清芝復合香型白酒生產工藝的優化

余漢超，蔣燕明，陳家豪，張瑞景，蔡鳳嬌，徐健

（湖北工業大學生物工程與食品學院，工業發酵省部共建協同創新中心，發酵工程教育部重點實驗室，湖北 武漢 430068）

中國白酒歷史悠久、產品種類眾多，按釀造工藝特點、風味特征不同可分為12種香型[1-3]。清香型白酒是12種香型中4大基本香型（清香型、濃香型、醬香型、米香型）之一，其可分為大曲清香、小曲清香和麩曲清香[4-6]。清香型白酒被視為中國白酒的起源，其“清香純正、一清到底”的特點深受消費者的喜愛[7-8]。芝麻香型白酒是新中國成立后的兩大自主創新香型之一，具有焙炒芝麻的復合香氣，主要在北方地區流行[9-11]。

隨著消費升級，消費者在飲用過程中更注重白酒的口感品質，不局限于某特定香型[12]。擺脫傳統單一香型的束縛，研發多香型融合的復合香型白酒成為現如今白酒行業的重要發展方向[13]。通過香型組合可使酒體在香和味上取長補短，提升品質、改善口感，以滿足不同消費者的需求。張杰等[14]通過采用濃香型白酒生產工藝中的“老五甑”工藝、醬香型白酒生產工藝中的高溫堆積以及芝麻香型白酒“大麩結合、泥底磚窖”等工藝，獲得一款口感豐富、具有焦香風味的復合香型白酒。胡小霞等[15]研究的小曲和大曲結合生產清醬香型白酒工藝，所得產品既有清香型白酒的幽雅、勁爽，又有醬香型白酒的醇厚、細膩、回味悠長。

本試驗對清芝復合香型白酒進行研究，從生產工藝上結合兩種香型的工藝特點，研發以清香風味為主體，同時具有芝麻香風味的復合香型白酒。對影響清芝復合香型白酒風味和質量的麩皮添加量、芝麻香型曲添加量、清香型曲添加量以及兩種料醅的比例等因素進行研究和優化，得到混合發酵生產清芝復合香型白酒的較優工藝，以期為發展創新個性化白酒、滿足消費者多元化需求提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱：市售；芝麻香型曲（強化曲）、清香型曲（強化曲）：山東徐旭酒曲有限公司。

乙酸戊酯、乙醇（均為色譜級）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙酸乙酯（色譜級）：上海麥克林生化科技有限公司；其它試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Agilent GC 7890A、DB-WAX氣相色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）：安捷倫科技有限公司；YXQ-LS-75立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海博迅實業有限公司；AS 220.R1電子天平：波蘭RADWAG公司；Direct-Q 5 UV純水儀：美國Millipore公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 清芝復合香型白酒生產工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 清芝復合香型白酒生產工藝流程Fig.1 Production process for Qingzhi-flavor liquor

操作要點：選取1.5 kg無毒無蟲害、顆粒飽滿的高粱，浸泡后除去泡糧水進行初蒸。初蒸后燜糧復水時，水應浸沒過高粱表面。除去燜糧水后進行復蒸，復蒸好的高粱攤涼至28℃～32℃時，按一定比例分成兩部分，分別加入芝麻香型曲和清香型曲。其中，加芝麻香型曲的料醅堆積時頂溫要達到42℃以上，加清香型曲的料醅鋪成10 cm～15 cm厚進行培菌糖化。處理好的料醅攤涼至25℃以下后，將兩種料醅按質量比混合后裝入10 L的陶壇用塑料膜密封發酵，發酵環境溫度為20℃～25℃。發酵16 d后進行蒸餾取酒，蒸餾過程中，接取50%vol以上的酒樣為檢測、品評的樣品。

1.3.2 酒體評價指標的測定

乙酸乙酯是清香型白酒的主體香氣成分[16]，在評價過程中，品評員認為乙酸乙酯含量高的酒樣綜合感官質量較好。因此，在單因素試驗中將原酒中乙酸乙酯含量作為指標來評價不同因素對發酵的影響。在響應面優化試驗中以感官評分作為評價指標。品評人員為湖北工業大學釀酒中試基地8名持證品酒師，包括5男3女。最終得分為去掉一個最高分和一個最低分后的平均值。感官標準見表1。

表1 清芝復合香型白酒感官標準Table 1 Rules for sensory evaluation of Qingzhi-flavor liquor

1.3.3 單因素試驗

1.3.3.1 麩皮添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響

料醅的麩皮添加量分別設置為2%、4%、6%、8%和10%，芝麻香型曲添加量為10%，清香型曲添加量為7%，芝麻香型料醅質量分數50%，發酵時間為16 d，考察麩皮添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響。

1.3.3.2 芝麻香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響

料醅的麩皮添加量設置為6%，芝麻香型曲添加量分別設置為6%、8%、10%、12%和14%，清香型曲添加量為7%，芝麻香型料醅質量分數50%，發酵時間為16 d，考察芝麻香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響。

1.3.3.3 清香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響

料醅的麩皮添加量為6%，芝麻香型曲添加量為10%，清香型曲添加量分別設置為5%、6%、7%、8%和9%，芝麻香型料醅質量分數50%，發酵時間為16 d。考察清香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響。

1.3.3.4 芝麻香型料醅質量分數對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響

料醅的麩皮添加量為6%，芝麻香型曲添加量為10%，清香型曲添加量為7%，芝麻香型料醅質量分數分別設置為30%、40%、50%、60%和70%，發酵時間為16 d。考察芝麻香型料醅質量分數對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響。

1.3.4 響應面優化

前期研究表明，麩皮添加量（A）、芝麻香型曲添加量（B）、清香型曲添加量（C）以及芝麻香型料醅質量分數（D）是影響清芝復合香型白酒品質的最主要的因素。因此，采用四因素三水平的中心組合設計（central composite design，CCD）進行響應面優化試驗（response surface methodology，RSM），響應面試驗因素及水平見表2。

表2 響應面因素及水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology

1.3.5 乙酸乙酯含量的測定

乙酸乙酯含量采用氣相色譜內標法進行檢測。

內標溶液的配制：準確吸取200 μL乙酸戊酯，用60%乙醇溶液定容至10mL，低溫、避光、密封保存備用。

原酒處理：將蒸餾得到的原酒用0.22 μm濾膜過濾，加入200 μL內標溶液后定容至10 mL，備用。

測定乙酸乙酯的氣相色譜條件：參考管健等[17]的方法。

1.3.6 總酸和總酯含量的測定

參考 GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[18]進行測定。

1.3.7 數據處理

試驗所有數據測定3次，用Excel 2010對數據進行統計分析，Origin 8.5進行繪圖，Design-Expert 10進行響應面結果分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 麩皮添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響結果

白酒發酵過程中，不同麩皮添加量會對白酒的風味和品質產生影響。麩皮中含有的高濃度蛋白質，在白酒發酵過程中可分解為氨基酸，有利于料醅中美拉德反應的進行，是白酒中焦香、醬香等風味產生的重要因素[19-20]。此外，麩皮中還含有大量的木質素、酚類物質等成分，在提高白酒的芝麻特殊香氣等方面起到積極作用[21]。麩皮添加量對清芝復合香型白酒乙酸乙酯含量的影響見圖2。

圖2 麩皮添加量對原酒中乙酸乙酯含量的影響Fig.2 Effect of addition amount of bran on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

如圖2所示，麩皮添加量為6%時，原酒中的乙酸乙酯含量最高，為383.9 mg/100 mL。麩皮添加量為2%～4%時，原酒中乙酸乙酯含量略微上升，這或許是由于麩皮中的有益物質在料醅中的濃度處于較低水平，促進作用不明顯。當麩皮添加量超過8%時，乙酸乙酯含量明顯下降，這可能是因為麩皮中殘余的有害物質較多，難以分解的不溶性膳食纖維以及植酸等成分對料醅中微生物的繁殖代謝產生了抑制作用[22]。因此，選擇麩皮添加量為4%～8%進行后續的響應面試驗。

2.1.2 芝麻香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響結果

將蒸好的高粱冷卻至適宜溫度，根據試驗設計加入不同質量的芝麻香型曲后進行高溫堆積。高溫堆積是芝麻香白酒焦香和焙烤香產生的重要因素，一般堆積溫度可達50℃左右[23-24]。芝麻香型曲中含有較多的嗜熱及耐熱菌，在堆積過程中，酒曲的添加量影響堆積料醅的微生物生長繁殖以及料醅的升溫狀態，進而影響風味物質的產生。芝麻香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響見圖3。

圖3 芝麻香型曲添加量對原酒中乙酸乙酯含量的影響Fig.3 Effect of addition amount of sesame-flavor koji on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

由圖3可知，當芝麻香型曲添加量低于10%時，隨著芝麻香型曲添加量的增加，原酒中乙酸乙酯含量逐漸增加，芝麻香型曲對乙酸乙酯的生成具有明顯的促進作用；芝麻香型曲添加量為10%時，原酒中的乙酸乙酯含量最高，達到408.2 mg/100 mL；繼續增加芝麻香型曲添加量，原酒中乙酸乙酯含量開始降低，這可能是由于芝麻香型曲的添加量過大造成料醅中的微生物接種量過高，不利于次級代謝產物的積累[24]。因此，選取芝麻香型曲添加量為8%～10%進行后續的響應面試驗。

2.1.3 清香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響

高粱冷卻至適宜溫度后，加入清香型酒曲，得到清香型料醅，隨后進行培菌糖化。培菌糖化過程中，曲中的微生物可以進行大量繁殖，從而對原料進行更好的糖化作用，有利于料醅入池發酵的順利進行[25]。清香型曲添加量對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響見圖4。

圖4 清香型曲添加量對原酒中乙酸乙酯含量的影響Fig.4 Effect of addition amount of mild aromatic koji on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

由圖4可知，清香型曲添加量為5%～7%時，隨著清香型曲添加量的增加，原酒中的乙酸乙酯含量逐漸升高。當清香型曲添加量為7%時，乙酸乙酯含量達到最高值為384.8 mg/100 mL。清香型曲添加量超過7%時，乙酸乙酯含量反而下降，這可能是接種量增大微生物的次級代謝受到抑制造成的。因此，清香型曲的添加量不可過高，選取5%～7%清香型曲添加量進行后續響應面優化試驗。

2.1.4 芝麻香型料醅質量分數對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響結果

高溫堆積是芝麻香型白酒發酵產香的一個重要過程，其主要目的是使料醅中的淀粉、纖維素、蛋白質等物質酶解成糖和氨基酸，為進行美拉德反應并生成特殊風味物質奠定基礎[26]。培菌糖化主要是使微生物進行生長繁殖，并代謝產生淀粉酶、糖化酶等酶類，為發酵過程中淀粉分解成糖提供條件。在本試驗中，將芝麻香型料醅和清香型料醅分別進行加曲堆積和培菌糖化，再混合發酵，不同香型料醅的混合比例影響發酵體系中微生物的群落結構以及風味物質的組成。芝麻香型料醅質量分數對清芝復合香型白酒中乙酸乙酯含量的影響見圖5。

圖5 芝麻香型料醅質量分數對原酒中乙酸乙酯含量的影響Fig.5 Effect of proportion of sesame-flavor mash on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

由圖5可知，隨著芝麻香型料醅質量分數的增加，白酒中乙酸乙酯含量逐漸上升，并在質量分數60%時達到最高，為474.0 mg/100 mL。當芝麻香型料醅質量分數超過60%時，白酒中的乙酸乙酯含量降低。因此，選取芝麻香型料醅質量分數50%～70%進行后續的響應面優化試驗。

2.2 響應面試驗結果

依據CCD方案，對A麩皮添加量、B芝麻香型曲添加量、C清香型曲添加量、D芝麻香型料醅質量分數進行四因素三水平優化試驗。以感官評分為響應值，試驗結果見表3，響應面試驗方差分析見表4。

表3 響應面試驗方案及試驗結果Table 3 Response surface experiment results

表4 響應面試驗方差分析Table 4 Analysis of variance in response surface experiments

利用Design-Expert 10軟件進行分析可知，感官評分的二元擬合回歸方程為Y=72.58+0.28A+0.37B+0.46C-0.11D-0.48AB+0.1AC+0.062AD+0.73BC-0.73BD-0.48CD-1.57A2-1.05B2-0.34C2-0.82D2。

由表4可知，P＜0.05，模型回歸差異顯著；失擬項P值=0.228 2＞0.05，不顯著，說明擬合程度良好，能真實反映實際情況，因此，該回歸方程可以代替真實數據對試驗結果進行分析。各因素對感官評分的影響程度大小依次為清香型曲添加量（C）＞芝麻香型曲添加量（B）＞麩皮添加量（A）＞芝麻香型料醅質量分數（D）。

各因素交互作用對感官評分影響的響應面和等高線見圖6。

圖6 各因素交互作用對感官得分影響的響應面和等高線Fig.6 Response surface 3D map and contour map of the effect of various factor interactions on sensory score

由圖6可知，各因素之間的交互作用顯著性與表3中的P值結果一致，BC、BD的等高線坡度較大，因此，該試驗中BC、BD的交互作用最強。由響應面可知，所有圖形開口均朝下，隨著每個因素的增加，響應值增大，在頂點處達到最高，頂點的條件即為因素水平最優條件。

經Design-Expert 10軟件分析可知，清芝復合香型白酒的最優工藝條件為麩皮添加量6.0%、芝麻香型曲添加量11.6%、清香型曲添加量8.0%、芝麻香型料醅質量分數52.8%，此時白酒感官評分預測值為73.3。對響應面優化結果進行驗證試驗，最優條件下清芝復合香型白酒的感官評分為69.7，與響應面預測結果的誤差在5%以內，證明響應面所建立的模型適宜于清芝復合香型白酒的最優工藝參數的確定。

最優工藝條件下，清芝復合香型白酒中酒精度、總酸、總酯的含量如表5所示。

表5 清芝復合香型白酒中的總酸、總酯含量Table 5 Total acids and total esters in Qingzhi-flavor liquor

由表5可知，蒸餾得到的清芝復合香型白酒的酒精度高，高于GB/T 10781.2—2022《白酒質量要求第2部分：清香型白酒》[16]和 GB/T 10781.9—2021《白酒質量要求第9部分：芝麻香型白酒》[27]中規定的高度酒的上限值，這有利于實際生產中對白酒的進一步勾調。清芝復合香型白酒中的總酸含量能達到清香型白酒優級酒、芝麻香型高度酒一級、芝麻香型低度酒優級的標準，略低于清香型特級酒、芝麻香型高度酒優級的標準。清芝復合香型白酒中總酯的含量較高，且遠高于清香型白酒特級酒及芝麻香白酒優級酒的標準。

3 結論

該研究對清芝復合香型白酒的生產工藝進行優化，得到最優的生產工藝條件為麩皮添加量6.0%，芝麻香型曲添加量11.6%，清香型曲添加量8.0%，芝麻香型料醅質量分數52.8%。最優條件下，清芝復合香型白酒的感官評分為69.7，酒精度、總酸及總酯含量均符合要求。