基于白酒模拟酿造体系的不同种类大米酿造差异性研究

祝云飞，林 培，吴生文，曾婷婷，彭 辉，刘小琴，熊秋萍，黎清华

（四特酒有限责任公司，江西 樟树 331200）

原料是决定白酒质量的重要物质基础，一方面，原料因其自身含有一定量的风味成分而使酒体表现出“原料香”[1-2]，并且含有在酸或酶的作用下才释放出来的结合态风味[3]；另一方面，原料作为微生物生长的“培养基”将直接影响微生物的生长和风味物质的代谢生成[4]。

江西省是我国的水稻种植大省（籼稻为主），同时也是产粮大省，特香型白酒以大米为原料，是赣鄱地区的主产香型。大米原料对特香型白酒酿造影响的研究报道较少。李科发等[5]研究不同品质大米对白酒产量和质量的影响，发现优质大米所产基酒质量优于普通大米，但出酒率低于普通大米。肖美兰等[6]研究利用富硒大米代替普通大米酿造特香型基酒，没有达到提高白酒中硒含量以及提升基酒质量的目的。按原料稻谷类型，大米分为籼米、粳米、籼糯米和粳糯米[7]。籼米、粳米、糯米在外观、理化、淀粉结构等方面都有较明显的差异，原料风味也有一定差别[8-10]，对发酵代谢也可能有不同的影响。彭智辅等[11]研究了大米、糯米的蒸煮香气组成，对大米、糯米的挥发性香气成分进行提取分析。李秋涛等[12]比较了不同直支链淀粉含量的大米、高粱的糊化情况和蒸煮香气，并进行了实验室和窖池发酵试验。结果发现同一品种的粮食直链淀粉越高，淀粉结构越紧密，糊化时间越长，粮香越浓；另外，不管是直链淀粉还是支链淀粉，只要糊化得好，出酒率差别不大。江伟等[13]通过不同原料酿造单粮白酒，并进行风味物质分析，发现大米酒和糯米酒以爽净感为主。目前鲜见不同种类大米对特香型白酒酿造影响的相关报道，值得探究。

由于车间窖池环境、母糟情况与班组操作等不一致，难以保证参数的稳定性和准确性[14]，直接进行生产试验需要大量的试验组，物料消耗大。因此，本研究设计制作实验室小试模拟发酵与蒸馏装置，构建固态法白酒模拟酿造体系，搭建实验室小试酿酒平台，并基于此平台，以籼米、粳米、糯米三种大米为原料，进行模拟酿造试验，考察不同种类大米在酿造过程中发酵升温、糟醅理化、基酒理化、基酒色谱成分与基酒感官品质等方面的变化及特点，进行差异性分析，为进一步的车间试验和酿造专用米选用提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

粳米（产地江苏宿迁）、糯米（产地安徽淮安）：市售；籼米（产地江西）、大曲、稻壳、母糟：由四特酒有限责任公司生产车间提供。

1.1.2 化学试剂

氢氧化钠、硫酸铜、酒石酸钾钠、乙酰丙酮（均为分析纯）：西陇科学股份有限公司；白酒色谱混合标样（59种组分，纯度均≥99.8%）：中国食品发酵工业研究院。

1.2 仪器与设备

KDN-04消化炉：杭州绿博仪器有限公司；721N可见光分光度计：上海佑科仪器仪表有限公司；Aglient GC7890气相色谱仪、DB-624UI毛细管色谱柱（30m×0.53mm×3.00μm）：安捷伦科技（中国）有限公司；RC-5+温度记录仪：江苏精创电气股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 实验室用白酒蒸馏装置设计制作

装置结构示意图[15]见图1。蒸馏桶容积设计呈倒锥形，底径20 cm，口径25 cm，高80 cm（总容积32 L），保证料层的高度，有助于酒精充分精馏浓缩。该装置用小型电加热蒸汽锅炉提供充足且稳定的蒸汽。

图1 实验室用白酒蒸馏装置结构示意图Fig.1 Schematic diagram of the structure of laboratory Baijiu distillation device

1.3.2 固态法白酒模拟发酵装置设计制作

装置结构示意图见图2。发酵桶设计容积25 L，一次可投粮约2 kg，模拟原料糟部分。装置结构与工作原理：该装置最里层是密封发酵桶，发酵桶外围为全包裹的密闭保温套；最外层为保温箱，保温箱内有温控加热装置。使用时，定期查看发酵桶内发酵温度，然后根据发酵温度设定保温箱内温度始终低于发酵温度1 ℃以内，减少外界温度传递对发酵的干扰。

图2 固态法白酒模拟发酵装置结构示意图Fig.2 Structure diagram of simulated fermentation device for traditional Baijiu

1.3.3 模拟酿造平台效果验证

取车间摊凉下曲拌匀后的粮糟装入发酵桶中，同车间粮糟入池操作，按压紧实。再将温度记录仪探头放入糟醅中，做好密封，然后用保温套包裹，置于保温箱中，每天查看发酵温度，并设定保温箱内温度低于发酵温度0.5 ℃。在车间该甑粮糟中间位置、同一平面均匀放置3个温度记录仪，记录发酵温度。实验室模拟发酵与车间窖池各做三组平行试验。

发酵45 d。发酵结束后取样检测实验室模拟发酵酒醅与车间出池酒醅的水分、酸度、淀粉含量和酒精度并用自制的实验室用白酒蒸馏装置蒸酒。出酒流速控制100mL/（3～5）min，每接100 mL检测酒精度，再与前面接好的酒液混合，检测混合后的综合酒精度。

1.3.4 大米理化指标检测

大米样品检测水分、淀粉、蛋白质、浸泡吸水率等理化指标，检测方法参照《粮油及其制品检验》[16]中的检测方法。

1.3.5 不同种类大米模拟酿造试验

以籼米、粳米、糯米为原料，进行酿造特香型白酒试验。每种大米投粮6 kg，投粮∶母糟为1∶5，用曲量27%，稻壳用量40%，粮水比1.0∶1.2（g∶mL）。

按特香型白酒酿造工艺进行拌料、润粮、蒸粮、摊凉、下曲等操作。润粮时间1 h；大米蒸煮做到内无生心，熟而不黏；下曲温度20 ℃左右。处理好的粮糟称质量分成三等份（做三组平行试验），装入发酵桶中，按压紧实，按“1.3.3模拟酿造平台效果验证”的方法发酵保温。发酵45 d后，每桶拌入对应种类大米2 kg，按“1.3.3 模拟酿造平台效果验证”的方法蒸馏接酒，混合酒液酒精度控制在（60±1）%vol。发酵前后取糟醅检测理化指标。

1.3.6 酒醅理化检测

入池（发酵前）酒醅检测水分、酸度、淀粉含量，出池（发酵后）酒醅检测水分、酸度、淀粉含量、酒精度，检测方法参照《酿酒分析与检测》[17]中的检测方法。

1.3.7 基酒理化与色谱检测

基酒理化检测酒精度、总酸、总酯等3项指标检测方法参照《酿酒分析与检测》[17]。

采用气相色谱法检测基酒中风味成分，气相色谱条件：DB-624UI毛细管色谱柱（30 m×0.53 mm×3.00 μm），载气为氮气（N2），流速1.5 mL/min；氢气（H2）流速30 mL/min；尾吹流速40 mL/min；空气流速400 mL/min；氢火焰离子化检测器；气化温度250 ℃；进样量1 μL。

1.3.8 基酒感官品评

由7人组成的专业白酒品酒员，参照特香型白酒基酒标准进行综合评价。

1.3.9 数据分析

数据用平均值±标准差（xˉ±SD）表示，以Excel 2016软件作图，利用SPSS 20.0软件进行方差分析。以P＜0.05为差异显著，多重比较采用Duncan's新复极差法进行比较。

2 结果与分析

2.1 模拟酿造平台效果验证

2.1.1 模拟发酵装置效果验证

传统固态法白酒发酵窖池容积一般较大，大量糟醅的堆积、共同发酵使得糟醅受外界环境影响较小而出现明显的升温变化，包含后期的降温，整个发酵过程温度变化都是自然发生的。要实现对发酵的模拟，强制控温的方式[18-20]使发酵出现固定的升温曲线，难以反映出试验参数调整对发酵升温的影响，也直接干扰了发酵过程；单纯保温的方式，当外部温差较大或温度波动明显时[21]，在一般长达一个月以上的发酵期中，发酵过程可能将受到较明显影响。本研究设计制作的模拟发酵装置，首先对发酵糟醅进行保温，同时控制外界环境（保温箱内）温度，维持温度的稳定和减小温差。模拟发酵试验的温度变化情况见图3。

图3 实验室与车间窖池发酵升温曲线Fig.3 Temperature variation curves of fermentation in laboratory and pit in workshop

由图3可以看出，实验室模拟发酵与车间窖池的发酵温度变化趋势基本一致，模拟发酵过程受外界传热的干扰降低，发酵呈现出自然的升温变化，前期快速升温阶段车间窖池平均升温速度1.2 ℃/d，实验室模拟发酵平均升温速度1.0 ℃/d；缓慢降温阶段车间窖池平均降温速度0.12 ℃/d，实验室模拟发酵平均降温速度0.16 ℃/d。可能由于发酵桶、保温材料等需要吸收一些发酵热量，导致前期升温、顶温、升温幅度以及后期温度比车间窖池略低。实验室模拟发酵与车间窖池出池酒醅理化结果见表1。

表1 实验室与车间窖池出池酒醅理化对比Table 1 Comparison of physiochemical indicators of alcoholic fermentative material in laboratory and pit in workshop

由表1可知，实验模拟发酵酒醅与车间窖池酒醅各理化指标差异不显著（P＞0.05），发酵均较正常。综合发酵升温与糟醅理化情况，该模拟发酵装置可以用于实验室进行相关酿造工艺的小试发酵试验。

2.1.2 实验室用白酒蒸馏装置效果验证

固态法的白酒的蒸馏极具特色，酒醅既是酒精载体又相当于蒸馏塔板。本研究制作的固态法白酒蒸馏装置蒸馏过程酒精度变化情况见图4。

由图4可以看出，本研究制作的蒸馏装置具有很高的浓缩效率，初始酒精度可稳定达到70%vol以上，另外，在“断花”（50%vol左右）后，混合酒液酒精度在60%vol以上，符合生产中断花摘酒的工艺要求。该蒸馏装置可以用于实验室较少糟醅情况下的蒸馏。

图4 蒸馏过程酒精度变化规律Fig.4 Changing rule of alcohol content during distillation

发酵与蒸馏是白酒酿造的关键环节，也是模拟酿造的重点、难点。本研究设计的发酵与蒸馏装置效果良好，可以较好的模拟传统固态法白酒生产中的发酵与蒸馏情况，结合市售的小型蒸粮装置、风扇、室内空调等即可搭建起完整的实验室白酒模拟酿造平台，开展工艺试验研究。

2.2 大米样品理化

籼米、粳米、糯米样品部分理化指标见表2。

表2 大米样品理化指标Table 2 Physiochemical indicators of rice samples

由表2可知，三种大米水分、淀粉含量相差不大，粳米蛋白质含量最高（8.7%），高蛋白质可为发酵提供更丰富的营养，但过多可能引起高级醇含量偏高。浸泡吸水率为糯米＞粳米＞籼米（P＜0.05），浸泡吸水率对润粮工艺具有重要指导作用，充分润粮才能保证充分糊化。

2.3 不同种类大米发酵糟醅理化差异与出酒率对比

基于自行搭建的模拟酿造平台，以籼米、粳米、糯米三种大米为试验原料，进行单因素试验，试验中母糟、大曲、稻壳、酿造用水以及糟醅处理方式保持一致。发酵前后糟醅理化检测结果见表3。

表3 发酵前后糟醅理化指标Table 3 Physiochemical indicators of fermented grains before and after fermentation

由表3可知，发酵前各项入池酒醅参数无显著性差异（P＞0.05），通过模拟酿造平台小试，保证了入池参数基本一致。发酵后酒醅水分与残余淀粉含量无显著性差异（P＞0.05），结合酸度与酒精度指标分析，各试验组发酵基本正常。发酵后酒醅酸度与酒精度指标在三种大米试验组间有显著性差异（P＜0.05），出池酒醅酸度顺序：粳米＞籼米＞糯米，酒精度顺序：糯米＞粳米＞籼米。由于残余淀粉相近，淀粉糖化后在不同种类大米间的代谢方向可能有一定差异，进而出现不同产酒、产酸以及香味生成情况。不同种类大米出酒率见图5。

图5 不同种类大米出酒率Fig.5 Liquor yield of different rice cultivars

由图5可知，不同大米原料酿造基酒出酒率顺序为：糯米（50.5±3.4）%＞粳米（42.9±4.6）%＞籼米（30.7±4.5）%，不同种类大米间差异性显著（P＜0.05），与酒醅酒精度呈正相关。

2.4 不同种类大米发酵升温变化

发酵温度是评价发酵情况的重要参数。籼米、粳米、糯米在模拟发酵中的发酵温度变化见图6。

图6 不同种类大米发酵温度变化曲线Fig.6 Variation curves of fermentation temperature of different rice cultivars

由图6可知，三种大米的发酵升温曲线都较正常。前期快速升温阶段，籼米、粳米、糯米的升温速率分别为0.9 ℃/d、1.1 ℃/d和1.5 ℃/d，升温速率在一定程度上反映了出了淀粉水解利用的快慢；总升温幅度，籼米、粳米、糯米分别达到了9.7 ℃、12.3 ℃和11.8 ℃，升温差异可能与不同种类大米直支链淀粉比例和淀粉分子结构有关[22]。

2.5 不同种类大米基酒理化与风味成分分析

对三种大米小试试验的基酒进行理化检测与风味物质成分分析，不同种类大米试验基酒总酸、总酯含量见图7。

图7 不同种米大米基酒总酸、总酯含量Fig.7 Contents of total acid and ester in basic liquor with different rice cultivars

由图7可知，籼米、糯米基酒总酸、总酯含量无显著性差异（P＞0.05），粳米基酒总酸、总酯含量均高于籼米和糯米。

分析微量风味物质，列举平均含量在20 mg/L以上的风味成分见表4。

由表4可知，酯类成分，除乳酸乙酯、棕榈酸乙酯，籼米基酒其他酯类含量均更低（P＜0.05）。乳酸乙酯/乙酸乙酯的比值，籼米、粳米、糯米基酒分别为1.4、0.7和1.0，不同种类大米对基酒中该两项主要酯类成分的生成影响较大。三种大米基酒丙酸乙酯含量均很低，可能与发酵时间较短或者原料糟产丙酸乙酯较少有关。

表4 不同种类大米基酒微量成分含量Table 4 Contents of trace components in basic liquor with different rice cultivars

由表4可知，醇类成分，正丁醇、正己醇、2,3-丁二醇含量部分具有统计学意义上的差异，但总体含量较低。适量的高级醇可以增加酒体的醇甜感，但也是引起上头、饮后不适感的重要因素[23-24]。粳米、糯米基酒正丙醇含量高（P＜0.05），较高的正丙醇含量是特香型白酒的风味成分特点，因此粳米、糯米可能更有利于产生特香型白酒特征成分。醛类成分，粳米基酒三种醛类物质均更高（P＜0.05），糯米基酒也有较高乙醛、乙缩醛含量。

2.6 不同种类大米基酒感官品评结果

对三种大米试验基酒进一步进行感官品评，品评结果见表5。

表5 不同种类大米基酒感官评价Table 5 Sensory evaluation of basic liquor with different rice cultivars

由表5可知，3种大米试验基酒都具有特香型基酒的典型特征，由于不含丢糟酒和踩糟酒，风格特征更接近原料糟酒。各组均有评分较高的样本，但整体上粳米、糯米基酒优于籼米，糯米、粳米基酒闻香更好，糯米基酒绵甜感较好，这可能与糯米、粳米支链淀粉含量更高有关，姚亚林等[25]也在研究中认为支链淀粉含量高，对产酒生香有益。

3 结论

以传统固态法白酒的发酵过程与蒸馏原理为基础，构建实验室小试模拟酿造体系，实现了发酵的自然升温与高效率蒸馏，通过小试保证了试验工艺参数的稳定性与一致性，使试验过程更加科学合理。

试验使用的籼米、粳米、糯米水分、淀粉含量绝对值相差不大，粳米蛋白质含量相对更高。三种大米浸泡吸水率差异较大，糯米、粳米浸泡吸水率分别高于籼米15.6%、3.0%，要注意保证充分润粮。在发酵过程中，粳米、糯米前期升温较快，升温幅度与顶温也比籼米高。糯米、粳米出酒率分别高于籼米19.8%、12.2%。

三种大米基酒，粳米总酸、总酯含量均大于籼米和糯米。酯类成分，在三种大米酒样间，乳酸乙酯/乙酸乙酯的比值有明显的差异，籼米产乳酸乙酯更多，粳米则产乙酸乙酯更多；醇、醛类风味物质组成各有特点，粳米、糯米正丙醇、醛类含量更高。基酒感官评价，粳米、糯米优于籼米。实验室模拟酿造条件下，三种大米对特香型白酒的酿造具有较大的差异。