擠壓高粱釀造白酒發酵工藝參數對出酒率的影響

何媛媛，曹燕飛，李宏軍*

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博255091）

擠壓高粱釀造白酒發酵工藝參數對出酒率的影響

何媛媛，曹燕飛，李宏軍*

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博255091）

為了研究擠壓膨化技術釀造白酒過程中發酵工藝參數對白酒出酒率的影響，以擠壓高粱為原料，考察酒醅含水率、酒曲添加量、稻殼添加量和發酵時間對白酒出酒率的影響，采用二次旋轉正交試驗優化得出最優發酵工藝參數：入窖酒醅含水率為58%，酒曲添加量為26 g/100 g，稻殼添加量為24 g/100 g，發酵時間為25 d。在此最佳發酵工藝條件下，白酒的出酒率為58.04%，比相同條件下傳統法釀造白酒出酒率高出5.78%。

擠壓；白酒；高粱；出酒率；發酵

白酒是中國特有的傳統蒸餾酒，與金酒、伏特加、朗姆酒、白蘭地和威士忌5種酒統稱為世界著名六大蒸餾酒[1]。以糧谷類或者富含淀粉的薯類為主要原料，添加酒曲（即糖化發酵劑，包括大曲、小曲和麩曲），以固態、半固態或液態發酵的方式發酵，再經蒸餾、陳釀和勾兌制得中國白酒[2]。適量的飲用低度白酒可以降血糖，抑制膽固醇沉積，促進血液循環等多種作用[3-4]。隨著消費者生活水平的提高，人們越來越重視生活質量，對白酒品質的要求也越來越高。

白酒釀造的重要環節之一是發酵工藝，白酒的質量、風味和原料的利用率很大程度上取決于發酵程度的優劣。白酒發酵的主要產物是酒精，發酵進行程度的優劣主要取決于出酒率的高低，出酒率也是鑒定白酒發酵是否正常的重要依據[5-6]。因此，提高出酒率不僅可以提高原料的利用率降低生產成本，還可以提高白酒的品質。發酵原料的預處理方式對白酒的發酵和品質也有著重要的影響。擠壓膨化處理可使物料中的淀粉部分降解，發酵糖含量增加，改變物料結構，呈多孔狀態[7-8]。擠壓膨化引起的物料內部改變有利于微生物的發酵，縮短發酵周期，提高原料利用率，從而節約了釀造用糧，降低了生產成本[9-10]。

本研究以擠壓膨化高粱為原料，運用4因素5水平二次正交旋轉組合設計試驗，通過SAS 9.3軟件處理試驗數據，研究了發酵工藝參數（酒醅含水率、酒曲添加量、稻殼添加量和發酵時間）對白酒出酒率的影響。建立發酵工藝參數對白酒出酒率影響的回歸模型，得到以白酒出酒率為考察指標的最優發酵工藝參數。以期為擠壓膨化技術運用到白酒釀造工業提供一定的數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯紅高粱：潘莊糧油市場；稻殼、傳統香型大曲（酒曲）：市售。

硫酸銅、酒石酸鉀鈉（均為分析純）：天津市恒興化學試劑制造有限公司；濃鹽酸（分析純）：上海沃凱生物技術有限公司；葡萄糖（分析純）：天津市科密歐化學試劑開發中心；亞甲基藍：天津市福晨化學試劑廠；氫氧化鈉（分析純）：山東萊陽經濟技術開發區精細化工廠。

1.2 儀器與設備

9FQ28-16飼料粉碎機：諸城市康佛特機械電氣有限公司；GSP-9160MB恒溫培養箱；上海博迅實業有限公司；DT1001電子分析天平：常熟市意歐儀表有限公司；PHS-3C pH計：上海雷磁儀器廠；0-100度附溫酒精計：余姚市雙鶴電子儀表有限公司。單螺桿擠壓膨化機（套筒分三節，其溫度0～300℃連續可調；螺桿轉速0～1 200 r/min連續可調；模孔直徑4～12mm）：由山東理工大學農產品精深加工中心提供；YQJ-GXCLJ-12L白酒蒸餾設備（整機高0.46m，蒸鍋直徑0.25m，容量12 L）：由宜仟家設備廠提供。

1.3 分析方法

1.3.1 高粱擠壓膨化處理

高粱經粉碎制得高粱全粉，經加水調質后進行擠壓膨化處理。擠壓膨化條件為套筒溫度75℃，模孔直徑8mm，物料含水率20%，螺桿轉速170 r/m in。在擠壓膨化的同時利用旋轉切刀將膨化物切碎至2～4mm的薄片，物料直接移入預先滅過菌的容器內，待用。

1.3.2 白酒釀造工藝流程及操作要點

操作要點：將高粱的膨化物料與一定比例的稻殼混合后，加入一定比例的無菌90℃熱水混合均勻，最后冷卻至（30±2）℃。加入一定量的酒曲后，將混合好的酒醅放入3 L玻璃發酵罐，置于恒溫培養箱中，前5 d溫度設為26.5℃，之后溫度設為32℃進行發酵。酒醅發酵好后，先將罐中的黃水倒入蒸鍋里，再將酒醅均勻平鋪到蒸屜上，大火燒開水，中火蒸酒，直至酒精度為10%vol左右時停止蒸酒。

1.3.3 白酒發酵的正交試驗設計

根據查閱相關文獻可知[11]，白酒發酵受到發酵時間、入窖酒醅含水率、發酵溫度、酒醅酸度、稻殼添加量和酒曲添加量等多種因素的影響。根據前期預試驗結果以及實驗室條件和實際酒廠操作條件，本試驗以入窖酒醅含水率（X1）、酒曲添加量（X2）、稻殼添加量（X3）和發酵時間（X4）為試驗因素，以白酒出酒率（Y）為主要考察指標，采用4因素5水平二次旋轉正交試驗優化白酒發酵工藝。試驗因素與水平見表1。

表1 白酒發酵工藝優化二次旋轉正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of secondary rotation orthogonalexperim ents for Baijiu ferm entation process optim ization

1.3.4 白酒出酒率測定方法

原料中淀粉含量根據GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》中方法測定[12]；密度：根據所測得的20℃酒精度查閱國標GB/T 10345—2007《白酒分析方法》附錄中表可得相應的密度；利用附溫酒精計測定白酒酒精度。65%vol的出酒率計算公式如下：

式中：M1為65%vol白酒的質量，g；ρ1為試驗所得白酒在20℃時的密度，g/m L；V1為試驗所得白酒的體積，m L；W1為試驗所得白酒在20℃時的酒精質量分數，%；W2為65%vol白酒在20℃時的酒精質量分數，%；M2擠壓膨化物的添加量，g；M3酒曲的添加量，g。

2 結果與分析

2.1 二次旋轉正交試驗結果

選擇入窖酒醅含水率（X1）、酒曲添加量（X2）、稻殼添加量（X3）和發酵時間（X4）為因素，以白酒出酒率（Y）為考察指標，采用二次旋轉正交試驗優化白酒發酵工藝，試驗結果與分析見表2。將表2中白酒出酒率的試驗結果運用SAS 9.3軟件分析，回歸模型方差分析見表3。

表2 白酒發酵工藝優化二次旋轉正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of secondary rotation orthogonal experim ents for Baijiu ferm entation process optim ization

續表

表3 回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis of regression mode l

用SAS 9.3對表2中試驗數據進行二次線性回歸擬合，得到各發酵工藝參數對白酒出酒率影響的回歸方程為：

由表3可知，入窖酒醅含水率和酒曲添加量對白酒出酒率有顯著影響（P＜0.05），稻殼添加量相對影響程度較小，而發酵時間長短對出酒率影響不明顯（P＞0.05）。二次項回歸極顯著（P＜0.05），說明二次項對回歸方程有貢獻，入窖酒醅含水率和發酵時間對回歸方程的貢獻大于酒曲添加量和稻殼添加量的；但是因素之間的交互作用不明顯（P＞0.05）。該回歸模型的決定系數R2為0.941 2，失擬（P=0.538 8＞0.05）不顯著，這說明所建立的回歸模型擬合度很好，出酒率受到其他因素的影響較小。

2.2 響應面試驗結果分析

運用SAS 9.3軟件分析數據得出各發酵因素對出酒率影響的響應曲面，根據響應曲面獲得出酒率的變化規律。響應曲面見圖1。

圖1 酒醅含水率、酒曲添加量、稻殼添加量和發酵時間交互作用對白酒出酒率影響的響應曲面及等高線Fig.1 Response surface p lots and contour line of effects of interaction between moisture content o f fermented grains,Daqu addition,rice hulladdition and ferm entation time on liquid yield of Baijiu

由圖1可知，當其他3個因素固定在零水平，出酒率隨著酒醅含水率各發酵條件的的升高，均呈現出先升高后下降的趨勢變化，只是起伏程度不一致。入窖酒醅含水率較低，使酒醅溫度迅速升高，導致酒醅結塊，抑制微生物繁殖，從而酒精產量低[13]。唐圣云等[14]指出微生物無氧呼吸作用產生的熱量是有氧呼吸作用的1/8。入窖水分過多，酒醅氧含量少，有氧呼吸受到抑制，窖內升溫緩慢，酒醅溫度未升至微生物最適發酵溫度，微生物不能充分發酵，出酒率大大降低[5]。膨化物料粘度大，稻殼添加量過少使酒醅粘連，疏松度低，窖內氧含量少，抑制微生物作用，酒精產量下降；稻殼添加量增加，窖內氧含量升高，透氣性好；但其添加量不宜過多，會促進有氧呼吸，出酒率下降[15]。

發酵時間過短，微生物發酵不徹底，導致酒精產量低；主發酵期結束后，酒醅中酒精和酸含量升高，酵母菌大量死亡，隨后耐酸細菌以酒精為原料進行酯化反應，使酒精含量降低[16]。酒曲添加量過少，微生物量少，原料利用率低，產酒量低；但過度添加酒曲，酵母菌新陳代謝旺盛，窖內溫度高，抑制微生物的酒精發酵，出酒率降低[17]。同時，酒曲添加量過少，發酵前期延長，酒曲添加量的提高使發酵前期縮短[18]；而微生物過多，其生長繁殖所耗原料增加，且微生物的快速生長繁殖易使窖內溫度過高，抑制酶活力，縮短主發酵時間，酒精產量低[19-20]。

2.3 嶺回歸分析

嶺回歸是一種專用于共線性數據分析的有偏估計回歸方法，通過放棄最小二乘法的無偏性，以損失部分信息、降低精度為代價獲得回歸系數更為符合實際、更可靠的回歸方法。以白酒出酒率為考察指標，運用嶺回歸尋優確定最優發酵工藝參數范圍，嶺回歸尋優結果見表4。

表4 白酒出酒率的嶺回歸尋優分析Table 4 Analysis of ridge regression op tim ization for liquor yield of Baijiu

由表4可知，以白酒出酒率為考察指標，通過嶺回歸尋優得到最優發酵工藝參數范圍是：入窖酒醅含水率為56%～58%，酒曲添加量為（25～26）g/100 g，稻殼添加量為（22～27）g/100 g，發酵時間為25～27 d。

2.4 驗證試驗設計與結果

以出酒率為考察指標，采用4因素5水平二次旋轉正交組合設計試驗得出最優白酒發酵工藝參數范圍。在此范圍內進行驗證試驗，并在相同條件下以傳統蒸煮處理的高粱為原料釀造的白酒與以擠壓膨化處理的高粱為原料釀造的白酒進行對比。結果見表5。

表5 驗證和對照試驗安排及結果Table 5 Arrangementand results of verify and controlexperiments

通過表5可得到，在最優發酵參數范圍內，出酒率在預測值的范圍內，這說明此參數優化是可靠的。擠壓膨化高粱釀造白酒的出酒率雖有波動但均高于對照組，擠壓膨化高粱釀造白酒的最高出酒率為58.04%，比對照組的平均出酒率高出5.78%。

3 結論

本研究以白酒的出酒率為考察指標，得到最優發酵工藝參數：酒醅含水率為58%，酒曲添加量為26 g/100 g，稻殼量為24 g/100 g，發酵時間為25 d。在此發酵參數下白酒的出酒率為58.04%，比傳統蒸煮法處理高粱釀造白酒的出酒率高出5.78%。通過對運用擠壓膨化高粱釀造白酒的發酵工藝研究，探索各發酵因素對發酵過程的影響，為將擠壓膨化技術運用于白酒釀造工業上提供一定的數據參考，同時優化了白酒的發酵工藝，提高了原料的利用率。

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Effectof fermentation processparameterson liquoryield of Baijiu(Chinese liquor)with extruded sorghum

HEYuanyuan,CAO Yanfei,LIHongjun*
(SchoolofAgricultural Engineering and Food Science,Shandong University ofTechnology,Zibo 255091,China)

In order to study theeffectsof the fermentation processparameterson liquor yield of Baijiu(Chines liquor)during the Baijiu processby extrusion and swelling technique,using the extruded sorghum as raw material,the effectsofmoisture contentof fermented grains,Daqu addition,rice hull addition and fermentation time on liquor yield of Baijiu were investigated.By secondary rotation orthogonal experiments,the fermentation process parameterswere optimized and abtained as follow:moisture contentof fermented grains 58%,Daqu addition 26 g/100 g,rice hull addition 24 g/100 g and the fermentation time 25 d.Under the optimal conditions,the liquor yield of Baijiu was58.04%,whichwas5.78%higher than thatof traditional Baijiu fermentation.

extrusion;Baijiu;sorghum;liquoryield;fermentation

TS262.3

0254-5071（2017）08-0036-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.08.008

2017-04-18

國家自然科學基金項目（31471676）

何媛媛（1991-），女，碩士研究生，研究方向為農產品高值化加工。

*通訊作者：李宏軍（1968-），男，教授，博士，研究方向為食品科學。