基于白酒模擬釀造體系的不同種類大米釀造差異性研究

祝云飛，林 培，吳生文，曾婷婷，彭 輝，劉小琴，熊秋萍，黎清華

（四特酒有限責任公司，江西 樟樹 331200）

原料是決定白酒質量的重要物質基礎，一方面，原料因其自身含有一定量的風味成分而使酒體表現出“原料香”[1-2]，并且含有在酸或酶的作用下才釋放出來的結合態(tài)風味[3]；另一方面，原料作為微生物生長的“培養(yǎng)基”將直接影響微生物的生長和風味物質的代謝生成[4]。

江西省是我國的水稻種植大省（秈稻為主），同時也是產糧大省，特香型白酒以大米為原料，是贛鄱地區(qū)的主產香型。大米原料對特香型白酒釀造影響的研究報道較少。李科發(fā)等[5]研究不同品質大米對白酒產量和質量的影響，發(fā)現優(yōu)質大米所產基酒質量優(yōu)于普通大米，但出酒率低于普通大米。肖美蘭等[6]研究利用富硒大米代替普通大米釀造特香型基酒，沒有達到提高白酒中硒含量以及提升基酒質量的目的。按原料稻谷類型，大米分為秈米、粳米、秈糯米和粳糯米[7]。秈米、粳米、糯米在外觀、理化、淀粉結構等方面都有較明顯的差異，原料風味也有一定差別[8-10]，對發(fā)酵代謝也可能有不同的影響。彭智輔等[11]研究了大米、糯米的蒸煮香氣組成，對大米、糯米的揮發(fā)性香氣成分進行提取分析。李秋濤等[12]比較了不同直支鏈淀粉含量的大米、高粱的糊化情況和蒸煮香氣，并進行了實驗室和窖池發(fā)酵試驗。結果發(fā)現同一品種的糧食直鏈淀粉越高，淀粉結構越緊密，糊化時間越長，糧香越濃；另外，不管是直鏈淀粉還是支鏈淀粉，只要糊化得好，出酒率差別不大。江偉等[13]通過不同原料釀造單糧白酒，并進行風味物質分析，發(fā)現大米酒和糯米酒以爽凈感為主。目前鮮見不同種類大米對特香型白酒釀造影響的相關報道，值得探究。

由于車間窖池環(huán)境、母糟情況與班組操作等不一致，難以保證參數的穩(wěn)定性和準確性[14]，直接進行生產試驗需要大量的試驗組，物料消耗大。因此，本研究設計制作實驗室小試模擬發(fā)酵與蒸餾裝置，構建固態(tài)法白酒模擬釀造體系，搭建實驗室小試釀酒平臺，并基于此平臺，以秈米、粳米、糯米三種大米為原料，進行模擬釀造試驗，考察不同種類大米在釀造過程中發(fā)酵升溫、糟醅理化、基酒理化、基酒色譜成分與基酒感官品質等方面的變化及特點，進行差異性分析，為進一步的車間試驗和釀造專用米選用提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

粳米（產地江蘇宿遷）、糯米（產地安徽淮安）：市售；秈米（產地江西）、大曲、稻殼、母糟：由四特酒有限責任公司生產車間提供。

1.1.2 化學試劑

氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、乙酰丙酮（均為分析純）：西隴科學股份有限公司；白酒色譜混合標樣（59種組分，純度均≥99.8%）：中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院。

1.2 儀器與設備

KDN-04消化爐：杭州綠博儀器有限公司；721N可見光分光度計：上海佑科儀器儀表有限公司；Aglient GC7890氣相色譜儀、DB-624UI毛細管色譜柱（30m×0.53mm×3.00μm）：安捷倫科技（中國）有限公司；RC-5+溫度記錄儀：江蘇精創(chuàng)電氣股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗室用白酒蒸餾裝置設計制作

裝置結構示意圖[15]見圖1。蒸餾桶容積設計呈倒錐形，底徑20 cm，口徑25 cm，高80 cm（總容積32 L），保證料層的高度，有助于酒精充分精餾濃縮。該裝置用小型電加熱蒸汽鍋爐提供充足且穩(wěn)定的蒸汽。

圖1 實驗室用白酒蒸餾裝置結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of the structure of laboratory Baijiu distillation device

1.3.2 固態(tài)法白酒模擬發(fā)酵裝置設計制作

裝置結構示意圖見圖2。發(fā)酵桶設計容積25 L，一次可投糧約2 kg，模擬原料糟部分。裝置結構與工作原理：該裝置最里層是密封發(fā)酵桶，發(fā)酵桶外圍為全包裹的密閉保溫套；最外層為保溫箱，保溫箱內有溫控加熱裝置。使用時，定期查看發(fā)酵桶內發(fā)酵溫度，然后根據發(fā)酵溫度設定保溫箱內溫度始終低于發(fā)酵溫度1 ℃以內，減少外界溫度傳遞對發(fā)酵的干擾。

圖2 固態(tài)法白酒模擬發(fā)酵裝置結構示意圖Fig.2 Structure diagram of simulated fermentation device for traditional Baijiu

1.3.3 模擬釀造平臺效果驗證

取車間攤涼下曲拌勻后的糧糟裝入發(fā)酵桶中，同車間糧糟入池操作，按壓緊實。再將溫度記錄儀探頭放入糟醅中，做好密封，然后用保溫套包裹，置于保溫箱中，每天查看發(fā)酵溫度，并設定保溫箱內溫度低于發(fā)酵溫度0.5 ℃。在車間該甑糧糟中間位置、同一平面均勻放置3個溫度記錄儀，記錄發(fā)酵溫度。實驗室模擬發(fā)酵與車間窖池各做三組平行試驗。

發(fā)酵45 d。發(fā)酵結束后取樣檢測實驗室模擬發(fā)酵酒醅與車間出池酒醅的水分、酸度、淀粉含量和酒精度并用自制的實驗室用白酒蒸餾裝置蒸酒。出酒流速控制100mL/（3～5）min，每接100 mL檢測酒精度，再與前面接好的酒液混合，檢測混合后的綜合酒精度。

1.3.4 大米理化指標檢測

大米樣品檢測水分、淀粉、蛋白質、浸泡吸水率等理化指標，檢測方法參照《糧油及其制品檢驗》[16]中的檢測方法。

1.3.5 不同種類大米模擬釀造試驗

以秈米、粳米、糯米為原料，進行釀造特香型白酒試驗。每種大米投糧6 kg，投糧∶母糟為1∶5，用曲量27%，稻殼用量40%，糧水比1.0∶1.2（g∶mL）。

按特香型白酒釀造工藝進行拌料、潤糧、蒸糧、攤涼、下曲等操作。潤糧時間1 h；大米蒸煮做到內無生心，熟而不黏；下曲溫度20 ℃左右。處理好的糧糟稱質量分成三等份（做三組平行試驗），裝入發(fā)酵桶中，按壓緊實，按“1.3.3模擬釀造平臺效果驗證”的方法發(fā)酵保溫。發(fā)酵45 d后，每桶拌入對應種類大米2 kg，按“1.3.3 模擬釀造平臺效果驗證”的方法蒸餾接酒，混合酒液酒精度控制在（60±1）%vol。發(fā)酵前后取糟醅檢測理化指標。

1.3.6 酒醅理化檢測

入池（發(fā)酵前）酒醅檢測水分、酸度、淀粉含量，出池（發(fā)酵后）酒醅檢測水分、酸度、淀粉含量、酒精度，檢測方法參照《釀酒分析與檢測》[17]中的檢測方法。

1.3.7 基酒理化與色譜檢測

基酒理化檢測酒精度、總酸、總酯等3項指標檢測方法參照《釀酒分析與檢測》[17]。

采用氣相色譜法檢測基酒中風味成分，氣相色譜條件：DB-624UI毛細管色譜柱（30 m×0.53 mm×3.00 μm），載氣為氮氣（N2），流速1.5 mL/min；氫氣（H2）流速30 mL/min；尾吹流速40 mL/min；空氣流速400 mL/min；氫火焰離子化檢測器；氣化溫度250 ℃；進樣量1 μL。

1.3.8 基酒感官品評

由7人組成的專業(yè)白酒品酒員，參照特香型白酒基酒標準進行綜合評價。

1.3.9 數據分析

數據用平均值±標準差（xˉ±SD）表示，以Excel 2016軟件作圖，利用SPSS 20.0軟件進行方差分析。以P＜0.05為差異顯著，多重比較采用Duncan's新復極差法進行比較。

2 結果與分析

2.1 模擬釀造平臺效果驗證

2.1.1 模擬發(fā)酵裝置效果驗證

傳統(tǒng)固態(tài)法白酒發(fā)酵窖池容積一般較大，大量糟醅的堆積、共同發(fā)酵使得糟醅受外界環(huán)境影響較小而出現明顯的升溫變化，包含后期的降溫，整個發(fā)酵過程溫度變化都是自然發(fā)生的。要實現對發(fā)酵的模擬，強制控溫的方式[18-20]使發(fā)酵出現固定的升溫曲線，難以反映出試驗參數調整對發(fā)酵升溫的影響，也直接干擾了發(fā)酵過程；單純保溫的方式，當外部溫差較大或溫度波動明顯時[21]，在一般長達一個月以上的發(fā)酵期中，發(fā)酵過程可能將受到較明顯影響。本研究設計制作的模擬發(fā)酵裝置，首先對發(fā)酵糟醅進行保溫，同時控制外界環(huán)境（保溫箱內）溫度，維持溫度的穩(wěn)定和減小溫差。模擬發(fā)酵試驗的溫度變化情況見圖3。

圖3 實驗室與車間窖池發(fā)酵升溫曲線Fig.3 Temperature variation curves of fermentation in laboratory and pit in workshop

由圖3可以看出，實驗室模擬發(fā)酵與車間窖池的發(fā)酵溫度變化趨勢基本一致，模擬發(fā)酵過程受外界傳熱的干擾降低，發(fā)酵呈現出自然的升溫變化，前期快速升溫階段車間窖池平均升溫速度1.2 ℃/d，實驗室模擬發(fā)酵平均升溫速度1.0 ℃/d；緩慢降溫階段車間窖池平均降溫速度0.12 ℃/d，實驗室模擬發(fā)酵平均降溫速度0.16 ℃/d。可能由于發(fā)酵桶、保溫材料等需要吸收一些發(fā)酵熱量，導致前期升溫、頂溫、升溫幅度以及后期溫度比車間窖池略低。實驗室模擬發(fā)酵與車間窖池出池酒醅理化結果見表1。

表1 實驗室與車間窖池出池酒醅理化對比Table 1 Comparison of physiochemical indicators of alcoholic fermentative material in laboratory and pit in workshop

由表1可知，實驗模擬發(fā)酵酒醅與車間窖池酒醅各理化指標差異不顯著（P＞0.05），發(fā)酵均較正常。綜合發(fā)酵升溫與糟醅理化情況，該模擬發(fā)酵裝置可以用于實驗室進行相關釀造工藝的小試發(fā)酵試驗。

2.1.2 實驗室用白酒蒸餾裝置效果驗證

固態(tài)法的白酒的蒸餾極具特色，酒醅既是酒精載體又相當于蒸餾塔板。本研究制作的固態(tài)法白酒蒸餾裝置蒸餾過程酒精度變化情況見圖4。

由圖4可以看出，本研究制作的蒸餾裝置具有很高的濃縮效率，初始酒精度可穩(wěn)定達到70%vol以上，另外，在“斷花”（50%vol左右）后，混合酒液酒精度在60%vol以上，符合生產中斷花摘酒的工藝要求。該蒸餾裝置可以用于實驗室較少糟醅情況下的蒸餾。

圖4 蒸餾過程酒精度變化規(guī)律Fig.4 Changing rule of alcohol content during distillation

發(fā)酵與蒸餾是白酒釀造的關鍵環(huán)節(jié)，也是模擬釀造的重點、難點。本研究設計的發(fā)酵與蒸餾裝置效果良好，可以較好的模擬傳統(tǒng)固態(tài)法白酒生產中的發(fā)酵與蒸餾情況，結合市售的小型蒸糧裝置、風扇、室內空調等即可搭建起完整的實驗室白酒模擬釀造平臺，開展工藝試驗研究。

2.2 大米樣品理化

秈米、粳米、糯米樣品部分理化指標見表2。

表2 大米樣品理化指標Table 2 Physiochemical indicators of rice samples

由表2可知，三種大米水分、淀粉含量相差不大，粳米蛋白質含量最高（8.7%），高蛋白質可為發(fā)酵提供更豐富的營養(yǎng)，但過多可能引起高級醇含量偏高。浸泡吸水率為糯米＞粳米＞秈米（P＜0.05），浸泡吸水率對潤糧工藝具有重要指導作用，充分潤糧才能保證充分糊化。

2.3 不同種類大米發(fā)酵糟醅理化差異與出酒率對比

基于自行搭建的模擬釀造平臺，以秈米、粳米、糯米三種大米為試驗原料，進行單因素試驗，試驗中母糟、大曲、稻殼、釀造用水以及糟醅處理方式保持一致。發(fā)酵前后糟醅理化檢測結果見表3。

表3 發(fā)酵前后糟醅理化指標Table 3 Physiochemical indicators of fermented grains before and after fermentation

由表3可知，發(fā)酵前各項入池酒醅參數無顯著性差異（P＞0.05），通過模擬釀造平臺小試，保證了入池參數基本一致。發(fā)酵后酒醅水分與殘余淀粉含量無顯著性差異（P＞0.05），結合酸度與酒精度指標分析，各試驗組發(fā)酵基本正常。發(fā)酵后酒醅酸度與酒精度指標在三種大米試驗組間有顯著性差異（P＜0.05），出池酒醅酸度順序：粳米＞秈米＞糯米，酒精度順序：糯米＞粳米＞秈米。由于殘余淀粉相近，淀粉糖化后在不同種類大米間的代謝方向可能有一定差異，進而出現不同產酒、產酸以及香味生成情況。不同種類大米出酒率見圖5。

圖5 不同種類大米出酒率Fig.5 Liquor yield of different rice cultivars

由圖5可知，不同大米原料釀造基酒出酒率順序為：糯米（50.5±3.4）%＞粳米（42.9±4.6）%＞秈米（30.7±4.5）%，不同種類大米間差異性顯著（P＜0.05），與酒醅酒精度呈正相關。

2.4 不同種類大米發(fā)酵升溫變化

發(fā)酵溫度是評價發(fā)酵情況的重要參數。秈米、粳米、糯米在模擬發(fā)酵中的發(fā)酵溫度變化見圖6。

圖6 不同種類大米發(fā)酵溫度變化曲線Fig.6 Variation curves of fermentation temperature of different rice cultivars

由圖6可知，三種大米的發(fā)酵升溫曲線都較正常。前期快速升溫階段，秈米、粳米、糯米的升溫速率分別為0.9 ℃/d、1.1 ℃/d和1.5 ℃/d，升溫速率在一定程度上反映了出了淀粉水解利用的快慢；總升溫幅度，秈米、粳米、糯米分別達到了9.7 ℃、12.3 ℃和11.8 ℃，升溫差異可能與不同種類大米直支鏈淀粉比例和淀粉分子結構有關[22]。

2.5 不同種類大米基酒理化與風味成分分析

對三種大米小試試驗的基酒進行理化檢測與風味物質成分分析，不同種類大米試驗基酒總酸、總酯含量見圖7。

圖7 不同種米大米基酒總酸、總酯含量Fig.7 Contents of total acid and ester in basic liquor with different rice cultivars

由圖7可知，秈米、糯米基酒總酸、總酯含量無顯著性差異（P＞0.05），粳米基酒總酸、總酯含量均高于秈米和糯米。

分析微量風味物質，列舉平均含量在20 mg/L以上的風味成分見表4。

由表4可知，酯類成分，除乳酸乙酯、棕櫚酸乙酯，秈米基酒其他酯類含量均更低（P＜0.05）。乳酸乙酯/乙酸乙酯的比值，秈米、粳米、糯米基酒分別為1.4、0.7和1.0，不同種類大米對基酒中該兩項主要酯類成分的生成影響較大。三種大米基酒丙酸乙酯含量均很低，可能與發(fā)酵時間較短或者原料糟產丙酸乙酯較少有關。

表4 不同種類大米基酒微量成分含量Table 4 Contents of trace components in basic liquor with different rice cultivars

由表4可知，醇類成分，正丁醇、正己醇、2,3-丁二醇含量部分具有統(tǒng)計學意義上的差異，但總體含量較低。適量的高級醇可以增加酒體的醇甜感，但也是引起上頭、飲后不適感的重要因素[23-24]。粳米、糯米基酒正丙醇含量高（P＜0.05），較高的正丙醇含量是特香型白酒的風味成分特點，因此粳米、糯米可能更有利于產生特香型白酒特征成分。醛類成分，粳米基酒三種醛類物質均更高（P＜0.05），糯米基酒也有較高乙醛、乙縮醛含量。

2.6 不同種類大米基酒感官品評結果

對三種大米試驗基酒進一步進行感官品評，品評結果見表5。

表5 不同種類大米基酒感官評價Table 5 Sensory evaluation of basic liquor with different rice cultivars

由表5可知，3種大米試驗基酒都具有特香型基酒的典型特征，由于不含丟糟酒和踩糟酒，風格特征更接近原料糟酒。各組均有評分較高的樣本，但整體上粳米、糯米基酒優(yōu)于秈米，糯米、粳米基酒聞香更好，糯米基酒綿甜感較好，這可能與糯米、粳米支鏈淀粉含量更高有關，姚亞林等[25]也在研究中認為支鏈淀粉含量高，對產酒生香有益。

3 結論

以傳統(tǒng)固態(tài)法白酒的發(fā)酵過程與蒸餾原理為基礎，構建實驗室小試模擬釀造體系，實現了發(fā)酵的自然升溫與高效率蒸餾，通過小試保證了試驗工藝參數的穩(wěn)定性與一致性，使試驗過程更加科學合理。

試驗使用的秈米、粳米、糯米水分、淀粉含量絕對值相差不大，粳米蛋白質含量相對更高。三種大米浸泡吸水率差異較大，糯米、粳米浸泡吸水率分別高于秈米15.6%、3.0%，要注意保證充分潤糧。在發(fā)酵過程中，粳米、糯米前期升溫較快，升溫幅度與頂溫也比秈米高。糯米、粳米出酒率分別高于秈米19.8%、12.2%。

三種大米基酒，粳米總酸、總酯含量均大于秈米和糯米。酯類成分，在三種大米酒樣間，乳酸乙酯/乙酸乙酯的比值有明顯的差異，秈米產乳酸乙酯更多，粳米則產乙酸乙酯更多；醇、醛類風味物質組成各有特點，粳米、糯米正丙醇、醛類含量更高。基酒感官評價，粳米、糯米優(yōu)于秈米。實驗室模擬釀造條件下，三種大米對特香型白酒的釀造具有較大的差異。