浓香型白酒发酵过程中窖池内不同时空物质变化规律的研究

陶洪驰，李 星，赵荣寿，高占争，朱 云，杨 果，杨 柳，赵江华，李 捷，赵 玲

（1.四川郎酒股份有限公司，四川泸州 646523；2.四川省古蔺郎酒厂（泸州）有限公司，四川泸州 646601）

中国白酒是我国特有的传统酒种，具有悠久的历史，在其漫长的发展过程中形成了独特的工艺和风格[1]，按香型分为十二大香型，浓香型白酒（也称为泸香型白酒）[2]是典型代表之一。浓香型白酒采用“泥窖固态发酵、续糟配料、混蒸混烧”的传统酿造工艺，其整个发酵过程处于密封条件下，这种发酵环境对研究窖内发酵动态过程造成极大困难。因此对浓香型白酒发酵过程的研究多数是通过定期取样对糟醅进行静态研究[3-7]，结果具有滞后性，而且固体糟醅的取样具有很大的偶然性，对发酵结果的预测和判断不一定准确，具研究大多对糟醅理化指标进行研究，窖内各种气体成分含量较少有人研究。窖内各种物质的变化与窖池中存在的微生物紧密关联[8]，通过对各种物质不同时间内量的变化情况来掌握窖内酿酒有益微生物的生长代谢情况，从而判断窖内糟醅发酵是否正常具有重要意义。

本研究对连续动态发酵过程中窖内各种气体成分、物质的动态变化规律进行研究，目的在于探索窖内各物质成分随时间的动态变化规律，进一步掌握浓香型白酒窖内发酵规律和机理，为生产操作的优化调整提供参考依据，实现提高出酒率和酒质的目的。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器

原料和样品：糟醅、窖泥、封窖泥、大曲，取自四川郎酒公司；高粱、大米、糯米、小麦、玉米、稻壳，市购；水。

仪器设备：数据采集杆、数据传感器、数据显示屏，深圳农博创新科技；酒甑、冰缸、冷却器、过气管，四川华宇瑞得；摊晾机，山东普瑞特；窖池（浓香型白酒发酵设备）；双梁式行车。

1.2 试验方法

在浓香型白酒生产过程中，选取多个结构、大小相同，环境相似，产质量、窖泥质量等因素基本相同，且开窖时间节点相同的窖池作为试验窖池。按照浓香型白酒正常生产，糟醅加粮粉取酒、蒸粮、摊晾、加曲拌和后转至发酵设备窖池内，封窖完成后将数据采集探杆插入窖池中实时采集数据，并记录，通过数据采集对浓香型白酒发酵过程中窖池内不同时空中物质变化（非酒糟）规律进行探究。测量杆分为三层，每层包含氧气传感器、二氧化碳传感器、含水量传感器、气压传感器、酒精气体传感器、温度传感器6 个测量要素，用于采集窖池内氧气、二氧化碳、酒精含量，见图1。

图1 数据采集探杆示意图

1.3 检测原理

NDIR 红外气体传感器测定窖池内气体成分。光线穿过光路中的被测气体，透过窄带滤波片，到达红外探测器，通过测量进入红外传感器的红外光强度，判断被测气体的浓度。当环境中没有被测气体时，强度最强，当有被测气体进入到气室之中，被测气体吸收掉一部分红外光，到达探测器的光强就减弱，通过标定零点和测量点红外光吸收的程度和刻度变化，仪器仪表就能够算出被测气体的浓度。

2 结果与分析

2.1 不同糟层发酵温度变化

糟醅温度的变化与窖内微生物的生长代谢存在紧密联系，生产过程中主要从窖内的升温情况来初步判断发酵是否正常，正常糟醅发酵过程中温度呈现为“前缓、中挺、后缓落”的规律[9]，因此，了解不同位置糟醅温度的变化规律对进一步完善糟醅固态发酵机理具有重要意义。不同层次的发酵温度变化如图2所示。

图2 不同时空温度变化图

由图2 可见，不论上层、中层还是下层，糟醅温度均呈现“先升后降”的规律，下层糟醅温度在13 d前均呈上升趋势，在第13 d 达到顶温后开始缓慢下降；中层糟醅温度在第16 d时达到顶温，稳定3 d后开始缓慢下降，且下降幅度小于下层糟醅；上层糟醅升温幅度最小，在第20 d 达到顶温后开始下降，到发酵后期呈波动式变化。窖内不同位置的热量散失不同，上层糟醅受空温影响较大，以至于上层糟醅在发酵后期存在波动式变化，同时上层糟醅散热大于中下层糟醅，故到达顶温时间和顶温均低于中下层糟醅。

2.2 窖内不同时空水分含量变化

水是酿酒有益微生物生长代谢不可缺少的重要物质，白酒发酵过程的所有生化反应均离不开水的直接或间接参与[10]，在糟醅发酵过程中对窖内不同时空含水量进行测定，结果如图3所示。

图3 不同时空水分含量变化图

由图3 可见，通过对窖内不同位置空气中水分含量进行测量，发现在发酵前期不同位置的水分含量都是随着发酵天数的增加而逐渐升高，在发酵中后期呈稳定趋势，但不同位置的水分含量上升幅度却有不同，整个发酵周期下层水分含量整体高于中层和上层，上层水分含量整体低于中层和下层。发酵前9 d下层水分含量急剧上升，第9 d后变化不明显，逐步趋于稳定；中层水分含量在前8 d 急剧上升，8 d 后开始趋于稳定；上层水分含量在5 d 前上升，5 d 后趋于稳定，这是因为糟醅入窖前上层糟醅补水量大于中下层，且试验窖在夏季进行踩窖，导致上层糟醅较中下层紧实、空气含量少且流动性差，下层酒醅补水量较少且踩窖力度不大，使得入窖1 d下层水分含量大于中上层；发酵前期，下层糟醅疏松、氧气充足，耗氧微生物繁殖迅速，产气旺盛，使得下层空气流动性强，且微生物呼吸产生水分加上水分逐渐向下层渗透，使得发酵前期下层水分含量整体高于中上层。

2.3 窖内不同时空二氧化碳和氧气浓度变化

对发酵过程窖内不同时空二氧化碳和氧气浓度进行测定，结果如图4、图5 所示。由图4、图5 可知，不同层次的二氧化碳浓度在1～8 d 均呈急剧上升趋势，在8 d 后开始缓慢上升并逐步稳定，但在10 d 后中下层二氧化碳浓度开始缓慢下降且下降趋势基本一致，上层二氧化碳基本不变。分析为发酵过程中水分下沉后造成下层二氧化碳浓度被变相稀释，从而出现下降的情况。

图4 不同时空氧气浓度变化图

图5 不同时空二氧化碳浓度变化图

不同层次的氧气浓度在1～3 d 均呈急剧下降趋势，在第5 d下降到最低点后开始稳定，整体变化规律基本一致，下层氧气浓度较中上层下降偏缓一些。

2.4 窖内不同时空酒精含量变化

糟醅发酵过程中，对窖内不同时空酒精含量进行测定，见图6。分析发现，不同层次的酒精含量变化规律在前25 d 基本一致，在25 d 后下层酒精含量开始低于中上层，但依旧呈上升趋势。这是因为在25 d 后窖内发酵基本进入酯化期，中上层糟醅水分逐步下沉至下层糟醅，造成下层糟醅中的空气含量少、流动性较中上层差，从而导致下层糟醅中被测气体里的酒精含量低于中上层。

图6 不同时空酒精含量变化图

在发酵前期上中下层酒精含量均呈先升后降再升的趋势，在1～3 d 处于上升阶段，3～8 d 则呈下降趋势，8 d 后开始缓慢上升。前3 d 酵母菌等兼性厌氧微生物在有氧情况下大量繁殖，数量大幅增加，氧气消耗但二氧化碳浓度增长不多，所以氧气浓度和二氧化碳浓度较低，在此期间酵母菌产酒量增长较为明显，在第3 d后氧气基本消耗殆尽，二氧化碳浓度继续大幅增加，从而使被检测气体中酒精含量变相被稀释，故检测结果呈下降趋势，第8 d开始二氧化碳浓度逐步达到最高点并趋于稳定，此时产酒增加开始表现。

3 结论

通过对浓香型白酒发酵过程中窖内不同时空各种物质变化规律的研究，发现不同层次的物质变化呈现一定的规律。窖内发酵过程中：（1）上中下层糟醅温度均呈现先升后降的趋势，上层因受空温影响上升幅度小于中下层；（2）上中下层水分含量变化趋势一致，均呈现前期上升后期稳定的规律，且上层含水量在发酵周期内均低于中下层；（3）不同层次的酒精含量变化规律基本一致，表现为发酵前期先升后降，中后期稳步缓慢上升的趋势；（4）不同层次的二氧化碳浓度和氧气浓度变化规律是一致的，而且同一层次的氧气消耗量与二氧化碳增长量呈正相关。由此可见，通过对窖内气相成分变化规律的研究来判断窖内发酵的情况，可为生产的优化调整措施提供数据支撑。