濃香白酒釀造過(guò)程中黃水定向馴化功能菌窖外發(fā)酵醪的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究

毛洪川，許德富，王勝威，羅 杰，付 鑫，雷 慶，何 璐

（瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000）

濃香白酒是四川白酒產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，以“無(wú)色透明，窖香優(yōu)雅，陳香舒宜，綿甜爽凈，酒體豐滿，余味悠長(zhǎng)”名揚(yáng)海內(nèi)外。在各香型酒中，濃香白酒的產(chǎn)量最大，備受廣大消費(fèi)者青睞，占據(jù)市場(chǎng)份額的70%以上。目前濃香白酒的生產(chǎn)還存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、優(yōu)級(jí)品率低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了濃香白酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如何在保持傳統(tǒng)濃香白酒風(fēng)格的基礎(chǔ)上節(jié)能降耗、提高酒質(zhì)是目前酒類(lèi)行業(yè)研究的重點(diǎn)[1-2]。

黃水是濃香白酒釀造過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物之一，是發(fā)酵過(guò)程中在微生物作用下產(chǎn)生的一種具有明顯酸澀味的黏稠狀液體，其中含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有益微生物菌群、豐富的菌體蛋白以及酯類(lèi)、醇類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)、醛類(lèi)和酮類(lèi)等微量有機(jī)成分，還含有少量的還原糖[3-4]。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中黃水回收利用方式主要為回底鍋蒸餾，造成黃水中大量有機(jī)物及香味成分的損失，黃水綜合利用效率低，同時(shí)黃水伴隨底鍋的排放也為企業(yè)帶來(lái)了廢水處理的壓力[5-6]。因此，本研究通過(guò)對(duì)黃水定向馴化的釀酒微生物類(lèi)群以及豐富物質(zhì)成分的資源化利用，以黃水為生物源，配伍生料麩皮、食用級(jí)乙醇等營(yíng)養(yǎng)源，進(jìn)行密閉培菌發(fā)酵獲得生物發(fā)酵液；生物發(fā)酵液再度配伍食用級(jí)乙醇和生香酶強(qiáng)化發(fā)酵，獲得生物發(fā)酵醪，渣液分離后用于回蒸提香。從原酒提質(zhì)控耗角度可提高黃水的綜合利用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

原料：新鮮黃水、麩皮、95 %食用級(jí)乙醇、生香酶。

試劑：酚酞指示液（10 g/L）、氫氧化鈉（0.1 mol/L）、硫酸（0.1 mol/L），標(biāo)準(zhǔn)品（色譜純），上海Aladdin 股份有限公司。

儀器設(shè)備：恒溫培養(yǎng)箱，0.1 mg 電子天平(梅勒-托利多儀器(上海) 有限公司)；Agilent7820A 氣相色譜儀（美國(guó)安捷倫公司）。

GC條件：色譜柱：CPWAX 57 CB（50 m×0.25 mm×0.20 μm）；進(jìn)樣口溫度：240 ℃，檢測(cè)器溫度：250 ℃；載氣：氮?dú)猓?9.9 %）、氫氣（99.9 %）、空氣（99.9%）；載氣流量:20 mL/min；分流比：20∶1；進(jìn)樣量：1 μL。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 方案設(shè)計(jì)

抽取新鮮黃水為生物源，添加麩皮為微生物發(fā)酵產(chǎn)酸提供能源物質(zhì)，采用95 %食用級(jí)乙醇調(diào)節(jié)發(fā)酵體系酒精度，密閉發(fā)酵7～15 d 后制得復(fù)合發(fā)酵液。向制得的發(fā)酵液中添加適量的生香酶密閉發(fā)酵7～15 d，進(jìn)行產(chǎn)香發(fā)酵，促進(jìn)微量香味物質(zhì)的生成。發(fā)酵醪工藝優(yōu)化完成后，向發(fā)酵醪體系添加95 %食用級(jí)乙醇調(diào)節(jié)發(fā)酵體系酒精度至60 %vol終止發(fā)酵，并將制得的發(fā)酵醪應(yīng)用于濃香白酒生產(chǎn)回蒸，提高原酒的優(yōu)級(jí)品率。

1.2.2 發(fā)酵液實(shí)驗(yàn)方法

以黃水為生物源，添加麩皮和95 %食用級(jí)乙醇調(diào)節(jié)發(fā)酵體系酒精度，進(jìn)行發(fā)酵液的實(shí)驗(yàn)條件研究。發(fā)酵過(guò)程中每間隔4 d 取發(fā)酵液液體，檢測(cè)其總酸、總酯含量，發(fā)酵期15 d。先進(jìn)行單因素試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行探索，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

發(fā)酵容器采用250 mL 錐形瓶，發(fā)酵體系裝液量200 mL。先向錐形瓶中注入100 mL 黃水，通過(guò)添加95%食用級(jí)乙醇和蒸餾水調(diào)節(jié)酒精度至實(shí)驗(yàn)所需，調(diào)節(jié)酒精度后發(fā)酵溶液體積為200 mL，按試驗(yàn)要求添加麩皮后混勻，密閉發(fā)酵7～15 d 制得發(fā)酵液。每一方案做6 個(gè)平行實(shí)驗(yàn)樣，每間隔4 d 取其中一個(gè)平行樣檢測(cè)其總酸總酯含量，根據(jù)總酸總酯含量的變化情況，確定具體發(fā)酵時(shí)間。

1.2.3 發(fā)酵醪實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

向發(fā)酵成熟的發(fā)酵液中按表1 方案依次添加生香酶后密閉發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程中每間隔4 d 檢測(cè)發(fā)酵醪中總酸、總酯含量，發(fā)酵周期15 d。

表1 發(fā)酵醪實(shí)驗(yàn)發(fā)酵體系生香酶添加梯度單因素實(shí)驗(yàn)

發(fā)酵容器采用250 mL 錐形瓶，發(fā)酵體系裝液量200 mL。按試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)分裝至錐形瓶中并添加不同量的生香酶，混勻后密閉發(fā)酵7～15 d，每一方案做6 個(gè)平行，每間隔4 d 取其中一個(gè)平行樣檢測(cè)其總酸、總酯含量，根據(jù)總酸、總酯含量的變化情況，確定具體發(fā)酵時(shí)間，發(fā)酵結(jié)束后將制得的發(fā)酵液用95 %食用級(jí)乙醇調(diào)節(jié)酒精度至60 %vol 備用。生物發(fā)酵液及生物發(fā)酵醪發(fā)酵過(guò)程中每5 d 檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵液總酸、總酯數(shù)據(jù)變化。

生物發(fā)酵醪工藝優(yōu)化完成后，按照優(yōu)化后的工藝條件進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，制備生物發(fā)酵醪，將制得的生物發(fā)酵醪應(yīng)用于濃香白酒回蒸（液體回升底鍋，渣子拌和上甑糟），將生物發(fā)酵醪回蒸的酒樣進(jìn)行感官嘗評(píng)及色譜數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素（麩皮）發(fā)酵液實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果分析（圖1）

圖1 不同麩皮用量各試驗(yàn)組總酸總酯指標(biāo)對(duì)比

如圖1（A）所示，生物發(fā)酵液的起始總酸在16.5～17 g/L，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，在不同麩皮用量梯度條件下總酸含量緩慢增加，總酸含量在發(fā)酵前期增長(zhǎng)緩慢，在發(fā)酵后期增長(zhǎng)較快，至發(fā)酵結(jié)束總酸含量達(dá)到18～18.5 g/L，總酸含量增幅在1.63～1.88 g/L。發(fā)酵結(jié)束后總酸含量高低順序依次為麩皮用量3%＞5%＞1%＞0%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明未添加麩皮的總酸含量最低，添加麩皮發(fā)酵的總酸含量略高于未添加麩皮。發(fā)酵液中添加麩皮后為發(fā)酵液中微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了一定營(yíng)養(yǎng)，有利于微生物的生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致微生物產(chǎn)酸增加。發(fā)酵液體系的總酸含量較高對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖存在一定的抑制作用，所以添加麩皮后總酸的增加不明顯。

圖1（B）為不同麩皮添加量條件下的總酯含量變化情況，隨發(fā)酵的進(jìn)行總酯含量緩慢增加，發(fā)酵液起始總酯含量在6.1 g/L，至發(fā)酵15 d 發(fā)酵結(jié)束，總酯含量在6.82～6.94 g/L，總酯含量增幅在0.6～0.9 g/L，總酯含量相互之間無(wú)明顯差異，基本與總酸的含量變化相一致。總酯含量與各類(lèi)有機(jī)酸的含量多寡密切相關(guān)，因此總酯含量的變化亦是前期增長(zhǎng)緩慢，后期增長(zhǎng)較快。

綜上所述，麩皮用量越大總酸的增長(zhǎng)量越大，但麩皮用量增加，會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵液中固體物的增加，不利于后續(xù)的發(fā)酵處理及使用。因此麩皮用量采用1 %較為適宜，在該用量條件下總酸增長(zhǎng)量較大。

2.2 單因素（酒精度）發(fā)酵液實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果分析（圖2）

圖2 不同酒精度各試驗(yàn)組總酸總酯指標(biāo)對(duì)比

乙醇作為微生物發(fā)酵代謝的中間產(chǎn)物及合成各類(lèi)酯的前體物質(zhì)，其含量多寡對(duì)微生物生長(zhǎng)代謝存在一定影響。乙醇含量在一定范圍內(nèi)可促進(jìn)微生物生長(zhǎng)代謝生酸產(chǎn)酯，乙醇濃度超過(guò)一定量后則會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生抑制作用。同時(shí)乙醇是生成各類(lèi)酯的前體物質(zhì)，乙醇含量多則生成的酯多[7-8]。

酒精度梯度單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示，酒精度梯度分別為3 %vol、5 %vol、8 %vol 和10 %vol。如圖2（A）所示，不同乙醇濃度條件下初始總酸含量在16.53～16.74 g/L，隨發(fā)酵的進(jìn)行總酸含量緩慢增加，至發(fā)酵結(jié)束總酸含量達(dá)到18～18.35 g/L?？偹岷孔罡叩臑橐掖紳舛?%vol的發(fā)酵液，因此酒度選擇5%vol 較為適宜。

如圖2（B）所示，不同酒精度梯度條件下的初始總酯含量在6.15～6.33 g/L，至發(fā)酵結(jié)束總酯含量在7.08～7.33 g/L，總酯含量增幅在0.86～1.07 g/L。隨乙醇濃度的增加，總酯含量逐漸增加，當(dāng)酒精度提高至10 %vol 時(shí)，總酯含量略有下降，這是因?yàn)殡S著乙醇含量的增加，為微生物的生長(zhǎng)代謝提供了前體物質(zhì)，同時(shí)對(duì)醇與酸的酯化作用起到了促進(jìn)作用[9-10]，因此總酯含量逐漸增加。隨著乙醇含量逐漸加大，過(guò)量的乙醇會(huì)對(duì)酯化酶產(chǎn)生抑制作用，因此總酯含量略有下降。

綜上所述，乙醇濃度梯度選用5 %vol 較為適宜，該酒精度亦是黃水原有酒精度范圍，有利于保持黃水中微生物及各類(lèi)酶的活性，促進(jìn)生酸產(chǎn)酯。

2.3 麩皮用量和酒精度梯度正交試驗(yàn)結(jié)果分析（圖3）

圖3 麩皮用量和酒精度梯度正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)總酸總酯含量變化情況

圖3（A）為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)總酸含量變化情況圖，如圖所示，發(fā)酵起始總酸含量在17.03～17.22 g/L，至發(fā)酵15 d發(fā)酵結(jié)束總酸含量在18.54～18.83 g/L，其中A1B1方案的總酸含量最高達(dá)到18.83 g/L。

圖3（B）為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)總酯含量變化情況圖，如圖所示，發(fā)酵起始總酯含量在6.16～6.34 g/L，隨發(fā)酵液發(fā)酵酯化的進(jìn)行，總酯含量緩慢增加，至發(fā)酵15 d 發(fā)酵結(jié)束，總酯含量在7.24～7.42 g/L，其中總酯含量最高為A1B1 方案的7.42 g/L，其次為A1B2和A2B2方案。

結(jié)合正交試驗(yàn)總酸總酯含量結(jié)果分析，發(fā)酵結(jié)束后，A1B1 方案發(fā)酵制得的生物發(fā)酵液總酸和總酯含量均較高。

2.4 發(fā)酵醪實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果分析（圖4）

圖4 不同生香酶用量發(fā)酵醪總酸總酯變化

向已經(jīng)發(fā)酵成熟的發(fā)酵液中添加不同量生香酶，繼續(xù)進(jìn)行密閉發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程中每間隔4 d 檢測(cè)發(fā)酵醪中的總酸、總酯含量，發(fā)酵過(guò)程中的總酸、總酯含量變化如圖4所示。

如圖4（A）所示，不同生香酶添加量條件下，起始總酸含量在18.5 g/L 左右，隨生物發(fā)酵醪發(fā)酵的進(jìn)行，總酸含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，發(fā)酵前期0～4 d 總酸含量緩慢增加，4～12 d 總酸含量增長(zhǎng)較快，至發(fā)酵15 d 發(fā)酵期結(jié)束總酸含量達(dá)到19.73～20.54 g/L，并且主要由乙酸、乳酸等酸類(lèi)構(gòu)成。

如圖4（B）所示，發(fā)酵醪中不同生香酶用量條件下，起始總酯含量在7.30 g/L左右，隨發(fā)酵醪發(fā)酵的進(jìn)行總酯含量逐漸增加，至發(fā)酵結(jié)束總酯含量達(dá)到8.15～8.38 g/L。

酯類(lèi)是回甑蒸餾提香主要利用的香味物質(zhì)，3%生香酶添加量下總酸、總酯絕對(duì)增加量分別為1.53 g/L、1.03 g/L，總酯含量增加最多，該生香酶添加量較為適宜。

2.5 發(fā)酵醪蒸餾酒樣色譜數(shù)據(jù)及感官分析

向發(fā)酵結(jié)束后的發(fā)酵醪體系添加95%食用級(jí)乙醇調(diào)節(jié)發(fā)酵體系酒精度至60%vol 終止發(fā)酵，并將發(fā)酵醪渣汁分離，醪液回升底鍋、渣汁拌和上甑糟蒸餾，蒸餾酒醅取同一窖池同一層次按相同配料進(jìn)行拌糟上甑蒸餾。取等量傳統(tǒng)黃水為對(duì)比進(jìn)行蒸餾酒樣的色譜及感官鑒定。由5 位白酒評(píng)委采用暗評(píng)法按照感官評(píng)價(jià)表2 嘗評(píng)打分，感官分析見(jiàn)表3。

表2 濃香型原酒嘗評(píng)打分表

表3 原酒感官分析表

白酒中的酯類(lèi)是影響白酒風(fēng)味的重要因素[11-12]，我國(guó)名優(yōu)白酒多以乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯四大酯類(lèi)為主[13]。結(jié)合圖5 及表3，可以看出發(fā)酵醪用于回蒸取酒對(duì)于酒體質(zhì)量有較明顯的提升，發(fā)酵醪組四大酯含量豐富、比例較協(xié)調(diào)，有窖香、糧香，具有濃香白酒典型風(fēng)格?；卣酎S水組乙酸乙酯、乳酸乙酯偏高，四大酯量比失衡，口感澀味明顯。

圖5 發(fā)酵醪蒸餾酒樣及對(duì)比酒樣色譜數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)黃水定向馴化的釀酒微生物類(lèi)群以及豐富物質(zhì)成分的資源化利用，分步研究制得發(fā)酵液、發(fā)酵醪，并將發(fā)酵醪用于回蒸提香，提高了黃水的綜合利用價(jià)值。

研究發(fā)現(xiàn)A1B1 方案發(fā)酵制得的生物發(fā)酵液總酸和總酯含量均較高（總酸18.83 g/L、總酯7.42 g/L），結(jié)合不同生香酶添加量研究，生香酶添加量為3%較為適宜，在該生香酶用量條件下總酸含量達(dá)到20.01 g/L，并且主要由乙酸、乳酸等酸類(lèi)構(gòu)成，總酯含量達(dá)到8.36 g/L。發(fā)酵醪用于回蒸取酒對(duì)于酒體質(zhì)量有較明顯的提升，發(fā)酵醪組四大酯含量豐富、比例較協(xié)調(diào)，有窖香、糧香，具有濃香白酒典型風(fēng)格。回蒸黃水組乙酸乙酯、乳酸乙酯偏高，四大酯量比失衡，口感澀味明顯。

后續(xù)將繼續(xù)優(yōu)化發(fā)酵醪的中試實(shí)驗(yàn)研究，提高發(fā)酵醪產(chǎn)酸產(chǎn)酯能力，進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)酵醪應(yīng)用于回窖發(fā)酵、回蒸提香工藝參數(shù)，提高黃水的綜合利用價(jià)值。