程 偉,張 杰,潘天全,李 娜,吳麗華,韓 旭,薛錫佳,彭 兵
(1.安徽金種子酒業(yè)股份有限公司,安徽阜陽236023;2.安徽金種子集團有限公司檢測中心,安徽阜陽236018)
存在于釀造微生物中的各類酶在白酒主要成分乙醇以及微量風味和口味物質(zhì)的形成過程中起重要作用[1]。目前,酶制劑或工業(yè)微生物制品已廣泛應(yīng)用于白酒的制曲、發(fā)酵、蒸糧蒸酒、勾兌和丟糟利用等生產(chǎn)環(huán)節(jié),在提高出酒率、改善品質(zhì)、增加主體香成分等方面發(fā)揮重要作用,從而釀造生產(chǎn)出不同風格、口感及品質(zhì)特征的白酒,以滿足不同消費群的喜好。白酒釀造工業(yè)中使用的酶制劑或工業(yè)微生物制品大多數(shù)為粗制品,存在較多不確定性以及活性不穩(wěn)定等因素,制約了白酒品質(zhì)的改善;因此,對高純度的酶制劑或高活性的工業(yè)微生物制品等的研究在生產(chǎn)應(yīng)用過程中尤為重要。利用現(xiàn)代工程技術(shù)方法與現(xiàn)代微生物技術(shù)等,制備穩(wěn)定性的酶制劑或工業(yè)微生物制品勢在必行?,F(xiàn)代的生物技術(shù)和傳統(tǒng)微生物發(fā)酵技術(shù)結(jié)合,并應(yīng)用到發(fā)酵領(lǐng)域,以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益,是白酒行業(yè)備受關(guān)注的研究課題。研究酵母菌的干燥工藝,將具活力的鮮酵母制備成活性干酵母,有助于更好的保存和利用酵母菌,活性干酵母是隨著各種干燥技術(shù)的發(fā)展而誕生的一種能夠長時間保持酵母菌活力和性能的高新技術(shù)產(chǎn)物。
固態(tài)法小曲清香型白酒是中國蒸餾白酒的重要組成部分,以糧谷為主要釀造原料,小曲為糖化發(fā)酵劑,經(jīng)蒸煮培菌、續(xù)糟發(fā)酵、蒸餾、陳釀、勾兌而成,其出酒率高、發(fā)酵周期短,以乙酸乙酯為主體香,其特點是“清香純正、自然協(xié)調(diào)、醇甜柔和、后味爽凈”等[2]。產(chǎn)酯酵母又稱生香酵母,它不屬于傳統(tǒng)酵母分類學意義上的名詞,而是指可生成較高含量的酯類物質(zhì)的酵母的通稱,分別屬于漢遜酵母屬、產(chǎn)朊酵母屬、假絲酵母屬等,是白酒和黃酒發(fā)酵產(chǎn)香的重要菌種,在釀造過程中有增酯、提香等作用。產(chǎn)酯酵母主要產(chǎn)乙酸酯類,特別是乙酸乙酯,常見的產(chǎn)酯酵母有清香型酒中的漢遜酵母及醬香型酒中的球擬酵母[3]。在白酒釀造中,加入適量的生香酵母對于白酒中香氣成分的生成具有顯著的促進作用。在固態(tài)法小曲白酒發(fā)酵中使用生香酵母,可進一步提高發(fā)酵效率,增酯降醇,提高原酒中乙酸乙酯的含量,提高小曲酒質(zhì)量,從而提升產(chǎn)品競爭力。本研究對安琪生香活性干酵母在固態(tài)小曲清香型白酒釀造生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了研究。
樣品與材料:發(fā)酵糧醅等取自正常生產(chǎn)的固態(tài)小曲清香型白酒釀造車間;生香ADY,即生香活性干酵母,湖北安琪酵母股份有限公司生產(chǎn);清香型小曲,企業(yè)制曲車間生產(chǎn)。
儀器設(shè)備:安捷倫7820B型氣相色譜儀等;地下不銹鋼發(fā)酵窖池、發(fā)酵箱等(自制);酒醅取樣器(自制)等。
1.2.1 生香ADY的活化及應(yīng)用
配制2.5%的糖液,用量為生香ADY的20~30倍,調(diào)溫至35℃,將生香ADY溶解于活化液中,在30~35℃下活化1 h左右使用,采用此種活化方法可適當減少生香ADY的用量。接種后糧醅的水分含量一般為50%~53%,初始溫度23~27℃,培菌期間通過翻堆或通風等措施提供新鮮空氣,并調(diào)節(jié)溫度,溫度達到28~31℃,培菌糖化24 h左右,即可配糟入池(箱)密封發(fā)酵。采用堆積糖化床進行糧醅的培菌糖化操作,可以較好地控制糧醅的培菌糖化效果。
試驗組:向堆積培菌糖化的清香型糧醅中添加生香ADY,接種量為原料總質(zhì)量的0.05%,添加原料總質(zhì)量1.0%的清香型小曲,將所需的生香ADY按1.2.1節(jié)的方法活化。對照組:堆積培菌糖化的清香型糧醅中不添加生香ADY,添加原料總質(zhì)量1.0%的清香型小曲。
1.2.2 工藝流程及操作要點
操作要點:(1)釀酒原料:破碎后的高粱,并添加適量的優(yōu)質(zhì)大米,無霉變,無蟲蛀等;(2)潤料:破碎后的高粱用溫水潤料并堆積20~24 h后,拌入大米、清蒸后的稻殼、蒸酒后的糟醅等,混合均勻,上甑清蒸;(3)蒸糧:根據(jù)原料特性及蒸煮糊化效果,一般初蒸15~20 min,敞蓋燜水50~55 min后,再復(fù)蒸30~40 min;(4)下曲:待蒸熟的物料攤晾至30℃左右接入活化后的生香ADY、清香型小曲(試驗組),或接入清香型小曲(對照組);同時,拌入原料總質(zhì)量1%~2%清蒸后的稻殼,并混合均勻,進行堆積培菌糖化,溫度達到28~31℃,培菌糖化24 h左右,即可配糟入池(箱)密封發(fā)酵;(5)入池(箱)發(fā)酵:堆積培菌糖化后拌入原料總質(zhì)量2~3倍的新鮮糟醅,混合均勻后通風降溫至22~24℃,投入發(fā)酵池(箱)密封發(fā)酵15 d,蒸餾取酒。
1.3.1 發(fā)酵酒醅的取樣方法
釀造發(fā)酵周期為15 d,并對發(fā)酵酒醅進行跟蹤取樣,發(fā)酵過程中每間隔1 d取樣,采用三點一線取樣(即對角線上取兩角和中心等3個取樣點的樣品),每點再分別取上層、中層、底層3個取樣點,樣品取回后混合均勻并及時進行理化分析。
1.3.2 酒醅樣品的處理方法
準確稱取50 g發(fā)酵酒醅放入300 mL的三角瓶中,用量筒準確量取100 mL蒸餾水倒入三角瓶中,搖勻后進行蒸餾處理,用量筒準確收集前蒸餾液50 mL,將收集的蒸餾液進行氣相色譜分析。
1.3.3 色譜分析條件
配有氫火焰離子化檢測器(FID)的氣相色譜儀,白酒分析專用填充柱(柱子不短于2 m),氫氣流速30 mL/min、氮氣流速40 mL/min、空氣流速300 mL/min,柱溫90℃、等溫,進樣器溫度150℃,檢測器溫度150℃。
1.3.4 原酒分析
統(tǒng)計發(fā)酵原酒的產(chǎn)量、酒度等,采用氣相色譜法檢測主要風味物質(zhì)的含量,酸堿滴定法檢測總酸含量,蒸餾-皂化法檢測總酯含量。對比相關(guān)指標變化,計算乙乳比、酯醇比等,并結(jié)合感官鑒評,綜合分析安琪生香活性干酵母在固態(tài)小曲清香型白酒釀造生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。
2.1.1 釀酒原料的選擇與粉碎
傳統(tǒng)小曲酒釀酒原料不經(jīng)粉碎,原料經(jīng)浸泡、蒸煮糊化后,仍有部分較為完整的原料顆粒參與固態(tài)發(fā)酵過程,用曲中的糖化酶多作用于原料表面,糖化不充分,造成原料出酒率偏低,原料利用率不高等現(xiàn)象。研究表明[4],對原料進行粉碎處理,增大了原料與用曲中糖化酶的接觸面積,從而縮短發(fā)酵周期,提高出酒率與原料利用率。本研究對傳統(tǒng)的固態(tài)小曲清香型白酒釀造工藝進行調(diào)整,采用粉碎后的高粱作為主要釀酒原料,高粱粉碎后,加溫水混合拌勻,潤料24 h左右,拌入大米、清蒸后的稻殼、蒸酒后的糟醅等,混合均勻后,上甑清蒸。釀造工藝調(diào)整后(見圖1),高粱粉碎并潤料堆積,可以減少原料浸泡、燜蒸等工序,節(jié)約浸泡用水,縮短了蒸糧時間,提高原料蒸煮糊化效率。優(yōu)質(zhì)大米的淀粉含量高,產(chǎn)酒純凈;同時,要求所蒸煮的大米外硬內(nèi)軟、無生心、透而不爛、均勻一致等,如果蒸煮環(huán)節(jié)掌握不好,達不到工藝要求,可能會造成淀粉流失進而影響出酒率。續(xù)米查糟醅可以調(diào)節(jié)入窖糟的淀粉含量、酸度、水分等發(fā)酵參數(shù),為微生物的繁殖提供有利條件,并抑制雜菌生長。續(xù)米查糟醅與糧食一同蒸料,有利于糧食的糊化及糧醅的酸度調(diào)整?;卦愕脑俅伟l(fā)酵提高了淀粉利用率;同時,續(xù)米查糟醅積累的風味物質(zhì)及其前驅(qū)物,經(jīng)再次發(fā)酵,可提高酒體中風味物質(zhì)的含量、提高產(chǎn)酒質(zhì)量等。
2.1.2 生香ADY及其生產(chǎn)應(yīng)用
生香ADY的質(zhì)量指標與其生產(chǎn)工藝密切有關(guān),安琪酵母公司生產(chǎn)的生香ADY所采用的工藝為液固培養(yǎng)法,斜面菌種經(jīng)三級純種液態(tài)擴大培養(yǎng),固態(tài)通風培養(yǎng),快速低溫干燥等制備,以麩皮等農(nóng)副產(chǎn)品為載體。純酵母細胞含量為總固形物的25%~33%,粉末狀至不規(guī)則顆粒狀,呈灰褐色,具有特有的酯香氣味,無酶味,成品水分≤10%,細胞總數(shù)80~120億個/g,活細胞率≥70%,陰涼干燥處保存,保質(zhì)期為12個月。
固態(tài)法小曲白酒生產(chǎn)工藝具有用曲量小、發(fā)酵周期短、出酒率高、生產(chǎn)設(shè)備簡易、成本低、適合于機械化生產(chǎn)等特點;同時,傳統(tǒng)的固態(tài)小曲清香型白酒的釀造生產(chǎn)通常多采用純種根霉、酵母等制備小曲,菌種糖化力的高低、發(fā)酵力的強弱直接影響原料出酒率,容易造成酒體口感單一、香氣不足等缺點,與大曲酒比較,其缺乏市場競爭力[5]。生香酵母在白酒發(fā)酵過程中具有同步產(chǎn)酒生香的特點,生成的香味物質(zhì)以乙酸酯類為主,適合于固態(tài)法小曲白酒的生產(chǎn)。本研究對傳統(tǒng)的固態(tài)小曲清香型白酒釀造工藝進行調(diào)整,將生香ADY應(yīng)用到固態(tài)小曲清香型白酒的培菌糖化過程中,以配合小曲微生物參與糧醅的培菌糖化過程。合理有效的添加生香ADY能夠抑制培菌糖化及發(fā)酵過程中有害雜菌的生長,提高酒化能力,并具有控酸、降酸等作用;釀造工藝調(diào)整后,對提高原酒中乙酸乙酯含量、增加與豐富酒體香味成分、改善口感等均具有顯著效果,保證了酒體風格,對提高出酒率起到積極作用。
圖1 固態(tài)小曲清香型白酒的釀造生產(chǎn)工藝流程
2.1.3 培菌糖化及其入池(箱)發(fā)酵
研究表明[6],生香酵母在19~32℃溫度下都能產(chǎn)酯,最適宜的產(chǎn)酯溫度為25~30℃,品溫高至37℃時,生香酵母的產(chǎn)酯能力急劇下降;生香酵母的好氣性較強,生長和產(chǎn)酯都需要一定的氧氣,供氧過量雖能促進細胞的迅速生長繁殖,但是會阻止產(chǎn)酯作用的進行。為促進生香酵母的生長并產(chǎn)生大量酯類物質(zhì),必須供應(yīng)適量的氧氣。在糧醅糖化過程中糖化酶活力整體呈先上升后下降的趨勢,當糖化溫度為29.3~31.3℃時,糖化酶活力最大,即糖化酶活力主要與糖化糧醅的溫度有關(guān),在酵母菌、根霉菌的最適宜生長溫度時,酶活力達到最大[7]。因此,應(yīng)嚴格控制固態(tài)小曲清香型白酒釀造過程中的糧醅培菌糖化工藝,其中,糧醅的水分、酸度、蒸料效果,以及培菌糖化的溫度、通風、時間等直接關(guān)系到糖化效果,進而影響出酒率與產(chǎn)酒質(zhì)量。
應(yīng)用生香ADY的釀造工藝調(diào)整后,培菌糖化溫度達到28~31℃,時間在24 h左右,即可配糟入池(箱)密封發(fā)酵。堆積培菌糖化后拌入原料總質(zhì)量2~3倍的新鮮糟醅,混合均勻后通風降溫至22~24℃,投入發(fā)酵池(箱)密封發(fā)酵15 d,即可出池(箱)蒸餾取酒。糧醅入池(箱)發(fā)酵過程中,應(yīng)及時檢查發(fā)酵容器的密封性,并觀察發(fā)酵溫度變化,或采用發(fā)酵間集中放置發(fā)酵箱并控制溫度等方式實現(xiàn)發(fā)酵溫度的控制。
2.2.1 酒醅中乙酸乙酯、乳酸乙酯等的含量變化
小曲清香型白酒中的酯類化合物,以乙酸乙酯的含量最高,乳酸乙酯的含量僅次于乙酸乙酯,乙酸乙酯作為固態(tài)小曲清香型白酒的主體風味物質(zhì),在酒體中的含量高,閾值低,易揮發(fā),氣味特征明顯,具有典型的水果香氣。研究表明[8],乙酸乙酯是由生香酵母參與發(fā)酵而形成的,且乙酸乙酯是一種胞內(nèi)產(chǎn)物,是酵母菌生長繁殖過程中在細胞內(nèi)合成的。由圖2可知,試驗組與對照組中乙酸乙酯的含量在發(fā)酵過程中整體呈上升趨勢,發(fā)酵1~3 d上升的幅度不大,隨著發(fā)酵時間的延長而逐漸增加,在發(fā)酵7 d后,試驗組中乙酸乙酯的含量均高于對照組。發(fā)酵15 d出池時,試驗組中乙酸乙酯的含量為0.0876 mg/g,對照組中乙酸乙酯的含量為0.0616 mg/g,試驗組中乙酸乙酯的含量是對照組的1.42倍,發(fā)酵結(jié)束時,試驗組中的乙酸乙酯含量要明顯高于對照組。
圖2 固態(tài)小曲清香型白酒發(fā)酵酒醅中乙酸乙酯、乳酸乙酯含量的變化
乳酸乙酯的沸點較高,氣味相對較弱,在酒體中表現(xiàn)的氣味特征不如乙酸乙酯強烈。在小曲清香型白酒中乙酸乙酯的含量不高于乳酸乙酯的含量并有適當?shù)臐舛缺壤梢暂^明顯的突出酒體中乙酸乙酯的特征風味。由圖2可知,試驗組與對照組中乳酸乙酯的含量均整體呈上升趨勢,在發(fā)酵15 d出池時,試驗組中乳酸乙酯的含量為0.1973 mg/g,對照組中乳酸乙酯的含量為0.14 mg/g;試驗組中乳酸乙酯的含量是對照組的1.41倍,發(fā)酵結(jié)束時,試驗組中乳酸乙酯的含量明顯高于對照組。
2.2.2 酒醅中正丙醇、雜醇油的含量變化
醇類化合物是小曲清香型白酒中重要的風味物質(zhì),小曲清香型白酒具有“入口微甜,刺激性較強并有適當?shù)乃诳辔丁钡鹊娘L味感官很大程度上與醇類化合物的含量及其比例直接相關(guān),在醇類化合物中,正丙醇、異戊醇、異丁醇、仲丁醇等的含量較高[9]。酒體中含有一定濃度的正丙醇,其風味會出現(xiàn)類似小曲清香型白酒“落口干爽微苦”等的感官特點,酒體中正丙醇的含量與小曲清香型白酒的“落口干爽微苦”有直接的關(guān)系。在小曲清香型白酒這種特定的組分構(gòu)成條件下,正丙醇及其他醇類(異戊醇、異丁醇、仲丁醇)形成了小曲清香型白酒的特殊風味特征。有研究表明[10],小曲清香型白酒的特征成分為乙酸乙酯、乳酸乙酯和正丙醇,組分中具有酯低、酸高、高級醇高等特點,尤其是正丙醇的含量特別高,所以香氣成分中不可避免帶入醇類物質(zhì)的風味。
由圖3可知,試驗組與對照組中正丙醇的含量均整體呈上升趨勢,在發(fā)酵15 d出池時,試驗組中正丙醇的含量為0.3248 mg/g,對照組中正丙醇的含量為0.4855 mg/g;試驗組中正丙醇的含量是對照組的0.67倍,發(fā)酵結(jié)束時試驗組中正丙醇的含量要明顯低于對照組。另外,試驗組和對照組中雜醇油的含量均在發(fā)酵1~7 d急劇上升,7~15 d緩慢略有上升,表明正丙醇在糧醅入池(箱)發(fā)酵前期,隨著酵母菌等釀酒微生物在有氧或兼性厭氧環(huán)境條件下的大量增殖而大量產(chǎn)生,固態(tài)發(fā)酵后期,正丙醇的產(chǎn)生量減少。固態(tài)法發(fā)酵白酒中的正丙醇主要是在酵母菌的糖厭氧發(fā)酵過程中作為酒精的副產(chǎn)物產(chǎn)生的,而不是通過細菌對蛋白質(zhì)分解導(dǎo)致的[11]。
圖3 固態(tài)小曲清香型白酒發(fā)酵酒醅中正丙醇、雜醇油含量的變化
雜醇油是含有3個碳原子以上的一元醇類物質(zhì)的總稱,屬于高沸點混合物,是酵母酒精發(fā)酵的正常代謝產(chǎn)物,其主要包括正丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、戊醇、異戊醇、活性戊醇、辛醇、苯乙醇、色醇、酪醇等高級醇。雜醇油在白酒的酒體中可以作為醇甜和助香的主要物質(zhì),也是白酒固態(tài)發(fā)酵過程中形成香味物質(zhì)的前驅(qū)物質(zhì)[12],酒體中含有適量的雜醇油對白酒的風味起到積極作用。除異戊醇微甜外,其余的高級醇都呈苦味,酒體中含量過高的雜醇油,對人體的中毒和麻醉作用比乙醇強,毒性隨分子量增大而加劇;因此,雜醇油作為固態(tài)發(fā)酵過程中的副產(chǎn)物,其在酒體中的含量必須控制在較低的范圍內(nèi)。
由圖3可知,試驗組與對照組中雜醇油的含量均整體呈上升趨勢,在發(fā)酵15 d出池時,試驗組中雜醇油的含量為0.0188 mg/g,對照組中雜醇油的含量為0.0214 mg/g;試驗組中雜醇油的含量是對照組的0.88倍,發(fā)酵結(jié)束時試驗組中雜醇油的含量要略低于對照組。另外,試驗組和對照組中雜醇油的含量均在發(fā)酵1~7 d急劇上升,7~15 d緩慢上升,表明雜醇油在糧醅入池(箱)發(fā)酵前期,隨著酵母菌等釀酒微生物在有氧或兼性厭氧環(huán)境條件下的大量增殖而大量產(chǎn)生。
某些酒精飲料飲用后,會產(chǎn)生“上頭、頭痛”等感覺,主要原因是酒體中的高級醇含量過高,高級醇和揮發(fā)酯的比例過高而造成的。適宜的高級醇含量及組成,以及適宜的揮發(fā)酯含量等賦予酒體愉快的香氣及口感。酒體中的揮發(fā)酯與高級醇的含量之比(酯醇比)對酒體風格及口感的影響至關(guān)重要,適當降低高級醇含量并提高揮發(fā)酯含量,從而提高酯醇比,是實現(xiàn)酒精飲料品質(zhì)提升的重要途徑[13]。由圖4可知,生香干酵母釀造固態(tài)小曲清香型白酒的色譜指標,試驗組與對照組相比,其酯醇比由0.34提高到0.61,符合行業(yè)內(nèi)“增酯降醇”的發(fā)展趨勢,對小曲清香型白酒的品質(zhì)提高起到積極作用。
以上各成分色譜指標含量均為原酒降低酒精度到58%vol時的檢測結(jié)果,產(chǎn)酒數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明,生香ADY應(yīng)用的釀造工藝調(diào)整后,對原料出酒率的影響并不顯著,培菌糖化工藝及其效果與原料出酒率密切相關(guān)。由圖4可知,試驗組中乙酸乙酯的含量約為對照組的1.57倍,乙乳比為2.38;試驗組中甲醇、正丙醇、雜醇油等的含量明顯低于對照組,試驗組中總酸含量略微低于對照組,試驗組中總酯的含量明顯高于對照組。試驗組與對照組中總酯與總酸的比例分別為1.83與0.87,試驗組比對照組提高2.1倍。原酒中乙酸乙酯含量提高12.50%,總酯含量提高18.50%,雜醇油含量下降8.16%,乙乳比由1.67提高到2.38,酯醇比由0.34提高到0.61,使得原酒香味更加協(xié)調(diào),清香純正、突出,從而實現(xiàn)了原酒品質(zhì)的進一步提升。
圖4 生香ADY釀造固態(tài)小曲清香型白酒的色譜指標對比分析
活性干酵母技術(shù)(Active Dry Yeast,ADY)是應(yīng)用現(xiàn)代生物工程、干燥技術(shù)和酵母行業(yè)融合發(fā)展的一種高新技術(shù),酵母菌細胞以固體干物質(zhì)的形式存在,并保持活性,是酵母菌的一種理論上的“回生”狀態(tài)。一般ADY具有含水量低、常溫下貯存期長、發(fā)酵性能穩(wěn)定、運輸儲存方便等特點[14]。由于活性干酵母具有很多的優(yōu)越性,因此一經(jīng)推廣便得到了迅速的發(fā)展。固態(tài)小曲清香型白酒的釀造生產(chǎn)以純種培養(yǎng)的酵母、根霉等為主要菌種來源,原料的出酒率高,但成品酒中酯類物質(zhì)含量較低。乙酸乙酯作為清香型白酒的主體香味物質(zhì),其主要是由小曲中的生香酵母在發(fā)酵過程中利用葡萄糖代謝產(chǎn)生乙醇、乙酸等,并在酵母酯化酶的作用下生成。與大曲酒或其他香型白酒相比,小曲清香型白酒中的酯類物質(zhì)含量較低,具有較大的提升空間。為提高固態(tài)小曲清香型白酒的品質(zhì),本文對安琪生香活性干酵母在固態(tài)小曲清香型白酒釀造生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了研究。結(jié)果表明,在固態(tài)小曲清香型白酒原釀造工藝的基礎(chǔ)上添加0.05%活化后的生香ADY,與對照組相比,酒醅中乙酸乙酯、乳酸乙酯等風味物質(zhì)的含量變化對比明顯,原酒中乙酸乙酯含量提高12.50%,總酯含量提高18.50%,雜醇油含量下降8.16%,乙乳比由1.67提高到2.38,酯醇比由0.34提高到0.61,使得原酒香味更加協(xié)調(diào),清香純正、突出,從而提高了原酒品質(zhì)。