麸曲酱香型白酒酿造工艺研究及微量成分分析

李明珠李渊杰侯笑林冯金晓

(1. 青岛工学院食品工程学院,山东 青岛 266300;2. 内蒙古醉火酒业有限公司,内蒙古 赤峰 024231)

由于内蒙古地区气候干燥、温度偏低,因此环境中微生物种类和数量均受到不同程度的限制,北方高寒地区麸曲酱香型酒的酿造相对于南方酱香型白酒酿造有一定差距[1]。糖化发酵剂麸曲的生产控制温度远低于酱香型白酒的大曲,而且麸曲在通风池中培养,不需要建造专用的大曲堆积室,培养时间最长仅为一周甚至更短,可以在短时间内投入生产且不影响最终的品质。近年来,伴随着麸曲酱香型酒的研究、革新和发展,麸曲酱香型酒的酿造技术不断完善[2],品质不断提高,酿造的麸曲酱香型白酒口感顺滑、醇厚、余味长、香味高雅[3],受到消费者青睐。另外,麸曲酱香型酒由于麸曲的应用使得在相同原料配比的条件下生产成本相较于大曲酱香型白酒更低[4],堆积和发酵的周期与大曲酱香型白酒相比较,发酵时间大大缩短[5],发酵温度相对较低,发酵贮存周期较短,可以快速生产,保证低成本的同时还能保证质量,因此麸曲酱香型白酒的酿造受到北方酿酒企业的追捧[6]。目前关于内蒙古地区麸曲酱香型酒的研究还未有报道。

采用堆积发酵技术酿造的麸曲酱香型白酒,必须严格控制好堆积发酵的各项参数,其中在酿造过程中的原料配比、酵母添加、麸曲添加以及发酵温度对产品质量有着密切关系[7]。研究拟对原料中小麦和高粱配比、酵母和麸曲的用量对出酒率和产品感官品质的影响进行探索优化,确定发酵工艺流程,并对发酵规律和酒质成分进行分析研究,以期为内蒙古地区麸曲酱香型白酒产品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高粱:产地赤峰敖汉旗林东镇;

小麦:产地山东省滨州市;

稻壳:产地辽宁省盘锦市;

麸皮:产地山东省德州市;

曲霉及酵母:内蒙古醉火酒业有限公司。

1.2 仪器与设备

高压蒸汽灭菌锅:XFH-150CA型,浙江新丰医疗器械有限公司;

超净工作台:VD-650型,上海力辰科技有限公司;

分析天平:HNB-1004N型,厦门森倍科技有限公司;

恒温水浴锅:DZ-75L型,上海赫田科学仪器有限公司;

恒温培养箱:LHP-250型,上海赫田科学仪器有限公司;

气相色谱仪:SP-6801A型,山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 麸曲曲种制备 将麸皮、玉米面、小麦粉、谷面和稻壳混合,加入无菌蒸馏水,常压蒸熟。将蒸好的原料放入锥形瓶中,各瓶材料应覆盖瓶底,进行高压蒸汽灭菌,取出后冷却至室温。将锥形瓶移至无菌室内接种黑曲霉,35 ℃恒温培养3 d,每天摇瓶2次,待菌丝布满锥形瓶后40 ℃风干,保存备用[8]。

1.3.2 麸曲酱香型白酒酿造

(1) 工艺流程:

原料→粉碎→配料→润料、蒸料→扬冷→加曲→加酒母→加水→堆积→入窖发酵[9]

(2) 操作要点:采用老五甑操作工艺,将高粱用对辊式粉碎机研磨成四六瓣增加高梁颗粒表面积;根据发酵池大小和甑桶大小将蒸熟凉冷的稻壳、发酵成熟的酒醅和高粱粉、小麦粉按比例混合,上甑,用0.03 MPa蒸汽进行蒸馏和糊化,粮食达到熟而不粘,内无生心。出甑用扬渣机摊凉,热水泼浆,按比例加入酵母和麸曲。酒糟淀粉含量控制在14%～16%,先在温度不低于30 ℃条件下堆积发酵48 h,然后入池发酵,控制入池温度为31～33 ℃,窖池发酵周期41 d。

1.3.3 麸曲酱香型白酒酿造单因素试验

(1) 小麦添加量对麸曲酱香型酒品质的影响:以发酵成熟酒醅中的酒精含量、蒸馏后新酒的感官评分值、贮存6个月后麸曲酱香型白酒的感官评分值为评价指标,固定酵母添加量为6.0%,麸曲添加量为6.0%,考察投料中高粱∶小麦∶稻壳的添加配比(70%∶25%∶5%,75%∶20%∶5%,80%∶15%∶5%,85%∶10%∶5%,90%∶5%∶5%,即小麦添加量为25%,20%,15%,10%,5%)对麸曲酱香型酒品质的影响。

(2) 酵母添加量对麸曲酱香白酒品质的影响:固定小麦添加量为15.0%,麸曲添加量为6.0%,考察酵母添加量(5.0%,6.0%,7.0%,8.0%,9.0%;以投料量为基础)对麸曲酱香白酒品质的影响。

(3) 麸曲添加量对麸曲酱香型白酒品质的影响:固定小麦添加量为15.0%,酵母添加量为6.0%,考察麸曲添加量(4.0%,5.0%,6.0%,7.0%,8.0%;以投料量为基础)对麸曲酱香型白酒品质的影响。

1.3.4 麸曲酱香型白酒酿造响应面优化试验 依据单因素试验结果,利用Design-Expert V7.0软件Box-Behnken中心组合试验设计,对麸曲酱香型白酒酿造工艺进行优化,确定麸曲酱香型白酒最优酿造工艺。

1.3.5 发酵过程中各成分测定

(1) 酒精含量:根据文献[10]。

(2) 水分、酸度、还原糖:根据文献[11]。

1.3.6 感官品评标准 对新蒸馏出的麸曲酱香型白酒和贮存6个月后的麸曲酱香型白酒依据GB/T 33405—2016《白酒感官品评术语》和GB/T 26760—2011《酱香型白酒》从色泽和外观、香气、口味和风格4个方面进行感官评价,产品应该具有酱香型白酒的典型风格,酒体协调,醇甜有余香,空杯留香较好。

1.3.7 挥发性风味成分分析 根据文献[12]。

1.3.8 数据处理 采用Design-Expert V7.0软件进行优化试验设计及数据分析,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 麸曲酱香型白酒发酵工艺优化单因素试验

2.1.1 小麦添加量对麸曲酱香型酒品质的影响 由图1可知,小麦占原料比例对成品酒的感官和酒精含量均产生了较大影响,当小麦添加量为15%时进行发酵,发酵后酒醅的酒精含量较高,可大大提高后续蒸馏时所产出的原酒的酒精含量,提高原酒的产量;蒸馏得到的新酒和贮存6个月后成品酒的感官评分值也比较高,完全可以作为企业留存酒使用。麸曲酱香型酒的发酵周期比大曲酱香型酒周期短,但在短的发酵周期内形成丰富的呈香呈味物质,仅单一原料高粱是无法实现的,通过在原料中添加适量的小麦,因小麦中含有大量淀粉和粗蛋白,微生物分解小麦中的蛋白产生芳香的前体物质,可以有效提高成酒品质[13-14]。因此,小麦的适宜添加量为10%～20%。

图1 小麦添加量对麸曲酱香型白酒品质的影响

2.1.2 酵母添加量对麸曲酱香型白酒品质的影响 由图2可知,当酵母添加量为7%时,发酵结束后酒醅中的酒精含量达到5.4%左右,此时新酒的感官评分和贮存6个月的感官评分也比较高。酵母的添加以及酵母的发酵能力对白酒的风味有非常重要的影响,添加的酵母量能够达到最佳转化率且不浪费待发酵酒醅中的糖为佳,如果添加量过多会导致生产成本增加,且在发酵达到一定程度时,酒精含量的增加会抑制酵母继续发酵,并不利于生产[15-16]。由此,考虑到节约成本,促进大规模生产投入,酵母的适宜添加量为6%～8%。

图2 酵母添加量对麸曲酱香型白酒品质的影响

2.1.3 麸曲添加量对麸曲酱香型白酒品质的影响 由图3可知,随着麸曲添加量的增加发酵成熟酒醅中的酒精含量有上升的趋势,当麸曲添加量为7%时,发酵结束后酒醅中的酒精含量达到最高,此添加量得到的新酒感官评分和贮存6个月的感官评分均比较高。麸曲的添加量是麸曲酱香型白酒酿造过程的重要一部分。麸曲的添加量太少,会影响酒的最终发酵,从而影响酒中的酒精含量[17]。由此,为了提高麸曲的利用率并考虑到节约成本,麸曲的适宜添加量为6%～8%。

图3 麸曲添加量对麸曲酱香型白酒品质的影响

2.2 麸曲酱香型白酒酿造响应面优化试验

在单因素试验的基础上,采用Box-Behnken中心组合试验设计,对麸曲酱香型白酒酿造工艺进行优化,响应面试验因素与水平设计见表l,Box-Behnken 试验设计与结果见表2,以发酵成熟酒醅中的酒精含量为响应值(Y),应用Design-Expert V7.0软件进行多元回归拟合分析,得到多元二次回归方程:

表1 响应面试验优化因素与水平

表2 响应面分析试验方案与结果

Y=5.94+0.30A+0.18B+0.050C-0.15AB-0.15AC+0.10BC-0.60A2-0.50B2-0.34C2。

(1)

由表3可知,小麦添加量和酵母添加量的一次项和二次项均达到了显著水平以上,模型的P值为0.000 3,具有明显差异性,表明该二次方程模型达到极显著水平,并且失拟项值为0.145 0,不显著,说明该方程拟合度较好,可以利用该方程确定产酒精能力最大的酿造工艺。根据回归方程,作出响应面图和等高线图,方程的交互项AB、AC和BC均P>0.05,交互项对酒精含量的影响不显著,结果见图4～图6。

表3 回归方程各项的方差分析

图4 响应面法(小麦添加量、酵母添加量)等高线和响应面图

图5 响应面法(小麦添加量、麸曲添加量)等高线和响应面图

图6 响应面法(麸曲添加量、酵母添加量)等高线和响应面图

通过软件Design-Expert 7.0求解多元二次回归方程,得到酒精含量最高的酿造工艺为:小麦添加量16.17%,酵母添加量7.14%,麸曲添加量7.00%,此时发酵成熟的酒醅中酒精含量为5.987 5%。考虑到实际操作的可行性,按小麦添加量16.0%,酵母添加量7.0%,麸曲添加量7.0%进行验证实验,此时发酵成熟的酒醅中酒精含量为5.96%,与预测值较接近,利用此工艺蒸馏出的麸曲酱香型白酒感官评分值为72.1,贮存6个月后感官评分值为86.3。

2.3 发酵过程中各成分变化规律

2.3.1 酒醅中酒精含量变化规律 由图7可知,发酵初期,酒精含量随发酵时间快速上升。发酵初期由于酒醅中存在较多的还原糖,入池后有利于酵母和真菌的生长和繁殖,大量的酵母和真菌利用无氧呼吸的方式将还原糖转换成酒精,从而使酒精含量迅速上升[18]。但发酵29 d以后,由于酒精含量的增加,酵母的无氧呼吸受到了限制,酒精产生的速度变得较慢。发酵过程中酒精含量的变化符合酱香型白酒发酵过程“前缓中挺后缓落”的酒精含量变化特征。

图7 麸曲酱香型白酒发酵过程中酒精含量的变化

2.3.2 麸曲酱香型白酒发酵过程中水分的变化 由图8可知,发酵初期水分含量上升速度快,至第29天,含水量达到最大值为58.4%,而后则逐渐稳定。发酵过程中,水分的变化体现了酵母菌和霉菌的糖化能力,水分含量的升高说明酵母菌进行有氧呼吸的能力和繁殖能力强[19-20],由于酵母菌持续地将还原糖转换成酒精,使其含水量逐渐增大,最终达到稳定状态。由此,发酵过程中水分变化呈先增加后逐渐平缓,符合酱香型白酒发酵过程的要求。

图8 麸曲酱香型白酒发酵过程中水分的变化

2.3.3 麸曲酱香型白酒发酵过程中酸度的变化 由图9

图9 麸曲酱香型白酒发酵过程中酸度的变化

可知,发酵前25 d,酒醅中的酸度不断增大,发酵第25天,酒醅中的酸度变化逐渐减少,波动幅度趋于平缓。在麸曲酱香型酒的发酵过程中,发酵过程中酒香的产生也离不开酸类物质的作用。另外,酸类物质作为生成酯类物质的前驱物质与醇类、酯类处于同样重要的地位[21]。随着发酵过程的进行酒醅中的酸类物质不断生成,从而影响了酒醅中的酸度。由此,发酵过程中酸度变化符合酱香型白酒发酵过程特点。

2.3.4 麸曲酱香型白酒发酵过程中还原糖的变化 由图10可知,发酵前5 d还原糖含量随发酵时间的延长而增加,随后快速下降。在入窖的前几天,由于麸曲中酶活较高,将大分子淀粉分解为可发酵性糖,还原糖含量迅速上升,随着发酵的进行,酸度增加,还原糖含量开始逐渐降落,随后保持动态平衡。由此,发酵过程中还原糖含量变化符合酱香型白酒发酵过程有机物分解转化规律。

图10 麸曲酱香型白酒发酵过程中还原糖的变化

2.4 最佳工艺条件下麸曲酱香型白酒的微量成分分析

由图11和表4可知,麸曲酱香型酒样品中丙醇、乙醛和乙缩醛含量比例适中,乙酸、乙酸乙酯和乳酸乙酯含量较高,依据GB/T 26760—2011《酱香型白酒》标准,该酒样品质达到酱香型高度白酒一级[高度酱香型白酒一级理化指标为总酸(以乙酸计)≥1.40 g/L,总酯(以乙酸乙酯计)≥2.00 g/L]。

图11 麸曲酱香型白酒样品色谱图

3 结论

经过单因素试验和响应面优化试验得到麸曲酱香型酒的最优酿造工艺为小麦添加量16.0%,酵母添加量7.0%,麸曲添加量7.0%,发酵成熟的酒醅中酒精含量为5.96%,利用此工艺蒸馏出的麸曲酱香型白酒感官评分值为72.1,贮存6个月后感官评分值为86.3。最优工艺条件下酿造的麸曲酱香型酒,乙酸、乙酸乙酯和乳酸乙酯含量较高,结合感官评价,该工艺酿造的麸曲酱香型白酒具有典型酱香型白酒特征,酒样品质达到酱香型高度白酒一级。由于在制曲和发酵过程中,多种微生物的参与,白酒积累了大量的代谢产物如酱香精、酪醇等具有特殊酱香的呈香呈味物质和前体物质,赋予白酒丰富的香气,后续可对内蒙古地区酿酒微生物及其作用机理作进一步研究。