白酒酿造的粮食汽爆及其特性研究

郭辉祥，龙远兵，邹永芳，杜德军，李 骥

（四川沱牌舍得酒业股份有限公司，四川射洪629209）

白酒酿造的粮食汽爆及其特性研究

郭辉祥，龙远兵，邹永芳，杜德军，李 骥

（四川沱牌舍得酒业股份有限公司，四川射洪629209）

采用汽爆技术，对白酒酿造原粮在0.00875 s内实现瞬时糊化。通过对粮粒汽爆的水分、压力等重要参数调控，优化汽爆后粮粒的膨胀率、哑籽率、焦糊率等指标；采用多粮按特定比例混合汽爆技术，避免大米汽爆后结饼粘连、哑籽粮重爆时出现焦糊的现象；通过冷冻切片，从微观结构比较汽爆对不同粮粒淀粉熟化的影响；对比汽爆粮、蒸煮粮在堆积前后的感官特征变化，以及堆积过程中的升温趋势，确定汽爆粮在白酒酿造中的应用效果。

白酒酿造； 粮食； 汽爆； 压力； 特性

在传统白酒酿造过程中，不管是整粒原粮或粉粮，其淀粉糊化均是通过常规蒸煮方式。鉴于其占用时间较长，能耗较高，沱牌舍得在白酒酿造粮食处理上精于创新，率先采用独特的汽爆技术，将原本用于纤维素膨化的汽爆机应用于高淀粉质粮粒。该汽爆技术采用蒸汽弹射原理[1]，不同于热喷射或挤压膨化，也有别于压力较低、时间略长的传统爆米花操作（压力0.8 MPa、时间10 min左右）。

本研究中所涉及粮食，均为酿酒主要原料，有高粱、玉米、小麦、大米、稻谷等，通过直接外加高温高压水蒸气，在密闭空间内迅速升压至1.2～2.6 MPa，然后在0.00875 s[2]内骤减至常压，粮食颗粒因内外巨大压差而突然膨化，并经160～240℃瞬时高温产生明显的烘焙粮香，增加白酒风味物质。

粮食汽爆机，原是为纤维质原料汽爆而设计，将其应用于淀粉质粮食并无确切参数可借鉴，在汽爆初期，表现为：粮食生粒多、半熟哑籽多、熟粮结饼多、表面水分重、种皮不脱落、色泽较差等，工艺中通过调控膨化参数，配合筛选、风选、重爆、混爆等汽爆模式，实现粮食100%熟化，保证熟化颗粒的疏松性和适宜硬度，利于后续入窖发酵。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

材料：高粱、大米、小麦、玉米、稻谷等酿酒的原粮，以及量水、曲药、糟醅等。

试剂：GSV-1固定液。

仪器设备：汽爆机、冷冻切片机（SLEE mnt，德国）、荧光显微镜（Olympus BX41，日本）、温度计、自制筛网、风机、气泵、风扇、箩筐、电子称、测量尺、烘箱等。

1.2 测试方法

1.2.1 膨胀率、哑籽率、脱皮率测定

选取固定质量的粮食，采用汽爆机在不同梯度汽压下分别爆破，比较汽爆前后体积、哑籽粮、种皮脱落等的变化，寻找汽爆压力与粮食种类、体积变化、种皮脱落、哑籽粮数量等的关联性。

1.2.2 汽爆粮水分测定

选取不同初始水分的粮食，在最佳压力参数下汽爆，比较汽爆前后的生粮数量，测试粮食含水量与汽爆效果的关联性。

1.2.3 汽爆粮微观结构

采用冷冻切片法，对不同种类粮食，采用不同方式熟化后，冷冻取片并拍摄100倍照片观察。

1.2.4 汽爆粮酿酒效果测试

汽爆粮按工艺需求比例混合后，添加量水，并降温拌曲、堆积发酵，测定其堆积温度变化，将其与同步堆积发酵的蒸煮原粮升温趋势进行对照。

2 结果与分析

2.1 压力与粮食膨胀率

经调整汽爆仓内物料容量、大幅改变汽爆蒸汽压力，对设备不断改进和操作调整后，粮食的汽爆效果已非常理想。测定的粮粒膨胀率随压力变化规律如下。

2.1.1 高粱

将高粱除杂后，在不同压力下汽爆，测定其体积膨胀率，结果见图1和图2。

由图1、图2可知，在一定汽爆压力范围内，高粱膨胀率与压力成正相关，即压力越高，则膨胀率越大，其最佳汽爆压力为1.8～2.2 MPa。

图1 高粱膨胀率的测定

图2 高粱2.0 MPa汽爆图

2.1.2 小麦

小麦风选除杂后，经汽爆测定其体积膨胀率，结果见图3和图4。

图3 小麦膨胀率的测定

由图3、图4可知，随着压力不断增加，小麦的膨胀率相应越大，但小麦熟化颗粒的“成型”性越差，其最佳汽爆压力为2.0～2.4 MPa。

2.1.3 玉米

将整粒玉米在不同蒸汽压力下汽爆，其膨胀率变化规律见图5和图6。

图4 小麦2.2 MPa汽爆图

图5 玉米膨胀率的测定

图6 玉米1.8 MPa汽爆图

从理论上讲，经汽爆后，粮粒膨胀率越大，则汽爆效果越好，越有利于粮食在窖内发酵，但实际的酿酒生产中需把握好3个尺度：（1）粮粒尽量不破碎，有利于防止后续操作中使淀粉流失；（2）粮粒的淀粉需要最大限度的熟化，但同时需避免淀粉质原料糊化过度而使其焦化；（3）在有效汽爆的前提下，需要寻求节能降耗的最佳压力值。

由图7可知，当压力在1.4～2.4 MPa时，玉米体积随压力变化较小，而小麦随压力逐渐增大时，其体积增大效果非常明显。

图7 相同压力梯度下汽爆后的玉米/小麦体积比较

当蒸汽压力大于2.0 MPa时，随着压力增大，无论是高粱、小麦或玉米，其膨胀率增加幅度减小，但同时易导致粮粒焦糊，并增加能耗，故玉米最佳汽爆压力为1.8～2.0 MPa。

2.2 粮食脱皮比率

粮食脱皮比率，指汽爆后纯种皮占粮食总量的质量百分比，可侧面反映粮食汽爆效果。将高粱、小麦、玉米等有种皮包裹的粮粒，在不同压力下分别进行脱皮比率测定。

2.2.1 小麦脱皮比率

为排除干扰，将每次汽爆小麦体积量固定为4500 mL，蒸汽压力控制在1.4～2.4 MPa，汽爆后的粮粒不经任何挤压、在自然状态下风选后收集种皮称重。小麦脱皮比率测定数据见表1、图8。

表1 小麦脱皮比率测定数据

在汽爆过程中，由于部分蒸汽会进入到粮粒淀粉质内部，导致汽爆后粮粒的水分含量增加，且所增加的水分几乎都在淀粉质部分，故脱皮率的计算是以汽爆后种皮的实际重量与粮粒的初始重量进行比较。

图8 小麦汽爆后脱皮比率测定

从图8可知，当汽爆压力大于1.6 MPa时，小麦的脱皮比率保持恒定，即脱皮比率接近100%。

2.2.2 玉米脱皮比率

将每次汽爆玉米的体积固定为4450 mL，蒸汽压力控制在1.4～2.4 MPa，汽爆后的粮粒在自然状态下经风选后收集种皮称重，数据见表2、图9。

表2 玉米脱皮比率测定数据

图9 玉米汽爆后脱皮比率测定

由图9可知，在较低压力1.6 MPa时，其脱皮率已超过5%，相反地，伴随压力越大，其脱皮率反而会下降，其原因在于高压下玉米粒易碎，其皮壳与玉米碎粒伴在一起不易分离所致，且当压力达到2.4 MPa时会有部分种皮焦化。

2.2.3 高粱脱皮比率

将每次汽爆高粱的体积固定为4700 mL，蒸汽压力控制在1.4～2.4 MPa，汽爆后的粮粒在自然状态下经风选后收集种皮称重，数据见表3、图10。

表3 高粱脱皮比率测定数据

图10 高粱脱皮比率测定

传统白酒酿造过程中，对粮食浸润或蒸煮糊化时，包裹在粮粒表面的种皮均不会脱落，但在汽爆过程中，不管是高粱、小麦，还是玉米，经汽爆时都会自动脱皮，且种皮都是以成型的“片状”存在，如图11、图12、图13。

图11 脱落的高粱种皮

图12 脱落的小麦种皮

图13 脱落的玉米种皮

高粱种皮中含有大量单宁，具有收敛性，过多会使酒体涩重；另一方面，汽爆后，粮食原料的种皮95%以上均自动脱落，经风选分离、单独使用，有利于酒体安全指标的提升。

2.3 哑籽率

同一批次粮粒经汽爆后并不100%爆开，仍然存在个体差异现象，主要表现在有极少量的哑籽粒。哑籽粒的外观色泽介于生粮粒与熟粮粒之间，略带浅褐色，若将哑籽粒剖开，其剖面处的淀粉色泽明显变暗，淀粉质地由均质态变成疏松的网眼状，但比熟粮粒的网孔要小很多倍。哑籽粒的淀粉已经熟化，但其吸水性相当低，即使100℃的沸点量水也不容易被吸收。

2.3.1 汽爆压力与哑籽率

为确定汽爆后哑籽粮形成的原因及其趋势，分别针对不同压力、不同水分含量、不同粮食种类进行汽爆，其效果见图14。

图14 不同压力下不同粮食汽爆后的哑籽率比较

由图14可知，蒸汽压力大小对哑籽率有影响：在一定压力范围内，气压越高，哑籽粒越少；在同等状态下，小麦的哑籽率最高，而高粱的哑籽率最低。当蒸汽压力控制合适时，玉米、高粱和小麦等粮食的哑籽率并不大，一般在8%以内。

2.3.2 初始水分与哑籽率

以小麦为例，当其汽爆的最佳压力为2.2 MPa时，对不同初始含水量的小麦进行汽爆，其哑籽率见图15。

图15 原粮初始水分与汽爆哑籽率的测定

由图15可知，粮食初始含水量大于20%时，直接明显地影响其汽爆效果，水分越大越难爆开。经分析，原因在于粮食或蒸汽中水分较高时，对汽爆过程中的气压降低起明显的缓冲和阻碍作用。实际操作中，物料的初始水分含量应低于16%，否则需增加辅助的降水措施。

2.3.3 哑籽粒分离与重爆

汽爆粮熟化前后体积变化较大，单个粮粒的比重变化较大，且正常汽爆后的粮粒较散疏，相互之间并不黏连，并具有一定的物理硬度，而哑籽粒的体积几乎不变，相对较小。鉴于此点，针对不同种类粮食，选用不同孔径网筛对汽爆粮粗筛，再对经过筛网的粮粒风选，即得100%的哑籽粒，见图16、图17。

汽爆粮经过粗筛、风选分离后，哑籽粮、种皮等得到有效分离，所得哑籽粮实行回仓重爆，种皮则单独处理，从而实现粮食100%的有效汽爆。

2.4 汽爆粮的水分含量

汽爆过程是以高温高压水蒸气为介质，部分蒸汽会进入到粮粒内部，在突然卸压后水蒸气并不能全部有效释放。同时，汽爆后的粮粒吸水较快，附着在其表面的水蒸气在瞬时高温下会被熟淀粉吸收，故汽爆后粮粒的含水量有一定增加，但其幅度并不大，相关测定数据见图18、图19、图20。

图16 汽爆粮粗筛分离

图17 汽爆后经风选的哑籽粮

图18 小麦在不同压力下汽爆前后含水量的变化

由图18可知，汽爆后小麦水分增加的幅度在8%～10%之间，即汽爆后小麦水分约为20%。

由图19可知，玉米汽爆后的水分增加量在6%～9%之间。

由图18、图19、图20可知，高粱和小麦、玉米一样，在适当取值范围内，汽爆粮水分增减随汽爆压力变化的趋势不明显，与粮食种类也不存在明显关联；总体而言，汽爆后粮粒水分含量不超过20%。

传统蒸煮的粮食，其水分含量特别高，在生产现场仅能堆放0.5～1.0 d；汽爆的粮粒，在生产现场自然存放，可放置10～15 d；若以食品袋盛装可在常温下保存30 d，样品色泽、气味仍然正常，无明显改变，说明汽爆粮的保质期较长。同时，汽爆粮加水后不存在淀粉返生现象，这是汽爆粮的显著特色，极有利于白酒酿造的入窖发酵。

图19 玉米在不同压力下汽爆前后含水量变化测定

图20 高粱在不同压力下汽爆前后含水量变化测定

2.5 大米、稻谷的汽爆

大米的汽爆压力较低，由于大米本身无种皮包裹，汽爆后大米粒之间会相互黏连，一旦冷却后，其黏连的硬度大，不易分离，见图21。

图21 纯大米汽爆

可见，大米和糯米不能单独汽爆，为此，尝试采用稻谷直接汽爆，效果很好，见图22。

图22 纯稻谷汽爆

白酒企业直接采购稻谷进行汽爆，具有下列优点：（1）大幅度延长大米、糯米的贮存期，不用担心粮食的陈化问题；（2）在酿造过程中，需要糠壳作为疏松填料剂，但常规处理的糠壳较细，骨力较差，而汽爆后的稻壳，几乎是整粒形状，骨力极佳；（3）稻谷直接汽爆，所得的大米、糯米颗粒疏松膨大，无任何黏连，膨化效果极好。

粮食汽爆过程中，在160～240℃的高温高压下会发生美拉德反应，赋予酿酒原粮一种舒适、幽雅的烘焙粮香风味，随蒸馏而进入酒体，形成独特的粮香风格，有助于酒体陈香味的快速形成。

2.6 汽爆粮微观结构

选取不同熟化方法处理具代表性原料颗粒，用GSV-1固定液固定于冷冻切片机（SLEE mnt，德国）固定基座，-20℃冷冻2 h，切片，荧光显微镜（Olympus BX41，日本）观察照相，结果见表4。

对汽爆粮和蒸煮粮冷冻切片，从微观角度观察物质结构特征，可以进一步认识蒸汽爆破效果：高压锅熟化仍保留了颗粒内部大量蜂窝状结构，汽爆和蒸煮彻底改变了颗粒内部规则结构，且汽爆粮的孔隙结构没有规律可循，而蒸煮粮的孔隙是从蜂窝状结构边缘破裂而形成。

2.7 汽爆粮堆积发酵

汽爆粮用于白酒酿造时，将其加水→降温→拌曲后，收成圆堆状予以堆积。从感官上鉴定很理想：鼻嗅有炒粮香，无焦糊味，手捏有弹性，手感舒适，明显软籽、无硬粒、不糙手、粮粒外观成型较好、颗粒清晰、水分适中；对堆积24 h的汽爆粮再次鉴定时，其温度合适，颗粒饱满成型，手捏较绵软，经翻拌后，色泽较鲜，有明显的醪糟香味，气味舒适，与蒸煮粮堆积的效果一致。

汽爆粮和蒸煮粮同步堆积时，分别测定距粮堆表层不同深度处的升温数据，趋势见图23、图24。

图23 汽爆粮堆积升温趋势曲线

图24 蒸煮粮堆积升温趋势曲线

由图23、图24可知，无论汽爆粮还是蒸煮粮，堆积时均是表层升温快且升温幅度大，而距表层越远，其温度变化越缓慢；区别在于，汽爆粮堆积在8 h即开始升温，而蒸煮粮在10 h才开始升温。经分析，其原因在于汽爆粮种皮全部脱落分离，淀粉处于完全裸露状态，同时，汽爆粮内部属于网眼状，比表面积很大，经活化并大量繁殖的微生物可以进入到粮粒内部，所以汽爆粮的淀粉与曲药中的菌种是一种全方位的接触；大量菌种在繁殖代谢时需要一定的氧气，特别是酵母菌，属于有氧繁殖、无氧发酵，汽爆粮内部的孔眼可以储存一定量的氧气，利于酵母菌前期繁殖，也利于有益细菌生长和代谢，从而降低用曲量。

表4 粮粒在不同熟化模式下的微观结构比较

3 结论

3.1 汽爆影响因素及调控

通过对汽爆参数反复测试，并对汽爆设备作适应性调整，寻找并解决了影响汽爆效果的操作因素、设备因素、物料因素，获得最佳操作法，优化了汽爆参数，结果见表5。

不同种类粮粒的混合汽爆图例见图25。

由图25可知，不同粮食按一定比例混合、选取适当压力汽爆后，粮粒膨大疏松，不结饼黏连，不焦糊，色泽鲜艳，烘焙粮香味明显。

表5 粮粒汽爆影响因素及调控措施

表6 汽爆粮与蒸煮粮的感官特征比较

图25 不同种类粮食的混爆效果

3.2 汽爆粮感官特征

原粮汽爆后用于白酒酿造，与传统蒸煮粮在感官上存在明显区别，具体见表6。

在白酒酿造中的粮食，需具备一定条件，比如：淀粉能有效糊化、颗粒具备一定硬度、汽爆粮满足淀粉质原料固态发酵的特征需求，经堆积发酵及投窖验证，汽爆粮完全适用于白酒酿造。

4 展望

总体来说，酿酒粮粒经汽爆后，体积成倍增加，汽爆前质地致密的淀粉质颗粒，在汽爆后变得疏松多孔呈网眼状，实现了完全糊化，但颗粒并不破碎，硬度较高，不焦糊，有舒适的烘焙粮香，脱皮后粮粒淀粉全裸露，呈淀粉白，自然状态下保质期较长，可存放半月之久。

尤其重要的是，每种粮食各批次间有效汽爆的重现性非常好，高淀粉质粮粒的中型汽爆技术及实际操作技能已臻成熟，完全适应白酒酿造的大型化投窖发酵需求。

[1] 陈洪章,刘丽英.蒸汽爆碎技术原理及其应用[M].北京：化学工业出版社,2007.

[2] YU Z,ZHANG B.A real explosion:the requirement of steam explosion pretreatment[J].Bioresource technology,2012,121(121)：335.

Application of Steam Explosion of Grains in Baijiu Production and Study on its Characteristics

GUO Huixiang,LONG Yuanbing,ZOU Yongfang,DU Dejun and LI Ji
（Tuopai Shede Distillery Co.Ltd.,Shehong,Sichuan 629209,China）

With steam explosion technology,instant gelatinization of grains within 0.00875 s was achieved.Through regulation of important parameters including water content and pressure,the expansion rate,failure rate and parching rate of the grains after steam explosion were optimized.The proportion of different types of grains was optimized to avoid adhesion and parching.The effects of steam explosion on the micro structure of grains were studied by using frozen section technology.Through comparison of the sensory characteristics of grains treated by steam explosion and by steaming,and their temperature changing trends in the stacking process,the application effect of steam explosion technology in the production of Baijiu was evaluated.(Trans.by HUANG Xiaoli)

liquor-making;grains;steam explosion;pressure;characteristics

TS262.3；TS261.4

A

1001-9286（2017）11-0017-09

10.13746/j.njkj.2017246

2017-09-12

郭辉祥（1972-），男，四川西充人，本科，酿酒工程师，从事白酒酿造技术20余年。

优先数字出版时间：2017-10-25；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20171025.1242.001.html。