凤香型大曲发酵力分析研究

冯雅芳

（陕西西凤酒股份有限公司，陕西凤翔 721400）

“曲乃酒之骨”，大曲是酿酒的重要原料，为酿酒提供部分风味物质或风味前体物质。除了投料生香之外，大曲更是糖化发酵剂，大曲特殊的菌、酶、物三系使大曲在酿酒中有着明显的“双边效应”(边糖化、边发酵)[1]，因此大曲在酿酒生产过程中的作用不言而喻。

发酵力的高低即是指大曲作为酿酒生产的原动力，酒精生成能力的强弱，大曲中的酵母菌群能发酵酒醅中的还原糖,生成酒精和二氧化碳[2]。同时发酵力和糖化力是凤香型大曲质量的重要衡量指标，二者相辅相成，共同影响着制酒的产质量，若糖化力在标准范围内时，发酵力过低，则会导致制酒生产过程还原糖累积过多，影响正常发酵。因此凤香型大曲发酵力需与凤香型大曲糖化力500～850 mg/g·h的指标范围相匹配，以≥0.7 g/0.5 g·72 h为佳。

凤香型大曲中发酵力主要受酵母菌和霉菌影响，微生物的消长变化与大曲理化指标息息相关，微生物的生长、繁殖、代谢过程与工艺参数和大曲培养过程密不可分。在前期对糖化力分析研究的基础上，结合楼房制曲的特点，在培养环境发生变化后，从工艺参数、微生物环境、培养过程方面对凤香型大曲发酵力进行试验分析，探究影响大曲发酵力的因素。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

样品：陕西西凤酒股份有限公司大曲生产中粉碎的原料、对应入房曲坯及对应出房大曲。

试剂：2.61 mol/L 硫酸溶液、7°Bé糖化液、20%盐酸溶液、200 g/L 氢氧化钠溶液、10 g/L 次甲基蓝指示剂、2.5 g/L葡萄糖标准溶液、碘液、斐林试剂。

仪器设备：电子天平、60目标准筛、红外线干燥箱、电炉、锥形瓶、回流冷凝管、蒸汽灭菌锅、发酵栓、培养箱。

1.2 试验方法

1.2.1 发酵力测定方法

基于还原糖发酵生成酒精和CO2的原理，以在一定条件下制备的糖化液为培养基，测定发酵中生成的CO2量来衡量大曲发酵力的强弱。

取一定量高粱粉、自来水、淀粉酶进行液化，液化后补加温水、糖化酶在60 ℃下糖化，直至溶液与碘不发生蓝色反应时，加热至90 ℃，过滤，调整糖度，制成7°Bé的糖化液；将糖化液和发酵栓置于灭菌锅中灭菌，冷却后加入曲粉，另设空白试验（不加曲粉），装好发酵栓，并注入5 mL 硫酸，称重并记录数据，在培养箱内发酵72 h后取出发酵栓，再称重，计算结果。

1.2.2 发酵力探究试验方法

1.2.2.1 不同季节对大曲发酵力的影响试验

对2018—2021 年三个自然年内生产的大曲按照春秋、夏、冬季节分类，对每个季节的大曲发酵力进行统计分析。

1.2.2.2 粉碎度、入房水分对大曲发酵力的影响试验

选取看曲技术较好的曲技师，从2021 年第1 排至2021 年第12 排，将曲块厚度、排列间距、曲块数量、曲房结构、微生物环境、翻曲时间、培养天数和温度要求等影响因素控制一致。对该曲技师在2021 一整年所看大曲的发酵力指标与不同季节的入房粉碎度、水分参数进行对应分析，以确定不同季节适宜的粉碎度及入房水分。

1.2.2.3 出房淀粉、水分对大曲发酵力的影响

与粉碎度、入房水分试验相似，选取一位曲技师，将粉碎度、入房水分、曲块厚度、排列间距、曲块数量、曲房结构、微生物环境、翻曲时间、培养时间和温度要求等影响因素控制一致。对该曲技师从2021 年第1 排到2021 年第12 排所看大曲的发酵力与不同季节的出房淀粉、水分进行对应分析，确定不同季节适宜的出房淀粉和水分。

1.2.2.4 微生物种类对大曲发酵力的影响试验

选取2021 年10 月份同一曲技师的曲房作为试验，控制其他相关变量，在入房前1 天检测曲房的霉菌、酵母菌、细菌数量，与出房后检测的发酵力进行对应，探究微生物种类与大曲发酵力之间的关系。

1.2.2.5 空房喷菌次数对大曲发酵力的影响试验

在微生物种类试验的基础上，继续选取该曲技师的8 房大曲进行试验，控制其他相关变量。选用浓度为15 g/L 的酵母菌和霉菌混合菌液，分3 次、2次、1 次（每隔12 h）进行喷菌操作，对照试验不喷菌，与后续检测出的发酵力进行对应，探究不同空房喷菌次数对大曲发酵力的影响情况。

1.2.2.6 上霉期对大曲发酵力的影响试验

选取2021 年6 月份同一曲技师所看大曲作为试验，控制其他变量，以上霉程度作为自变量，上霉程度以曲坯表面白色梅花点霉斑占曲坯表面积的大小进行衡量，与出房后检测的发酵力进行对应，确定对大曲发酵力最适宜的上霉程度。

1.2.2.7 大火期对大曲发酵力的影响试验

对凤型大曲进行了大火天数、温度双变量试验，在同一曲技师所看曲房内分期进行试验，控制其他变量，以大火天数和大火温度作为自变量。同一大火温度下做11 组不同大火天数的试验，同一大火天数下做7 组不同大火温度的试验，探究较优发酵力下的大火期条件。

2 结果与分析

2.1 制曲工艺参数与发酵力关系探究

2.1.1 不同季节对大曲发酵力的影响

从图1 可以看到，春秋曲是指3—5 月、10—11月生产的大曲，伏曲是指6—9 月生产的大曲，冬曲是指12 月—次年2 月生产的大曲。伏曲的发酵力整体较高，冬曲整体较低，春秋曲发酵力适中。分析原因为凤香型大曲的制备与季节因素有直接关联，不同季节踩制的大曲有不同的生化特性，夏季气温高，湿度大，环境中的微生物种群和数量最多，有利于曲坯中微生物的接种和生长，从而提升大曲发酵力；冬季环境中微生物数量少，气候干燥，温湿度低，不利于培菌，故导致发酵力下降。环境中的微生物种群和数量的变化直接影响了大曲中微生物的生长和繁殖，所以发酵力在不同的季节有高有低。

图1 2018—2021年不同季节大曲发酵力

2.1.2 粉碎度、入房水分对大曲发酵力的影响

粉碎度是指粉碎原料通过60 目标准筛的细粉量占比。粉碎一方面是为了破坏植物组织使淀粉释放出来，为微生物提供营养物质，另一方面是为了增加曲坯的黏着性。原料加水是为微生物生长、繁殖、代谢提供所需的水分。因此，原料粉碎度、入房水分直接影响曲坯中微生物的生长、繁殖、代谢，间接影响大曲的发酵力指标[3]。

由图2发酵力随原粮粉碎度的变化可以看出：

图2 发酵力与原粮粉碎度之间的变化影响图

（1）春秋曲：春季的3—5 月以及秋季的10—11月，粉碎度持续上升，从18.7%上升至20.4%，同时发酵力在逐月下降，从0.89 g/0.5 g·72 h 下降至0.74 g/0.5 g·72 h。

当原粮粉碎度增大时，曲坯内水分也随之增大，氧气含量减少，酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧的环境中都能生长，但当有氧气存在时，其生长较快。故粉碎度的增大，使酵母菌的生长和有性繁殖受到阻碍，从而造成发酵力的下降。

（2）伏曲：陕西关中地区，冬冷夏热、四季分明，是十分典型的北方气候，夏季气温多在30～38 ℃，自6 月开始温度持续上升，8 月份达到最高气温。从图2 可看出，当粉碎度从6 月的19.2 %上升至7月的20.6 %时，发酵力也相应提高；随着8 月份温度持续升高将粉碎度继续上调至22.2%时，发酵力却骤降；在9 月份时将粉碎度调至21.3 %，发酵力大幅回升。

夏季环境温度较高，曲皮易干，会导致不上霉现象，大曲升温也会较快，而酵母菌的最适生长温度为28～32 ℃，此时需通过增大粉碎度和水分来增加原粮吸水性、减少曲坯含氧量，起到降温作用。6 月至7 月发酵力与粉碎度之间的变化影响情况佐证了这一点，8 月份发酵力的骤降说明夏季虽需提高粉碎度，但不可过度，需控制合理范围，故当9 月份略微下调粉碎度后，发酵力又回到了较高水平。

（3）冬曲：从图2中看出，当粉碎度从12 月份的19.1 %下降至1、2 月份的18 %左右时，发酵力提高。

北方冬季气温较低，寒冬时甚至会有零下温度，在这种情况下，原粮粉碎度的减小会增加曲坯内的含氧量，保证微生物前期的繁殖和大曲升温，以符合大曲培养过程中“前缓，中挺，后缓落”的升温原则。

根据环境变化来调整粉碎度，实际上也是在为微生物生长创造最适宜条件。粉碎度过高时，曲坯透气性差，含氧量稀缺，抑制了酵母菌的快速生长、繁殖和代谢，粉碎度过低时，又会导致大曲前期升温较快，大火中挺不足，后火降温快。因此在2021年全年的跟踪试验基础上，初步确定出了不同季节适宜的原粮粉碎度：春秋为18.5 %～20 %，夏季为19%～21.5%，冬季为18%～19%。

由图3发酵力随入房水分的变化可以看出：

图3 发酵力与入房水分之间的变化影响图

入房水分的大小与原粮粉碎度的大小息息相关，提高粉碎度，可以增加原粮吸水性，从而增加曲坯入房水分。在不同的季节里入房水分与发酵力之间的关系和原粮粉碎度与发酵力之间的关系一致。

曲坯水分在一定范围内，曲坯中的酵母菌能较好地生长、繁殖、代谢，水分过低时，不利于酵母菌生长、繁殖，水分过高时，细菌等的大量滋生、繁殖抑制了酵母菌的生长。和粉碎度相似，季节不同，水分也需要随之调整。在数据统计分析的基础上，初步确定了不同季节适宜的入房水分：春秋季为39.5 %～40.5 %，夏季为40 %～41 %，冬季为38%～39.5%。

2.1.3 出房淀粉、水分对大曲发酵力的影响

大曲培养过程中，入房淀粉含量由原粮中的淀粉决定，一般在58～60 g/100 g，出房淀粉越小，说明微生物消耗的淀粉越多，所以出房淀粉与大曲发酵力之间存在着一定的关系。另外，发酵力主要在培养的潮火期和大火期达到顶峰，若排潮较好，大火中挺，则曲块水分较小，发酵力好。

由图4、图5 发酵力随出房淀粉、水分的变化可以看出：

图4 发酵力与出房淀粉之间的变化影响

（1）出房淀粉：在不同季节内，出房淀粉与发酵力之间整体呈现为负相关关系，出房淀粉相对越大，发酵力越低。出房淀粉过大时说明大曲培养过程中淀粉利用率较低，微生物生长、代谢、繁殖不活跃。当淀粉消耗量增加时，大曲中具有糖化作用的微生物和酶分解淀粉的能力越强，具有糖化作用的微生物主要以曲霉菌为主，毛霉、红曲霉、根霉、米曲霉次之，在这些霉菌中，米曲霉、红曲霉等同样影响着大曲的发酵力。在一整年数据统计分析的基础上，初步确定了不同季节适宜的出房淀粉：春秋为49.1～50.0 g/100 g，夏季为50.1～51.0 g/100 g，冬季为49.1～50.0 g/100 g。

（2）出房水分：出房水分与发酵力之间整体呈现出“倒U 型”曲线，出房水分过高或过低时，发酵力均有所下降。出房水分过高说明排潮不利，大火中挺不足，培养过程升温异常；出房水分过低说明曲块过干，不能对芽孢和孢子的复活增殖创造有利条件，易造成曲块开裂，曲心暴露，导致杂菌感染，从而影响发酵力。分析图中数据初步确定了不同季节适宜的出房水分：春秋为12.1 %～12.5 %，夏季为11.6%～12.0%，冬季为11.1%～11.5%。

2.2 微生物环境对大曲发酵力的影响

曲房经过长期的使用，会形成适宜的微生物环境，微生物种类和数量都相对稳定。对于新曲房而言，微生物环境尚未营造出来，故需进行人工喷菌干预。在这一操作过程中，可对微生物与发酵力之间的关系进行深入研究。

2.2.1 微生物种类对大曲发酵力的影响

根据表1 数据可看出，1 号试验房的酵母菌数量比2 号、3 号高出一个数量级，1 号试验房的发酵力相比2 号、3 号也较高，所以酵母菌数量与发酵力之间呈现出正相关关系。分析霉菌、细菌与发酵力的关系发现无明显关联。因此，在大曲入房前可进行人工喷菌操作以改善曲房微生物环境，提高发酵力。

表1 发酵力与微生物之间的变化影响情况(cfu/m3)

2.2.2 空房喷菌次数对大曲发酵力的影响

根据表2 数据可以看出，空房喷菌3 次，发酵力相对较好，发酵力指标比对照试验组平均提高0.19 g/0.5 g·72 h；同时喷菌3 次大曲发酵力好于2次和1 次。由于新曲房微生物环境薄弱，为了增加曲房微生物数量，建议在入房前空房喷菌次数不少于3次，每次间隔12 h。

表2 发酵力与空房喷菌次数之间的变化影响情况

2.3 大曲培养过程与发酵力关系探究

2.3.1 上霉期对大曲发酵力的影响

曲坯上霉是制曲的第一阶段，俗称“穿衣”，是大曲培养的关键阶段，其作用在于决定下阶段微生物的繁殖和曲皮的好坏，若上霉良好，后续微生物的繁殖会加快，曲块表皮的菌丝亦会由表到里正常进行繁殖，故上霉程度对后期大曲的发酵尤为重要[4]。

凤香型大曲一般在入房后前3 天为上霉阶段，在这段时间内曲块的上霉情况各有差异。

由图6可以看出：

图6 发酵力与上霉程度之间的变化影响图

随着上霉程度的增加，发酵力也随之上升，上霉程度为80%时，发酵力达到最佳，当上霉面积继续增大，发酵力出现下降趋势。

一般而言，上霉程度低于80%，是由三个原因造成的，一是原粮粉碎过粗，水分较小，曲皮过干，影响微生物生长；二是温度过低，微生物生长缓慢；三是温度过高，导致曲坯表面水分小，微生物生长缓慢。这种情况说明曲皮表面的微生物较少，大曲培养是菌丝由表及里的生长过程，曲表的微生物少直接影响了大曲整个培养过程中微生物的数量及活跃性，导致发酵力指标较低。上霉程度大于80%，称为“沫霉”，一般是由于原粮粉碎过细，营养过于丰富或水分大、温度偏高所致，说明曲皮表面的微生物过多，导致曲表透气性差，氧气供应不充足，从而影响了酵母菌、霉菌等的代谢，导致发酵力下降。

根据此试验可总结出对发酵力最有利的上霉面积为曲坯总表面积的80%。因此控制好适宜上霉的粉碎度、水分、温度、时间和揭房翻曲时间节点尤为重要。

2.3.2 大火期对大曲发酵力的影响

对凤型大曲进行了大火天数、温度双变量试验，以探究较优发酵力下的大火期条件，详见表3和图7。

图7 发酵力与不同大火温度、天数之间的变化影响

大火期是大曲培养的关键期。经8～10 d 的培养，随着大曲培养温度的升高，大火高温可加速原料中蛋白质的分解，促进氨基酸的生成，氨基酸是酵母菌必备的营养源，氨基酸含量多，可使酵母菌持久繁殖，发酵力增强。大火期时曲坯表面的微生物生长繁殖已经停止，转向了曲坯内部，通过高温炼菌，部分耐热性能差的杂菌衰老死亡，曲坯中保留着耐热性能较好的微生物芽孢和孢子，为后期大量优势菌种复活增殖创造了条件，提高大曲发酵力。

从表3 可以看出，通过开展大火温度和时间的极限试验，发现大火温度过低发酵时间过长，发酵力相对较低，低温不利于蛋白质分解为氨基酸，无法为酵母菌的繁殖提供充足的营养源，同时高温炼菌时间短，杂菌未最大程度衰亡，曲坯内水分较大，既会导致大曲酸度增加，又不利于大曲成熟，从而降低发酵力。大火温度天数过大时，发酵力也相对较低，长时间过高的大火温度使大曲水分大量减少，不利于后期曲坯内部芽孢和孢子的复活增殖，从而降低发酵力。

表3 发酵力与大火温度、天数之间的变化影响情况 (g/0.5 g·72 h)

根据此试验可总结出凤型大曲最适宜的大火时间为3～5 d，大火温度为58～60 ℃。

3 结论

3.1 较优发酵力对应工艺参数

大曲培养实际是微生物富集的过程，由于气温不同，微生物生长、代谢、繁殖能力存在差异，所以在各个季节对应的工艺参数也有所区别。

3.1.1 在控制其他无关变量的情况下开展了粉碎度、入房水分对大曲发酵力的影响试验，根据试验结果对不同季节适宜的相关参数进行了总结，春秋季大曲粉碎度为18.5 %～20 %，水分为39.5 %～40.5 %；夏季大曲粉碎度为19 %～21.5 %，水分为40%～41%；冬季大曲粉碎度为18%～19%，水分为38%～39.5%时发酵力相对较好。

3.1.2 在控制其他无关变量的情况下开展了出房淀粉、水分对大曲发酵力的影响试验，根据试验结果对不同季节适宜的相关参数进行了总结，春秋季大曲出房淀粉为49.1～50.0 g/100 g，出房水分为12.1 %～12.5 %；夏季大曲出房淀粉为50.1～51.0 g/100 g，出房水分为11.6 %～12.0 %；冬季大曲出房淀粉为49.1～50.0 g/100 g，出房水分为11.1%～11.5%。

3.1.3 除了通过调整参数给微生物提供适宜生长环境外，还可在大曲入房前进行3 次喷菌操作，每次间隔12 h，以人工干预的方法改善曲房微生物环境，达到提高发酵力的作用。

3.2 较优发酵力对应过程培养条件

3.2.1 控制好适宜上霉的粉碎度、水分、温度、时间和揭房翻曲时间节点，保证上霉面积占曲坯总表面积的80%左右。

3.2.2 保持大火时间为3～5 d，大火温度为58～60 ℃。