浓香型白酒糟醅发酵过程中主要参数的跟踪研究

高 玲，许冠生，张 磊，曾庆骨

（安徽迎驾贡酒股份有限公司，安徽霍山237200）

中国白酒由于其独特的发酵工艺和产品风格，在世界六大蒸馏酒中占有重要的地位。根据香气特征，中国白酒通常分为浓香型、酱香型、清香型、米香型和其他香型。传统浓香型白酒采用混蒸混烧工艺，即将原料的蒸煮和酒的蒸馏在甑桶内同步进行[1]。这种独特的工艺使浓香型白酒具有窖香浓郁、绵柔甘洌、香味协调、尾净幽长的风格特点。因而，浓香型白酒深受消费者喜爱，其产量最高，在我国白酒市场中也占有重要的地位。在浓香型白酒的发酵过程中，窖池中各种微生物生化代谢及其相互作用、互相影响、协调发展共同构成了窖池特定的微生态系统[2]。

窖池是由窖泥构筑而成的地下泥坑，为酿造微生物提供合适的栖息场所。窖池中的发酵糟醅充当着物质循环、能量流动和信息传递的载体。窖池在连续投入生产的过程中，每一个轮次都是窖池微生态系统的动态发展和平衡过程，期间任何一个因素的异常变化都必将引起连锁反应，导致窖池中代谢产物的成分和比例发生不同程度的变化，从而影响浓香型白酒的品质和风格[3]。因此，跟踪窖池环境生态因子的动态变化对于了解窖池发酵情况是很有必要的。

鉴于此，本研究以不同层次发酵糟醅为对象，系统研究了发酵过程中窖池环境生态因子随发酵时间的动态变化过程，为探索固态白酒酿造机理及生产工艺管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 窖池

本实验采用工业规模的传统发酵窖池，见图1。该窖池建于2005年。窖池顶部长度和宽度分别为3600 mm和2300 mm，底部长度和宽度分别为2800 mm和1540 mm，窖池高为2400 mm。糟醅发酵是将待发酵糟醅转移至窖池，窖皮泥封窖后，在自然条件下发酵70 d或更长时间。在本研究中，根据其在窖池中的位置，糟醅分为3个部分：上层、中层和下层(图1)。发酵过程中，来自于窖泥、糟醅、大曲和周围酿造环境中的微生物起着关键作用，浓香型白酒的特殊风味在很大程度上依赖于这些微生物的演替[4]。

1.2 样品来源

图1 浓香型白酒窖池(A)和入满糟醅窖池(B)示意图

糟醅入窖池时间为2013年1月，发酵时间为11周，按入窖时间每间隔1周跟踪取样。发酵糟醅按上、中、下分层，同层又分中心部和周边部，同一层3点取样并混匀作为1个样品。所有收集到的样品都转移到无菌袋，密封，并存储在-20℃冰箱中，待分析。

1.3 酵母菌计数

采用稀释平板菌落分离计数法对酵母菌进行计数。所用培养基为YEPD培养基，培养温度为30℃。

1.4 分析方法

水分测定采用105℃干燥箱烘干恒重法。酸度测定采用酸碱滴定法。淀粉和还原糖的测定采用斐林试剂法。酒精含量测定是首先取100 g糟醅加水200 mL，全玻璃蒸馏器蒸馏出100 mL溶液，然后采用比重法测定酒精度。糟醅中己酸、丁酸、乙酸、己酸、己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯的检测，利用气相色谱仪测其含量[5]。糟醅中乳酸采用液相色谱仪测定[6]。

2 结果与讨论

2.1 发酵过程中温度的变化

研究表明，糟醅发酵过程中的温度变化主要取决于微生物的生长和代谢活性[7]。因此，发酵温度的测定有助于了解微生物的代谢活动，从而对糟醅的发酵状况进行初步判断。发酵过程中，将一个电子温度探头固定在发酵糟醅中心位置上，用数字温度计测量每日温度，结果见图2。由图2可以看出，窖池上层、中层、下层发酵糟醅整体的温度变化基本符合“前缓、中挺、后缓落”的变化规律。

图2 不同层次糟醅中温度随发酵时间的变化趋势

窖池密封后，虽然与空气隔离，一些好氧微生物如霉菌和酵母菌还可以利用糟醅颗粒间存在的稀薄空气进行有氧代谢并产生一定的热量，从而导致窖池温度的升高。当糟醅中氧气被耗尽后，乙醇发酵开始，窖池的温度将继续上升直至最高，并可以保持一段时间[8]。本研究中，在发酵初期，窖池上层、中层、下层的温度逐渐升高，并分别在16 d、15 d和13 d时达到最大值。之后，由于缺少氧气，以及乙醇和其他代谢产物的积累，霉菌和酵母菌的代谢活性逐渐降低[9]。生成的热量也逐渐减少，以至于在一段时间内产生的热量与散发至周围的热量几乎相等，这时发酵进入“中挺期”，上层、中层、下层糟醅在该阶段均持续约15 d。研究表明，进入“中挺期”，一些产酸细菌逐渐占主导地位，糟醅发酵逐渐进入产酸期。此时，由于产酸微生物的代谢作用，糟醅酸度逐渐增加，从而抑制不耐酸微生物的活性[8]。“中挺期”之后，糟醅发酵进入了产香阶段，窖池温度缓慢下降，直至发酵结束。

2.2 发酵过程中酸度的变化

酸度是决定中国浓香型白酒质量的关键因素之一。糟醅中适当的酸度可以抑制部分有害杂菌的生长繁殖，促进呈香呈味物质的形成，参与酯化过程。然而，糟醅酸度过高，发酵缓慢，产酒率降低。在本研究中，图3显示了不同层次糟醅在不同发酵时间的酸度变化规律。在发酵的前2周，各层糟醅的酸度无明显变化。这是因为在发酵初期，温度较低，窖池的微生态环境中的霉菌和酵母菌占优势，产酸菌的数量相对较少，所以生成酸很少[2]。随着糟醅温度的逐渐升高，由霉菌产生的大量还原糖被产酸细菌迅速利用，使得产酸细菌快速繁殖和代谢并在糟醅中占据优势地位。发酵后期酵母菌大量死亡，乙醇产生量较少，发酵主要进入产酸期，在该阶段各种有机酸不断出现，并伴随着酯化反应。窖池各层糟醅酸度稳步上升直至发酵结束。从图3可以看出，下层糟醅的酸度高于上层和中层，这可能是由于上层和中层糟醅中溶解的一些有机酸和水落入下层，因而造成底层糟醅的高酸度[8]。

2.3 发酵过程中淀粉和还原糖含量的变化

图3 不同层次糟醅中酸度随发酵时间的变化趋势

浓香型白酒酿造过程中，糟醅中淀粉和还原糖含量的动态变化既间接反映了乙醇生成和发酵状态，也显示了糟醅中微生物代谢活性。图4显示了不同层次糟醅中还原糖和淀粉含量随时间的变化趋势。

从图4可以看出，入窖池时的上层、中层、下层糟醅中淀粉含量分别为22%、21.8%和21.3%，但经过2周后，各层糟醅中淀粉含量迅速下降，原因可能是发酵前期糟醅中氧气和营养物质相对丰富，使一些好氧微生物尤其是霉菌快速繁殖和代谢，产生大量糖化酶[2]。由于糖化酶的糖化作用，各层糟醅中还原糖含量逐渐增加，1周后均达到了最大值(图4B)。但随着糟醅温度的上升，酵母菌等其他微生物迅速繁殖，又将还原糖用于自身生长及代谢，使还原糖浓度下降。由图4还可以看出，发酵结束后，下层糟醅中残留淀粉含量最高，原因可能是下层糟醅中低氧环境使糖化酶生成量减少；另外，还原糖残留量在下层糟醅中也是最高的，这是由于下层糟醅中的酸度高，抑制了某些微生物的代谢活动，从而降低了还原糖的利用率。

图4 不同层次糟醅中淀粉含量(A)和还原糖含量(B)随发酵时间的变化趋势

2.4 发酵过程中乙醇浓度的变化

乙醇是在糟醅的主发酵期产生的，其生成量的多少是判断糟醅发酵是否正常的重要因素。本研究中，不同区域糟醅中乙醇含量随时间变化趋势见图5。图5表明，各层糟醅中乙醇浓度随着发酵时间的延长而不断增加，并在第5周时达到最大值。之后，糟醅发酵进入产酸和产酯期，糟醅酸度不断加大，从而抑制了酵母的活性，使得酵母细胞的数量在5周后迅速下降(图5B)。同时，乙醇生成量在第5周后也在迅速减少。另外，由于糟醅中的乙醇可以作为前体，转化为酸、酯、醛等其他香味物质，在第5周至第7周时，使糟醅中乙醇浓度趋于下降，但7周后略有回升，这可能是由于某些酯类物质的水解反应所引起的[10]。

图5 不同层次糟醅中乙醇含量(A)和酵母菌数(B)随发酵时间的变化趋势

2.5 发酵过程中水分含量的变化

传统浓香型白酒酿造过程中，水是所有生化反应所必不可少的，它不仅保证了窖池中微生物的生长代谢，也为微生物代谢产物如醇、醛、酸、酯等提供了有效的溶剂。另外，水分也影响着糟醅蒸馏过程中乙醇和香味物质的提取。此外，水还有助于降低发酵糟醅酸度和调整窖池发酵温度。因此，水分是浓香型白酒固态发酵的一个重要控制指标。不同区域糟醅中水分含量随发酵时间变化趋势见图6。

从图6可以看出，糟醅入窖时上层、中层、下层糟醅含水率均为54%～56%。发酵初期，糟醅中残存的氧和营养物质丰富，微生物大量生长，呼吸代谢会产生大量水，各层糟醅中的水分随着时间的延长不断增大。当糟醅中的氧逐渐耗尽，整个发酵逐渐进入乙醇发酵阶段，该阶段也会产一部分水。乙醇发酵结束后，糟醅进入产酸、产酯阶段，该阶段上层、中层糟醅含水量继续缓慢递增，直至达到饱和(分别为61.2%和62.1%)，并保持几乎不变直至发酵结束。而中层、上层糟醅流出的多余水分由于受重力作用向下移动，导致糟醅下层的水分含量比上层和中层高得多(图6)。发酵结束后，糟醅中流出的多余水分与混在其中的残余淀粉、糊精、可溶性氨基酸、多肽、乙醇和酵母细胞等下落至窖池底部形成了“黄水”，糟醅出窖前“黄水”被抽出窖池。

图6 不同层次糟醅中含水量随发酵时间的变化趋势

2.6 发酵过程中4种主要酯类化合物的变化

据文献报道，己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯4种酯类是组成浓香型白酒风味的重要物质，它们的含量和比例影响着浓香型白酒的质量和风格。四大酯中，己酸乙酯占主导地位，因其可使酒体口感甘甜爽口，是浓香型白酒的主体香味成分，其含量的多少也决定着浓香型白酒的风格。发酵过程中不同层次糟醅的己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯的变化趋势见图7。

如图7A所示，各层糟醅中己酸乙酯含量随着发酵时间的延长而不断增加，7周后达到最大值，然后略有下降，直至发酵结束。下层糟醅中己酸乙酯含量最高，分别较上层和中层高出53%和27%。乙酸乙酯和丁酸乙酯在发酵初期无法检测到，直至2周后其浓度逐渐升高，到第7周两者均达到了最高值，但之后均略有下降。各层糟醅中乳酸乙酯含量在发酵过程中是不断递增的，直至发酵结束达到最大值(图7D)。图7D还表明，各层糟醅中乳酸乙酯含量显著高于其他3种酯类物质，这和吕辉等报道的结果相同[4]。

在传统浓香型白酒的固态发酵过程中，发酵糟醅中的乳酸菌主要来自于大曲、空气、水、地面、器具、窖泥、设备，工人的手和鞋等[11]。通常，当发酵糟醅中氧气几乎耗尽时(一般在发酵后14 d)，乳酸菌便开始繁殖并伴随着乳酸的产生，从而抑制了大肠杆菌等有害微生物，从这一方面来看，乳酸菌对浓香型白酒的酿造是有益的。此外，糟醅中适当的乳酸含量有助于提高白酒类复合风味，因此，此种情况下，乳酸菌是有助于白酒酿造的微生物。然而，若发酵糟醅中乳酸菌的数量过多，就会产生大量乳酸，在大曲酯化酶的作用下产生大量的乳酸乙酯，使得蒸馏出的白酒口感苦、闷，缺乏香气，严重影响白酒质量[12]。同时，过多的乳酸会抑制一些有益微生物的活力，尤其是己酸菌，因其适宜生长的pH值呈弱酸性或中性，耐酸能力不强[13]。因此，高浓度乳酸条件下，己酸菌数、己酸生成量以及己酸乙酯含量均会降低。另外，过高浓度的乳酸易与窖泥中钙、铁离子反应，导致乳酸钙、乳酸铁、乳酸亚铁的形成，加速了窖泥的硬化和老化[14]。环境和大曲中乳酸菌很容易进入糟醅，其数量往往远远超过其他功能菌尤其是己酸菌，最终会产生大量的乳酸乙酯，极大地影响白酒质量。

在酿酒工业上，为了提高浓香型白酒质量，有必要增加己酸乙酯的生成量和减少乳酸和乳酸乙酯的产生。截止目前，国内研究人员采取了一系列措施，如保持生产环境清洁、控制用曲量、定期保养窖池和窖泥。此外，还有利用丙酸菌降解乳酸[15]等方法。总之，“增己降乳”是提高浓香型白酒质量的一种有效方法，通常需要综合考虑、多种手段协同作用。

图8 不同层次糟醅中己酸(A)、乙酸(B)、丁酸(C)和乳酸(D)含量随发酵时间的变化趋势

2.7 发酵过程中4种主要有机酸的变化

己酸、乙酸、丁酸和乳酸是浓香型白酒糟醅中最重要的有机酸，该4种酸是己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯的前体物质，也是形成浓香型白酒特殊风味所必不可少的[7]。不同层次糟醅的己酸、乙酸、丁酸和乳酸随发酵时间的变化趋势见图8。

由图8可以看出，己酸、乙酸和丁酸在各层糟醅中具有相似的演变规律，发酵前2周，3种酸的增速非常缓慢，均在第6周时达到最大值，随后持续下降直至第8周，这可能与该时间段内酯化反应有关。8周后3种酸均有轻微的增加趋势。图8还显示了3种酸在下层糟醅中的含量均高于上层和中层，己酸尤为明显，可能原因是下层糟醅与窖泥有较大的接触面积。

乳酸的总体演变趋势类似于其他3种有机酸(图8)。由图8可知，上层、中层、下层糟醅中乳酸的起始浓度分别为544 mg/100 g、552 mg/100 g和512 mg/100 g糟醅，发酵6周后，分别增加到1272 mg/100 g、1000.56 mg/100 g和 879.2 mg/100 g糟醅。随后，各层糟醅中乳酸含量均缓慢下降直至第10周，随后又略有上升趋势。通常，乳酸快速增加与乳酸菌的代谢有关，而轻微的下降可能是由于乳酸转化为乳酸乙酯所造成的。

3 结论

本研究揭示了浓香型白酒窖池不同空间位置糟醅的发酵参数随发酵时间的动态变化情况，发现不同空间位置的参数指标表现出一定的规律性。这些信息的获得为探明浓香型白酒的发酵机制提供了一定的参考依据，也为浓香型白酒生产工艺管理提供一定的理论支持。

[1]SHI S,ZHANG L,WU Z Y,et al.Analysis of the fungi community in multiple-and single-grains Zaopei from a Luzhou-flavor liquor distillery in western China[J].World j microbiol biotechnol,2011,27：1869-1874.

[2]周新虎,陈翔,杨勇,等.浓香型白酒窖内参数变化规律及相关性研究(I)：理化参数[J].酿酒科技,2012(4)：39-43.

[3]XIANG W L,LI K,XING Y G,et al.Microbial succession in the traditional Chinese Luzhou-flavor liquor fermentation process as evaluated by SSU rRNA profiles[J].World j microbiol biotechnol,2013,29：559-567.

[4]吕辉,张宿义,冯治平,等.浓香型白酒发酵过程中微生物消长与香味物质变化研究[J].食品与发酵科技,2010,46(3)：37-40.

[5]张崇军.浓香型白酒贮酒过程中酯、酸变化规律研究[J].食品工业,2013,34(1)：147-149.

[6]冯向东.高效液相色谱法测定白酒中乳酸和乙酸含量[J].酿酒科技,2009(5)：37-40.

[7]方军,张宿义.浓香型白酒发酵过程中各因子动态变化研究[J].酿酒科技,2012(1)：47-50.

[8]赵东,乔宗伟,彭志云.浓香型白酒发酵过程中酒醅微生物区系及其生态因子演变研究[J].酿酒科技,2007(7)：37-39.

[9]罗海,刘森,田伟,等.浓香型白酒窖池微生物生态因子的动力学分析[J].中国酿造,2011(7)：108-112.

[10]张文学,岳元媛,向文良,等.浓香型白酒酒醅中化学物质的变化及其规律性[J].四川大学学报(工程科学版),2005,37(4)：44-48.

[11]李维青.浓香型白酒与乳酸菌、乳酸、乳酸乙酯[J].酿酒,2010,37(3)：90-93.

[12]ZHANG C L,AO Z H,CHUI W Q,et al.Characterization of the aroma-active compounds in Daqu:a tradition Chinese liquor starter[J].Eur food res technol,2012,234：69-76.

[13]廖建民,姚万春,唐玉明,等.浓香型曲药细菌初步分类鉴定研究[J].酿酒,2001,28(5)：42-43.

[14]陆正清.谈浓香型大曲酒的窖池管理[J].酿酒科技,2000(2)：36-37.

[15]吴生文,辛秀明,邓丹雯,等.丙酸菌的分离鉴定及对特型酒风格风味的影响[J].中国食品添加剂,2011(4)：130-133.