發酵期間多糧濃香型白酒窖內黃水成分的變化趨勢

郭輝祥 ，余 東，龍遠兵，覃小明，李作洪，文勇兵，王建超

（1.中國生態釀酒產業技術研究院，四川 射洪 629209；2.舍得酒業股份有限公司，四川 射洪 629209）

黃水和糟醅是研究濃香型白酒窖內發酵的兩大物質基礎。較多知名酒企與科研院校已對窖內糟醅的影響及變化展開系列研究和報道[1-7]。然而，直接研究窖內糟醅存在三個缺陷：一是封窖狀態下取糟不便；二是糟醅呈顆粒狀，均質性差，導致批次間取樣差異大；三是頻繁取糟后其微生態環境改變，會影響正常發酵，并對后續批次跟蹤檢測存在持續負面影響。

濃香型黃水成分復雜，既源于入窖糧糟的淋漿水，又源于糟醅發酵新生成的各類代謝物。盡管人們對發酵成熟后出窖黃水的成分及應用進行了大量研究和詳盡分析[8-19]，但未曾涉及發酵過程中黃水成分的變化趨勢。實際上，從入窖到出窖的整個過程，黃水質地都與糟醅發酵、微生物代謝、酒質酒率息息相關。因此本研究采用不同糟層定點跟蹤提取黃水法，在不改變窖內微生態環境前提下對黃水成分進行檢測分析，為解讀多糧濃香型窖內發酵趨勢、調控各風味成分比例的協調性奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃水樣品：舍得酒業窖內；鹽酸（分析純）：成都市科隆化學品有限公司；NaOH、鄰苯二甲酸氫鉀、可溶性淀粉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、葡萄糖（均為分析純）：四川西隴化工有限公司；乙酸、己酸、丁酸、戊酸、辛酸、乳酸乙酯、乙酸乙酯、2-甲基丙醇、3-甲基丁醇、乙醛、糠醛、3-羥基-2-丁酮（均為色譜純）：阿拉丁試劑（上海）有限公司。

1.2 儀器與設備

微型手壓泵：公司自制；PHS-3C型精密pH計：上海精密科學儀器有限公司；79-2磁力加熱攪拌器：常州國華電器有限公司；DZKW-4電熱恒溫水浴鍋：北京中興偉業儀器有限公司；HP 6890氣相色譜（gas chromatography，GC）儀：美國安捷倫有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黃水取樣方法

糟醅入窖時，將直徑8 mm的不銹鋼管同步預埋在待取樣位置。窖內端連接體積約100 mL的貯水器（由孔徑Φ2.0 mm的不銹鋼篩網圍成），窖外端采用橡皮軟管和鋼夾密封。依據窖池實際規格，單窖設計4個黃水取樣點，分別位于距窖底20 cm（底層）、120 cm（中層）、160 cm（上層）的窖心位置，以及距窖底120 cm且距窖墻5 cm（窖邊）的窖邊位置。全窖的拌曲糧糟統一混勻后入窖，并在封窖第1～30天內逐日定時定點抽取黃水樣，取黃水時采用自制專用手壓泵在預埋管的窖外端口處直接抽取，每次先剔除前段200 mL黃水，再取后續500 mL黃水檢測。

采用逐日定點提取黃水樣品時發現，封窖第1～2 d，距窖底20 cm處沒有黃水可取，至第3天才能取出第1個底層黃水樣，第6天才可取到第1個中層黃水樣，第7天取出第1個窖邊黃水，而到第10天才能提取到第1個上層黃水。

1.3.2 黃水常規指標檢測

參照現行DB 34/T 1728—2012《白酒固態發酵黃漿水中常規指標的分析方法》對黃水中的常規指標（酸度（10 mL試樣消耗0.1 mol/L氫氧化鈉標準溶液的毫摩爾數定義為1度）、殘余淀粉含量、殘糖量及酒精度）進行測定[20]。

1.3.3 黃水蒸餾液色譜分析

取100 mL黃水，加入100 mL蒸餾水，經全玻蒸餾接取100 mL餾液，采用GC法測定餾液中醇、醛、酸、酯、酮等成分含量，按黃水取樣時間為序，分析各類成分含量隨發酵時間變化趨勢。GC條件：19091N-133毛細色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；程序升溫：初始溫度為30 ℃，以3 ℃/min升高至120 ℃，然后以6 ℃/min升高至240 ℃；火焰離子檢測器（flame ionization detector，FID），檢測器溫度220 ℃；進樣口溫度200 ℃；載氣為氦氣（He），流速1 mL/min；進樣量0.2 μL/min，不分流進樣。采用內標法定性定量。

2 結果與分析

2.1 黃水殘余淀粉含量及殘糖量測定結果

入窖糟醅的淀粉經液化和糖化后進入黃水中，黃水中殘余淀粉及殘糖量的變化能反饋出淀粉轉化成糖及糖被代謝利用的速率，也即窖內發酵的快慢，其變化結果見圖1。

由圖1可知，同一窖池中不同位置黃水的殘余淀粉含量及殘糖量變化趨勢一致。發酵1～10 d，黃水中殘余淀粉及殘糖量同步急劇下降，分析原因可能是黃水生成后，窖內微生物處于高度活化狀態，淀粉分解即被轉化成糖，而糖也被同步快速轉化成醇與酸；發酵10～20 d，殘余淀粉含量下降緩慢并漸趨平緩，而殘糖量呈先升高后下降再趨平緩的趨勢，此處殘糖量快速回升原因不明朗，也未見報道，有待其他試驗深入探究；發酵60 d時，殘余淀粉含量達10.0～13.5 g/L，殘糖量達2.8～8.3 g/L。

圖1 同窖不同位置黃水殘余淀粉含量（a）及殘糖量（b）的變化Fig.1 Changes of residual starch content (a) and sugar content (b) in Huangshui at different locations in the same pit

2.2 黃水酸度與酒精度的測定結果

發酵期間，窖內黃水酸度及酒精度的變化趨勢見圖2。

由圖2a可知，窖內黃水初始酸度（2.7～2.9）較低，維持約15 d，隨后快速上升，在第40天左右接近峰值（5.0～5.4），然后處于穩定的平衡態，這是因為此時窖內主發酵已完成，大量的酸與醇產生酯化反應，故酸度處于一個相對穩定的狀態。窖池中不同部位黃水的酸度略有差異，越接近窖底的黃水酸度越高，分析其原因有兩方面，一是窖底黃水產生時間最長，二是窖底黃水靠近窖底泥，且與窖泥接觸的比表面積大，而窖泥中存在己酸菌、丁酸菌等大量生酸菌。由圖2b知，窖內發酵5～10 d時，黃水酒精度急劇上升，隨后趨于平緩，發酵至35 d左右達到峰值，發酵45 d后酒精度出現下降趨勢，發酵60 d出窖時，酒精度相較于峰值已下降0.5%vol～1.3%vol。窖內不同位置黃水的酒精度高低為窖底黃水≈中層窖心黃水＞上層窖心黃水＞中層窖邊黃水。

圖2 同窖不同位置黃水酸度（a）及酒精度（b）的變化Fig.2 Changes of acidity (a) and alcohol content (b) of Huangshui at different locations in the same pit

為探究窖內酸與醇的關聯性，對距窖底20 cm處黃水的酸度與酒精度變化趨勢作進一步分析，結果見圖3。

圖3 同窖距窖底20 cm處黃水酸度及酒精度變化的比較Fig.3 Comparison of acidity and alcohol contents change of Huangshui at 20 cm of the bottom in same pit

由圖3可知，窖內黃水的酸度與酒精度均存在一個突然躍升階段，但就同一位置處黃水酸度與酒精度而言，從時間上看存在“先產酒、后生酸”現象，佐證了大量有機酸是經醇氧化而來；同時表明，伴隨發酵時間延長（特別是45 d以后），酒中有機酸增多，酒體口感更醇厚，但產酒數量會適度減少。

2.3 黃水中有機酸含量的變化趨勢

2.3.1 乙酸

由圖4可知，窖內發酵過程中，黃水內乙酸含量有兩個相對恒定階段：第1個階段是糟醅入窖初期（1～15 d），由于黃水快速生成，故其酸度被不斷稀釋而相對恒定；第2個階段是主發酵結束后（發酵時間≥35 d），此時因窖內微環境已成高度厭氧狀態，乙酸生成量減少而相對恒定。發酵60 d黃水的乙酸含量高達2.055～2.585 g/L，表明乙酸是窖內發酵生成的一種主要有機酸。

圖4 同窖不同位置黃水餾液中乙酸含量的變化Fig.4 Changes of acetic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.3.2 己酸

濃香型白酒釀造中，己酸是一種優質酸，有助于己酯的形成。由圖5可知，發酵期間，靠近窖墻泥的黃水中己酸含量較高，且隨著發酵時間的延長逐漸升高，發酵60 d時，己酸含量為1.293 g/L。而其他遠離窖墻泥的黃水中己酸含量相對穩定，且含量較低，發酵60 d時，己酸含量僅為0.098～0.125 g/L，兩者相差近10倍。

圖5 同窖不同位置黃水餾液中己酸含量的變化Fig.5 Changes of hexanoic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

結果表明，底層黃水、中層黃水、上層黃水的取樣點與窖泥的距離均＞20 cm，而窖邊黃水取樣點距窖墻泥僅5 cm，充分說明，發酵時間越長，己酸含量越高，窖泥有助于己酸的形成。

2.3.3 丁酸

由圖6可知，黃水中丁酸的分布及變化趨勢與己酸一致，即靠近窖墻泥的黃水中丁酸含量較高。發酵60 d時，窖邊黃水中丁酸含量達0.701 g/L，而窖心黃水中丁酸含量僅為0.076～0.207 g/L。在整個發酵過程中，丁酸含量隨發酵時間的變化與己酸含量成聯動變化，總體上丁酸含量比同期己酸含量低。

圖6 同窖不同位置黃水餾液中丁酸含量的變化Fig.6 Changes of butyric acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.3.4 戊酸

戊酸是濃香型白酒中的一種優質酸。由圖7可知，黃水中戊酸含量接近丁酸，且含量變化趨勢及量比關系均與己酸和丁酸一致，即靠近窖墻泥處黃水中戊酸含量最高，發酵60 d時，戊酸含量達0.099 g/L，而窖心黃水中戊酸含量僅為0.009～0.023 g/L，且靠近窖泥的黃水中戊酸含量隨發酵時間延長而持續增加。

圖7 同窖不同位置黃水餾液中戊酸含量的變化Fig.7 Changes of pentanoic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.3.5 辛酸

由圖8可知，黃水中辛酸含量非常低，在發酵過程中，辛酸含量變化趨勢與其他有機酸明顯不同，呈現前期急升、后期緩降趨勢，且靠近窖墻泥處黃水中的辛酸含量最低，表明辛酸生成與窖泥無必然聯系。

為比較同一窖池內，各有機酸在發酵過程中的各個不同時間點相對含量的大小，遂以前述窖內黃水在不同時間點對應的最大值作相對曲線，結果見圖9。

圖8 同窖不同位置黃水餾液中辛酸含量的變化Fig.8 Changes of caprylic acid contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

圖9 同一窖內黃水餾液中不同時間點各有機酸含量極值比較Fig.9 Comparison of maximum value of organic acid contents in Huangshui distillate in the same pit at different time points

由圖9可知，不管窖內哪個階段，黃水中乙酸含量最高，窖內主發酵結束后，乙酸含量趨于穩定，則窖內酸度總體趨于恒定，故生產過程中控酸主要是控乙酸。因靠近窖泥處黃水中己酸、丁酸、戊酸等隨發酵期延長而持續增加，可見適度延長發酵期有利于酒體的豐滿醇厚。

2.4 黃水中酯類物質含量的變化

濃香型白酒中四大乙酯為乙酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯，因黃水全玻蒸餾液的色譜分析中，未能有效檢測出己酸乙酯和丁酸乙酯，故僅對乳酸乙酯和乙酸乙酯作趨勢分析，結果見圖10。

由圖10a可知，乳酸乙酯主要產生于窖內發酵的頂溫階段（15～30 d），峰值達1.355～2.003 g/L。待主發酵結束后，黃水中乳酸乙酯含量維持在相對恒定狀態，且窖邊黃水和上層黃水中乳酸乙酯含量相對較低，反饋出乳酸乙酯的形成似與發酵溫度正相關。由圖10b可知，黃水中乙酸乙酯含量比乳酯乙酯低，峰值為0.175～0.228 g/L，僅為乳酸乙酯含量的1/10。就增長速率曲線而言，乙酸乙酯比乳酸乙酯更平緩，且窖內不同位置處黃水中乙酸乙酯含量差異不明顯。同時，在發酵后期，窖邊黃水中的乙酸乙酯含量相對較低。

圖10 同窖不同位置黃水餾液中乳酸乙酯（a）及乙酸乙酯（b）含量的變化Fig.10 Changes of ethyllactate (a) and ethyl acetate (b) contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

2.5 黃水中雜醇油含量的變化

圖11 同窖不同位置黃水餾液中雜醇油含量的變化Fig.11 Changes of fusel oil contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

從黃水取樣時窖內黃水高度隨時間變化可知，發酵10 d時黃水已全部形成。由圖11可知，此時異丁醇含量為0.005～0.006 g/L，異戊醇含量為0.011～0.017 g/L，均達到峰值，隨后異丁醇維持在相對恒定狀態，且窖中不同部位的含量差異不明顯，而異戊醇含量在達到峰值后即開始緩慢下降，且不同位置的含量持續存在差異。異丁醇和異戊醇屬于雜醇油，都具有一定苦味，從其在黃水中的含量變化趨勢看，適度延長發酵期，有利于縮減雜醇油含量，從而降低酒體苦味。

2.6 黃水中醛酮類物質含量的變化

由圖12a可知，在窖內產黃水階段，乙醛含量有一個快速上升、快速下降過程，表明乙醛主要產生在窖內升溫階段，而因其具有揮發性和強還原性，伴隨發酵期延長而被溢出和氧化。由圖12b可知，黃水中的初始糠醛，源自續糟殘留，在黃水生成期伴隨黃水大量生成而被快速稀釋。隨后由于糟醅酸度增加，有助于糠醛形成，故在主發酵（約30 d）之后，糠醛含量隨著發酵期延長而略呈上升趨勢，但其含量很小，接近痕量。與圖2b比較發現，糠醛餾出系數與酒精度呈負相關，即酒精度越低，糠醛餾出量越高。

圖12 同窖不同位置黃水餾液中乙醛（a）與糠醛（b）含量的變化Fig.12 Changes of acetaldehyde (a) and furfural (b) contents in Huangshui distillate at different locations in the same pit

3-羥基-2-丁酮在酒中具有奶油、脂肪香氣。由圖13可知，其含量在黃水中存在一個急速升高、急速下降的過程，具有極高而突兀的峰值，并最終形成微量狀態。而且，不管是窖內哪個部位的黃水，按照取黃水樣時該位置黃水產生的時間計（底層第3天，中層第6天，上層第10天），只要是黃水剛形成時，就會重復上述現象，其原因有待深入研究。

圖13 同窖不同位置黃水餾液中3-羥基-2-丁酮含量變化Fig.13 Change trend of 3-hydroxy-2-butanone in yellow water distillate at different locations in same cellar

3 結論

黃水中殘余淀粉含量及殘糖量隨發酵時間延長而急降，20 d后趨于平緩；酒精度及酸度先升高后趨于平緩，發酵35～45 d時，酒精度及酸度最高，分別達6%vol～8%vol、4.8～5.6，總體呈先產酒后生酸狀態；黃水有機酸中乙酸含量最高，達2.0～2.8 g/L，丁酸、己酸、戊酸含量的變化趨勢一致，且生成量與窖泥呈正相關，辛酸含量最低；黃水中乳酸乙酯、乙酸乙酯大量產生于主發酵期階段，發酵10 d時，異丁醇與異戊醇均達最高，然后異戊醇緩慢下降而異丁醇相對恒定；無論含量高低，糠醛、乙醛、3-羥基-2-丁酮等均在第5～8天達到最高，隨后急劇下降。可見，正確控制發酵期長短，不僅關聯出酒率，還有助于基酒中各風味成分的協調。