楊 曉,伍時(shí)華,吳佳敏,黃 瑤*,易 弋
(1.廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院,廣西 柳州 545006;2.廣西科技大學(xué) 廣西高校糖資源加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 柳州 545006;3.廣西科技大學(xué) 廣西糖資源綠色加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 柳州 545006)
濃香型白酒以固態(tài)窖泥發(fā)酵為特征,窖泥中微生物的生長代謝活動(dòng)對白酒風(fēng)味物質(zhì)的形成具有重要影響[1]。濃香型白酒常以高梁或高粱、小麥、大米、玉米等作為發(fā)酵的主要原料,以大曲作為糖化發(fā)酵劑,經(jīng)過30~60 d發(fā)酵后,用蒸汽蒸餾而得[2]。濃香型白酒的典型代表五糧液,其生產(chǎn)方式采用純糧固態(tài)發(fā)酵,原料的配比為高粱36%、大米22%、糯米18%、小麥16%、玉米8%[3]。濃香型白酒以己酸乙酯為主體香,具有“窖香濃郁、綿甜爽凈、香味協(xié)調(diào)、余味悠長”等典型特征。
釀酒大多以五谷為原料,熟料固態(tài)發(fā)酵與續(xù)糟發(fā)酵是我國濃香型白酒生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝,一定程度上保證酒的品質(zhì)與口感。但目前我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,發(fā)酵所用糧食有限且生產(chǎn)成本高,生料液態(tài)發(fā)酵成為酒精發(fā)酵和釀酒工藝研究的熱點(diǎn)與突破口,生料直接用于發(fā)酵不需要前期處理,節(jié)省大量成本,且工藝簡單易操作。
生料發(fā)酵最早由日本人提出并應(yīng)用于釀酒工業(yè),早在20世紀(jì)80年代后期對利用玉米粉為原料的生料釀酒技術(shù)進(jìn)行了研究,90年代后期得到推廣應(yīng)用[4]。李學(xué)英等[5]在細(xì)微玉米粉生料發(fā)酵生產(chǎn)酒精研究中,酒精度上升較快,發(fā)酵55 h即可達(dá)到酒精度為10.6%vol;李永博等[6]對玉米、大米生料發(fā)酵釀酒進(jìn)行研究,生料發(fā)酵10 d時(shí),大米、玉米酒精度分別達(dá)到11%vol、10%vol;以大米、玉米等谷物為原料,經(jīng)糖化酶處理后進(jìn)行生料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,與熟料發(fā)酵對比,生料發(fā)酵黏度低,流動(dòng)性好,有利于實(shí)現(xiàn)高效發(fā)酵[7]。在小麥生料發(fā)酵中,生淀粉的糖化不經(jīng)過蒸煮環(huán)節(jié),利用淀粉酶極強(qiáng)水解特性將淀粉分解成可發(fā)酵性糖,經(jīng)糖化酶糖化后淀粉表面形成無數(shù)個(gè)小孔,通過水解作用進(jìn)行轉(zhuǎn)化,提升了轉(zhuǎn)化效率[8]。關(guān)于生料發(fā)酵生產(chǎn)酒精的研究表明,生料液態(tài)發(fā)酵酒精度可以達(dá)18%vol以上,淀粉利用率提高,且發(fā)酵醪液黏度小,料液輸送性能良好,有利于實(shí)現(xiàn)高濃度發(fā)酵[9]。
本研究將濃香型新工藝釀酒專用曲用于生料液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)白酒,采取邊糖化邊發(fā)酵的方法,前期5種糧食分別進(jìn)行單發(fā)酵,后期混合發(fā)酵,蒸餾分段取酒并陳釀。本研究主要考察室溫條件(30±2)℃條件下生料液態(tài)發(fā)酵過程中殘?zhí)羌耙掖嫉淖兓?,結(jié)合出酒率、酒香成分含量等指標(biāo),對工藝進(jìn)行評價(jià)。此發(fā)酵法為新工藝初步探究,以期為后續(xù)生料液態(tài)發(fā)酵的工藝優(yōu)化研究提供參考依據(jù)。
玉米粉、小麥粉、高粱粉、大米、糯米:市售;新工藝釀酒專用曲:四川新華揚(yáng)山野生物有限公司;葡萄糖(分析純):內(nèi)蒙古阜豐生物科技有限公司;亞甲基藍(lán)(生化試劑):天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;氫氧化鈉(分析純):廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心;酒石酸鉀鈉(分析純)、五水合硫酸銅(分析純):汕頭市西隴化工有限公司;鹽酸(分析純):永州恒興化工貿(mào)易有限責(zé)任公司;可溶性淀粉:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
HWY-2112全溫度恒溫調(diào)速搖床柜:上海智城分析儀器制造有限公司;UV-8000S紫外可見分光光度計(jì):上海元析儀器有限公司;Panna A91氣相色譜儀:常州磐諾儀器有限公司。
1.3.1 原料預(yù)處理[10]
大米、糯米加水浸泡后會(huì)充分吸水膨脹,不需要粉碎處理,玉米、高粱、小麥均為粉末。
1.3.2 5種原料單獨(dú)發(fā)酵[11]
濃香型白酒五糧液發(fā)酵過程分3個(gè)階段:1~7 d為升溫階段,8~14 d為高溫保持階段,15 d以后為降溫階段。選用25 L帶密封蓋玻璃瓶,將5種原料進(jìn)行單發(fā)酵預(yù)實(shí)驗(yàn),每2 d取樣一次測定殘?zhí)呛浚?dāng)發(fā)酵10 d時(shí),殘?zhí)橇拷档退俾拭黠@減小,發(fā)酵16 d以后殘?zhí)呛炕痉€(wěn)定,且均低于15 g/L。根據(jù)殘?zhí)橇康慕档退俾首兓?,結(jié)合發(fā)酵過程3階段變化所需時(shí)間,初步確定單發(fā)酵時(shí)間為16 d。按照表1比例配制發(fā)酵培養(yǎng)基,將5種糧食在(30±2)℃條件下單獨(dú)發(fā)酵16 d,取樣測定發(fā)酵初始和結(jié)束時(shí)的殘?zhí)橇?,發(fā)酵開始3 d后每12 h攪拌一次,每2天取適量樣液用于發(fā)酵過程中殘?zhí)呛鸵掖嫉淖兓闆r分析。
表1 五種原料單獨(dú)發(fā)酵配料表Table 1 List of ingredients of 5 raw materials fermented separately
1.3.3 5種原料混合發(fā)酵
5種原料單獨(dú)發(fā)酵16 d后,將發(fā)酵醪液按高粱∶小麥∶大米∶糯米∶玉米=4∶2∶2∶2∶1的比例,于室溫(30±2)℃條件下進(jìn)行混合發(fā)酵預(yù)實(shí)驗(yàn),連續(xù)取樣,待殘?zhí)橇肯陆邓俾拭黠@降低,且酒精度穩(wěn)定后,確定混合發(fā)酵時(shí)間為6 d?;旌习l(fā)酵結(jié)束后,通過蒸酒器蒸餾分段取酒,產(chǎn)品取樣用于酒精度測定及成分檢測分析,剩余裝瓶存放進(jìn)行陳釀。
1.3.4 測定方法
5種原料淀粉含量測定采用NY/T 2639—2014《稻米直鏈淀粉的測定分光光度法》[12]。配制質(zhì)量濃度梯度為0、2.0 mg/mL、4.0 mg/mL、6.0 mg/mL、8.0 mg/mL、10.0 mg/mL的淀粉標(biāo)準(zhǔn)液,按照標(biāo)準(zhǔn)要求操作,以淀粉質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo),吸光度值(y)為縱坐標(biāo),繪制淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線。
稱取5種原料細(xì)粉各50 mg,分別加入0.5 mL體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇,4.5 ml 1 mol/L的NaOH溶液,混合均勻后于沸水中水浴10 min,蒸餾水定容至50 mL,抽濾,濾液作為待測液。取待測液2.5 mL測定吸光度值,按照淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算淀粉含量。
殘?zhí)羌疤谴嫁D(zhuǎn)化率測定:將發(fā)酵過程取樣的樣液進(jìn)行酸化處理,采用菲林滴定法測定總糖含量[13],確保取樣均勻,前期發(fā)酵液中顆粒狀較多,取樣后可進(jìn)行研磨處理后再進(jìn)行酸化。
酒精度及出酒率:采用酒精計(jì)法測定酒精度,將發(fā)酵液通過蒸酒器蒸餾,40 °以下的尾酒則進(jìn)行復(fù)蒸一次,復(fù)蒸后低于40°的酒存放,不用于酒的勾兌。蒸餾時(shí)分段接收餾液,不同度數(shù)的酒分開存放。將蒸餾得到的白酒用酒精計(jì)進(jìn)行酒精度測定[14]。于臺(tái)式天平稱量酒的質(zhì)量,折算為55°合格酒量[15]計(jì)算原料理論出酒率、實(shí)際出酒率和出酒效率。酒精度換算及相關(guān)計(jì)算公式如下:
式中:0.798為乙醇密度;0.92為55°白酒密度;m1為原料所含淀粉質(zhì)量,kg;m2為55°白酒產(chǎn)量,kg;M為原料總量,kg。
白酒中甲醇、總酸、總酯含量測定:總酸以乙酸計(jì),總酯以乙酸乙酯計(jì),總酸、總酯均采用指示劑法進(jìn)行滴定,每組測量3次取平均值[12]。
甲醇采用氣相色譜測定,其色譜條件為柱溫:起始50 ℃保持3 min,3.5 ℃/min升至180 ℃,保持10 min[16],檢測室200 ℃,氣化室180 ℃;N2、H2流速30 mL/min;分流模式:不分流;進(jìn)樣量0.5,測定3次,取平均值。
感官評價(jià):由6名品評員組成評定小組,評價(jià)方法參考對濃香型白酒基礎(chǔ)酒的感官品評價(jià)方法[17],滿分100分,具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。
表2 濃香型白酒感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of sauce-flavor Baijiu
2.1.1 可溶性淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制
通過NY/T 2639—2014法[12]所得可溶性淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1,兩者之間的回歸方程:y=0.198 8x+0.0687,相關(guān)系數(shù)R2=0.995 3,由R值可看出,兩者之間具有較好的線性關(guān)系。
圖1 可溶性淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of soluble starch
2.1.2 樣品測定結(jié)果
根據(jù)可溶性淀粉標(biāo)曲回歸方程計(jì)算樣品的淀粉含量,結(jié)果見表3。由表3可知,5種原料中小麥、玉米淀粉含量較高,分別為71.18%、70.35%;高粱淀粉含量最低,為64.64%。
表3 5種糧食淀粉含量測定結(jié)果Table 3 Determination results of starch contents in 5 grains
2.2.1 5種原料單獨(dú)發(fā)酵殘?zhí)恰⒁掖记€
5種原料單獨(dú)發(fā)酵過程中殘?zhí)羌耙掖己孔兓Y(jié)果,見圖2。
圖2 5種原料單獨(dú)發(fā)酵殘?zhí)呛考耙掖籍a(chǎn)量變化曲線Fig.2 Changes of residual sugar contents and ethanol production of 5 raw materials fermented separately
淀粉質(zhì)原料發(fā)酵首先經(jīng)過糖化(包括液化、糖化)過程,將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖后由釀酒酵母利用產(chǎn)乙醇。由圖2可知,5種原料單獨(dú)發(fā)酵前8 d,殘?zhí)蔷恃杆俳档挖厔?,小麥、高粱殘?zhí)瞧骄乃俾试?0(g/L)/d左右,玉米、大米和糯米總糖平均消耗速率在25(g/L)/d左右;8~16 d時(shí),小麥、高粱殘?zhí)瞧骄乃俾式抵?(g/L)/d左右,玉米、大米和糯米降至1.5(g/L)/d左右。0~8 d酒精度上升較快,8 d后酒精度基本穩(wěn)定在75~85 g/L之間。因此,生料液態(tài)發(fā)酵原料利用及產(chǎn)醇主要階段在8 d左右。
小麥發(fā)酵12 d后殘?zhí)墙咏?0 g/L,其他4種原料發(fā)酵8 d時(shí)殘?zhí)蔷陀?0 g/L,主要是因小麥中蛋白含量高,一般可達(dá)13%左右[18],在液態(tài)發(fā)酵前期易產(chǎn)生大量泡沫而影響發(fā)酵效果。在發(fā)酵后期,除小麥外,其他4種原料中殘?zhí)蔷抵磷畹筒②呌诜€(wěn)定,而小麥發(fā)酵10 d后殘?zhí)呛渴冀K保持最高,糖化周期最長。
2.2.2 糖醇轉(zhuǎn)化分析
分析5種原料單獨(dú)發(fā)酵過程中,通過糖醇轉(zhuǎn)化率分析發(fā)酵效果,結(jié)果見圖3,發(fā)酵結(jié)束時(shí)指標(biāo)分析見表4。
圖3 5種原料單獨(dú)發(fā)酵過程中糖醇轉(zhuǎn)化率的變化Fig.3 Changes of conversation rate of sugar to ethanol of 5 raw materials during fermentation process
表4 5種原料單獨(dú)發(fā)酵后指標(biāo)分析Table 4 Index analyses of five raw materials after fermentation separately
發(fā)酵糖化效果由葡萄糖生成速率表示,產(chǎn)乙醇效果通過乙醇生成速率表示,總糖的降低量代表葡萄糖的消耗量,通過葡萄糖消耗量與酒精度計(jì)算糖醇轉(zhuǎn)化率,評價(jià)發(fā)酵原料的利用率。
由圖3、表4可知,高粱發(fā)酵前期糖醇轉(zhuǎn)化率最高,保持在45%以上,小麥、玉米次之,達(dá)到40%左右,8 d后稍微降低;糯米整個(gè)發(fā)酵過程中糖醇轉(zhuǎn)化率基本不變,保持在38%左右。由表4可知,單獨(dú)發(fā)酵結(jié)束時(shí),高粱發(fā)酵的平均糖醇轉(zhuǎn)化率最高,達(dá)到47.34%,糯米次之,為41.07%。高粱、糯米最終發(fā)酵醪液酒精度分別達(dá)到82.85 g/L、87.26 g/L。
綜上分析,高粱、糯米、玉米3者的糖醇轉(zhuǎn)化率高,均達(dá)40%以上,單獨(dú)發(fā)酵總糖消耗及乙醇積累期在8 d左右,且單獨(dú)發(fā)酵結(jié)束時(shí)酒精度較高,均達(dá)到80 g/L以上。所以,高粱、糯米和玉米3種原料更適合室溫條件下生料液態(tài)發(fā)酵,且周期短。
2.2.3 混合發(fā)酵期
5種原料單獨(dú)發(fā)酵16 d后混合發(fā)酵,混合發(fā)酵過程中殘?zhí)羌熬凭茸兓Y(jié)果見圖4。
混合后發(fā)酵醪液中的菌群生長環(huán)境改變,其代謝功能隨之變化。由圖4可知,混合3 d后酒精度明顯升高,殘?zhí)茄杆傧陆??;旌? d后,殘?zhí)羌熬凭染呌谄椒€(wěn),此時(shí)達(dá)到發(fā)酵終點(diǎn)。酒精度由初始72.70 g/L上升至89.97 g/L,由此可見,后期混合發(fā)酵促進(jìn)了原料的利用和乙醇的進(jìn)一步積累。
圖4 混合發(fā)酵過程殘?zhí)?、乙醇含量的變化Fig.4 Changes of residual sugar and ethanol contents during mixed fermentation process
蒸餾獲得58°和65°白酒,白酒量換算為55°酒的量。計(jì)算原料的理論出酒率為80.36%,實(shí)際出酒率為41.16%,出酒效率為51.22%。與李永博等[6]利用大米、玉米進(jìn)行生料發(fā)酵所得出酒率(41.8%、32.1%)相比,本試驗(yàn)出酒率較高,且尚未進(jìn)行發(fā)酵工藝條件優(yōu)化,預(yù)期經(jīng)發(fā)酵條件優(yōu)化可獲得更佳產(chǎn)酒效果。
測定產(chǎn)品中甲醇、總酸、總酯及四大酯(己酸乙酯,丁酸乙酯,乳酸乙酯和乙酸丁酯)含量,總酸、總酯評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T 20822—2007《固液法白酒》和GB/T 22211—2008《地理標(biāo)志產(chǎn)品五糧液酒》,結(jié)果見表5;本產(chǎn)品甲醇及四大酯含量所得結(jié)果見表6。
表5 產(chǎn)品理化指標(biāo)測定結(jié)果Table 5 Determination results of physical and chemical indexes of the product
表6 產(chǎn)品中甲醇及四大乙酯含量測定結(jié)果Table 6 Determination results of methanol and four main kinds of ethyl esters in the product
由表5、表6可知,58°白酒中總酸為0.384 0 g/L,總酯為1.192 6 g/L,己酸乙酯為0.496 8 g/L,甲醇為0.156 2 g/L;65°白酒中總酸為0.322 4 g/L,總酯為1.453 9 g/L,己酸乙酯為1.017 5 g/L,甲醇為0.192 1 g/L,各成分均符合GB/T 20822—2007要求。此外,還對白酒中主要四大酯類(己酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯和乙酸丁酯)進(jìn)行測定分析,所得結(jié)果含量偏低,但各酯類含量相比下己酸乙酯含量突出,符合濃香型白酒主體香味成分占主導(dǎo)的要求。適量乳酸乙酯對己酸乙酯有助香作用,當(dāng)己酸乙酯和乳酸乙酯保持適當(dāng)?shù)谋壤?∶0.5~0.9),能使主體香突出,香、味協(xié)調(diào),酒體典型性強(qiáng)[19],所得65°白酒中己酸乙酯與乳酸乙酯的比例適當(dāng),凸顯濃香型白酒特色。
所得白酒中總酸、總酯含量未達(dá)到五糧液GB/T 22211—2008《地理標(biāo)志產(chǎn)品五糧液酒》的要求,主要原因是所得產(chǎn)品為新釀酒,未經(jīng)過陳釀及勾兌等處理。但滿足固液法白酒GB/T 20822—2007《固液法白酒》的基本標(biāo)準(zhǔn)。后期工藝改進(jìn)可參考目前釀酒促進(jìn)酯類生成方法進(jìn)一步研究,通過乳酸菌與醋酸菌的應(yīng)用增加產(chǎn)酯量,且兩種菌對酒的品質(zhì)產(chǎn)生決定性影響[20],改善白酒風(fēng)味與口感。
感官評分取6人評分的均值,結(jié)果見表7。
表7 感官評價(jià)結(jié)果Table 7 Results of sensory evaluation
由表7可知,品酒人員一致評價(jià)58°白酒回味甘甜,刺激味輕微;65°白酒苦澀味、辛辣味偏重,具備刺激性。58°白酒總體口感協(xié)調(diào),香氣濃郁,口感更容易被接受,得分更高。
本研究通過室溫下生料液態(tài)發(fā)酵,對5種原料發(fā)酵過程中殘?zhí)呛鸵掖甲兓M(jìn)行了分析,初步確定5種原料單獨(dú)發(fā)酵糖化及產(chǎn)乙醇期為8 d。單獨(dú)發(fā)酵結(jié)束時(shí),總糖利用率均達(dá)90%以上,高粱糖醇轉(zhuǎn)化率最高,達(dá)到47.37%?;旌虾蟀l(fā)酵所得純糧釀造的濃香型白酒出酒率為41.16%,甲醇含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求,總酸總酯含量達(dá)到GB/T 20822—2007的理化指標(biāo),65°白酒中所含主體香味成分己酸乙酯高于58°白酒,但綜合分析,58°白酒總酸、總酯含量更接近五糧液標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22211—2008,且口味更佳。
綜合所得結(jié)果分析,室溫(30±2)℃條件下生料液態(tài)發(fā)酵具有可行性,且操作簡單,成本降低。先進(jìn)行單獨(dú)發(fā)酵,單發(fā)酵期間不同原料菌群構(gòu)成不同,后期混合后菌群交換,發(fā)酵更加充分,物質(zhì)更加豐富。純糧釀造在一定程度上保證了白酒的口感,在白酒行業(yè)具備一定發(fā)展?jié)摿?,需要進(jìn)一步從發(fā)酵工藝、成本上進(jìn)行合理改進(jìn)與完善,本研究為純糧釀造白酒的生料液態(tài)發(fā)酵提供一定研究參考依據(jù)。