整粒高粱投料濃香型白酒糟醅超長發(fā)酵及回酒蒸餾研究

李夢婷，許德富，*，敖宗華，羅惠波，明紅梅

（1.四川輕化工大學 生物工程學院，四川 自貢 643000；2.瀘州老窖股份有限公司，四川 瀘州 646000）

中國白酒是以糧谷為主要原料，以大曲、小曲或麩曲等為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾而成的飲料酒，它歷史悠長，是世界六大蒸餾酒之一[1-2]。與世界其他國家的蒸餾酒相比，中國白酒獨具風格，具有豐富的不可比擬的風味，它的獨特工藝是千百年來我國勞動人民生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)和智慧的結(jié)晶。中國白酒主要由水、乙醇和微量成分構(gòu)成，其中水和乙醇占98%左右，微量成分物質(zhì)約占2%[3-4]。微量成分決定著白酒的品質(zhì)與風格，是中國白酒的靈魂所在。因此，提高白酒中微量成分的種類及含量從而提升白酒的綜合品質(zhì)是近年來白酒領(lǐng)域研究的熱點。

濃香型白酒釀造工藝的基本特點是“泥窖固態(tài)發(fā)酵、續(xù)糟配料、混蒸混燒”，特殊的工藝特點促成了其“窖香濃郁，綿軟甘冽，香味協(xié)調(diào)，尾凈余長”的酒體特征。固態(tài)法釀造生產(chǎn)中，延長濃香白酒釀造的發(fā)酵期能使糟醅更加完全的進行酯化反應以達到更好的生香效果，因而對濃香型白酒進行工藝優(yōu)化調(diào)控就顯得尤為重要。整粒高粱投料進入糟醅體系，使其養(yǎng)料緩慢釋放，保障發(fā)酵期延長至360 d的持續(xù)養(yǎng)料供給，結(jié)合回酒發(fā)酵及回酒蒸餾工藝釀造的濃香型原酒具有乙酸、己酸乙酯含量突出，濃香正氣，窖香優(yōu)雅，酒體醇厚綿甜等特點。

本研究通過跟蹤研究上述糟醅發(fā)酵過程中理化指標和風味物質(zhì)的動態(tài)變化，探究回酒蒸餾對風味物質(zhì)的提取，解析濃香型白酒釀造機理，以期為濃香型白酒釀造的高質(zhì)量發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱：瀘州市宏興糧貿(mào)有限責任公司；試驗窖池、糟醅樣品及酒樣：瀘州某酒莊提供。實驗糟醅樣品取自瀘州某酒莊57號窖池。

氫氧化鈉（分析純）：重慶川東化工集團有限公司；葡萄糖（分析純）：天津市科密歐化學試劑有限公司；五水合硫酸銅：成都市科龍化工試劑廠；四水合酒石酸鉀鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸（分析純）：重慶川東化工集團有限公司。

1.2 儀器與設備

CP-214分析天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司；101-0413電熱鼓風干燥箱：北京中興偉業(yè)有限公司；DL-1電子萬用爐：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；6890-5975氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chromatography-mass spectrometery，GC-MS）：美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 濃香型白酒的生產(chǎn)工藝流程與操作要點

操作要點：將整粒糯紅高粱放在甑桶中，加熱水（80～90 ℃）浸泡24 h，水位超過糧面15 cm，讓整粒高粱充分吸水膨化后，放水瀝干，出甑后置于晾堂上攤凉至（35±5）℃，添加質(zhì)量為高粱質(zhì)量10%的麩皮，攪拌均勻后收堆為圓錐狀堆砌于晾堂上，堆心溫度達（50±5）℃培菌發(fā)酵72 h；培菌結(jié)束后的高粱糟醅拌和上輪蒸酒酒糟（出甑后置于晾堂上攤凉至（35±5）℃），繼續(xù)收堆為圓錐堆狀，進行二次培菌發(fā)酵，堆心溫度達（50±5）℃培菌72 h后轉(zhuǎn)入泥窖密封發(fā)酵360 d；出窖糟醅按每甑添加3%的熟糠，拌和均勻作為上甑糟，再將上甑糟以探汽上甑方式上甑，上甑結(jié)束蓋盤后，開啟冰桶冷卻水，采用除頭截尾、量質(zhì)摘酒方式獲得原酒。

1.3.2 取樣方法

入窖后從第0天開始，每隔10 d采集糟醅樣品（0 d、10 d、20 d、30 d…350 d、360 d，共37個樣品，依次標記為1～37號）。取樣方法參考文獻[5]的方法，采集的糟醅樣品置于-20 ℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

發(fā)酵結(jié)束后，對整粒高粱糟醅進行回酒蒸餾取酒，并選擇傳統(tǒng)濃香型釀造工藝流程釀造、蒸餾的酒樣作為對比酒樣，并對試驗酒樣和對照酒樣進行理化、色譜檢測。

1.3.3 測定方法

（1）糟醅理化指標檢測方法

糟醅淀粉含量、還原糖含量：采用菲林試劑法測定[6]；糟醅酸度：采用酸堿中和滴定法測定[6]：糟醅水分含量：采用恒溫烘干法測定[6]。

水分、酸度、淀粉和還原糖的變化量=發(fā)酵過程中各指標每個發(fā)酵時間點檢測值-各指標初始值。

（2）GC-MS風味物質(zhì)檢測方法

待測樣品前處理：稱取200 g糟醅，加入蒸餾水390 mL、體積分數(shù)95%的乙醇溶液110 mL，常壓條件下進行蒸餾，取餾出液200 mL，待測。

色譜條件：采用Agilent122-7062UI（60 m×250 μm×0.25 μm）；進樣體積1 μL；載氣為氮氣（N）21.6 mL/min；分流比40∶1；進樣口溫度250 ℃；氫火焰離子化檢測器250 ℃；柱溫升溫程序為35 ℃保持8 min，以2.5 ℃/min升至40 ℃，再以5 ℃/min升至100 ℃，最后以10 ℃/min升至220 ℃保持8.5 min。

定性定量方法：對總離子流色譜圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索及核對Wiley275和美國國家標準技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）2014標準質(zhì)譜圖確定揮發(fā)性成分的種類得出定性結(jié)果；經(jīng)內(nèi)標法進行定量分析。

（3）有機酸提取率

糟醅總酸含量計算公式如下：

式中：X為樣品中總酸含量（以乙酸計），g/g；S為樣品酸度，mmol/10 g；60為乙酸摩爾質(zhì)量，60 g/mol。

有機酸提取率按每甑（單甑糟醅約800 kg）產(chǎn)酒的酒體總酸含量與糟醅總酸的比值計算。

（4）酒體感官品評方法

參考GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[27]進行。品評人員由5位（其中2位國家級白酒評委）省級及省級以上白酒評委組成，對2種酒樣進行評價。采取編號暗評法，按照色5分、香25分、味60分、格10分，總分100分進行綜合評定，樣品所得分數(shù)為各評委所打分數(shù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中含水量變化

水分不僅是微生物生化反應所必需的介質(zhì)、生長繁殖和代謝活動的必要條件，而且在“淀粉→糊化→液化→糖化→酒化”的釀酒生產(chǎn)過程中起重要作用，水分還影響糟醅的透氣性、疏松度和溶氧量，是發(fā)酵系統(tǒng)傳質(zhì)傳熱的重要載體[7-8]。整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中的水分含量變化趨勢見圖1。

圖1 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中水分含量變化趨勢Fig.1 Change trend of moisture contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation process

由圖1可知，糟醅水分含量隨發(fā)酵時間的延長總體上呈現(xiàn)增加趨勢。在發(fā)酵前60 d，水分含量上升速度較快，增加了2.67%；60 d以后糟醅水分含量呈緩慢上升趨勢，發(fā)酵至360 d，糟醅水分含量增加了1.37%?？赡苁怯捎谡８吡煌读显黾恿私褍?nèi)糟醅的疏松度，使得含氧量充足，微生物的有氧呼吸消耗糟醅體系中游離的固體營養(yǎng)物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、脂肪、糖質(zhì)等），生長代謝活動可以氧化固體營養(yǎng)物質(zhì)生成水分，因此水分含量的變化表現(xiàn)為增長態(tài)勢；當糟醅體系中氧氣及游離固體養(yǎng)料物質(zhì)被消耗殆盡后，微生物主要依靠高粱粒內(nèi)持續(xù)緩慢滲透出來的營養(yǎng)物質(zhì)進行厭氧代謝，產(chǎn)生酸和揮發(fā)性香味物質(zhì)成分使得水分含量逐漸增加，酯化反應也會使糟醅的水分有所增加。

2.2 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中酸度變化

酸是形成濃香白酒香味成分的前驅(qū)物質(zhì)，也是酒體中一種重要的呈味物質(zhì)。適宜的酸度不僅有利于淀粉糊化和糖化作用，還可以抑制雜菌生長繁殖，而有利于酵母菌生長，而且酸可以提供有益微生物的營養(yǎng)和生成酒體中各種風味物質(zhì)并促進酯的生成[8-10]。整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中的酸度變化趨勢見圖2。

圖2 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中糟醅酸度變化趨勢Fig.2 Change trend of acidity in the fermented grains of whole sorghum during fermentation process

由圖2可知，糟醅酸度隨著發(fā)酵時間的延長呈現(xiàn)先略微下降后持續(xù)上升的趨勢。發(fā)酵前30 d，糟醅酸度降低了0.43 mmol/10 g，而后呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，發(fā)酵至360 d糟醅酸度增加了1.38 mmol/10 g。糟醅入窖前，在堆積培菌過程中，生酸菌好氧發(fā)酵代謝積累有機酸，該有機酸和回酒發(fā)酵操作增加的乙醇可發(fā)生酯化作用，引起酸度降低；有機酸也可以作為碳源和能源物質(zhì)被消耗，導致入窖初期酸度降低。當糟醅顆粒間隙中的氧氣逐漸消耗殆盡，產(chǎn)物的抑制作用使霉菌和酵母活性減弱乃至消亡，而厭氧產(chǎn)酸菌繼續(xù)生長繁殖和代謝，因此酸度呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢。

2.3 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中淀粉含量變化

淀粉在濃香白酒釀造過程中具有降低糟醅酸度和水分的作用，是微生物的營養(yǎng)成分、發(fā)酵能量及窖內(nèi)升溫的主要來源，淀粉含量是酒精發(fā)酵的最初物質(zhì)基礎(chǔ)，因此淀粉動態(tài)變化可以反應窖池內(nèi)糖化能力的強弱[11-14]。整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中的淀粉含量變化趨勢見圖3。

圖3 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中淀粉含量變化趨勢Fig.3 Change trend of starch contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation

由圖3可知，淀粉含量在整個發(fā)酵過程中呈下降趨勢，糟醅發(fā)酵0～80 d淀粉消耗了1.8%，淀粉消耗最快；80～200 d呈現(xiàn)穩(wěn)步下降趨勢，淀粉消耗了0.7%；發(fā)酵200 d至360 d糟醅淀粉消耗了0.2%，降幅緩慢。這是由于發(fā)酵前期糟醅體系中微生物有氧呼吸消耗游離在糟醅體系中的淀粉質(zhì)；當游離的營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡后，主要依靠整粒高粱粒內(nèi)逐步釋放出來的營養(yǎng)物質(zhì)進行分解代謝，因而中后期淀粉含量處于穩(wěn)步下降趨勢；發(fā)酵后期整粒高粱粒內(nèi)部環(huán)境和糟醅體系環(huán)境處于動態(tài)平衡狀態(tài)，營養(yǎng)物質(zhì)滲透更趨緩慢。

2.4 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中還原糖含量的變化

糟醅中還原糖含量的變化可以反映出糖化與酵母代謝平衡的協(xié)調(diào)程度，可直接反映出窖池糟醅發(fā)酵水平[14-15]，某種特定情況下還原糖含量變化還直接反應發(fā)酵過程物質(zhì)代謝的強度。整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中的還原糖含量及其變化趨勢見圖4。

由圖4可知，還原糖含量在整個發(fā)酵過程中呈下降趨勢，在發(fā)酵前100 d下降較快，糟醅還原糖含量在前100 d內(nèi)消耗了0.69%，發(fā)酵100 d后糟醅還原糖含量基本維持較為恒定的低水平含量狀態(tài)，發(fā)酵至360 d糟醅還原糖含量為0.04%。主要是由于堆積培菌帶入糟醅體系的還原糖等營養(yǎng)物質(zhì)和微生物菌系都較為豐富，微生物在發(fā)酵前期利用其進行相對旺盛的生長繁殖和代謝消耗大部分的還原糖；而還原糖作為整個發(fā)酵過程中的主要能源物質(zhì)和主要碳源，在發(fā)酵中后期隨著糟醅的游離淀粉消耗殆盡，有機酸逐漸滲透進入高粱粒內(nèi)部，對其內(nèi)部淀粉質(zhì)進行酸解后，產(chǎn)生少量的還原糖等營養(yǎng)物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)緩慢的溢出供給微生物利用，逐漸被微生物消耗殆盡。

2.5 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中揮發(fā)性風味物質(zhì)變化

窖內(nèi)發(fā)酵過程（360 d）中，所取糟醅樣品蒸餾所得酒樣共檢測到揮發(fā)性風味物質(zhì)55種，其中酯類25種，醇類12種，酸類10種，醛酮類8種。醇、酸、酯3類揮發(fā)性物質(zhì)含量之和占上層糟醅揮發(fā)性物質(zhì)總含量的99%，因此主要對這3類物質(zhì)進行詳細分析。

圖5 整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中酸類、醇類及酯類物質(zhì)含量變化趨勢Fig.5 Change trend of acids,alcohols and esters contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation

2.5.1 醇類物質(zhì)

糟醅發(fā)酵過程中微生物利用糖、果膠、氨基酸等物質(zhì)可以代謝產(chǎn)生多種高級醇，多具有甜味，是酒體中微量香味物質(zhì)的基本組成部分[16-20]。

整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中共檢測到12種揮發(fā)性醇類物質(zhì)，分別為2-丁醇、正丙醇、異丁醇、2-戊醇、正丁醇、2-甲基丁醇、3-甲基丁醇、正戊醇、正己醇、2,3-丁二醇、糠醇、β-苯乙醇。整粒高粱糟醅體系的可發(fā)酵糖大部分被包裹在高粱粒內(nèi)，酒精發(fā)酵受到抑制，醇類物質(zhì)合成速度緩慢，而酯化作用和呼吸作用又會消耗醇類物質(zhì)，因此糟醅發(fā)酵過程中醇類物質(zhì)的波動水平較緩。

2.5.2 酸類物質(zhì)

酸類物質(zhì)伴隨著酒精發(fā)酵而產(chǎn)生，同時也是白酒中酯類物質(zhì)的前體物質(zhì)。酸類物質(zhì)對白酒風味至關(guān)重要，適量的酸在酒體中能起到緩沖作用，協(xié)調(diào)口感，使香氣更加柔和飽滿[18-19]。

在整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中共檢測到10種揮發(fā)性酸類物質(zhì)，分別是乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸。酸類物質(zhì)總體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，與糟醅酸度變化趨勢一致。

2.5.3 酯類物質(zhì)

酯類物質(zhì)主要由醇類和酸類物質(zhì)經(jīng)酯化作用生成，由于大部分酯類物質(zhì)沸點較低，經(jīng)蒸餾易進入基酒，因此是白酒中含量和數(shù)量最多的風味物質(zhì)[19-21]，具有多種水果香氣，是白酒風味的主要組成部分。其主要有兩個生成途徑：①酸類物質(zhì)在微生物體內(nèi)酯化酶的作用下先形成?；o酶A，再與醇類發(fā)生酯化反應生成酯；②通過酸類和醇類化學反應進行，這種途徑較緩慢，所以延長發(fā)酵和儲酒時間可以加強酯化作用，利于增加酒的香氣[22-23]。

在整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中共檢測到25種揮發(fā)性酯類物質(zhì)：甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸異丁酯、乙酸正戊酯、乙酸異戊酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、己酸丁酯、己酸異戊酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、庚酸乙酯、千酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、十四烷酸乙酯、十六烯酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯。酯類物質(zhì)含量變化與酸類物質(zhì)含量變化趨勢相似。回酒發(fā)酵為糟醅體系提供了豐富的乙醇，隨酸類物質(zhì)的增加，酯化作用隨之增強且酯類物質(zhì)隨時間延長逐步累積。

2.6 回酒蒸餾對有機酸的提餾效果分析

為充分揭示窖內(nèi)糟醅發(fā)酵代謝生成風味物質(zhì)狀態(tài)和蒸餾過程對甑內(nèi)糟醅風味物質(zhì)的提取狀態(tài)，為排除因回升酒源自身帶入糟醅體系風味物質(zhì)的影響，本研究采用體積分數(shù)95%vol的乙醇作為蒸餾提香的回升酒源（大生產(chǎn)應用則采用酒頭、酒尾、丟糟黃水酒、包裝車間渣酒等副產(chǎn)品酒）。

2.6.1 回酒蒸餾的糟醅有機酸提取率及產(chǎn)酒量分析

由表1可知，出窖糟醅酸度為4.19 mmol/10 g；回酒蒸餾能明顯提高糟醅產(chǎn)酒量，糟醅產(chǎn)酒量由50 kg/甑增加至763.59 kg/甑，提高約14倍；有機酸提取率增加了7.29%，是未回酒蒸餾提取率的21倍左右。

表1 回酒蒸餾對糟醅產(chǎn)酒量及有機酸提取率的影響Table 1 Effects of Baijiu-returning distillation on Baijiu output and organic acid extraction rate of fermented grains

2.6.2 回酒蒸餾的酒體總酸總酯及風味物質(zhì)提取率分析

由表2可以看出，整粒高粱超長時間發(fā)酵糟醅，采用回酒蒸餾所得酒樣的總酸含量2.22 g/L、己酸乙酯含量3.20 g/L、乙酸含量1.59 g/L，而未回酒直接蒸餾所得酒樣酒體的總酸含量1.17 g/L、己酸乙酯含量1.98 g/L、乙酸含量0.58 g/L。結(jié)果表明，回酒蒸餾酒樣感官評分為95分，較未回酒蒸餾酒樣評分（88分）更高，更具濃香風格的舒適性。

表2 回酒蒸餾對酒樣總酸、總酯及主要風味物質(zhì)含量的影響Table 2 Effects of Baijiu-returning distillation on total acid,total ester and flavor compounds of Baijiu samples

“回酒蒸餾”最早是在認識和揭示濃香型大曲酒蒸餾原理基礎(chǔ)上，通過對釀酒生產(chǎn)實踐的不斷摸索和總結(jié)，開創(chuàng)性地提出了一套上甑糟醅蒸餾技術(shù)[24-26]?；鼐普麴s即通過顯著增加甑內(nèi)糟醅的乙醇量，以強化對甑內(nèi)糟醅體系中酸、酯、醇、醛等風味成分的提取，最終獲得更多量的優(yōu)質(zhì)酒。該技術(shù)方法提香效果明顯，尤其是有機酸的提取量顯著提高，原酒的感官品質(zhì)明顯提升。

3 結(jié)論

使用整粒高粱為原料進入發(fā)酵體系，結(jié)合回酒發(fā)酵、回酒蒸餾的操作工藝，解決了延長發(fā)酵期導致的酒質(zhì)與產(chǎn)酒率之間的矛盾，實現(xiàn)了“提質(zhì)控耗增產(chǎn)”，其中酒樣總酸含量達2.22 g/L，回酒蒸餾工藝糟醅有機酸提取率增加了7.29%，且回酒蒸餾工藝的產(chǎn)酒量相比于不回酒蒸餾提高約14倍。并通過跟蹤研究整粒高粱糟醅發(fā)酵過程中理化指標的動態(tài)變化，探尋了窖內(nèi)超長發(fā)酵過程中的物質(zhì)變化規(guī)律，建立了整粒高粱投料濃香白酒糟醅體系并采用超長發(fā)酵和回酒發(fā)酵、回酒蒸餾等技術(shù)措施的科學理論依據(jù)，成為中國白酒產(chǎn)業(yè)未來生產(chǎn)環(huán)節(jié)高質(zhì)量發(fā)展的支撐。