應用安琪釀酒曲糖化工藝的研究

羅 杰，張宿義，2，許德富，馬 蓉，秦 輝，2，李德林，楊 艷，蔡小波，徐 瓊，康承霞，張學成

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國家固態釀造工程技術研究中心，四川瀘州 646000）

白酒是我國傳統的蒸餾酒，與白蘭地、威士忌、伏特加、金酒、朗姆酒、被譽為世界六大蒸餾酒。白酒是以糧食如高粱、玉米等為原料，選用大曲、小曲等為主要糖化發酵劑，經蒸煮、糖化、發酵、蒸餾等工藝而制成的蒸餾酒。白酒已潛移默化地融入了中華兒女的血脈傳承，在我國源遠流長的歷史歲月中，中國白酒和酒類文化無論在其生產技術及產品風格上，皆占有獨特并且重要的地位[1]。

糖化培菌工序是使根霉、酵母菌等微生物在熟糧上生長繁殖，進行二次制曲，為發酵代謝提供發酵動力，同時將淀粉轉化為糖，為發酵提供物質基礎，而不要求徹底完成糖化。糖化培菌的優劣直接影響產酒量。糖化培菌工序作為小曲酒釀造的核心工序，在糧食蒸煮和入池發酵工序間起著承上啟下的作用，如何對糖化過程進行有效管控，對酒質和出酒率的提升至關重要。因此本研究應用安琪釀酒曲對高粱進行糖化，并對糖化過程的各項糖化工藝參數進行優化研究，應用響應面分析方法對安琪釀酒曲用量、糖化時間、糖化糟堆積厚度及糖化溫度等進行優化研究，確定出安琪釀酒曲的最佳糖化工藝參數，有效指導糖化過程的管控管理，以提高產質量。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗耗材：高粱，安琪釀酒曲。

實驗時間：2019年1—4月；實驗地點：某名酒廠釀酒車間。

1.2 糖化工藝單因素優化實驗

1.2.1 加曲量對出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設置為a1、a2、a3和a4，糖化時間b3，糖化溫度（糖化初始溫度）c2，糖化糟厚度d3。糖化結束后，配糟入窖發酵，發酵周期15 d，設置3次實驗平行，測定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.2.2 糖化時間對出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設置為a2，糖化時間b1、b2、b3和b4，糖化溫度（初始溫度）c2，糖化糟厚度d3。糖化結束后，配糟入窖發酵，發酵周期15 d，設置3次平行實驗，測定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.2.3 糖化溫度對出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設置為a2，糖化時間b3，糖化溫度（初始溫度）c1、c2、c3和c4，糖化糟厚度d3。糖化結束后，配糟入窖發酵，發酵周期15 d，設置3次平行實驗，測定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.2.4 糖化厚度對出酒率的影響

糖化過程中，加曲量設置為a2，糖化時間b3，糖化溫度（初始溫度）c2，糖化糟厚度d1、d2、d3和d4。糖化結束后，配糟入窖發酵，設置3次平行實驗，發酵周期15 d，測定不同糖化工藝條件下的出酒率。

1.3 響應面優化糖化工藝

經過單因素實驗，分別設置加曲量（A）、糖化時間（B），糖化溫度（C）和糖化糟厚度（D）作為實驗影響因素，以不同糖化工藝條件下的出酒率（%）作為評價指標，利用Design-Expert10.0.3軟件建立四因素三水平29個實驗點的響應面分析，結合車間實際生產情況，分批次完成實驗。

1.3.1 模型的建立及顯著性檢驗

以出酒率（%）作為因變量，以加曲量（A）、糖化時間（B），糖化溫度（C）和糖化糟厚度（D）作為自變量，采用最小二乘法，建立多元回歸模型，并對模型進行轉換、擬合、方差分析等模型檢驗。

1.3.2 模型分析

根據二元多次模型，采用Design-Expert 10.0.3軟件分析，作出相應的曲面圖和等高線圖，并對曲面圖和等高線圖進行分析，優化糖化工藝。

1.3.3 確定最優工藝參數及實驗驗證

通過實驗測得數據對回歸模型進行預測分析，用Design-Expert10.0.3統計軟件求解回歸方程，確立采用安琪釀酒曲的糖化工藝最佳參數，理論上推算出酒率（%）。采用優化后的糖化工藝條件進行3次平行實驗進行驗證。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果分析

2.1.1 加曲量對出酒率的影響

安琪釀酒曲的添加量對高粱糖化過程起著至關重要的作用，加曲量少，高粱糖化不充分，升溫緩慢或不升溫，微生物的增殖代謝少，產生的還原糖含量少，會導致后期發酵過程中發酵不充分，殘淀多，致使出酒率下降；反之若加曲量太大，則糖化過程升溫快、升溫猛，微生物繁殖代謝快，導致糖化過度，還原糖含量增加，雜菌感染生酸多，淀粉過度消耗，導致后期的發酵過程發酵動力不足，出酒率低。如圖1所示，最佳的加曲量為a2，在該加曲量添加條件下出酒率最高達到51.6%。

圖1 加曲量對出酒率的影響

2.1.2 糖化時間對出酒率的影響

糖化時間是糖化工藝過程的一個重要控制指標，從堆積糖化開始，隨糖化過程的進行，微生物進行繁殖代謝積累發酵過程所需的營養物質及發酵前體物質等，同時伴隨糖化溫度的變化，糖化時間短即糖化不到位（嫩箱），導致微生物和還原糖的積累不足，影響后期的發酵過程，并對出酒率造成一定的影響；糖化時間長即糖化過度（老箱），糖化糟溫度高，還原糖含量高，酒精味重，酸味大，會對后期的發酵過程造成嚴重影響，出酒率明顯下降。因此生產上，糖化過程一般出嫩箱，這樣即使淀粉未被消耗，還可采取措施進行補救，若出老箱導致淀粉消耗，則一般無法挽回損失。如圖2所示，最佳糖化時間為b3，在此糖化時間條件下出酒率最高，達到47.3%。

圖2 糖化時間對出酒率的影響

2.1.3 糖化溫度對出酒率的影響

糖化溫度，即糖化階段的初始溫度。在白酒生產中，溫度占有重要的地位。溫度與糖化及發酵有密切關系，溫度過高，會影響酵母菌等微生物的活力，阻礙發酵，故在生產中要盡可能地把溫度控制在適宜范圍內，使糖化過程順利進行，為后續的發酵產酒做準備。微生物都有一定的適宜生長繁殖的溫度范圍，溫度太低或太高均會對其繁殖代謝產生不利的影響。因此糖化溫度因控制在適宜的范圍內。如圖3所示，最佳糖化初始溫度為c2，在該糖化溫度條件下，出酒率最高，達到48.8%。

圖3 糖化溫度對出酒率的影響

2.1.4 糖化糟厚度對出酒率的影響

糖化糟厚度的增加或減少與糖化時間的主要作用均是調節糖化過程中的糖化溫度，使糖化過程的糖化溫度控制在適宜的范圍內，有效調節糖化過程的微生物繁殖及代謝情況，使糖化過程順利進行，為后期的發酵產酒提供有利條件。如圖4所示，在加曲量a2，糖化時間b3，糖化初始溫度c2條件下，最佳糖化糟厚度為d2 cm，在此條件下的出酒率最高，達到48.9%。

圖4 糖化糟厚度對出酒率的影響

2.2 糖化工藝的響應面研究

通過單因素實驗，確立了高粱糖化過程的主要影響因素，加曲量、糖化時間、糖化溫度、糖化糟厚度，各個因素之間相互影響，為了探究最佳糖化工藝組合參數，采用Box-Behnken響應面法，分析求出各個因素在較低水平時的最優糖化工藝參數組合，以求得出酒率最大化。

根據單因素探究實驗結果，以加曲量（X1）、糖化時間（X2）、糖化溫度（X3）、糖化糟厚度（X4）作為實驗因素，以出酒率（Y）作為評價指標，進行Box-Behnken設計-響應面實驗，分別以a2、b3、c2和d2為中水平設置響應面水平。因素及水平見表1，BBD設計響應面實驗與結果見表2。

2.2.1 響應面實驗結果分析

應用Design-Expert10.0.3軟件實驗數據進行多元回歸擬合，可以分析得出自變量加曲量（X1）、糖化時間（X2）、糖化溫度（X3）、糖化糟厚度（X4）與出酒率之間的回歸方程模型：

出酒率(%)=54.512.95*A-0.77*B+1.13*C-0.55*D+1.57*AB+0.63*AC-1.06*BC+2.89*BD-2.38*CD-5.33*A2-4.71*B2-3.69*C2-5.1*D2?；貧w方程R2=0.9906，由方程分析可知回歸方程模型極顯著(P＜0.0001)，表明該模型與實際擬合良好，實驗方法可靠，方程中各項系數絕對值的大小直接反映了各因素對指標值的影響程度，系數的正負反映了其影響的概率[2]，失擬項表示所用模型與實驗擬合的程度，即二者差異的程度，本研究失擬項不顯著，對模型是有利的，無失擬因素存在，表明所得方程與實際擬合中非正常誤差所占比例小，可以用該回歸方程代替實驗真實點對實驗結果進行分析[3-4]。

表1 因素水平表

表2 高粱糖化工藝BBD設計響應面實驗結果

表3展示了二元回歸分析結果，模型F值105.90，對應的顯著性水平P值小于0.001，達到了顯著性水平，表明本次建立的模型與實際擬合較好，試驗方法可靠，顯著性顯示，加曲量（A）、糖化時間（B）、糖化溫度（C）、糖化糟厚度（D）加曲量-糖化時間交互項（AB）、加曲量-糖化糟厚度（AD）、糖化時間-糖化糟厚度（BD）、糖化溫度-糖化厚度（CD）加曲量二次項（A2）、糖化時間二次項（B2）、糖化溫度二次項（C2）、糖化糟厚度二次項（D2）對因變量出酒率影響顯著，從系數大小可以對影響程度進行排序：加曲量二次項（A2）＞糖化糟厚度二次項（D2）＞糖化時間二次項（B2）＞糖化溫度二次項（C2）＞糖化時間-糖化糟厚度（BD）＞糖化溫度-糖化糟厚度（CD）＞糖化時間-糖化糟厚度（AD）＞加曲量-糖化時間（AB）＞糖化時間-糖化溫度（BC）＞糖化時間-糖化溫度（AC），根據模型方程繪制響應值出酒率對4個因素A、B、C和D的三維效果圖，見圖5。等高線的形狀(圓形或者橢圓)反應交互效應強弱程度，若為圓形交互作用不顯著，若為橢圓則交互作用顯著[5-6]。

表3 出酒率回歸方程的二元多次回歸擬合Box-Behnken實驗設計的方差分析結果

圖5直觀展示了加曲量與糖化時間對出酒率的影響，結合回歸模型可知，二者對出酒率都有影響，在一定范圍內，出酒率伴隨加曲量的增加或糖化時間的延長而增大，響應面曲線越陡峭，則表明該因素對出酒率的影響越大，相應表現為響應值變化的大小。由此可知加曲量對出酒率的影響大于糖化時間。加曲量的多少對糖化過程的糖化速度影響較大，即影響糖化過程的糖化時間，因此加曲量對出酒率的影響大于糖化時間。

圖5 加曲量與糖化時間對出酒率影響的響應面曲面圖

圖6直觀展示了加曲量與糖化溫度對出酒率的影響，結合回歸模型可知，二者對出酒率都有影響，在一定范圍內，出酒率伴隨加曲量的增大或糖化溫度的升高而增大，響應面曲線越陡峭，則表明該因素對出酒率的影響越大，相應表現為響應值變化的大小。由此可知加曲量對出酒率的影響大于糖化溫度。

圖7直觀展示了加曲量與糖化糟厚度對出酒率的影響，結合回歸模型可知，二者對出酒率都有影響，在一定范圍內，出酒率伴隨加曲量的增大或糖化糟厚度的增厚而增大，響應面曲線越陡峭，則表明該因素對出酒率的影響越大，相應表現為響應值變化的大小。由此可知加曲量對出酒率的影響大于糖化厚度。

圖8直觀展示了糖化時間與糖化溫度對出酒率的影響，結合回歸模型可知，二者對出酒率都有影響，在一定范圍內，出酒率伴隨糖化時間或糖化溫度的增加而增加，響應面曲線越陡峭，則表明該因素對出酒率的影響越大，相應表現為響應值變化的大小。由此可知糖化溫度對出酒率的影響大于糖化時間。

圖9直觀展示了糖化時間與糖化厚度對出酒率的影響，結合回歸模型可知，二者對出酒率都有影響，在一定范圍內，出酒率伴隨糖化時間或糖化厚度的增加而增加，響應面曲線越陡峭，則表明該因素對出酒率的影響越大，相應表現為響應值變化的大小。由此可知糖化時間對出酒率的影響大于糖化厚度。

圖6 加曲量與糖化溫度對出酒率影響的響應面曲面圖

圖7 加曲量與糖化糟厚度對出酒率影響的響應面曲面圖

圖8 糖化時間與糖化溫度對出酒率影響的響應面曲面圖

圖9 糖化時間與糖化糟厚度對出酒率影響的響應面曲面圖

圖10 糖化溫度與糖化糟厚度對出酒率影響的響應面曲面圖

圖10直觀展示了糖化溫度與糖化糟厚度對出酒率的影響，結合回歸模型可知，二者對出酒率都有影響，在一定范圍內，出酒率伴隨糖化溫度升高或糖化糟厚度的增厚而增大，響應面曲線越陡峭，則表明該因素對出酒率的影響越大，相應表現為響應值變化的大小。由此可知糖化溫度對出酒率的影響大于糖化糟厚度。

加曲量的多少對糖化時間、糖化溫度和糖化糟厚度均存在較大的影響，因此加曲量對出酒率的影響大于糖化時間、糖化溫度和糖化糟厚度。糖化時間、糖化溫度和糖化糟厚度之間的作用主要在于調節糖化過程中的糖化溫度，使糖化過程中溫度控制在合理的范圍內，促進糖化過程的順利進行，以利于后期發酵產酒。

2.2.2 高粱糖化工藝的確定以及結果驗證

本研究以安琪釀酒曲為研究對象，研究采用安琪釀酒曲對高粱進行糖化的最佳糖化工藝條件，設置最佳出酒率時，分別求得加曲量為a2+0.03%、糖化時間b3-0.35 h、糖化初始溫度c2+0.37℃、糖化糟厚度d2+0.16 cm，此時出酒率55.27%。在生產實際中，結合生產實際情況，選取加曲量為a2、糖化時間b3、糖化初始溫度c2、糖化糟厚度d2 cm，進行3次重復試驗，出酒率為54.25%±0.5%，試驗結果表明，經過響應面擬合出的理論值與實際值較為吻合，表明本研究方案可靠有效。

3 討論

通過對安琪釀酒曲的最佳糖化工藝進行優化研究，確定最佳糖化工藝條件為，加曲量a2、糖化時間b3、糖化初始溫度c2℃、糖化糟厚度d2 cm，在此糖化工藝條件下，出酒率達到54.25%±0.5%，出酒率得到明顯提高。

在對安琪釀酒曲的各項糖化工藝條件進行優化后，后續將對高粱的后續配糟、發酵周期及其他發酵工藝參數條件進行優化研究，以進一步提高酒質和產量。