机械化与手工酿造方式下酒糟品质与香气成分初步分析

王轩，周健*，明红梅，张宿义，李德林，罗杰，俞飞

1(四川轻化工大学 生物工程学院，四川 自贡,643000) 2(泸州老窖股份有限公司，四川 泸州,646000)

泸型酒是浓香型白酒的典型代表，是以泥窖为发酵容器、中温大曲作为糖化发酵剂、高粱等谷物作为酿酒原料，经续糟配料、开放式操作生产、多菌密闭共酵、常压固态甑桶蒸馏和陈酿勾兑等酿制工艺酿造而成的，以己酸乙酯为主体香味物质的白酒[1]。在传统浓香型白酒酿造中，多数生产活动属于人力生产，其劳动强度大，生产效率低，并且酿造环境卫生条件与食品生产环境要求差距较大[2]。近年来，伴随着生产成本不断攀升，能源短缺的形势也越严重，因此，白酒产业急需转型升级，提高酿造环节中机械化程度，节省人力和时间，对于白酒企业提高效率和降低生产成本具有重要意义。

随着机械化酿酒设备的应用和普及，浓香型白酒生产的机械化程度也越来越高。目前研究表明，在浓香型白酒生产中，机械化配料可以替代手工配料[3-4]；机械装甑与人工装甑的酒糟比较，出酒率无显著差异，机械装甑的优级酒比例以及己酸乙酯提取率均优于手工装甑[5-6]；而摊晾机的使用，可以使其入窖糟醅的稳定性优于地摊晾和摊晾床[7]。但是到目前为止，还缺少针对机械与手工2种酿造方式下各生产环节中酒糟理化指标系统性分析，以及这2种酿造方式下酒糟风味物质变化探究。

在已有研究基础上，本文对机械与手工2种酿造方式下，各生产环节中酒糟理化指标和风味物质变化规律及差异性进行研究，从而为浓香型白酒机械化酿造找到实验依据，为进一步改进机械化酿酒工艺和提升基酒品质奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

样本：酒糟，某酒企；取样：2种酿造方式均按照浓香型白酒生产工艺要求来进行生产，机械酿造在润粮、拌料、上甑和打量水环节均采用机械设备；手工酿造在润粮、拌料、上甑和打量水环节均由人工操作；摊晾、下曲均为一体式机械设备；机械酿造车间窖池修建于1970～1980年，手工酿造车间窖池修建自清末民初。2个车间各选1口正常发酵的窖池，取目的窖池酒糟在出甑、打量水、摊晾和下曲入窖环节中的样本，待入窖发酵45 d后开窖，取出窖、拌料上甑和出甑环节中的酒糟样本。取样信息见表1。

表1 取样信息表Table 1 Sampling information table

1.2 实验试剂

葡萄糖、酒石酸钾钠、NaOH、酚酞、重铬酸钾、无水乙醇、CH2Cl2等,均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂；2-辛醇,色谱纯,成都艾科达化学试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

DHG-9240电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；CP114电子天平、STO210 pH计，奥豪斯仪器(上海)有限公司；EV2424ST干式氮吹仪，德国WIGGENS公司；Agligent 6890 N-5975B气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦公司。

1.4 实验方法

1.4.1 酒糟理化指标测定

对酒糟样本理化指标中水分含量、酸度浓度、淀粉浓度和酒精度进行测定，参考文献[1,8]，其中水分含量测定采用常压105 ℃烘箱干燥法；酸度采用酸碱滴定法；酒精度采用重铬酸钾氧化法；淀粉浓度测定采用斐林试剂法。各数据均为目的窖池对应样本3次检测的平均值。

1.4.2 酒糟挥发性风味物质的定性与半定量分析

酒糟前处理：称取10 g酒糟，研磨后装入50 mL离心管中，加入CH2Cl220 mL，恒温超声振荡20 min，重复该步骤3次，收集萃取液后加入50 μL质量浓度为1.97 mg/mL的内标2-辛醇和5 g无水Na2SO4，4 ℃静置12 h去除水分。将萃取液用旋转蒸发仪低温浓缩至5 mL，再氮吹至1 mL，用0.22 μm有机相滤器过滤后直接进样。气相色谱与质谱联用(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)条件参考文献[9]。

定性与半定量分析：检出挥发性组分物质的质谱图，通过与标准谱库(NIST05a.L和RTLPEST3.L)对比鉴定，为保证实验结果的可靠性和有效性，结合匹配度>90%、特征离子及辅助人工图谱解析来进行定性分析。采用内标法对各风味物质进行计算，得到的各物质的量为内标的相对含量[10]。

1.4.3 酒糟特征香气成分分析

采用香气活度值(odor activity value,OAV)表征酒糟中香气化合物对主体香气成分的贡献，当OAV>1时，推测该香气成分对样品香气的直接贡献和影响较大[9]。

1.4.4 数据处理

采用SPSS 23.0软件进行统计和方差分析，显著性界值P<0.05，从而判断数据差异；数据图采用Origin绘制。

2 结果与分析

2.1 酒糟理化指标分析

将酒糟样本进行理化检测分析后，结果见图1。

在浓香型白酒生产中，控制适宜的入窖工艺参数，如水分含量、酸度浓度和淀粉浓度是生产的关键点之一[4]。水是酿酒生产活动的必须条件之一，2种生产方式下酒糟通过打量水后水分含量显著增加，其中手工酿造和机械酿造酒糟在打量水环节时水分质量分数分别为61.72%和55.88%，两者差异显著(P<0.05)，通过摊晾、下曲后水分含量有所降低。由泸型酒技艺大全可知，酒糟在入窖时水分质量分数控制在52%～56%[1]。手工酿造和机械酿造酒糟在入窖时水分质量分数分别为57.20%和52.91%，出窖时水分质量分数分别为62.31%和59.33%，两者差异显著(P<0.05)。

a-水分;b-酸度;c-淀粉;d-酒精度图1 各生产操作环节酒糟理化指标Fig.1 Physical and chemical indexes of distiller’s grain in all production and operation links 注：不同操作环节中小写字母不同表示差异显著；相同操作环节大写字母不同表示差异显著(P<0.05)

适当酸度可以抑制杂菌生长，有利于糊化、糖化作用，由泸型酒技艺大全可知,酒糟入窖酸度控制在1.2～1.9 mmol/10 g[1]。2种生产方式下，手工酿造和机械酿造中酒糟入窖酸度浓度分别为1.92和1.83 mmol/10 g；随着发酵结束，出窖时酸度浓度显著增加，分别为3.43和3.18 mmol/10 g，两者差异显著(P<0.05)。通过拌料后酸度分别为2.47和2.32 mmol/10 g，分别下降了27.99%和27.04%，蒸馏后与出窖酒糟相比下降了42.86%和40.56%。

淀粉提供微生物营养成分和发酵能量，入窖淀粉质量分数应在16%～22%[1]。手工酿造和机械酿造中酒糟入窖淀粉质量分数为18.14%和17.83%；出窖时酒糟残淀粉质量分数分别为10.91%和11.44%，两者差异显著(P<0.05)。

发酵质量好的酒糟出窖时酒精度应在4%～6%[1]。手工酿造和机械酿造入窖酒糟酒精度积分数为0.05%和0.03%；随着发酵结束，其出窖酒糟中酒精度分别为5.14%和4.49%，两者差异显著(P<0.05)；出窖酒糟通过拌料后酒精度分别为3.44%和3.02%，分别下降了33.07%和32.74%。

通过对2种生产方式各环节中酒糟理化指标分析后，可以看出机械酿造中入窖酒糟均在规定参数范围内，手工酿造下入窖水分含量与酸度浓度略高于参数范围，可能是工人师傅操作和拌料不均匀导致[3,11]。在2种生产方式中，入窖时水分含量存在显著差异外，酸度浓度、淀粉浓度和酒精度无显著差异(P>0.05)；出窖时酒糟水分含量、酸度、淀粉浓度和酒精度均存在显著性差异(P<0.05)。其中，出窖时酒糟的酸度浓度、淀粉浓度和酒精度与李喆等[12]得出的结论一致，可能由于手工酿造窖池的窖龄更长，窖池中的微生物更加适应酿造过程，酒糟的理化特性也更加有利于酿酒微生物生长代谢以及物质交换。

2.2 酒糟挥发性风味物质分析

酒糟各操作环节挥发性风味物质定性与半定量分析结果如表2和图2所示。

表2 酒糟各操作环节中挥发性成分变化 单位：mg/kg

结合图2和表2，在各操作环节酒糟中共检测出52种风味物质，其中酯类物质22种，醇类物质10种，酸类物质11种，其他9种；各操作环节中，出甑酒糟入窖前，除打量水环节外，摊晾和下曲入窖环节酒糟风味物质种类及含量变化不明显；随着发酵结束，出窖酒糟中风味物质种类最多、含量最为丰富，而在拌料上甑和出甑操作环节时逐渐减少。

a-机械化酿造;b-手工酿造图2 酒糟风味物质种类及含量图Fig.2 Variety and content of flavor substances in distiller’s grain

酯类化合物是检测到的种类和含量最多的一类挥发性风味物质。在检测到的酯类物质中，乙酯类不仅种类多而且含量高，主要由醇类物质与脂肪酸酯化产生，与酵母种类和酶活力等密切相关[13]。尹婉嫱等[14]研究表明，浓香型白酒中丁酸乙酯与己酸乙酯的比例<0.1，可以认为其酒体协调。在本次检测中，2种酿造方式的出窖酒糟中丁酸乙酯与己酸乙酯的比例<0.1。各操作环节酯类物质中含量较高的是亚油酸乙酯、油酸乙酯，具有鲜花香气，其中亚油酸乙酯还具有降低胆固醇和血脂的作用，这为白酒具有保健作用提供了理论依据[15]。

酸类化合物在窖池发酵过程中产生。酒糟中含量最高的为乙酸、棕榈酸和己酸。在酒糟入窖后，窖泥中厌氧微生物不断迁移至酒糟中，从而逐渐影响酒糟中有机酸和风味物质的代谢[16]。雷光电等[17]研究表明，酒糟越靠近窖泥，功能菌数量越多。DING等[18]对不同窖龄窖泥微生物研究表明，随着窖龄增加，微生物不断驯化，逐渐以梭菌占主导地位，并且产甲烷古菌与梭状芽孢杆菌科微生物之间的协同关系和种间电子传递，可以促进梭菌科微生物的生长。研究表明，梭菌科微生物能将有机质转化为酸类物质，例如丁酸和己酸，从而促进丁酸乙酯和己酸乙酯的生成[19]。

酒糟中醇类物质主要由微生物对原料中的糖和氨基酸的降解产生，是酒体中微量香味物质的基本组成部分[20]。醇类物质中测得含量较高的为2,3-丁二醇、1,2-丙二醇和苯乙醇，具有一定的果香、奶香和玫瑰花香。在各操作环节酒糟风味物质中还检测出3-羟基-2-丁酮、糠醛等物质。研究表明，3-羟基-2-丁酮可由双乙酰还原得到，同时也有学者推测3-羟基-2-丁酮可以作为酒体风味物质的前体物质，与其他代谢物共同作用生成特征风味物质，如可能生成四甲基吡嗪[20-21]。糠醛在入窖前被检测出，但在出窖时未检测到，与周新虎等[22]研究较为一致。

总体来看，对2种酿造方式各操作环节中酒糟挥发性风味物质进行比较，其种类和含量变化趋势基本一致，其中，出窖酒糟有39种共有风味物质，但手工酿造和机械酿造中出窖酒糟较入窖时风味物质总质量分数增长率存在明显区别，分别为153.17%和108.95%。可能由于窖池差异，窖池窖龄越老越利于微生物的积累与驯化，促进风味物质的代谢产生[12]。同时，本次检测到的出窖酒糟风味物质种类及含量与文献[9,21,23]报道有一定差异，可能是受生产方式、检测方法[23]和酿造地域等因素[24]影响。

2.3 OAV分析

为了确定香气物质对酒糟的影响，对这些物质进行OAV计算，结果如表3所示。将OAV>1的香气物质确定为酒糟的香气特征贡献组分，OAV值越大说明对整体香气贡献越大[9]。由表3可知，2种方式下出窖酒糟OAV>100的有己酸乙酯、辛酸乙酯、亚油酸乙酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯和3-羟基-2-丁酮；OAV>10的有己酸、丁酸、戊酸乙酯、丁酸乙酯和戊酸；OAV>1的有己酸丁酯、己酸己酯、正己醇、糠醇、乙酸和辛酸，这些物质也是文献[25-27]报道浓香型白酒典型风味物质。己酸乙酯是浓香型白酒的主体香气物质，本次出窖酒糟中OAV最大的也是己酸乙酯，且手工酿造出窖糟的己酸乙酯含量高于机械酿造。有研究表明，己酸乙酯含量与窖泥窖龄呈正相关，并且窖泥中己酸菌、丁酸菌等数量随着窖龄的增加而增加[28-29]。结合表2与表3可知，2种酿造方式下出窖酒糟中浓香型白酒典型特征风味物质种类基本相同，但手工酿造酒糟的风味物质总含量高于机械酿造，可能是受窖龄影响所致[30]。

表3 各操作环节中酒糟OAV>1的香气物质Table 3 Aroma substances with OAV>1 in each operation

3 结论

本研究对2种酿造方式下各生产环节中酒糟的理化指标及风味物质进行检测，机械化酿造方式下入窖酒糟各指标符合生产工艺要求，由于手工酿造中上甑、打量水等均由人工操作，可能导致入窖水分含量、酸度浓度略高于规定参数范围。2种酿造方式各生产环节中出窖酒糟物质种类最多、含量达到最大值。通过GC-MS检测与OAV分析，2种酿造方式下出窖酒糟中典型特征风味物质种类较为相似，但其出窖酒糟的风味物质含量有较大差别，手工酿造酒糟的风味物质总含量高于机械酿造，窖龄不同可能是导致这一差别的主要原因。后续还需对2种酿造方式下基酒出酒率以及风味物质进行探究，进一步解析基酒品质与酿造方式的相关性。