麩曲醬香型白酒釀造工藝研究及微量成分分析

李明珠李淵杰侯笑林馮金曉

(1. 青島工學院食品工程學院,山東 青島 266300;2. 內蒙古醉火酒業有限公司,內蒙古 赤峰 024231)

由于內蒙古地區氣候干燥、溫度偏低,因此環境中微生物種類和數量均受到不同程度的限制,北方高寒地區麩曲醬香型酒的釀造相對于南方醬香型白酒釀造有一定差距[1]。糖化發酵劑麩曲的生產控制溫度遠低于醬香型白酒的大曲,而且麩曲在通風池中培養,不需要建造專用的大曲堆積室,培養時間最長僅為一周甚至更短,可以在短時間內投入生產且不影響最終的品質。近年來,伴隨著麩曲醬香型酒的研究、革新和發展,麩曲醬香型酒的釀造技術不斷完善[2],品質不斷提高,釀造的麩曲醬香型白酒口感順滑、醇厚、余味長、香味高雅[3],受到消費者青睞。另外,麩曲醬香型酒由于麩曲的應用使得在相同原料配比的條件下生產成本相較于大曲醬香型白酒更低[4],堆積和發酵的周期與大曲醬香型白酒相比較,發酵時間大大縮短[5],發酵溫度相對較低,發酵貯存周期較短,可以快速生產,保證低成本的同時還能保證質量,因此麩曲醬香型白酒的釀造受到北方釀酒企業的追捧[6]。目前關于內蒙古地區麩曲醬香型酒的研究還未有報道。

采用堆積發酵技術釀造的麩曲醬香型白酒,必須嚴格控制好堆積發酵的各項參數,其中在釀造過程中的原料配比、酵母添加、麩曲添加以及發酵溫度對產品質量有著密切關系[7]。研究擬對原料中小麥和高粱配比、酵母和麩曲的用量對出酒率和產品感官品質的影響進行探索優化,確定發酵工藝流程,并對發酵規律和酒質成分進行分析研究,以期為內蒙古地區麩曲醬香型白酒產品的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱:產地赤峰敖漢旗林東鎮;

小麥:產地山東省濱州市;

稻殼:產地遼寧省盤錦市;

麩皮:產地山東省德州市;

曲霉及酵母:內蒙古醉火酒業有限公司。

1.2 儀器與設備

高壓蒸汽滅菌鍋:XFH-150CA型,浙江新豐醫療器械有限公司;

超凈工作臺:VD-650型,上海力辰科技有限公司;

分析天平:HNB-1004N型,廈門森倍科技有限公司;

恒溫水浴鍋:DZ-75L型,上海赫田科學儀器有限公司;

恒溫培養箱:LHP-250型,上海赫田科學儀器有限公司;

氣相色譜儀:SP-6801A型,山東魯南瑞虹化工儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 麩曲曲種制備 將麩皮、玉米面、小麥粉、谷面和稻殼混合,加入無菌蒸餾水,常壓蒸熟。將蒸好的原料放入錐形瓶中,各瓶材料應覆蓋瓶底,進行高壓蒸汽滅菌,取出后冷卻至室溫。將錐形瓶移至無菌室內接種黑曲霉,35 ℃恒溫培養3 d,每天搖瓶2次,待菌絲布滿錐形瓶后40 ℃風干,保存備用[8]。

1.3.2 麩曲醬香型白酒釀造

(1) 工藝流程:

原料→粉碎→配料→潤料、蒸料→揚冷→加曲→加酒母→加水→堆積→入窖發酵[9]

(2) 操作要點:采用老五甑操作工藝,將高粱用對輥式粉碎機研磨成四六瓣增加高梁顆粒表面積;根據發酵池大小和甑桶大小將蒸熟涼冷的稻殼、發酵成熟的酒醅和高粱粉、小麥粉按比例混合,上甑,用0.03 MPa蒸汽進行蒸餾和糊化,糧食達到熟而不粘,內無生心。出甑用揚渣機攤涼,熱水潑漿,按比例加入酵母和麩曲。酒糟淀粉含量控制在14%～16%,先在溫度不低于30 ℃條件下堆積發酵48 h,然后入池發酵,控制入池溫度為31～33 ℃,窖池發酵周期41 d。

1.3.3 麩曲醬香型白酒釀造單因素試驗

(1) 小麥添加量對麩曲醬香型酒品質的影響:以發酵成熟酒醅中的酒精含量、蒸餾后新酒的感官評分值、貯存6個月后麩曲醬香型白酒的感官評分值為評價指標,固定酵母添加量為6.0%,麩曲添加量為6.0%,考察投料中高粱∶小麥∶稻殼的添加配比(70%∶25%∶5%,75%∶20%∶5%,80%∶15%∶5%,85%∶10%∶5%,90%∶5%∶5%,即小麥添加量為25%,20%,15%,10%,5%)對麩曲醬香型酒品質的影響。

(2) 酵母添加量對麩曲醬香白酒品質的影響:固定小麥添加量為15.0%,麩曲添加量為6.0%,考察酵母添加量(5.0%,6.0%,7.0%,8.0%,9.0%;以投料量為基礎)對麩曲醬香白酒品質的影響。

(3) 麩曲添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響:固定小麥添加量為15.0%,酵母添加量為6.0%,考察麩曲添加量(4.0%,5.0%,6.0%,7.0%,8.0%;以投料量為基礎)對麩曲醬香型白酒品質的影響。

1.3.4 麩曲醬香型白酒釀造響應面優化試驗 依據單因素試驗結果,利用Design-Expert V7.0軟件Box-Behnken中心組合試驗設計,對麩曲醬香型白酒釀造工藝進行優化,確定麩曲醬香型白酒最優釀造工藝。

1.3.5 發酵過程中各成分測定

(1) 酒精含量:根據文獻[10]。

(2) 水分、酸度、還原糖:根據文獻[11]。

1.3.6 感官品評標準 對新蒸餾出的麩曲醬香型白酒和貯存6個月后的麩曲醬香型白酒依據GB/T 33405—2016《白酒感官品評術語》和GB/T 26760—2011《醬香型白酒》從色澤和外觀、香氣、口味和風格4個方面進行感官評價,產品應該具有醬香型白酒的典型風格,酒體協調,醇甜有余香,空杯留香較好。

1.3.7 揮發性風味成分分析 根據文獻[12]。

1.3.8 數據處理 采用Design-Expert V7.0軟件進行優化試驗設計及數據分析,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 麩曲醬香型白酒發酵工藝優化單因素試驗

2.1.1 小麥添加量對麩曲醬香型酒品質的影響 由圖1可知,小麥占原料比例對成品酒的感官和酒精含量均產生了較大影響,當小麥添加量為15%時進行發酵,發酵后酒醅的酒精含量較高,可大大提高后續蒸餾時所產出的原酒的酒精含量,提高原酒的產量;蒸餾得到的新酒和貯存6個月后成品酒的感官評分值也比較高,完全可以作為企業留存酒使用。麩曲醬香型酒的發酵周期比大曲醬香型酒周期短,但在短的發酵周期內形成豐富的呈香呈味物質,僅單一原料高粱是無法實現的,通過在原料中添加適量的小麥,因小麥中含有大量淀粉和粗蛋白,微生物分解小麥中的蛋白產生芳香的前體物質,可以有效提高成酒品質[13-14]。因此,小麥的適宜添加量為10%～20%。

圖1 小麥添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響

2.1.2 酵母添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響 由圖2可知,當酵母添加量為7%時,發酵結束后酒醅中的酒精含量達到5.4%左右,此時新酒的感官評分和貯存6個月的感官評分也比較高。酵母的添加以及酵母的發酵能力對白酒的風味有非常重要的影響,添加的酵母量能夠達到最佳轉化率且不浪費待發酵酒醅中的糖為佳,如果添加量過多會導致生產成本增加,且在發酵達到一定程度時,酒精含量的增加會抑制酵母繼續發酵,并不利于生產[15-16]。由此,考慮到節約成本,促進大規模生產投入,酵母的適宜添加量為6%～8%。

圖2 酵母添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響

2.1.3 麩曲添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響 由圖3可知,隨著麩曲添加量的增加發酵成熟酒醅中的酒精含量有上升的趨勢,當麩曲添加量為7%時,發酵結束后酒醅中的酒精含量達到最高,此添加量得到的新酒感官評分和貯存6個月的感官評分均比較高。麩曲的添加量是麩曲醬香型白酒釀造過程的重要一部分。麩曲的添加量太少,會影響酒的最終發酵,從而影響酒中的酒精含量[17]。由此,為了提高麩曲的利用率并考慮到節約成本,麩曲的適宜添加量為6%～8%。

圖3 麩曲添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響

2.2 麩曲醬香型白酒釀造響應面優化試驗

在單因素試驗的基礎上,采用Box-Behnken中心組合試驗設計,對麩曲醬香型白酒釀造工藝進行優化,響應面試驗因素與水平設計見表l,Box-Behnken 試驗設計與結果見表2,以發酵成熟酒醅中的酒精含量為響應值(Y),應用Design-Expert V7.0軟件進行多元回歸擬合分析,得到多元二次回歸方程:

表1 響應面試驗優化因素與水平

表2 響應面分析試驗方案與結果

Y=5.94+0.30A+0.18B+0.050C-0.15AB-0.15AC+0.10BC-0.60A2-0.50B2-0.34C2。

(1)

由表3可知,小麥添加量和酵母添加量的一次項和二次項均達到了顯著水平以上,模型的P值為0.000 3,具有明顯差異性,表明該二次方程模型達到極顯著水平,并且失擬項值為0.145 0,不顯著,說明該方程擬合度較好,可以利用該方程確定產酒精能力最大的釀造工藝。根據回歸方程,作出響應面圖和等高線圖,方程的交互項AB、AC和BC均P>0.05,交互項對酒精含量的影響不顯著,結果見圖4～圖6。

表3 回歸方程各項的方差分析

圖4 響應面法(小麥添加量、酵母添加量)等高線和響應面圖

圖5 響應面法(小麥添加量、麩曲添加量)等高線和響應面圖

圖6 響應面法(麩曲添加量、酵母添加量)等高線和響應面圖

通過軟件Design-Expert 7.0求解多元二次回歸方程,得到酒精含量最高的釀造工藝為:小麥添加量16.17%,酵母添加量7.14%,麩曲添加量7.00%,此時發酵成熟的酒醅中酒精含量為5.987 5%。考慮到實際操作的可行性,按小麥添加量16.0%,酵母添加量7.0%,麩曲添加量7.0%進行驗證實驗,此時發酵成熟的酒醅中酒精含量為5.96%,與預測值較接近,利用此工藝蒸餾出的麩曲醬香型白酒感官評分值為72.1,貯存6個月后感官評分值為86.3。

2.3 發酵過程中各成分變化規律

2.3.1 酒醅中酒精含量變化規律 由圖7可知,發酵初期,酒精含量隨發酵時間快速上升。發酵初期由于酒醅中存在較多的還原糖,入池后有利于酵母和真菌的生長和繁殖,大量的酵母和真菌利用無氧呼吸的方式將還原糖轉換成酒精,從而使酒精含量迅速上升[18]。但發酵29 d以后,由于酒精含量的增加,酵母的無氧呼吸受到了限制,酒精產生的速度變得較慢。發酵過程中酒精含量的變化符合醬香型白酒發酵過程“前緩中挺后緩落”的酒精含量變化特征。

圖7 麩曲醬香型白酒發酵過程中酒精含量的變化

2.3.2 麩曲醬香型白酒發酵過程中水分的變化 由圖8可知,發酵初期水分含量上升速度快,至第29天,含水量達到最大值為58.4%,而后則逐漸穩定。發酵過程中,水分的變化體現了酵母菌和霉菌的糖化能力,水分含量的升高說明酵母菌進行有氧呼吸的能力和繁殖能力強[19-20],由于酵母菌持續地將還原糖轉換成酒精,使其含水量逐漸增大,最終達到穩定狀態。由此,發酵過程中水分變化呈先增加后逐漸平緩,符合醬香型白酒發酵過程的要求。

圖8 麩曲醬香型白酒發酵過程中水分的變化

2.3.3 麩曲醬香型白酒發酵過程中酸度的變化 由圖9

圖9 麩曲醬香型白酒發酵過程中酸度的變化

可知,發酵前25 d,酒醅中的酸度不斷增大,發酵第25天,酒醅中的酸度變化逐漸減少,波動幅度趨于平緩。在麩曲醬香型酒的發酵過程中,發酵過程中酒香的產生也離不開酸類物質的作用。另外,酸類物質作為生成酯類物質的前驅物質與醇類、酯類處于同樣重要的地位[21]。隨著發酵過程的進行酒醅中的酸類物質不斷生成,從而影響了酒醅中的酸度。由此,發酵過程中酸度變化符合醬香型白酒發酵過程特點。

2.3.4 麩曲醬香型白酒發酵過程中還原糖的變化 由圖10可知,發酵前5 d還原糖含量隨發酵時間的延長而增加,隨后快速下降。在入窖的前幾天,由于麩曲中酶活較高,將大分子淀粉分解為可發酵性糖,還原糖含量迅速上升,隨著發酵的進行,酸度增加,還原糖含量開始逐漸降落,隨后保持動態平衡。由此,發酵過程中還原糖含量變化符合醬香型白酒發酵過程有機物分解轉化規律。

圖10 麩曲醬香型白酒發酵過程中還原糖的變化

2.4 最佳工藝條件下麩曲醬香型白酒的微量成分分析

由圖11和表4可知,麩曲醬香型酒樣品中丙醇、乙醛和乙縮醛含量比例適中,乙酸、乙酸乙酯和乳酸乙酯含量較高,依據GB/T 26760—2011《醬香型白酒》標準,該酒樣品質達到醬香型高度白酒一級[高度醬香型白酒一級理化指標為總酸(以乙酸計)≥1.40 g/L,總酯(以乙酸乙酯計)≥2.00 g/L]。

圖11 麩曲醬香型白酒樣品色譜圖

3 結論

經過單因素試驗和響應面優化試驗得到麩曲醬香型酒的最優釀造工藝為小麥添加量16.0%,酵母添加量7.0%,麩曲添加量7.0%,發酵成熟的酒醅中酒精含量為5.96%,利用此工藝蒸餾出的麩曲醬香型白酒感官評分值為72.1,貯存6個月后感官評分值為86.3。最優工藝條件下釀造的麩曲醬香型酒,乙酸、乙酸乙酯和乳酸乙酯含量較高,結合感官評價,該工藝釀造的麩曲醬香型白酒具有典型醬香型白酒特征,酒樣品質達到醬香型高度白酒一級。由于在制曲和發酵過程中,多種微生物的參與,白酒積累了大量的代謝產物如醬香精、酪醇等具有特殊醬香的呈香呈味物質和前體物質,賦予白酒豐富的香氣,后續可對內蒙古地區釀酒微生物及其作用機理作進一步研究。