瀘型酒新老窖池酒醅理化指標變化的分析研究

王思濃，張宿義，，鐘世榮，敖宗華，楊 艷，賈勇磊，賈俊杰，李壽富，薛瑞琪，張榆俊，劉芮荻

(1.四川輕化工大學，四川宜賓 644000；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；3.國家固態(tài)釀造工程技術研究中心，四川瀘州 646000；4.瀘州老窖集團有限責任公司，四川瀘州 646000)

白酒是我國傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵的蒸餾酒。瀘型酒是中國四大基本香型白酒之一，因其獨特的發(fā)酵工藝和典型的風味特征而被廣泛消費[1-2]。窖池是瀘型酒的主要發(fā)酵容器，集糖化、發(fā)酵、酯化等多種生化反應為一體，與提升酒質(zhì)相關的厭氧功能菌群隨著發(fā)酵時間的延長在窖池中不斷得到馴化和富集。酒醅是瀘型酒釀造過程的重要載體，其豐富的營養(yǎng)成分為微生物提供了生長繁殖代謝所需的營養(yǎng)。酒醅中的功能微生物與窖池的特殊微環(huán)境共同建立了適合釀造優(yōu)質(zhì)酒的微生態(tài)系統(tǒng)，故而有“窖齡老，酒才好”的說法。研究發(fā)現(xiàn)不同窖齡的窖池在不同程度上影響酒醅發(fā)酵及微生物演替模式[3]。目前關于新、老窖池的酒醅研究多為采用高通量測序技術分析微生物群落結構的差異，有助于更好地理解酒醅微生物群落的多樣性和分類組成[4]，而對于其發(fā)酵過程中不同空間層次的酒醅缺少系統(tǒng)性的研究。本研究的目的在于探索不同窖齡窖池的不同空間層次酒醅的各項理化指標的變化規(guī)律，揭示酒醅在整個發(fā)酵周期的變化規(guī)律，為生產(chǎn)提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒醅樣品：取自四川某酒廠。

試劑及耗材：酚酞、氫氧化鈉、鹽酸、葡萄糖、次甲基藍、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、丙三醇等，所有試劑均購于瀘州市聚合化工有限公司，除標注外，所用試劑均為分析純。

儀器設備：Anton Pear DMA5000M 酒類分析儀，奧地利安東帕（中國）有限公司；電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；MLS-375L 全自動滅菌鍋，日本日立公司；DHG-9070(A)電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；DL-1 電爐，北京永光明醫(yī)療儀器有限公司。

1.2 試驗方法

對發(fā)酵過程中不同窖齡的不同空間層酒醅的理化指標進行分析，包括水分、淀粉、酸度、還原糖和乙醇含量。具體測定方法參考書目《瀘型酒技藝大全》[5]。

1.2.1 樣品處理

樣品采集：本實驗的酒醅樣品采集自正常生產(chǎn)的3 年和30 年的窖池。分別取不同層次的入窖0 d、7 d、14 d、21 d、28 d、42 d、56 d 和出窖的酒醅樣品，新老窖池各選取三口窖池作為平行取樣，樣品檢測指標取三口窖池的平均值。按窖池深度差異分為上、中、下三層，每層采用5 點取樣法取樣，放入無菌袋密封，并置于-20 ℃下保存，及時進行理化指標的檢測。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

采用軟件excel 和origin 進行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 發(fā)酵過程中酒醅淀粉含量變化

釀酒生產(chǎn)中原料的淀粉必須經(jīng)過糊化，生產(chǎn)中是通過蒸煮和潤糧實現(xiàn)原料的糊化以提供給微生物，使其能完成正常生長繁殖及代謝活動。跟蹤發(fā)酵過程中新老窖池不同空間層次酒醅的淀粉變化趨勢，可以更清楚地了解不同空間層次淀粉的利用情況，以達到生產(chǎn)合理配料及減低成本提高原料利用率的目的。發(fā)酵過程中酒醅淀粉含量變化見圖1。

從圖1 可以看出，新窖池上、中、下層酒醅在入窖時的淀粉含量分別為19.69 %、19.65 %和19.01 %，發(fā)酵結束時降低至11.15 %、11.21 % 和10.65 %；老窖池在入窖時的淀粉含量分別是19.67 %、20.07 % 和21.39 %，發(fā)酵結束后降低至13.34%、12.11%和11.27%。新、老窖池的淀粉利用率都是下層＞中層＞上層，老窖池的下層淀粉利用率更高，可能是下層酒醅發(fā)酵的過程中有黃水存在，微生物代謝活動更為活躍，淀粉液化、糖化速率更高，對淀粉的消耗作用更為顯著。結合圖4 分析可得，乙醇含量隨酒醅淀粉的不斷消耗而增長，直至淀粉濃度達臨界值時結束，說明乙醇主要是由淀粉轉化而生成的[6]。老窖池上層酒醅發(fā)酵后期殘余淀粉相對高于新窖池上層酒醅，新窖池上層酒醅在發(fā)酵后期乙醇含量高于老窖池上層酒醅乙醇含量，說明了醇含量隨酒醅淀粉含量的減少而增長。整體看來新、老窖池隨著發(fā)酵時間的延長，不同空間層次的酒醅粗淀粉含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，這符合微生物生長及繁殖代謝消耗淀粉的規(guī)律。在發(fā)酵初期，上層和中層的氧氣相對豐富，微生物特別是霉菌繁殖旺盛，產(chǎn)生大量糖化酶，可以快速地將淀粉質(zhì)原料等大分子物質(zhì)降解，粗淀粉下降較快，和張文學等[7]的研究一致。

圖1 新老窖池發(fā)酵過程中酒醅淀粉含量的變化

2.2 發(fā)酵過程中酒醅還原糖含量變化

酒醅中的還原糖作為微生物主要的能源及碳源物質(zhì)，在整個發(fā)酵過程中逐漸被利用消耗殆盡。酒醅在發(fā)酵初期，淀粉含量較高，且細菌、芽孢桿菌、霉菌、酵母菌等迅速繁殖使得糖化酶活升高，導致還原糖含量增加。發(fā)酵過程中酒醅還原糖含量變化見圖2。

圖2 新老窖池發(fā)酵過程中酒醅還原糖含量的變化

從圖2 可以看出，隨著發(fā)酵的進行，酒醅中還原糖含量呈現(xiàn)先上升后階段式下降的趨勢[8]。新窖池酒醅上層、中層和下層的還原糖含量在入窖時分別是1.06 %、1.04 %和0.92 %到發(fā)酵結束的0.64%、0.56%和0.37%；老窖池酒醅上、中、下層的還原糖含量分別是1.13%、1.68%和1.52%到發(fā)酵結束時的1.95%、0.65%和0.41%。還原糖前期很快達到最高值，中期還原糖快速降低，在發(fā)酵后期，微生物發(fā)酵減弱，乙醇生成量降低，酵母消耗還原糖速率減弱，下降幅度趨緩[9]。新窖池在發(fā)酵第7～25 天之間下層酒醅還原糖變化幅度明顯，還原糖含量高于上層、中層酒醅，上層、中層酒醅還原糖含量和變化趨勢在整個發(fā)酵過程中接近；老窖池在發(fā)酵42 d 之后，上層酒醅還原糖含量高于中、下層酒醅，中、下層酒醅還原糖含量和變化趨勢在整個發(fā)酵過程中接近。在發(fā)酵初期還原糖含量最高，隨發(fā)酵的進行，中后期呈波動式下降。由圖2 可知，發(fā)酵前7 d 由于酒醅中淀粉含量較高，酒醅中溶解氧含量高，霉菌等大量繁殖，淀粉糖化速率快，糖化作用旺盛，新老窖池不同空間層次酒醅中的還原糖含量迅速上升。隨著發(fā)酵時間的延長，酒醅中的淀粉含量逐漸降低，淀粉轉化為還原糖的速率降低，此外，酵母菌等兼性厭氧微生物大量繁殖，使得窖池溫度升高，還原糖被大量消耗利用，即淀粉轉化為還原糖的速率不及還原糖消耗速率，所以還原糖含量逐漸下降[10]，和趙東等的研究趨于一致[11]。

2.3 發(fā)酵過程中酒醅水分變化

白酒發(fā)酵過程與微生物息息相關，淀粉的糊化、糖化及微生物生長代謝活動和維持正常生理狀態(tài)都需要適宜的水分，適宜的水含量可以調(diào)節(jié)窖內(nèi)溫度，有助于降低發(fā)酵酒醅的酸度。因此，水分的高低同窖內(nèi)發(fā)酵密切相關，并且影響整個周期的產(chǎn)量和質(zhì)量[12]，含量過高或過低對釀酒生產(chǎn)都有不利的影響。發(fā)酵過程中酒醅水分變化見圖3。

從圖3 可以看出，在新老窖池酒醅的發(fā)酵過程中，上、中、下層酒醅的水分都隨著發(fā)酵時間的延長而逐漸上升。新、老窖池的水分上升幅度有所差異，老窖池不同空間層的水分差別較大。從數(shù)據(jù)對比來看，新窖池上、中、下層酒醅在發(fā)酵的過程中各個層次的水分大小較為接近，在發(fā)酵第56 天左右酒醅整體含水量開始呈現(xiàn)下降趨勢。老窖池酒醅發(fā)酵7 d之后，上、中、下層含水量差異較大，變化規(guī)律更明顯，可能是老窖池中的酒醅整體發(fā)酵更為徹底所導致的。新窖池發(fā)酵初期上層水分急劇上升，高于中層、下層，這可能是由于新窖池在發(fā)酵初期上層酒醅的溶氧量和營養(yǎng)物質(zhì)豐富，微生物在生長繁殖過程中產(chǎn)生大量水分。當進入主發(fā)酵期，產(chǎn)乙醇的同時也會產(chǎn)生一部分的水，所以不同層次酒醅水分是持續(xù)上升的。老窖池上層變化不明顯，下層水分增長較快，可能是在發(fā)酵后期，由于重力的作用會使上層、中層的水分向下沉降，所以老窖池下層的水分大于上層、中層[13]。

2.4 發(fā)酵過程中酒醅乙醇含量變化

母糟中的乙醇含量是判斷發(fā)酵正常與否的主要指標之一。在瀘型酒固態(tài)發(fā)酵過程中，酵母菌、細菌及根霉都能將葡萄糖發(fā)酵成酒精，只是發(fā)酵機理有所區(qū)別[14]。跟蹤發(fā)酵過程中新、老窖池酒醅的乙醇含量變化趨勢，可以清楚地了解乙醇的產(chǎn)生情況和不同空間層次酒醅的乙醇含量差別。發(fā)酵過程中酒醅乙醇含量變化見圖4。

如圖4 所示，新、老窖池上、中、下層酒醅中的乙醇含量均不斷上升，和李璇[15]、陳珊[16]等的研究相一致。發(fā)酵前期，酒醅中的主要反應即為微生物將還原糖轉化為乙醇，乙醇含量迅速上升；在發(fā)酵后期，酒醅中主要反應轉變?yōu)樯?。新窖池酒醅上、中、下三層的乙醇含量?～7 d 無明顯變化，7～28 d 中層酒醅的乙醇含量明顯高于上、下層。老窖池酒醅在發(fā)酵的0～7 d，上、中層酒醅乙醇含量無明顯變化，下層酒醅乙醇含量大于上層和中層并保持上升狀態(tài)，發(fā)酵中期上層、中層、下層的乙醇含量持續(xù)上升。新窖池上層酒醅在第56 天乙醇含量呈現(xiàn)上升趨勢，結合圖5A 新窖池酸度數(shù)據(jù)可以看出，該時期上層酒醅酸度低，說明酸醇酯化反應酒精消耗量少，酒精含量有所積累，呈上升趨勢；發(fā)酵56 d 后，乙醇含量達到頂峰，新窖池酒醅的乙醇含量在56 d 上層、中層、下層分別是4.568 %、4.168 %、4.244 %，發(fā)酵結束分別是4.716 %、3.745%、2.812%。老窖池酒醅乙醇含量在56 天上層、中層、下層分別是3.931%、4.127%、4.248%，發(fā)酵結束分別是3.593%、3.224%、3.433%。新、老窖池酒醅乙醇含量在發(fā)酵前期持續(xù)上升，第56 天以后隨即下降，這是由于乙醇參與酯化作用和作為碳源被微生物所消耗[17-18]。

圖4 新老窖池發(fā)酵過程中酒醅乙醇含量的變化

2.5 發(fā)酵過程中酒醅酸度變化

酒醅的酸度是衡量母糟發(fā)酵是否正常的依據(jù)之一。測定發(fā)酵過程中酒醅的酸度，可判斷發(fā)酵是否正常，對生產(chǎn)具有指導意義。在固態(tài)發(fā)酵過程中，微生物的代謝必然會產(chǎn)生各種酸類，多伴隨乙醇生成，故在產(chǎn)酒發(fā)酵中酒醅酸度與酒精含量變化趨勢大致相同，均隨著發(fā)酵時間的延長而增加[19]。酸是酒體中重要的風味物質(zhì)，酒醅中適當?shù)乃岫瓤梢砸种撇糠钟泻﹄s菌的生長繁殖并參與酯化過程，促進呈香呈味物質(zhì)的形成。通過跟蹤酒醅的酸度變化可以反映有機酸含量的變化規(guī)律，反映微生物的代謝情況[20]。發(fā)酵過程中酒醅酸度變化見圖5。

由圖5 可知，新、老窖池在發(fā)酵過程中酒醅酸度都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，和張霞等[21]的研究結果相一致。在發(fā)酵前期酒醅酸度緩慢增加，而在發(fā)酵時間達到28 d 之后，酒醅中的酸度急劇增加，這和唐賢華等[22]的研究相一致?？梢钥闯?，下層酒醅酸度大于中層大于上層，可能是由于發(fā)酵后期微生物代謝產(chǎn)酸導致酸度增大。老窖池酒醅的酸度明顯大于新窖池，發(fā)酵結束時，新窖池上、中、下層的酸度分別為1.73 mmol/10 g、3.15 mmol/10 g 和3.56 mmol/10 g，老窖池上、中、下層的酸度分別為1.99 mmol/10 g、4.15 mmol/10 g 和4.55 mmol/10 g。不同窖齡、不同層次的微生物菌群結構的不同，老窖池有更多代謝產(chǎn)酸的微生物。隨著發(fā)酵的不斷進行，中層及下層厭氧和兼性厭氧微生物代謝逐漸旺盛，是發(fā)酵中后期中層、下層酒醅酸度急劇升高的原因之一。新、老窖池酒醅酸度均增加明顯，這是因為邊糖化邊發(fā)酵過程中多種微生物共同作用生成了有機酸類物質(zhì)[23]。老窖池在產(chǎn)酸階段產(chǎn)生大量有機酸，酸類物質(zhì)增多，主要有乙酸、丁酸、己酸和乳酸等，是細菌代謝作用的結果，并且酸度變化快慢與細菌、芽孢桿菌代謝強弱有較密切的聯(lián)系[24]。發(fā)酵后期老窖池中層和下層酸度顯著增加，也可能是酒醅接觸窖泥的面積較大，窖泥中的己酸還原菌和乳桿菌增多造成的[25]。

圖5 新老窖池發(fā)酵過程中酒醅酸度的變化

3 結論

通過對瀘型酒新、老窖池不同空間層次發(fā)酵過程中酒醅理化指標變化規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)在整個發(fā)酵過程中新、老窖池酒醅水分和酸度隨發(fā)酵時間的增加逐漸升高，且老窖池各層次的酒醅酸度含量普遍高于新窖池。新窖池酒醅在發(fā)酵過程中水分大小較為接近，發(fā)酵后期酒醅整體含水量開始下降，老窖池則呈現(xiàn)整體平穩(wěn)上升的趨勢，說明老窖池酒醅發(fā)酵更穩(wěn)定。此外，發(fā)酵過程酒醅中淀粉被不斷消耗，在微生物作用下產(chǎn)生水分、酸類物質(zhì)和乙醇，老窖池在發(fā)酵時間達到56 d 后，乙醇含量出現(xiàn)峰值，新窖池上層酒醅乙醇含量持續(xù)緩慢增加，這說明濃香型白酒發(fā)酵后期，主要進行酸醇酯化反應，新窖池上層酒醅因有機酸含量低，酯化反應底物不足，酒精有積累現(xiàn)象；新窖池酒醅在發(fā)酵前期下層酒醅還原糖含量普遍高于中上層，老窖池在發(fā)酵后期上層酒醅還原糖含量高于中下層。數(shù)據(jù)說明，老窖池酒醅發(fā)酵更穩(wěn)定，產(chǎn)酸生酯能力優(yōu)于新窖池。由此可見，不同窖齡、不同空間層次各理化指標的變化幅度不同，會導致微生物的生產(chǎn)環(huán)境與繁殖水平出現(xiàn)差異。跟蹤監(jiān)測發(fā)酵過程中不同窖齡不同空間層次的酒醅理化指標，可以更好的了解和判定酒醅的發(fā)酵情況，為實際生產(chǎn)控制提供數(shù)據(jù)參考和理論指導。