鳳香型大曲發酵力分析研究

馮雅芳

（陜西西鳳酒股份有限公司，陜西鳳翔 721400）

“曲乃酒之骨”，大曲是釀酒的重要原料，為釀酒提供部分風味物質或風味前體物質。除了投料生香之外，大曲更是糖化發酵劑，大曲特殊的菌、酶、物三系使大曲在釀酒中有著明顯的“雙邊效應”(邊糖化、邊發酵)[1]，因此大曲在釀酒生產過程中的作用不言而喻。

發酵力的高低即是指大曲作為釀酒生產的原動力，酒精生成能力的強弱，大曲中的酵母菌群能發酵酒醅中的還原糖,生成酒精和二氧化碳[2]。同時發酵力和糖化力是鳳香型大曲質量的重要衡量指標，二者相輔相成，共同影響著制酒的產質量，若糖化力在標準范圍內時，發酵力過低，則會導致制酒生產過程還原糖累積過多，影響正常發酵。因此鳳香型大曲發酵力需與鳳香型大曲糖化力500～850 mg/g·h的指標范圍相匹配，以≥0.7 g/0.5 g·72 h為佳。

鳳香型大曲中發酵力主要受酵母菌和霉菌影響，微生物的消長變化與大曲理化指標息息相關，微生物的生長、繁殖、代謝過程與工藝參數和大曲培養過程密不可分。在前期對糖化力分析研究的基礎上，結合樓房制曲的特點，在培養環境發生變化后，從工藝參數、微生物環境、培養過程方面對鳳香型大曲發酵力進行試驗分析，探究影響大曲發酵力的因素。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

樣品：陜西西鳳酒股份有限公司大曲生產中粉碎的原料、對應入房曲坯及對應出房大曲。

試劑：2.61 mol/L 硫酸溶液、7°Bé糖化液、20%鹽酸溶液、200 g/L 氫氧化鈉溶液、10 g/L 次甲基藍指示劑、2.5 g/L葡萄糖標準溶液、碘液、斐林試劑。

儀器設備：電子天平、60目標準篩、紅外線干燥箱、電爐、錐形瓶、回流冷凝管、蒸汽滅菌鍋、發酵栓、培養箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 發酵力測定方法

基于還原糖發酵生成酒精和CO2的原理，以在一定條件下制備的糖化液為培養基，測定發酵中生成的CO2量來衡量大曲發酵力的強弱。

取一定量高粱粉、自來水、淀粉酶進行液化，液化后補加溫水、糖化酶在60 ℃下糖化，直至溶液與碘不發生藍色反應時，加熱至90 ℃，過濾，調整糖度，制成7°Bé的糖化液；將糖化液和發酵栓置于滅菌鍋中滅菌，冷卻后加入曲粉，另設空白試驗（不加曲粉），裝好發酵栓，并注入5 mL 硫酸，稱重并記錄數據，在培養箱內發酵72 h后取出發酵栓，再稱重，計算結果。

1.2.2 發酵力探究試驗方法

1.2.2.1 不同季節對大曲發酵力的影響試驗

對2018—2021 年三個自然年內生產的大曲按照春秋、夏、冬季節分類，對每個季節的大曲發酵力進行統計分析。

1.2.2.2 粉碎度、入房水分對大曲發酵力的影響試驗

選取看曲技術較好的曲技師，從2021 年第1 排至2021 年第12 排，將曲塊厚度、排列間距、曲塊數量、曲房結構、微生物環境、翻曲時間、培養天數和溫度要求等影響因素控制一致。對該曲技師在2021 一整年所看大曲的發酵力指標與不同季節的入房粉碎度、水分參數進行對應分析，以確定不同季節適宜的粉碎度及入房水分。

1.2.2.3 出房淀粉、水分對大曲發酵力的影響

與粉碎度、入房水分試驗相似，選取一位曲技師，將粉碎度、入房水分、曲塊厚度、排列間距、曲塊數量、曲房結構、微生物環境、翻曲時間、培養時間和溫度要求等影響因素控制一致。對該曲技師從2021 年第1 排到2021 年第12 排所看大曲的發酵力與不同季節的出房淀粉、水分進行對應分析，確定不同季節適宜的出房淀粉和水分。

1.2.2.4 微生物種類對大曲發酵力的影響試驗

選取2021 年10 月份同一曲技師的曲房作為試驗，控制其他相關變量，在入房前1 天檢測曲房的霉菌、酵母菌、細菌數量，與出房后檢測的發酵力進行對應，探究微生物種類與大曲發酵力之間的關系。

1.2.2.5 空房噴菌次數對大曲發酵力的影響試驗

在微生物種類試驗的基礎上，繼續選取該曲技師的8 房大曲進行試驗，控制其他相關變量。選用濃度為15 g/L 的酵母菌和霉菌混合菌液，分3 次、2次、1 次（每隔12 h）進行噴菌操作，對照試驗不噴菌，與后續檢測出的發酵力進行對應，探究不同空房噴菌次數對大曲發酵力的影響情況。

1.2.2.6 上霉期對大曲發酵力的影響試驗

選取2021 年6 月份同一曲技師所看大曲作為試驗，控制其他變量，以上霉程度作為自變量，上霉程度以曲坯表面白色梅花點霉斑占曲坯表面積的大小進行衡量，與出房后檢測的發酵力進行對應，確定對大曲發酵力最適宜的上霉程度。

1.2.2.7 大火期對大曲發酵力的影響試驗

對鳳型大曲進行了大火天數、溫度雙變量試驗，在同一曲技師所看曲房內分期進行試驗，控制其他變量，以大火天數和大火溫度作為自變量。同一大火溫度下做11 組不同大火天數的試驗，同一大火天數下做7 組不同大火溫度的試驗，探究較優發酵力下的大火期條件。

2 結果與分析

2.1 制曲工藝參數與發酵力關系探究

2.1.1 不同季節對大曲發酵力的影響

從圖1 可以看到，春秋曲是指3—5 月、10—11月生產的大曲，伏曲是指6—9 月生產的大曲，冬曲是指12 月—次年2 月生產的大曲。伏曲的發酵力整體較高，冬曲整體較低，春秋曲發酵力適中。分析原因為鳳香型大曲的制備與季節因素有直接關聯，不同季節踩制的大曲有不同的生化特性，夏季氣溫高，濕度大，環境中的微生物種群和數量最多，有利于曲坯中微生物的接種和生長，從而提升大曲發酵力；冬季環境中微生物數量少，氣候干燥，溫濕度低，不利于培菌，故導致發酵力下降。環境中的微生物種群和數量的變化直接影響了大曲中微生物的生長和繁殖，所以發酵力在不同的季節有高有低。

圖1 2018—2021年不同季節大曲發酵力

2.1.2 粉碎度、入房水分對大曲發酵力的影響

粉碎度是指粉碎原料通過60 目標準篩的細粉量占比。粉碎一方面是為了破壞植物組織使淀粉釋放出來，為微生物提供營養物質，另一方面是為了增加曲坯的黏著性。原料加水是為微生物生長、繁殖、代謝提供所需的水分。因此，原料粉碎度、入房水分直接影響曲坯中微生物的生長、繁殖、代謝，間接影響大曲的發酵力指標[3]。

由圖2發酵力隨原糧粉碎度的變化可以看出：

圖2 發酵力與原糧粉碎度之間的變化影響圖

（1）春秋曲：春季的3—5 月以及秋季的10—11月，粉碎度持續上升，從18.7%上升至20.4%，同時發酵力在逐月下降，從0.89 g/0.5 g·72 h 下降至0.74 g/0.5 g·72 h。

當原糧粉碎度增大時，曲坯內水分也隨之增大，氧氣含量減少，酵母菌是兼性厭氧菌，在有氧和無氧的環境中都能生長，但當有氧氣存在時，其生長較快。故粉碎度的增大，使酵母菌的生長和有性繁殖受到阻礙，從而造成發酵力的下降。

（2）伏曲：陜西關中地區，冬冷夏熱、四季分明，是十分典型的北方氣候，夏季氣溫多在30～38 ℃，自6 月開始溫度持續上升，8 月份達到最高氣溫。從圖2 可看出，當粉碎度從6 月的19.2 %上升至7月的20.6 %時，發酵力也相應提高；隨著8 月份溫度持續升高將粉碎度繼續上調至22.2%時，發酵力卻驟降；在9 月份時將粉碎度調至21.3 %，發酵力大幅回升。

夏季環境溫度較高，曲皮易干，會導致不上霉現象，大曲升溫也會較快，而酵母菌的最適生長溫度為28～32 ℃，此時需通過增大粉碎度和水分來增加原糧吸水性、減少曲坯含氧量，起到降溫作用。6 月至7 月發酵力與粉碎度之間的變化影響情況佐證了這一點，8 月份發酵力的驟降說明夏季雖需提高粉碎度，但不可過度，需控制合理范圍，故當9 月份略微下調粉碎度后，發酵力又回到了較高水平。

（3）冬曲：從圖2中看出，當粉碎度從12 月份的19.1 %下降至1、2 月份的18 %左右時，發酵力提高。

北方冬季氣溫較低，寒冬時甚至會有零下溫度，在這種情況下，原糧粉碎度的減小會增加曲坯內的含氧量，保證微生物前期的繁殖和大曲升溫，以符合大曲培養過程中“前緩，中挺，后緩落”的升溫原則。

根據環境變化來調整粉碎度，實際上也是在為微生物生長創造最適宜條件。粉碎度過高時，曲坯透氣性差，含氧量稀缺，抑制了酵母菌的快速生長、繁殖和代謝，粉碎度過低時，又會導致大曲前期升溫較快，大火中挺不足，后火降溫快。因此在2021年全年的跟蹤試驗基礎上，初步確定出了不同季節適宜的原糧粉碎度：春秋為18.5 %～20 %，夏季為19%～21.5%，冬季為18%～19%。

由圖3發酵力隨入房水分的變化可以看出：

圖3 發酵力與入房水分之間的變化影響圖

入房水分的大小與原糧粉碎度的大小息息相關，提高粉碎度，可以增加原糧吸水性，從而增加曲坯入房水分。在不同的季節里入房水分與發酵力之間的關系和原糧粉碎度與發酵力之間的關系一致。

曲坯水分在一定范圍內，曲坯中的酵母菌能較好地生長、繁殖、代謝，水分過低時，不利于酵母菌生長、繁殖，水分過高時，細菌等的大量滋生、繁殖抑制了酵母菌的生長。和粉碎度相似，季節不同，水分也需要隨之調整。在數據統計分析的基礎上，初步確定了不同季節適宜的入房水分：春秋季為39.5 %～40.5 %，夏季為40 %～41 %，冬季為38%～39.5%。

2.1.3 出房淀粉、水分對大曲發酵力的影響

大曲培養過程中，入房淀粉含量由原糧中的淀粉決定，一般在58～60 g/100 g，出房淀粉越小，說明微生物消耗的淀粉越多，所以出房淀粉與大曲發酵力之間存在著一定的關系。另外，發酵力主要在培養的潮火期和大火期達到頂峰，若排潮較好，大火中挺，則曲塊水分較小，發酵力好。

由圖4、圖5 發酵力隨出房淀粉、水分的變化可以看出：

圖4 發酵力與出房淀粉之間的變化影響

（1）出房淀粉：在不同季節內，出房淀粉與發酵力之間整體呈現為負相關關系，出房淀粉相對越大，發酵力越低。出房淀粉過大時說明大曲培養過程中淀粉利用率較低，微生物生長、代謝、繁殖不活躍。當淀粉消耗量增加時，大曲中具有糖化作用的微生物和酶分解淀粉的能力越強，具有糖化作用的微生物主要以曲霉菌為主，毛霉、紅曲霉、根霉、米曲霉次之，在這些霉菌中，米曲霉、紅曲霉等同樣影響著大曲的發酵力。在一整年數據統計分析的基礎上，初步確定了不同季節適宜的出房淀粉：春秋為49.1～50.0 g/100 g，夏季為50.1～51.0 g/100 g，冬季為49.1～50.0 g/100 g。

（2）出房水分：出房水分與發酵力之間整體呈現出“倒U 型”曲線，出房水分過高或過低時，發酵力均有所下降。出房水分過高說明排潮不利，大火中挺不足，培養過程升溫異常；出房水分過低說明曲塊過干，不能對芽孢和孢子的復活增殖創造有利條件，易造成曲塊開裂，曲心暴露，導致雜菌感染，從而影響發酵力。分析圖中數據初步確定了不同季節適宜的出房水分：春秋為12.1 %～12.5 %，夏季為11.6%～12.0%，冬季為11.1%～11.5%。

2.2 微生物環境對大曲發酵力的影響

曲房經過長期的使用，會形成適宜的微生物環境，微生物種類和數量都相對穩定。對于新曲房而言，微生物環境尚未營造出來，故需進行人工噴菌干預。在這一操作過程中，可對微生物與發酵力之間的關系進行深入研究。

2.2.1 微生物種類對大曲發酵力的影響

根據表1 數據可看出，1 號試驗房的酵母菌數量比2 號、3 號高出一個數量級，1 號試驗房的發酵力相比2 號、3 號也較高，所以酵母菌數量與發酵力之間呈現出正相關關系。分析霉菌、細菌與發酵力的關系發現無明顯關聯。因此，在大曲入房前可進行人工噴菌操作以改善曲房微生物環境，提高發酵力。

表1 發酵力與微生物之間的變化影響情況(cfu/m3)

2.2.2 空房噴菌次數對大曲發酵力的影響

根據表2 數據可以看出，空房噴菌3 次，發酵力相對較好，發酵力指標比對照試驗組平均提高0.19 g/0.5 g·72 h；同時噴菌3 次大曲發酵力好于2次和1 次。由于新曲房微生物環境薄弱，為了增加曲房微生物數量，建議在入房前空房噴菌次數不少于3次，每次間隔12 h。

表2 發酵力與空房噴菌次數之間的變化影響情況

2.3 大曲培養過程與發酵力關系探究

2.3.1 上霉期對大曲發酵力的影響

曲坯上霉是制曲的第一階段，俗稱“穿衣”，是大曲培養的關鍵階段，其作用在于決定下階段微生物的繁殖和曲皮的好壞，若上霉良好，后續微生物的繁殖會加快，曲塊表皮的菌絲亦會由表到里正常進行繁殖，故上霉程度對后期大曲的發酵尤為重要[4]。

鳳香型大曲一般在入房后前3 天為上霉階段，在這段時間內曲塊的上霉情況各有差異。

由圖6可以看出：

圖6 發酵力與上霉程度之間的變化影響圖

隨著上霉程度的增加，發酵力也隨之上升，上霉程度為80%時，發酵力達到最佳，當上霉面積繼續增大，發酵力出現下降趨勢。

一般而言，上霉程度低于80%，是由三個原因造成的，一是原糧粉碎過粗，水分較小，曲皮過干，影響微生物生長；二是溫度過低，微生物生長緩慢；三是溫度過高，導致曲坯表面水分小，微生物生長緩慢。這種情況說明曲皮表面的微生物較少，大曲培養是菌絲由表及里的生長過程，曲表的微生物少直接影響了大曲整個培養過程中微生物的數量及活躍性，導致發酵力指標較低。上霉程度大于80%，稱為“沫霉”，一般是由于原糧粉碎過細，營養過于豐富或水分大、溫度偏高所致，說明曲皮表面的微生物過多，導致曲表透氣性差，氧氣供應不充足，從而影響了酵母菌、霉菌等的代謝，導致發酵力下降。

根據此試驗可總結出對發酵力最有利的上霉面積為曲坯總表面積的80%。因此控制好適宜上霉的粉碎度、水分、溫度、時間和揭房翻曲時間節點尤為重要。

2.3.2 大火期對大曲發酵力的影響

對鳳型大曲進行了大火天數、溫度雙變量試驗，以探究較優發酵力下的大火期條件，詳見表3和圖7。

圖7 發酵力與不同大火溫度、天數之間的變化影響

大火期是大曲培養的關鍵期。經8～10 d 的培養，隨著大曲培養溫度的升高，大火高溫可加速原料中蛋白質的分解，促進氨基酸的生成，氨基酸是酵母菌必備的營養源，氨基酸含量多，可使酵母菌持久繁殖，發酵力增強。大火期時曲坯表面的微生物生長繁殖已經停止，轉向了曲坯內部，通過高溫煉菌，部分耐熱性能差的雜菌衰老死亡，曲坯中保留著耐熱性能較好的微生物芽孢和孢子，為后期大量優勢菌種復活增殖創造了條件，提高大曲發酵力。

從表3 可以看出，通過開展大火溫度和時間的極限試驗，發現大火溫度過低發酵時間過長，發酵力相對較低，低溫不利于蛋白質分解為氨基酸，無法為酵母菌的繁殖提供充足的營養源，同時高溫煉菌時間短，雜菌未最大程度衰亡，曲坯內水分較大，既會導致大曲酸度增加，又不利于大曲成熟，從而降低發酵力。大火溫度天數過大時，發酵力也相對較低，長時間過高的大火溫度使大曲水分大量減少，不利于后期曲坯內部芽孢和孢子的復活增殖，從而降低發酵力。

表3 發酵力與大火溫度、天數之間的變化影響情況 (g/0.5 g·72 h)

根據此試驗可總結出鳳型大曲最適宜的大火時間為3～5 d，大火溫度為58～60 ℃。

3 結論

3.1 較優發酵力對應工藝參數

大曲培養實際是微生物富集的過程，由于氣溫不同，微生物生長、代謝、繁殖能力存在差異，所以在各個季節對應的工藝參數也有所區別。

3.1.1 在控制其他無關變量的情況下開展了粉碎度、入房水分對大曲發酵力的影響試驗，根據試驗結果對不同季節適宜的相關參數進行了總結，春秋季大曲粉碎度為18.5 %～20 %，水分為39.5 %～40.5 %；夏季大曲粉碎度為19 %～21.5 %，水分為40%～41%；冬季大曲粉碎度為18%～19%，水分為38%～39.5%時發酵力相對較好。

3.1.2 在控制其他無關變量的情況下開展了出房淀粉、水分對大曲發酵力的影響試驗，根據試驗結果對不同季節適宜的相關參數進行了總結，春秋季大曲出房淀粉為49.1～50.0 g/100 g，出房水分為12.1 %～12.5 %；夏季大曲出房淀粉為50.1～51.0 g/100 g，出房水分為11.6 %～12.0 %；冬季大曲出房淀粉為49.1～50.0 g/100 g，出房水分為11.1%～11.5%。

3.1.3 除了通過調整參數給微生物提供適宜生長環境外，還可在大曲入房前進行3 次噴菌操作，每次間隔12 h，以人工干預的方法改善曲房微生物環境，達到提高發酵力的作用。

3.2 較優發酵力對應過程培養條件

3.2.1 控制好適宜上霉的粉碎度、水分、溫度、時間和揭房翻曲時間節點，保證上霉面積占曲坯總表面積的80%左右。

3.2.2 保持大火時間為3～5 d，大火溫度為58～60 ℃。