生物反應器在濃香型白酒生產中的應用研究

羅 杰，張宿義，2，3，許德富，馬 蓉，楊 艷，徐 瓊，康承霞，王加彬，張學平，高天容，黃 也，張峰華

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國家固態釀造工程技術研究中心，四川瀘州 646000；3.釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川瀘州 646000）

濃香型白酒采用單糧（高粱）或多糧（高粱、大米、糯米、小麥、玉米）為釀酒原料，以泥窖作為發酵容器進行固態發酵，采用續糟配料，混蒸混燒，量質摘酒，原度酒貯存等工藝，經精心勾兌而成。隨著中國白酒消費的升級，高品質白酒的需求呈現快速增加的趨勢。為了提高高品質的濃香型白酒產能，行業內對濃香型白酒的發酵設備和發酵工藝進行了系統研究，這些對濃香型白酒發酵設備和工藝的研究，為濃香型白酒的機械化、自動化、智能化的發展方向奠定了基礎。由中國酒業協會起草的《中國酒業“十四五”發展指導意見》提出：深化智慧工廠建設，借助5G、物聯網技術，改造自動化、數字化、智能化生產線，優化升級智能釀造技術，將是未來白酒行業發展的大趨勢。

本試驗采用生物反應器進行濃香型白酒的生產，對生物反應器采用不同的控溫措施，確定最佳控溫方式，并對實驗結果進行了分析和討論。

1 材料與方法

1.1 試驗原料及設備場所

實驗原料：公司正常發酵生產的酒醅。

實驗時間：第一排次11 月—次年1 月，第二排次1—3 月；發酵周期：酒醅發酵時間≥60 d；實驗地點：某名酒廠釀酒車間。

生物反應器：采用不同的控溫措施，分別為窖泥、水及對照（未控溫）；對比窖為傳統泥窖。

1.2 試驗方案及數據分析

1.2.1 方案設計

對比窖和實驗窖的糟醅分別進行投糧，拌料取酒后，入原窖繼續發酵，發酵時間≥60 d，每天記錄各實驗窖糟醅發酵過程中的溫度變化情況。

1.2.2 數據采集

對實驗窖和對比窖的出入窖糟醅進行理化檢測及感官評定（包括酸度、淀粉、水分、糟醅和黃水感官）；糟醅發酵過程中，每天跟蹤實驗窖、對比窖和環境的溫度變化情況；糟醅發酵結束后分別取實驗窖和對比窖的二段酒綜合樣進行色譜分析和嘗評分析。

1.2.3 酒樣色譜分析條件

采用GC-MS 對蒸餾酒樣進行色譜分析，色譜柱型號和色譜分析條件參照《瀘型酒技藝大全》。

2 結果與分析

2.1 生物反應器發酵第一排次實驗結果分析

如圖1 所示，對比窖入窖溫度21 ℃，發酵18 d升至頂溫，頂溫30.9 ℃，升溫幅度9.9 ℃，中挺時間21 d；未控溫的入窖溫度21 ℃，從發酵第1 天開始，發酵糟醅的溫度持續下降，至出窖時糟醅的溫度在11 ℃左右，基本與環境溫度持平；采用窖泥控制溫度的入窖溫度21 ℃，發酵3 d 升至頂溫，頂溫24.6 ℃，升溫幅度3.6 ℃，中挺時間3 d；采用水控制溫度的入窖溫度21.6 ℃，發酵9 d 升至頂溫，頂溫23.6 ℃，升溫幅度2 ℃，中挺時間4 d；發酵過程中的環境溫度在9～14 ℃之間。從控溫效果來看，采用窖泥控制溫度的效果優于水控制溫度，但是均低于對比窖的升溫幅度。

圖1 生物反應器第一排發酵過程溫度變化圖

如表1所示，未控溫的酸度增幅為0.98 mmol/10 g，窖泥控制溫度的酸度增幅為1.16 mmol/10 g，水控制溫度的酸度增幅為1.19 mmol/10 g，對比窖的酸度增幅為1.49 mmol/10 g，各實驗窖的酸度增幅均明顯低于對比窖；各實驗窖的水分增加量在2%～4%之間，水分增加量在正常范圍內；各實驗窖的淀粉消耗量均在7 %左右；各實驗窖的出酒率均在38%左右，相互之間無明顯差異；各實驗窖糟醅的出窖糟感官和黃水感官正常。

表1 生物反應器實驗第一排糟醅理化變化情況

如表2 所示，3 個實驗窖的總酸、總酯和乳酸乙酯含量均明顯低于對比窖；己酸乙酯含量范圍1.57～3.22 g/L，含量高低順序依次為窖泥控制溫度（3.22 g/L）＞對比窖（3.15 g/L）＞水控制溫度（2.58 g/L）＞未控溫（1.57 g/L）；各實驗酒樣的嘗評結果高低順序依次為窖泥控制溫度＞對比窖＞水控制溫度＞未控溫。根據以上酒樣色譜數據和嘗評結果分析得出，采用窖泥控制溫度的生物反應器的出酒率和嘗評結果最佳，基本與對比窖相近或略優于對比窖。

表2 生物反應器實驗第一排酒樣色譜數據

2.2 生物反應器發酵第二排次實驗結果分析

如圖2 所示，對比窖入窖溫度22 ℃，發酵11 d升至頂溫，頂溫32.7 ℃，升溫幅度10.7 ℃，中挺時間18 d；未控溫的入窖溫度21.5 ℃，發酵第1 天溫度略有上升，之后發酵溫度持續下降，至發酵結束糟醅發酵溫度高于環境溫度5 ℃左右；采用窖泥控制溫度的入窖溫度22 ℃，發酵2 d 升至頂溫，頂溫28.3 ℃，升溫幅度6.3 ℃，中挺時間3 d；采用水控制溫度的入窖溫度22 ℃，發酵4 d 升至頂溫，頂溫26.3 ℃，升溫幅度4.3 ℃，中挺時間5 d；糟醅在發酵過程中的環境溫度始終維持在10 ℃左右。根據以上對比得出，采用窖泥控制溫度的溫度控制效果最佳，升溫幅度優于水控制溫度，但其升溫幅度和中挺時間均明顯低于對比窖。

圖2 生物反應器第二排發酵過程溫度變化圖

由表3 可看出，各實驗窖的酸度增幅在0.6～0.9 mmol/10 g之間，明顯低于對比窖的1.29 mmol/10 g；各窖池的水分增加量在3 %～4 %，出窖糟水分含量在60%以上，糟醅含水量適中；各窖池淀粉消耗量在6.1%～8.4%；各窖池出酒率的高低順序依次為：窖泥控制溫度＞對比窖＞水控制溫度＞未控溫；通過對各窖池的出窖糟醅進行感官鑒定，各窖池糟醅上排均發酵正常；該排糟醅的發酵時間為1—3月，此時的環境溫度在10 ℃左右，由于環境溫度低，所以各窖池發酵過程中產生的黃水基本都是清黃水，黃水顏色較淺。

表3 生物反應器實驗第二排糟醅理化變化情況

如表4 所示，實驗窖二段酒綜合樣的總酸、總酯和乳酸乙酯含量明顯低于對比窖，未控溫的總酸、總酯和乳酸乙酯含量最低，最高的為對比窖；各窖池的己酸乙酯含量在1.55～3.28 g/L，其中對比窖和采用窖泥控制溫度的己酸乙酯含量最高，未控溫的最低為1.55 g/L；各實驗窖酒樣嘗評均具有糧香，嘗評結果高低順序依次為窖泥控制溫度＞對比窖＞水控制溫度＞未控溫。通過該排次實驗結果分析，采用窖泥控制溫度的生物反應器的出酒率和酒樣嘗評結果最佳。

表4 生物反應器實驗第二排酒樣色譜數據

通過以上兩排次糟醅發酵情況和產酒情況的實驗結果得出：①生物反應器在冷季進行濃香型白酒的生產，升溫幅度低，酸度增幅小，己酸乙酯含量低，乳酸乙酯含量明顯低于對比窖，己乳比明顯大于對比窖；當主發酵期發酵過程中環境溫度高于15 ℃時，生物反應器的出酒率與傳統窖池相同；當環境溫度低于15 ℃時，未控溫的生物反應器的出酒率明顯下降，低于采取控溫措施的生物反應器和傳統窖池10 %左右；②通過對不同的控溫條件下各排次糟醅發酵過程理化數據、出酒率和酒質的分析得出，采用窖泥控制溫度的溫度控制效果、出酒率和酒質均最佳。因此，在冷季進行濃香型白酒的發酵生產時，可采用窖泥控制溫度進行濃香型白酒的發酵。

3 結果與討論

實驗結果表明，采用生物反應器在冷季進行濃香型白酒的發酵，存在以下特點：（1）采用生物反應器在發酵過程中升溫幅度和中挺時間明顯低于傳統窖池；（2）生物反應器在發酵過程中出入窖糟醅的酸度增幅小，明顯低于傳統窖池；（3）生物反應器的出入窖糟醅的淀粉消耗量和水分增加量基本與傳統窖池相同，無明顯差異；（4）在主發酵期發酵產酒階段，環境溫度較低的情況下，未控溫的生物反應器出酒率明顯低于傳統窖池及采取控溫措施的生物反應器，同時生成的己酸乙酯含量也偏低；（5）通過對比不同的控溫措施，采用窖泥控制溫度的生物反應器控溫效果最好，出酒率高，酒質佳。

針對生物反應器冷季生產濃香型白酒存在的問題（升溫緩慢、己酸乙酯含量低）提出以下建議：（1）適當提高入窖淀粉濃度和入窖溫度，適當增加原糧和曲藥的粉碎度，促進酒醅升溫，提高酒醅發酵頂溫，延長中挺時間，延長酯化期，提高己酸乙酯的生成量；（2）提高入窖酒醅酸度，因冷季氣溫低，入窖酒醅升溫緩慢，主發酵期延長，酯化期相對縮短，造成酒中各種酯類物質含量下降，可適當提高入窖酒醅的酸度，促進酯類物質的生成，提高己酸乙酯含量；（3）適當延長發酵周期，延長酯化期，促進產酯生香，促進己酸乙酯的生成。

本文對生物反應器在冷季進行濃香型白酒的生產進行了研究，確定了冷季進行濃香型白酒發酵應注意的問題和采取的措施，后期還將對生物反應器在冷季和熱季進行濃香型白酒的窖外發酵進行多排次生產研究，以期確定在不同生產季節條件下的濃香型白酒發酵工藝參數。