濃香型白酒發酵過程中窖池內不同時空物質變化規律的研究

陶洪馳，李 星，趙榮壽，高占爭，朱 云，楊 果，楊 柳，趙江華，李 捷，趙 玲

（1.四川郎酒股份有限公司，四川瀘州 646523；2.四川省古藺郎酒廠（瀘州）有限公司，四川瀘州 646601）

中國白酒是我國特有的傳統酒種，具有悠久的歷史，在其漫長的發展過程中形成了獨特的工藝和風格[1]，按香型分為十二大香型，濃香型白酒（也稱為瀘香型白酒）[2]是典型代表之一。濃香型白酒采用“泥窖固態發酵、續糟配料、混蒸混燒”的傳統釀造工藝，其整個發酵過程處于密封條件下，這種發酵環境對研究窖內發酵動態過程造成極大困難。因此對濃香型白酒發酵過程的研究多數是通過定期取樣對糟醅進行靜態研究[3-7]，結果具有滯后性，而且固體糟醅的取樣具有很大的偶然性，對發酵結果的預測和判斷不一定準確，具研究大多對糟醅理化指標進行研究，窖內各種氣體成分含量較少有人研究。窖內各種物質的變化與窖池中存在的微生物緊密關聯[8]，通過對各種物質不同時間內量的變化情況來掌握窖內釀酒有益微生物的生長代謝情況，從而判斷窖內糟醅發酵是否正常具有重要意義。

本研究對連續動態發酵過程中窖內各種氣體成分、物質的動態變化規律進行研究，目的在于探索窖內各物質成分隨時間的動態變化規律，進一步掌握濃香型白酒窖內發酵規律和機理，為生產操作的優化調整提供參考依據，實現提高出酒率和酒質的目的。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

原料和樣品：糟醅、窖泥、封窖泥、大曲，取自四川郎酒公司；高粱、大米、糯米、小麥、玉米、稻殼，市購；水。

儀器設備：數據采集桿、數據傳感器、數據顯示屏，深圳農博創新科技；酒甑、冰缸、冷卻器、過氣管，四川華宇瑞得；攤晾機，山東普瑞特；窖池（濃香型白酒發酵設備）；雙梁式行車。

1.2 試驗方法

在濃香型白酒生產過程中，選取多個結構、大小相同，環境相似，產質量、窖泥質量等因素基本相同，且開窖時間節點相同的窖池作為試驗窖池。按照濃香型白酒正常生產，糟醅加糧粉取酒、蒸糧、攤晾、加曲拌和后轉至發酵設備窖池內，封窖完成后將數據采集探桿插入窖池中實時采集數據，并記錄，通過數據采集對濃香型白酒發酵過程中窖池內不同時空中物質變化（非酒糟）規律進行探究。測量桿分為三層，每層包含氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、含水量傳感器、氣壓傳感器、酒精氣體傳感器、溫度傳感器6 個測量要素，用于采集窖池內氧氣、二氧化碳、酒精含量，見圖1。

圖1 數據采集探桿示意圖

1.3 檢測原理

NDIR 紅外氣體傳感器測定窖池內氣體成分。光線穿過光路中的被測氣體，透過窄帶濾波片，到達紅外探測器，通過測量進入紅外傳感器的紅外光強度，判斷被測氣體的濃度。當環境中沒有被測氣體時，強度最強，當有被測氣體進入到氣室之中，被測氣體吸收掉一部分紅外光，到達探測器的光強就減弱，通過標定零點和測量點紅外光吸收的程度和刻度變化，儀器儀表就能夠算出被測氣體的濃度。

2 結果與分析

2.1 不同糟層發酵溫度變化

糟醅溫度的變化與窖內微生物的生長代謝存在緊密聯系，生產過程中主要從窖內的升溫情況來初步判斷發酵是否正常，正常糟醅發酵過程中溫度呈現為“前緩、中挺、后緩落”的規律[9]，因此，了解不同位置糟醅溫度的變化規律對進一步完善糟醅固態發酵機理具有重要意義。不同層次的發酵溫度變化如圖2所示。

圖2 不同時空溫度變化圖

由圖2 可見，不論上層、中層還是下層，糟醅溫度均呈現“先升后降”的規律，下層糟醅溫度在13 d前均呈上升趨勢，在第13 d 達到頂溫后開始緩慢下降；中層糟醅溫度在第16 d時達到頂溫，穩定3 d后開始緩慢下降，且下降幅度小于下層糟醅；上層糟醅升溫幅度最小，在第20 d 達到頂溫后開始下降，到發酵后期呈波動式變化。窖內不同位置的熱量散失不同，上層糟醅受空溫影響較大，以至于上層糟醅在發酵后期存在波動式變化，同時上層糟醅散熱大于中下層糟醅，故到達頂溫時間和頂溫均低于中下層糟醅。

2.2 窖內不同時空水分含量變化

水是釀酒有益微生物生長代謝不可缺少的重要物質，白酒發酵過程的所有生化反應均離不開水的直接或間接參與[10]，在糟醅發酵過程中對窖內不同時空含水量進行測定，結果如圖3所示。

圖3 不同時空水分含量變化圖

由圖3 可見，通過對窖內不同位置空氣中水分含量進行測量，發現在發酵前期不同位置的水分含量都是隨著發酵天數的增加而逐漸升高，在發酵中后期呈穩定趨勢，但不同位置的水分含量上升幅度卻有不同，整個發酵周期下層水分含量整體高于中層和上層，上層水分含量整體低于中層和下層。發酵前9 d下層水分含量急劇上升，第9 d后變化不明顯，逐步趨于穩定；中層水分含量在前8 d 急劇上升，8 d 后開始趨于穩定；上層水分含量在5 d 前上升，5 d 后趨于穩定，這是因為糟醅入窖前上層糟醅補水量大于中下層，且試驗窖在夏季進行踩窖，導致上層糟醅較中下層緊實、空氣含量少且流動性差，下層酒醅補水量較少且踩窖力度不大，使得入窖1 d下層水分含量大于中上層；發酵前期，下層糟醅疏松、氧氣充足，耗氧微生物繁殖迅速，產氣旺盛，使得下層空氣流動性強，且微生物呼吸產生水分加上水分逐漸向下層滲透，使得發酵前期下層水分含量整體高于中上層。

2.3 窖內不同時空二氧化碳和氧氣濃度變化

對發酵過程窖內不同時空二氧化碳和氧氣濃度進行測定，結果如圖4、圖5 所示。由圖4、圖5 可知，不同層次的二氧化碳濃度在1～8 d 均呈急劇上升趨勢，在8 d 后開始緩慢上升并逐步穩定，但在10 d 后中下層二氧化碳濃度開始緩慢下降且下降趨勢基本一致，上層二氧化碳基本不變。分析為發酵過程中水分下沉后造成下層二氧化碳濃度被變相稀釋，從而出現下降的情況。

圖4 不同時空氧氣濃度變化圖

圖5 不同時空二氧化碳濃度變化圖

不同層次的氧氣濃度在1～3 d 均呈急劇下降趨勢，在第5 d下降到最低點后開始穩定，整體變化規律基本一致，下層氧氣濃度較中上層下降偏緩一些。

2.4 窖內不同時空酒精含量變化

糟醅發酵過程中，對窖內不同時空酒精含量進行測定，見圖6。分析發現，不同層次的酒精含量變化規律在前25 d 基本一致，在25 d 后下層酒精含量開始低于中上層，但依舊呈上升趨勢。這是因為在25 d 后窖內發酵基本進入酯化期，中上層糟醅水分逐步下沉至下層糟醅，造成下層糟醅中的空氣含量少、流動性較中上層差，從而導致下層糟醅中被測氣體里的酒精含量低于中上層。

圖6 不同時空酒精含量變化圖

在發酵前期上中下層酒精含量均呈先升后降再升的趨勢，在1～3 d 處于上升階段，3～8 d 則呈下降趨勢，8 d 后開始緩慢上升。前3 d 酵母菌等兼性厭氧微生物在有氧情況下大量繁殖，數量大幅增加，氧氣消耗但二氧化碳濃度增長不多，所以氧氣濃度和二氧化碳濃度較低，在此期間酵母菌產酒量增長較為明顯，在第3 d后氧氣基本消耗殆盡，二氧化碳濃度繼續大幅增加，從而使被檢測氣體中酒精含量變相被稀釋，故檢測結果呈下降趨勢，第8 d開始二氧化碳濃度逐步達到最高點并趨于穩定，此時產酒增加開始表現。

3 結論

通過對濃香型白酒發酵過程中窖內不同時空各種物質變化規律的研究，發現不同層次的物質變化呈現一定的規律。窖內發酵過程中：（1）上中下層糟醅溫度均呈現先升后降的趨勢，上層因受空溫影響上升幅度小于中下層；（2）上中下層水分含量變化趨勢一致，均呈現前期上升后期穩定的規律，且上層含水量在發酵周期內均低于中下層；（3）不同層次的酒精含量變化規律基本一致，表現為發酵前期先升后降，中后期穩步緩慢上升的趨勢；（4）不同層次的二氧化碳濃度和氧氣濃度變化規律是一致的，而且同一層次的氧氣消耗量與二氧化碳增長量呈正相關。由此可見，通過對窖內氣相成分變化規律的研究來判斷窖內發酵的情況，可為生產的優化調整措施提供數據支撐。