一種復(fù)合蒸餾酒的生產(chǎn)工藝優(yōu)化

賈亞偉，陳 力，戴 源，劉海波，孔小勇，朱 超，王紅玉，武圓圓

（江蘇洋河酒廠股份有限公司，江蘇宿遷223800）

夏朗德壺式蒸餾在液態(tài)蒸餾過程中對發(fā)酵類蒸餾酒的質(zhì)量起著重要作用，也是提香的一個(gè)關(guān)鍵工序，機(jī)組采用T2紫銅，導(dǎo)熱性能較好，對酯化反應(yīng)有催化作用，同時(shí)能使丁酸、己酸、癸酸等不良?xì)馕兜乃徂D(zhuǎn)化成不溶的銅鹽析出[1-2]。隨著蒸餾過程的進(jìn)行，餾出液酒精濃度及大多數(shù)香氣成分餾出含量逐步降低，仲丁醇、乙酸乙酯在蒸餾前期酒頭快速餾出，而甲醇、正己醇、苯乙醇、糠醛及一些大分子類物質(zhì)如辛酸、癸酸乙酯等則富集于蒸餾后期；酒心部分的酒精濃度較高，蒸餾產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)較多，而且雜質(zhì)最少，因此酒頭、酒尾截取時(shí)間會顯著影響蒸餾酒的品種香氣和非酒精揮發(fā)物總量的含量，截流比例和蒸餾溫度對產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)和風(fēng)味成分比例構(gòu)成有重要的作用[3-5]。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于原料種類、配比等因素的影響，釀造蒸餾酒的生產(chǎn)工藝最佳參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量有較大的差別，其中非酒精揮發(fā)物總量是區(qū)分質(zhì)量等級的一個(gè)重要指標(biāo)。本研究通過對復(fù)合果糧蘋果、柑橘、紅薯、糯米發(fā)酵液的蒸餾生產(chǎn)工藝的優(yōu)化研究，利用高效氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對不同蒸餾階段的非酒精揮發(fā)物總量進(jìn)行檢測，以最大限度和最優(yōu)比例保留原料中固有的風(fēng)味物質(zhì)和發(fā)酵、蒸餾產(chǎn)生的香氣成分，從而改善風(fēng)味和口味，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品兼具白蘭地和中國白酒的風(fēng)味特征，為蒸餾工藝的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平編碼

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

材料：蘋果發(fā)酵液、柑橘發(fā)酵液（12%vol，20℃，市售）；紅薯發(fā)酵液、糯米發(fā)酵液（14%vol，20℃，市售）；酯類、高級醇類、醛類、糠醛等標(biāo)準(zhǔn)品（Sigma公司)；氫氧化鈉、酚酞等（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，A.R.）；水為二次重蒸水。

主要儀器：Agilent7890A-5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國安捷倫科技公司；CP-WAX 57CB色譜柱(50 m×0.25 mm ×0.2 μm)，美國賽默飛世爾科技公司；夏朗德壺式蒸餾機(jī)組(60 L)，浙江章達(dá)輕工機(jī)械廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)合果糧蒸餾酒的制備

壺式蒸餾機(jī)組分為兩次蒸餾，第一次在粗蒸餾器中進(jìn)行，酒精度需控制在25%vol～30%vol，第二次蒸餾是在精餾的壺式蒸餾鍋中進(jìn)行，餾分根據(jù)酒精度和質(zhì)量指標(biāo)要求截取。在蒸餾過程中，首次蒸出來的餾分稱“酒頭”，之后的中餾部分稱“酒心”，最后蒸發(fā)出來的酒液稱“酒尾”，酒頭和酒尾被再次蒸餾，以便充分利用其中的風(fēng)味成分和酒精[6]。第二次蒸餾按總酒分中純酒精計(jì)算來截取酒頭，按酒精度截取酒尾。開始流酒時(shí)，調(diào)節(jié)冷卻水和蒸汽閥門，使流出酒液的溫度控制在20～25℃，二次餾出液酒心部分陳化后即可得到口感醇厚的蒸餾酒。

1.2.2 蒸餾工藝條件的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)前期，已分別對發(fā)酵液的液態(tài)蒸餾工藝條件進(jìn)行了單因素考察，本實(shí)驗(yàn)在單因素結(jié)果的基礎(chǔ)上，按蘋果發(fā)酵液∶柑橘發(fā)酵液∶紅薯發(fā)酵液∶糯米發(fā)酵液=2∶1∶1∶5配制45 L復(fù)合果糧發(fā)酵液，在蒸汽壓力101.3 kPa條件下，選取粗餾酒精度、酒頭去除量、精餾溫度、酒心酒精度對非酒精揮發(fā)物總量影響較大的4個(gè)因素，其中酒頭去除量按發(fā)酵液中純酒精總量計(jì)算，精餾溫度為蒸餾液的酒心溫度。根據(jù)響應(yīng)面軟件（Box-Behnken）試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用4因素3水平的響應(yīng)曲面分析法設(shè)計(jì)中心組合試驗(yàn)，試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

1.2.3 檢測方法

（1）酒精度測定：按照GB/T 15038—2006酒精計(jì)法。

（2）總酸和固定酸的測定：電位滴定法，以乙酸計(jì)。

（3）總酯的測定：中和滴定（皂化反應(yīng)）法，以乙酸乙酯計(jì)。

（4）高級醇、醛類、糠醛：氣相色譜法測定，其中，醛類以乙醛計(jì)。GC條件：CP-WAX 57CB柱(50 m×0.25 mm ×0.2 μ m)，程序升溫，初溫 35 ℃，保持5 min，以5℃/min升溫至105℃，保持6 min，再以8℃/min升溫至225℃；進(jìn)樣口溫度200℃，檢測器230℃；分流進(jìn)樣，分流比為25∶1；載氣：高純氮，流速 2.0 mL/min；經(jīng)濾膜(0.45 μ m)過濾，進(jìn)樣量1 μL 。

（5）非酒精揮發(fā)物總量[g/L(100%vol乙醇)]=揮發(fā)酸+酯類+醛類+糠醛+高級醇，其中，揮發(fā)酸（以乙酸計(jì)）=總酸-固定酸[7]。

（6）感官評價(jià)：按照GB 2757—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)蒸餾酒及其配制酒》衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和白蘭地國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11856—2008[8-9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化液態(tài)蒸餾工藝，以非酒精揮發(fā)物總量為指標(biāo)，同時(shí)檢測各因素對酒精度、總酸、揮發(fā)酸、總酯、高級醇、醛類、糠醛的影響，確定發(fā)酵液最佳蒸餾工藝參數(shù)組合，實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

運(yùn)用Design-Expert.8.05統(tǒng)計(jì)軟件對表2中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸擬合，得到復(fù)合果糧發(fā)酵液液態(tài)蒸餾的非酒精揮發(fā)物總量的回歸方程：

Y=3.06+0.43A+0.33B+0.32C+0.14D+0.29AB-0.13AC-0.49AD+0.11BC-0.30BD+0.41CD-0.90A2-0.64B2-0.50C2-0.57D2，其方差分析結(jié)果見表3。

由表3可知，模型p＜0.0001，表明本模型方程高度顯著；模型失擬項(xiàng)p=0.1066＞0.05，表明模型失擬項(xiàng)不顯著，模型選擇合理；相關(guān)系數(shù)R2=15.24/15.52=0.9820，說明該模型預(yù)測值與實(shí)際值具有很好的擬合度。因此，該模型可用于復(fù)合果糧蒸餾酒中非酒精揮發(fā)物總量的分析和預(yù)測。

由回歸方程系數(shù)的估計(jì)值A(chǔ)=0.43、B=0.33、C=0.32和D=0.14，可得各因素對響應(yīng)值影響的順序：粗餾酒精度＞酒頭去除量＞精餾溫度＞酒心酒精度。此外，由方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，A、B、C的一次項(xiàng)p＜0.0001，說明粗餾酒精度、酒頭去除量、精餾溫度3個(gè)因素高度顯著，D的p＜0.01，說明酒心酒精度極顯著 ；二 次項(xiàng) A2、B2、C2、D2的 p＜0.0001，說明其對響應(yīng)值影響均達(dá)到高度顯著。

2.2 響應(yīng)面分析及優(yōu)化

按照回歸模型繪制三維響應(yīng)曲面圖，結(jié)果見圖1—圖6，三維響應(yīng)面圖和等高線可直觀反映出因素間的交互作用對非酒精揮發(fā)物總量影響的強(qiáng)弱大小，交互項(xiàng)AB、AD、BD、CD的p值＜0.01，說明四者的交互作用均達(dá)到極顯著水平，即粗餾酒精度和酒頭去除量、粗餾酒精度和酒心酒精度、酒頭去除量和酒心酒精度、精餾溫度和酒心酒精度4項(xiàng)的交互響應(yīng)面表現(xiàn)為曲線坡度陡峭，且等高線呈橢圓形，表明交互作用極強(qiáng)，響應(yīng)值較敏感；而AC、BC的p值＞0.05，交互作用不明顯，即粗餾酒精度和精餾溫度、酒頭去除量和精餾溫度兩者的響應(yīng)曲線表現(xiàn)為相對前者較平滑，且等高線偏圓形較稀疏，表明對響應(yīng)值影響不顯著。此外，隨著粗餾酒精度、酒頭去除量、精餾溫度、酒心酒精度4個(gè)因素的增加，非酒精揮發(fā)物總量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；當(dāng)各影響因素值趨向于中心附近時(shí)，曲面圖明顯凸起，說明復(fù)合果糧發(fā)酵液蒸餾產(chǎn)生的非酒精揮發(fā)物總量趨向最大化。

表3 回歸模型的方差分析

圖1 粗餾酒精度和酒頭去除量對非酒精揮發(fā)物總量影響的響應(yīng)面及等高線圖

運(yùn)用響應(yīng)面回歸方程模型和各因素交互作用三維曲面圖進(jìn)行分析，預(yù)測最佳工藝參數(shù)為：粗餾酒精度27.26%vol、酒頭去除量1.67%、精餾溫度76.66℃、酒心酒精度55%vol，此條件下，響應(yīng)值最大，非酒精揮發(fā)物總量的預(yù)測值為3.23 g/L，考慮到實(shí)際生產(chǎn)的操作性，將蒸餾工藝參數(shù)修正為粗餾酒精度27%vol、酒頭去除量1.6%、精餾溫度76℃、酒心酒精度55%vol，所得復(fù)合果糧蒸餾酒的感官評價(jià)最佳。

圖2 粗餾酒精度和精餾溫度對非酒精揮發(fā)物總量影響的響應(yīng)面及等高線圖

圖3 粗餾酒精度和酒心酒精度對非酒精揮發(fā)物總量影響的響應(yīng)面及等高線圖

圖4 酒頭去除量和精餾溫度對非酒精揮發(fā)物總量影響的響應(yīng)面及等高線圖

此優(yōu)化條件下，45 L復(fù)合果糧發(fā)酵液經(jīng)一次蒸餾后得粗餾液酒精度為27%vol，體積21.0 L（不截取酒頭、酒尾），將粗餾液裝入蒸餾釜中，二次蒸餾時(shí)按純酒精總量1.6%體積去除酒頭約127 mL（酒精度71.6%vol），之后蒸餾液為酒心，蒸餾溫度76℃，收集酒心餾分酒精度55%vol，體積9.3 L（或截流至酒精度42%vol），剩余餾分酒尾和酒頭再次回到蒸餾鍋中與原發(fā)酵液一起進(jìn)行重新蒸餾。根據(jù)蒸餾前后酒精度、體積的變化，第一次蒸餾時(shí)酒精富集效率達(dá)到94.5%，粗餾液收集率較高，殘液中殘存酒精極少；第二次精餾時(shí)酒心部分蒸餾液出酒率達(dá)44.3%。即45 L原發(fā)酵液二次蒸餾后可得到55%vol蒸餾酒約9.3 L，出酒率約20.7%，陳化后即可得到口感醇厚、香氣復(fù)合的蒸餾酒。

2.3 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

在優(yōu)化蒸餾工藝參數(shù)下，產(chǎn)品非酒精揮發(fā)物總量的理論預(yù)測值為3.23 g/L。為檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，采用上述選取的優(yōu)化工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

圖5 酒頭去除量和酒心酒精度對非酒精揮發(fā)物總量影響的響應(yīng)面及等高線圖

圖6 精餾溫度和酒心酒精度對非酒精揮發(fā)物總量影響的響應(yīng)面及等高線圖

表4 實(shí)驗(yàn)值與方程值

經(jīng)過理化和色譜檢測分析，從表4可看出，非酒精揮發(fā)物總量的實(shí)驗(yàn)值為3.31 g/L，與理論預(yù)測值僅相差0.09 g/L，比較接近，說明利用響應(yīng)面分析法擬合得到的液態(tài)蒸餾工藝回歸模型具有實(shí)用價(jià)值，優(yōu)化預(yù)測的蒸餾工藝最佳參數(shù)組合準(zhǔn)確可靠。

2.4 復(fù)合果糧蒸餾酒的質(zhì)量指標(biāo)

2.4.1 感官指標(biāo)

產(chǎn)品兼具白蘭地和中國白酒的風(fēng)味特征，色澤無色或微黃，澄清透明，香氣復(fù)合優(yōu)雅，既具有原果蘋果、山楂的豐富果香，又富有濃郁的薯香及糯米的清香，口感清新微甜，純正無雜，風(fēng)味典型性明顯。

2.4.2 理化指標(biāo)

酒精度：54%vol～56%vol（20℃），非酒精揮發(fā)物總量≥2.0 g/L(100%vol乙醇)，總酸（以乙酸計(jì)）0.40～0.45 g/L，總酯（以乙酸乙酯計(jì)）≥0.8 g/L，糠醛≤0.15 g/L，甲醇≤1.2 g/L(100%vol乙醇)。

3 結(jié)論

采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化復(fù)合果糧蒸餾酒的蒸餾工藝條件，得出最佳的蒸餾工藝參數(shù)為：粗餾酒精度27%vol、酒頭去除量1.6%、精餾溫度76℃、酒心酒精度55%vol，此條件下，非酒精揮發(fā)物總量達(dá)到3.31 g/L，與理論預(yù)測值3.23 g/L接近，表明利用響應(yīng)面分析法擬合得到的液態(tài)蒸餾工藝回歸模型具有實(shí)用價(jià)值，優(yōu)化預(yù)測的蒸餾工藝最佳參數(shù)組合準(zhǔn)確可靠。45 L復(fù)合果糧發(fā)酵液經(jīng)一次蒸餾后得粗餾液酒精度27%vol，體積21.0 L，二次蒸餾時(shí)按純酒精總量1.6%體積去除酒頭，收集酒心餾分酒精度55%vol，體積9.3 L（或截流至酒精度42%vol）。根據(jù)蒸餾前后酒精度、體積的變化，第1次蒸餾時(shí)酒精富集效率達(dá)到94.5%，粗餾液收集率較高，殘液中殘存酒精極少；第2次精餾時(shí)酒心部分蒸餾液出酒率達(dá)44.3%。45 L原發(fā)酵液2次蒸餾后可得到55%vol蒸餾酒約9.3 L，出酒率約20.7%，陳化后即可得到口感醇厚、香氣復(fù)合的營養(yǎng)豐富的蒸餾酒，對進(jìn)一步提高酒質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值有很重要的意義，為干型蒸餾酒大規(guī)模生產(chǎn)提供理論依據(jù)。