清香型大曲酒控温发酵工艺

周枭

西南科技大学生命科学与工程学院（绵阳 621010）

清香型白酒酒体清香纯正，口味绵软醇厚，纯净微甜爽口，乙酸乙酯香气突出，在国内外消费者中享有较高的知名度[1-2]。这有赖于其独特的生产工艺——固态地缸分离发酵，在极大程度上保证了发酵温度的变化平缓，且洁净卫生。由于这一过程需要将发酵容器埋在地下进行，这对酒厂的占地有极大的需求，且每一缸能产出的清香型白酒，数量有限。这在一定程度上桎梏了企业机械化、智能化发展和生产。目前，凭借微生物方面的前沿科技和创新的试验分析方法，大曲酒中的化学成分都有了充分的认识。根据汾酒发酵的温度变化趋势，设立低温、中温和高温三组，探究各组的汾酒在发酵过程中各理化指标的变化规律，为汾酒的工艺控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

糯高粱（市售）；多微新型大曲（赤峰和民生物科技有限公司生产）。

1.2 试剂

乙酸钠、氯化钠、冰乙酸、次甲基蓝、亚铁氰化钾、硫酸铜、盐酸、浓硫酸、氢氧化钠、酒石酸钾钠、邻苯二甲基氢钾、可溶性淀粉、葡萄糖、重铬酸钾、无水乙醇、酚酞、牛肉膏、蛋白胨、马铃薯、琼脂。除可溶性淀粉、牛肉膏、蛋白胨之外，其余均为分析纯。以上试剂均由成都市科隆化学品有限公司生产。试验用水为纯净水。

1.3 仪器与设备

电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；洁净工作台（SW-CJ医用型），苏州安泰空气技术有限公司；HH-S4数显恒温水浴锅，金坛市医疗仪器厂；GNP-9160恒温培养箱，上海赫田科学仪器有限公司；碱式滴定管，成都长科化玻仪器有限公司；电子万用炉，北京市永光明医疗仪器有限公司；MH-500调温型电热套，北京科伟永兴仪器有限公司；日本TOMY快速自动高压灭菌器SX-700，上海珂淮仪器有限公司；SPX-150B-Z生化培养箱，杭州旭清科技有限公司；等。

1.4 生产工艺流程及操作要点[3-4]

高粱→粉碎→润糁→蒸煮→出甄加水→扬凉拌曲→入缸发酵→出缸拌糠→蒸馏→头茬汾酒→勾兑新产汾酒

粉碎：将糯高粱分批放入粉碎机中，并观察粉碎后的糯高粱，确保高粱糁大小为原来的4～8瓣。粉碎的目的是保证糯高粱在装甄蒸煮过程，原料被充分糊化，也有利于微生物、酶的接触。粉碎过细易导致糖化过程剧烈，造成发酵前期迅速升温。

润糁：润糁的水温为75 ℃，加水量为高粱粉质量的60%，加入后多次翻拌，使高粱充分吸水。润糁的目的是使原料吸收适量的水分，以利于糊化。

蒸煮：蒸煮的目的是使淀粉细胞的皮膜因热的作用而破裂，使其内容物完全糊化或部分液化，以利于随后的糖化和发酵进行。在放入蒸煮设备中进行蒸料之前，先撒上一层原料，然后见汽撒料，均匀上平润糁后的原料。圆汽后，在料面上泼洒60 ℃的热水，加水量为高粱质量的1.5%～3%，蒸料时间约为60 min。

扬凉拌曲：蒸煮获得的红糁趁热出甑并摊开，泼入质量为高粱质量25%的冷水，并将红糁原料颗粒进行分散，进一步吸水。在这过程中，不断进行翻拌，通风加快冷却。当红糁温度降低到15 ℃左右时加入大曲，大曲的质量为高粱质量的5%，并搅拌均匀。

入缸发酵：获得的大查放入发酵容器内，用膜进行多次封口保温。发酵容器放入恒温箱中进行培养同时模拟控温的生产流程，并设置夏天发酵以及温度控制较弱的两组进行比较，每天升高不同的温度进行发酵。发酵温度讲究“前缓、中挺、后缓落”[5]，在发酵的前8～9 d需达到顶火温度，发酵中期保持温度的稳定，发酵后期缓慢降温，降至24 ℃发酵结束。

出缸拌糠：28 d发酵后，缸中发酵好的物质被称为酒醅。加入谷糠的作用是使酒醅在蒸馏过程中充分受热，提高出酒率，保证酒质，同时吸收酒醅中的多余水分，有利于第二次发酵。

蒸馏：酒醅搅拌好后，用竹或藤编的簸箕将酒醅轻撒薄铺，装入甑内进行蒸馏。蒸汽冷却后所得液体随接酒管流出。掐去酒头、截去酒尾，中段流出的液体即头茬汾酒。

1.5 分析方法

1.5.1 酒醅糖化酶活力的测定

按照固态白酒发酵中糖化酶活力的测定方法[6-7]。称取5.0 g左右的酒醅，制作糖化酶浸出液。然后取5 mL糖化酶，在30 ℃水解可溶性淀粉，获得糖化液，再用菲林试剂法测定糖化液中的还原糖含量，计算出酒醅中的糖化酶活力。

1.5.2 酒醅还原糖的测定

按照固态白酒发酵中还原糖的测定方法[6]。称取5.0 g左右的酒醅，用100 mL水稀释，用脱脂棉进行过滤，获得滤液并置于冰水浴中。该过程旨在降低糖化酶的活力，同时便于测定还原糖含量。取滤测定还原糖含量，计算出酒醅中还原糖含量。

1.5.3 酒醅的酸度的测定

按照固态白酒发酵中酸度的测定方法[8]。称取10.0 g酒醅置于250 mL锥形瓶中，准确加入100 mL蒸馏水，静置15 min后用脱脂棉过滤，弃去20 mL初滤液，获得滤液置于冰水浴中。取滤液用酸碱滴定法测定酸含量，计算得出酒醅的酸度。

1.5.4 总酯的测定

按照清香型白酒中总酯的测定方法[6]。称取50 g酒醅，通过蒸馏获得酒样，置于蒸馏烧瓶中，加200 mL水，摇匀。在烧瓶上装上冷凝器，用100 mL容量瓶或量筒作接受器，进行蒸馏。待馏出液达100 mL时停止蒸馏。然后吸取50 mL酒样通过中和反应、皂化反应测定硫酸标准液的消耗量并计算出酒样中总酯的含量。

1.5.5 总酸的测定

按照清香型白酒中总酸的测定方法[6]。称取50 g酒醅通过蒸馏获得酒样，再通过酸碱滴定法，测定酒中总酸含量。

1.5.6 酒乙醇体积分数的测定

采用重铬酸钾比色法[9]。按重铬酸钾比色法，制得标准曲线，见图1。称取50 g酒醅，通过蒸馏获得酒样，再从获得的样液中取馏出液测定乙醇体积分数。

图1 测定乙醇体积分数的标准曲线

1.5.7 微生物的分离

平板稀释分离法。用牛肉膏蛋白胨培养基分离细菌，用马铃薯葡萄糖琼脂培养基分离酵母菌。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中的温度变化

图2为各组每日实际测得的温度变化记录图。对照图表可以看出，各组在整个的发酵过程中，都保持了“前缓、中挺、后缓落”的变化规律。在发酵的同一时期各组在不同的温度，可以有效的区分温度对于清香型大曲酒的发酵过程的影响。为探究不同温度下清香型大曲酒的发酵情况，将同一批拌曲之后的酒醅分装到相同的容器内，随机分成低温组、中温组和高温组3组，每组3瓶分别进行控温发酵。查阅文献[10]可知，传统汾酒酿造采用低温（10～15 ℃）入缸，为使其发酵温度符合“前缓、中挺、后缓落”的变化规律，同时规避相同的升温情况对酒醅发酵产生影响。故将中温和低温组的入缸温度设为13 ℃，而将高温组的入缸温度设置在20 ℃更接近夏天的实际情况。同时，高温组设置的目的，旨在探索适当提高入窖温度的酒醅的发酵情况，与低温、中温组发酵的理化及微生物数据作对比。高温组在发酵的第8天升到了35 ℃，这是基于本地的最高温度进行考虑。在发酵中期，三组都保持在一个稳定的温度，以保证较高的出酒率。发酵后期，各组温度都降低至22 ℃出缸。

图2 发酵温度随时间的变化

2.2 发酵过程中的微生物变化

酵母和细菌作为发酵过程中的重要微生物，对于发酵过程的酸的产生与还原糖的消耗有密切关系。

图3为酵母菌数量随发酵时间的变化记录，对照此图可知，中温组和低温组的酵母菌数目在发酵过程中，变化趋势保持一致，都是呈现先上升后下降的情况。高温组在发酵的初期，酵母菌数目就开始出现下降，并降到最低。这是由于高温组的入缸温度为温度较高，故在发酵第1天时酵母的数目要高于中温组和低温组。随着发酵进行，高温组的温度逐渐升高，酵母的生长繁殖被抑制，酵母出现死亡，造成酵母菌数目在发酵前期降低迅速。而中温组和低温组则发酵温度低于高温组，故该两组的酵母菌数在发酵前7 d保持上升的趋势，之后随着温度进一步升高，低温组和中温组也出现了酵母数目急剧下降的情况。在13 d之后，三组的酵母菌数目均维持在105这一数量级。

图4为细菌数量随发酵时间的变化记录，对照此图不难看出，各组的细菌变化趋势基本相似，都是呈现先上升后下降的过程。从各组细菌数目的峰值可以看出，温度过高或过低都会影响细菌的生长繁殖。这与细菌本身的耐受温度有关，细菌的生长温度高于酵母，所以发酵初期，细菌数目一直呈现增多的趋势。在第5天时，高温组的温度过高，不利于细菌的生长繁殖。同时中温组细菌数目的急剧降低则也是由于在9～10 d，温度过高这一情况。在第7天之后，低温组细菌数目也同样出现降低，但降低速度的情况要慢于中温组。

图4 细菌数量随发酵时间的变化

2.3 发酵过程中的酸度变化

除温度外，酸度的变化也会对大曲微生物繁殖产生影响[11]，且二者之间保持相互影响的关系。

图5为酸度随发酵时间的变化记录。对照此图可知，在发酵过程中，酸度的变化趋势基本相似，总体呈现上升。发酵温度越高，酸度的变化趋势更加显著。在发酵过程中，除了一次剧烈的酸度变化，高温组的酸度始终高于中温组和低温组，且最终酸度也要高于另外两组。发酵结束时，低温组、中温组和高温组的酸度依次增加了1.26，1.08和1.20 g/100 mL。这表明在该种大曲发酵下，发酵温度的高低与最终的酸度高低相关。在试验过程中出现酸度的突然降低，是由于酒醅发酵品温高，这导致生酸过大，抑制了酵母和酶的活性。查阅国内外部分文献了解到，原材料中蛋白质降解产生的氨和有机酸的分解[12]，会在一定程度上影响酸度的情况。在两者情况的综合作用下，最终导致高温组酸度剧烈变化。这也是夏日酿酒导致出酒率较低的一个重要原因。

图5 酸度随发酵时间的变化

2.4 发酵过程中的还原糖及糖化酶活力变化

还原糖总体呈现上升的趋势，但变化的波动较大。这主要是大曲中含有少量的糖化酶，在发酵的初期，在糖化反应作用下，还原糖大量产生，此时发酵还未产生，这造成发酵第1天还原糖处于一个较高的水平。随着酵母菌繁殖，还原糖被利用，还原糖的含量开始下降。随着发酵进行，各组的温度各不相同，糖化酶活力受温度影响变化剧烈，造成糖化酶活力变化波动较大。但总体来说，高温组的还原糖含量始终高于另外两组。这表明温度的高低与还原糖含量有关，但与其变化趋势无明显关系。在第13天与第25天时，还原糖出现降低，也与乙醇的合成有关。尤其是在第25天时，糖化酶活力处于低谷，这加剧了还原糖含量变化，使试验结果更加明显。

图6 糖化酶活力随发酵时间的变化

图7 还原糖随发酵时间的变化

2.5 发酵过程中的乙醇、总酸及总酯含量变化

在白酒发酵过程中，乙醇体积分数总体呈上升趋势，尤其是低温组和中温组变化趋势相同。在发酵初期，酵母生成的乙醇一部分被累积在酒醅中，另一部分则被产酸菌用于有机酸的合成，且产酸菌的活性与温度密切相关[13]。起始温度越高，产酸菌的活性越强。这导致高温组酒醅中的总酸含量在发酵初期处于一个较高水平，尤其是在发酵的第5天，各组总酸含量差距较大，尤其是高温组，总酸含量最高。发酵至第10天三组的总酸达到最低值。结合现有的研究，随着温度的上升，当温度继续上升到一定程度时，乳酸菌成为主导微生物，导致产乙酸的微生物代谢能力下降，温度的升高又导致乳酸菌的大量死亡，最终影响总酸含量的降低。

在发酵过程中，总酯含量整体呈现一个稳定的情况，随温度的变化存在小幅度的波动，但基本维持在1.0～1.2 g/L，这反映出温度的变化对于总酯含量有明显影响，且根据酯类的不同，随温度的影响规律也不相同[14-15]。适当调节温度，有利于增加或减少酯类的相应成分。

图8 总酸随发酵时间的变化

图9 乙醇体积分数随发酵时间的变化

图10 总酯随发酵时间的变化

3 结论

试验表明，通过调节发酵温度可以实现对清香型大曲酒的发酵产物含量的控制。在发酵过程中，还原糖、酸度、乙醇体积分数这些理化指标的具体数值与温度的高低有关，其发酵过程的变化趋势则与温度的高低无明显关系，与温度的变化趋势有关。在发酵初期，温度宜保持在15 ℃左右，且每天增长幅度2～3℃，如此可以在较短的时间内上升到适宜的顶火温度，同时不易造成酸掉现象的发生，也符合“前缓，中挺，后缓落”的温度变化规律。在发酵的中期，将发酵温度控制在30 ℃以内且不宜过低，这样可以在最大程度上保证乙醇的合成，提高出酒率。此次为汾酒的工艺控制提供理论依据。