多糧清香型白酒釀造工藝的優(yōu)化

尹雅潔,王曉軍,姜欣,王麗華,蘇志華,栗偉,江偉, 田福義,韓興林,胡遠亮

1(湖北師范大學 生命科學學院,食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室,湖北 黃石,435002) 2(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院,國家酒類品質與安全國際聯(lián)合研究中心,北京,100015) 3(承德大清獵苑酒業(yè)有限公司,河北 承德,068450)4(黑龍江省輕工科學研究院,黑龍江 哈爾濱,150001)

釀酒原料是白酒微生物生長代謝的培養(yǎng)基,也是白酒風味的來源之一。原料種類、營養(yǎng)成分的含量、原料本身的香氣均會影響白酒風味物質的生成種類及含量[1-2]。釀酒行業(yè)的術語“高粱產酒香、玉米產酒甜、大米產酒凈、小麥產酒糙、糯米產酒綿、大麥產酒沖”就高度概括了不同原料與白酒酒質的關系。因此釀酒原料的品種、多糧之間的配比很大程度上會影響白酒的風味、感官、品質,進而影響白酒的消費和產量[3]。

目前,釀酒行業(yè)針對不同原料釀造白酒風味物質的研究主要集中在不同單糧釀造白酒[4-6]、糧食蒸煮香氣[7-9]、多糧(高粱、玉米、小麥、大米)釀造白酒等方面[10],而對其他糧食釀造白酒風味的研究較少。隨著釀酒行業(yè)的創(chuàng)新及轉型,多糧釀造必定會成為行業(yè)未來發(fā)展的趨勢[3]。因此,研究多糧配比白酒的風味可為后續(xù)多糧白酒的釀造提供理論基礎。

河北省承德市地處北緯40°12′～42°37′,東經115°54′～119°15′,氣候多樣,水資源豐富,當?shù)厥a黍米(俗稱黃米,文章后續(xù)將直接使用黃米)。黃米含有豐富的蛋白質、碳水化合物、多種維生素,是釀造黃酒的好材料,而黃米應用于白酒釀造尚未見有研究。玉米作為我國第2大糧食作物,營養(yǎng)豐富,以其為原料所產酒質綿甜。本文以高粱為主要原料,并利用承德市當?shù)亓慨a的特色黍米、玉米和莜麥等,設計了7種不同類型原糧配比釀酒實驗,采用氣相色譜-質譜聯(lián)用技術結合香氣活性閾值、主成分分析等方法對多糧清香型白酒的風味構成以及感官特征進行剖析,尋找最佳原料配比方案,為承德市特色白酒的開發(fā)及釀造提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱、黃米、玉米、莜麥,中溫大曲,輔料(稻殼或谷殼),由承德大清獵苑酒業(yè)有限公司提供。

乙酸乙酯、甲醛、己酸乙酯、異戊醇、乳酸乙酯等,均為色譜純,賽默飛世爾科技(中國)有限公司。

1.2 儀器與設備

小型釀酒蒸餾設備,釀酒之家儀器設備廠;Clarus 600型GC-MS聯(lián)用儀,美國PerkinElmer公司;固相微萃取進樣器、固相微萃取柱(50/30 μm,DVB/CAR/PDMS)美國Supelco公司。

1.3 實驗方案

1.3.1 原料配比

原料配比方案如表1所示。

表1 原料配比方案Table 1 The different raw material ratio schemes

1.3.2 白酒固態(tài)發(fā)酵工藝

原料(高粱、玉米、莜麥)粉碎4～6瓣,即粉碎度為1.5 mm左右,黃米不粉碎。將預處理的原料按照實驗配比使總質量為1 000 g,加入原料量60%的熱水(水溫85 ℃),拌勻后堆積24 h;堆積后的原料蒸煮90 min,趁熱出甑潑入原料量30%左右的冷水,攤晾,冷卻至室溫,加入原料量12%的中溫大曲,攪拌均勻,入缸發(fā)酵24 d,發(fā)酵結束的酒醅拌入原料量20%的清蒸稻殼,上甑蒸餾。收集餾出液進行感官品評及風味測定。白酒固態(tài)發(fā)酵工藝如圖1所示。

圖1 白酒固態(tài)發(fā)酵工藝Fig.1 The solidstate fermentation technology of Baijiu

1.3.3 揮發(fā)性風味物質的定性與定量分析

GC-MS條件:DB-WAX ETR型色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);柱溫箱升溫程序:初始溫度35 ℃,恒溫2 min,以4 ℃/min升至230 ℃,保持7 min。進樣口溫度為250 ℃,載氣為He,流速為1.0 mL/min,不分流。電子轟擊(electron impact,EI)離子源,電子能量70 eV,傳輸線溫度240 ℃,離子源溫度為240 ℃,質量掃描范圍m/z55～500。

定性與定量:檢出揮發(fā)性組分物質的質譜圖,通過與標準譜庫(NIST05a.L和RTLPEST3.L)對比鑒定,為保證實驗結果的可靠性和有效性,予以確認匹配度大于90%的揮發(fā)性物質。采用外標法對風味物質進行定量分析,使用待測組分的標準樣品按一定濃度梯度檢測,以樣品峰面積對樣品濃度繪制標準曲線,根據(jù)待測樣品的峰面積對應標準曲線,即可測得待測樣品的風味物質含量。

1.3.4 特征風味物質分析

香氣活性閾值(odor activity value,OAV)是指某香氣化合物的濃度與其嗅覺閾值的比值[11]。通過計算OAV可以確定白酒中的特征香氣成分。一般而言,OAV>1表示該物質對香氣貢獻較大,且OAV越大,呈香能力越強,對香氣的貢獻越大[12-13]。

1.3.5 感官品評

品評小組由10名國家級品酒師組成。

1.3.6 酒樣基本指標分析方法

酒精度、總酸、總酯的測定方法依據(jù)GB/T 10345—2007。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行處理;采用SPSS 21.0對數(shù)據(jù)進行顯著性分析(每組數(shù)據(jù)3次平行);采用origin 2018進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 一種多糧清香白酒酒體風味構成特征

選擇4種糧食,針對多糧釀造白酒進行了7種方案的工藝探索,采用傳統(tǒng)清香型白酒工藝進行固態(tài)發(fā)酵的釀造實驗,首先對多糧方案的酒體風味構成進行分析,利用GC-MS定性定量分析了其中主要的風味成分共45種,得出其白酒產品風味構成特征。

2.1.1 酯類物質含量分析

酯類風味物質具有令人愉悅的水果香、花香、蜂蜜香等,是我國白酒中的主要香氣成分[14]。白酒酯類物質中,四大乙酯(己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯)是主要酯類物質,其含量占總酯的90%～95%[15]。乙酸乙酯是構成清香型白酒的主體香物質,使酒體具有清香純正,醇甜柔和,余味爽凈的特點,其含量直接影響清香型白酒的整體風格。

單因素方差分析發(fā)現(xiàn),7種方案中每一種酯類物質均存在顯著性差異(P<0.001)。從7個實驗方案中生產的基酒結果分析(圖2),發(fā)現(xiàn)方案6的酒體乙酸乙酯較高,達4 889.97 mg/L,總酯為6 308.14 mg/L;其他方案中乙酸乙酯在1 700 mg/L左右,這種現(xiàn)象產生的原因可能是玉米的總淀粉含量較高粱高,淀粉水解產生大量葡萄糖所導致。同時研究發(fā)現(xiàn)在黃米的添加量上,添加15%黃米(方案3)的酒體乙酸乙酯較高,添加10%黃米(方案4)的酒體總酯與添加15%黃米相近;說明黃米的添加對酒體乙酸乙酯的影響較小。此外添加黃米的酒體中乳酸乙酯含量均在1 500 mg/L左右,幾個方案中對其影響較小。從整體上看,酯類物質主要為乙酸乙酯、乳酸乙酯、棕櫚酸乙酯等,而其他酯類檢測值較低。因此從酯類物質含量上來看方案6和方案3較好。

圖2 酯類物質檢測結果Fig.2 Detection results of esters注:N=3;圖中不同的小寫字母表示存在顯著性差異,P<0.05為顯著;P<0.01為極顯著(下同)

2.1.2 醇類物質含量分析

醇類物質是白酒的主體,除甲醇、乙醇以外,白酒中含量較高的為高級醇,以異戊醇和異丁醇為主,其次為正丙醇、仲丁醇、正丁醇和正己醇等。適量的高級醇與酸、酯、醛類等物質協(xié)調,豐滿酒體;若高級醇含量過高,影響白酒風味的同時還容易引起消費者頭痛、易醉等現(xiàn)象,但含量過少又會使酒體缺乏傳統(tǒng)白酒的風味[16-17]。

單因素方差分析發(fā)現(xiàn),7種方案中每一種醇類物質均存在顯著性差異(P<0.001)。通過圖3中的數(shù)據(jù)可以得出,方案1和方案6中的總醇含量較高,分別為1 075.18、1 051.42 mg/L,但與先前原酒中1 499.58 mg/L已降低不少。方案1中的甲醇(102.40 mg/L)含量較高;方案6中的高級醇類物質含量較高,包括異戊醇(393.21 mg/L)、異丁醇(262.53 mg/L)及正丙醇(174.61 mg/L),主要是因為黃米和玉米含有豐富的蛋白質、氨基酸,釀酒酵母利用氨基酸通過氨基酸降解途徑生成較多高級醇。但此結果相較與先前原酒主要在正丙醇、正丁醇含量方面下降(原酒正丙醇503 mg/L,方案6則為174.61 mg/L)。因此適當?shù)奶砑狱S米可以降低酒體高級醇的含量,特別在正丙醇方面尤為突出。

圖3 醇類物質檢測結果Fig.3 Detection results of alcohols

2.1.3 醛類物質含量分析

白酒中的醛類風味主要包括乙醛、乙縮醛等。乙醛是酵母酒精發(fā)酵的正常產物,是由糖形成乙醇途徑中的一個代謝分支點。而酒體中的乙縮醛主要是由乙醛和乙醇發(fā)生縮合反應形成的。乙醛、乙縮醛等作為重要的風味物質,是白酒中“香”的協(xié)調成分,對白酒的香氣起平衡協(xié)調的作用[18-19]。但醛類含量過高會給酒體帶來辛辣、刺激感,影響白酒品質。

單因素方差分析發(fā)現(xiàn),7種方案中每一種醛類均存在顯著性差異(P<0.001)。從分析結果來看(圖4),多糧清香釀造的實驗方案中醛類物質較低(除方案6的621.90 mg/L),主要醛類物質為乙醛和乙縮醛。其中方案6中還有一定量的異戊醛(16.86 mg/L),這使得酒體較為豐滿,同時方案6中未檢測到糠醛。方案6中檢測的醛類物質較為豐富,但需要控制乙縮醛(含量438.95 mg/L)的產值。

圖4 醛類物質檢測結果Fig.4 Detection results of aldehydes

2.2 一種多糧清香白酒酒體特征風味構成分析

參照白酒中風味物質的嗅聞閾值,對多糧方案酒體中的主要風味物質進行比對,以風味成分的含量與該成分的嗅覺閾值比值作為評判標準,OAV>1的風味物質見表2。

表2 風味物質香氣活性閾值結果Table 2 The odor activity value of flavor substances

從表2可知,多糧釀造實驗方案中OAV>1的共有11種,其中方案1、2、3和7共有10種;方案4和5共有9種;而方案6有11種。110小于100的風味物質有乙酸乙酯、丁酸乙酯,乙酸異戊酯、乳酸乙酯;OAV>100的物質為異丁醛、戊酸乙酯(僅在方案6中存在)、辛酸乙酯。

表2方案6中,異丁醛(OAV=728.81)、辛酸乙酯(OAV=221.60)、戊酸乙酯(OAV=154.44)、乙酸乙酯(OAV=150.22)、乙酸異戊酯(OAV=119.77)等5種風味物質的閾值比值均超過100,表現(xiàn)出較強的呈香能力,說明方案6的酒樣酒體呈香、呈味物質更加豐滿,酒體香氣程度更加豐富。因此,在方案6中,酒體的主體香氣由乙酸乙酯、異丁醛、乙酸異戊酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯等體現(xiàn),上述風味物質是其特征香氣成分,且呈香能力十分顯著。

2.3 一種多糧清香白酒酒體主成分分析

為了更加有效區(qū)分實驗方案酒體的特征,研究7個實驗方案之間的區(qū)別,對風味成分進行主成分分析,以此從整體上看能否有效區(qū)分7個方案的酒體。

由圖5可知,PC1的貢獻率為54.23%,PC2的貢獻率為19.80%,2個主成分累積反應74.03%的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)主成分分析圖劃分為3部分:第1部分為方案1(100%高粱)、方案3(15%黃米)、方案2(18%黃米),方案7(20%莜麥),主要分布在第二象限;第2部分為方案4(10%黃米)和方案5(20%玉米),主要分布在第三象限;第3部分為方案6(10%黃米+10%玉米),主要分布在第四象限。從主成分分析結果看出:方案6(高粱80%+玉米10%+黃米10%)與其他方案存在明顯差異,表明其風味物質在整體上與其他方案存在質的區(qū)別。

圖5 釀造實驗方案的主成分分析圖Fig.5 PCA diagram of the experimental schemes

從圖5可知乙醛、異丁醛、乙酸異戊酯、異丁醇等對PC1正向貢獻較大;癸酸乙酯、正丙醇、辛酸乙酯等對PC2正向貢獻較大。異丁醛、異丁醇、乙酸異戊酯、戊酸乙酯等物質分布在第四象限,與方案6的位置相同,說明異丁醛等物質對方案6的風味貢獻較大。結合2.2中酒體特征風味分析,方案6的酒體風味最為協(xié)調,后續(xù)可按方案6進行酒體穩(wěn)定性研究。

2.4 一種多糧清香白酒酒體感官品評

針對7個實驗方案的酒樣,研究人員對酒體進行了酒體感官品評,具體結果如表3所示。

表3 七種多糧清香白酒實驗方案的感官品評描述Table 3 Sensory evaluation description of seven experimental schemes

從感官品評結果發(fā)現(xiàn):酒體出現(xiàn)較苦、口味較雜的酒體較多,這可能與生產環(huán)境的干凈度、生產工人的操作性息息相關。其中方案3和方案6的酒體相對較好,尤其是方案6的酒體酯香突出,這與其檢測出大量酯類物質有關;酒體協(xié)調性較好,可觀察后期酒體的連續(xù)性及方案酒體的穩(wěn)定性。

2.5 酒體基本指標分析

7種方案酒體的基本指標結果如表4所示,7種方案基酒的酒精度相差不大,均在60.0%以上。從總酸、總酯來看,方案6的總酸為3.10 g/L,總酯為6.31 g/L,均高于其他方案的酒樣,說明以80%高粱搭配10%玉米、10%黃米的酒體質量較好。

表4 七種多糧清香白酒實驗方案酒體的基本指標Table 4 The basic indexes of seven experimental schemes

3 結論

分析研究了多糧釀造白酒的7個實驗方案的酒體,共鑒定出45種風味物質。其中方案6(高粱80%+玉米10%+黃米10%)酒體的酯類豐富,乙酸乙酯較高,達到4 889.97 mg/L,總酯在6 308.14 mg/L;醇類物質以異戊醇(393.21 mg/L)、異丁醇(262.53 mg/L)等高級醇類物質含量較高,醛類物質總醛含量較高,但種類豐富,且未檢測出糠醛。此外,通過OAV法分析發(fā)現(xiàn)對酒體香氣貢獻能力較大的物質共有11種,包括了正丙醇、正丁醇、異戊醇、癸酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸異戊酯、乳酸乙酯、異丁醛、戊酸乙酯、辛酸乙酯。其中,方案6酒體的主體香氣包括了上述的11種香氣成分,說明方案6的酒體特征香氣成分較多,酒體風味豐滿。

結合主成分分析發(fā)現(xiàn),方案6與其他方案對比,風味物質在整體上與其他方案存在質的區(qū)別,異丁醛等物質對方案6的風味貢獻較大。最后,對酒體的感官分析發(fā)現(xiàn):酒體出現(xiàn)較苦、口味較雜的酒樣較多;其中方案3和方案6的酒體相對較好,特別是方案6的酒體酯香突出,酒體協(xié)調性較好。

通過GC-MS結合OAV、統(tǒng)計學分析對7種多糧釀造白酒的方案進行分析,發(fā)現(xiàn)方案6的酒體特征香氣較多,感官品評得分較高。因此,可以方案6(高粱80%+玉米10%+黃米10%)為釀造多糧白酒的方案,進行相關釀造實驗,觀察后期酒體的連續(xù)性及方案酒體的穩(wěn)定性。