三種不同產(chǎn)地高粱模擬濃香型白酒發(fā)酵過程中發(fā)酵特性的研究

楊文斌,艾濤波,羅 玥,劉茂坪,馬玥玲,吳思佳,陳 雨

(四川省食品藥品檢驗檢測院,四川成都 610000)

大曲酒是利用大曲來糖化高粱等淀粉質(zhì)原料進(jìn)行發(fā)酵的蒸餾酒,是千百年來我國獨特的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的一種產(chǎn)品[5]。濃香型大曲酒即以高粱為釀酒原糧,優(yōu)質(zhì)小麥或大麥、小麥、豌豆混合配料,培制中、高溫大曲,泥窖固態(tài)發(fā)酵,采用續(xù)糟配料,混蒸混燒,量質(zhì)摘酒,原度酒貯存,精心勾兌[6],是大曲酒中產(chǎn)量最大的酒種[7]。高粱主要由淀粉質(zhì)顆粒,蛋白質(zhì)和脂肪組成,其中淀粉質(zhì)顆粒占主要部分,蛋白質(zhì)和脂肪構(gòu)成膠粒層。南方糯高粱中的淀粉顆粒主要為支鏈淀粉,以瀘州糯紅高粱為典型代表;北方粳高粱中的淀粉顆粒多為直鏈淀粉,以東北粳高粱為典型代表。

不同種高粱因其分子構(gòu)成、理化特性的不同,發(fā)酵過程中的發(fā)酵特性及蒸餾酒的出酒率也會有較大差異[8]。本實驗?zāi)M濃香型白酒大曲發(fā)酵,對發(fā)酵中期的糟醅和發(fā)酵結(jié)束后的蒸餾酒進(jìn)行分析檢測,比較其差異性,為釀酒高粱發(fā)酵工藝的優(yōu)化及釀酒高粱品種的合理選用提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

東北粳高粱、自貢本地小高粱、糠殼 四川省紅茅燒酒業(yè)有限公司;瀘州糯高粱、大曲 瀘州老窖有限公司;鹽酸、葡萄糖、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、結(jié)晶酚、亞硫酸鈉 均為分析純,成都科龍化工試劑廠。

DS-1數(shù)字溫度計 江蘇精創(chuàng)電氣股份有限公司;蒸鍋、發(fā)酵陶壇 市售;DHG-9245A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;Super Alcomat高精度數(shù)顯酒精濃度計 GIBERTINI;SW-CJ-1D超凈工作臺 蘇凈集團(tuán);LS-I201生化培養(yǎng)箱 上海精宏;ProtoCOL 3菌落計數(shù)分析儀 Synbiosis。

1.2 實驗方法

1.2.1 培養(yǎng)基的配制及用途

1.2.1.1 細(xì)菌培養(yǎng)基 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基:參照文獻(xiàn)[9]。

又是一年盤點時。跟往年不同的是，這個歲尾，既是一個慣用的時間節(jié)點，又是一個嶄新的歷史起點——黨的十八屆三中全會吹響了全面深化改革的號角。站在新起點回望過去的一年，相信所有水利人都感觸良多，在為這一年的艱辛努力感動、為這一年的豐碩成果欣慰的同時，更增添了進(jìn)一步深化水利改革的信心和決心。

1.2.1.2 酵母菌培養(yǎng)基 YPD培養(yǎng)基:參照文獻(xiàn)[10]。

1.2.1.3 霉菌培養(yǎng)基 抗菌素淀粉培養(yǎng)基:參照文獻(xiàn)[9]制作淀粉培養(yǎng)基,滅菌后添加四環(huán)素鹽酸鹽50 mg[11]。

1.2.2 模擬發(fā)酵工藝流程 原料→潤糧→配料→蒸糧→打量水→攤涼→撒曲→發(fā)酵→出甑蒸餾

本實驗參照馮興垚等[12]的方法,針對不同品種高粱采取不同的潤糧、蒸煮工藝參數(shù),使之糊化完全。采用控溫發(fā)酵[13],將發(fā)酵陶壇放入生化培養(yǎng)箱,在糟醅入壇發(fā)酵時,將數(shù)字溫度計埋入陶壇中部,對糟醅的實際發(fā)酵溫度進(jìn)行監(jiān)控,通過控制培養(yǎng)箱溫度對發(fā)酵溫度進(jìn)行調(diào)節(jié),使三種高粱都在相同且較適宜的溫度下進(jìn)行發(fā)酵,使之遵循“前緩、中挺、后緩落”的變化趨勢[14]，發(fā)酵溫度的調(diào)控見圖1。

圖1 發(fā)酵溫度調(diào)控曲線Fig.1 Control curve of fermentation temperature

1.2.3 分組及樣品采集 當(dāng)撒曲后糟醅品溫達(dá)到入窖要求22 ℃時,立即將每種高粱入窖糟轉(zhuǎn)入4個經(jīng)過酒精擦拭滅菌的陶壇中。其中1#～3#陶壇用于發(fā)酵過程糟醅理化及微生物特性的測定,4#陶壇用于發(fā)酵結(jié)束后出甑蒸餾。發(fā)酵周期30 d。

在入窖前留取適量糟醅,發(fā)酵第3、5、10 d開啟第1#陶壇采集適量糟醅樣品,第15、20 d開第2#陶壇采集適量糟醅樣品,發(fā)酵第25、30 d開第3#陶壇采集適量糟醅樣品。第30 d對4#陶壇全部糟醅進(jìn)行蒸餾接酒。每次每種高粱做3組平行試驗用于發(fā)酵過程糟醅理化及微生物特性的測定。

1.2.4 分析檢測

1.2.4.1 水分含量測定 烘干法[15]。

1.2.4.2 還原糖含量的測定 3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測定[16]。

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作:準(zhǔn)確稱量1.00 g無水葡萄糖,用去離子水溶解后定容至1000 mL,制得質(zhì)量濃度為1.00 mg/mL葡萄糖儲備液,分別吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL葡萄糖儲備液分別對應(yīng)加入2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0、0.8 mL 去離子水,制備成不同質(zhì)量濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液,于波長520 nm 條件下測定吸光度值。以葡萄糖含量(x)為橫坐標(biāo),吸光度值(y)為縱坐標(biāo)繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線。

還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)=還原糖的質(zhì)量×100/糟醅的質(zhì)量。

1.2.4.3 淀粉含量的測定 水解糖化后用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測定[16]。測定出的還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘以0.9的換算系數(shù)即為淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.4.4 酸度的測定 中和滴定法[17]。

1.2.4.5 微生物的分離培養(yǎng)計數(shù) 參照文獻(xiàn)[11]。

1.2.4.6 出酒率的測定 對每一種高粱樣品的出窖糟醅進(jìn)行蒸餾,用酒精計測定酒樣的酒度,對蒸餾酒進(jìn)行稱重,折算成20 ℃、60%vol時的重量,出酒率(%)=M1×100/M2,式中,M1:折合60%vol酒樣質(zhì)量,M2:投料發(fā)酵高粱質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、作圖,每次每種高粱進(jìn)行3次平行試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 糟醅水分含量的變化

由圖2可以看出,整個發(fā)酵期內(nèi)糟醅水分含量曲線變化平穩(wěn),水分含量大致在50%～60%范圍內(nèi)。水分在微生物的發(fā)酵過程中起著重要的作用,不僅是一種重要的溶劑,還是微生物生長代謝的重要物質(zhì),糟醅中的水分含量在發(fā)酵初期逐步增加,在發(fā)酵第10 d自貢本地小高粱和瀘州糯高粱糟醅的水分含量達(dá)到最大值,在發(fā)酵第15 d東北粳高粱糟醅的水分含量達(dá)到最大值,這可能是因為在發(fā)酵初期微生物的呼吸作用產(chǎn)生少量的水。

圖2 糟醅中水分含量的變化Fig.2 Changes of moisture content in distilled grains

2.2 糟醅還原糖含量的變化

2.2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備 由圖3可以看出,吸光度y與葡萄糖含量x的線性關(guān)系為y=0.6873x-0.0388,決定系數(shù)為R2=0.9940,說明葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線有很好的線性關(guān)系。

圖3 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備Fig.3 Standard curve of glucose

2.2.2 糟醅發(fā)酵過程中還原糖含量的變化 中國白酒的發(fā)酵是“雙邊發(fā)酵”即邊糖化邊發(fā)酵,在發(fā)酵過程中淀粉在淀粉酶水解作用下生成還原糖,同時被酵母菌利用生成酒精[18]。從圖4可以看出,在發(fā)酵前3 d,三種高粱還原糖含量快速增加,這一階段糟醅中的微生物對還原糖的利用較少,糟醅中的淀粉在淀粉酶的作用下生成大量還原糖,在發(fā)酵第3 d開始糟醅中還原糖含量由于微生物數(shù)量的增加,呼吸作用加強,對還原糖的消耗增加,增速減慢,發(fā)酵第15 d還原糖含量達(dá)到最大值,瀘州糯高粱糟醅中還原糖含量高于自貢本地小高粱高于東北粳高粱,這與不同種高粱淀粉結(jié)構(gòu)及含量不同有關(guān),支鏈淀粉較直鏈淀粉更容易被糊化、水解,瀘州糯高粱支鏈淀粉含量較高,其還原糖含量也較高。在發(fā)酵第15 d之后由于淀粉酶的作用減弱,微生物的含量達(dá)到較大值,呼吸作用加強,對還原糖的消耗增大,糟醅中還原糖含量減少,發(fā)酵結(jié)束時東北粳高粱糟醅中還原糖含量高于自貢本地小高粱和瀘州糯高粱。

圖4 糟醅中還原糖含量的變化Fig.4 Changes of reducing sugar content in distilled grains

2.3 糟醅淀粉含量的變化

從圖5可知,隨著發(fā)酵天數(shù)的增加,糟醅中的淀粉在淀粉酶的作用下不斷水解為還原糖,被微生物利用,淀粉含量呈遞減趨勢。在發(fā)酵初始階段,東北粳高粱糟醅中的淀粉含量最高,自貢本地小高粱最低,隨著發(fā)酵的進(jìn)行,糟醅中的淀粉含量逐漸減少,到發(fā)酵結(jié)束,東北粳高粱糟醅淀粉含量最高,瀘州糯高粱最低。瀘州糯高粱糟醅的淀粉含量在整個發(fā)酵周期內(nèi)的減少量最大,這與高粱中淀粉含量及結(jié)構(gòu)有關(guān),瀘州糯高粱支鏈淀粉含量最高,所以瀘州糯高粱更容易被糊化、水解、利用。

圖5 糟醅中淀粉含量的變化Fig.5 Changes of starch content in distilled grains

2.4 糟醅酸度的變化

酸度是指糟醅中的含酸量,酸類物質(zhì)是形成濃香型大曲酒香味物質(zhì)的前驅(qū)物質(zhì),可以與醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成酯類物質(zhì),其本身也是一種重要的呈香物質(zhì)[19]。在發(fā)酵過程中,有機酸類物質(zhì)主要是由細(xì)菌代謝作用生成的[20],由圖6可以看出,從發(fā)酵初始到發(fā)酵第5 d,糟醅中的酸度急速增大,這與發(fā)酵前期糟醅中的細(xì)菌數(shù)急速增長有關(guān)。隨后糟醅中的酸度逐漸增長,到發(fā)酵結(jié)束,東北粳高粱糟醅的酸度最高,瀘州糯高粱最低。

圖6 糟醅中酸度的變化Fig.6 Changes of the acidity of distilled grains

2.5 糟醅中微生物分離培養(yǎng)

由圖7可以看出,從發(fā)酵初始階段到第3 d,三種高粱糟醅中的細(xì)菌數(shù)都達(dá)到最大值,自貢本地小高粱糟醅中的細(xì)菌數(shù)高于東北粳高粱高于瀘州糯高粱,這一階段糟醅中的細(xì)菌迅速繁殖增長數(shù)量達(dá)到最多。隨后直到發(fā)酵第10 d三種高粱糟醅中的細(xì)菌數(shù)急劇減少,這可能與發(fā)酵陶壇內(nèi)氧氣減少,糟醅酸度升高,酵母菌等的競爭作用增強有關(guān)。從發(fā)酵第10 d到發(fā)酵結(jié)束,糟醅中的細(xì)菌數(shù)逐漸減少到最小值。

圖7 酒醅發(fā)酵過程中細(xì)菌動態(tài)分析Fig.7 Dynamic analysis of bacteria in distilled grains’ fermentation process

由圖8可以看出,從發(fā)酵初始到發(fā)酵第3 d,三種高粱糟醅中的酵母菌數(shù)增長緩慢,之后快速增長,瀘州糯高粱和自貢本地小高粱在發(fā)酵第10 d達(dá)到最大值,東北粳高粱在發(fā)酵第15 d達(dá)到最大值。這是因為微生物的發(fā)酵首先需要在淀粉吸水膨脹,晶體結(jié)構(gòu)消失后,分解為小分子糊精才能被微生物分解利用。在相同的糊化溫度及水分條件下,支鏈淀粉較直鏈淀粉有更復(fù)雜的分支結(jié)構(gòu),其分支間的空隙更容易吸收水分,從而膨脹糊化[21],所以支鏈淀粉含量較高的瀘州糯高粱和自貢本地小高粱糟醅中酵母菌生長狀況更好。其后三種高粱糟醅中的酵母菌數(shù)逐步減少。

圖8 糟醅發(fā)酵過程中酵母菌動態(tài)分析Fig.8 Dynamic analysis of yeast in distilled grains fermentation process

由圖9可知,隨著發(fā)酵天數(shù)的增加,糟醅中的霉菌數(shù)呈先增加后減少的趨勢。從發(fā)酵初始到發(fā)酵第10 d,瀘州糯高粱和本地小高粱糟醅中的霉菌數(shù)達(dá)到最大值,第15 d東北粳高粱糟醅中的霉菌數(shù)達(dá)到最大值,瀘州糯高粱糟醅中霉菌數(shù)的最大值大于自貢本地小高粱大于東北粳高粱。這與高粱淀粉結(jié)構(gòu)及含量有關(guān),瀘州糯高粱自貢本地小高粱支鏈淀粉含量較高,更容易被糊化、水解,然后被微生物利用,所以這兩種高粱糟醅中的霉菌數(shù)比東北粳高粱更早達(dá)到最大值,而瀘州糯高粱霉菌數(shù)的最大值也更大。隨后糟醅中的霉菌數(shù)逐漸減少。

圖9 酒醅發(fā)酵過程中霉菌動態(tài)分析Fig.9 Dynamic analysis of mould in distilled grains fermentation process

2.6 三種不同高粱出酒率分析

通過圖10 可以看出不同品種高粱在產(chǎn)酒上表現(xiàn)出一定的差異性,其中瀘州糯高粱出酒率顯著高于另外兩種高粱(p<0.05),就出酒率而言,瀘州糯高粱較為理想,適宜作為白酒釀造的原料。

圖10 三種高粱出酒率Fig.10 Wine weight of three kinds of sorghum注:不同小寫字母代表差異性顯著,p<0.05。

3 結(jié)論

結(jié)果表明,整個發(fā)酵期內(nèi)3種高粱發(fā)酵糟醅水分含量曲線變化平穩(wěn),水分含量大致在50%～60%范圍內(nèi)。由于3種高粱淀粉結(jié)構(gòu)和含量的差異,瀘州糯高粱所含淀粉更容易被微生物分解利用,產(chǎn)生酒精。雖然東北粳高粱籽粒淀粉含量為32.0%,高于瀘州糯高粱的30.5%和自貢本地小高粱的29.8%,但是瀘州糯高粱發(fā)酵結(jié)束糟醅中淀粉含量為11.6%,自貢本地小高粱為13.1%,東北粳高粱為16.1%,瀘州糯高粱的淀粉利用率最高。在發(fā)酵進(jìn)行到第15 d時3種高粱糟醅中的還原糖含量都達(dá)到最大值,瀘州糯高粱糟醅中還原糖含量為8.2%,高于東北粳高粱的4.7%和自貢本地小高粱的7.1%。同時,在發(fā)酵過程中,瀘州糯高粱發(fā)酵糟醅的酸度、微生物數(shù)及變化趨勢更適宜濃香型白酒發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后,瀘州糯高粱出酒率為33.9%,優(yōu)于自貢本地小高粱的31.7%和東北粳高粱的27.3%。所以,相較東北粳高粱和自貢本地小高粱,瀘州糯高粱更適宜濃香型大曲白酒的釀造。