清香型大曲酒控溫發(fā)酵工藝

周梟

西南科技大學生命科學與工程學院（綿陽 621010）

清香型白酒酒體清香純正，口味綿軟醇厚，純凈微甜爽口，乙酸乙酯香氣突出，在國內外消費者中享有較高的知名度[1-2]。這有賴于其獨特的生產工藝——固態(tài)地缸分離發(fā)酵，在極大程度上保證了發(fā)酵溫度的變化平緩，且潔凈衛(wèi)生。由于這一過程需要將發(fā)酵容器埋在地下進行，這對酒廠的占地有極大的需求，且每一缸能產出的清香型白酒，數量有限。這在一定程度上桎梏了企業(yè)機械化、智能化發(fā)展和生產。目前，憑借微生物方面的前沿科技和創(chuàng)新的試驗分析方法，大曲酒中的化學成分都有了充分的認識。根據汾酒發(fā)酵的溫度變化趨勢，設立低溫、中溫和高溫三組，探究各組的汾酒在發(fā)酵過程中各理化指標的變化規(guī)律，為汾酒的工藝控制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

糯高粱（市售）；多微新型大曲（赤峰和民生物科技有限公司生產）。

1.2 試劑

乙酸鈉、氯化鈉、冰乙酸、次甲基藍、亞鐵氰化鉀、硫酸銅、鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、鄰苯二甲基氫鉀、可溶性淀粉、葡萄糖、重鉻酸鉀、無水乙醇、酚酞、牛肉膏、蛋白胨、馬鈴薯、瓊脂。除可溶性淀粉、牛肉膏、蛋白胨之外，其余均為分析純。以上試劑均由成都市科隆化學品有限公司生產。試驗用水為純凈水。

1.3 儀器與設備

電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；潔凈工作臺（SW-CJ醫(yī)用型），蘇州安泰空氣技術有限公司；HH-S4數顯恒溫水浴鍋，金壇市醫(yī)療儀器廠；GNP-9160恒溫培養(yǎng)箱，上海赫田科學儀器有限公司；堿式滴定管，成都長科化玻儀器有限公司；電子萬用爐，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；MH-500調溫型電熱套，北京科偉永興儀器有限公司；日本TOMY快速自動高壓滅菌器SX-700，上海珂淮儀器有限公司；SPX-150B-Z生化培養(yǎng)箱，杭州旭清科技有限公司；等。

1.4 生產工藝流程及操作要點[3-4]

高粱→粉碎→潤糝→蒸煮→出甄加水→揚涼拌曲→入缸發(fā)酵→出缸拌糠→蒸餾→頭茬汾酒→勾兌新產汾酒

粉碎：將糯高粱分批放入粉碎機中，并觀察粉碎后的糯高粱，確保高粱糝大小為原來的4～8瓣。粉碎的目的是保證糯高粱在裝甄蒸煮過程，原料被充分糊化，也有利于微生物、酶的接觸。粉碎過細易導致糖化過程劇烈，造成發(fā)酵前期迅速升溫。

潤糝：潤糝的水溫為75 ℃，加水量為高粱粉質量的60%，加入后多次翻拌，使高粱充分吸水。潤糝的目的是使原料吸收適量的水分，以利于糊化。

蒸煮：蒸煮的目的是使淀粉細胞的皮膜因熱的作用而破裂，使其內容物完全糊化或部分液化，以利于隨后的糖化和發(fā)酵進行。在放入蒸煮設備中進行蒸料之前，先撒上一層原料，然后見汽撒料，均勻上平潤糝后的原料。圓汽后，在料面上潑灑60 ℃的熱水，加水量為高粱質量的1.5%～3%，蒸料時間約為60 min。

揚涼拌曲：蒸煮獲得的紅糝趁熱出甑并攤開，潑入質量為高粱質量25%的冷水，并將紅糝原料顆粒進行分散，進一步吸水。在這過程中，不斷進行翻拌，通風加快冷卻。當紅糝溫度降低到15 ℃左右時加入大曲，大曲的質量為高粱質量的5%，并攪拌均勻。

入缸發(fā)酵：獲得的大查放入發(fā)酵容器內，用膜進行多次封口保溫。發(fā)酵容器放入恒溫箱中進行培養(yǎng)同時模擬控溫的生產流程，并設置夏天發(fā)酵以及溫度控制較弱的兩組進行比較，每天升高不同的溫度進行發(fā)酵。發(fā)酵溫度講究“前緩、中挺、后緩落”[5]，在發(fā)酵的前8～9 d需達到頂火溫度，發(fā)酵中期保持溫度的穩(wěn)定，發(fā)酵后期緩慢降溫，降至24 ℃發(fā)酵結束。

出缸拌糠：28 d發(fā)酵后，缸中發(fā)酵好的物質被稱為酒醅。加入谷糠的作用是使酒醅在蒸餾過程中充分受熱，提高出酒率，保證酒質，同時吸收酒醅中的多余水分，有利于第二次發(fā)酵。

蒸餾：酒醅攪拌好后，用竹或藤編的簸箕將酒醅輕撒薄鋪，裝入甑內進行蒸餾。蒸汽冷卻后所得液體隨接酒管流出。掐去酒頭、截去酒尾，中段流出的液體即頭茬汾酒。

1.5 分析方法

1.5.1 酒醅糖化酶活力的測定

按照固態(tài)白酒發(fā)酵中糖化酶活力的測定方法[6-7]。稱取5.0 g左右的酒醅，制作糖化酶浸出液。然后取5 mL糖化酶，在30 ℃水解可溶性淀粉，獲得糖化液，再用菲林試劑法測定糖化液中的還原糖含量，計算出酒醅中的糖化酶活力。

1.5.2 酒醅還原糖的測定

按照固態(tài)白酒發(fā)酵中還原糖的測定方法[6]。稱取5.0 g左右的酒醅，用100 mL水稀釋，用脫脂棉進行過濾，獲得濾液并置于冰水浴中。該過程旨在降低糖化酶的活力，同時便于測定還原糖含量。取濾測定還原糖含量，計算出酒醅中還原糖含量。

1.5.3 酒醅的酸度的測定

按照固態(tài)白酒發(fā)酵中酸度的測定方法[8]。稱取10.0 g酒醅置于250 mL錐形瓶中，準確加入100 mL蒸餾水，靜置15 min后用脫脂棉過濾，棄去20 mL初濾液，獲得濾液置于冰水浴中。取濾液用酸堿滴定法測定酸含量，計算得出酒醅的酸度。

1.5.4 總酯的測定

按照清香型白酒中總酯的測定方法[6]。稱取50 g酒醅，通過蒸餾獲得酒樣，置于蒸餾燒瓶中，加200 mL水，搖勻。在燒瓶上裝上冷凝器，用100 mL容量瓶或量筒作接受器，進行蒸餾。待餾出液達100 mL時停止蒸餾。然后吸取50 mL酒樣通過中和反應、皂化反應測定硫酸標準液的消耗量并計算出酒樣中總酯的含量。

1.5.5 總酸的測定

按照清香型白酒中總酸的測定方法[6]。稱取50 g酒醅通過蒸餾獲得酒樣，再通過酸堿滴定法，測定酒中總酸含量。

1.5.6 酒乙醇體積分數的測定

采用重鉻酸鉀比色法[9]。按重鉻酸鉀比色法，制得標準曲線，見圖1。稱取50 g酒醅，通過蒸餾獲得酒樣，再從獲得的樣液中取餾出液測定乙醇體積分數。

圖1 測定乙醇體積分數的標準曲線

1.5.7 微生物的分離

平板稀釋分離法。用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基分離細菌，用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基分離酵母菌。

2 結果與分析

2.1 發(fā)酵過程中的溫度變化

圖2為各組每日實際測得的溫度變化記錄圖。對照圖表可以看出，各組在整個的發(fā)酵過程中，都保持了“前緩、中挺、后緩落”的變化規(guī)律。在發(fā)酵的同一時期各組在不同的溫度，可以有效的區(qū)分溫度對于清香型大曲酒的發(fā)酵過程的影響。為探究不同溫度下清香型大曲酒的發(fā)酵情況，將同一批拌曲之后的酒醅分裝到相同的容器內，隨機分成低溫組、中溫組和高溫組3組，每組3瓶分別進行控溫發(fā)酵。查閱文獻[10]可知，傳統(tǒng)汾酒釀造采用低溫（10～15 ℃）入缸，為使其發(fā)酵溫度符合“前緩、中挺、后緩落”的變化規(guī)律，同時規(guī)避相同的升溫情況對酒醅發(fā)酵產生影響。故將中溫和低溫組的入缸溫度設為13 ℃，而將高溫組的入缸溫度設置在20 ℃更接近夏天的實際情況。同時，高溫組設置的目的，旨在探索適當提高入窖溫度的酒醅的發(fā)酵情況，與低溫、中溫組發(fā)酵的理化及微生物數據作對比。高溫組在發(fā)酵的第8天升到了35 ℃，這是基于本地的最高溫度進行考慮。在發(fā)酵中期，三組都保持在一個穩(wěn)定的溫度，以保證較高的出酒率。發(fā)酵后期，各組溫度都降低至22 ℃出缸。

圖2 發(fā)酵溫度隨時間的變化

2.2 發(fā)酵過程中的微生物變化

酵母和細菌作為發(fā)酵過程中的重要微生物，對于發(fā)酵過程的酸的產生與還原糖的消耗有密切關系。

圖3為酵母菌數量隨發(fā)酵時間的變化記錄，對照此圖可知，中溫組和低溫組的酵母菌數目在發(fā)酵過程中，變化趨勢保持一致，都是呈現先上升后下降的情況。高溫組在發(fā)酵的初期，酵母菌數目就開始出現下降，并降到最低。這是由于高溫組的入缸溫度為溫度較高，故在發(fā)酵第1天時酵母的數目要高于中溫組和低溫組。隨著發(fā)酵進行，高溫組的溫度逐漸升高，酵母的生長繁殖被抑制，酵母出現死亡，造成酵母菌數目在發(fā)酵前期降低迅速。而中溫組和低溫組則發(fā)酵溫度低于高溫組，故該兩組的酵母菌數在發(fā)酵前7 d保持上升的趨勢，之后隨著溫度進一步升高，低溫組和中溫組也出現了酵母數目急劇下降的情況。在13 d之后，三組的酵母菌數目均維持在105這一數量級。

圖4為細菌數量隨發(fā)酵時間的變化記錄，對照此圖不難看出，各組的細菌變化趨勢基本相似，都是呈現先上升后下降的過程。從各組細菌數目的峰值可以看出，溫度過高或過低都會影響細菌的生長繁殖。這與細菌本身的耐受溫度有關，細菌的生長溫度高于酵母，所以發(fā)酵初期，細菌數目一直呈現增多的趨勢。在第5天時，高溫組的溫度過高，不利于細菌的生長繁殖。同時中溫組細菌數目的急劇降低則也是由于在9～10 d，溫度過高這一情況。在第7天之后，低溫組細菌數目也同樣出現降低，但降低速度的情況要慢于中溫組。

圖4 細菌數量隨發(fā)酵時間的變化

2.3 發(fā)酵過程中的酸度變化

除溫度外，酸度的變化也會對大曲微生物繁殖產生影響[11]，且二者之間保持相互影響的關系。

圖5為酸度隨發(fā)酵時間的變化記錄。對照此圖可知，在發(fā)酵過程中，酸度的變化趨勢基本相似，總體呈現上升。發(fā)酵溫度越高，酸度的變化趨勢更加顯著。在發(fā)酵過程中，除了一次劇烈的酸度變化，高溫組的酸度始終高于中溫組和低溫組，且最終酸度也要高于另外兩組。發(fā)酵結束時，低溫組、中溫組和高溫組的酸度依次增加了1.26，1.08和1.20 g/100 mL。這表明在該種大曲發(fā)酵下，發(fā)酵溫度的高低與最終的酸度高低相關。在試驗過程中出現酸度的突然降低，是由于酒醅發(fā)酵品溫高，這導致生酸過大，抑制了酵母和酶的活性。查閱國內外部分文獻了解到，原材料中蛋白質降解產生的氨和有機酸的分解[12]，會在一定程度上影響酸度的情況。在兩者情況的綜合作用下，最終導致高溫組酸度劇烈變化。這也是夏日釀酒導致出酒率較低的一個重要原因。

圖5 酸度隨發(fā)酵時間的變化

2.4 發(fā)酵過程中的還原糖及糖化酶活力變化

還原糖總體呈現上升的趨勢，但變化的波動較大。這主要是大曲中含有少量的糖化酶，在發(fā)酵的初期，在糖化反應作用下，還原糖大量產生，此時發(fā)酵還未產生，這造成發(fā)酵第1天還原糖處于一個較高的水平。隨著酵母菌繁殖，還原糖被利用，還原糖的含量開始下降。隨著發(fā)酵進行，各組的溫度各不相同，糖化酶活力受溫度影響變化劇烈，造成糖化酶活力變化波動較大。但總體來說，高溫組的還原糖含量始終高于另外兩組。這表明溫度的高低與還原糖含量有關，但與其變化趨勢無明顯關系。在第13天與第25天時，還原糖出現降低，也與乙醇的合成有關。尤其是在第25天時，糖化酶活力處于低谷，這加劇了還原糖含量變化，使試驗結果更加明顯。

圖6 糖化酶活力隨發(fā)酵時間的變化

圖7 還原糖隨發(fā)酵時間的變化

2.5 發(fā)酵過程中的乙醇、總酸及總酯含量變化

在白酒發(fā)酵過程中，乙醇體積分數總體呈上升趨勢，尤其是低溫組和中溫組變化趨勢相同。在發(fā)酵初期，酵母生成的乙醇一部分被累積在酒醅中，另一部分則被產酸菌用于有機酸的合成，且產酸菌的活性與溫度密切相關[13]。起始溫度越高，產酸菌的活性越強。這導致高溫組酒醅中的總酸含量在發(fā)酵初期處于一個較高水平，尤其是在發(fā)酵的第5天，各組總酸含量差距較大，尤其是高溫組，總酸含量最高。發(fā)酵至第10天三組的總酸達到最低值。結合現有的研究，隨著溫度的上升，當溫度繼續(xù)上升到一定程度時，乳酸菌成為主導微生物，導致產乙酸的微生物代謝能力下降，溫度的升高又導致乳酸菌的大量死亡，最終影響總酸含量的降低。

在發(fā)酵過程中，總酯含量整體呈現一個穩(wěn)定的情況，隨溫度的變化存在小幅度的波動，但基本維持在1.0～1.2 g/L，這反映出溫度的變化對于總酯含量有明顯影響，且根據酯類的不同，隨溫度的影響規(guī)律也不相同[14-15]。適當調節(jié)溫度，有利于增加或減少酯類的相應成分。

圖8 總酸隨發(fā)酵時間的變化

圖9 乙醇體積分數隨發(fā)酵時間的變化

圖10 總酯隨發(fā)酵時間的變化

3 結論

試驗表明，通過調節(jié)發(fā)酵溫度可以實現對清香型大曲酒的發(fā)酵產物含量的控制。在發(fā)酵過程中，還原糖、酸度、乙醇體積分數這些理化指標的具體數值與溫度的高低有關，其發(fā)酵過程的變化趨勢則與溫度的高低無明顯關系，與溫度的變化趨勢有關。在發(fā)酵初期，溫度宜保持在15 ℃左右，且每天增長幅度2～3℃，如此可以在較短的時間內上升到適宜的頂火溫度，同時不易造成酸掉現象的發(fā)生，也符合“前緩，中挺，后緩落”的溫度變化規(guī)律。在發(fā)酵的中期，將發(fā)酵溫度控制在30 ℃以內且不宜過低，這樣可以在最大程度上保證乙醇的合成，提高出酒率。此次為汾酒的工藝控制提供理論依據。