應(yīng)用安琪釀酒曲糖化工藝的研究

羅 杰，張宿義，2，許德富，馬 蓉，秦 輝，2，李德林，楊 艷，蔡小波，徐 瓊，康承霞，張學(xué)成

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國(guó)家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川瀘州 646000）

白酒是我國(guó)傳統(tǒng)的蒸餾酒，與白蘭地、威士忌、伏特加、金酒、朗姆酒、被譽(yù)為世界六大蒸餾酒。白酒是以糧食如高粱、玉米等為原料，選用大曲、小曲等為主要糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾等工藝而制成的蒸餾酒。白酒已潛移默化地融入了中華兒女的血脈傳承，在我國(guó)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的歷史歲月中，中國(guó)白酒和酒類文化無論在其生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品風(fēng)格上，皆占有獨(dú)特并且重要的地位[1]。

糖化培菌工序是使根霉、酵母菌等微生物在熟糧上生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)行二次制曲，為發(fā)酵代謝提供發(fā)酵動(dòng)力，同時(shí)將淀粉轉(zhuǎn)化為糖，為發(fā)酵提供物質(zhì)基礎(chǔ)，而不要求徹底完成糖化。糖化培菌的優(yōu)劣直接影響產(chǎn)酒量。糖化培菌工序作為小曲酒釀造的核心工序，在糧食蒸煮和入池發(fā)酵工序間起著承上啟下的作用，如何對(duì)糖化過程進(jìn)行有效管控，對(duì)酒質(zhì)和出酒率的提升至關(guān)重要。因此本研究應(yīng)用安琪釀酒曲對(duì)高粱進(jìn)行糖化，并對(duì)糖化過程的各項(xiàng)糖化工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，應(yīng)用響應(yīng)面分析方法對(duì)安琪釀酒曲用量、糖化時(shí)間、糖化糟堆積厚度及糖化溫度等進(jìn)行優(yōu)化研究，確定出安琪釀酒曲的最佳糖化工藝參數(shù)，有效指導(dǎo)糖化過程的管控管理，以提高產(chǎn)質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)耗材：高粱，安琪釀酒曲。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2019年1—4月；實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：某名酒廠釀酒車間。

1.2 糖化工藝單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

1.2.1 加曲量對(duì)出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設(shè)置為a1、a2、a3和a4，糖化時(shí)間b3，糖化溫度（糖化初始溫度）c2，糖化糟厚度d3。糖化結(jié)束后，配糟入窖發(fā)酵，發(fā)酵周期15 d，設(shè)置3次實(shí)驗(yàn)平行，測(cè)定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.2.2 糖化時(shí)間對(duì)出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設(shè)置為a2，糖化時(shí)間b1、b2、b3和b4，糖化溫度（初始溫度）c2，糖化糟厚度d3。糖化結(jié)束后，配糟入窖發(fā)酵，發(fā)酵周期15 d，設(shè)置3次平行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.2.3 糖化溫度對(duì)出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設(shè)置為a2，糖化時(shí)間b3，糖化溫度（初始溫度）c1、c2、c3和c4，糖化糟厚度d3。糖化結(jié)束后，配糟入窖發(fā)酵，發(fā)酵周期15 d，設(shè)置3次平行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.2.4 糖化厚度對(duì)出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設(shè)置為a2，糖化時(shí)間b3，糖化溫度（初始溫度）c2，糖化糟厚度d1、d2、d3和d4。糖化結(jié)束后，配糟入窖發(fā)酵，設(shè)置3次平行實(shí)驗(yàn)，發(fā)酵周期15 d，測(cè)定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.3 響應(yīng)面優(yōu)化糖化工藝

經(jīng)過單因素實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)置加曲量（A）、糖化時(shí)間（B），糖化溫度（C）和糖化糟厚度（D）作為實(shí)驗(yàn)影響因素，以不同糖化工藝條件下的出酒率（%）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用Design-Expert10.0.3軟件建立四因素三水平29個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析，結(jié)合車間實(shí)際生產(chǎn)情況，分批次完成實(shí)驗(yàn)。

1.3.1 模型的建立及顯著性檢驗(yàn)

以出酒率（%）作為因變量，以加曲量（A）、糖化時(shí)間（B），糖化溫度（C）和糖化糟厚度（D）作為自變量，采用最小二乘法，建立多元回歸模型，并對(duì)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換、擬合、方差分析等模型檢驗(yàn)。

1.3.2 模型分析

根據(jù)二元多次模型，采用Design-Expert 10.0.3軟件分析，作出相應(yīng)的曲面圖和等高線圖，并對(duì)曲面圖和等高線圖進(jìn)行分析，優(yōu)化糖化工藝。

1.3.3 確定最優(yōu)工藝參數(shù)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)對(duì)回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，用Design-Expert10.0.3統(tǒng)計(jì)軟件求解回歸方程，確立采用安琪釀酒曲的糖化工藝最佳參數(shù)，理論上推算出酒率（%）。采用優(yōu)化后的糖化工藝條件進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 加曲量對(duì)出酒率的影響

安琪釀酒曲的添加量對(duì)高粱糖化過程起著至關(guān)重要的作用，加曲量少，高粱糖化不充分，升溫緩慢或不升溫，微生物的增殖代謝少，產(chǎn)生的還原糖含量少，會(huì)導(dǎo)致后期發(fā)酵過程中發(fā)酵不充分，殘淀多，致使出酒率下降；反之若加曲量太大，則糖化過程升溫快、升溫猛，微生物繁殖代謝快，導(dǎo)致糖化過度，還原糖含量增加，雜菌感染生酸多，淀粉過度消耗，導(dǎo)致后期的發(fā)酵過程發(fā)酵動(dòng)力不足，出酒率低。如圖1所示，最佳的加曲量為a2，在該加曲量添加條件下出酒率最高達(dá)到51.6%。

圖1 加曲量對(duì)出酒率的影響

2.1.2 糖化時(shí)間對(duì)出酒率的影響

糖化時(shí)間是糖化工藝過程的一個(gè)重要控制指標(biāo)，從堆積糖化開始，隨糖化過程的進(jìn)行，微生物進(jìn)行繁殖代謝積累發(fā)酵過程所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及發(fā)酵前體物質(zhì)等，同時(shí)伴隨糖化溫度的變化，糖化時(shí)間短即糖化不到位（嫩箱），導(dǎo)致微生物和還原糖的積累不足，影響后期的發(fā)酵過程，并對(duì)出酒率造成一定的影響；糖化時(shí)間長(zhǎng)即糖化過度（老箱），糖化糟溫度高，還原糖含量高，酒精味重，酸味大，會(huì)對(duì)后期的發(fā)酵過程造成嚴(yán)重影響，出酒率明顯下降。因此生產(chǎn)上，糖化過程一般出嫩箱，這樣即使淀粉未被消耗，還可采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，若出老箱導(dǎo)致淀粉消耗，則一般無法挽回?fù)p失。如圖2所示，最佳糖化時(shí)間為b3，在此糖化時(shí)間條件下出酒率最高，達(dá)到47.3%。

圖2 糖化時(shí)間對(duì)出酒率的影響

2.1.3 糖化溫度對(duì)出酒率的影響

糖化溫度，即糖化階段的初始溫度。在白酒生產(chǎn)中，溫度占有重要的地位。溫度與糖化及發(fā)酵有密切關(guān)系，溫度過高，會(huì)影響酵母菌等微生物的活力，阻礙發(fā)酵，故在生產(chǎn)中要盡可能地把溫度控制在適宜范圍內(nèi)，使糖化過程順利進(jìn)行，為后續(xù)的發(fā)酵產(chǎn)酒做準(zhǔn)備。微生物都有一定的適宜生長(zhǎng)繁殖的溫度范圍，溫度太低或太高均會(huì)對(duì)其繁殖代謝產(chǎn)生不利的影響。因此糖化溫度因控制在適宜的范圍內(nèi)。如圖3所示，最佳糖化初始溫度為c2，在該糖化溫度條件下，出酒率最高，達(dá)到48.8%。

圖3 糖化溫度對(duì)出酒率的影響

2.1.4 糖化糟厚度對(duì)出酒率的影響

糖化糟厚度的增加或減少與糖化時(shí)間的主要作用均是調(diào)節(jié)糖化過程中的糖化溫度，使糖化過程的糖化溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，有效調(diào)節(jié)糖化過程的微生物繁殖及代謝情況，使糖化過程順利進(jìn)行，為后期的發(fā)酵產(chǎn)酒提供有利條件。如圖4所示，在加曲量a2，糖化時(shí)間b3，糖化初始溫度c2條件下，最佳糖化糟厚度為d2 cm，在此條件下的出酒率最高，達(dá)到48.9%。

圖4 糖化糟厚度對(duì)出酒率的影響

2.2 糖化工藝的響應(yīng)面研究

通過單因素實(shí)驗(yàn)，確立了高粱糖化過程的主要影響因素，加曲量、糖化時(shí)間、糖化溫度、糖化糟厚度，各個(gè)因素之間相互影響，為了探究最佳糖化工藝組合參數(shù)，采用Box-Behnken響應(yīng)面法，分析求出各個(gè)因素在較低水平時(shí)的最優(yōu)糖化工藝參數(shù)組合，以求得出酒率最大化。

根據(jù)單因素探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以加曲量（X1）、糖化時(shí)間（X2）、糖化溫度（X3）、糖化糟厚度（X4）作為實(shí)驗(yàn)因素，以出酒率（Y）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行Box-Behnken設(shè)計(jì)-響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，分別以a2、b3、c2和d2為中水平設(shè)置響應(yīng)面水平。因素及水平見表1，BBD設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)與結(jié)果見表2。

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

應(yīng)用Design-Expert10.0.3軟件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，可以分析得出自變量加曲量（X1）、糖化時(shí)間（X2）、糖化溫度（X3）、糖化糟厚度（X4）與出酒率之間的回歸方程模型：

出酒率(%)=54.512.95*A-0.77*B+1.13*C-0.55*D+1.57*AB+0.63*AC-1.06*BC+2.89*BD-2.38*CD-5.33*A2-4.71*B2-3.69*C2-5.1*D2?；貧w方程R2=0.9906，由方程分析可知回歸方程模型極顯著(P＜0.0001)，表明該模型與實(shí)際擬合良好，實(shí)驗(yàn)方法可靠，方程中各項(xiàng)系數(shù)絕對(duì)值的大小直接反映了各因素對(duì)指標(biāo)值的影響程度，系數(shù)的正負(fù)反映了其影響的概率[2]，失擬項(xiàng)表示所用模型與實(shí)驗(yàn)擬合的程度，即二者差異的程度，本研究失擬項(xiàng)不顯著，對(duì)模型是有利的，無失擬因素存在，表明所得方程與實(shí)際擬合中非正常誤差所占比例小，可以用該回歸方程代替實(shí)驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析[3-4]。

表1 因素水平表

表2 高粱糖化工藝BBD設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3展示了二元回歸分析結(jié)果，模型F值105.90，對(duì)應(yīng)的顯著性水平P值小于0.001，達(dá)到了顯著性水平，表明本次建立的模型與實(shí)際擬合較好，試驗(yàn)方法可靠，顯著性顯示，加曲量（A）、糖化時(shí)間（B）、糖化溫度（C）、糖化糟厚度（D）加曲量-糖化時(shí)間交互項(xiàng)（AB）、加曲量-糖化糟厚度（AD）、糖化時(shí)間-糖化糟厚度（BD）、糖化溫度-糖化厚度（CD）加曲量二次項(xiàng)（A2）、糖化時(shí)間二次項(xiàng)（B2）、糖化溫度二次項(xiàng)（C2）、糖化糟厚度二次項(xiàng)（D2）對(duì)因變量出酒率影響顯著，從系數(shù)大小可以對(duì)影響程度進(jìn)行排序：加曲量二次項(xiàng)（A2）＞糖化糟厚度二次項(xiàng)（D2）＞糖化時(shí)間二次項(xiàng)（B2）＞糖化溫度二次項(xiàng)（C2）＞糖化時(shí)間-糖化糟厚度（BD）＞糖化溫度-糖化糟厚度（CD）＞糖化時(shí)間-糖化糟厚度（AD）＞加曲量-糖化時(shí)間（AB）＞糖化時(shí)間-糖化溫度（BC）＞糖化時(shí)間-糖化溫度（AC），根據(jù)模型方程繪制響應(yīng)值出酒率對(duì)4個(gè)因素A、B、C和D的三維效果圖，見圖5。等高線的形狀(圓形或者橢圓)反應(yīng)交互效應(yīng)強(qiáng)弱程度，若為圓形交互作用不顯著，若為橢圓則交互作用顯著[5-6]。

表3 出酒率回歸方程的二元多次回歸擬合Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方差分析結(jié)果

圖5直觀展示了加曲量與糖化時(shí)間對(duì)出酒率的影響，結(jié)合回歸模型可知，二者對(duì)出酒率都有影響，在一定范圍內(nèi)，出酒率伴隨加曲量的增加或糖化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，響應(yīng)面曲線越陡峭，則表明該因素對(duì)出酒率的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。由此可知加曲量對(duì)出酒率的影響大于糖化時(shí)間。加曲量的多少對(duì)糖化過程的糖化速度影響較大，即影響糖化過程的糖化時(shí)間，因此加曲量對(duì)出酒率的影響大于糖化時(shí)間。

圖5 加曲量與糖化時(shí)間對(duì)出酒率影響的響應(yīng)面曲面圖

圖6直觀展示了加曲量與糖化溫度對(duì)出酒率的影響，結(jié)合回歸模型可知，二者對(duì)出酒率都有影響，在一定范圍內(nèi)，出酒率伴隨加曲量的增大或糖化溫度的升高而增大，響應(yīng)面曲線越陡峭，則表明該因素對(duì)出酒率的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。由此可知加曲量對(duì)出酒率的影響大于糖化溫度。

圖7直觀展示了加曲量與糖化糟厚度對(duì)出酒率的影響，結(jié)合回歸模型可知，二者對(duì)出酒率都有影響，在一定范圍內(nèi)，出酒率伴隨加曲量的增大或糖化糟厚度的增厚而增大，響應(yīng)面曲線越陡峭，則表明該因素對(duì)出酒率的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。由此可知加曲量對(duì)出酒率的影響大于糖化厚度。

圖8直觀展示了糖化時(shí)間與糖化溫度對(duì)出酒率的影響，結(jié)合回歸模型可知，二者對(duì)出酒率都有影響，在一定范圍內(nèi)，出酒率伴隨糖化時(shí)間或糖化溫度的增加而增加，響應(yīng)面曲線越陡峭，則表明該因素對(duì)出酒率的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。由此可知糖化溫度對(duì)出酒率的影響大于糖化時(shí)間。

圖9直觀展示了糖化時(shí)間與糖化厚度對(duì)出酒率的影響，結(jié)合回歸模型可知，二者對(duì)出酒率都有影響，在一定范圍內(nèi)，出酒率伴隨糖化時(shí)間或糖化厚度的增加而增加，響應(yīng)面曲線越陡峭，則表明該因素對(duì)出酒率的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。由此可知糖化時(shí)間對(duì)出酒率的影響大于糖化厚度。

圖6 加曲量與糖化溫度對(duì)出酒率影響的響應(yīng)面曲面圖

圖7 加曲量與糖化糟厚度對(duì)出酒率影響的響應(yīng)面曲面圖

圖8 糖化時(shí)間與糖化溫度對(duì)出酒率影響的響應(yīng)面曲面圖

圖9 糖化時(shí)間與糖化糟厚度對(duì)出酒率影響的響應(yīng)面曲面圖

圖10 糖化溫度與糖化糟厚度對(duì)出酒率影響的響應(yīng)面曲面圖

圖10直觀展示了糖化溫度與糖化糟厚度對(duì)出酒率的影響，結(jié)合回歸模型可知，二者對(duì)出酒率都有影響，在一定范圍內(nèi)，出酒率伴隨糖化溫度升高或糖化糟厚度的增厚而增大，響應(yīng)面曲線越陡峭，則表明該因素對(duì)出酒率的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。由此可知糖化溫度對(duì)出酒率的影響大于糖化糟厚度。

加曲量的多少對(duì)糖化時(shí)間、糖化溫度和糖化糟厚度均存在較大的影響，因此加曲量對(duì)出酒率的影響大于糖化時(shí)間、糖化溫度和糖化糟厚度。糖化時(shí)間、糖化溫度和糖化糟厚度之間的作用主要在于調(diào)節(jié)糖化過程中的糖化溫度，使糖化過程中溫度控制在合理的范圍內(nèi)，促進(jìn)糖化過程的順利進(jìn)行，以利于后期發(fā)酵產(chǎn)酒。

2.2.2 高粱糖化工藝的確定以及結(jié)果驗(yàn)證

本研究以安琪釀酒曲為研究對(duì)象，研究采用安琪釀酒曲對(duì)高粱進(jìn)行糖化的最佳糖化工藝條件，設(shè)置最佳出酒率時(shí)，分別求得加曲量為a2+0.03%、糖化時(shí)間b3-0.35 h、糖化初始溫度c2+0.37℃、糖化糟厚度d2+0.16 cm，此時(shí)出酒率55.27%。在生產(chǎn)實(shí)際中，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，選取加曲量為a2、糖化時(shí)間b3、糖化初始溫度c2、糖化糟厚度d2 cm，進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，出酒率為54.25%±0.5%，試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過響應(yīng)面擬合出的理論值與實(shí)際值較為吻合，表明本研究方案可靠有效。

3 討論

通過對(duì)安琪釀酒曲的最佳糖化工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，確定最佳糖化工藝條件為，加曲量a2、糖化時(shí)間b3、糖化初始溫度c2℃、糖化糟厚度d2 cm，在此糖化工藝條件下，出酒率達(dá)到54.25%±0.5%，出酒率得到明顯提高。

在對(duì)安琪釀酒曲的各項(xiàng)糖化工藝條件進(jìn)行優(yōu)化后，后續(xù)將對(duì)高粱的后續(xù)配糟、發(fā)酵周期及其他發(fā)酵工藝參數(shù)條件進(jìn)行優(yōu)化研究，以進(jìn)一步提高酒質(zhì)和產(chǎn)量。