何媛媛，曹燕飛，李宏軍*

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博255091）

擠壓高粱釀造白酒發(fā)酵工藝參數(shù)對出酒率的影響

何媛媛，曹燕飛，李宏軍*

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博255091）

為了研究擠壓膨化技術(shù)釀造白酒過程中發(fā)酵工藝參數(shù)對白酒出酒率的影響，以擠壓高粱為原料，考察酒醅含水率、酒曲添加量、稻殼添加量和發(fā)酵時間對白酒出酒率的影響，采用二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)優(yōu)化得出最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)：入窖酒醅含水率為58%，酒曲添加量為26 g/100 g，稻殼添加量為24 g/100 g，發(fā)酵時間為25 d。在此最佳發(fā)酵工藝條件下，白酒的出酒率為58.04%，比相同條件下傳統(tǒng)法釀造白酒出酒率高出5.78%。

擠壓；白酒；高粱；出酒率；發(fā)酵

白酒是中國特有的傳統(tǒng)蒸餾酒，與金酒、伏特加、朗姆酒、白蘭地和威士忌5種酒統(tǒng)稱為世界著名六大蒸餾酒[1]。以糧谷類或者富含淀粉的薯類為主要原料，添加酒曲（即糖化發(fā)酵劑，包括大曲、小曲和麩曲），以固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)發(fā)酵的方式發(fā)酵，再經(jīng)蒸餾、陳釀和勾兌制得中國白酒[2]。適量的飲用低度白酒可以降血糖，抑制膽固醇沉積，促進(jìn)血液循環(huán)等多種作用[3-4]。隨著消費(fèi)者生活水平的提高，人們越來越重視生活質(zhì)量，對白酒品質(zhì)的要求也越來越高。

白酒釀造的重要環(huán)節(jié)之一是發(fā)酵工藝，白酒的質(zhì)量、風(fēng)味和原料的利用率很大程度上取決于發(fā)酵程度的優(yōu)劣。白酒發(fā)酵的主要產(chǎn)物是酒精，發(fā)酵進(jìn)行程度的優(yōu)劣主要取決于出酒率的高低，出酒率也是鑒定白酒發(fā)酵是否正常的重要依據(jù)[5-6]。因此，提高出酒率不僅可以提高原料的利用率降低生產(chǎn)成本，還可以提高白酒的品質(zhì)。發(fā)酵原料的預(yù)處理方式對白酒的發(fā)酵和品質(zhì)也有著重要的影響。擠壓膨化處理可使物料中的淀粉部分降解，發(fā)酵糖含量增加，改變物料結(jié)構(gòu)，呈多孔狀態(tài)[7-8]。擠壓膨化引起的物料內(nèi)部改變有利于微生物的發(fā)酵，縮短發(fā)酵周期，提高原料利用率，從而節(jié)約了釀造用糧，降低了生產(chǎn)成本[9-10]。

本研究以擠壓膨化高粱為原料，運(yùn)用4因素5水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)，通過SAS 9.3軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究了發(fā)酵工藝參數(shù)（酒醅含水率、酒曲添加量、稻殼添加量和發(fā)酵時間）對白酒出酒率的影響。建立發(fā)酵工藝參數(shù)對白酒出酒率影響的回歸模型，得到以白酒出酒率為考察指標(biāo)的最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)。以期為擠壓膨化技術(shù)運(yùn)用到白酒釀造工業(yè)提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯紅高粱：潘莊糧油市場；稻殼、傳統(tǒng)香型大曲（酒曲）：市售。

硫酸銅、酒石酸鉀鈉（均為分析純）：天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；濃鹽酸（分析純）：上海沃凱生物技術(shù)有限公司；葡萄糖（分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心；亞甲基藍(lán)：天津市福晨化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉（分析純）：山東萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

9FQ28-16飼料粉碎機(jī)：諸城市康佛特機(jī)械電氣有限公司；GSP-9160MB恒溫培養(yǎng)箱；上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；DT1001電子分析天平：常熟市意歐儀表有限公司；PHS-3C pH計(jì)：上海雷磁儀器廠；0-100度附溫酒精計(jì)：余姚市雙鶴電子儀表有限公司。單螺桿擠壓膨化機(jī)（套筒分三節(jié)，其溫度0～300℃連續(xù)可調(diào)；螺桿轉(zhuǎn)速0～1 200 r/min連續(xù)可調(diào)；?？字睆?～12mm）：由山東理工大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品精深加工中心提供；YQJ-GXCLJ-12L白酒蒸餾設(shè)備（整機(jī)高0.46m，蒸鍋直徑0.25m，容量12 L）：由宜仟家設(shè)備廠提供。

1.3 分析方法

1.3.1 高粱擠壓膨化處理

高粱經(jīng)粉碎制得高粱全粉，經(jīng)加水調(diào)質(zhì)后進(jìn)行擠壓膨化處理。擠壓膨化條件為套筒溫度75℃，模孔直徑8mm，物料含水率20%，螺桿轉(zhuǎn)速170 r/m in。在擠壓膨化的同時利用旋轉(zhuǎn)切刀將膨化物切碎至2～4mm的薄片，物料直接移入預(yù)先滅過菌的容器內(nèi)，待用。

1.3.2 白酒釀造工藝流程及操作要點(diǎn)

操作要點(diǎn)：將高粱的膨化物料與一定比例的稻殼混合后，加入一定比例的無菌90℃熱水混合均勻，最后冷卻至（30±2）℃。加入一定量的酒曲后，將混合好的酒醅放入3 L玻璃發(fā)酵罐，置于恒溫培養(yǎng)箱中，前5 d溫度設(shè)為26.5℃，之后溫度設(shè)為32℃進(jìn)行發(fā)酵。酒醅發(fā)酵好后，先將罐中的黃水倒入蒸鍋里，再將酒醅均勻平鋪到蒸屜上，大火燒開水，中火蒸酒，直至酒精度為10%vol左右時停止蒸酒。

1.3.3 白酒發(fā)酵的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知[11]，白酒發(fā)酵受到發(fā)酵時間、入窖酒醅含水率、發(fā)酵溫度、酒醅酸度、稻殼添加量和酒曲添加量等多種因素的影響。根據(jù)前期預(yù)試驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)室條件和實(shí)際酒廠操作條件，本試驗(yàn)以入窖酒醅含水率（X1）、酒曲添加量（X2）、稻殼添加量（X3）和發(fā)酵時間（X4）為試驗(yàn)因素，以白酒出酒率（Y）為主要考察指標(biāo)，采用4因素5水平二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)優(yōu)化白酒發(fā)酵工藝。試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 白酒發(fā)酵工藝優(yōu)化二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of secondary rotation orthogonalexperim ents for Baijiu ferm entation process optim ization

1.3.4 白酒出酒率測定方法

原料中淀粉含量根據(jù)GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》中方法測定[12]；密度：根據(jù)所測得的20℃酒精度查閱國標(biāo)GB/T 10345—2007《白酒分析方法》附錄中表可得相應(yīng)的密度；利用附溫酒精計(jì)測定白酒酒精度。65%vol的出酒率計(jì)算公式如下：

式中：M1為65%vol白酒的質(zhì)量，g；ρ1為試驗(yàn)所得白酒在20℃時的密度，g/m L；V1為試驗(yàn)所得白酒的體積，m L；W1為試驗(yàn)所得白酒在20℃時的酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；W2為65%vol白酒在20℃時的酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；M2擠壓膨化物的添加量，g；M3酒曲的添加量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)結(jié)果

選擇入窖酒醅含水率（X1）、酒曲添加量（X2）、稻殼添加量（X3）和發(fā)酵時間（X4）為因素，以白酒出酒率（Y）為考察指標(biāo)，采用二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)優(yōu)化白酒發(fā)酵工藝，試驗(yàn)結(jié)果與分析見表2。將表2中白酒出酒率的試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用SAS 9.3軟件分析，回歸模型方差分析見表3。

表2 白酒發(fā)酵工藝優(yōu)化二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of secondary rotation orthogonal experim ents for Baijiu ferm entation process optim ization

續(xù)表

表3 回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis of regression mode l

用SAS 9.3對表2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次線性回歸擬合，得到各發(fā)酵工藝參數(shù)對白酒出酒率影響的回歸方程為：

由表3可知，入窖酒醅含水率和酒曲添加量對白酒出酒率有顯著影響（P＜0.05），稻殼添加量相對影響程度較小，而發(fā)酵時間長短對出酒率影響不明顯（P＞0.05）。二次項(xiàng)回歸極顯著（P＜0.05），說明二次項(xiàng)對回歸方程有貢獻(xiàn)，入窖酒醅含水率和發(fā)酵時間對回歸方程的貢獻(xiàn)大于酒曲添加量和稻殼添加量的；但是因素之間的交互作用不明顯（P＞0.05）。該回歸模型的決定系數(shù)R2為0.941 2，失擬（P=0.538 8＞0.05）不顯著，這說明所建立的回歸模型擬合度很好，出酒率受到其他因素的影響較小。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

運(yùn)用SAS 9.3軟件分析數(shù)據(jù)得出各發(fā)酵因素對出酒率影響的響應(yīng)曲面，根據(jù)響應(yīng)曲面獲得出酒率的變化規(guī)律。響應(yīng)曲面見圖1。

圖1 酒醅含水率、酒曲添加量、稻殼添加量和發(fā)酵時間交互作用對白酒出酒率影響的響應(yīng)曲面及等高線Fig.1 Response surface p lots and contour line of effects of interaction between moisture content o f fermented grains,Daqu addition,rice hulladdition and ferm entation time on liquid yield of Baijiu

由圖1可知，當(dāng)其他3個因素固定在零水平，出酒率隨著酒醅含水率各發(fā)酵條件的的升高，均呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢變化，只是起伏程度不一致。入窖酒醅含水率較低，使酒醅溫度迅速升高，導(dǎo)致酒醅結(jié)塊，抑制微生物繁殖，從而酒精產(chǎn)量低[13]。唐圣云等[14]指出微生物無氧呼吸作用產(chǎn)生的熱量是有氧呼吸作用的1/8。入窖水分過多，酒醅氧含量少，有氧呼吸受到抑制，窖內(nèi)升溫緩慢，酒醅溫度未升至微生物最適發(fā)酵溫度，微生物不能充分發(fā)酵，出酒率大大降低[5]。膨化物料粘度大，稻殼添加量過少使酒醅粘連，疏松度低，窖內(nèi)氧含量少，抑制微生物作用，酒精產(chǎn)量下降；稻殼添加量增加，窖內(nèi)氧含量升高，透氣性好；但其添加量不宜過多，會促進(jìn)有氧呼吸，出酒率下降[15]。

發(fā)酵時間過短，微生物發(fā)酵不徹底，導(dǎo)致酒精產(chǎn)量低；主發(fā)酵期結(jié)束后，酒醅中酒精和酸含量升高，酵母菌大量死亡，隨后耐酸細(xì)菌以酒精為原料進(jìn)行酯化反應(yīng)，使酒精含量降低[16]。酒曲添加量過少，微生物量少，原料利用率低，產(chǎn)酒量低；但過度添加酒曲，酵母菌新陳代謝旺盛，窖內(nèi)溫度高，抑制微生物的酒精發(fā)酵，出酒率降低[17]。同時，酒曲添加量過少，發(fā)酵前期延長，酒曲添加量的提高使發(fā)酵前期縮短[18]；而微生物過多，其生長繁殖所耗原料增加，且微生物的快速生長繁殖易使窖內(nèi)溫度過高，抑制酶活力，縮短主發(fā)酵時間，酒精產(chǎn)量低[19-20]。

2.3 嶺回歸分析

嶺回歸是一種專用于共線性數(shù)據(jù)分析的有偏估計(jì)回歸方法，通過放棄最小二乘法的無偏性，以損失部分信息、降低精度為代價獲得回歸系數(shù)更為符合實(shí)際、更可靠的回歸方法。以白酒出酒率為考察指標(biāo)，運(yùn)用嶺回歸尋優(yōu)確定最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)范圍，嶺回歸尋優(yōu)結(jié)果見表4。

表4 白酒出酒率的嶺回歸尋優(yōu)分析Table 4 Analysis of ridge regression op tim ization for liquor yield of Baijiu

由表4可知，以白酒出酒率為考察指標(biāo)，通過嶺回歸尋優(yōu)得到最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)范圍是：入窖酒醅含水率為56%～58%，酒曲添加量為（25～26）g/100 g，稻殼添加量為（22～27）g/100 g，發(fā)酵時間為25～27 d。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

以出酒率為考察指標(biāo)，采用4因素5水平二次旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)得出最優(yōu)白酒發(fā)酵工藝參數(shù)范圍。在此范圍內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，并在相同條件下以傳統(tǒng)蒸煮處理的高粱為原料釀造的白酒與以擠壓膨化處理的高粱為原料釀造的白酒進(jìn)行對比。結(jié)果見表5。

表5 驗(yàn)證和對照試驗(yàn)安排及結(jié)果Table 5 Arrangementand results of verify and controlexperiments

通過表5可得到，在最優(yōu)發(fā)酵參數(shù)范圍內(nèi)，出酒率在預(yù)測值的范圍內(nèi)，這說明此參數(shù)優(yōu)化是可靠的。擠壓膨化高粱釀造白酒的出酒率雖有波動但均高于對照組，擠壓膨化高粱釀造白酒的最高出酒率為58.04%，比對照組的平均出酒率高出5.78%。

3 結(jié)論

本研究以白酒的出酒率為考察指標(biāo)，得到最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)：酒醅含水率為58%，酒曲添加量為26 g/100 g，稻殼量為24 g/100 g，發(fā)酵時間為25 d。在此發(fā)酵參數(shù)下白酒的出酒率為58.04%，比傳統(tǒng)蒸煮法處理高粱釀造白酒的出酒率高出5.78%。通過對運(yùn)用擠壓膨化高粱釀造白酒的發(fā)酵工藝研究，探索各發(fā)酵因素對發(fā)酵過程的影響，為將擠壓膨化技術(shù)運(yùn)用于白酒釀造工業(yè)上提供一定的數(shù)據(jù)參考，同時優(yōu)化了白酒的發(fā)酵工藝，提高了原料的利用率。

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Effectof fermentation processparameterson liquoryield of Baijiu(Chinese liquor)with extruded sorghum

HEYuanyuan,CAO Yanfei,LIHongjun*
(SchoolofAgricultural Engineering and Food Science,Shandong University ofTechnology,Zibo 255091,China)

In order to study theeffectsof the fermentation processparameterson liquor yield of Baijiu(Chines liquor)during the Baijiu processby extrusion and swelling technique,using the extruded sorghum as raw material,the effectsofmoisture contentof fermented grains,Daqu addition,rice hull addition and fermentation time on liquor yield of Baijiu were investigated.By secondary rotation orthogonal experiments,the fermentation process parameterswere optimized and abtained as follow:moisture contentof fermented grains 58%,Daqu addition 26 g/100 g,rice hull addition 24 g/100 g and the fermentation time 25 d.Under the optimal conditions,the liquor yield of Baijiu was58.04%,whichwas5.78%higher than thatof traditional Baijiu fermentation.

extrusion;Baijiu;sorghum;liquoryield;fermentation

TS262.3

0254-5071（2017）08-0036-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.08.008

2017-04-18

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31471676）

何媛媛（1991-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品高值化加工。

*通訊作者：李宏軍（1968-），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。