尾穗莧粒發酵小曲清香型白酒的研究

肖榮飛，陳旭峰，郭 婭，黃曉潤，吳擁軍*

（貴州大學 生命科學學院，貴州 貴陽 550025）

白酒是聞名于世界的蒸餾酒，在中國人的日常生活與生活中扮演著極其重要的角色[1]。清香型白酒是我國千百年來形成的具有獨特風味的傳統釀酒工藝的一種產品[2]，盛產于我國華北，其中以汾酒作為清香型白酒的典型代表。近年來國內白酒年產量持續不斷增加，目前已經超過一千萬t[3]。白酒通常是以谷物（主要是高粱）作為釀造原料，通過浸泡、蒸煮、發酵以及蒸餾等工藝釀制。但由于高粱蛋白含量低，用于制曲不能滿足糖化劑生產菌和酵母生長的需要，會影響糖化酶產量、酵母活性，進而影響酒精出率。同時高粱含有過多果膠質和單寧，液態發酵時可能會影響酵母的正常酒精發酵，進而影響高粱出酒率和白酒的品質[4]。

莧菜（Amaranthus tricolor）又名莧，是石竹目莧科莧屬一年生草本植物，莖粗壯，綠色或紅色，常分枝。按照不同的功能劃分莧菜又被分成兩大類，一類用作食材的蔬菜莧，另一類則主要是收獲種子的籽粒莧，原產于中美洲或南美洲。籽粒莧是莧科莧屬一年生草本植物的總稱，籽粒莧莧粒直徑較小，每顆尾穗能結5～6萬余粒莧粒，包括籽粒莧（Amaranthus hypochondricus）、繁穗莧（Amaranthus paniculatus）、尾穗莧（Amaranthus caudatus）、綠穗莧（Amaranthus hybriaus）等品種[5]。研究發現，尾穗莧粒中含有15%～22%的蛋白質，淀粉含量達到67%，其中支鏈淀粉約76%，直鏈淀粉約23%[6]。莧粒中的總淀粉含量越高，其支鏈淀粉與直鏈淀粉比重就越大，這有利于提高出酒率和清香型白酒的香味物質含量及白酒質量[7]。莧粒中含有極少量果膠質成分，它是白酒有害雜質甲醇的主要來源[8]。莧粒單寧質含量極少，遠低于高粱等作物含有較多的單寧質，由于單寧自身含有苦澀味，遇到鐵呈現藍黑色，誘使蛋白質凝固故而對糖化菌和酵母均具有破壞作用。

尾穗莧粒在民間主要用作生產米花糖，其葉莖可作為家畜飼料，葉片食用具有良好的口感，未見釀造白酒。由于尾穗莧粒總淀粉含量較高，工廠采用傳統的固態白酒發酵法，其較高的支鏈淀粉含量會使蒸煮后尾穗莧粒黏度增加[9]，對酵母菌生長繁殖和發酵白酒產生不利影響，降低出酒率，而且莧粒之間黏度增加會在實際生產中增加操作難度，因此探究液態發酵小曲清香型白酒的釀造工藝，提高莧粒發酵清香型白酒出酒率[10]。本研究通過膨化尾穗莧粒，糖化水解膨化后的尾穗莧粒，降低蒸煮后籽粒之間的黏度，選用適宜的酒曲、提高尾穗莧粒淀粉的利用率等方法，開發適宜的釀造工藝對增加尾穗莧粒的經濟價值，提高農民收益意義重大。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

尾蕙莧成熟莧粒：貴州省威寧縣種植；糖化酶（50000U/g）：湖南省津市市新型發酵有限責任公司；宇豐牌生熟兩用酒曲（小曲酒曲）：昆明宇豐生物科技有限公司；純種根霉曲Q303（5 500～6 200 U/g）：貴州立高輕工科技發展有限公司；湖南臭曲：市售。

1.2 設備與儀器

WYT型手持糖度計：成都光學儀器廠；Acculab電子分析天平：北京賽多利斯有限公司；GZX-GF101-3-BS-II電熱鼓風恒溫干燥箱：上海實驗儀器總廠；DH6000Ⅱ電熱恒溫培養箱：天津泰斯特儀器設備有限公司；DHG-9141A電熱恒溫干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；GR60DA高壓滅菌器：致微廈門儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 清香型白酒釀制工藝流程

（1）固態發酵

（2）液態發酵

莧粒除雜→莧粒膨化→篩除碎皮和雜物→加水浸泡→糖化水解→滅菌→冷卻→接種酒曲→發酵→蒸餾→成品

1.3.2 釀制工藝要點

（1）液態發酵：

選料：選取色澤亮麗，無病蟲害的尾穗莧粒，去除碎石和塵土；

膨化：將去雜的尾穗莧莧粒，在180～200℃條件下干炒，當尾穗莧粒膨脹泛白并產生一種類似爆米花的香味即可；

過篩：將炒好的尾穗莧粒用16～20目竹篩除去碎皮和雜物；

糖化：向過篩后的尾穗莧粒中添加3倍的純凈水攪拌均勻，再加入0.20%～0.40%活力為50 000 U/g的糖化酶，攪拌均勻后置于罐子中在56～60℃條件下糖化酶解2 h；

滅菌：將糖化好的尾穗莧粒放入滅菌鍋中121℃殺菌20 min；攤涼：將糖化后的尾穗莧粒置于涼堂內攤涼至室溫[11]；發酵：加入0.60%酒曲后置于發酵缸并進行密封發酵10 d，發酵溫度為30℃；

蒸餾：將發酵好的酒醪取出均勻撒在蒸餾甑中，調整溫度90～120℃，掐頭摘尾，收集中間餾液[12-13]；蒸餾后白酒經勾兌其酒精度為55%vol的白酒。

（2）固態發酵：

蒸煮：尾穗莧粒放入蒸鍋中蒸煮2 h，在蒸煮的同時也能使莧粒殺菌，高溫能使尾穗莧粒中的淀粉變性，酵母菌能充分地利用糖類物質生長繁殖和發酵產生酒精，提高白酒出酒率；

攤涼：將糖化后的尾穗莧粒置于涼堂內攤涼至室溫；

發酵：加入0.60%酒曲后置于發酵缸并進行密封發酵10 d，發酵溫度為30℃；

蒸餾：將發酵好的酒醪取出均勻撒在蒸餾甑中，調整溫度90～120℃，掐頭摘尾，收集中間餾液[12-13]；蒸餾后白酒經勾兌其酒精度為55%vol的白酒。

1.3.3 分析檢測

（1）感官指標

根據國標GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》中的方法評價。

（2）理化指標

酒精度、總酸、總酯和甲醇含量的測定分別采用國標GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》中的分析方法的酒精計法、中和滴定法、中和滴定（指示）法、品紅亞硫酸比色法進行測定[14]。

1.3.4 釀造工藝優化單因素試驗

酒曲分別選擇湖南臭曲、貴州輕工所Q303、宇豐牌生熟兩用酒曲，加入酒曲量為0.60%；釀制方式：液態發酵和固態發酵；糖化溫度分別為54℃、56℃、58℃、60℃；糖化酶用量分別為0.10%、0.20%、0.30%、0.40%；糖化時間分別為1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h；采用單一變量的試驗原理，蒸餾結束后對各瓶清香型白酒進行出酒率測量[14]。出酒率及淀粉轉化率計算公式如下：

1.3.5 糖化工藝優化正交試驗

莧粒發酵小曲清香型白酒選擇液態白酒發酵法，采用宇豐牌生熟兩用酒曲，在單因素試驗的基礎上，選取糖化溫度（A）、糖化酶用量（B）、糖化時間（C）作為影響因素，以出酒率和淀粉轉化率為評價指標，選擇L9（33）正交試驗優化糖化工藝，正交試驗因素與水平見表1。

表1 清香型白酒糖化工藝正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for saccharification process optimization of Fen-flavorBaijiu

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 酒曲的種類對清香型白酒發酵的影響

以出酒率和淀粉轉化率為評價指標，選擇固態發酵方式，酒曲用量0.60%，發酵溫度30℃，發酵時間10 d，探究不同品牌的酒曲對清香型白酒發酵的影響，結果見圖1。

圖1 酒曲種類對清香型白酒發酵的影響Fig.1 Effects of distiller's yeast species on fermentation of Fen-flavorBaijiu

蒸煮后的莧粒黏度增加，莧粒之間相互黏在一起，不利于酵母生長和酒精發酵。由圖1可知，在同等條件下，宇豐牌酒曲中酵母發酵較平穩且徹底，淀粉利用率最高為49.6%，出酒率也是最高為36.6%。因此，選擇宇豐牌酒曲作為發酵酒曲進行后續研究。

2.1.2 釀制方式對清香型白酒發酵的影響

采用宇豐牌酒曲，以出酒率和淀粉轉化率為評價指標，酒曲用量0.60%，發酵時間10 d，發酵溫度30℃，探究不同釀酒方式（固態發酵及液態發酵）對清香型白酒發酵的影響，結果見圖2。

由圖2可知，固態發酵時莧粒沒有經過膨化工藝導致蒸煮后的莧粒黏度增加，莧粒之間相互黏在一起，不利于酵母菌生長和發酵，出酒率及淀粉轉化率分別為35.1%、47.6%。液態發酵時莧粒經過膨化處理，蒸煮后莧粒之間不會黏連在一起，同時發酵時有黃水產生也會使莧粒相互分開不會黏在一起，有利于酵母生長繁殖和發酵，出酒率及淀粉轉化率分別為40.0%、54.2%。因此，選擇液態發酵為莧粒發酵清香型白酒的最佳釀制方式。

圖2 釀制方式對清香型白酒發酵的影響Fig.2 Effects of brewing methods on fermentation of Fen-flavorBaijiu

2.1.3 糖化溫度對清香型白酒發酵的影響

以出酒率和淀粉轉化率為評價指標，在液態發酵條件下，糖化時間2 h，糖化酶用量0.10%，加水量3倍，酒曲用量0.60%，發酵時間10 d，探究不同糖化溫度對清香型白酒發酵的影響，結果見圖3。

圖3 糖化溫度對清香型白酒發酵的影響Fig.3 Effects of saccharification temperature on fermentation of Fen-flavorBaijiu

由圖3可知，隨著糖化溫度在56～60℃范圍升高，蒸餾出的清香型白酒出酒率及淀粉轉化率先增加后降低。當糖化溫度為54℃時，糖化酶活性下降，不利于水解淀粉，影響酵母生長繁殖，出酒率為40.1%，淀粉轉化率為54.4%；當糖化溫度為58℃時，出酒率最高為41.5%，淀粉轉化率最高為56.2%；當糖化溫度高于58℃之后，糖化酶活性下降，不利于水解淀粉，影響酵母生長繁殖。因此，選擇58℃作為最佳的糖化溫度。

2.1.4 糖化酶用量對清香型白酒發酵的影響

以出酒率和淀粉轉化率為評價指標，在液態發酵條件下，糖化時間2.0 h，糖化溫度58℃，加水量3倍，酒曲用量0.60%，發酵時間10 d，探究不同糖化酶用量對清香型白酒發酵的影響，結果見圖4。

由圖4可知，隨著糖化酶用量在0.20%～0.30%范圍增加，水解淀粉的速率加快，單糖物質越多，酵母也越容易生長和繁殖；當糖化酶用量為0.30%時，出酒率及淀粉轉化率分別為42.3%、57.3%；當糖化酶用量＞0.30%之后，清香型白酒的出酒率增長率減小（清香型白酒的出酒率變化量由1.10%降低為0.30%）。綜合生產成本考慮，最終選擇糖化酶用量為0.30%。

圖4 糖化酶用量對清香型白酒發酵的影響Fig.4 Effects of glucoamylase addition on fermentation of Fen-flavorBaijiu

2.1.5 糖化時間對清香型白酒發酵的影響

以出酒率和淀粉轉化率為評價指標，在液態發酵條件下，糖化溫度58℃，加水量3倍，酒曲用量0.60%，糖化酶用量0.30%，發酵時間10 d，探究不同糖化時間對清香型白酒發酵的影響，結果見圖5。

圖5 糖化時間對清香型白酒發酵的影響Fig.5 Effects of saccharification time on fermentation of Fen-flavorBaijiu

由圖5可知，糖化時間在0.5～1.5 h范圍內，隨著糖化時間延長，單糖物質越多，酵母也越容易生長和繁殖，出酒率及淀粉轉化率先增高后穩定；最高達到42.2%；當糖化時間為2.0h時，出酒率及淀粉轉化率最高，分別為42.2%、57.1%；當糖化時間＞2.0 h后，出酒率及淀粉轉化率趨于穩定。因此，最適糖化時間為2.0 h。

2.2 尾穗莧粒發酵清香型白酒糖化工藝優化正交試驗

在各單因素試驗的基礎上，確定糖化溫度（A）、糖化酶用量（B）及糖化時間（C）為影響因素，以出酒率作為評價指標，設計L9（33）正交試驗，結果和分析見表2，方差分析見表3。

表2 清香型白酒糖化工藝優化正交試驗與結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for saccharification process optimization of Fen-flavorBaijiu

由表2可知，影響莧粒發酵小曲清香型白酒的糖化工藝的因素順序為A＞B＞C，即糖化溫度＞糖化酶用量＞糖化時間。從k值大小可知，最佳工藝條件組合為A2B3C3，即糖化溫度58℃，糖化酶用量0.40%，糖化時間2.5h。在此優化條件下進行3次平行試驗，清香型白酒的出酒率為47.6%，淀粉轉化率為65.9%。

表3 正交試驗結果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表3可知，糖化溫度、糖化酶用量及糖化時間均對尾穗莧粒發酵清香型白酒結果影響顯著（P＜0.05）。

2.3 質量指標

2.3.1 感官指標

色澤：清澈透亮，無懸浮物，無沉淀；

香氣：清香雅郁，具有典型的以乙酸乙酯為主體的清雅協調的復合香氣；

口味：綿甜醇和，香味協調，回味悠長，具有清香型白酒風格[15]。

2.3.2 理化指標

表4 產品理化指標Table 4 Physical and chemical indicators of the product

由表4可知，產品的理化指標均符合國標GB/T10781.2—2006《清香型白酒》中的各項指標要求。

3 結論

采用傳統的固態白酒發酵法制備清香型白酒，但蒸煮后發現尾穗莧粒的粘度增加不利于后期酵母發酵酒精，出酒率低。本研究采用液態白酒發酵法，通過膨化尾穗莧粒，糖化水解膨化后的尾穗莧粒，降低蒸煮后籽粒相互之間的黏度，使酵母菌能充分地利用尾穗莧粒高淀粉含量特性發酵制備清香型白酒從而提高清香型白酒出酒率。通過單因素及正交試驗，確定了清香型白酒糖化工藝參數為0.40%糖化酶，58℃條件下糖化2.5 h。180～200℃膨化莧粒、加入3倍體積的水糖化后，接種0.60%小曲酒曲30℃發酵10 d，在此釀造工藝條件下，蒸餾出的清香型白酒出酒率為47.6%，淀粉轉化率為65.9%，總酯含量（以乙酸乙酯為計）≥0.60g/L，總酸（以乙酸為計）≥0.30g/L，甲醇≤0.60g/L，符合GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》中的各項指標要求，具有清香型白酒的風格特征，清亮透明，清香純正，酒體柔和協調，口感綿柔，余味爽凈。