麩曲醬香型白酒釀造工藝研究及微量成分分析

李明珠李淵杰侯笑林馮金曉

(1. 青島工學院食品工程學院,山東 青島 266300;2. 內蒙古醉火酒業(yè)有限公司,內蒙古 赤峰 024231)

由于內蒙古地區(qū)氣候干燥、溫度偏低,因此環(huán)境中微生物種類和數(shù)量均受到不同程度的限制,北方高寒地區(qū)麩曲醬香型酒的釀造相對于南方醬香型白酒釀造有一定差距[1]。糖化發(fā)酵劑麩曲的生產(chǎn)控制溫度遠低于醬香型白酒的大曲,而且麩曲在通風池中培養(yǎng),不需要建造專用的大曲堆積室,培養(yǎng)時間最長僅為一周甚至更短,可以在短時間內投入生產(chǎn)且不影響最終的品質。近年來,伴隨著麩曲醬香型酒的研究、革新和發(fā)展,麩曲醬香型酒的釀造技術不斷完善[2],品質不斷提高,釀造的麩曲醬香型白酒口感順滑、醇厚、余味長、香味高雅[3],受到消費者青睞。另外,麩曲醬香型酒由于麩曲的應用使得在相同原料配比的條件下生產(chǎn)成本相較于大曲醬香型白酒更低[4],堆積和發(fā)酵的周期與大曲醬香型白酒相比較,發(fā)酵時間大大縮短[5],發(fā)酵溫度相對較低,發(fā)酵貯存周期較短,可以快速生產(chǎn),保證低成本的同時還能保證質量,因此麩曲醬香型白酒的釀造受到北方釀酒企業(yè)的追捧[6]。目前關于內蒙古地區(qū)麩曲醬香型酒的研究還未有報道。

采用堆積發(fā)酵技術釀造的麩曲醬香型白酒,必須嚴格控制好堆積發(fā)酵的各項參數(shù),其中在釀造過程中的原料配比、酵母添加、麩曲添加以及發(fā)酵溫度對產(chǎn)品質量有著密切關系[7]。研究擬對原料中小麥和高粱配比、酵母和麩曲的用量對出酒率和產(chǎn)品感官品質的影響進行探索優(yōu)化,確定發(fā)酵工藝流程,并對發(fā)酵規(guī)律和酒質成分進行分析研究,以期為內蒙古地區(qū)麩曲醬香型白酒產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱:產(chǎn)地赤峰敖漢旗林東鎮(zhèn);

小麥:產(chǎn)地山東省濱州市;

稻殼:產(chǎn)地遼寧省盤錦市;

麩皮:產(chǎn)地山東省德州市;

曲霉及酵母:內蒙古醉火酒業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設備

高壓蒸汽滅菌鍋:XFH-150CA型,浙江新豐醫(yī)療器械有限公司;

超凈工作臺:VD-650型,上海力辰科技有限公司;

分析天平:HNB-1004N型,廈門森倍科技有限公司;

恒溫水浴鍋:DZ-75L型,上海赫田科學儀器有限公司;

恒溫培養(yǎng)箱:LHP-250型,上海赫田科學儀器有限公司;

氣相色譜儀:SP-6801A型,山東魯南瑞虹化工儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 麩曲曲種制備 將麩皮、玉米面、小麥粉、谷面和稻殼混合,加入無菌蒸餾水,常壓蒸熟。將蒸好的原料放入錐形瓶中,各瓶材料應覆蓋瓶底,進行高壓蒸汽滅菌,取出后冷卻至室溫。將錐形瓶移至無菌室內接種黑曲霉,35 ℃恒溫培養(yǎng)3 d,每天搖瓶2次,待菌絲布滿錐形瓶后40 ℃風干,保存?zhèn)溆肹8]。

1.3.2 麩曲醬香型白酒釀造

(1) 工藝流程:

原料→粉碎→配料→潤料、蒸料→揚冷→加曲→加酒母→加水→堆積→入窖發(fā)酵[9]

(2) 操作要點:采用老五甑操作工藝,將高粱用對輥式粉碎機研磨成四六瓣增加高梁顆粒表面積;根據(jù)發(fā)酵池大小和甑桶大小將蒸熟涼冷的稻殼、發(fā)酵成熟的酒醅和高粱粉、小麥粉按比例混合,上甑,用0.03 MPa蒸汽進行蒸餾和糊化,糧食達到熟而不粘,內無生心。出甑用揚渣機攤涼,熱水潑漿,按比例加入酵母和麩曲。酒糟淀粉含量控制在14%～16%,先在溫度不低于30 ℃條件下堆積發(fā)酵48 h,然后入池發(fā)酵,控制入池溫度為31～33 ℃,窖池發(fā)酵周期41 d。

1.3.3 麩曲醬香型白酒釀造單因素試驗

(1) 小麥添加量對麩曲醬香型酒品質的影響:以發(fā)酵成熟酒醅中的酒精含量、蒸餾后新酒的感官評分值、貯存6個月后麩曲醬香型白酒的感官評分值為評價指標,固定酵母添加量為6.0%,麩曲添加量為6.0%,考察投料中高粱∶小麥∶稻殼的添加配比(70%∶25%∶5%,75%∶20%∶5%,80%∶15%∶5%,85%∶10%∶5%,90%∶5%∶5%,即小麥添加量為25%,20%,15%,10%,5%)對麩曲醬香型酒品質的影響。

(2) 酵母添加量對麩曲醬香白酒品質的影響:固定小麥添加量為15.0%,麩曲添加量為6.0%,考察酵母添加量(5.0%,6.0%,7.0%,8.0%,9.0%;以投料量為基礎)對麩曲醬香白酒品質的影響。

(3) 麩曲添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響:固定小麥添加量為15.0%,酵母添加量為6.0%,考察麩曲添加量(4.0%,5.0%,6.0%,7.0%,8.0%;以投料量為基礎)對麩曲醬香型白酒品質的影響。

1.3.4 麩曲醬香型白酒釀造響應面優(yōu)化試驗 依據(jù)單因素試驗結果,利用Design-Expert V7.0軟件Box-Behnken中心組合試驗設計,對麩曲醬香型白酒釀造工藝進行優(yōu)化,確定麩曲醬香型白酒最優(yōu)釀造工藝。

1.3.5 發(fā)酵過程中各成分測定

(1) 酒精含量:根據(jù)文獻[10]。

(2) 水分、酸度、還原糖:根據(jù)文獻[11]。

1.3.6 感官品評標準 對新蒸餾出的麩曲醬香型白酒和貯存6個月后的麩曲醬香型白酒依據(jù)GB/T 33405—2016《白酒感官品評術語》和GB/T 26760—2011《醬香型白酒》從色澤和外觀、香氣、口味和風格4個方面進行感官評價,產(chǎn)品應該具有醬香型白酒的典型風格,酒體協(xié)調,醇甜有余香,空杯留香較好。

1.3.7 揮發(fā)性風味成分分析 根據(jù)文獻[12]。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理 采用Design-Expert V7.0軟件進行優(yōu)化試驗設計及數(shù)據(jù)分析,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 麩曲醬香型白酒發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗

2.1.1 小麥添加量對麩曲醬香型酒品質的影響 由圖1可知,小麥占原料比例對成品酒的感官和酒精含量均產(chǎn)生了較大影響,當小麥添加量為15%時進行發(fā)酵,發(fā)酵后酒醅的酒精含量較高,可大大提高后續(xù)蒸餾時所產(chǎn)出的原酒的酒精含量,提高原酒的產(chǎn)量;蒸餾得到的新酒和貯存6個月后成品酒的感官評分值也比較高,完全可以作為企業(yè)留存酒使用。麩曲醬香型酒的發(fā)酵周期比大曲醬香型酒周期短,但在短的發(fā)酵周期內形成豐富的呈香呈味物質,僅單一原料高粱是無法實現(xiàn)的,通過在原料中添加適量的小麥,因小麥中含有大量淀粉和粗蛋白,微生物分解小麥中的蛋白產(chǎn)生芳香的前體物質,可以有效提高成酒品質[13-14]。因此,小麥的適宜添加量為10%～20%。

圖1 小麥添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響

2.1.2 酵母添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響 由圖2可知,當酵母添加量為7%時,發(fā)酵結束后酒醅中的酒精含量達到5.4%左右,此時新酒的感官評分和貯存6個月的感官評分也比較高。酵母的添加以及酵母的發(fā)酵能力對白酒的風味有非常重要的影響,添加的酵母量能夠達到最佳轉化率且不浪費待發(fā)酵酒醅中的糖為佳,如果添加量過多會導致生產(chǎn)成本增加,且在發(fā)酵達到一定程度時,酒精含量的增加會抑制酵母繼續(xù)發(fā)酵,并不利于生產(chǎn)[15-16]。由此,考慮到節(jié)約成本,促進大規(guī)模生產(chǎn)投入,酵母的適宜添加量為6%～8%。

圖2 酵母添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響

2.1.3 麩曲添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響 由圖3可知,隨著麩曲添加量的增加發(fā)酵成熟酒醅中的酒精含量有上升的趨勢,當麩曲添加量為7%時,發(fā)酵結束后酒醅中的酒精含量達到最高,此添加量得到的新酒感官評分和貯存6個月的感官評分均比較高。麩曲的添加量是麩曲醬香型白酒釀造過程的重要一部分。麩曲的添加量太少,會影響酒的最終發(fā)酵,從而影響酒中的酒精含量[17]。由此,為了提高麩曲的利用率并考慮到節(jié)約成本,麩曲的適宜添加量為6%～8%。

圖3 麩曲添加量對麩曲醬香型白酒品質的影響

2.2 麩曲醬香型白酒釀造響應面優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎上,采用Box-Behnken中心組合試驗設計,對麩曲醬香型白酒釀造工藝進行優(yōu)化,響應面試驗因素與水平設計見表l,Box-Behnken 試驗設計與結果見表2,以發(fā)酵成熟酒醅中的酒精含量為響應值(Y),應用Design-Expert V7.0軟件進行多元回歸擬合分析,得到多元二次回歸方程:

表1 響應面試驗優(yōu)化因素與水平

表2 響應面分析試驗方案與結果

Y=5.94+0.30A+0.18B+0.050C-0.15AB-0.15AC+0.10BC-0.60A2-0.50B2-0.34C2。

(1)

由表3可知,小麥添加量和酵母添加量的一次項和二次項均達到了顯著水平以上,模型的P值為0.000 3,具有明顯差異性,表明該二次方程模型達到極顯著水平,并且失擬項值為0.145 0,不顯著,說明該方程擬合度較好,可以利用該方程確定產(chǎn)酒精能力最大的釀造工藝。根據(jù)回歸方程,作出響應面圖和等高線圖,方程的交互項AB、AC和BC均P>0.05,交互項對酒精含量的影響不顯著,結果見圖4～圖6。

表3 回歸方程各項的方差分析

圖4 響應面法(小麥添加量、酵母添加量)等高線和響應面圖

圖5 響應面法(小麥添加量、麩曲添加量)等高線和響應面圖

圖6 響應面法(麩曲添加量、酵母添加量)等高線和響應面圖

通過軟件Design-Expert 7.0求解多元二次回歸方程,得到酒精含量最高的釀造工藝為:小麥添加量16.17%,酵母添加量7.14%,麩曲添加量7.00%,此時發(fā)酵成熟的酒醅中酒精含量為5.987 5%?？紤]到實際操作的可行性,按小麥添加量16.0%,酵母添加量7.0%,麩曲添加量7.0%進行驗證實驗,此時發(fā)酵成熟的酒醅中酒精含量為5.96%,與預測值較接近,利用此工藝蒸餾出的麩曲醬香型白酒感官評分值為72.1,貯存6個月后感官評分值為86.3。

2.3 發(fā)酵過程中各成分變化規(guī)律

2.3.1 酒醅中酒精含量變化規(guī)律 由圖7可知,發(fā)酵初期,酒精含量隨發(fā)酵時間快速上升。發(fā)酵初期由于酒醅中存在較多的還原糖,入池后有利于酵母和真菌的生長和繁殖,大量的酵母和真菌利用無氧呼吸的方式將還原糖轉換成酒精,從而使酒精含量迅速上升[18]。但發(fā)酵29 d以后,由于酒精含量的增加,酵母的無氧呼吸受到了限制,酒精產(chǎn)生的速度變得較慢。發(fā)酵過程中酒精含量的變化符合醬香型白酒發(fā)酵過程“前緩中挺后緩落”的酒精含量變化特征。

圖7 麩曲醬香型白酒發(fā)酵過程中酒精含量的變化

2.3.2 麩曲醬香型白酒發(fā)酵過程中水分的變化 由圖8可知,發(fā)酵初期水分含量上升速度快,至第29天,含水量達到最大值為58.4%,而后則逐漸穩(wěn)定。發(fā)酵過程中,水分的變化體現(xiàn)了酵母菌和霉菌的糖化能力,水分含量的升高說明酵母菌進行有氧呼吸的能力和繁殖能力強[19-20],由于酵母菌持續(xù)地將還原糖轉換成酒精,使其含水量逐漸增大,最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。由此,發(fā)酵過程中水分變化呈先增加后逐漸平緩,符合醬香型白酒發(fā)酵過程的要求。

圖8 麩曲醬香型白酒發(fā)酵過程中水分的變化

2.3.3 麩曲醬香型白酒發(fā)酵過程中酸度的變化 由圖9

圖9 麩曲醬香型白酒發(fā)酵過程中酸度的變化

可知,發(fā)酵前25 d,酒醅中的酸度不斷增大,發(fā)酵第25天,酒醅中的酸度變化逐漸減少,波動幅度趨于平緩。在麩曲醬香型酒的發(fā)酵過程中,發(fā)酵過程中酒香的產(chǎn)生也離不開酸類物質的作用。另外,酸類物質作為生成酯類物質的前驅物質與醇類、酯類處于同樣重要的地位[21]。隨著發(fā)酵過程的進行酒醅中的酸類物質不斷生成,從而影響了酒醅中的酸度。由此,發(fā)酵過程中酸度變化符合醬香型白酒發(fā)酵過程特點。

2.3.4 麩曲醬香型白酒發(fā)酵過程中還原糖的變化 由圖10可知,發(fā)酵前5 d還原糖含量隨發(fā)酵時間的延長而增加,隨后快速下降。在入窖的前幾天,由于麩曲中酶活較高,將大分子淀粉分解為可發(fā)酵性糖,還原糖含量迅速上升,隨著發(fā)酵的進行,酸度增加,還原糖含量開始逐漸降落,隨后保持動態(tài)平衡。由此,發(fā)酵過程中還原糖含量變化符合醬香型白酒發(fā)酵過程有機物分解轉化規(guī)律。

圖10 麩曲醬香型白酒發(fā)酵過程中還原糖的變化

2.4 最佳工藝條件下麩曲醬香型白酒的微量成分分析

由圖11和表4可知,麩曲醬香型酒樣品中丙醇、乙醛和乙縮醛含量比例適中,乙酸、乙酸乙酯和乳酸乙酯含量較高,依據(jù)GB/T 26760—2011《醬香型白酒》標準,該酒樣品質達到醬香型高度白酒一級[高度醬香型白酒一級理化指標為總酸(以乙酸計)≥1.40 g/L,總酯(以乙酸乙酯計)≥2.00 g/L]。

圖11 麩曲醬香型白酒樣品色譜圖

3 結論

經(jīng)過單因素試驗和響應面優(yōu)化試驗得到麩曲醬香型酒的最優(yōu)釀造工藝為小麥添加量16.0%,酵母添加量7.0%,麩曲添加量7.0%,發(fā)酵成熟的酒醅中酒精含量為5.96%,利用此工藝蒸餾出的麩曲醬香型白酒感官評分值為72.1,貯存6個月后感官評分值為86.3。最優(yōu)工藝條件下釀造的麩曲醬香型酒,乙酸、乙酸乙酯和乳酸乙酯含量較高,結合感官評價,該工藝釀造的麩曲醬香型白酒具有典型醬香型白酒特征,酒樣品質達到醬香型高度白酒一級。由于在制曲和發(fā)酵過程中,多種微生物的參與,白酒積累了大量的代謝產(chǎn)物如醬香精、酪醇等具有特殊醬香的呈香呈味物質和前體物質,賦予白酒豐富的香氣,后續(xù)可對內蒙古地區(qū)釀酒微生物及其作用機理作進一步研究。