.3 固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝雜醇油含量分析

蒸餾白酒中除乙醇外，還有異戊醇、異丁醇、正丙醇、正己醇、β-苯乙醇等含3個以上碳原子的高級醇，又稱雜醇油。少量雜醇油可賦予白酒特殊的香氣，使酒體豐滿，但超量雜醇油尤其是異戊醇和異丁醇含量過高，會使酒體苦澀、辣口，飲后易出現(xiàn)頭痛、口干等不適癥狀，因而雜醇油含量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以糧谷為原料的白酒中高級醇含量要求不超過2 g/L（主要以異戊醇和異丁醇計(jì)）。由表2可知，本文2種工藝雜醇油含量均略高于國家標(biāo)準(zhǔn)，固態(tài)發(fā)酵工藝稍高于液態(tài)發(fā)酵工藝。

白酒中的雜醇油主要是某些氨基酸在微生物發(fā)酵過程中發(fā)生脫氨脫羧生化反應(yīng)而生成，因而原料中蛋白質(zhì)含量高時，酒中雜醇油含量偏高。由于經(jīng)過蒸煮的熟料中蛋白質(zhì)變性后易被微生物分解利用，導(dǎo)致熟料發(fā)酵后酒醅中雜醇油含量高于生料發(fā)酵醪；發(fā)酵周期延長，發(fā)酵醪中將會大量積聚高級醇，使雜醇油含量增高[7]；在蒸餾過程中，異戊醇和異丁醇的餾出伴隨餾分酒精度的降低而逐漸減少，導(dǎo)致其在前段酒、中段酒中的含量高于后段酒[8]?；谏鲜鲈颍谡麴s過程中，應(yīng)緩火蒸餾、掌握冷卻水溫度，在摘酒過程中掐頭去尾來降低成品酒雜醇油的含量；對于成品酒，也可以通過分子篩、活性炭、硅藻土等適當(dāng)減少雜醇油的含量，同時能減少低溫條件下成品酒的渾濁現(xiàn)象，提高白酒感官質(zhì)量和飲酒舒適度[9]。

2.4 固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝醛類物質(zhì)含量分析

乙醛、乙縮醛、糠醛等醛類物質(zhì)毒性較大，總?cè)┝恳圆怀^0.2 g/L（以乙醛計(jì)）為宜，過量會引起燥辣、上頭、焦苦等不適感。試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表2）顯示，固態(tài)發(fā)酵工藝產(chǎn)生的總?cè)┖扛哂谝簯B(tài)發(fā)酵工藝，主要是固態(tài)發(fā)酵過程中添加糠殼所致。由于醛類物質(zhì)沸點(diǎn)較低，可通過低溫蒸餾、去除酒頭酒尾、貯存陳化等方法降低醛類物質(zhì)含量。

2.5 固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝總酸含量分析

白酒在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生多種有機(jī)酸，可通過蒸餾進(jìn)入酒中。有機(jī)酸是白酒中重要的風(fēng)味物質(zhì)，也是形成白酒中香味物質(zhì)的前體，利于基酒中硫化物等新味物質(zhì)的揮發(fā)，進(jìn)而促進(jìn)酒的老熟。因此，總酸含量也是白酒質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，一般優(yōu)質(zhì)清香型白酒基酒總酸含量≥0.6 g/L比較恰當(dāng)[10]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表2）顯示，熟料固態(tài)發(fā)酵工藝總酸含量略高，但2種工藝生產(chǎn)的成品酒中酸類較為單一且總酸含量較低。影響總酸含量的因素主要有以下幾個方面：一是本研究雖然發(fā)酵時間較長，但因環(huán)境溫度及發(fā)酵溫度較低，致使產(chǎn)酸菌繁殖不足，影響后發(fā)酵產(chǎn)酸，導(dǎo)致成品酒中總酸含量偏低；二是摘酒時冷卻水溫度低，而酒醅或發(fā)酵醪中酒精含量高，會摘出高度成品酒，但不利于高沸點(diǎn)有機(jī)酸餾出。試驗(yàn)表明，后段酒中酸類成分含量較高，過早斷尾會導(dǎo)致中段酒中總酸含量低，生產(chǎn)實(shí)踐中，一般要求接酒溫度為25～30℃，這利于低沸點(diǎn)雜質(zhì)揮發(fā)，又能適當(dāng)增加基酒酸度。另外，如果酒曲糖化力、液化力及發(fā)酵力不足，也會導(dǎo)致發(fā)酵過程中可發(fā)酵糖少、糟醅升溫幅度小、產(chǎn)酸量不足，隨蒸餾進(jìn)入基酒中的有機(jī)酸就少。

2.6 固態(tài)發(fā)酵工藝與液態(tài)發(fā)酵工藝總酯含量分析

清香型白酒中乙酸乙酯是主體香，由表2可知，液態(tài)發(fā)酵工藝與固態(tài)發(fā)酵工藝乙酸乙酯含量偏低，這與發(fā)酵溫度偏低，產(chǎn)酸量較少有直接關(guān)系。

2種工藝摘取的成品酒無色透明、無懸浮物、無沉淀，但酒體粗糙、味淡、苦澀味稍重、“新酒”感明顯。由于2種工藝的總酸、總酯含量偏低，雜醇油含量相對偏高，呈“兩低一高”現(xiàn)象，香味物質(zhì)比例失調(diào)，酒質(zhì)一般，還需要經(jīng)過貯存或勾調(diào)來改善酒質(zhì)。生料發(fā)酵酒曲是生料釀酒的關(guān)鍵，可在發(fā)酵生產(chǎn)環(huán)節(jié)加入“產(chǎn)香菌”和酯化酶，以提高總酯含量，改善白酒品質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

在較低環(huán)境溫度下，無論是熟料固態(tài)發(fā)酵工藝還是生料液態(tài)發(fā)酵工藝均是可行的，但熟料固態(tài)發(fā)酵工藝工序復(fù)雜，糧食需經(jīng)蒸煮，耗能較高；而生料液態(tài)發(fā)酵工藝糧食不需蒸煮，與傳統(tǒng)釀酒工藝比較，具有節(jié)約能源與成本、操作簡便、淀粉質(zhì)成分不易流失等優(yōu)點(diǎn)[11]。但在低溫環(huán)境下，高粱發(fā)酵過程較慢，微生物代謝產(chǎn)物少，部分指標(biāo)不符合國家標(biāo)準(zhǔn)《清香型白酒》（GB/T 10781.2—2006）中的要求，使得成品酒品質(zhì)不高。近幾年，雖然很多科研院所從多糧角度進(jìn)行了生料液態(tài)發(fā)酵工藝試驗(yàn)研究[12]，甚至很多企業(yè)添加食品添加劑以提升成品酒品質(zhì)，但隨著《飲料酒術(shù)語和分類》（GB/T 17204—2021）和《白酒工業(yè)術(shù)語》（GB/T 15109—2021）的先后發(fā)布實(shí)施，以液態(tài)發(fā)酵工藝生產(chǎn)的白酒為酒基、添加食品添加劑調(diào)制而成的“白酒”將歸為配制酒范疇，這會給生料釀酒工藝帶來一場前所未有的變革。