白酒釀造過程中淀粉凝膠特性的變化研究

董瑞麗，邵淑娟，周咸江，李 麗，譚 橋，宗緒巖

（1.攀西釩鈦檢驗檢測院，四川攀枝花 617000；2.菏澤市行政審批服務局，山東菏澤 274000；3.菏澤市食品藥品檢驗檢測研究院，山東菏澤 274000；4.四川輕化工大學生物工程學院，釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川 宜賓 644000）

中國白酒與伏特加、威士忌、白蘭地、朗姆酒、金酒合稱為世界六大蒸餾酒[1]。白酒釀造常用的原料主要包括高粱、大米、糯米和小麥等作物，使用不同原料釀造而成的白酒具有不同的風味[2]。小曲酒作為中國白酒中的一個重要分支，雖同為使用小曲為糖化發酵劑，但不同的釀造原料、小曲微生物及生產工藝能夠賦予小曲白酒不同的香型[3]。

淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，廣泛存在于白酒的釀造原料中。不同來源的淀粉顆粒大小和形狀各不相同，高粱淀粉的顆粒為5～20 μm，在已知谷物中大米的淀粉顆粒最小，為3～8 μm，而一般糯米淀粉的顆粒比秈米和粳米的都大[4]。在釀造白酒的原料中，高粱中的淀粉含量為61%～63%，大米中的淀粉含量為72%～75%，通常淀粉中含有20%～30%的直鏈淀粉，而糯米淀粉中98%以上都是支鏈淀粉[5]。淀粉在一定水分含量下加熱到一定溫度后，就會發生糊化反應，淀粉糊化是一個非常復雜的過程，通常會伴隨著黏度、透明度等的變化和重結晶等現象[6]。淀粉經高溫糊化所形成的熱糊稱為淀粉糊，其經過冷卻貯藏后形成的黏彈性體稱為淀粉凝膠[7]。酒糟作為釀酒的副產物，其中就含有一定量經蒸煮發酵后形成的難以被發酵微生物利用的淀粉凝膠，而酒糟中淀粉凝膠的增多會影響白酒的出酒率和品質。

酒糟中含有大量的營養物質，如果僅作為發酵副產物而丟棄，不僅會因腐敗而產生惡臭氣味，還會對表層水和土壤造成嚴重污染[8]。早年對酒糟的利用主要集中在飼料的加工和堆肥[9]，但隨著相關理論和技術的發展，酒糟的應用領域也得到了進一步的擴展[10-11]。通過對蒸煮與發酵過程中酒醅的淀粉凝膠特性研究，了解傳統的釀酒行業從原料蒸煮發酵到丟糟過程的酒糟中淀粉變化情況，為酒糟的循環利用、提高酒醅出酒率的方法選擇提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱、大米，市售；葡萄糖、無水硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、鄰苯二甲酸氫鈉（均為分析純），天津市致遠化學試劑有限公司提供；鹽酸（分析純），成都市科隆化學品有限公司提供；石油醚（分析純），天津市富宇精細化工有限公司提供；乙酸鉛（分析純），天津市津東天正精細化學試劑廠提供；氫氧化鈉（分析純），天津市科密歐化學試劑有限公司提供；無水乙醇（分析純），重慶萬盛川東化工有限公司提供；無水亞硫酸鈉（分析純），成都市科龍化工試劑廠提供；3,5 - 二硝基水楊酸（分析純），天津市福晨化學試劑廠提供。

1.2 試驗儀器與設備

JE2002 型分析天平，上海浦春計量儀器有限公司產品；5430 型離心機，德國艾本德股份公司產品；800Y 型粉碎機，永康市鉑歐五金制品有限公司產品；C20-SH2050 型電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司產品；PHS-3C 型酸度計，成都世紀方舟科技有限公司產品；SHSL 型調溫加熱套，上海樹立儀器儀表有限公司產品；SPX-250B-Z 型生化培養箱、SW-CJ-1F 型凈化工作臺，上海博訊實業醫療設備廠有限公司產品；78HW-1 型恒溫磁力攪拌器，金壇市醫療儀器廠產品；DHG-9140A 型電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產品；T6 新世紀型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司產品；BHS-6 型數顯恒溫6 孔水浴鍋，寧波市勤州群安實驗儀器有限公司產品。

1.3 不同小曲酒生產方法

1.3.1 川法小曲酒生產工藝流程

川法小曲酒工藝流程為：高粱→泡糧→初蒸→燜水→復蒸→出甑→攤晾→拌曲混勻→培菌糖化→鋪上稻殼→密封發酵→蒸餾→出甑→攤晾→拌曲混勻→培菌糖化→鋪上稻殼→密封發酵→蒸餾→出甑→攤晾→拌曲混勻→培菌糖化→鋪上稻殼→密封發酵。

發酵7 d 后再將酒醅蒸餾、攤晾、拌曲、培菌發酵、再蒸餾，如此反復發酵3 個周期，分別取每輪蒸煮、發酵1 d、發酵4 d、發酵7 d 后的原料100 g左右，用于試驗數據的測定[12]。

1.3.2 米香型小曲酒生產工藝流程

米香型小曲酒生產工藝流程為：大米→泡糧→蒸糖→潑水→再次潑水→攤晾→拌曲混勻→留洞→培菌糖化→添加溫水→密封發酵→蒸餾→攤晾→拌曲混勻→留洞→培菌糖化→添加溫水→密封發酵→蒸餾→攤晾→拌曲混勻→留洞→培菌糖化→添加溫水→密封發酵。

泡水后醅料的糖分含量應控制為9%～10%，總酸不超過0.7，酒精含量2%～3%，入罐密封發發酵7 d，待發酵結束后，將酒醅蒸煮、攤晾、拌曲、培菌發酵、再蒸餾，如此反復發酵3 個周期，分別取每輪蒸煮、發酵1 d、發酵4 d、發酵7 d 時的原料100 g 左右，用于試驗數據的測定[13]。

1.4 相關參數測定方法

1.4.1 酒醅水分含量的測定

依據食品安全國家標準GB/T 5009.3—2016《食品中水分的測定》方法進行測定。

1.4.2 酒醅pH 值的測定

參考《釀酒分析與檢測》中的酸、堿中和滴定法[14]。經標定，NaOH 標準溶液的濃度為0.090 mol/L。

1.4.3 酒醅中淀粉含量的測定

參考DNS 法測還原糖[15]與食品安全國家標準GB/T 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》 方法進行測定。

1.4.4 酒醅淀粉的提取

參考濕法提取高粱淀粉的實驗室方法[21]，并略作調整。稱取高粱與大米酒醅樣品20.00 g，加入100 mL 蒸餾水，高粱過60 目篩去殼，以轉速5 000 r/min 離心5 min 過濾上清液，將所得沉淀烘干水分并用濾紙包裹，在圓底燒瓶中加入適量石油醚抽提1～2 次后取出沉淀，使石油醚揮發完全。將沉淀取出，放入250 mL 燒杯中并加入100 mL 蒸餾水，調節pH 值3.0 后放入65 ℃水浴鍋中，溫度穩定后，加入400 μL 酸性蛋白酶酶解60 min，并以轉速5 000 r/min 離心10 min。離心2 次，棄去上清液保留沉淀，烘干至恒質量取出，稱量并記錄淀粉的質量。

1.4.5 酒醅中淀粉的凝膠特性的測定

淀粉的溶解度和膨潤力的測定參考黑米淀粉理化性質分析[23]，淀粉的持水度參考高粱中抗性淀粉的研究[16]。

2 結果與分析

2.1 不同發酵時期酒醅的水分含量測定

酒醅水分含量的測定見圖1。

圖1 酒醅水分含量的測定

取不同發酵時期酒醅樣品質量2 g 在溫度80 ℃條件下干燥時間24 h 后。水分是固態發酵酒醅的主要控制指標之一。發酵時，適宜的水分能保證發酵過程中微生物的生長代謝，為其代謝產物（醇、醛、酸、酯等） 提供有效溶劑，還可稀釋酸度、調節發酵溫度，保證酒醅的緩慢發酵[17-18]。大米與高粱經蒸煮后初始水分含量分別為60.70%和62.00%，在第一輪發酵7 d 內水分含量急劇上升，可能由于大米與高粱中淀粉含量及其他營養物質豐富，酵母菌和霉菌等微生物快速生長繁殖，進行有氧呼吸代謝產生大量的水，大米的水分含量在發酵過程中一直高于高粱的水分含量，是由于大米的淀粉含量高于高粱的淀粉含量。

2.2 不同發酵時期酒醅的pH 值測定

酒醅pH 值的測定見圖2。

圖2 酒醅pH 值的測定

取不同發酵時期酒醅樣品質量10 g 在水浴溫度30 ℃，水浴時間30 min 后其pH 值的測定。發酵過程中pH 值是微生物在特定環境下代謝活動的綜合指標，是一項重要的發酵參數，對微生物的生長及代謝產物的形成有重要的影響[18]。大米在發酵過程酒醅的pH 值由初始的6.84 下降至最終的3.41，高粱再發酵過程酒醅的pH 值由初始的6.75 下降到了最終的3.18，大米和高粱在經過第二輪蒸煮后較第一輪發酵7 d 的酒醅都出現了pH 值增加的現象，可能是由于在蒸煮過程中造成了酒醅中酸的揮發。

2.3 不同發酵時期酒醅的淀粉含量測定

酒醅中淀粉含量的測定見圖3。

圖3 酒醅中淀粉含量的測定

試驗結果表明，大米淀粉含量從第一輪蒸煮的1.887 g/5 g快速下降至第一輪發酵第4 天的0.243 g/5 g，高粱淀粉含量從第一輪蒸煮的1.753 g/5 g快速下降至第一輪發酵第4 天的0.389 g/5 g，大米和高粱酒醅淀粉含量從第一輪發酵4 d 到第二輪發酵7 d 略微下降且保持平穩。由于在第一輪發酵前期原料中的淀粉含量高且霉菌和酵母菌生長代謝旺盛，是酒醅整個微生態系統中的優勢菌，產生大量的淀粉酶，使淀粉水解產生單糖，因而前期淀粉含量下降較快[19-20]，第二輪發酵逐漸趨于平穩是由于隨著第一輪發酵淀粉被大量消耗，同時伴有有機酸的產生，造成了第二輪發酵的淀粉含量少且初始酸度高，酒醅中的較高酸度抑制了霉菌和酵母菌的生長代謝及淀粉酶的活性，使淀粉幾乎不再分解的緣故。

2.4 不同發酵時期酒醅中淀粉的凝膠特性

2.4.1 不同發酵時期酒醅中淀粉溶解度的測定

取不同發酵時期大米酒醅中淀粉干基質量0.2 g各5 組，分別在30，40，50，60，70 ℃條件下水浴時間30 min 的溶解度。取不同發酵時期高粱酒醅中淀粉干基質量0.2 g 各4 組，分別在30，50，70，90 ℃條件下水浴時間30 min 的溶解度。

大米酒醅淀粉的溶解度見圖4，高粱酒醅淀粉的溶解度見圖5。

圖4 大米酒醅淀粉的溶解度

圖5 高粱酒醅淀粉的溶解度

結果表明，大米淀粉與高粱淀粉的溶解度變化趨勢十分相似，當大米和高粱酒醅的發酵天數相同時隨著溫度的增加而增大，當大米和高粱酒醅的水浴溫度相同時隨發酵天數的增加而降低并趨于穩定。

2.4.2 不同發酵時期酒醅中淀粉膨潤力的測定

取不同發酵時期大米酒醅中淀粉干基質量0.2 g各5 組，分別在30，40，50，60，70 ℃條件下水浴時間30 min 的膨潤力。取不同發酵時期高粱酒醅中淀粉干基質量0.2 g 各4 組，分別在30，50，70，90 ℃條件下水浴時間30 min 的膨潤力。

大米酒醅淀粉的膨潤力見圖6，高粱酒醅淀粉的膨潤力見圖7。

圖6 大米酒醅淀粉的膨潤力

圖7 高粱酒醅淀粉的膨潤力

結果表明，大米淀粉與高粱淀粉的膨潤力變化趨勢十分相似。當溫度達到70 ℃時，大米淀粉糊化速度迅速增加，淀粉結構被破壞，淀粉顆粒受熱膨脹急劇吸收周圍水分，并溶解在水中，使其溶解度與膨潤力的快速增加。高粱淀粉的溫度達到90 ℃時，淀粉糊化速度才迅速增加，溶解度與膨潤力的才快速增加。通常，天然淀粉尤其是大米淀粉，溶解度較低，其他淀粉只有當溫度大于淀粉的糊化溫度使晶體崩解后，才會有一部分直鏈淀粉分子從膨脹的淀粉顆粒中析出[24]，大米淀粉在較低的溫度下直鏈淀粉就能從淀粉顆粒中析出，淀粉顆粒的比表面積增大，水分子與羥基結合機會增多，導致加熱后淀粉的溶解率增加，說明大米淀粉在70 ℃時開始糊化，由于糊化作用淀粉結構被破壞，與水分子相互作用力增大，吸水量迅速提高，高粱淀粉由于未達到糊化溫度，膨潤力和溶解度增長緩慢[21]。

2.4.3 不同發酵時期酒醅中淀粉持水度的測定

取不同發酵時期大米與高粱酒醅樣品干基質量各1 g 與15 mL 水中溶解1 h 淀粉的持水度變化。持水度主要反映了淀粉與水的結合程度，向淀粉中加入一定量的水，經過攪拌混勻后，水分子進入淀粉的結晶區域，并容易與暴露出來的羥基形成氫鍵，即使在離心條件下也不易分離[23]。經試驗結果表明，隨著大米與高粱發酵天數的增加，淀粉的持水度逐漸降低，并趨于穩定。

淀粉的持水度見圖8。

圖8 淀粉的持水度

3 結論

對多輪次小曲白酒發酵過程中酒醅的水分含量、pH 值和淀粉含量進行了測定，對其酒醅中淀粉凝膠特性的變化進行了研究。結果表明，從大米酒醅提取出的淀粉的溶解度與膨潤力在相同溫度下始終高于從高粱酒醅中提取出的淀粉的溶解度與膨潤力，淀粉的持水力隨著發酵天數的增加逐漸降低并趨于平衡。結果表明，酒糟應該至少使用3 輪以上，酒醅中的支鏈淀粉才基本利用完全。通過探究酒醅中淀粉性質在釀造過程中的變化，可能會對白酒生產過程中關于減少丟糟的研究提供一定的理論依據和技術參考，也有助于丟糟再加工產業鏈的擴充。