低溫環境高粱生料與熟料釀酒發酵對比研究

郭雙海 綦希芳 馮文婷 李繼紅

（邯鄲科技職業學院，河北邯鄲 056046）

我國傳統的白酒釀造工藝，是將糧谷類淀粉質原料經蒸煮糊化后，利用大曲等糖化發酵劑進行糖化、發酵，進一步蒸餾而成白酒的過程。隨著生物技術特別是酶工程的快速發展，生料不經蒸煮糊化而直接經糖化發酵劑糖化、發酵進行白酒釀造成為可能。由于生料釀酒是將淀粉質原料直接加曲、加水，經糖化、發酵、蒸餾而成白酒，整個發酵過程是在液態條件下進行，不需要蒸煮糊化、配糟，被稱為釀酒新工藝[1]。

國外對生料發酵的研究較早，但主要集中在生料淀粉經糖化發酵生成酒精領域。1944年有國外專家報道小麥、玉米的生淀粉能迅速被米曲霉的浸出液完全轉化為可發酵性糖。后經研究發現，生淀粉和糊化淀粉酶解的差異只是在水解速率上，一般生料淀粉被水解的速率依次為大米＞小麥＞玉米＞高粱＞馬鈴薯[2]。我國對生料發酵研究起步于20世紀70年代。50年來，許多企業、科研院所在可控的實驗室環境條件下對白酒發酵工藝進行研究，但與真實的生產環境仍有一定差距。

本研究是在環境溫度較低的冬季，以市售北方粳高粱為原料進行的生、熟料發酵釀酒對比試驗，旨在豐富釀酒發酵理論，為提高釀酒出酒率、改善成品酒品質提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料包括市售北方粳高粱40 kg，要求顆粒飽滿、無雜質、無霉變、無蟲蛀；安琪復合型白酒曲；稻殼；可飲用中性水，水的硬度為2.41 mmol/L、pH值為6.8。

試驗器材包括GC-7820A氣相色譜儀，由上?；莘挚茖W分析儀器生產，配備30 m白酒分析專用色譜柱；可測溫不銹鋼發酵罐、200 L液態蒸餾塔、甑鍋等，均為山東申東發酵裝備有限公司生產，使用前用氫氧化鈉對罐體進行清洗，再用清水沖洗備用（洗至廢水的pH值為7即可）；電導率測定儀、酒精測定儀、溫度計、酸度計、酒精計等。

1.2 白酒釀造

1.2.1 原料處理。熟料固態發酵和生料液態發酵工藝分別用粳高粱20 kg、安琪復合型白酒曲（用量是糧食用量的0.6%～0.8%）、稻殼（用量為糧食的20%）。固態發酵工藝與液態發酵工藝對比如表1所示。

表1 固態發酵工藝與液態發酵工藝對比

（1）熟料固態發酵工藝。蒸糧：用80℃以上熱水浸泡高粱24 h，蒸糧50 min使高粱開口率達到5%左右，用80℃左右熱水燜糧50min，再進行復蒸30 min，使高粱開口率達到95%以上，用手一搓即爛不頂手即可。通過蒸糧可使淀粉充分糊化，同時能起到殺菌的目的，還能去除高粱中部分果膠質成分，以減少成品酒中甲醇含量。

蒸糠：選擇新鮮干燥、無雜質、無霉變的稻殼作為疏松劑和保水劑。因為稻殼中含有一定量的果膠與多縮戊糖等成分，釀酒過程中易生成甲醇，拌料時一般用熟冷糠，所以要提前蒸糠（蒸糠用時一般不低于 30 min）。

攤晾、加曲、入罐：蒸熟的糧食攤晾至30℃左右時摻入熟冷稻殼并拌勻，加入白酒曲（提前10 min用溫水活化）并翻拌均勻后入不銹鋼罐密封發酵，入罐溫度在25℃左右。

（2）生料液態發酵工藝。糧食粉碎：用原料量4%的常溫釀造水進行潤糧，表皮收汗后進行粉碎至4～6瓣，以增加酒曲中糖化酶與淀粉的接觸面積，粉碎程度為40目篩通過率約50%；

加曲、加水、入罐：將活化酒曲加入粉碎好的糧食中并翻拌均勻，入罐后按1∶3的比例加入釀造用水并攪拌至沒有團塊，進行密封發酵，入罐溫度在20℃左右。

1.2.2 發酵過程控制。發酵過程主要控制以下幾個方面。

溫度：溫度是微生物生成及保持酶活性的重要因素，發酵時室溫控制在20～30℃最佳，夏季應加強通風降溫，冬季做好保溫工作。生料釀酒過程中，糖化在常溫下即可進行，酒精發酵溫度為13～35℃。溫度低，糖化困難且發酵時間延長，溫度過低，則發酵過程停止；溫度過高（超過40℃），發酵時間短且易產酸。本試驗是在較冷的冬季進行的，環境溫度為10～18℃，沒有采取保溫措施，因而發酵時間較長（共28 d）。熟料發酵過程中，第3天即有刺鼻氣味，生料發酵醪需要每隔3～5 d攪拌1次，氣味刺鼻、有嘶嘶聲，伴有CO2氣泡冒出，說明發酵正常。

pH值：生料發酵工藝中，因高粱未經蒸煮等高溫處理，雜菌數量相對較多，發酵結束后液態醪液pH值為4.6，而固態酒醅pH值為4.8，口嘗微酸。研究顯示，能抑制雜菌生長且不影響生料發酵酶類活性的pH值范圍為3.5～5.0[3]。

含氧量：酒精發酵是厭氧發酵，不需要游離氧參加，若密封不嚴，外界氧氣大量進入，則酵母菌將通過有氧呼吸將糖徹底分解成二氧化碳和水，同時產生大量有害雜菌導致酒醪酸敗，從而降低出酒率[4]。對于固態工藝，封閉發酵罐時，發酵罐里面的空氣足夠糖化及酵母菌增殖所需；而液態發酵，則需要在發酵前期每隔3～5 d對發酵液攪拌1次，以促進酵母菌增殖，15 d后完全封閉即可。

1.2.3 蒸餾。對于固態發酵，用手握緊酒醅，有汁液流出且有酒香、口嘗微酸即可進行蒸餾；對于液態發酵，發酵液顏色變為淡黃色或啤酒色，即證明已發酵完全，或用手指捏發酵容器底部的原料，若無硬心，一捏即化，表明其發酵徹底，可以蒸餾[5]。

對于液態和固態發酵工藝，蒸餾時均需去除約1.0%的酒頭，所摘白酒酒精度至45%vol以下時出現混濁，表示優質酒已接完。45%vol以下白酒因雜味重，不宜飲用，可做酒尾處理。

2種工藝的摘酒溫度均在18℃左右。熟料固態工藝是把發酵好的酒醅利用傳統甑鍋進行蒸餾操作，共摘得6.5 kg 66%vol白酒；生料液態發酵工藝則是將發酵醪液裝入液態蒸餾塔進行蒸餾，摘得5.5 kg 76%vol白酒。

1.3 測定內容與方法

將2種工藝釀制的白酒分別取出50 mL，經降度處理成55%vol后，用氣相色譜儀（乙酸丁酯內標法）進行色譜分析，獲得清香型白酒微量成分含量。

2 結果與分析

2.1 固態發酵工藝與液態發酵工藝出酒率分析

出酒率是衡量發酵是否良好的重要參數，出酒率高的糧食發酵效果良好。將2種工藝所摘取的白酒分別折算為酒精度為55%vol的白酒，則固態發酵取得白酒7.8 kg，液態發酵取得白酒7.6 kg，計算得到固態發酵工藝出酒率為39.0%、液態發酵工藝出酒率為38.0%。數據表明，2種工藝發酵效果接近，出酒率偏低。

因為本研究是在低溫環境下發酵，且2種工藝均為一次發酵、一次蒸餾產酒，沒有對殘余淀粉進行二次發酵，所以出酒率受到較大影響。高粱中含有單寧、花青素等色素成分，其衍生物酚類化合物賦予白酒特有的芳香，但高粱中較多的單寧和色素，對糖化發酵有一定的抑制作用，在熟料發酵時，高溫對單寧和色素有一定的破壞作用，因而熟料發酵的抑制作用相對較弱，生料發酵時原料出酒率會有所下降[6]。

2.2 固態發酵工藝與液態發酵工藝甲醇含量分析

果膠質是生成甲醇的前體物質，釀酒原料經蒸煮后會去除果皮中的部分果膠質成分。在相同摘酒工藝的前提下，未經蒸煮處理的液態發酵工藝生產的白酒，甲醇含量偏高（表2），但均在國家規定（不高于0.4 g/L）的合理范圍內。

表2 固態發酵與液態發酵工藝生產的清香型白酒微量成分含量對比 單位：（g·L-1）

2.3 固態發酵工藝與液態發酵工藝雜醇油含量分析

蒸餾白酒中除乙醇外，還有異戊醇、異丁醇、正丙醇、正己醇、β-苯乙醇等含3個以上碳原子的高級醇，又稱雜醇油。少量雜醇油可賦予白酒特殊的香氣，使酒體豐滿，但超量雜醇油尤其是異戊醇和異丁醇含量過高，會使酒體苦澀、辣口，飲后易出現頭痛、口干等不適癥狀，因而雜醇油含量應控制在一定范圍內。國家標準規定，以糧谷為原料的白酒中高級醇含量要求不超過2 g/L（主要以異戊醇和異丁醇計）。由表2可知，本文2種工藝雜醇油含量均略高于國家標準，固態發酵工藝稍高于液態發酵工藝。

白酒中的雜醇油主要是某些氨基酸在微生物發酵過程中發生脫氨脫羧生化反應而生成，因而原料中蛋白質含量高時，酒中雜醇油含量偏高。由于經過蒸煮的熟料中蛋白質變性后易被微生物分解利用，導致熟料發酵后酒醅中雜醇油含量高于生料發酵醪；發酵周期延長，發酵醪中將會大量積聚高級醇，使雜醇油含量增高[7]；在蒸餾過程中，異戊醇和異丁醇的餾出伴隨餾分酒精度的降低而逐漸減少，導致其在前段酒、中段酒中的含量高于后段酒[8]?；谏鲜鲈?，在蒸餾過程中，應緩火蒸餾、掌握冷卻水溫度，在摘酒過程中掐頭去尾來降低成品酒雜醇油的含量；對于成品酒，也可以通過分子篩、活性炭、硅藻土等適當減少雜醇油的含量，同時能減少低溫條件下成品酒的渾濁現象，提高白酒感官質量和飲酒舒適度[9]。

2.4 固態發酵工藝與液態發酵工藝醛類物質含量分析

乙醛、乙縮醛、糠醛等醛類物質毒性較大，總醛量以不超過0.2 g/L（以乙醛計）為宜，過量會引起燥辣、上頭、焦苦等不適感。試驗數據（表2）顯示，固態發酵工藝產生的總醛含量高于液態發酵工藝，主要是固態發酵過程中添加糠殼所致。由于醛類物質沸點較低，可通過低溫蒸餾、去除酒頭酒尾、貯存陳化等方法降低醛類物質含量。

2.5 固態發酵工藝與液態發酵工藝總酸含量分析

白酒在發酵過程中會產生多種有機酸，可通過蒸餾進入酒中。有機酸是白酒中重要的風味物質，也是形成白酒中香味物質的前體，利于基酒中硫化物等新味物質的揮發，進而促進酒的老熟。因此，總酸含量也是白酒質量的重要指標之一，一般優質清香型白酒基酒總酸含量≥0.6 g/L比較恰當[10]。

試驗數據（表2）顯示，熟料固態發酵工藝總酸含量略高，但2種工藝生產的成品酒中酸類較為單一且總酸含量較低。影響總酸含量的因素主要有以下幾個方面：一是本研究雖然發酵時間較長，但因環境溫度及發酵溫度較低，致使產酸菌繁殖不足，影響后發酵產酸，導致成品酒中總酸含量偏低；二是摘酒時冷卻水溫度低，而酒醅或發酵醪中酒精含量高，會摘出高度成品酒，但不利于高沸點有機酸餾出。試驗表明，后段酒中酸類成分含量較高，過早斷尾會導致中段酒中總酸含量低，生產實踐中，一般要求接酒溫度為25～30℃，這利于低沸點雜質揮發，又能適當增加基酒酸度。另外，如果酒曲糖化力、液化力及發酵力不足，也會導致發酵過程中可發酵糖少、糟醅升溫幅度小、產酸量不足，隨蒸餾進入基酒中的有機酸就少。

2.6 固態發酵工藝與液態發酵工藝總酯含量分析

清香型白酒中乙酸乙酯是主體香，由表2可知，液態發酵工藝與固態發酵工藝乙酸乙酯含量偏低，這與發酵溫度偏低，產酸量較少有直接關系。

2種工藝摘取的成品酒無色透明、無懸浮物、無沉淀，但酒體粗糙、味淡、苦澀味稍重、“新酒”感明顯。由于2種工藝的總酸、總酯含量偏低，雜醇油含量相對偏高，呈“兩低一高”現象，香味物質比例失調，酒質一般，還需要經過貯存或勾調來改善酒質。生料發酵酒曲是生料釀酒的關鍵，可在發酵生產環節加入“產香菌”和酯化酶，以提高總酯含量，改善白酒品質。

3 結論與討論

在較低環境溫度下，無論是熟料固態發酵工藝還是生料液態發酵工藝均是可行的，但熟料固態發酵工藝工序復雜，糧食需經蒸煮，耗能較高；而生料液態發酵工藝糧食不需蒸煮，與傳統釀酒工藝比較，具有節約能源與成本、操作簡便、淀粉質成分不易流失等優點[11]。但在低溫環境下，高粱發酵過程較慢，微生物代謝產物少，部分指標不符合國家標準《清香型白酒》（GB/T 10781.2—2006）中的要求，使得成品酒品質不高。近幾年，雖然很多科研院所從多糧角度進行了生料液態發酵工藝試驗研究[12]，甚至很多企業添加食品添加劑以提升成品酒品質，但隨著《飲料酒術語和分類》（GB/T 17204—2021）和《白酒工業術語》（GB/T 15109—2021）的先后發布實施，以液態發酵工藝生產的白酒為酒基、添加食品添加劑調制而成的“白酒”將歸為配制酒范疇，這會給生料釀酒工藝帶來一場前所未有的變革。