小曲酒固態(tài)發(fā)酵工藝的優(yōu)化研究

陳中道，劉 雅，2，3，王 海

（1.新疆伊力特實(shí)業(yè)股份有限公司，新疆可克達(dá)拉 835219；2.白酒釀造技術(shù)與品質(zhì)提升兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆可克達(dá)拉 835219；3.兵團(tuán)白酒工程技術(shù)研究中心，新疆可克達(dá)拉 835219）

伊犁河谷位于我國(guó)西部?jī)?nèi)陸地區(qū)，三面環(huán)天山，天山攔截大西洋的暖濕氣流在伊犁河谷內(nèi)，為伊犁河谷帶來(lái)充足的雨水[1]。由于河谷氣候溫潤(rùn)，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大的優(yōu)越地理?xiàng)l件，非常適合釀酒高粱的生長(zhǎng)[2]。傳統(tǒng)的川法小曲固態(tài)發(fā)酵白酒是以小曲為發(fā)酵動(dòng)力，以整粒高粱為原料，得益于小曲之功，酒體更加醇香柔和、回甜純凈。具有投資小，用曲量小，發(fā)酵周期短，出酒率高，成本較低等特點(diǎn)[3-5]，因此，小曲固態(tài)法白酒是目前采用較為廣泛的固態(tài)白酒生產(chǎn)方法。

川法小曲采用傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵工藝，主要控制小曲白酒生產(chǎn)中蒸煮、培菌、發(fā)酵、蒸餾四道工序，以提高小曲固態(tài)發(fā)酵的出酒率[6]。由于整個(gè)發(fā)酵過(guò)程采用的是自然發(fā)酵，微生物生長(zhǎng)受當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境影響較大，發(fā)酵狀態(tài)在不同地區(qū)呈現(xiàn)不同的規(guī)律[7]。因此，研究小曲白酒固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的規(guī)律，可進(jìn)一步為小曲固態(tài)發(fā)酵在伊犁河谷的推進(jìn)做基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)原料：伊犁河谷本地粳高粱、四川某型小曲。

設(shè)備：精密酒精計(jì)、250 mL量筒、BS2010S電子天平，北京賽多利斯天平有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 小曲固態(tài)發(fā)酵的工藝流程

試驗(yàn)流程如下：高粱→泡糧→初蒸→燜糧→復(fù)蒸→攤晾撒曲→培菌糖化→槽車發(fā)酵→裝甑蒸餾→量質(zhì)接酒→分級(jí)貯存

1.2.2 分析檢測(cè)

1.2.3 發(fā)酵工藝優(yōu)化

（1）單因素實(shí)驗(yàn)。將復(fù)蒸后的高粱，在不同的小曲添加量（0.1 %、0.2 %、0.3 %、0.4 %、0.5 %、0.6 %）、糟∶醅（1.5∶1、1.6∶1、1.7∶1、1.8∶1、1.9∶1、2.0∶1）、發(fā)酵時(shí)間（6 d、8 d、10 d、12 d、14 d、16 d）、入槽車發(fā)酵溫度（18 ℃、19 ℃、20 ℃、21 ℃、22 ℃、23 ℃）的條件下進(jìn)行發(fā)酵，分別測(cè)定其發(fā)酵結(jié)束后糟醅中的酒精度。探究以上各個(gè)因素在該地區(qū)對(duì)小曲白酒發(fā)酵過(guò)程結(jié)束后糟醅含酒量的影響。

（2）響應(yīng)面試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)，確定影響小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的三個(gè)顯著影響因素，以小曲的添加量（A）、入槽車發(fā)酵溫度（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）為評(píng)價(jià)因素，以小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中的酒精度作為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

表1 發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均利用Origin8.5 軟件繪圖，并由Design Expert v8.0.1進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小曲固態(tài)發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

2.1.1 小曲添加量對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響。

從傳統(tǒng)小曲固態(tài)發(fā)酵工藝中可以了解到，小曲的質(zhì)量和品質(zhì)決定了小曲固態(tài)發(fā)酵狀態(tài)，是小曲先糖化后發(fā)酵的重要糖化劑和發(fā)酵劑，也是發(fā)酵過(guò)程中微生物及其代謝產(chǎn)物的重要來(lái)源[9]。

由圖1 可知，隨著小曲添加量在0.1 %～0.6 %范圍內(nèi)增加，小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中的酒精度均呈現(xiàn)逐步增加再到平緩的趨勢(shì)，小曲添加量在0.6%時(shí)，小曲白酒發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度最高，達(dá)到了6.20 %vol。隨著小曲添加量在0.1 %～0.6 %范圍內(nèi)逐漸遞增，酒醅中的微生物含量和催化酶含量都在增加，加快了淀粉的分解和糖類轉(zhuǎn)化成酒精，所以，酒醅中的酒精度上升，當(dāng)小曲添加一定程度時(shí)，微生物生長(zhǎng)從對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期到穩(wěn)定期的生長(zhǎng)周期縮短，接近微生物生長(zhǎng)穩(wěn)定期時(shí)，酒醅中的淀粉分解和糖類轉(zhuǎn)化速度放緩[10]，同時(shí)酒精與微生物代謝產(chǎn)生的酸反應(yīng)生成香味物質(zhì)，酒醅中的酒精度增長(zhǎng)也放緩。所以，選擇最適合小曲添加量為0.4%。

2.4 關(guān)于知情同意 充分的檢測(cè)前教育、咨詢和知情同意，以及檢測(cè)后咨詢都是非常重要的，建議至少考慮以下要素。

圖1 小曲添加量對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響

2.1.2 入槽車溫度對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響

通過(guò)控制糟醅糖化結(jié)束后，進(jìn)入槽車發(fā)酵的溫度，來(lái)控制糟醅中微生物發(fā)酵的快慢，影響其糟醅中的酒精度。從圖2 可以看出，入槽車發(fā)酵溫度在18～23 ℃范圍內(nèi)升高時(shí)，糟醅中的酒精度先升高后降低。入槽車發(fā)酵溫度在18～20 ℃范圍內(nèi)時(shí)，糟醅中的酒精度是逐漸升高的，在20 ℃時(shí)達(dá)到最高，糟醅中酒精度最高值為5.84%vol；入槽車發(fā)酵溫度在20～23 ℃范圍內(nèi)時(shí)，糟醅中的酒精度先升高后降低。因此，選擇最適合入槽車溫度為20 ℃。

圖2 入槽車溫度對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響

2.1.3 槽車發(fā)酵時(shí)間對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響。

小曲的發(fā)酵時(shí)間是酒醅中微生物生長(zhǎng)繁殖快慢的一個(gè)表現(xiàn)，微生物生長(zhǎng)繁殖快，發(fā)酵快，發(fā)酵時(shí)間短，反之，微生物生長(zhǎng)繁殖慢，發(fā)酵慢，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)。但是最終均是微生物生長(zhǎng)繁殖到一定階段，糟醅中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足以供給微生物生長(zhǎng)繁殖時(shí)，發(fā)酵速度減緩，糟醅中的酒精度下降。如圖3 所示，槽車發(fā)酵的16 d 中，糟醅中的酒精度呈先增高后緩慢降低的趨勢(shì)。在0～12 d 的范圍內(nèi)，糟醅中的酒精度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在12 d 時(shí)到達(dá)峰值，糟醅中的酒精度為5.61%vol；在12～16 d 時(shí)，糟醅中的酒精度呈緩慢下降趨勢(shì)。在發(fā)酵后期，一方面微生物代謝放緩和釋放其他代謝產(chǎn)物；另一方面，糟醅中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，酒精作為原料參與其他反應(yīng)。故選擇最適宜的發(fā)酵時(shí)間為12 d。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響

2.1.4 糟醅比對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響

小曲固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，除去小曲添加量、入槽車發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間三個(gè)因素外，糟醅比也在一定程度上影響到發(fā)酵結(jié)束后酒醅中的酒精度。如圖4 所示，隨著糟醅比逐漸增加，發(fā)酵結(jié)束后酒醅中的酒精度隨之緩慢增加，當(dāng)糟醅比在2.0∶1 時(shí)，糟醅中的酒精度達(dá)到最高，酒精度為5.03 %vol。因此，選擇最適宜的糟醅比為2.0∶1。

圖4 糟醅比對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響

2.2 小曲固態(tài)發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及方差分析

通過(guò)單因素試驗(yàn)，篩選出了3 個(gè)影響小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度變化的顯著因子，以小曲的添加量（A）、入槽車發(fā)酵溫度（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）為自變量，發(fā)酵結(jié)束后酒醅中的酒精度（Y）作為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表2、方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表3 回歸模型方差分析

通過(guò)使用Design Expert v8.0.1 軟件進(jìn)行分析，結(jié)果得到小曲添加量（A）、入槽車發(fā)酵溫度（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）3 因素對(duì)小曲固態(tài)發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度的影響，得到了酒醅中酒精度（Y）的二次回歸方程為：

根據(jù)表3 可知，建立的小曲白酒發(fā)酵酒醅中酒精度的回歸模型P＜0.0001，顯示此響應(yīng)面回歸模型極顯著。酒醅中酒精度P=0.0642＞0.05，表示不顯著，說(shuō)明試驗(yàn)誤差較小，影響面回歸模型預(yù)測(cè)結(jié)果可靠?；貧w方程決定系數(shù)R2為0.994，校正決定系數(shù)R2按等級(jí)為0.9986，顯示回歸關(guān)系顯著，此響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)可靠，可以利用回歸方程預(yù)測(cè)上述因素對(duì)小曲白酒發(fā)酵酒醅中酒精度的影響。由P 值可知，所有變異來(lái)源均對(duì)小曲發(fā)酵酒醅中酒精度有影響且均為極顯著（P＜0.01）。由F 值可以看出，3個(gè)影響因素對(duì)小曲白酒發(fā)酵酒醅中酒精度影響強(qiáng)弱關(guān)系為：入槽車發(fā)酵溫度（B）＞小曲添加量（A）＞發(fā)酵時(shí)間（C）。

2.2.2 各個(gè)因素對(duì)小曲白酒發(fā)酵酒醅中酒精度的影響的響應(yīng)面分析

小曲添加量（A）、入槽車發(fā)酵溫度（B）、發(fā)酵時(shí)間（C）三個(gè)因素交互作用對(duì)小曲白酒發(fā)酵酒醅中酒精度（Y）影響及等高線見(jiàn)圖5。根據(jù)各因素之間的三維響應(yīng)面圖形各因素之間交互作用強(qiáng)弱，可以反映出各個(gè)交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響強(qiáng)弱。等高線圖中曲線越陡，響應(yīng)越顯著；反之，越不顯著。

圖5 交互作用對(duì)酒精度的影響曲面及等高線

2.2.3 響應(yīng)面驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)方差分析得到最優(yōu)的工藝參數(shù)為小曲添加量0.63 %，入槽車溫度為20.53 ℃，發(fā)酵時(shí)間為12.20 d。為了方便實(shí)際的生產(chǎn)操作，將小曲固態(tài)發(fā)酵工藝條件修改為小曲添加量為0.63%，入槽車溫度為20 ℃，發(fā)酵時(shí)間為12 d，在此優(yōu)化條件下，進(jìn)行五次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)酵結(jié)束后酒醅中酒精度測(cè)定值為6.41%vol，與預(yù)測(cè)值6.45%vol 保持一致，故該模型可行。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以伊犁河谷本地粳高粱為原料，采用傳統(tǒng)川法小曲工藝技術(shù)，通過(guò)單因素和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)確定小曲固態(tài)發(fā)酵最佳的發(fā)酵工藝條件為小曲添加量為0.63 %，入槽車溫度為20 ℃，發(fā)酵時(shí)間為12 d。在此最優(yōu)發(fā)酵工藝條件下，所得發(fā)酵結(jié)束后酒醅酒精度為6.41%vol。本研究為川法小曲發(fā)酵工藝在伊犁地區(qū)發(fā)酵過(guò)程狀態(tài)提供參考。