機械化與手工釀造方式下酒糟品質與香氣成分初步分析

王軒，周健*，明紅梅，張宿義，李德林，羅杰，俞飛

1(四川輕化工大學 生物工程學院，四川 自貢,643000) 2(瀘州老窖股份有限公司，四川 瀘州,646000)

瀘型酒是濃香型白酒的典型代表，是以泥窖為發酵容器、中溫大曲作為糖化發酵劑、高粱等谷物作為釀酒原料，經續糟配料、開放式操作生產、多菌密閉共酵、常壓固態甑桶蒸餾和陳釀勾兌等釀制工藝釀造而成的，以己酸乙酯為主體香味物質的白酒[1]。在傳統濃香型白酒釀造中，多數生產活動屬于人力生產，其勞動強度大，生產效率低，并且釀造環境衛生條件與食品生產環境要求差距較大[2]。近年來，伴隨著生產成本不斷攀升，能源短缺的形勢也越嚴重，因此，白酒產業急需轉型升級，提高釀造環節中機械化程度，節省人力和時間，對于白酒企業提高效率和降低生產成本具有重要意義。

隨著機械化釀酒設備的應用和普及，濃香型白酒生產的機械化程度也越來越高。目前研究表明，在濃香型白酒生產中，機械化配料可以替代手工配料[3-4]；機械裝甑與人工裝甑的酒糟比較，出酒率無顯著差異，機械裝甑的優級酒比例以及己酸乙酯提取率均優于手工裝甑[5-6]；而攤晾機的使用，可以使其入窖糟醅的穩定性優于地攤晾和攤晾床[7]。但是到目前為止，還缺少針對機械與手工2種釀造方式下各生產環節中酒糟理化指標系統性分析，以及這2種釀造方式下酒糟風味物質變化探究。

在已有研究基礎上，本文對機械與手工2種釀造方式下，各生產環節中酒糟理化指標和風味物質變化規律及差異性進行研究，從而為濃香型白酒機械化釀造找到實驗依據，為進一步改進機械化釀酒工藝和提升基酒品質奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

樣本：酒糟，某酒企；取樣：2種釀造方式均按照濃香型白酒生產工藝要求來進行生產，機械釀造在潤糧、拌料、上甑和打量水環節均采用機械設備；手工釀造在潤糧、拌料、上甑和打量水環節均由人工操作；攤晾、下曲均為一體式機械設備；機械釀造車間窖池修建于1970～1980年，手工釀造車間窖池修建自清末民初。2個車間各選1口正常發酵的窖池，取目的窖池酒糟在出甑、打量水、攤晾和下曲入窖環節中的樣本，待入窖發酵45 d后開窖，取出窖、拌料上甑和出甑環節中的酒糟樣本。取樣信息見表1。

表1 取樣信息表Table 1 Sampling information table

1.2 實驗試劑

葡萄糖、酒石酸鉀鈉、NaOH、酚酞、重鉻酸鉀、無水乙醇、CH2Cl2等,均為分析純，成都市科龍化工試劑廠；2-辛醇,色譜純,成都艾科達化學試劑有限公司。

1.3 儀器與設備

DHG-9240電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；CP114電子天平、STO210 pH計，奧豪斯儀器(上海)有限公司；EV2424ST干式氮吹儀，德國WIGGENS公司；Agligent 6890 N-5975B氣相色譜-質譜聯用儀，美國安捷倫公司。

1.4 實驗方法

1.4.1 酒糟理化指標測定

對酒糟樣本理化指標中水分含量、酸度濃度、淀粉濃度和酒精度進行測定，參考文獻[1,8]，其中水分含量測定采用常壓105 ℃烘箱干燥法；酸度采用酸堿滴定法；酒精度采用重鉻酸鉀氧化法；淀粉濃度測定采用斐林試劑法。各數據均為目的窖池對應樣本3次檢測的平均值。

1.4.2 酒糟揮發性風味物質的定性與半定量分析

酒糟前處理：稱取10 g酒糟，研磨后裝入50 mL離心管中，加入CH2Cl220 mL，恒溫超聲振蕩20 min，重復該步驟3次，收集萃取液后加入50 μL質量濃度為1.97 mg/mL的內標2-辛醇和5 g無水Na2SO4，4 ℃靜置12 h去除水分。將萃取液用旋轉蒸發儀低溫濃縮至5 mL，再氮吹至1 mL，用0.22 μm有機相濾器過濾后直接進樣。氣相色譜與質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)條件參考文獻[9]。

定性與半定量分析：檢出揮發性組分物質的質譜圖，通過與標準譜庫(NIST05a.L和RTLPEST3.L)對比鑒定，為保證實驗結果的可靠性和有效性，結合匹配度>90%、特征離子及輔助人工圖譜解析來進行定性分析。采用內標法對各風味物質進行計算，得到的各物質的量為內標的相對含量[10]。

1.4.3 酒糟特征香氣成分分析

采用香氣活度值(odor activity value,OAV)表征酒糟中香氣化合物對主體香氣成分的貢獻，當OAV>1時，推測該香氣成分對樣品香氣的直接貢獻和影響較大[9]。

1.4.4 數據處理

采用SPSS 23.0軟件進行統計和方差分析，顯著性界值P<0.05，從而判斷數據差異；數據圖采用Origin繪制。

2 結果與分析

2.1 酒糟理化指標分析

將酒糟樣本進行理化檢測分析后，結果見圖1。

在濃香型白酒生產中，控制適宜的入窖工藝參數，如水分含量、酸度濃度和淀粉濃度是生產的關鍵點之一[4]。水是釀酒生產活動的必須條件之一，2種生產方式下酒糟通過打量水后水分含量顯著增加，其中手工釀造和機械釀造酒糟在打量水環節時水分質量分數分別為61.72%和55.88%，兩者差異顯著(P<0.05)，通過攤晾、下曲后水分含量有所降低。由瀘型酒技藝大全可知，酒糟在入窖時水分質量分數控制在52%～56%[1]。手工釀造和機械釀造酒糟在入窖時水分質量分數分別為57.20%和52.91%，出窖時水分質量分數分別為62.31%和59.33%，兩者差異顯著(P<0.05)。

a-水分;b-酸度;c-淀粉;d-酒精度圖1 各生產操作環節酒糟理化指標Fig.1 Physical and chemical indexes of distiller’s grain in all production and operation links 注：不同操作環節中小寫字母不同表示差異顯著；相同操作環節大寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

適當酸度可以抑制雜菌生長，有利于糊化、糖化作用，由瀘型酒技藝大全可知,酒糟入窖酸度控制在1.2～1.9 mmol/10 g[1]。2種生產方式下，手工釀造和機械釀造中酒糟入窖酸度濃度分別為1.92和1.83 mmol/10 g；隨著發酵結束，出窖時酸度濃度顯著增加，分別為3.43和3.18 mmol/10 g，兩者差異顯著(P<0.05)。通過拌料后酸度分別為2.47和2.32 mmol/10 g，分別下降了27.99%和27.04%，蒸餾后與出窖酒糟相比下降了42.86%和40.56%。

淀粉提供微生物營養成分和發酵能量，入窖淀粉質量分數應在16%～22%[1]。手工釀造和機械釀造中酒糟入窖淀粉質量分數為18.14%和17.83%；出窖時酒糟殘淀粉質量分數分別為10.91%和11.44%，兩者差異顯著(P<0.05)。

發酵質量好的酒糟出窖時酒精度應在4%～6%[1]。手工釀造和機械釀造入窖酒糟酒精度積分數為0.05%和0.03%；隨著發酵結束，其出窖酒糟中酒精度分別為5.14%和4.49%，兩者差異顯著(P<0.05)；出窖酒糟通過拌料后酒精度分別為3.44%和3.02%，分別下降了33.07%和32.74%。

通過對2種生產方式各環節中酒糟理化指標分析后，可以看出機械釀造中入窖酒糟均在規定參數范圍內，手工釀造下入窖水分含量與酸度濃度略高于參數范圍，可能是工人師傅操作和拌料不均勻導致[3,11]。在2種生產方式中，入窖時水分含量存在顯著差異外，酸度濃度、淀粉濃度和酒精度無顯著差異(P>0.05)；出窖時酒糟水分含量、酸度、淀粉濃度和酒精度均存在顯著性差異(P<0.05)。其中，出窖時酒糟的酸度濃度、淀粉濃度和酒精度與李喆等[12]得出的結論一致，可能由于手工釀造窖池的窖齡更長，窖池中的微生物更加適應釀造過程，酒糟的理化特性也更加有利于釀酒微生物生長代謝以及物質交換。

2.2 酒糟揮發性風味物質分析

酒糟各操作環節揮發性風味物質定性與半定量分析結果如表2和圖2所示。

表2 酒糟各操作環節中揮發性成分變化 單位：mg/kg

結合圖2和表2，在各操作環節酒糟中共檢測出52種風味物質，其中酯類物質22種，醇類物質10種，酸類物質11種，其他9種；各操作環節中，出甑酒糟入窖前，除打量水環節外，攤晾和下曲入窖環節酒糟風味物質種類及含量變化不明顯；隨著發酵結束，出窖酒糟中風味物質種類最多、含量最為豐富，而在拌料上甑和出甑操作環節時逐漸減少。

a-機械化釀造;b-手工釀造圖2 酒糟風味物質種類及含量圖Fig.2 Variety and content of flavor substances in distiller’s grain

酯類化合物是檢測到的種類和含量最多的一類揮發性風味物質。在檢測到的酯類物質中，乙酯類不僅種類多而且含量高，主要由醇類物質與脂肪酸酯化產生，與酵母種類和酶活力等密切相關[13]。尹婉嬙等[14]研究表明，濃香型白酒中丁酸乙酯與己酸乙酯的比例<0.1，可以認為其酒體協調。在本次檢測中，2種釀造方式的出窖酒糟中丁酸乙酯與己酸乙酯的比例<0.1。各操作環節酯類物質中含量較高的是亞油酸乙酯、油酸乙酯，具有鮮花香氣，其中亞油酸乙酯還具有降低膽固醇和血脂的作用，這為白酒具有保健作用提供了理論依據[15]。

酸類化合物在窖池發酵過程中產生。酒糟中含量最高的為乙酸、棕櫚酸和己酸。在酒糟入窖后，窖泥中厭氧微生物不斷遷移至酒糟中，從而逐漸影響酒糟中有機酸和風味物質的代謝[16]。雷光電等[17]研究表明，酒糟越靠近窖泥，功能菌數量越多。DING等[18]對不同窖齡窖泥微生物研究表明，隨著窖齡增加，微生物不斷馴化，逐漸以梭菌占主導地位，并且產甲烷古菌與梭狀芽孢桿菌科微生物之間的協同關系和種間電子傳遞，可以促進梭菌科微生物的生長。研究表明，梭菌科微生物能將有機質轉化為酸類物質，例如丁酸和己酸，從而促進丁酸乙酯和己酸乙酯的生成[19]。

酒糟中醇類物質主要由微生物對原料中的糖和氨基酸的降解產生，是酒體中微量香味物質的基本組成部分[20]。醇類物質中測得含量較高的為2,3-丁二醇、1,2-丙二醇和苯乙醇，具有一定的果香、奶香和玫瑰花香。在各操作環節酒糟風味物質中還檢測出3-羥基-2-丁酮、糠醛等物質。研究表明，3-羥基-2-丁酮可由雙乙酰還原得到，同時也有學者推測3-羥基-2-丁酮可以作為酒體風味物質的前體物質，與其他代謝物共同作用生成特征風味物質，如可能生成四甲基吡嗪[20-21]。糠醛在入窖前被檢測出，但在出窖時未檢測到，與周新虎等[22]研究較為一致。

總體來看，對2種釀造方式各操作環節中酒糟揮發性風味物質進行比較，其種類和含量變化趨勢基本一致，其中，出窖酒糟有39種共有風味物質，但手工釀造和機械釀造中出窖酒糟較入窖時風味物質總質量分數增長率存在明顯區別，分別為153.17%和108.95%。可能由于窖池差異，窖池窖齡越老越利于微生物的積累與馴化，促進風味物質的代謝產生[12]。同時，本次檢測到的出窖酒糟風味物質種類及含量與文獻[9,21,23]報道有一定差異，可能是受生產方式、檢測方法[23]和釀造地域等因素[24]影響。

2.3 OAV分析

為了確定香氣物質對酒糟的影響，對這些物質進行OAV計算，結果如表3所示。將OAV>1的香氣物質確定為酒糟的香氣特征貢獻組分，OAV值越大說明對整體香氣貢獻越大[9]。由表3可知，2種方式下出窖酒糟OAV>100的有己酸乙酯、辛酸乙酯、亞油酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯和3-羥基-2-丁酮；OAV>10的有己酸、丁酸、戊酸乙酯、丁酸乙酯和戊酸；OAV>1的有己酸丁酯、己酸己酯、正己醇、糠醇、乙酸和辛酸，這些物質也是文獻[25-27]報道濃香型白酒典型風味物質。己酸乙酯是濃香型白酒的主體香氣物質，本次出窖酒糟中OAV最大的也是己酸乙酯，且手工釀造出窖糟的己酸乙酯含量高于機械釀造。有研究表明，己酸乙酯含量與窖泥窖齡呈正相關，并且窖泥中己酸菌、丁酸菌等數量隨著窖齡的增加而增加[28-29]。結合表2與表3可知，2種釀造方式下出窖酒糟中濃香型白酒典型特征風味物質種類基本相同，但手工釀造酒糟的風味物質總含量高于機械釀造，可能是受窖齡影響所致[30]。

表3 各操作環節中酒糟OAV>1的香氣物質Table 3 Aroma substances with OAV>1 in each operation

3 結論

本研究對2種釀造方式下各生產環節中酒糟的理化指標及風味物質進行檢測，機械化釀造方式下入窖酒糟各指標符合生產工藝要求，由于手工釀造中上甑、打量水等均由人工操作，可能導致入窖水分含量、酸度濃度略高于規定參數范圍。2種釀造方式各生產環節中出窖酒糟物質種類最多、含量達到最大值。通過GC-MS檢測與OAV分析，2種釀造方式下出窖酒糟中典型特征風味物質種類較為相似，但其出窖酒糟的風味物質含量有較大差別，手工釀造酒糟的風味物質總含量高于機械釀造，窖齡不同可能是導致這一差別的主要原因。后續還需對2種釀造方式下基酒出酒率以及風味物質進行探究，進一步解析基酒品質與釀造方式的相關性。