發(fā)酵期間多糧濃香型白酒窖內(nèi)黃水成分的變化趨勢

郭輝祥 ，余 東，龍遠(yuǎn)兵，覃小明，李作洪，文勇兵，王建超

（1.中國生態(tài)釀酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，四川 射洪 629209；2.舍得酒業(yè)股份有限公司，四川 射洪 629209）

黃水和糟醅是研究濃香型白酒窖內(nèi)發(fā)酵的兩大物質(zhì)基礎(chǔ)。較多知名酒企與科研院校已對窖內(nèi)糟醅的影響及變化展開系列研究和報道[1-7]。然而，直接研究窖內(nèi)糟醅存在三個缺陷：一是封窖狀態(tài)下取糟不便；二是糟醅呈顆粒狀，均質(zhì)性差，導(dǎo)致批次間取樣差異大；三是頻繁取糟后其微生態(tài)環(huán)境改變，會影響正常發(fā)酵，并對后續(xù)批次跟蹤檢測存在持續(xù)負(fù)面影響。

濃香型黃水成分復(fù)雜，既源于入窖糧糟的淋漿水，又源于糟醅發(fā)酵新生成的各類代謝物。盡管人們對發(fā)酵成熟后出窖黃水的成分及應(yīng)用進(jìn)行了大量研究和詳盡分析[8-19]，但未曾涉及發(fā)酵過程中黃水成分的變化趨勢。實際上，從入窖到出窖的整個過程，黃水質(zhì)地都與糟醅發(fā)酵、微生物代謝、酒質(zhì)酒率息息相關(guān)。因此本研究采用不同糟層定點跟蹤提取黃水法，在不改變窖內(nèi)微生態(tài)環(huán)境前提下對黃水成分進(jìn)行檢測分析，為解讀多糧濃香型窖內(nèi)發(fā)酵趨勢、調(diào)控各風(fēng)味成分比例的協(xié)調(diào)性奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃水樣品：舍得酒業(yè)窖內(nèi)；鹽酸（分析純）：成都市科隆化學(xué)品有限公司；NaOH、鄰苯二甲酸氫鉀、可溶性淀粉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、葡萄糖（均為分析純）：四川西隴化工有限公司；乙酸、己酸、丁酸、戊酸、辛酸、乳酸乙酯、乙酸乙酯、2-甲基丙醇、3-甲基丁醇、乙醛、糠醛、3-羥基-2-丁酮（均為色譜純）：阿拉丁試劑（上海）有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

微型手壓泵：公司自制；PHS-3C型精密pH計：上海精密科學(xué)儀器有限公司；79-2磁力加熱攪拌器：常州國華電器有限公司；DZKW-4電熱恒溫水浴鍋：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；HP 6890氣相色譜（gas chromatography，GC）儀：美國安捷倫有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黃水取樣方法

糟醅入窖時，將直徑8 mm的不銹鋼管同步預(yù)埋在待取樣位置。窖內(nèi)端連接體積約100 mL的貯水器（由孔徑Φ2.0 mm的不銹鋼篩網(wǎng)圍成），窖外端采用橡皮軟管和鋼夾密封。依據(jù)窖池實際規(guī)格，單窖設(shè)計4個黃水取樣點，分別位于距窖底20 cm（底層）、120 cm（中層）、160 cm（上層）的窖心位置，以及距窖底120 cm且距窖墻5 cm（窖邊）的窖邊位置。全窖的拌曲糧糟統(tǒng)一混勻后入窖，并在封窖第1～30天內(nèi)逐日定時定點抽取黃水樣，取黃水時采用自制專用手壓泵在預(yù)埋管的窖外端口處直接抽取，每次先剔除前段200 mL黃水，再取后續(xù)500 mL黃水檢測。

采用逐日定點提取黃水樣品時發(fā)現(xiàn)，封窖第1～2 d，距窖底20 cm處沒有黃水可取，至第3天才能取出第1個底層黃水樣，第6天才可取到第1個中層黃水樣，第7天取出第1個窖邊黃水，而到第10天才能提取到第1個上層黃水。

1.3.2 黃水常規(guī)指標(biāo)檢測

參照現(xiàn)行DB 34/T 1728—2012《白酒固態(tài)發(fā)酵黃漿水中常規(guī)指標(biāo)的分析方法》對黃水中的常規(guī)指標(biāo)（酸度（10 mL試樣消耗0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫摩爾數(shù)定義為1度）、殘余淀粉含量、殘?zhí)橇考熬凭龋┻M(jìn)行測定[20]。

1.3.3 黃水蒸餾液色譜分析

取100 mL黃水，加入100 mL蒸餾水，經(jīng)全玻蒸餾接取100 mL餾液，采用GC法測定餾液中醇、醛、酸、酯、酮等成分含量，按黃水取樣時間為序，分析各類成分含量隨發(fā)酵時間變化趨勢。GC條件：19091N-133毛細(xì)色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；程序升溫：初始溫度為30 ℃，以3 ℃/min升高至120 ℃，然后以6 ℃/min升高至240 ℃；火焰離子檢測器（flame ionization detector，F(xiàn)ID），檢測器溫度220 ℃；進(jìn)樣口溫度200 ℃；載氣為氦氣（He），流速1 mL/min；進(jìn)樣量0.2 μL/min，不分流進(jìn)樣。采用內(nèi)標(biāo)法定性定量。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃水殘余淀粉含量及殘?zhí)橇繙y定結(jié)果

入窖糟醅的淀粉經(jīng)液化和糖化后進(jìn)入黃水中，黃水中殘余淀粉及殘?zhí)橇康淖兓芊答伋龅矸坜D(zhuǎn)化成糖及糖被代謝利用的速率，也即窖內(nèi)發(fā)酵的快慢，其變化結(jié)果見圖1。

由圖1可知，同一窖池中不同位置黃水的殘余淀粉含量及殘?zhí)橇孔兓厔菀恢?。發(fā)酵1～10 d，黃水中殘余淀粉及殘?zhí)橇客郊眲∠陆?，分析原因可能是黃水生成后，窖內(nèi)微生物處于高度活化狀態(tài)，淀粉分解即被轉(zhuǎn)化成糖，而糖也被同步快速轉(zhuǎn)化成醇與酸；發(fā)酵10～20 d，殘余淀粉含量下降緩慢并漸趨平緩，而殘?zhí)橇砍氏壬吆笙陆翟仝吰骄彽内厔?，此處殘?zhí)橇靠焖倩厣虿幻骼剩参匆妶蟮?，有待其他試驗深入探究；發(fā)酵60 d時，殘余淀粉含量達(dá)10.0～13.5 g/L，殘?zhí)橇窟_(dá)2.8～8.3 g/L。

圖1 同窖不同位置黃水殘余淀粉含量（a）及殘?zhí)橇浚╞）的變化Fig.1 Changes of residual starch content (a) and sugar content (b) in Huangshui at different locations in the same pit

2.2 黃水酸度與酒精度的測定結(jié)果

發(fā)酵期間，窖內(nèi)黃水酸度及酒精度的變化趨勢見圖2。

由圖2a可知，窖內(nèi)黃水初始酸度（2.7～2.9）較低，維持約15 d，隨后快速上升，在第40天左右接近峰值（5.0～5.4），然后處于穩(wěn)定的平衡態(tài)，這是因為此時窖內(nèi)主發(fā)酵已完成，大量的酸與醇產(chǎn)生酯化反應(yīng)，故酸度處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。窖池中不同部位黃水的酸度略有差異，越接近窖底的黃水酸度越高，分析其原因有兩方面，一是窖底黃水產(chǎn)生時間最長，二是窖底黃水靠近窖底泥，且與窖泥接觸的比表面積大，而窖泥中存在己酸菌、丁酸菌等大量生酸菌。由圖2b知，窖內(nèi)發(fā)酵5～10 d時，黃水酒精度急劇上升，隨后趨于平緩，發(fā)酵至35 d左右達(dá)到峰值，發(fā)酵45 d后酒精度出現(xiàn)下降趨勢，發(fā)酵60 d出窖時，酒精度相較于峰值已下降0.5%vol～1.3%vol。窖內(nèi)不同位置黃水的酒精度高低為窖底黃水≈中層窖心黃水＞上層窖心黃水＞中層窖邊黃水。

圖2 同窖不同位置黃水酸度（a）及酒精度（b）的變化Fig.2 Changes of acidity (a) and alcohol content (b) of Huangshui at different locations in the same pit

為探究窖內(nèi)酸與醇的關(guān)聯(lián)性，對距窖底20 cm處黃水的酸度與酒精度變化趨勢作進(jìn)一步分析，結(jié)果見圖3。

圖3 同窖距窖底20 cm處黃水酸度及酒精度變化的比較Fig.3 Comparison of acidity and alcohol contents change of Huangshui at 20 cm of the bottom in same pit

由圖3可知，窖內(nèi)黃水的酸度與酒精度均存在一個突然躍升階段，但就同一位置處黃水酸度與酒精度而言，從時間上看存在“先產(chǎn)酒、后生酸”現(xiàn)象，佐證了大量有機酸是經(jīng)醇氧化而來；同時表明，伴隨發(fā)酵時間延長（特別是45 d以后），酒中有機酸增多，酒體口感更醇厚，但產(chǎn)酒數(shù)量會適度減少。

2.3 黃水中有機酸含量的變化趨勢

2.3.1 乙酸

由圖4可知，窖內(nèi)發(fā)酵過程中，黃水內(nèi)乙酸含量有兩個相對恒定階段：第1個階段是糟醅入窖初期（1～15 d），由于黃水快速生成，故其酸度被不斷稀釋而相對恒定；第2個階段是主發(fā)酵結(jié)束后（發(fā)酵時間≥35 d），此時因窖內(nèi)微環(huán)境已成高度厭氧狀態(tài)，乙酸生成量減少而相對恒定。發(fā)酵60 d黃水的乙酸含量高達(dá)2.055～2.585 g/L，表明乙酸是窖內(nèi)發(fā)酵生成的一種主要有機酸。

圖4 同窖不同位置黃水餾液中乙酸含量的變化Fig.4 Changes of acetic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.3.2 己酸

濃香型白酒釀造中，己酸是一種優(yōu)質(zhì)酸，有助于己酯的形成。由圖5可知，發(fā)酵期間，靠近窖墻泥的黃水中己酸含量較高，且隨著發(fā)酵時間的延長逐漸升高，發(fā)酵60 d時，己酸含量為1.293 g/L。而其他遠(yuǎn)離窖墻泥的黃水中己酸含量相對穩(wěn)定，且含量較低，發(fā)酵60 d時，己酸含量僅為0.098～0.125 g/L，兩者相差近10倍。

圖5 同窖不同位置黃水餾液中己酸含量的變化Fig.5 Changes of hexanoic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

結(jié)果表明，底層黃水、中層黃水、上層黃水的取樣點與窖泥的距離均＞20 cm，而窖邊黃水取樣點距窖墻泥僅5 cm，充分說明，發(fā)酵時間越長，己酸含量越高，窖泥有助于己酸的形成。

2.3.3 丁酸

由圖6可知，黃水中丁酸的分布及變化趨勢與己酸一致，即靠近窖墻泥的黃水中丁酸含量較高。發(fā)酵60 d時，窖邊黃水中丁酸含量達(dá)0.701 g/L，而窖心黃水中丁酸含量僅為0.076～0.207 g/L。在整個發(fā)酵過程中，丁酸含量隨發(fā)酵時間的變化與己酸含量成聯(lián)動變化，總體上丁酸含量比同期己酸含量低。

圖6 同窖不同位置黃水餾液中丁酸含量的變化Fig.6 Changes of butyric acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.3.4 戊酸

戊酸是濃香型白酒中的一種優(yōu)質(zhì)酸。由圖7可知，黃水中戊酸含量接近丁酸，且含量變化趨勢及量比關(guān)系均與己酸和丁酸一致，即靠近窖墻泥處黃水中戊酸含量最高，發(fā)酵60 d時，戊酸含量達(dá)0.099 g/L，而窖心黃水中戊酸含量僅為0.009～0.023 g/L，且靠近窖泥的黃水中戊酸含量隨發(fā)酵時間延長而持續(xù)增加。

圖7 同窖不同位置黃水餾液中戊酸含量的變化Fig.7 Changes of pentanoic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.3.5 辛酸

由圖8可知，黃水中辛酸含量非常低，在發(fā)酵過程中，辛酸含量變化趨勢與其他有機酸明顯不同，呈現(xiàn)前期急升、后期緩降趨勢，且靠近窖墻泥處黃水中的辛酸含量最低，表明辛酸生成與窖泥無必然聯(lián)系。

為比較同一窖池內(nèi)，各有機酸在發(fā)酵過程中的各個不同時間點相對含量的大小，遂以前述窖內(nèi)黃水在不同時間點對應(yīng)的最大值作相對曲線，結(jié)果見圖9。

圖8 同窖不同位置黃水餾液中辛酸含量的變化Fig.8 Changes of caprylic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

圖9 同一窖內(nèi)黃水餾液中不同時間點各有機酸含量極值比較Fig.9 Comparison of maximum value of organic acid contents in Huangshui distillate in the same pit at different time points

由圖9可知，不管窖內(nèi)哪個階段，黃水中乙酸含量最高，窖內(nèi)主發(fā)酵結(jié)束后，乙酸含量趨于穩(wěn)定，則窖內(nèi)酸度總體趨于恒定，故生產(chǎn)過程中控酸主要是控乙酸。因靠近窖泥處黃水中己酸、丁酸、戊酸等隨發(fā)酵期延長而持續(xù)增加，可見適度延長發(fā)酵期有利于酒體的豐滿醇厚。

2.4 黃水中酯類物質(zhì)含量的變化

濃香型白酒中四大乙酯為乙酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯，因黃水全玻蒸餾液的色譜分析中，未能有效檢測出己酸乙酯和丁酸乙酯，故僅對乳酸乙酯和乙酸乙酯作趨勢分析，結(jié)果見圖10。

由圖10a可知，乳酸乙酯主要產(chǎn)生于窖內(nèi)發(fā)酵的頂溫階段（15～30 d），峰值達(dá)1.355～2.003 g/L。待主發(fā)酵結(jié)束后，黃水中乳酸乙酯含量維持在相對恒定狀態(tài)，且窖邊黃水和上層黃水中乳酸乙酯含量相對較低，反饋出乳酸乙酯的形成似與發(fā)酵溫度正相關(guān)。由圖10b可知，黃水中乙酸乙酯含量比乳酯乙酯低，峰值為0.175～0.228 g/L，僅為乳酸乙酯含量的1/10。就增長速率曲線而言，乙酸乙酯比乳酸乙酯更平緩，且窖內(nèi)不同位置處黃水中乙酸乙酯含量差異不明顯。同時，在發(fā)酵后期，窖邊黃水中的乙酸乙酯含量相對較低。

圖10 同窖不同位置黃水餾液中乳酸乙酯（a）及乙酸乙酯（b）含量的變化Fig.10 Changes of ethyllactate (a) and ethyl acetate (b) contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.5 黃水中雜醇油含量的變化

圖11 同窖不同位置黃水餾液中雜醇油含量的變化Fig.11 Changes of fusel oil contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

從黃水取樣時窖內(nèi)黃水高度隨時間變化可知，發(fā)酵10 d時黃水已全部形成。由圖11可知，此時異丁醇含量為0.005～0.006 g/L，異戊醇含量為0.011～0.017 g/L，均達(dá)到峰值，隨后異丁醇維持在相對恒定狀態(tài)，且窖中不同部位的含量差異不明顯，而異戊醇含量在達(dá)到峰值后即開始緩慢下降，且不同位置的含量持續(xù)存在差異。異丁醇和異戊醇屬于雜醇油，都具有一定苦味，從其在黃水中的含量變化趨勢看，適度延長發(fā)酵期，有利于縮減雜醇油含量，從而降低酒體苦味。

2.6 黃水中醛酮類物質(zhì)含量的變化

由圖12a可知，在窖內(nèi)產(chǎn)黃水階段，乙醛含量有一個快速上升、快速下降過程，表明乙醛主要產(chǎn)生在窖內(nèi)升溫階段，而因其具有揮發(fā)性和強還原性，伴隨發(fā)酵期延長而被溢出和氧化。由圖12b可知，黃水中的初始糠醛，源自續(xù)糟殘留，在黃水生成期伴隨黃水大量生成而被快速稀釋。隨后由于糟醅酸度增加，有助于糠醛形成，故在主發(fā)酵（約30 d）之后，糠醛含量隨著發(fā)酵期延長而略呈上升趨勢，但其含量很小，接近痕量。與圖2b比較發(fā)現(xiàn)，糠醛餾出系數(shù)與酒精度呈負(fù)相關(guān)，即酒精度越低，糠醛餾出量越高。

圖12 同窖不同位置黃水餾液中乙醛（a）與糠醛（b）含量的變化Fig.12 Changes of acetaldehyde (a) and furfural (b) contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

3-羥基-2-丁酮在酒中具有奶油、脂肪香氣。由圖13可知，其含量在黃水中存在一個急速升高、急速下降的過程，具有極高而突兀的峰值，并最終形成微量狀態(tài)。而且，不管是窖內(nèi)哪個部位的黃水，按照取黃水樣時該位置黃水產(chǎn)生的時間計（底層第3天，中層第6天，上層第10天），只要是黃水剛形成時，就會重復(fù)上述現(xiàn)象，其原因有待深入研究。

圖13 同窖不同位置黃水餾液中3-羥基-2-丁酮含量變化Fig.13 Change trend of 3-hydroxy-2-butanone in yellow water distillate at different locations in same cellar

3 結(jié)論

黃水中殘余淀粉含量及殘?zhí)橇侩S發(fā)酵時間延長而急降，20 d后趨于平緩；酒精度及酸度先升高后趨于平緩，發(fā)酵35～45 d時，酒精度及酸度最高，分別達(dá)6%vol～8%vol、4.8～5.6，總體呈先產(chǎn)酒后生酸狀態(tài)；黃水有機酸中乙酸含量最高，達(dá)2.0～2.8 g/L，丁酸、己酸、戊酸含量的變化趨勢一致，且生成量與窖泥呈正相關(guān)，辛酸含量最低；黃水中乳酸乙酯、乙酸乙酯大量產(chǎn)生于主發(fā)酵期階段，發(fā)酵10 d時，異丁醇與異戊醇均達(dá)最高，然后異戊醇緩慢下降而異丁醇相對恒定；無論含量高低，糠醛、乙醛、3-羥基-2-丁酮等均在第5～8天達(dá)到最高，隨后急劇下降?？梢?，正確控制發(fā)酵期長短，不僅關(guān)聯(lián)出酒率，還有助于基酒中各風(fēng)味成分的協(xié)調(diào)。