酒曲的研究進展

陳 孝，溫承坤，鞏園園，方尚玲，陳茂彬

（湖北工業大學 生物工程與食品學院 發酵工程教育部重點實驗室 工業發酵湖北省協同創新中心工業微生物湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430068）

白酒和酒曲是我國具有悠久歷史的民族遺產，早在商周時期就有關于酒曲的記載。在早期的白酒生產過程中缺少酒曲，導致酒的風味各異、口感較差，制曲技術的出現代表了白酒得到了規范化、規模化的發展[1]。

酒曲作為釀酒生產中的一種糖化劑、發酵劑與生香劑，在發酵過程中起著至關重要的作用，故有“有美酒必備佳曲”之說。我國酒曲生產工藝多種多樣，分類錯綜復雜、互有交叉。不同酒曲中微生物菌落結構各異，但微生物的作用大致相同，其中霉菌、細菌、酵母菌分別起糖化作用、產香作用和產酒作用[2]。酒曲在發酵時微生物產生了大量的酶，酶與微生物共同結合在酒曲原料上，形成了具有較強糖化力、蛋白質分解力和產酯力的粗酶制劑。酒曲由于其分類依據多樣化、復雜化，導致酒曲分類錯綜復雜、相互交叉。不同酒曲能生產不同酒類。酒曲微生物是發酵產酒的主要原因，了解酒曲中微生物的習性與作用，能夠起到指導生產作用。我國酒曲在制作過程中存在著優質曲比重較少、機械化程度低、曲蟲治理較困難等問題的掣肘。該文綜述了我國酒曲的種類、酒曲中微生物含量與種類以及酒曲生產存在的問題，旨在能夠提高酒曲質量，為進一步改善我國白酒生產提供一定的理論基礎。

1 酒曲的種類

酒曲按制曲原料可分為以小麥為主要原料的麥曲和以稻米為主要原料的米曲。用稻米制的曲，種類也很多，如用米粉制成的小曲，用蒸熟的米飯制成的紅曲或烏衣紅曲，米曲（米曲霉）；按原料是否熟化處理可分為生麥曲和熟麥曲；按曲中的添加物來分，加入中草藥的稱為藥曲，加入豆類原料的稱為豆曲（碗豆、綠豆等）；按曲的形體可分為大曲（草包曲、磚曲及掛曲）、小曲（餅曲）和散曲；按酒曲中微生物的來源可分為傳統酒曲（微生物的天然接種）和純種酒曲（如米曲霉接種的米曲，根霉菌接種的根霉曲，黑曲霉接種的酒曲）。麩曲是用純種霉菌接種以麩皮為原料的培養物，可用于代替部分大曲或小曲[3]。

酒曲由于其分類依據多樣化、復雜化，導致酒曲分類相互交叉，區分難度較大。本文主要介紹幾種常用的釀酒用曲。

1.1 大曲

大曲是以小麥為主要原料，添加不同的輔料，經過堆積培養，制成的形狀較大并含有多菌酶類的粗酶制劑。賴高淮大師將大曲分為三類：按照品溫可以分為高溫大曲、中溫大曲和低溫大曲；按照作用原料生產的產品可以分為醬香型大曲、濃香型大曲、清香型大曲和兼香型大曲；按照工藝可以分為傳統大曲、強化大曲和純種大曲[4]。

1.1.1 大曲生產工藝

大曲生產工藝：原料→潤料→磨碎→拌料→踩曲→曲坯→堆積培養→出房→貯存→成品曲。由于大曲種類的不同導致其原料和處理溫度的不一樣。高溫大曲主要利用小麥，頂溫控制在63 ℃左右；中高溫大曲主要利用大麥和豌豆，頂溫控制在58～60 ℃；低溫大曲以大麥和豌豆為主，頂溫控制在40 ℃左右[5-7]。大曲的生產工藝錯綜復雜，導致曲中微生物的菌落結構各異，是我國白酒風味各異的根本原因。

1.1.2 大曲微生物

大曲在生產過程中直接與空氣接觸，空氣中的微生物的種類錯綜復雜，不同區域中空氣微生物的種類各異，故所處地區決定大曲中的微生物與當地白酒的口味與品質。申孟林等[8]綜述了大曲中微生物在大曲酒的品質、風味呈現方面扮演著極為重要的角色，并依據大曲原料和制作工藝，簡要介紹了大曲中微生物的來源、主要微生物類群以及各類微生物的主要功能。楊代永等[9]通過對茅臺高溫大曲制作過程進行研究發現高溫大曲中細菌含量最高，霉菌次之，酵母菌最少；同時通過數據分析微生物種類霉菌有51種，細菌41種，酵母菌6種。其中細菌主要活躍在大曲制作前期，中后期霉菌比較活躍，而酵母菌主要在前期和后期出現，但含量較少。劉效毅等[10]通過分子生物學對高溫大曲中的微生物進行序列分析，鑒定得到大曲中細菌主要是芽孢桿菌、放線菌、葡萄球菌、微球菌；霉菌主要是青霉、曲霉、毛霉、交鏈孢霉、莖點霉菌、球毛殼、散囊菌、紅曲霉8類。張明春等[11]將白云邊的高溫大曲和中溫大曲進行比較研究，發現中溫大曲中細菌、酵母菌、霉菌和放線菌數量均高于高溫大曲。大曲中的微生物多種多樣，菌落結構各異，能產生大量的生物酶，是我國白酒的風味多樣化、復雜化的主要原因。

1.2 小曲

小曲是以米粉或米糠為原料，以中草藥或香藥草為輔料，接種微生物后加入一定比例的水，制成曲丸或方粒，經人工控制溫度、濕度等條件培養而成的粗酶制劑。小曲按照是否添加中草藥可以分為藥曲、無藥曲；按照制曲原料可以分為以大米粉制作而成的米曲和以米糠而制成的糠曲；按照形狀可以分為酒曲丸、酒曲餅與散曲；按照用途可以分為釀制甜酒的甜酒曲和用來釀制白酒的白酒曲；按照菌株可以分為純種小曲和傳統小曲[12]。

1.2.1 小曲生產工藝

小曲生產工藝：原料→浸泡→粉碎→配料接種→制坯→裹粉→入室培養→出房→干燥→貯存→成曲。覃建良[13]發明了一種米香型小曲的制作方法，以麩皮和大米粉為原料，利用米粉根霉和麩皮固體酵母進行發酵，得到了一種固體酵母曲。此發明能夠大大降低傳統米酒的品味不純、影響白酒的品質。純種小曲的微生物種類遠遠少于傳統小曲，能夠更好的控制酒的理化性質。

文章以高新技術產業為研究主體進行創新效率評價實證研究，主要發現樣本航空設備制造業存在投入冗余與產出不足的情況。對比其他創新主體的創新投入和產出情況，提出以下對策來提高高技術產業創新效率。

1.2.2 小曲微生物

陳申習等[14]通過對勁牌公司發酵車間進行取樣，得到了4種酵母菌、2種霉菌與6種細菌。鑒定發現酵母菌和細菌分別以釀酒酵母和乳酸桿菌為主。陸步詩等[15]通過分析兩種小曲，發現小曲中的細菌以球菌和桿菌為主；霉菌主要包括黃曲霉、根霉、青霉和毛霉；酵母菌以酒精酵母和產酯酵母為主。馬建蘋等[16]對當歸提取物在體外的抑菌效應進行研究，使用當歸提取物之后，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌進行檢測，對比發現細菌形態發生改變，部分菌種細胞壁與細胞膜破碎。谷鳳文等[17]研究了9種中草藥對微生物的促進作用，研究表明中草藥能夠在一定的范圍對大腸桿菌起到促進作用。中草藥成分可以抑制和促進微生物的生長，實際生產可以根據需求來確定中草藥的添加種類與添加量。

1.3 麩曲

麩曲是一種以麩皮為主要原料，蒸煮之后接入純種霉菌，進行人工培養的一種酒曲。麩曲糖化力較高但由于其屬于純種曲，發酵力與產香力較為低下，常與發酵力較高的酒曲聯合使用。

1.3.1 麩曲生產工藝

麩曲生產工藝：麩皮＋輔料→蒸麩→攤涼→接種→拌勻→入池→成品曲。高林峰等[18]通過正交試驗得到了生產工藝中的影響因素順序為培養時間＞培養溫度＞麩曲含水率＞桔粉添加量，同時發現其最優條件為：桔粉添加量17.5%、培養溫度35 ℃、培養時間3 d、麩曲含水率55%，將麩曲的糖化酶活力提高至940.8 U/g，淀粉酶活力提高至4 243 U/g。改善麩曲的生產工藝可以提高原料利用率、生產效率以及減少經濟成本。

1.3.2 麩曲微生物

麩曲由于其獨特的生產工藝，微生物的種類往往較為單一。武順等[19]篩選得到了一株高產吡嗪的枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），利用響應面分析優化麩曲制作過程，將產量提高至36.36×10-5g/g。尹召軍等[20]通過熟料與生料混合制作麩曲，相較于普通麥曲微生物種類增加，生物酶種類與數量顯著增加，同時在酒曲中添加中草藥緩和口感。

1.4 麥曲

1.4.1 麥曲生產工藝

麥曲生產工藝：小麥→過篩→原料處理→加水拌曲→成型→曲房堆曲→保溫培養→通風干燥→成品曲。麥曲可以根據其原料的生熟狀態可以分為生麥曲和熟麥曲。壽泉洪等[21]通過對生麥曲、熟麥曲、生熟混合曲進行黃酒發酵，發現熟麥曲液化力、糖化力和蛋白質分解力都比生麥曲高，并發現生麥曲和熟麥曲最佳比例為9∶1。陳亮亮[22]篩選發現一株產酶均較高的黑曲霉CF7，將其與米曲霉蘇-16進行混合制曲，利用響應面進行發酵條件優化，同時耦合神經網絡與遺傳算法優化。優化后纖維素酶和木聚糖酶活力分別達32.5 U/g 和56.4 U/g，分別是米曲霉蘇-16單獨制曲的7.9倍和10.9倍，同時，雙菌種熟麥曲產α-淀粉酶活力為29.8 U/g、糖化酶活力為837.4 U/g和蛋白酶活力為477.8 U/g。對麥曲的生產工藝進行優化可以顯著提高生產效率、原料利用率和節約經濟成本。

1.4.2 麥曲微生物

生麥曲由于其原料未經過滅菌處理，其微生物種類較多。熟麥曲作為一種純種曲，其微生物種類單一，通常需要與其他酒曲混合使用。方華[23]通過對麥曲中的微生物進行基因測序與比對分析，研究發現麥曲中的真菌主要有傘枝犁頭霉、黑曲霉、微小毛霉、米曲霉和構巢裸胞殼等。生麥曲微生物種類較多，風味成分豐富但其糖化力、發酵力和產香力相對較低。

2 微生物功能

我國大部分酒曲在生產過程中直接與空氣接觸，微生物種類和含量錯綜復雜，是我國酒類品種多樣化、口感多元化以及風味成分復雜化的主要原因。酒曲中起主要作用的微生物主要包括霉菌、酵母菌以及細菌。

2.1 霉菌

制曲過程中霉菌主要起糖化作用，霉菌主要是曲霉屬、根霉屬、毛霉屬、青霉屬、紅曲霉屬和犁頭霉屬。霉菌體內能夠產生分解淀粉和蛋白質的酶，不同種類的的霉菌能夠產生不同種類的酶，在不同的發酵條件下產生的酶種類與作用都不盡相同。HERNáNDEZ M S等[24]利用不同淀粉濃度的工廠廢水進行培養，篩選得到了一株能夠合成淀粉酶和蛋白酶的黑曲霉，發酵88 h時淀粉酶和蛋白酶的活性達到最高，能夠使廢水中的化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）減少了92%，減少工業廢水中的有機物含量。HUI X 等[25]研究發現，米曲霉能夠生產α-淀粉酶，并對α-淀粉酶進行了優化實驗，發現在最佳優化條件下酶產量能夠增加17.5%。VARALAKSHMI K N等[26]以麥麩為原料篩選得到了一株高產α-淀粉酶的菌株—黑曲霉JGI 24，并且通過優化試驗發現，可以通過加不同的碳、氮補充劑來提高淀粉酶的產量，加入金屬離子Ca2+和Co2+可以增加淀粉酶活性。ALIYAH A等[27]通過采用稻殼、甘蔗渣和玉米芯為原料，以黑曲霉進行發酵用來生產α-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶，發酵第6天能夠得到最大發酵效率。同時發現干燥過后酶活能保留85%～98%。霉菌能夠產生大量的淀粉酶、蛋白酶以及葡萄糖苷酶，使霉菌能夠糖化大量有機物產生一些初級代謝產物，為酵母菌和細菌提供生長所需營養物質以及大量次級代謝產物的前體物質。

2.2 酵母菌

酒曲中酵母菌主要包括釀酒酵母和產酯酵母，釀酒酵母通過無氧呼吸產生乙醇，產酯酵母能夠利用乙醇和其他代謝產物生成香味物質。DING J等[28]對酵母的乙醇耐受性和應激反應進行研究，結果表明，乙醇濃度增加將影響膜流動性并對膜蛋白具有毒害作用，抑制細胞生長或導致細胞死亡。釀酒酵母能夠產生乙醇，乙醇濃度過高會對微生物產生抑制作用，酵母菌的篩選應該考慮發酵力以及耐受性等綜合性能。賈春鳳等[29]在葡萄酒不同發酵時期進行篩選，獲得了多株酵母菌，對其進行糖含量、產酒力、耐受性等檢測，得到了幾株用來進行葡萄酒發酵的專用酵母。滕超等[30]通過檢測發酵力、耐受性等綜合性能，從傳統面食發酵劑中篩選出薩地假絲酵母和卡斯特酒香酵母。

2.3 細菌

酒曲中細菌主要包括乳酸桿菌、醋酸桿菌、枯草芽孢桿菌。細菌在發酵過程中主要起生香作用，少量細菌也能夠通過發酵糖類或發酵纖維素產乙醇[31]。酒中香味成分主要前體物質為蛋白質分解的副產物，細菌的產香能力與其蛋白酶活力密切相關，提高細菌的蛋白酶酶活可以提高產香能力。楊國華等[32]從茅臺酒廠醬香型大曲中分離得到了一株細菌，對其產蛋白酶進行條件優化，在10%接種量、發酵溫度35 ℃、含水量40%、發酵時間6 d的最優條件下蛋白酶酶活為2 901.3 U/g醅。吳麗君等[33]從煙葉上分離得到了一株短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）HD-7，利用氣相色譜-質譜聯用技術（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析其發酵液的成分，主要的增香成分有丙酸乙酯，乙酸，乙酸丙酯及3-羥基-2-丁酮（乙偶姻）等。明紅梅等[34]從濃香型大曲中篩選得到了一株兼性厭氧細菌，利用GC-MS分析發現其揮發性物質主要為吡嗪類物質、苯乙醇、愈創木酚、苯甲醛等。細菌是酒曲產香的主要原因，對發酵條件進行優化可以提高蛋白酶酶活，增加香味物質的種類和含量。

3 存在的問題

我國酒曲在制作過程中存在著優質曲比重較少、機械化程度低、曲蟲治理較困難等問題的掣肘。

3.1 優質曲較少

酒曲在發酵過程中由于接觸外界微生物較多，微生物種類含量錯綜復雜，有益微生物與雜菌共同生長，生長條件的改變可能導致酒曲的發酵性能降低。由于操作過程中靠門窗位置頂點溫度過低、水分較多、保溫效果不佳、滋生曲蟲等一系列問題，優質曲往往只有總曲的一部分。張春林[35]在對瀘州老窖的不同酒曲進行了理化性質檢測和微生物數量與種類分析，分析發現優質曲的微生物數量遠多于普通曲，各類理化性質都是優質曲占據主要優勢。提高優質曲的所占比重對于提高酒曲的經濟價值具有較大的影響。提高優質曲可以通過加厚墻壁與稻草來升高頂點溫度；可以通過開窗通風來較少室內水分；保持室內衛生干凈整潔來減少曲蟲。減少培育過程中的不利條件來增加優質曲減少劣質曲。

3.2 機械化程度低

酒曲在我國大部分酒廠主要以人工操作為主，機器自動化生產為輔。酒曲的機械化生產主要集中在原材料的處理上，例如對生產工藝中的潤糧水分、潤糧時間、顆粒粉碎度、母曲的添加量以及干燥時間等一系列前期操作。在酒曲入房培養時利用溫度、CO2監測系統進行檢測，而對于酒曲的安放、翻曲、開窗散熱等一系列后期培菌操作的機械化程度較低，大量利用人力進行生產[36-38]。機械化生產可以大幅減少人工成本，減少曲蟲對工人身體造成損傷，但現階段機械化制曲的質量普遍不如人工制曲。提高酒曲生產過程中的機械化主要困難集中在培育階段，由于其酒曲生產的特殊性，現階段只能對其進行數字監控而不能進行機械操作。

3.3 曲蟲治理困難

酒曲營養物質豐富和開放式生產過程，非常容易滋生曲蟲。曲蟲的種類主要有土耳其扁谷盜、咖啡豆象、藥材甲、黃斑露尾甲、赤擬谷盜等。在發酵階段主要生長在品溫較低的酒曲發酵中后期，以食用酒曲為生，曲蟲對酒曲造成危害主要在入庫貯藏時期。曲蟲不僅僅會對酒曲質量產生影響，還會對工人的身體造成危害，因此對曲蟲的治理勢在必行。我國酒廠對曲蟲大部分采用物理方法和化學方法進行治理，生物方法的利用較少。

物理方法有CO2窒息法、捕蟲燈誘捕法。CO2窒息法由于其存在安全隱患，用于實際生產存在一定難度；捕蟲燈誘捕法效果較好但治理曲蟲數目較少，并且其生產成本較高不利于大規模使用[39]。

化學方法治理曲蟲主要是利用如溴甲烷、磷化鋁、磷化氫等化學物質，使其進入曲蟲體內產生副作用，從而對曲蟲行為造成影響或直接殺死曲蟲。曲蟲死亡后尸體大量殘留在酒曲中，由于使用了大量的化學物質，存在安全隱患且大量使用化學物質會使曲蟲產生抗藥性[40]。

生物治蟲在酒曲的生產中主要采用以菌治蟲來進行除蟲。徐宏革等[41]通過研究了蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）Z113菌株在發酵過程中形成的伴孢晶體的形態及毒素蛋白的殺蟲活性，發現其產生一種外毒素可以對害蟲產生毒害作用，這種外毒素不會對人體產生任何副作用。KONECKA E等[42]通過利用不同比例的蘇云金桿菌伴孢晶體和麝香草酚混合物進行殺蟲測驗，發現混合物比例為1∶100、1∶250時殺蟲效果最佳。同時進行血細胞檢測發現血細胞形態沒有發生變化、酶蛋白活性也沒有受到影響、肌動蛋白細胞骨架網絡發育良好、F-肌動蛋白染色顯示正常的血細胞形態、細胞核未碎裂，進一步證明了混合物主要是作用于神經系統。李新社等[43]利用蘇云金桿菌對酒曲中的大谷盜進行試驗，發現在濃度為0.004 mL/g時的液體中大谷盜死亡率最高，對大曲性質的影響微乎其微。