老化窖池與常規窖池的窖泥特性與發酵性能比較

2015-12-20 02:00:40余有貴張文武徐傳鴻馬利群楊志龍

食品與機械 2015年1期

余有貴張文武曹樂徐傳鴻馬利群楊志龍

（1.邵陽學院生物與化學工程系，湖南邵陽 422000；2.湖南湘窖酒業有限公司，湖南邵陽 422000）

濃香型大曲酒的釀酒過程采用續糟配料、混蒸混燒、泥窖固態發酵、固態蒸餾工藝，以泥窖窖池為基礎，發酵過程是棲息在窖池糟醅、窖泥中的龐大微生物區系在糟醅固、液、氣三相界面復雜的物質能量代謝過程［1，2］，原輔料、糖化發酵劑、自然生態環境、生產工藝、設備等因素影響著產品的質量［3－5］。近年來，有一些關于窖泥老化、人工老窖方面報道，窖泥制作過程中過量添加化學藥品、生產過程使用鐵質工具、生產工藝水分偏小、長期發酵造成的酸度偏大、入池溫度偏高等，使得窖泥有益微生物數量下降和形成乳酸亞鐵、乳酸鎂和乳酸銅結晶［6，7］，通過改變窖泥配方、改變窖泥功能菌的種類和數量、改變窖泥的理化特性、適當調整生產工藝等措施提高人工老窖的質量［8，9］。人工老窖使用一段時間后，窖泥老化會影響酒的品質［10，11］，但目前缺少系統的比較研究和機理探究。本研究擬以湖南湘窖酒業有限公司的窖池為對象，研究老化窖池與常規窖池在窖泥特性、發酵酒醅理化特征、發酵新酒質量和原料出酒率方面的差異，旨在揭示兩者差異的原因，為窖池養護與合理使用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 主要材料

窖池來源：選自湖南湘窖酒業有限公司濃香二號釀酒車間一區，其中老化窖池和常規窖池各為6個，均為同期建窖的人工老窖窖池；

窖泥來源：窖泥從每個窖的窖壁取樣；

酒醅來源：發酵結束后，去除面醅后的中上層酒醅；

高粱：新鮮、干燥，顆粒飽滿，無雜質、無霉變、無蟲蛀，湖南湘窖酒業有限公司。

1.1.2 主要試劑

氫氧化鈉、無水碳酸鈉：AR級，天津市北方天醫化學試劑廠；

濃硫酸：AR級，北京化工廠；

鄰苯二甲酸氫鉀、酒石酸鉀鈉：AR級，上海仕秀精細化工有限公司；

硫酸銅：AR級，天津科密歐化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器

電子分析天平：FA1204B型，上海天平儀器廠；

酸度計：pH S-3C型，上海理達儀器廠；

氣相色譜儀：6890N型，安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 老化窖池與常規窖池的窖泥特性比較分別從老化窖池與常規窖池的窖壁取樣，從感觀品質、水分和pH值等級方面進行分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.2 老化窖池與常規窖池的發酵酒醅理化特征的比較

在選取的窖池中，以挖取的第一甑和第二甑酒醅樣品分別測定水分、酸度、酒精度和殘余淀粉，分別以6個窖池的平均值進行統計分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.3 老化窖池與常規窖池發酵產新酒的主要成分比較

在選取的窖池中，以挖取的第一甑和第二甑酒醅入甑蒸酒操作，取已截頭去尾后的中間酒混合樣進行總酸、總酯、主要微量成分測定，分別以6個窖池的平均值進行統計分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.4 老化窖池與常規窖池的原料出酒率比較按1.3.3的方法，稱取每甑酒醅的出酒量，然后計算出原料出酒率，分別以6個窖池的平均值進行統計分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.5 檢測方法

（1）水分的測定：參照 GB/T 10345—2007標準執行，用%表示；

（2）pH值的測定：采用pH S-3C型酸度計直接測定；

（3）酒精度的測定：參照GB/T 10345—2007標準執行，用精密酒精計讀取酒精體積分數示值，查表進行溫度較正，求得在20℃時乙醇含量的體積分數，即為酒精度。

（4）總酸的測定：參照GB/T 10345—2007標準執行，總酸以乙酸計，用g/L表示；

（5）總酯的測定：參照GB/T 10345—2007標準執行，總酯以乙酸乙酯計，用g/L表示；

（6）酒樣微量成分測定：采用氣相色譜—內標法，含量用mg/100mL表示。安捷倫6890N氣相色譜（GC）條件：色譜柱為毛細管柱 Agilent 19091N-133（30m×0.25mm×0.25μm）載氣為高純氮氣（＞99.999%），流速0.7mL/min；進樣口溫度250℃；進樣方式為手動分流進樣（分流比為37∶1）。色譜柱升溫程序：初始溫度40℃，保持2min，以3℃/min升至61℃，保持0.5min，以5℃/min升至91℃，保持5min，最后以10℃/min升至220℃，保持7min，運行時間為40.4min；FID檢測器溫度：250℃。

1.4 數據分析

采用SAS9.0軟件進行數據處理和分析。兩組間比較采用t檢驗，結果用“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 老化窖池與常規窖池的窖泥特性比較

由表1可知：老化窖池與常規窖池在感觀上有差異，老化窖池的窖壁泥板結、退化；理化指標中分別在水分和pH值兩個指標上存在顯著差異（P＜0.05），其中老化窖池的水分和pH值均顯著低于常規窖池。

窖池老化是一個不斷積累的過程，引起窖池老化的原因主要有水分過低、酒醅酸度過大、窖泥配料不合理、管理養窖不當、生產工藝調節失控、窖泥發酵不平衡等，這些因素導致生成的乳酸亞鐵、乳酸鈣、乳酸鎂和乳酸銅在窖壁上沉積［7］，當窖內有機酸對該結晶物的淋溶速度低于其生成速度時便會引起窖泥板結，而板結后的窖泥呈砂粒狀或粉末狀白色晶體，其保水能力明顯低于正常窖泥，故老化窖池的水分明顯低于常規窖池。濃香型白酒的發酵容器是泥窖，在長期的釀酒生產環境中，窖泥富集了有機質、N、P、K、Zn、Mn、Fe、Cu等微生物生命活動的重要營養素，為窖泥功能菌的生長繁殖提供了物質基礎，釀酒過程中發酵產生的黃水將窖泥與糟醅之間的代謝產物及時的轉運、遷移，不斷改善著窖泥微生態環境，有利于窖泥功能菌的富集和純化，從而促進了窖泥老熟，也有利于酒質的提高［1，2］。

表1 老化窖池與常規窖池窖泥特性的比較Table 1 Comparison of cellar mud characteristics between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

窖池類別感觀評價水分/% pH值老化窖池窖壁泥板結發硬，有白色顆粒狀或針狀結晶體，刺手感強，缺少窖泥香36.0±1.2 5.1±0.3常規窖池窖壁泥烏黑、濕潤，手感細軟，濃郁窖泥香 42.0±1.5＊ 6.7±0.5＊

2.2 老化窖池與常規窖池的發酵酒醅理化特征的比較

由表2可知：老化窖池與常規窖池發酵酒醅分別在酒精度和殘余淀粉兩個指標之間有顯著性差異（P＜0.05），其中老化窖池與常規窖池的發酵酒醅相比，酒精度降低了14.9%、殘余淀粉增加了14.5%；另外，兩者分別在水分和酸度兩個指標之間無顯著性差異（P＞0.05），但老化窖池與常規窖池的發酵酒醅相比，水分稍有偏低而酸度略高。

大曲是大曲酒生產的糖化發酵劑，在大曲中的微生物類群中，霉菌是糖化的動力，酵母是發酵的動力，細菌是產香的動力［12］。濃香型白酒的生產以泥窖窖池為基礎，發酵過程有大曲微生物和窖泥中微生物共同參與，實現糟醅在固、液、氣三相界面復雜的物質能量代謝過程，即處于發酵窖池中的糟醅，在龐大微生物區系共同作用下，將淀粉質原料中的淀粉、蛋白質等大分子物質轉化成酒精、水及醛、酸、酯等微量風味物質。發酵糟醅中淀粉的動態變化不僅間接反應窖池中乙醇的生成情況和發酵狀況，而且可以特征反映窖池中微生物的生命活動狀況。與常規窖池相比，老化窖池窖壁與窖池中糟醅的交流受阻，糟醅在微生物代謝過程中，來自大曲的乳酸菌和醋酸菌代謝相對活躍，產生的酸高而黃水少，代謝產物不能有效地轉運與遷移，形成的局部微生態環境使淀粉轉化成酒精的速率變慢，由于發酵周期是一定的，這樣導致發酵能力下降，從而引起老化窖池殘余淀粉偏高而產酒能力偏低。

表2 老化窖池與常規窖池發酵酒醅理化特征的比較Table 2 Comparison of physicochemical characteristics of fermented grains between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

窖池類別酒精（V/V）/%水分/%酸度/（g·L－1）殘余淀粉/%老化窖池 2.36±0.22 63.12±1.11 3.78±0.24 11.46±0.39＊63.73±1.18 3.65±0.21 10.16±0.15常規窖池 2.64±0.12＊

2.3 老化窖池與常規窖池發酵產新酒的主要成分比較

由表3可知：① 老化窖池與常規窖池所產新酒分別在總酸和總酯兩個指標之間有顯著性差異（P＜0.05），其中老化窖池與常規窖池的所產新酒相比，總酸降低了25.92%、總酯降低了12.43%；② 兩者分別在己酸和β－苯乙醇兩個指標之間有極顯著性差異（P＜0.01），其中老化窖池與常規窖池的所產新酒相比，己酸降低了20.69%、β－苯乙醇降低了44.90%；③兩者分別在濃香型主體香成分四大酯之間有極顯著性差異（P＜0.01），其中老化窖池與常規窖池的所產新酒相比，己酸乙酯和丁酸乙酯分別降低了16.79%和25.61%，而乙酸乙酯和乳酸乙酯分別增加了10.25%和14.66%。

表3 老化窖池與常規窖池所產新酒的主要成分比較Table 3 Comparison of the main compounds of new spirit between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

微量成分總酸/（g·L－1）總酯/（g·L－1）己酸/（mg·mL－1）β-苯乙醇/（10－2 mg·mL－1）己酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）乙酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）乳酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）丁酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）老化窖池 0.646±0.07 4.976±0.24 23.65±0.82 0.20±0.00 189.73±1.69 179.81±1.77＊＊ 142.87±2.35＊＊ 41.30±0.98常規窖池 0.872±0.11 5.682±0.32＊ 29.82±1.07＊＊ 0.36±0.00＊＊ 228.02±1.31＊＊ 163.09±2.72 124.60±2.57 55.52±1.31＊＊

酸類是形成白酒香味的主要物質，酸類賦予白酒豐滿和酸刺激感，適量的酸在酒中起到緩沖作用，可消除飲酒后上頭和口味不協調，促進酒的甜味感，大曲白酒的總酸在0.6 g/L以上（一般在0.1%左右）［13，14］。若酒中含酸量少，則酒味寡淡、不柔和、香味短；若酒中含酸量大，則酒粗糙、邪雜味重。白酒中的有機酸種類多，如甲酸、乙酸、丁酸、己酸、乳酸、戊酸、琥珀酸等，大多的有機酸是由細菌經生物化學反應生成的，低級的酸可逐步合成較高級的酸，醇和醛可氧化物為相應的有機酸，其中濃香型大曲酒的己酸是由己酸菌發酵作用生成的，己酸菌則主要來源于窖池中的窖泥。

酯類是白酒的主要呈香物質，一般名優白酒的酯含量均較高，其中己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯和乳酸乙酯是白酒中的四大酯類。己酸乙酯具有窖香氣，濃香型白酒是以己酸乙酯為主體香的一種復合香氣；乙酸乙酯具有水果香氣；乳酸乙酯適量時能烘托主體香和使酒體完美、過多會造成酒的生澀味和抑制主體香，名優濃香型白酒的乳酸乙酯和己酸乙酯的比值都在1以下，否則會影響風格；丁酸乙酯較濃時呈臭味，稀薄時呈水果味，在濃香型白酒中含量不能過多，否則會使酒帶上臭味，影響酒的質量，一般濃香型白酒要求己酸乙酯為丁酸乙酯含量的8～15倍［13］。白酒中酯的生成有兩種途徑：① 由微生物體內酯酶的生化反應生成酯，這是主要途徑，其中丁酸乙酯和己酸乙酯合成相關聯，丁酸是合成丁酸乙酯的前驅物質，丁酸乙酯又是合成己酸乙酯的前驅物質；② 通過有機化學反應生成酯，這種反應一般進行得極緩慢。

決定白酒風味的六大因素為原輔料、糖化發酵劑、自然生態環境、工藝、設備、飲食文化，在本研究中決定新酒風味物質差異主要來源于發酵窖池。濃香型白酒發酵用的泥窖有兩大作用：① 作為發酵容器，為酒糟提供發酵產酒的場所；② 為釀酒微生物的生長繁殖提供良好的環境，窖泥中的微生物以厭氧菌為主，包括己酸菌、丁酸菌、甲烷菌、甲烷氧化菌、丙酸菌和嗜熱芽孢桿菌等微生物，這些窖泥中棲息的微生物參與了釀酒發酵。與常規窖池相比，老化窖池因土壤板結，阻礙了糟醅與窖泥之間正常的物質能量交換，一方面使窖泥微生態不斷惡化，不利于窖泥功能菌的生長繁殖；另一方面，窖泥功能菌產生的風味代謝產物不能通過載體黃水有效地進入糟醅中，糟醅中的主要風味成分積累逐漸減少［15］。因此，常規窖池較老化窖池的產酒質量高。

2.4 老化窖池與常規窖池的原料出酒率比較

由表4可知：老化窖池與常規窖池原料出酒率之間無顯著性差異（P＞0.05），但老化窖池與常規窖池的發酵酒醅相比，原料出酒率下降了4.05%。

濃香型大曲白酒釀酒原理是利用大曲中的米曲霉、黑曲霉、根霉等霉菌作為糖化劑，將高粱、小麥等原料中淀粉分解成糖類，同時由酵母菌再將葡萄糖發酵產生酒精，糧糟通過邊糖化邊發酵生產含一定濃度酒精的過程，存在于固態酒醅中的酒精和香味成分經甑桶固態蒸餾得到新酒。原料出酒率是計算淀粉出酒率的參考指標，表示100kg原料產酒精體積分數為65%的合格原酒的千克數。一般來說，影響出酒率的主要因素包括釀酒原料質量、酒曲質量、入窖條件（淀粉濃度、酸度、溫度、水分、用曲量）、蒸餾操作等［12，15］，所以老化窖池與常規窖池之間的原料出酒率無顯著差異。然而，本研究出酒率差異主要來源于發酵環境，主要是窖池窖泥和代謝產生的黃水，由于老化窖池發酵酒醅含水量較常規窖池偏低，代謝產物不能較好地被黃水稀釋和運輸，造成老化窖池局部環境不利于糖化的霉菌和發酵的酵母菌充分發揮雙邊發酵作用，因而酒醅中含酒精濃度偏低，最終老化窖池原料出酒率稍低于常規窖池。當然，濃香型大曲酒采用續糟配料、混蒸混燒的特殊工藝，白酒生產企業一般以月、季、年為周期計算原料出酒率，而本研究取窖池中某一甑進行原料出酒率計算，兩類窖池出酒率均低于常規統計的數據。

表4 老化窖池與常規窖池原料出酒率的比較Table 4 Comparison of output rate of raw materials between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

窖池類別實測酒度（V/V）/%單甑產量/kg折65%酒度重量/kg原料出酒率/%老化窖池67.5±3.3 43.4±2.1 44.9±2.3 21.4±1.4 68.2±2.1 41.2±1.5 43.2±1.8 20.6±1.7常規窖池

3 結論

（1）老化窖池與常規窖池的比較結果表明：在感觀上老化窖池的窖壁泥板結、退化，其水分和pH值均顯著低于常規窖池（P＜0.05）；老化窖池與常規窖池的發酵酒醅相比，酒精度顯著降低（P＜0.05），殘余淀粉顯著增加（P＜0.05），水分稍有偏低（P＞0.05），而酸度略高（P＞0.05）；老化窖池與常規窖池的所產新酒相比，總酸和總酯均顯著降低（P＜0.05），己酸、β－苯乙醇、己酸乙酯和丁酸乙酯均極顯著降低（P＜0.01），而乙酸乙酯和乳酸乙酯均極顯著增加（P＜0.01）；老化窖池與常規窖池糧糟發酵出酒率之間無顯著性差異（P＞0.05），但老化窖池出酒率低于常規窖池。

（2）從老化窖池與常規窖池的窖泥特性、老化窖池與常規窖池發酵酒醅理化特征和發酵新酒質量的比較研究結果來看，老化窖池的窖泥因理化指標的變化，直接影響微生物的正常代謝，導致酒質降低和產酒量下降，研究結果為窖泥退化的原因提供了數據支撐，為窖池合理養護和使用提供了一定的理論依據。

（3）人工老窖是提高濃香型大曲酒質量的一項重要舉措，人工窖泥的培養、建窖、合理使用與維護是一項系統工程，需要全面系統的研究，探索出各因素對窖泥品質的影響規律，從而有效地指導釀酒企業制定合理的生產工藝、達到提高酒質的目的。

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