绵甜型白酒酿造过程中酒醅理化指标的变化规律
王 鹏1，蒋 超2，常 强2，崔 磊2，李 红1，宋 涛1，韩兴林1
（1.中国食品发酵工业研究院，北京100027；2.安徽文王酿酒股份有限公司，安徽临泉236400）
摘 要： 在传统白酒的酿造过程中，窖池内酒醅各项理化指标的动态变化对发酵后期酒质的好坏起到关键作用。通过跟踪分析绵甜型白酒——文王贡酒的窖池内酒醅各项理化指标在一个发酵周期内的动态变化，初步分析绵甜型白酒的酿造机理。根据对酒醅不同空间位置的水分、酸度、还原糖、淀粉、温度和酒精含量的分析表明，绵甜型酒生产发酵过程中化学物质的代谢变化具有较明显的规律性，随着微生物类群的生长变化而波动，酒醅发酵需要适宜的温度、水分和酸度，这些指标含量的过高或过低，都会严重影响酒醅的正常糖化和发酵。分析结果为传统白酒酿造提供了理论依据，企业可以科学合理的调控，保证窖池内发酵正常进行。
关键词： 绵甜；白酒；酿造机理
中国白酒历史悠久，种类繁多，至此已经形成12种香型白酒[1]。浓香型白酒作为我国传统白酒的典型风味之一，深受消费者所喜爱，是我国白酒中最有影响力的酒种之一[2-3]。文王贡酒是安徽浓香型白酒的代表作之一，因为酒质绵软、醇甜、带有绵甜风格，所以也称之为绵甜型白酒。浓香型白酒的生产是以泥窖为发酵容器，采用开放式的固态发酵模式进行的多菌种复合发酵[4-8]。
浓香型白酒在酿造过程中，窖内处于厌氧的环境，发酵前期酵母菌大量繁殖，发酵后期在厌氧的条件下进行酒精发酵和酯化过程，因为窖池是一个封闭的系统，所以很难对发酵的过程进行监控。同时对浓香型白酒的酿造机理现在很少有报道，所以需要利用科学正确的方法，进行浓香型白酒酒醅发酵参数的跟踪分析，掌握浓香型白酒酒醅发酵参数变化的动态规律，结合产酒时的出酒率和优级酒率及时优化入窖参数，使整个发酵过程可以朝着正确的方向进行，最终达到优质、高产、低耗能的目的[6]。
白酒酒醅检测是白酒生产过程中监测日常生产的重要环节，也是白酒生产能否顺利完成的保障。酒醅各项理化指标影响着后期出酒的产量和质量，因此需要对酒醅在发酵过程中成分动态变化进行分析研究[7]。
本试验对文王贡酒发酵窖池进行跟踪检测，意在分析绵甜型白酒的酿造机理。通过对2个窖池窖内水分、酸度、淀粉、还原糖等各项发酵参数进行跟踪检测分析。使研究结果可以有效地指导白酒日常生产实践，从而有效地控制白酒的质量和产量。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
窖池1号、窖池2号，安徽文王酿酒股份有限公司中试车间浓香型窖池；无水乙醇、氢氧化钠（分析纯），成都市科龙化工试剂厂；浓盐酸（分析纯），重庆市川江化学试剂厂；硫酸铜、酒石酸钾钠（分析纯），成都市科龙化工试剂厂；葡萄糖（分析纯），成都市科龙化工试剂厂。
1.2 仪器与设备
窖池数显温度计，济南雪娜斯仪表有限公司；DHG-9123A电热鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；BSA822-CW感量天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；DL-1万用电炉，北京中兴伟业仪器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 取样方法
选取文王贡酒的2个窖池，跟踪采集窖内不同空间位置及不同发酵阶段的酒醅，取样位置分为上中下3层，其中窖深1.6 m，表层面糟0.2 m，所以上层取样点（距窖顶0.6 m处）、中层取样点（距窖顶1 m处）、下层取样点（距窖顶1.4 m处），数显窖池测温计探头位于窖池中心区域。
文王贡酒发酵车间窖池发酵周期为46 d，取样时间设为发酵1 d、4 d、7 d、10 d、13 d、16 d、21 d、26 d、31 d、36 d、41 d、46 d，跟踪检测分析各项理化指标。
1.3.2 常规理化指标检测方法
水分检测方法，采用常压105℃烘箱干燥法；酸度检测方法，采用酸碱滴定法；淀粉、还原糖检测方法，采用斐林试剂法；温度检测方法，采用数显温度计对窖内酒醅中间温度进行测定。
1.3.3 酒醅酒精含量检测方法
蒸馏：称取酒醅100 g（准确至0.01 g）于1000 mL圆底烧瓶中，沿瓶壁少量多次加入200 mL水，确保将残留于瓶口、瓶壁的酒醅冲下。连接冷凝回流装置，以100 mL容量瓶做接收器。开启冷却水（冷却水温度不宜高于15℃），缓慢加热蒸馏。
测量：将待测液转移至100 mL量筒中，静置至气泡消失，向量筒中缓慢放入洁净干燥的酒精计和温度计，平衡5 min，水平观测，读取与弯月面相切处的酒度示值，同时记录温度。根据测定的酒度示值和温度，查“酒精度与温度校正表”，换算成20℃时试样的酒精度。
2 结果与分析
2.1 入窖条件
入窖当天对酒醅的基础理化指标进行分析检测，结果见表1。
从表1可以看出，1号窖池和2号窖池的入池水分相差不大，在56%～58%范围之内，大米查的水分要高于小米查的水分；2个窖池中不同层的酸度不同，但相差不大；淀粉含量相近，在17%～18%之间；1号窖池的入池温度略高于2号窖池，因为初冬气温较低，所以入池温度在18℃左右波动；酒精含量为0，是因为文王酒厂绵甜型白酒的蒸酒蒸粮工艺是混蒸混烧，刚刚蒸过酒混入新粮，故酒精含量为0。
表1 酒醅的入窖条件
2.2 窖内酒醅各空间位置的水分动态变化
水分是酿造白酒不可缺少的条件之一，它始终贯穿于白酒酿造的整个过程，是微生物生化反应所必需的介质，生长繁殖和代谢活动的必要条件。水分在淀粉糊化和糖化的过程中起重要作用，同时，还会间接影响酒醅的溶氧量和疏松程度，是窖池内传热的重要载体[9-12]。酒醅中的水分主要通过在蒸粮润粮的过程中打量水的操作获得[13]。入窖时如果酒醅水分过低，不利于后期的淀粉糊化和糖化。如果入窖水分过高，会造成发酵前期升温过快，酒精和呈香呈味物质含量降低，发酵不彻底。为了能正确反映酒醅在发酵过程中水分变化情况，每隔一定时间对发酵酒醅进行取样分析，取样包括上中下3层取样，每层取样分为3点取样，混合均匀后作为样品进行分析。分析结果见图1。
图1 发酵过程中酒醅水分含量变化
通过对2个窖池内酒醅上中下3层的水分进行测定，由图1可以看出，在整个发酵过程中2个窖池的酒醅中的水分，随着发酵时间延长呈现上升的趋势。发酵前21 d水分增加幅度很大并达到最高值，之后趋于稳定。在整个发酵过程中2个窖池的水分含量有差异，但是变化趋势大致相同。这说明前21 d酒醅中淀粉被快速分解，同时酒精发酵产生酒精和水，使窖内水分增加。发酵后期开始进入酯化阶段，窖内的水分呈现平稳的趋势。但是2号窖池水分增长速度要大于1号窖池，主要是由于酒精发酵过程会产生一些水分，同时，微生物在自身的繁殖和代谢过程中会产生水分，2号窖池中的微生物的种类和数量可能高于1号窖池，所以水分的增大速度要更快一些。随着发酵的进行，加上酒醅自身重力的作用，窖池内酒醅中的水分会有一个向下扩散的过程，所以到后期，下层水分含量要高于上层。
2.3 窖内酒醅各空间位置的酸度动态变化
酸是形成浓香型白酒香味成分的前驱物质，同时也是酒中主要的呈味物质。适宜的酸度不仅有利于淀粉的糊化和糖化，还可以抑制杂菌的生长，有利于酵母菌的生长繁殖[12，14]。入窖酸度的高低，主要是取决于上一轮次酒醅的酸度以及蒸粮时间、排酸时间、粮醅比、打量水等条件的相互作用。入窖的酒醅酸度是酿酒生产中较难控制的环节，如果酒醅酸度过低，前期发酵过猛，升酸幅度加大；如果酒醅酸度过高，抑制了有益微生物的生长繁殖，造成窖池内大量微生物的死亡[6，15]。为了能正确反映酒醅在发酵过程中酸度变化情况，每隔一定时间对发酵酒醅进行取样分析，取样包括上中下3层取样，每层取样分为3点取样，混合均匀后作为样品进行分析。分析结果见图2。
图2 发酵过程中酒醅酸度变化
在整个发酵过程中2个窖池酒醅中的酸度，呈现出逐渐上升的趋势。发酵前16 d处于平稳缓慢增长的趋势，发酵16 d到41 d时增长的速度加快，并在41 d时达到最高值。这是由于前16 d酵母菌大量生长繁殖，处于优势菌种，抑制了其他功能菌产生酸类物质，在发酵中后期随着酒精含量的升高和酸类物质的增多，造成酵母菌的活性降低，窖池内细菌大量繁殖，酒醅酸度逐渐升高。在整个发酵过程中2个窖池的酸度含量有差异，但是总的变化趋势是相同的。但是1号窖池酸度增长速度和酸类物质的含量要大于2号窖池，这可能是由于1号窖池的产酸类细菌的数量较多，活性较高，同时酒醅入池温度偏高，造成发酵前期酵母菌生长缓慢，细菌繁殖能力较强，产酸的量和速度高于2号窖池。
2.4 窖内酒醅的还原糖动态变化
还原糖是由大曲中各种淀粉酶水解淀粉而生成，然后再被酵母代谢生成酒精。酒醅中还原糖浓度的变化可以反映出糖化与酵母代谢平衡的协调程度。酒醅中残糖含量直接反映出窖池酒醅发酵水平，一般出窖酒醅残糖含量不超过0.4%为宜[7]。分析结果见图3。
图3 发酵过程中酒醅还原糖含量变化
通过对2个窖池内酒醅的还原糖含量进行测定，从图3可知，整个发酵过程中二者还原糖含量差异较小。随着发酵的进行2个窖池的还原糖前期总体呈增长趋势，后期波动下降。还原糖前4 d增长很快，在4 d时达到峰值，后期开始下降，直到发酵结束，还原糖的含量仍在波动地减少。分析原因主要是由于发酵前期窖内氧气与营养物质都比较丰富，使微生物迅速的生长繁殖从而产生了大量的淀粉酶和糖化酶，还原糖浓度升高。酵母菌在大量的生长繁殖后开始进入酒精发酵阶段，酒醅中淀粉和还原糖含量下降。发酵后期，窖内酒醅中乙醇含量较高，酸度较大，微生物的生命活动受到抑制，还原糖下降缓慢，最后趋于稳定的状态。
2.5 窖内酒醅的淀粉动态变化
窖池内酒醅中的淀粉含量是酒精发酵的物质基础。微生物代谢产生酒精需要足够的淀粉转化成微生物可以直接利用的碳源。淀粉糖化和发酵速度保持在相对动态平衡的状态，才能够保证酒醅发酵正常进行[7，16]。发酵过程中酒醅淀粉含量变化结果见图4。
图4 发酵过程中酒醅淀粉含量变化
通过对2个窖池内酒醅的淀粉含量进行测定，从图4可知，整个发酵过程中二者淀粉含量差异较小。随着发酵的进行2个窖池的淀粉在21 d之前，呈现快速下降的趋势。21 d后，呈现缓慢下降趋势。分析原因主要是由于发酵前期窖内氧气与营养物质都比较丰富，大曲中的菌群大量的生长繁殖，在糖化发酵过程消耗较多的淀粉。随着发酵的进行，酒醅中的酸度和酒精含量的逐渐升高，抑制了部分微生物的生命活动，淀粉消耗的速度开始减慢。2个窖池中的淀粉浓度变化正常，1号窖池淀粉消耗的速度稍慢，可能是由于前期入窖温度偏高，发酵过程中升温迅速，使糖化酶糖化能力下降，淀粉利用率偏低，所以呈现出淀粉消耗速度缓慢的现象。
2.6 窖内酒醅的温度动态变化
发酵温度对白酒酿造至关重要，在白酒生产中，提倡低温入窖，这样使酒醅酸度降低，淀粉利用率高，得到的白酒质量高。通过对发酵过程中温度的变化来观察发酵进行的程度，酒醅温度变化见图5。
图5 发酵过程中酒醅温度变化
通过对1号窖池和2号窖池中心的温度进行监测发现，2个窖池温度变化符合“前缓、中挺、后缓落”的趋势。酒醅发酵10 d时达到顶火温度，并保持相对稳定，在发酵后期窖内温度呈现出缓慢降低的趋势。分析原因主要是由于发酵前期窖内氧气与营养物质都比较丰富，酵母大量生长繁殖，随着发酵的进行，窖内氧气含量逐渐降低，酵母菌开始进行酒精发酵阶段。酵母酒精发酵阶段产生热量，窖内温度缓慢升高直至顶火温度。酒精发酵过程中微生物的数量和活性相对稳定，窖内温度一直保持顶火温度。发酵后期，窖内各种营养物质减少，酒醅酸度和酒精含量逐渐升高，窖内微环境变得更加恶劣，对微生物的生命活动产生抑制，造成窖内微生物数量减少。仅有少量适应酸性厌氧环境的微生物存活，窖内温度逐渐降低。
2.7 窖内酒醅的酒精含量动态变化
酒精是微生物代谢的产物，所以监控发酵过程中的酒醅酒精含量可以清晰了解酒精发酵的过程，同时也可以分析酯化反应进行的方向和速度。酒精含量变化见图6。
图6 发酵过程中酒醅酒精含量变化
通过对2个窖池中酒醅的酒精含量进行测定分析，图6表明，酒精含量随着发酵的进行呈逐渐增大的趋势，发酵后期趋于平缓，变化幅度不大。1号窖池和2号窖池在前7 d，产酒精的速度和数量几乎相同，从7 d到发酵结束时，2号窖池酒醅产酒精的含量要高于1号窖池酒醅产酒精的含量，在发酵结束时，2个窖池的酒精含量相同。从总体来看，2个窖池酒精含量虽然有差异，但是酒精含量的变化趋势是一样的。分析酒精含量的变化趋势主要由于发酵前期窖内氧气与营养物质都比较丰富，酵母处于快速繁殖阶段，酒醅中酒精含量很少。随着发酵的进行，窖内的氧气逐渐减少，酵母菌进入酒精发酵阶段，酒精含量逐渐升高。发酵后期进入酯化阶段，消耗一部分酒精用于酯化反应的生香物质合成，所以酒精含量会略有下降。
3 结论
通过对绵甜型白酒酿造机理的初步分析，本实验得到以下几个结论：
（1）通过对文王绵甜型白酒窖池内酒醅的各项理化指标跟踪分析得出，2个窖池的各项指标虽含量有所差别，但是变化趋势一致，符合浓香型白酒窖池内酒醅理化指标的动态变化规律。
（2）通过文王绵甜型白酒窖池内酒醅的各项理化指标跟踪分析发现，各个理化指标的动态变化都遵循一定的规律，具体如下，水分随着发酵时间延长呈现上升的趋势，发酵前21 d水分增加幅度很大并达到最高值，之后趋于稳定。由于重力的作用，发酵后期下层水分含量要高于上层。研究发现，水分的变化与酒精代谢速度基本上保持一致，水分的变化可以间接反映酒精代谢的状态；酸度随着发酵时间延长呈现上升的趋势，发酵前16 d处于平稳缓慢增长的趋势，发酵16 d到41 d时增长的速度加快，并在41 d时达到最高值；还原糖随着发酵的进行前期总体呈增长趋势，后期波动下降。还原糖前4 d增长很快，在4 d时达到峰值，后期开始下降，直到发酵结束还原糖的含量都在波动地减少；淀粉随着发酵的进行在21 d之前，消耗量比较大，呈现快速下降的趋势，在21 d之后，呈现缓慢下降趋势；温度变化符合“前缓、中挺、后缓落”的趋势，酒醅发酵10 d时达到顶火温度，并保持相对稳定，在发酵后期窖内温度呈现出缓慢降低的趋势。温度的上升速率，反映了窖池中微生物繁殖代谢的快慢；酒精含量随着发酵的进行呈逐渐增大的趋势，发酵后期趋于平缓，变化幅度不大。
（3）白酒发酵工艺复杂，在发酵过程中各项指标动态变化，本研究通过对文王绵甜型窖池酒醅的各项理化指标进行跟踪分析，得到各项理化指标的变化规律。酒醅发酵的正常进行，需要通过多个指标综合反映，每个指标之间相互关联，共同影响发酵的进行。在白酒的生产过程当中，入池的条件和工人的操作不是一成不变的，需要每个酿酒师有敏锐的目光，根据现实情况对发酵的条件进行科学合理的调控，保证窖池内发酵正常进行。
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Change Rules of Physiochemical Indexes of Fermented Grains of Soft-Sweet Baijiu During the Production Process
WANG Peng1,JIANG Chao2,CHANG Qiang2,CUI Lei2,LI Hong1,SONG Tao1and HAN Xinglin1
(1.China National Research Institute of Food and Fermentation Industries,Beijing 100027;2.Wenwang Distillery Co.Ltd.,Linquan,Anhui 236400,China)
Abstract:In the process of traditional Baijiu production,the dynamic change of each physiochemical index of fermented grains plays a key role in Baijiu quality in the late fermentation stage.Through tracking analysis of the dynamic change of the physiochemical indexes of the fermented grains of Wenwang Gongjiu in pits in a fermentation cycle,the fermenting mechanism of soft-sweet Baijiu was preliminarily explored.The analysis of moisture content,acidity,reducing sugar,starch,temperature and alcohol content of fermented grains at different spatial locations indicated that,there were significant rules in the metabolic change of chemical substances in the fermentation process.With the growth of microbial groups,appropriate temperature,moisture content,and acidity were required for the fermentation of fermented grains.The excessive high/low content of these indexes would seriously damage normal saccharification and fermentation of fermented grains.These findings provided theoretical evidences for traditional fermentation in distilleries.
Key words:soft-sweet;Baijiu;fermenting mechanism
中图分类号：TS262.3；TS261.4；TS261.7
文献标识码：A
文章编号：1001-9286（2019）03-0059-06
DOI：10.13746/j.njkj.2018284
收稿日期：2018-09-05
作者简介：王鹏（1993-），男，硕士研究生，研究方向为发酵工程，E-mail：1216133596@qq.com。
通讯作者：韩兴林（1983-），男，高级工程师，博士，研究方向为发酵工程，E-mail：hanian2009@163.com。