濃香型白酒生產(chǎn)中小曲堆積糖化的工藝研究

張兆豐，萬 勇，余有貴，楊志龍，熊 翔

（1.邵陽學院食品與化學工程學院，湖南邵陽 422000；2.生態(tài)釀酒新技術與應用湖南省高校重點實驗室，湖南邵陽 422000；3.湖南湘窖酒業(yè)有限公司，湖南邵陽 422000）

濃香型白酒的主要呈味成分是己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯，而占主導地位的是己酸乙酯，但是現(xiàn)在生產(chǎn)的濃香型白酒中乙酸乙酯、乳酸乙酯的含量非常高，為了解決這一問題，許多研究學者提出增己降乙，增己降乳等方法。任雪等所采用的無窖泥生產(chǎn)濃香型白酒，通過添加發(fā)酵液所生產(chǎn)的濃香型白酒四大酯含量協(xié)調(diào)。劉選成等針對此問題通過改進生產(chǎn)工藝來達到降低乙酸乙酯的目的，改進后乙酸乙酯含量降低了32.29 %。代佳慧等對成品濃香型白酒進行微波輻射，在微波輻射時間為20～100 min 時，能對白酒中乙酸及乙酸乙酯的含量產(chǎn)生影響。除此之外，還有采用新窖池生產(chǎn)、使用強化大曲、窖泥的培養(yǎng)以及超級菌種等方法。

以小曲為糖化發(fā)酵劑的小曲酒，主要呈味物質(zhì)是乳酸乙酯。傳統(tǒng)濃香型白酒過于濃烈，在白酒淡爽化的新潮中，可通過大小曲聯(lián)用生產(chǎn)出醇香清雅、酒體柔和、回甜爽口、純凈怡然的新品白酒。本研究以高粱、玉米、大米、糯米為原料，在固態(tài)發(fā)酵法中使用小曲為糖化發(fā)酵劑，通過分析糧醅理化指標，對糖化堆積中的糠殼、小曲、玉米添加量以及糖化堆積時間等參數(shù)進行工藝優(yōu)化，為提高白酒出酒率、開發(fā)新型口味特征濃香型白酒提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

原料：高粱、大米、糯米、玉米、糠殼、小曲，均由湖南湘窖酒業(yè)有限公司提供。

試劑及耗材：葡萄糖、瓊脂、蛋白胨、可溶性淀粉、酒石酸鉀鈉、濃鹽酸、氫氧化鈉、次甲基藍等：分析純，市場購買。

儀器設備：恒溫培養(yǎng)箱（DH-420型），北京科偉永興儀器有限公司；恒溫水浴鍋（DK-99-3 型），江蘇金壇中大儀器廠；磁力攪拌器（HJ-1 型），常州越新儀器制造有限公司；自動壓力蒸汽滅菌器（GI54DWS 型），致微（廈門）儀器有限公司；便攜式pH 計（LE438 型），梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；超凈工作臺（SW-CJ-1FD 型），蘇州智凈凈化設備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

高粱、大米、糯米、玉米→潤料→混合蒸糧→攤晾→白曲拌合→糠殼拌合→培菌堆積糖化

1.2.2 操作要點

原料處理：高粱、大米、糯米均為整粒糧食；玉米要求粉碎成能通過2.0 mm篩孔的占3/4。

潤料：常溫水浸泡1.5～2 h。

攤晾：攤晾均勻，與室溫相差1 ℃以內(nèi)。

白曲拌合：白曲的用量以糧食的重量計，添加量為糧食的0.3%。

糠殼拌合：糠殼的用量以糧食的重量計，添加量為糧食的一定百分比。

培菌堆積糖化：糖化后的糧食要求清香味甜，不流汁，無霉變和異味。

1.2.3 單因素實驗設計

1.2.3.1 不同堆積時間對培菌堆積糖化的影響

高粱、大米、糯米、玉米按照指導書的比例混合，小曲添加量為0.3 %，糠殼的添加量為1 %，在糖化過程中，分別測定0 h、12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、70 h 的還原糖、酸度、淀粉含量及微生物生長數(shù)量確定最佳的培菌時間。

1.2.3.2 不同糧食添加量對培菌堆積糖化的影響

高粱與大米的添加量不做改變，以總量100%為計，改變玉米的添加量5%、7.5%、10%、12.5%、15 %，糯米的添加量15 %、12.5 %、10 %、7.5 %、5%，小曲的添加量為0.3%，糠殼的添加量為1%，培菌糖化時間為24 h，經(jīng)糖化發(fā)酵后，通過測定還原糖、酸度、淀粉含量及微生物生長數(shù)量確定最佳的糧食添加量。

1.2.3.3 不同小曲添加量對培菌堆積糖化的影響

高粱、大米、糯米、玉米按照指導書的比例混合，堆積糖化時間為48 h，小曲添加量為0.1 %、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，糠殼的添加量為1%，經(jīng)糖化發(fā)酵后，通過測定還原糖、酸度、淀粉含量及微生物生長數(shù)量確定最佳小曲添加量。

1.2.3.4 不同糠殼添加量對培菌堆積糖化的影響

高粱、大米、糯米、玉米按照指導書的比例混合，堆積糖化時間為48 h，小曲添加量為0.3 %，糠殼添加量為1 %、2 %、3 %、4 %、5 %，經(jīng)糖化發(fā)酵后，通過測定還原糖、酸度、淀粉含量及微生物生長數(shù)量確定最佳糠殼添加量。

1.2.4 響應面試驗

確定不同時間（A）、玉米添加量（B）、小曲添加量（C）、糠殼添加量（D）為響應因素，設計四因素三水平響應面實驗，以還原糖含量為響應值，小曲糖化工藝響應試驗設計見表1。

表1 響應面設計因素水平表

1.2.5 分析方法

酸度、水分、還原糖、淀粉的測定：參考標準DB 34/T 2264—2014；霉菌、酵母計數(shù)：參考國標GB 4789.15—2016。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用Origin 2018 軟件作圖，利用Design Expert 12 進行響應面試驗設計及分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 堆積時間對培菌堆積糖化的影響

不同的堆積時間對糖化醅的指標影響見圖1—圖4，除淀粉的消耗外，時間在很大程度上對糖化醅的各項指標有著相同的影響，各項指標隨著時間的延長都呈現(xiàn)出遞增的變化?？紤]到企業(yè)的可實行性以及入窖的糖化醅標準，酸度低于0.6 mol/L，時間的縮短，故最佳糖化堆積時間選擇48 h。

圖1 堆積時間對還原糖及淀粉的影響

圖2 堆積時間對霉菌及酵母的影響

圖3 堆積時間對酸度的影響

圖4 堆積時間對水分的影響

2.1.2 糧食添加量對培菌堆積糖化的影響

不同的糧食添加量對糖化醅的指標影響見圖5—圖7。由圖5—圖7 可知，隨著玉米添加量的改變，還原糖呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，淀粉呈現(xiàn)下降趨勢，但下降趨勢不明顯，水分呈現(xiàn)上升的趨勢，霉菌在玉米添加量10%時數(shù)量最多。分析原因是玉米中的支鏈淀粉較多，在短時間內(nèi)難以被微生物利用轉(zhuǎn)化為還原糖，淀粉剩余量較多，還原糖較少的情況下對酵母生長有一定的影響，水分呈現(xiàn)增長的趨勢，分析原因是玉米的吸水性較強。故玉米最佳添加量為10%。

圖5 玉米添加量對還原糖及淀粉的影響

圖6 玉米添加量對霉菌及酵母的影響

圖7 玉米添加量對水分的影響

2.1.3 小曲添加量對培菌堆積糖化的影響

不同的小曲添加量對糖化醅的指標影響見圖8—圖10。由圖8—圖10 可知，還原糖在小曲添加量為0.3%時最高，淀粉在此添加量下利用較好，霉菌在此條件下數(shù)量最高；酵母數(shù)量及水分含量隨著添加量的增加而升高。故最佳小曲添加量為糧食比重的0.3%。

圖8 小曲添加量對還原糖及淀粉的影響

圖9 小曲添加量對霉菌及酵母的影響

圖10 小曲添加量對水分的影響

2.1.4 糠殼添加量對培菌堆積糖化的影響

不同的糠殼添加量對糖化醅的指標影響見圖11—圖13。由圖11—圖13 可知，糠殼4 %時還原糖含量最高，淀粉最低，霉菌生長較好，水分較低，酵母生長情況較好。在糠殼合適的添加量情況下，糧醅的疏松度較好，有利于霉菌產(chǎn)糖的進行，能對糧醅的水分含量產(chǎn)生一定的影響作用，是因為糠殼能對堆積溫度有一定的調(diào)控作用。故糠殼最佳添加量為4%。

圖11 糠殼添加量對還原糖及淀粉的影響

圖12 糠殼添加量對霉菌及酵母數(shù)量的影響

圖13 糠殼添加量對水分的影響

2.2 響應面優(yōu)化試驗結果

2.2.1 響應面試驗設計與結果分析

在單因素試驗的基礎上，以還原糖含量為響應值，選取對糧醅有影響的堆積時間、糧食添加量、小曲添加量和糠殼添加量進行4 因素3 水平的響應面分析試驗，試驗結果見表2。

通過Design Expert 12 共設計29 組試驗，對表2的數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到二次響應面回歸模型為：還原糖含量=20.84-0.2125A+0.0792B+0.4792C-0.1292D-0.25AB+0.2375AC-1.13AD-0.25BC+7875BD+0.275CD-2.53A-1.73B-1.71C-1.04D

表2 響應面試驗設計及結果

進一步對該回歸模型進行顯著性分析，響應面數(shù)據(jù)的方差分析結果見表3。由表3 可知，該模型回歸極顯著（P＜0.001），失擬項的p 值0.0645，p＞0.05，表明該模型失擬不顯著，說明其他因素對模型的干擾程度較低，試驗結果與回歸模型擬合度較好?；貧w方程的可信度分析顯示，該模型的R為97.16 %，R=94.31 %，變異系數(shù)CV=2.16 %，說明試驗的擬合度較好。比較F 值大小可知，影響糧醅中還原糖含量的因素順序為：小曲添加量（C）＞堆積時間（A）＞糠殼添加量（D）＞玉米添加量（B）。根據(jù)試驗結果可知，模型中C、AD、BD、A、B、C、D對糧醅的還原糖含量影響極顯著。

表3 回歸方程方差分析

2.2.2 響應面試驗圖形分析

圖14 為各因素間交互作用的響應面三維曲面圖和等高圖，圖14 能直觀反映各實驗因素的交互作用情況，響應面越平緩表示該因素對還原糖含量影響越小，響應面越陡峭，說明該因素對還原糖含量影響越顯著，圖14 中a、c、e、g 都相對陡峭，i、k 相對平緩，圖14 中b、d、f、h、j、l 為還原糖含量對應各因素構成的一個三維空間在二維平面上的等高圖，能客觀反應各因素之間的交互作用及其對響應值的影響。圖14f 為一個橢圓形，表示兩因素交互作用顯著，即堆積時間和糠殼添加量交互作用明顯；圖14a 為一個圓形，表示兩因素交互作用不顯著，即堆積時間和玉米添加量交互作用不明顯，與上述結論一致。

圖14 各因素間交互作用的響應面及等高線圖

2.2.3 最優(yōu)工藝參數(shù)確定及驗證

根據(jù)響應面試驗結果分析可得小曲糖化工藝的最佳參數(shù)為：糖化時間為47.62 h，玉米的添加量為10.03%，小曲添加量為0.3135%，糠殼添加量為3.98%。考慮試驗的可操作性，將試驗參數(shù)調(diào)整為糖化時間為48 h，玉米的添加量為10%，小曲添加量為0.3%，糠殼添加量為4%，測得還原糖含量為20.9 %，與預測值接近，說明響應面法優(yōu)化得到的小曲糖化堆積工藝參數(shù)是合理的，具有一定的實際指導意義。

3 結論

以單因素試驗為基礎研究小曲堆積糖化工藝中的糧食添加量、小曲添加量、糠殼添加量及堆積糖化時間對糖化醅中還原糖含量的影響。采用多因素的響應面試驗優(yōu)化糖化工藝。結果表明，最佳糖化堆積工藝為：糠殼添加量為4%、小曲添加量為0.3%、玉米添加量為10%、糖化堆積時間為48 h，在此條件下生產(chǎn)的糧醅還原糖含量為20.9 g/100 g，糧醅蜜香清雅、味甜純正，結果為后續(xù)發(fā)酵工藝優(yōu)化與釀酒效果的研究奠定了基礎。