前處理工藝對白酒原料淀粉利用率的影響

張彩飛，張陽陽，尉曉東，張福艷，張煜行，黃時海*，韓興林

1(廣西大學(xué)，廣西 南寧，530004) 2(衡水老白干酒業(yè)股份有限公司，河北 衡水，053000) 3(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京，100015)

白酒生產(chǎn)是采用邊糖化邊發(fā)酵的工藝，它主要依靠曲中的糖化酶對原料中的淀粉進(jìn)行糖化，得到以葡萄糖為主的低分子糖類供酵母發(fā)酵。由于曲的糖化力低，再加上在漫長的發(fā)酵過程中糖化力不斷失活，因此，白酒發(fā)酵并不能充分利用原料中的淀粉，原料利用率較低，酒糟產(chǎn)出較多。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國白酒行業(yè)每年會產(chǎn)生3 000萬t的白酒丟糟[1]，白酒丟糟含有豐富的營養(yǎng)成分(10%～13%的粗淀粉，10%～16%的粗蛋白，3.83%～8.04%的粗脂肪等)[2]，且酸度大，水分含量高，若隨意丟棄或焚燒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。若能將其利用，既解決了環(huán)境污染問題，又可以降低生產(chǎn)成本。

雖然白酒工藝越來越成熟，但但仍有一些限制因素影響著白酒的生產(chǎn)，例如：糧水比、潤糧時間、蒸糧時間等對高粱的糊化有影響，冷卻水的添加量對后期的發(fā)酵有影響。張習(xí)軍等通過對不同蒸煮工藝的探究得出蒸煮工藝與大米種類對淀粉的消化性能有很大影響，尤其是長時間的高壓強(qiáng)蒸煮[2]；方軍通過對潤糧工藝做了研究得出熱水溫控制在60～80 ℃最好，而且隨著熱水的增加，糊化的效果也越來越好[3]。本文就原料前處理工藝對淀粉利用率的影響進(jìn)行初步研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱,黑龍江省農(nóng)科院; 中溫大曲,北京牛欄山酒廠; 稻殼,北京牛欄山酒廠; 甲基紅,濟(jì)寧華凱樹脂; HCl,山西同杰化學(xué)試劑; NaOH, 濟(jì)寧宏偉化工有限公司; CuSO4,濟(jì)寧佰一化工有限公司; 亞甲基藍(lán),鄭州潤杰化工產(chǎn)品有限公司; 酒石酸鉀鈉, 廊坊鵬彩精細(xì)化工有限公司; 亞鐵氰化鉀,上海琳帝化工有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 設(shè)備

電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；恒溫培養(yǎng)箱，上海姚氏儀器設(shè)備廠；家用蒸餾酒裝置，釀酒之家；粉碎機(jī)，永昌藥化機(jī)械有限公司；滅菌鍋，上海復(fù)昌科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

稱取粉碎好的500 g高粱加入一定量85 ℃熱水潤糧過夜，第2天將高粱進(jìn)行蒸煮，蒸煮一段時間后，添加冷卻水,待溫度降到25～30 ℃時，添加大曲，將曲和料拌勻后，裝入罐內(nèi)密封發(fā)酵22 d。 工藝流程如圖1所示。

圖1 白酒釀造工藝流程Fig.1 The process of Baijiu brewing

1.3.2 淀粉的測定

借鑒馬群[4]的方法，按公式(1)計算淀粉利用率。

式中：W1,入缸前淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;W2,發(fā)酵后淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù),%。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計

在確定的發(fā)酵工藝條件下，分別對熱水添加量、潤糧時間、蒸糧時間、冷卻水添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.4 正交試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計

以糧水比、潤糧時間、蒸糧時間、冷卻水的添加量為主要考察因素,以測得的淀粉利用率為主要考察指標(biāo),根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計因素水平如表1所示，選用L9(34)正交表。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 The level factor table of orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 糧水比對淀粉利用的影響

其他條件相同時，分別添加不同量的熱水進(jìn)行潤糧，發(fā)酵后淀粉利用率結(jié)果如圖2所示，潤糧時加水量少，淀粉不易蒸熟糊化，出甑時部分糧食出現(xiàn)生心，沒有熟透，不利于后期糖化發(fā)酵。潤糧時加足夠量的水，有利于更好的糊化。但隨著熱水用量的增加，糧食吸收的水分也會慢慢趨于平穩(wěn)，而過量的水會造成糧食糊化過度，蒸餾后的糟醅成團(tuán)、顯膩，不利于后期的糖化發(fā)酵。所以，熱水用量多少合適，要視糧食的含水量以及工藝來確定。

圖2 熱水添加量對淀粉利用率的影響Fig.2 The effect of hot water addition on starch utilization

2.2 潤糧時間對淀粉利用的影響

在白酒生產(chǎn)工藝中，潤糧亦稱潤料，是指釀酒原料在蒸煮前進(jìn)行潤水，使原料均勻吸收一定量水分的操作。其他條件一定時, 考察潤糧時間對淀粉利用的影響,結(jié)果如圖3。在相同的熱水用量下，隨著潤糧時間的升高，淀粉利用率呈現(xiàn)增大的趨勢。在潤糧時間為24 h以下時，淀粉利用率隨著時間變化而增大，而在24 h以上時隨著潤糧時間的增加，淀粉利用率變化趨于平穩(wěn)或有一點(diǎn)點(diǎn)降低。可能隨著潤糧時間的增加，糧食吸水量過大，導(dǎo)致蒸煮后的黏度過高，高粱成團(tuán)，使得大曲中的微生物很難利用里面的淀粉，不利于大曲后期發(fā)酵利用。潤糧時間較低時，隨著潤糧時間的增加，糧食的吸水量也在增加，糧食中部分淀粉分子破裂，吸收到內(nèi)部的水分量也就相對要多些，所以糊化率就要高一些，以至后期發(fā)酵可利用淀粉就越多。

圖3 潤糧時間對淀粉利用率的影響Fig.3 The effect of dipping time on starch utilization

2.3 蒸糧時間對淀粉利用的影響

條件一定時，蒸煮時間對淀粉利用的影響如圖4，結(jié)果表明蒸煮時間越長，高粱淀粉糊化的越好，以至于后期被大曲糖化發(fā)酵利用的也越多，蒸煮時間超過100 min后，淀粉的利用率不升反降，這是由于蒸煮過透，以至于淀粉黏稠，使得后期大曲難以發(fā)酵利用。100 min前隨著蒸煮時間增加，淀粉的利用率也增加，100 min達(dá)到淀粉最大的利用率，但100 min后，淀粉利用率變化就沒那么明顯了，這說明隨著蒸煮時間的增加，淀粉已經(jīng)達(dá)到了一定的糊化度。之后淀粉利用率降低，那是由于糧食糊化過度，蒸餾后的高粱成團(tuán)黏性較大，不利于大曲后期發(fā)酵利用。

圖4 蒸糧時間對淀粉利用率的影響Fig.4 The effect of steaming time on starch utilization

2.4 冷卻水添加量對淀粉利用的影響

在相同的條件下，投入冷卻水，水溫控制在30 ℃，冷卻水添加過少，達(dá)不到冷卻效果，同時也達(dá)不到大曲需要的水分，冷卻水添加過量，會造成入池水分過大，酒糟易生酸，使得大曲的活力太低，以至淀粉利用率的降低。

如圖5所示,隨冷卻水添加量的增加，淀粉利用率增加。當(dāng)冷卻水添加量達(dá)到30%后，對淀粉利用率的提高不明顯，甚至降低。這可能是由于水的添加導(dǎo)致大曲中的微生物很難利用氧氣進(jìn)行增殖，導(dǎo)致淀粉利用率隨之降低。從圖5可以看出,一旦水的添加量達(dá)到平衡后，再增大水的添加量，淀粉的利用率變化不明顯，反而會稍微降低，所以30%是一個平衡點(diǎn)。

圖5 冷卻水添加量對淀粉利用的影響Fig.5 The effect of cooling water on starch utilization

2.5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

通過對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，可知對淀粉利用率影響的因素關(guān)系是：糧水比>蒸糧時間>潤糧時間>冷卻水添加量。其中糧水比對實(shí)驗(yàn)影響最大，極差為0.27，糧水比為60%時淀粉利用率最高，這與單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相符的。其次是蒸糧時間，極差值為0.21，單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)相應(yīng)證，最佳時間為100 min，這說明了充分的蒸煮時間可以使得高粱得到更好的糊化，但是由于白酒生產(chǎn)的特殊工藝——老五甑，所以生產(chǎn)上選擇蒸糧時間為80 min。潤糧時間的極差值為0.17，隨著潤糧時間的增長，淀粉利用率有上升趨勢，與單因素實(shí)驗(yàn)有所違背，可能是實(shí)驗(yàn)中其他因素造成的。單因素試驗(yàn)表明，潤糧時間越長，淀粉的利用率會呈現(xiàn)降低的趨勢，但這種趨勢并不明顯，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，潤糧時間選取24 h為優(yōu)。極差最小的是冷卻水的添加量，單因素試驗(yàn)顯示隨著冷卻水的添加，淀粉利用率也在增加，一旦冷卻水添加超過一定量，淀粉利用率就不再增加，而且會受到抑制,因此根據(jù)生產(chǎn)所需選擇最優(yōu)冷卻水添加量為30%。

方差分析結(jié)果見表3。針對正交試驗(yàn)的實(shí)際測定結(jié)果，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，因素A、B、C、D的F值

表2 試驗(yàn)結(jié)果與計算Table 2 Experimental results and calculations

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

注：F0.25(2,2)=3，F(xiàn)0.10(2,2)=9，F(xiàn)0.05(2,2)=19，F(xiàn)0.01(2,2)=99

3 討論

本研究將對白酒生產(chǎn)中前處理工藝的幾個因素進(jìn)行單因素以及正交試驗(yàn)，目的是為白酒生產(chǎn)過程提高原料淀粉利用率提供參考，得出以下結(jié)論：

(1)在白酒生產(chǎn)中，糧水比、潤糧時間、蒸糧時間、冷卻水添加量對原料的淀粉利用率及白酒品質(zhì)都有影響。

(2)影響淀粉利用率的前處理工藝因素大小為:糧水比>蒸糧時間>潤糧時間>冷卻水的添加量。優(yōu)化的前處理工藝的最佳條件為: 糧水比為60%，蒸糧時間80 min，潤糧時間為24 h，冷卻水的添加量為30%。