酒醅孔隙度對白酒風味物質的影響

陳　耀，王德良，王旭亮，尚　柯，姜竹茂(.煙臺大學生命科學學院，山東煙臺64005；.中國食品發酵工業研究院，北京0005）

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酒醅孔隙度對白酒風味物質的影響

陳耀1，2，王德良2，王旭亮2，尚柯2，姜竹茂1
(1.煙臺大學生命科學學院，山東煙臺264005；2.中國食品發酵工業研究院，北京100015）

摘要：固態發酵是中國白酒的獨有工藝，而發酵基質酒醅間存在孔隙是固態發酵的重要特點，但關于酒醅孔隙對白酒風味代謝產物影響的研究卻鮮有報道。對此，引入土壤領域的孔隙度的概念和方法，建立了反映酒醅基質顆粒間孔隙大小的測定方法；結合白酒實際生產情況，分別研究了稻殼添加量和原料粉碎度對酒醅孔隙度的影響；在此基礎上，模擬白酒固態發酵過程，研究了不同孔隙度對白酒風味代謝產物的影響。結果表明，不同孔隙度下的酒醅中風味代謝產物存在明顯差異，在酒醅孔隙度為32.53％時揮發性化合物種類及含量最豐富，同時得到了不同孔隙度下同一類揮發性化合物相對含量以及不同孔隙度下不同揮發性化合物種類數量的變化規律。

關鍵詞：酒醅；孔隙度；揮發性化合物；白酒

白酒作為中國特有的傳統酒種[1]，是中華民族的瑰寶，其在長期發展演變過程中形成了固態發酵的獨特工藝。固態發酵的重要特點是發酵基質酒醅之間存在孔隙，但關于基質中孔隙大小的測定方法及其對白酒風味代謝產物的影響卻未見報道。

孔隙的研究多集中于土壤學、地質學、材料學等研究領域中[2-3]；在土壤學的研究中由于不同大小孔隙的存在導致土壤中的溫度、水分、空氣、以及土壤微生物的生長繁殖都發生了重要的變化。因此，本文借鑒土壤學中的一些研究方法，引入孔隙度的概念，建立測定酒醅孔隙度的方法，對酒醅孔隙度進行量化。并結合白酒的實際生產工藝，研究不同稻殼添加量和原料粉碎度對酒醅孔隙度的影響，進而研究不同孔隙度對白酒風味代謝產物的影響。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1酒醅樣品

以清香型工藝[4]發酵滿28 d的第1輪次酒醅為樣品，取自陶瓷缸的上、中、下3個部位，然后將此3個不同部位的酒醅樣品均勻混合，待測。所用釀酒原料和釀酒用曲為統一市售的高粱及清香型白酒大曲。

1.1.2儀器與設備

6890N-5973i氣相-質譜聯用儀，美國安捷倫公司；PC420固相微萃取儀、固相微萃取柄、萃取頭（藍色），美國Supelco公司；LR20-A高速低溫離心機，北京雷勃爾離心機有限公司；DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海恒科有限公司；ELECTROLUX超聲波萃取儀，北京弘祥隆生物技術有限公司；環刀(100 cm3)，鄭州正科實驗分析儀器有限公司；比重瓶(25 mL)，上海標儀儀器有限公司。

1.2實驗方法

孔隙度是土壤研究領域的概念，又稱土壤孔度，指土壤孔隙容積占土體容積的百分比，其中孔隙容積包含水和空氣所占的容積，孔隙度反映土壤孔隙狀況和松緊程度。

固態發酵是中國白酒的傳統工藝，與液態發酵以液相為連續相不同，固態發酵是以氣相為連續相。因此，研究酒醅孔隙度時，扣除水所占的容積更具有實際意義。因此，對土壤孔隙度的概念進行修正，引入酒醅孔隙度的概念，其定義如下：酒醅孔隙度等于酒醅中氣相（空氣）容積占酒醅容積的百分比。

測定方法：稱取10 g烘干粉碎的酒醅樣品倒入比重瓶中，再注入少量蒸餾水(約為比重瓶的三分之一)，輕輕搖動使水與酒醅樣品混勻，再放在水浴上煮沸，不時搖動比重瓶，以驅除酒醅樣品和水中的空氣。煮沸半小時后取下冷卻，加煮沸后的冷蒸餾水，充滿比重瓶上端的毛細管，在感量為1/1000的天平上稱重，設為B g。將比重瓶內的酒醅倒出，洗凈，然后將煮沸的冷蒸餾水注滿比重瓶，蓋上瓶塞，擦干瓶外水分，稱重為A g。通過公式(1)計算出酒醅的比重。

將已稱重的環刀（刀口端向下）平穩壓入酒醅中，勿左右擺動。在酒醅冒出環刀上端后，挖開周圍酒醅，取出充滿酒醅的環刀，用鋒利的削土刀削去環刀兩端多余的酒醅，使環刀內的酒醅體積恰為環刀的容積。在環刀刀口一端墊上濾紙，并蓋上底蓋，環刀上端蓋上頂蓋，擦去環刀外的酒醅，稱重。在緊靠環刀采樣處，再取酒醅10～15 g測定酒醅含水量(W水），環刀內濕酒醅的體積包括3部分即干酒醅體積、水的體積以及孔隙所占的體積，因此可以根據公式(2)算出酒醅內空隙所占的體積比即孔隙度。

1.3稻殼添加量和原料粉碎度對酒醅孔隙度的影響

分2種方式來設定酒醅的孔隙度，第1種方式以添加稻殼進行隔離，在原料粉碎度為14目的基礎上添加稻殼，稻殼添加量分別為原料重量的0％、10％、20％、30％、40％；第2種方式以不同的粉碎度進行隔離，粉碎度分別為4～6瓣/粒（16目）、6～8瓣/粒（18目）。

1.4酒醅風味代謝產物測定方法[5-7]

1.4.1酒醅樣品中香氣成分的提取

取15 g酒醅樣品于250 mL三角瓶中，加入35 mL去離子水，并用雙層封口膜封口，將三角瓶放置于超聲萃取鍋中，超聲萃取30 min。將上清液轉入50 mL離心管中以6000 r/min離心10 min，用有機相濾膜過濾上清液備用。

1.4.2色譜分析條件

GC條件：色譜柱為DB-Wax。升溫程序為60℃（4 min），再以5℃/min升溫至150℃，保留4 min,再以3℃/min升溫至220℃，保留5 min。進樣口溫度為250℃，載氣為He。

MS條件：電子電離源，離子源溫度230℃，激活電壓1.5 V，電子能量70 eV，質量掃描范圍m/z 30.00～350.00。

2　結果與分析

2.1酒醅孔隙度的測定結果

表1　不同隔離度下的酒醅孔隙度

由表1可知：不同隔離度下的酒醅的含水率基本一致；酒醅比重始終圍繞在1.30左右波動，并趨于一個恒定的數值；隨著稻殼添加量的增加以及粉碎度的減小，酒醅的孔隙度也隨之增大，由此說明酒醅的疏松度越高，其比重不變，但其孔隙度會越大。

2.2不同孔隙度對白酒風味物質的影響

采用固相微萃取的方法對7種不同孔隙度下酒醅中的揮發性化合物進行提取，利用GC-MS的方法對不同孔隙度下的酒醅（表1）中揮發性化合物進行定性分析，結果見表2。

表2　不同孔隙度下酒醅揮發性成分的變化

由表2可以看出，共鑒定出34種揮發性化合物，共包括五大類，其中醇類物質6種、醛類化合物2種、酸類物質5種、酯類物質13種、其他類物質8種（包括3種酚類、2種酮類、1種烯類、1種烷烴類、1種醚類）。而孔隙度為21.37％、25.43％、28.91％、32.53％、37.64％、39.51％、42.37％時揮發性化合物的種類分別為30種、22種、20種、34種、25種、22種、17種，經顯著性方差分析P= 0.002＜0.01，可認為在清香型白酒制作工藝下，不同孔隙度下的酒醅中揮發性成分的種類數量是有差異的。

以不同孔隙度下揮發性化合物平均相對含量為標準，發酵過程中主要揮發性化合物相對含量由高到低為異戊醇、乳酸、4-乙基-2-甲氧基苯酚、乙酸、甲酸、4-乙基苯酚、異丙醚、異丁醇、苯乙醇、乙酸乙酯，其平均相對含量分別為18.42％、13.14％、12.52％、11.37％、9.07％、 4.99％、3.67％、3.00％、2.08％、1.87％。以7種不同孔隙度下揮發性化合物出現次數為標準，主要揮發性物質異戊醇、乳酸、乙酸、正己酸乙酯、乳酸丁酯、苯酚、4-乙基苯酚、4-乙基-2-甲氧基苯酚在各孔隙度下均存在。月桂酸乙酯、苯乙醇因其穩定性相對較低，在各孔隙度下的出現無明顯規律。3-羥基-2-丁酮、亞油酸乙酯只在孔隙度為28.91％和21.37％時存在，而亞油酸乙酯作為一種新型的脂肪酸酯類，其生理功能己逐漸為人們所認同，其具有預防和治療高血壓及動脈粥樣硬化癥、冠心病的作用[8]，這也為白酒具有醫療保健作用提供了理論依據。

在同一孔隙度條件下不同揮發性化合物的相對含量存在明顯差異，孔隙度為32.53％，即稻殼添加量占原料重量10％時揮發性化合物的種類最多，共34種，其中，酯類物質種類最多（共13種），占揮發性化合物總數的38％。在這些酯類物質中乙酸異戊酯、乙酸丙酯、乳酸丁酯、正己酸乙酯相對含量相對較高，分別為1.76％、0.63％、1.14％、2.49％；醇類物質6種，占揮發性化合物種類總數的18％其中異戊醇、苯乙醇、異丁醇相對含量較高，分別為16.09％、7.96％、2.14％；酸類物質5種，占揮發性化合物總數的15％，其中乳酸、乙酸、甲酸的相對含量較高，分別為10.82％、8.56％、8.16％；醛類物質2種，占揮發性化合物總數的6％，其中糠醛相對含量較高，為0.82％；其他類物質8種，占24％，其中酚類物質相對含量較高，為15.91％。

2.3不同孔隙度條件下總揮發性化合物種類數量變化

在整個發酵過程中，揮發性風味物質化合物會經歷一個從無到有，由少到多的變化過程，并且由于隔離方式以及隔離程度的不同，香氣物質的種類與相對含量也存在差異。由表2可以看出，揮發性化合物的種類總體呈現出一個先增后降的趨勢，在孔隙度達到32.53％時揮發性化合物的種類達到最多。在稻殼添加量為10％時總揮發性化合物的種類最多；在粉碎度為4～6瓣/粒與6～8瓣/粒時后者揮發性化合物的種類數量較多，但仍較稻殼添加量為10％時的揮發性化合物種類少，分析原因可能是由于在隔離度為10％稻殼添加量時稻殼的加入使原料之間的隔離更加充分，孔隙度更加適宜酒醅中能量、動量、溫度等物質的傳遞，以及微生物之間的傳遞交流使得微生物區系更加多樣化，風味物質含量更加豐富。

2.4不同孔隙度下各揮發性化合物種類數量的變化

在發酵過程中，隨著孔隙度以及釀酒微生物種類及數量的變化，揮發性化合物的種類及相對含量也發生著變化。醇類、酸類、酚類、酯類的種類較多，而酮類、醚類、烯類、烷烴類、醛類等化合物的種類較少，對種類較多的化合物醇類、酸類、酚類、酯類進一步分析，結果如表2所示，醇類、酸類、酯類物質的種類數隨著孔隙度的變化在一定范圍波動，但總體變化趨勢與相應孔隙度下總的揮發性化合物種類數量變化趨勢一致，都是呈現出一種先增后降的變化趨勢，并于孔隙度32.53％時達到最大值。而酚類物質的種類數并不受孔隙度的影響，分析原因是因為在釀酒原料中存在大量的酚類物質，酚類物質廣泛存在于谷物中，以高粱中含量最高[9-11]；現代研究表明[12]，多酚類物質具有良好的清除自由基的能力，具有抗衰老、抗氧化、抑菌等功效，這也為白酒的保健功效提供了另一有效的理論依據。

2.5不同孔隙度下各揮發性化合物相對含量的變化

由圖1可看出，隨孔隙度的改變酸類物質的相對含量差異非常明顯，而醇類、醛類、酯類物質隨孔隙度的變化相對含量差異并不大；分析原因可能是由于酒醅發酵過程中己酸菌、乳酸菌等一些產酸菌受孔隙度影響較大，并且在孔隙度32.53％時最適宜其生長代謝，因此酸類物質在此孔隙度下相對含量較高，在其他孔隙度下相對含量波動較大。而醇、醛、酯類等物質的產生受孔隙度影響并不明顯，其相對含量在各孔隙度下的波動幅度較小。

圖1　不同孔隙度下各揮發性化合物相對含量的變化

3　結論

本實驗建立了酒醅孔隙度的測定方法，通過測定酒醅的比重、含水率來計算酒醅的孔隙度。由實驗數據可以看出酒醅的比重基本在1.3左右波動并趨于恒定，并且酒醅孔隙度隨著稻殼添加量的增加以及粉碎度的減小而增大。不同大小孔隙的存在使得酒醅在發酵過程中溫度、空氣、微生物之間的傳遞狀態發生改變。通過測定酒醅內部孔隙度的大小以研究不同孔隙度條件下酒醅風味物質之間的差異；后續研究可以圍繞在不同孔隙度條件下微生物[13]之間的差異對白酒風味的影響展開研究。

采用頂空-固相微萃取[14-15](headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME)結合氣相色譜-質譜（GCMS）聯用技術，對2種隔離方式下、7種不同孔隙度下的酒醅進行了揮發性化合物的測定分析，結果顯示，隨著孔隙度的變化，總揮發性化合物、各揮發性化合物（醇、醛、酸、酯）的種類數量呈現出一種先增后減的趨勢，在隔離度為10％稻殼添加量即孔隙度為32.53％時風味物質的種類數量最豐富；酚類物質的種類數量不受孔隙度的影響。揮發性化合物相對含量方面，孔隙度對酸類物質的相對含量影響較大，其在不同孔隙度下的相對含量變化較明顯；而對醇、醛、酯類等揮發性化合物的影響較小，另外少數微量揮發性化合物酮類、烷烴類及烯類物質的種類及相對含量在不同孔隙度下無明顯差異。

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Effects of Fermented Grains Porosity on the Flavoring Substances of Baijiu

CHEN Yao1,2,WANG Deliang2,WANG Xuliang2,SHANG Ke2and JIANG Zhumao1
(1.College of Life Sciences,Yantai University,Yantai,Shandong 264005;2.China National Research Institute of Food &Fermentation Industries,Beijing 100015,China)

Abstract:Solid-state fermentation is the unique technology of Chinese Baijiu production and the pores in fermented grains is one of the important characteristics of solid-state fermentation.Unfortunately,the effects of the pores in fermented grains on liquor flavoring substances are rarely reported.In this study,the concept and the method of porosity in the field of soil were introduced to establish the determination method of the porosity of fermented grains.Combined with real Baijiu production status,the influence of rice husk adding level and the grinding degree of raw materials on the porosity of fermented grains were investigated respectively.On this basis,we simulated the process of solid-state fermentation and studied the effects of different porosity on liquor flavoring substances.The results showed that,there is obvious difference in liquor flavoring substances with different porosity,and the varieties of volatile flavoring substances are the richest and their contents are the highest as the porosity of 32.53％.Meanwhile,the change rules of the relative content of the same flavoring substance,and the change rules of varieties and quantities of different volatile substances in the conditions of different porosity were summed up.

Key words:fermented grains;porosity;volatile compounds;Baijiu

通訊作者：姜竹茂（1962-），男，副教授，研究方向：食品科學技術。

作者簡介：陳耀（1990-），男，在讀研究生，研究方向：食品加工與安全。

收稿日期：2015-11-03

基金項目：中國白酒3C計劃。

中圖分類號：TS262.3；TS261.4；TS261.7

文獻標識碼：A

文章編號：1001-9286（2016）02-0023-04

DOI：10.13746/j.njkj.2015420

優先數字出版時間：2015-12-01；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20151201.1317.005.html。