整粒高粱投料濃香型白酒糟醅超長發酵及回酒蒸餾研究

李夢婷，許德富，*，敖宗華，羅惠波，明紅梅

（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）

中國白酒是以糧谷為主要原料，以大曲、小曲或麩曲等為糖化發酵劑，經蒸煮、糖化、發酵、蒸餾而成的飲料酒，它歷史悠長，是世界六大蒸餾酒之一[1-2]。與世界其他國家的蒸餾酒相比，中國白酒獨具風格，具有豐富的不可比擬的風味，它的獨特工藝是千百年來我國勞動人民生產經驗的總結和智慧的結晶。中國白酒主要由水、乙醇和微量成分構成，其中水和乙醇占98%左右，微量成分物質約占2%[3-4]。微量成分決定著白酒的品質與風格，是中國白酒的靈魂所在。因此，提高白酒中微量成分的種類及含量從而提升白酒的綜合品質是近年來白酒領域研究的熱點。

濃香型白酒釀造工藝的基本特點是“泥窖固態發酵、續糟配料、混蒸混燒”，特殊的工藝特點促成了其“窖香濃郁，綿軟甘冽，香味協調，尾凈余長”的酒體特征。固態法釀造生產中，延長濃香白酒釀造的發酵期能使糟醅更加完全的進行酯化反應以達到更好的生香效果，因而對濃香型白酒進行工藝優化調控就顯得尤為重要。整粒高粱投料進入糟醅體系，使其養料緩慢釋放，保障發酵期延長至360 d的持續養料供給，結合回酒發酵及回酒蒸餾工藝釀造的濃香型原酒具有乙酸、己酸乙酯含量突出，濃香正氣，窖香優雅，酒體醇厚綿甜等特點。

本研究通過跟蹤研究上述糟醅發酵過程中理化指標和風味物質的動態變化，探究回酒蒸餾對風味物質的提取，解析濃香型白酒釀造機理，以期為濃香型白酒釀造的高質量發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱：瀘州市宏興糧貿有限責任公司；試驗窖池、糟醅樣品及酒樣：瀘州某酒莊提供。實驗糟醅樣品取自瀘州某酒莊57號窖池。

氫氧化鈉（分析純）：重慶川東化工集團有限公司；葡萄糖（分析純）：天津市科密歐化學試劑有限公司；五水合硫酸銅：成都市科龍化工試劑廠；四水合酒石酸鉀鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸（分析純）：重慶川東化工集團有限公司。

1.2 儀器與設備

CP-214分析天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司；101-0413電熱鼓風干燥箱：北京中興偉業有限公司；DL-1電子萬用爐：北京市永光明醫療儀器有限公司；6890-5975氣相色譜-質譜聯用儀（gas chromatography-mass spectrometery，GC-MS）：美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 濃香型白酒的生產工藝流程與操作要點

操作要點：將整粒糯紅高粱放在甑桶中，加熱水（80～90 ℃）浸泡24 h，水位超過糧面15 cm，讓整粒高粱充分吸水膨化后，放水瀝干，出甑后置于晾堂上攤凉至（35±5）℃，添加質量為高粱質量10%的麩皮，攪拌均勻后收堆為圓錐狀堆砌于晾堂上，堆心溫度達（50±5）℃培菌發酵72 h；培菌結束后的高粱糟醅拌和上輪蒸酒酒糟（出甑后置于晾堂上攤凉至（35±5）℃），繼續收堆為圓錐堆狀，進行二次培菌發酵，堆心溫度達（50±5）℃培菌72 h后轉入泥窖密封發酵360 d；出窖糟醅按每甑添加3%的熟糠，拌和均勻作為上甑糟，再將上甑糟以探汽上甑方式上甑，上甑結束蓋盤后，開啟冰桶冷卻水，采用除頭截尾、量質摘酒方式獲得原酒。

1.3.2 取樣方法

入窖后從第0天開始，每隔10 d采集糟醅樣品（0 d、10 d、20 d、30 d…350 d、360 d，共37個樣品，依次標記為1～37號）。取樣方法參考文獻[5]的方法，采集的糟醅樣品置于-20 ℃條件下保存備用。

發酵結束后，對整粒高粱糟醅進行回酒蒸餾取酒，并選擇傳統濃香型釀造工藝流程釀造、蒸餾的酒樣作為對比酒樣，并對試驗酒樣和對照酒樣進行理化、色譜檢測。

1.3.3 測定方法

（1）糟醅理化指標檢測方法

糟醅淀粉含量、還原糖含量：采用菲林試劑法測定[6]；糟醅酸度：采用酸堿中和滴定法測定[6]：糟醅水分含量：采用恒溫烘干法測定[6]。

水分、酸度、淀粉和還原糖的變化量=發酵過程中各指標每個發酵時間點檢測值-各指標初始值。

（2）GC-MS風味物質檢測方法

待測樣品前處理：稱取200 g糟醅，加入蒸餾水390 mL、體積分數95%的乙醇溶液110 mL，常壓條件下進行蒸餾，取餾出液200 mL，待測。

色譜條件：采用Agilent122-7062UI（60 m×250 μm×0.25 μm）；進樣體積1 μL；載氣為氮氣（N）21.6 mL/min；分流比40∶1；進樣口溫度250 ℃；氫火焰離子化檢測器250 ℃；柱溫升溫程序為35 ℃保持8 min，以2.5 ℃/min升至40 ℃，再以5 ℃/min升至100 ℃，最后以10 ℃/min升至220 ℃保持8.5 min。

定性定量方法：對總離子流色譜圖中的各峰經質譜計算機數據系統檢索及核對Wiley275和美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）2014標準質譜圖確定揮發性成分的種類得出定性結果；經內標法進行定量分析。

（3）有機酸提取率

糟醅總酸含量計算公式如下：

式中：X為樣品中總酸含量（以乙酸計），g/g；S為樣品酸度，mmol/10 g；60為乙酸摩爾質量，60 g/mol。

有機酸提取率按每甑（單甑糟醅約800 kg）產酒的酒體總酸含量與糟醅總酸的比值計算。

（4）酒體感官品評方法

參考GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[27]進行。品評人員由5位（其中2位國家級白酒評委）省級及省級以上白酒評委組成，對2種酒樣進行評價。采取編號暗評法，按照色5分、香25分、味60分、格10分，總分100分進行綜合評定，樣品所得分數為各評委所打分數的平均值。

2 結果與分析

2.1 整粒高粱糟醅發酵過程中含水量變化

水分不僅是微生物生化反應所必需的介質、生長繁殖和代謝活動的必要條件，而且在“淀粉→糊化→液化→糖化→酒化”的釀酒生產過程中起重要作用，水分還影響糟醅的透氣性、疏松度和溶氧量，是發酵系統傳質傳熱的重要載體[7-8]。整粒高粱糟醅發酵過程中的水分含量變化趨勢見圖1。

圖1 整粒高粱糟醅發酵過程中水分含量變化趨勢Fig.1 Change trend of moisture contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation process

由圖1可知，糟醅水分含量隨發酵時間的延長總體上呈現增加趨勢。在發酵前60 d，水分含量上升速度較快，增加了2.67%；60 d以后糟醅水分含量呈緩慢上升趨勢，發酵至360 d，糟醅水分含量增加了1.37%。可能是由于整粒高粱投料增加了窖內糟醅的疏松度，使得含氧量充足，微生物的有氧呼吸消耗糟醅體系中游離的固體營養物質（如蛋白質、脂肪、糖質等），生長代謝活動可以氧化固體營養物質生成水分，因此水分含量的變化表現為增長態勢；當糟醅體系中氧氣及游離固體養料物質被消耗殆盡后，微生物主要依靠高粱粒內持續緩慢滲透出來的營養物質進行厭氧代謝，產生酸和揮發性香味物質成分使得水分含量逐漸增加，酯化反應也會使糟醅的水分有所增加。

2.2 整粒高粱糟醅發酵過程中酸度變化

酸是形成濃香白酒香味成分的前驅物質，也是酒體中一種重要的呈味物質。適宜的酸度不僅有利于淀粉糊化和糖化作用，還可以抑制雜菌生長繁殖，而有利于酵母菌生長，而且酸可以提供有益微生物的營養和生成酒體中各種風味物質并促進酯的生成[8-10]。整粒高粱糟醅發酵過程中的酸度變化趨勢見圖2。

圖2 整粒高粱糟醅發酵過程中糟醅酸度變化趨勢Fig.2 Change trend of acidity in the fermented grains of whole sorghum during fermentation process

由圖2可知，糟醅酸度隨著發酵時間的延長呈現先略微下降后持續上升的趨勢。發酵前30 d，糟醅酸度降低了0.43 mmol/10 g，而后呈現穩步上升趨勢，發酵至360 d糟醅酸度增加了1.38 mmol/10 g。糟醅入窖前，在堆積培菌過程中，生酸菌好氧發酵代謝積累有機酸，該有機酸和回酒發酵操作增加的乙醇可發生酯化作用，引起酸度降低；有機酸也可以作為碳源和能源物質被消耗，導致入窖初期酸度降低。當糟醅顆粒間隙中的氧氣逐漸消耗殆盡，產物的抑制作用使霉菌和酵母活性減弱乃至消亡，而厭氧產酸菌繼續生長繁殖和代謝，因此酸度呈現穩步上升趨勢。

2.3 整粒高粱糟醅發酵過程中淀粉含量變化

淀粉在濃香白酒釀造過程中具有降低糟醅酸度和水分的作用，是微生物的營養成分、發酵能量及窖內升溫的主要來源，淀粉含量是酒精發酵的最初物質基礎，因此淀粉動態變化可以反應窖池內糖化能力的強弱[11-14]。整粒高粱糟醅發酵過程中的淀粉含量變化趨勢見圖3。

圖3 整粒高粱糟醅發酵過程中淀粉含量變化趨勢Fig.3 Change trend of starch contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation

由圖3可知，淀粉含量在整個發酵過程中呈下降趨勢，糟醅發酵0～80 d淀粉消耗了1.8%，淀粉消耗最快；80～200 d呈現穩步下降趨勢，淀粉消耗了0.7%；發酵200 d至360 d糟醅淀粉消耗了0.2%，降幅緩慢。這是由于發酵前期糟醅體系中微生物有氧呼吸消耗游離在糟醅體系中的淀粉質；當游離的營養物質消耗殆盡后，主要依靠整粒高粱粒內逐步釋放出來的營養物質進行分解代謝，因而中后期淀粉含量處于穩步下降趨勢；發酵后期整粒高粱粒內部環境和糟醅體系環境處于動態平衡狀態，營養物質滲透更趨緩慢。

2.4 整粒高粱糟醅發酵過程中還原糖含量的變化

糟醅中還原糖含量的變化可以反映出糖化與酵母代謝平衡的協調程度，可直接反映出窖池糟醅發酵水平[14-15]，某種特定情況下還原糖含量變化還直接反應發酵過程物質代謝的強度。整粒高粱糟醅發酵過程中的還原糖含量及其變化趨勢見圖4。

由圖4可知，還原糖含量在整個發酵過程中呈下降趨勢，在發酵前100 d下降較快，糟醅還原糖含量在前100 d內消耗了0.69%，發酵100 d后糟醅還原糖含量基本維持較為恒定的低水平含量狀態，發酵至360 d糟醅還原糖含量為0.04%。主要是由于堆積培菌帶入糟醅體系的還原糖等營養物質和微生物菌系都較為豐富，微生物在發酵前期利用其進行相對旺盛的生長繁殖和代謝消耗大部分的還原糖；而還原糖作為整個發酵過程中的主要能源物質和主要碳源，在發酵中后期隨著糟醅的游離淀粉消耗殆盡，有機酸逐漸滲透進入高粱粒內部，對其內部淀粉質進行酸解后，產生少量的還原糖等營養物質，這些營養物質緩慢的溢出供給微生物利用，逐漸被微生物消耗殆盡。

2.5 整粒高粱糟醅發酵過程中揮發性風味物質變化

窖內發酵過程（360 d）中，所取糟醅樣品蒸餾所得酒樣共檢測到揮發性風味物質55種，其中酯類25種，醇類12種，酸類10種，醛酮類8種。醇、酸、酯3類揮發性物質含量之和占上層糟醅揮發性物質總含量的99%，因此主要對這3類物質進行詳細分析。

圖5 整粒高粱糟醅發酵過程中酸類、醇類及酯類物質含量變化趨勢Fig.5 Change trend of acids,alcohols and esters contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation

2.5.1 醇類物質

糟醅發酵過程中微生物利用糖、果膠、氨基酸等物質可以代謝產生多種高級醇，多具有甜味，是酒體中微量香味物質的基本組成部分[16-20]。

整粒高粱糟醅發酵過程中共檢測到12種揮發性醇類物質，分別為2-丁醇、正丙醇、異丁醇、2-戊醇、正丁醇、2-甲基丁醇、3-甲基丁醇、正戊醇、正己醇、2,3-丁二醇、糠醇、β-苯乙醇。整粒高粱糟醅體系的可發酵糖大部分被包裹在高粱粒內，酒精發酵受到抑制，醇類物質合成速度緩慢，而酯化作用和呼吸作用又會消耗醇類物質，因此糟醅發酵過程中醇類物質的波動水平較緩。

2.5.2 酸類物質

酸類物質伴隨著酒精發酵而產生，同時也是白酒中酯類物質的前體物質。酸類物質對白酒風味至關重要，適量的酸在酒體中能起到緩沖作用，協調口感，使香氣更加柔和飽滿[18-19]。

在整粒高粱糟醅發酵過程中共檢測到10種揮發性酸類物質，分別是乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸。酸類物質總體呈現先下降后上升的趨勢，與糟醅酸度變化趨勢一致。

2.5.3 酯類物質

酯類物質主要由醇類和酸類物質經酯化作用生成，由于大部分酯類物質沸點較低，經蒸餾易進入基酒，因此是白酒中含量和數量最多的風味物質[19-21]，具有多種水果香氣，是白酒風味的主要組成部分。其主要有兩個生成途徑：①酸類物質在微生物體內酯化酶的作用下先形成酰基輔酶A，再與醇類發生酯化反應生成酯；②通過酸類和醇類化學反應進行，這種途徑較緩慢，所以延長發酵和儲酒時間可以加強酯化作用，利于增加酒的香氣[22-23]。

在整粒高粱糟醅發酵過程中共檢測到25種揮發性酯類物質：甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸異丁酯、乙酸正戊酯、乙酸異戊酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、己酸丁酯、己酸異戊酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、庚酸乙酯、千酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、十四烷酸乙酯、十六烯酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯。酯類物質含量變化與酸類物質含量變化趨勢相似。回酒發酵為糟醅體系提供了豐富的乙醇，隨酸類物質的增加，酯化作用隨之增強且酯類物質隨時間延長逐步累積。

2.6 回酒蒸餾對有機酸的提餾效果分析

為充分揭示窖內糟醅發酵代謝生成風味物質狀態和蒸餾過程對甑內糟醅風味物質的提取狀態，為排除因回升酒源自身帶入糟醅體系風味物質的影響，本研究采用體積分數95%vol的乙醇作為蒸餾提香的回升酒源（大生產應用則采用酒頭、酒尾、丟糟黃水酒、包裝車間渣酒等副產品酒）。

2.6.1 回酒蒸餾的糟醅有機酸提取率及產酒量分析

由表1可知，出窖糟醅酸度為4.19 mmol/10 g；回酒蒸餾能明顯提高糟醅產酒量，糟醅產酒量由50 kg/甑增加至763.59 kg/甑，提高約14倍；有機酸提取率增加了7.29%，是未回酒蒸餾提取率的21倍左右。

表1 回酒蒸餾對糟醅產酒量及有機酸提取率的影響Table 1 Effects of Baijiu-returning distillation on Baijiu output and organic acid extraction rate of fermented grains

2.6.2 回酒蒸餾的酒體總酸總酯及風味物質提取率分析

由表2可以看出，整粒高粱超長時間發酵糟醅，采用回酒蒸餾所得酒樣的總酸含量2.22 g/L、己酸乙酯含量3.20 g/L、乙酸含量1.59 g/L，而未回酒直接蒸餾所得酒樣酒體的總酸含量1.17 g/L、己酸乙酯含量1.98 g/L、乙酸含量0.58 g/L。結果表明，回酒蒸餾酒樣感官評分為95分，較未回酒蒸餾酒樣評分（88分）更高，更具濃香風格的舒適性。

表2 回酒蒸餾對酒樣總酸、總酯及主要風味物質含量的影響Table 2 Effects of Baijiu-returning distillation on total acid,total ester and flavor compounds of Baijiu samples

“回酒蒸餾”最早是在認識和揭示濃香型大曲酒蒸餾原理基礎上，通過對釀酒生產實踐的不斷摸索和總結，開創性地提出了一套上甑糟醅蒸餾技術[24-26]。回酒蒸餾即通過顯著增加甑內糟醅的乙醇量，以強化對甑內糟醅體系中酸、酯、醇、醛等風味成分的提取，最終獲得更多量的優質酒。該技術方法提香效果明顯，尤其是有機酸的提取量顯著提高，原酒的感官品質明顯提升。

3 結論

使用整粒高粱為原料進入發酵體系，結合回酒發酵、回酒蒸餾的操作工藝，解決了延長發酵期導致的酒質與產酒率之間的矛盾，實現了“提質控耗增產”，其中酒樣總酸含量達2.22 g/L，回酒蒸餾工藝糟醅有機酸提取率增加了7.29%，且回酒蒸餾工藝的產酒量相比于不回酒蒸餾提高約14倍。并通過跟蹤研究整粒高粱糟醅發酵過程中理化指標的動態變化，探尋了窖內超長發酵過程中的物質變化規律，建立了整粒高粱投料濃香白酒糟醅體系并采用超長發酵和回酒發酵、回酒蒸餾等技術措施的科學理論依據，成為中國白酒產業未來生產環節高質量發展的支撐。