清芝复合香型白酒生产工艺的优化

余汉超，蒋燕明，陈家豪，张瑞景，蔡凤娇，徐健

（湖北工业大学生物工程与食品学院，工业发酵省部共建协同创新中心，发酵工程教育部重点实验室，湖北 武汉 430068）

中国白酒历史悠久、产品种类众多，按酿造工艺特点、风味特征不同可分为12种香型[1-3]。清香型白酒是12种香型中4大基本香型（清香型、浓香型、酱香型、米香型）之一，其可分为大曲清香、小曲清香和麸曲清香[4-6]。清香型白酒被视为中国白酒的起源，其“清香纯正、一清到底”的特点深受消费者的喜爱[7-8]。芝麻香型白酒是新中国成立后的两大自主创新香型之一，具有焙炒芝麻的复合香气，主要在北方地区流行[9-11]。

随着消费升级，消费者在饮用过程中更注重白酒的口感品质，不局限于某特定香型[12]。摆脱传统单一香型的束缚，研发多香型融合的复合香型白酒成为现如今白酒行业的重要发展方向[13]。通过香型组合可使酒体在香和味上取长补短，提升品质、改善口感，以满足不同消费者的需求。张杰等[14]通过采用浓香型白酒生产工艺中的“老五甑”工艺、酱香型白酒生产工艺中的高温堆积以及芝麻香型白酒“大麸结合、泥底砖窖”等工艺，获得一款口感丰富、具有焦香风味的复合香型白酒。胡小霞等[15]研究的小曲和大曲结合生产清酱香型白酒工艺，所得产品既有清香型白酒的幽雅、劲爽，又有酱香型白酒的醇厚、细腻、回味悠长。

本试验对清芝复合香型白酒进行研究，从生产工艺上结合两种香型的工艺特点，研发以清香风味为主体，同时具有芝麻香风味的复合香型白酒。对影响清芝复合香型白酒风味和质量的麸皮添加量、芝麻香型曲添加量、清香型曲添加量以及两种料醅的比例等因素进行研究和优化，得到混合发酵生产清芝复合香型白酒的较优工艺，以期为发展创新个性化白酒、满足消费者多元化需求提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高粱：市售；芝麻香型曲（强化曲）、清香型曲（强化曲）：山东徐旭酒曲有限公司。

乙酸戊酯、乙醇（均为色谱级）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙酸乙酯（色谱级）：上海麦克林生化科技有限公司；其它试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Agilent GC 7890A、DB-WAX气相色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）：安捷伦科技有限公司；YXQ-LS-75立式压力蒸汽灭菌锅：上海博迅实业有限公司；AS 220.R1电子天平：波兰RADWAG公司；Direct-Q 5 UV纯水仪：美国Millipore公司。

1.3 试验方法

1.3.1 清芝复合香型白酒生产工艺流程

工艺流程见图1。

图1 清芝复合香型白酒生产工艺流程Fig.1 Production process for Qingzhi-flavor liquor

操作要点：选取1.5 kg无毒无虫害、颗粒饱满的高粱，浸泡后除去泡粮水进行初蒸。初蒸后焖粮复水时，水应浸没过高粱表面。除去焖粮水后进行复蒸，复蒸好的高粱摊凉至28℃～32℃时，按一定比例分成两部分，分别加入芝麻香型曲和清香型曲。其中，加芝麻香型曲的料醅堆积时顶温要达到42℃以上，加清香型曲的料醅铺成10 cm～15 cm厚进行培菌糖化。处理好的料醅摊凉至25℃以下后，将两种料醅按质量比混合后装入10 L的陶坛用塑料膜密封发酵，发酵环境温度为20℃～25℃。发酵16 d后进行蒸馏取酒，蒸馏过程中，接取50%vol以上的酒样为检测、品评的样品。

1.3.2 酒体评价指标的测定

乙酸乙酯是清香型白酒的主体香气成分[16]，在评价过程中，品评员认为乙酸乙酯含量高的酒样综合感官质量较好。因此，在单因素试验中将原酒中乙酸乙酯含量作为指标来评价不同因素对发酵的影响。在响应面优化试验中以感官评分作为评价指标。品评人员为湖北工业大学酿酒中试基地8名持证品酒师，包括5男3女。最终得分为去掉一个最高分和一个最低分后的平均值。感官标准见表1。

表1 清芝复合香型白酒感官标准Table 1 Rules for sensory evaluation of Qingzhi-flavor liquor

1.3.3 单因素试验

1.3.3.1 麸皮添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响

料醅的麸皮添加量分别设置为2%、4%、6%、8%和10%，芝麻香型曲添加量为10%，清香型曲添加量为7%，芝麻香型料醅质量分数50%，发酵时间为16 d，考察麸皮添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响。

1.3.3.2 芝麻香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响

料醅的麸皮添加量设置为6%，芝麻香型曲添加量分别设置为6%、8%、10%、12%和14%，清香型曲添加量为7%，芝麻香型料醅质量分数50%，发酵时间为16 d，考察芝麻香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响。

1.3.3.3 清香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响

料醅的麸皮添加量为6%，芝麻香型曲添加量为10%，清香型曲添加量分别设置为5%、6%、7%、8%和9%，芝麻香型料醅质量分数50%，发酵时间为16 d。考察清香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响。

1.3.3.4 芝麻香型料醅质量分数对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响

料醅的麸皮添加量为6%，芝麻香型曲添加量为10%，清香型曲添加量为7%，芝麻香型料醅质量分数分别设置为30%、40%、50%、60%和70%，发酵时间为16 d。考察芝麻香型料醅质量分数对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响。

1.3.4 响应面优化

前期研究表明，麸皮添加量（A）、芝麻香型曲添加量（B）、清香型曲添加量（C）以及芝麻香型料醅质量分数（D）是影响清芝复合香型白酒品质的最主要的因素。因此，采用四因素三水平的中心组合设计（central composite design，CCD）进行响应面优化试验（response surface methodology，RSM），响应面试验因素及水平见表2。

表2 响应面因素及水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology

1.3.5 乙酸乙酯含量的测定

乙酸乙酯含量采用气相色谱内标法进行检测。

内标溶液的配制：准确吸取200 μL乙酸戊酯，用60%乙醇溶液定容至10mL，低温、避光、密封保存备用。

原酒处理：将蒸馏得到的原酒用0.22 μm滤膜过滤，加入200 μL内标溶液后定容至10 mL，备用。

测定乙酸乙酯的气相色谱条件：参考管健等[17]的方法。

1.3.6 总酸和总酯含量的测定

参考 GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[18]进行测定。

1.3.7 数据处理

试验所有数据测定3次，用Excel 2010对数据进行统计分析，Origin 8.5进行绘图，Design-Expert 10进行响应面结果分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 麸皮添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响结果

白酒发酵过程中，不同麸皮添加量会对白酒的风味和品质产生影响。麸皮中含有的高浓度蛋白质，在白酒发酵过程中可分解为氨基酸，有利于料醅中美拉德反应的进行，是白酒中焦香、酱香等风味产生的重要因素[19-20]。此外，麸皮中还含有大量的木质素、酚类物质等成分，在提高白酒的芝麻特殊香气等方面起到积极作用[21]。麸皮添加量对清芝复合香型白酒乙酸乙酯含量的影响见图2。

图2 麸皮添加量对原酒中乙酸乙酯含量的影响Fig.2 Effect of addition amount of bran on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

如图2所示，麸皮添加量为6%时，原酒中的乙酸乙酯含量最高，为383.9 mg/100 mL。麸皮添加量为2%～4%时，原酒中乙酸乙酯含量略微上升，这或许是由于麸皮中的有益物质在料醅中的浓度处于较低水平，促进作用不明显。当麸皮添加量超过8%时，乙酸乙酯含量明显下降，这可能是因为麸皮中残余的有害物质较多，难以分解的不溶性膳食纤维以及植酸等成分对料醅中微生物的繁殖代谢产生了抑制作用[22]。因此，选择麸皮添加量为4%～8%进行后续的响应面试验。

2.1.2 芝麻香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响结果

将蒸好的高粱冷却至适宜温度，根据试验设计加入不同质量的芝麻香型曲后进行高温堆积。高温堆积是芝麻香白酒焦香和焙烤香产生的重要因素，一般堆积温度可达50℃左右[23-24]。芝麻香型曲中含有较多的嗜热及耐热菌，在堆积过程中，酒曲的添加量影响堆积料醅的微生物生长繁殖以及料醅的升温状态，进而影响风味物质的产生。芝麻香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响见图3。

图3 芝麻香型曲添加量对原酒中乙酸乙酯含量的影响Fig.3 Effect of addition amount of sesame-flavor koji on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

由图3可知，当芝麻香型曲添加量低于10%时，随着芝麻香型曲添加量的增加，原酒中乙酸乙酯含量逐渐增加，芝麻香型曲对乙酸乙酯的生成具有明显的促进作用；芝麻香型曲添加量为10%时，原酒中的乙酸乙酯含量最高，达到408.2 mg/100 mL；继续增加芝麻香型曲添加量，原酒中乙酸乙酯含量开始降低，这可能是由于芝麻香型曲的添加量过大造成料醅中的微生物接种量过高，不利于次级代谢产物的积累[24]。因此，选取芝麻香型曲添加量为8%～10%进行后续的响应面试验。

2.1.3 清香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响

高粱冷却至适宜温度后，加入清香型酒曲，得到清香型料醅，随后进行培菌糖化。培菌糖化过程中，曲中的微生物可以进行大量繁殖，从而对原料进行更好的糖化作用，有利于料醅入池发酵的顺利进行[25]。清香型曲添加量对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响见图4。

图4 清香型曲添加量对原酒中乙酸乙酯含量的影响Fig.4 Effect of addition amount of mild aromatic koji on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

由图4可知，清香型曲添加量为5%～7%时，随着清香型曲添加量的增加，原酒中的乙酸乙酯含量逐渐升高。当清香型曲添加量为7%时，乙酸乙酯含量达到最高值为384.8 mg/100 mL。清香型曲添加量超过7%时，乙酸乙酯含量反而下降，这可能是接种量增大微生物的次级代谢受到抑制造成的。因此，清香型曲的添加量不可过高，选取5%～7%清香型曲添加量进行后续响应面优化试验。

2.1.4 芝麻香型料醅质量分数对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响结果

高温堆积是芝麻香型白酒发酵产香的一个重要过程，其主要目的是使料醅中的淀粉、纤维素、蛋白质等物质酶解成糖和氨基酸，为进行美拉德反应并生成特殊风味物质奠定基础[26]。培菌糖化主要是使微生物进行生长繁殖，并代谢产生淀粉酶、糖化酶等酶类，为发酵过程中淀粉分解成糖提供条件。在本试验中，将芝麻香型料醅和清香型料醅分别进行加曲堆积和培菌糖化，再混合发酵，不同香型料醅的混合比例影响发酵体系中微生物的群落结构以及风味物质的组成。芝麻香型料醅质量分数对清芝复合香型白酒中乙酸乙酯含量的影响见图5。

图5 芝麻香型料醅质量分数对原酒中乙酸乙酯含量的影响Fig.5 Effect of proportion of sesame-flavor mash on ethyl acetate in Qingzhi-flavor liquor

由图5可知，随着芝麻香型料醅质量分数的增加，白酒中乙酸乙酯含量逐渐上升，并在质量分数60%时达到最高，为474.0 mg/100 mL。当芝麻香型料醅质量分数超过60%时，白酒中的乙酸乙酯含量降低。因此，选取芝麻香型料醅质量分数50%～70%进行后续的响应面优化试验。

2.2 响应面试验结果

依据CCD方案，对A麸皮添加量、B芝麻香型曲添加量、C清香型曲添加量、D芝麻香型料醅质量分数进行四因素三水平优化试验。以感官评分为响应值，试验结果见表3，响应面试验方差分析见表4。

表3 响应面试验方案及试验结果Table 3 Response surface experiment results

表4 响应面试验方差分析Table 4 Analysis of variance in response surface experiments

利用Design-Expert 10软件进行分析可知，感官评分的二元拟合回归方程为Y=72.58+0.28A+0.37B+0.46C-0.11D-0.48AB+0.1AC+0.062AD+0.73BC-0.73BD-0.48CD-1.57A2-1.05B2-0.34C2-0.82D2。

由表4可知，P＜0.05，模型回归差异显著；失拟项P值=0.228 2＞0.05，不显著，说明拟合程度良好，能真实反映实际情况，因此，该回归方程可以代替真实数据对试验结果进行分析。各因素对感官评分的影响程度大小依次为清香型曲添加量（C）＞芝麻香型曲添加量（B）＞麸皮添加量（A）＞芝麻香型料醅质量分数（D）。

各因素交互作用对感官评分影响的响应面和等高线见图6。

图6 各因素交互作用对感官得分影响的响应面和等高线Fig.6 Response surface 3D map and contour map of the effect of various factor interactions on sensory score

由图6可知，各因素之间的交互作用显著性与表3中的P值结果一致，BC、BD的等高线坡度较大，因此，该试验中BC、BD的交互作用最强。由响应面可知，所有图形开口均朝下，随着每个因素的增加，响应值增大，在顶点处达到最高，顶点的条件即为因素水平最优条件。

经Design-Expert 10软件分析可知，清芝复合香型白酒的最优工艺条件为麸皮添加量6.0%、芝麻香型曲添加量11.6%、清香型曲添加量8.0%、芝麻香型料醅质量分数52.8%，此时白酒感官评分预测值为73.3。对响应面优化结果进行验证试验，最优条件下清芝复合香型白酒的感官评分为69.7，与响应面预测结果的误差在5%以内，证明响应面所建立的模型适宜于清芝复合香型白酒的最优工艺参数的确定。

最优工艺条件下，清芝复合香型白酒中酒精度、总酸、总酯的含量如表5所示。

表5 清芝复合香型白酒中的总酸、总酯含量Table 5 Total acids and total esters in Qingzhi-flavor liquor

由表5可知，蒸馏得到的清芝复合香型白酒的酒精度高，高于GB/T 10781.2—2022《白酒质量要求第2部分：清香型白酒》[16]和 GB/T 10781.9—2021《白酒质量要求第9部分：芝麻香型白酒》[27]中规定的高度酒的上限值，这有利于实际生产中对白酒的进一步勾调。清芝复合香型白酒中的总酸含量能达到清香型白酒优级酒、芝麻香型高度酒一级、芝麻香型低度酒优级的标准，略低于清香型特级酒、芝麻香型高度酒优级的标准。清芝复合香型白酒中总酯的含量较高，且远高于清香型白酒特级酒及芝麻香白酒优级酒的标准。

3 结论

该研究对清芝复合香型白酒的生产工艺进行优化，得到最优的生产工艺条件为麸皮添加量6.0%，芝麻香型曲添加量11.6%，清香型曲添加量8.0%，芝麻香型料醅质量分数52.8%。最优条件下，清芝复合香型白酒的感官评分为69.7，酒精度、总酸及总酯含量均符合要求。