余有貴 張文武 曹 樂 徐傳鴻 馬利群 楊志龍
(1.邵陽(yáng)學(xué)院生物與化學(xué)工程系,湖南 邵陽(yáng) 422000;2.湖南湘窖酒業(yè)有限公司,湖南 邵陽(yáng) 422000)
濃香型大曲酒的釀酒過(guò)程采用續(xù)糟配料、混蒸混燒、泥窖固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)蒸餾工藝,以泥窖窖池為基礎(chǔ),發(fā)酵過(guò)程是棲息在窖池糟醅、窖泥中的龐大微生物區(qū)系在糟醅固、液、氣三相界面復(fù)雜的物質(zhì)能量代謝過(guò)程[1,2],原輔料、糖化發(fā)酵劑、自然生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)工藝、設(shè)備等因素影響著產(chǎn)品的質(zhì)量[3-5]。近年來(lái),有一些關(guān)于窖泥老化、人工老窖方面報(bào)道,窖泥制作過(guò)程中過(guò)量添加化學(xué)藥品、生產(chǎn)過(guò)程使用鐵質(zhì)工具、生產(chǎn)工藝水分偏小、長(zhǎng)期發(fā)酵造成的酸度偏大、入池溫度偏高等,使得窖泥有益微生物數(shù)量下降和形成乳酸亞鐵、乳酸鎂和乳酸銅結(jié)晶[6,7],通過(guò)改變窖泥配方、改變窖泥功能菌的種類和數(shù)量、改變窖泥的理化特性、適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)工藝等措施提高人工老窖的質(zhì)量[8,9]。人工老窖使用一段時(shí)間后,窖泥老化會(huì)影響酒的品質(zhì)[10,11],但目前缺少系統(tǒng)的比較研究和機(jī)理探究。本研究擬以湖南湘窖酒業(yè)有限公司的窖池為對(duì)象,研究老化窖池與常規(guī)窖池在窖泥特性、發(fā)酵酒醅理化特征、發(fā)酵新酒質(zhì)量和原料出酒率方面的差異,旨在揭示兩者差異的原因,為窖池養(yǎng)護(hù)與合理使用提供理論依據(jù)。
1.1.1 主要材料
窖池來(lái)源:選自湖南湘窖酒業(yè)有限公司濃香二號(hào)釀酒車間一區(qū),其中老化窖池和常規(guī)窖池各為6個(gè),均為同期建窖的人工老窖窖池;
窖泥來(lái)源:窖泥從每個(gè)窖的窖壁取樣;
酒醅來(lái)源:發(fā)酵結(jié)束后,去除面醅后的中上層酒醅;
高粱:新鮮、干燥,顆粒飽滿,無(wú)雜質(zhì)、無(wú)霉變、無(wú)蟲蛀,湖南湘窖酒業(yè)有限公司。
1.1.2 主要試劑
氫氧化鈉、無(wú)水碳酸鈉:AR級(jí),天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠;
濃硫酸:AR級(jí),北京化工廠;
鄰苯二甲酸氫鉀、酒石酸鉀鈉:AR級(jí),上海仕秀精細(xì)化工有限公司;
硫酸銅:AR級(jí),天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。
電子分析天平:FA1204B型,上海天平儀器廠;
酸度計(jì):pH S-3C型,上海理達(dá)儀器廠;
氣相色譜儀:6890N型,安捷倫科技有限公司。
1.3.1 老化窖池與常規(guī)窖池的窖泥特性比較 分別從老化窖池與常規(guī)窖池的窖壁取樣,從感觀品質(zhì)、水分和pH值等級(jí)方面進(jìn)行分析,比較兩者存在的差異性。
1.3.2 老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅理化特征的比較
在選取的窖池中,以挖取的第一甑和第二甑酒醅樣品分別測(cè)定水分、酸度、酒精度和殘余淀粉,分別以6個(gè)窖池的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,比較兩者存在的差異性。
1.3.3 老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵產(chǎn)新酒的主要成分比較
在選取的窖池中,以挖取的第一甑和第二甑酒醅入甑蒸酒操作,取已截頭去尾后的中間酒混合樣進(jìn)行總酸、總酯、主要微量成分測(cè)定,分別以6個(gè)窖池的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,比較兩者存在的差異性。
1.3.4 老化窖池與常規(guī)窖池的原料出酒率比較 按1.3.3的方法,稱取每甑酒醅的出酒量,然后計(jì)算出原料出酒率,分別以6個(gè)窖池的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,比較兩者存在的差異性。
1.3.5 檢測(cè)方法
(1)水分的測(cè)定:參照 GB/T 10345—2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,用%表示;
(2)pH值的測(cè)定:采用pH S-3C型酸度計(jì)直接測(cè)定;
(3)酒精度的測(cè)定:參照GB/T 10345—2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,用精密酒精計(jì)讀取酒精體積分?jǐn)?shù)示值,查表進(jìn)行溫度較正,求得在20℃時(shí)乙醇含量的體積分?jǐn)?shù),即為酒精度。
(4)總酸的測(cè)定:參照GB/T 10345—2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,總酸以乙酸計(jì),用g/L表示;
(5)總酯的測(cè)定:參照GB/T 10345—2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,總酯以乙酸乙酯計(jì),用g/L表示;
(6)酒樣微量成分測(cè)定:采用氣相色譜—內(nèi)標(biāo)法,含量用mg/100mL表示。安捷倫6890N氣相色譜(GC)條件:色譜柱為毛細(xì)管柱 Agilent 19091N-133(30m×0.25mm×0.25μm)載氣為高純氮?dú)猓ǎ?9.999%),流速0.7mL/min;進(jìn)樣口溫度250℃;進(jìn)樣方式為手動(dòng)分流進(jìn)樣(分流比為37∶1)。色譜柱升溫程序:初始溫度40℃,保持2min,以3℃/min升至61℃,保持0.5min,以5℃/min升至91℃,保持5min,最后以10℃/min升至220℃,保持7min,運(yùn)行時(shí)間為40.4min;FID檢測(cè)器溫度:250℃。
采用SAS9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。兩組間比較采用t檢驗(yàn),結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。
由表1可知:老化窖池與常規(guī)窖池在感觀上有差異,老化窖池的窖壁泥板結(jié)、退化;理化指標(biāo)中分別在水分和pH值兩個(gè)指標(biāo)上存在顯著差異(P<0.05),其中老化窖池的水分和pH值均顯著低于常規(guī)窖池。
窖池老化是一個(gè)不斷積累的過(guò)程,引起窖池老化的原因主要有水分過(guò)低、酒醅酸度過(guò)大、窖泥配料不合理、管理養(yǎng)窖不當(dāng)、生產(chǎn)工藝調(diào)節(jié)失控、窖泥發(fā)酵不平衡等,這些因素導(dǎo)致生成的乳酸亞鐵、乳酸鈣、乳酸鎂和乳酸銅在窖壁上沉積[7],當(dāng)窖內(nèi)有機(jī)酸對(duì)該結(jié)晶物的淋溶速度低于其生成速度時(shí)便會(huì)引起窖泥板結(jié),而板結(jié)后的窖泥呈砂粒狀或粉末狀白色晶體,其保水能力明顯低于正常窖泥,故老化窖池的水分明顯低于常規(guī)窖池。濃香型白酒的發(fā)酵容器是泥窖,在長(zhǎng)期的釀酒生產(chǎn)環(huán)境中,窖泥富集了有機(jī)質(zhì)、N、P、K、Zn、Mn、Fe、Cu等微生物生命活動(dòng)的重要營(yíng)養(yǎng)素,為窖泥功能菌的生長(zhǎng)繁殖提供了物質(zhì)基礎(chǔ),釀酒過(guò)程中發(fā)酵產(chǎn)生的黃水將窖泥與糟醅之間的代謝產(chǎn)物及時(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)、遷移,不斷改善著窖泥微生態(tài)環(huán)境,有利于窖泥功能菌的富集和純化,從而促進(jìn)了窖泥老熟,也有利于酒質(zhì)的提高[1,2]。
表1 老化窖池與常規(guī)窖池窖泥特性的比較Table 1 Comparison of cellar mud characteristics between aging cellar and normal cellar
表1 老化窖池與常規(guī)窖池窖泥特性的比較Table 1 Comparison of cellar mud characteristics between aging cellar and normal cellar
**.P<0.01水平極顯著,*.P<0.05水平顯著。
窖池類別 感觀評(píng)價(jià) 水分/% pH值老化窖池 窖壁泥板結(jié)發(fā)硬,有白色顆粒狀或針狀結(jié)晶體,刺手感強(qiáng),缺少窖泥香36.0±1.2 5.1±0.3常規(guī)窖池 窖壁泥烏黑、濕潤(rùn),手感細(xì)軟,濃郁窖泥香 42.0±1.5* 6.7±0.5*
由表2可知:老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅分別在酒精度和殘余淀粉兩個(gè)指標(biāo)之間有顯著性差異(P<0.05),其中老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比,酒精度降低了14.9%、殘余淀粉增加了14.5%;另外,兩者分別在水分和酸度兩個(gè)指標(biāo)之間無(wú)顯著性差異(P>0.05),但老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比,水分稍有偏低而酸度略高。
大曲是大曲酒生產(chǎn)的糖化發(fā)酵劑,在大曲中的微生物類群中,霉菌是糖化的動(dòng)力,酵母是發(fā)酵的動(dòng)力,細(xì)菌是產(chǎn)香的動(dòng)力[12]。濃香型白酒的生產(chǎn)以泥窖窖池為基礎(chǔ),發(fā)酵過(guò)程有大曲微生物和窖泥中微生物共同參與,實(shí)現(xiàn)糟醅在固、液、氣三相界面復(fù)雜的物質(zhì)能量代謝過(guò)程,即處于發(fā)酵窖池中的糟醅,在龐大微生物區(qū)系共同作用下,將淀粉質(zhì)原料中的淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成酒精、水及醛、酸、酯等微量風(fēng)味物質(zhì)。發(fā)酵糟醅中淀粉的動(dòng)態(tài)變化不僅間接反應(yīng)窖池中乙醇的生成情況和發(fā)酵狀況,而且可以特征反映窖池中微生物的生命活動(dòng)狀況。與常規(guī)窖池相比,老化窖池窖壁與窖池中糟醅的交流受阻,糟醅在微生物代謝過(guò)程中,來(lái)自大曲的乳酸菌和醋酸菌代謝相對(duì)活躍,產(chǎn)生的酸高而黃水少,代謝產(chǎn)物不能有效地轉(zhuǎn)運(yùn)與遷移,形成的局部微生態(tài)環(huán)境使淀粉轉(zhuǎn)化成酒精的速率變慢,由于發(fā)酵周期是一定的,這樣導(dǎo)致發(fā)酵能力下降,從而引起老化窖池殘余淀粉偏高而產(chǎn)酒能力偏低。
表2 老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅理化特征的比較Table 2 Comparison of physicochemical characteristics of fermented grains between aging cellar and normal cellar
表2 老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅理化特征的比較Table 2 Comparison of physicochemical characteristics of fermented grains between aging cellar and normal cellar
**.P<0.01水平極顯著,*.P<0.05水平顯著。
窖池類別 酒精(V/V)/%水分/%酸度/(g·L-1)殘余淀粉/%老化窖池 2.36±0.22 63.12±1.11 3.78±0.24 11.46±0.39*63.73±1.18 3.65±0.21 10.16±0.15常規(guī)窖池 2.64±0.12*
由表3可知:① 老化窖池與常規(guī)窖池所產(chǎn)新酒分別在總酸和總酯兩個(gè)指標(biāo)之間有顯著性差異(P<0.05),其中老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比,總酸降低了25.92%、總酯降低了12.43%;② 兩者分別在己酸和β-苯乙醇兩個(gè)指標(biāo)之間有極顯著性差異(P<0.01),其中老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比,己酸降低了20.69%、β-苯乙醇降低了44.90%;③兩者分別在濃香型主體香成分四大酯之間有極顯著性差異(P<0.01),其中老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比,己酸乙酯和丁酸乙酯分別降低了16.79%和25.61%,而乙酸乙酯和乳酸乙酯分別增加了10.25%和14.66%。
表3 老化窖池與常規(guī)窖池所產(chǎn)新酒的主要成分比較Table 3 Comparison of the main compounds of new spirit between aging cellar and normal cellar
表3 老化窖池與常規(guī)窖池所產(chǎn)新酒的主要成分比較Table 3 Comparison of the main compounds of new spirit between aging cellar and normal cellar
**.P<0.01水平極顯著,*.P<0.05水平顯著。
微量成分 總酸/(g·L-1)總酯/(g·L-1)己酸/(mg·mL-1)β-苯乙醇/(10-2 mg·mL-1)己酸乙酯/(10-2 mg·mL-1)乙酸乙酯/(10-2 mg·mL-1)乳酸乙酯/(10-2 mg·mL-1)丁酸乙酯/(10-2 mg·mL-1)老化窖池 0.646±0.07 4.976±0.24 23.65±0.82 0.20±0.00 189.73±1.69 179.81±1.77** 142.87±2.35** 41.30±0.98常規(guī)窖池 0.872±0.11 5.682±0.32* 29.82±1.07** 0.36±0.00** 228.02±1.31** 163.09±2.72 124.60±2.57 55.52±1.31**
酸類是形成白酒香味的主要物質(zhì),酸類賦予白酒豐滿和酸刺激感,適量的酸在酒中起到緩沖作用,可消除飲酒后上頭和口味不協(xié)調(diào),促進(jìn)酒的甜味感,大曲白酒的總酸在0.6 g/L以上(一般在0.1%左右)[13,14]。若酒中含酸量少,則酒味寡淡、不柔和、香味短;若酒中含酸量大,則酒粗糙、邪雜味重。白酒中的有機(jī)酸種類多,如甲酸、乙酸、丁酸、己酸、乳酸、戊酸、琥珀酸等,大多的有機(jī)酸是由細(xì)菌經(jīng)生物化學(xué)反應(yīng)生成的,低級(jí)的酸可逐步合成較高級(jí)的酸,醇和醛可氧化物為相應(yīng)的有機(jī)酸,其中濃香型大曲酒的己酸是由己酸菌發(fā)酵作用生成的,己酸菌則主要來(lái)源于窖池中的窖泥。
酯類是白酒的主要呈香物質(zhì),一般名優(yōu)白酒的酯含量均較高,其中己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯和乳酸乙酯是白酒中的四大酯類。己酸乙酯具有窖香氣,濃香型白酒是以己酸乙酯為主體香的一種復(fù)合香氣;乙酸乙酯具有水果香氣;乳酸乙酯適量時(shí)能烘托主體香和使酒體完美、過(guò)多會(huì)造成酒的生澀味和抑制主體香,名優(yōu)濃香型白酒的乳酸乙酯和己酸乙酯的比值都在1以下,否則會(huì)影響風(fēng)格;丁酸乙酯較濃時(shí)呈臭味,稀薄時(shí)呈水果味,在濃香型白酒中含量不能過(guò)多,否則會(huì)使酒帶上臭味,影響酒的質(zhì)量,一般濃香型白酒要求己酸乙酯為丁酸乙酯含量的8~15倍[13]。白酒中酯的生成有兩種途徑:① 由微生物體內(nèi)酯酶的生化反應(yīng)生成酯,這是主要途徑,其中丁酸乙酯和己酸乙酯合成相關(guān)聯(lián),丁酸是合成丁酸乙酯的前驅(qū)物質(zhì),丁酸乙酯又是合成己酸乙酯的前驅(qū)物質(zhì);② 通過(guò)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)生成酯,這種反應(yīng)一般進(jìn)行得極緩慢。
決定白酒風(fēng)味的六大因素為原輔料、糖化發(fā)酵劑、自然生態(tài)環(huán)境、工藝、設(shè)備、飲食文化,在本研究中決定新酒風(fēng)味物質(zhì)差異主要來(lái)源于發(fā)酵窖池。濃香型白酒發(fā)酵用的泥窖有兩大作用:① 作為發(fā)酵容器,為酒糟提供發(fā)酵產(chǎn)酒的場(chǎng)所;② 為釀酒微生物的生長(zhǎng)繁殖提供良好的環(huán)境,窖泥中的微生物以厭氧菌為主,包括己酸菌、丁酸菌、甲烷菌、甲烷氧化菌、丙酸菌和嗜熱芽孢桿菌等微生物,這些窖泥中棲息的微生物參與了釀酒發(fā)酵。與常規(guī)窖池相比,老化窖池因土壤板結(jié),阻礙了糟醅與窖泥之間正常的物質(zhì)能量交換,一方面使窖泥微生態(tài)不斷惡化,不利于窖泥功能菌的生長(zhǎng)繁殖;另一方面,窖泥功能菌產(chǎn)生的風(fēng)味代謝產(chǎn)物不能通過(guò)載體黃水有效地進(jìn)入糟醅中,糟醅中的主要風(fēng)味成分積累逐漸減少[15]。因此,常規(guī)窖池較老化窖池的產(chǎn)酒質(zhì)量高。
由表4可知:老化窖池與常規(guī)窖池原料出酒率之間無(wú)顯著性差異(P>0.05),但老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比,原料出酒率下降了4.05%。
濃香型大曲白酒釀酒原理是利用大曲中的米曲霉、黑曲霉、根霉等霉菌作為糖化劑,將高粱、小麥等原料中淀粉分解成糖類,同時(shí)由酵母菌再將葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精,糧糟通過(guò)邊糖化邊發(fā)酵生產(chǎn)含一定濃度酒精的過(guò)程,存在于固態(tài)酒醅中的酒精和香味成分經(jīng)甑桶固態(tài)蒸餾得到新酒。原料出酒率是計(jì)算淀粉出酒率的參考指標(biāo),表示100kg原料產(chǎn)酒精體積分?jǐn)?shù)為65%的合格原酒的千克數(shù)。一般來(lái)說(shuō),影響出酒率的主要因素包括釀酒原料質(zhì)量、酒曲質(zhì)量、入窖條件(淀粉濃度、酸度、溫度、水分、用曲量)、蒸餾操作等[12,15],所以老化窖池與常規(guī)窖池之間的原料出酒率無(wú)顯著差異。然而,本研究出酒率差異主要來(lái)源于發(fā)酵環(huán)境,主要是窖池窖泥和代謝產(chǎn)生的黃水,由于老化窖池發(fā)酵酒醅含水量較常規(guī)窖池偏低,代謝產(chǎn)物不能較好地被黃水稀釋和運(yùn)輸,造成老化窖池局部環(huán)境不利于糖化的霉菌和發(fā)酵的酵母菌充分發(fā)揮雙邊發(fā)酵作用,因而酒醅中含酒精濃度偏低,最終老化窖池原料出酒率稍低于常規(guī)窖池。當(dāng)然,濃香型大曲酒采用續(xù)糟配料、混蒸混燒的特殊工藝,白酒生產(chǎn)企業(yè)一般以月、季、年為周期計(jì)算原料出酒率,而本研究取窖池中某一甑進(jìn)行原料出酒率計(jì)算,兩類窖池出酒率均低于常規(guī)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。
表4 老化窖池與常規(guī)窖池原料出酒率的比較Table 4 Comparison of output rate of raw materials between aging cellar and normal cellar
表4 老化窖池與常規(guī)窖池原料出酒率的比較Table 4 Comparison of output rate of raw materials between aging cellar and normal cellar
**.P<0.01水平極顯著,*.P<0.05水平顯著。
窖池類別 實(shí)測(cè)酒度(V/V)/%單甑產(chǎn)量/kg折65%酒度重量/kg原料出酒率/%老化窖池67.5±3.3 43.4±2.1 44.9±2.3 21.4±1.4 68.2±2.1 41.2±1.5 43.2±1.8 20.6±1.7常規(guī)窖池
(1)老化窖池與常規(guī)窖池的比較結(jié)果表明:在感觀上老化窖池的窖壁泥板結(jié)、退化,其水分和pH值均顯著低于常規(guī)窖池(P<0.05);老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比,酒精度顯著降低(P<0.05),殘余淀粉顯著增加(P<0.05),水分稍有偏低(P>0.05),而酸度略高(P>0.05);老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比,總酸和總酯均顯著降低(P<0.05),己酸、β-苯乙醇、己酸乙酯和丁酸乙酯均極顯著降低(P<0.01),而乙酸乙酯和乳酸乙酯均極顯著增加(P<0.01);老化窖池與常規(guī)窖池糧糟發(fā)酵出酒率之間無(wú)顯著性差異(P>0.05),但老化窖池出酒率低于常規(guī)窖池。
(2)從老化窖池與常規(guī)窖池的窖泥特性、老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅理化特征和發(fā)酵新酒質(zhì)量的比較研究結(jié)果來(lái)看,老化窖池的窖泥因理化指標(biāo)的變化,直接影響微生物的正常代謝,導(dǎo)致酒質(zhì)降低和產(chǎn)酒量下降,研究結(jié)果為窖泥退化的原因提供了數(shù)據(jù)支撐,為窖池合理養(yǎng)護(hù)和使用提供了一定的理論依據(jù)。
(3)人工老窖是提高濃香型大曲酒質(zhì)量的一項(xiàng)重要舉措,人工窖泥的培養(yǎng)、建窖、合理使用與維護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,需要全面系統(tǒng)的研究,探索出各因素對(duì)窖泥品質(zhì)的影響規(guī)律,從而有效地指導(dǎo)釀酒企業(yè)制定合理的生產(chǎn)工藝、達(dá)到提高酒質(zhì)的目的。
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