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(wù)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(shù)及應(yīng)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(fā)酵劑，但不同的釀造原料、小曲微生物及生產(chǎn)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(fā)生糊化反應(yīng)，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(jié)晶等現(xiàn)象[6]。淀粉經(jīng)高溫糊化所形成的熱糊稱為淀粉糊，其經(jīng)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(chǎn)物，其中就含有一定量經(jīng)蒸煮發(fā)酵后形成的難以被發(fā)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(zhì)。

酒糟中含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，如果僅作為發(fā)酵副產(chǎn)物而丟棄，不僅會因腐敗而產(chǎn)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(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展，酒糟的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了進一步的擴展[10-11]。通過對蒸煮與發(fā)酵過程中酒醅的淀粉凝膠特性研究，了解傳統(tǒng)的釀酒行業(yè)從原料蒸煮發(fā)酵到丟糟過程的酒糟中淀粉變化情況，為酒糟的循環(huán)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(shè)備

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

1.3 不同小曲酒生產(chǎn)方法

1.3.1 川法小曲酒生產(chǎn)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(fā)酵→蒸餾→出甑→攤晾→拌曲混勻→培菌糖化→鋪上稻殼→密封發(fā)酵→蒸餾→出甑→攤晾→拌曲混勻→培菌糖化→鋪上稻殼→密封發(fā)酵。

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

1.3.2 米香型小曲酒生產(chǎn)工藝流程

米香型小曲酒生產(chǎn)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(fā)酵→蒸餾→攤晾→拌曲混勻→留洞→培菌糖化→添加溫水→密封發(fā)酵→蒸餾→攤晾→拌曲混勻→留洞→培菌糖化→添加溫水→密封發(fā)酵。

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

1.4 相關(guān)參數(shù)測定方法

1.4.1 酒醅水分含量的測定

依據(jù)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(jīng)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(diào)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(zhuǎn)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(fā)完全。將沉淀取出，放入250 mL 燒杯中并加入100 mL 蒸餾水，調(diào)節(jié)pH 值3.0 后放入65 ℃水浴鍋中，溫度穩(wěn)定后，加入400 μL 酸性蛋白酶酶解60 min，并以轉(zhuǎn)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(zhì)量取出，稱量并記錄淀粉的質(zhì)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(zhì)分析[23]，淀粉的持水度參考高粱中抗性淀粉的研究[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)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(fā)酵時期酒醅樣品質(zhì)量2 g 在溫度80 ℃條件下干燥時間24 h 后。水分是固態(tài)發(fā)酵酒醅的主要控制指標之一。發(fā)酵時，適宜的水分能保證發(fā)酵過程中微生物的生長代謝，為其代謝產(chǎn)物（醇、醛、酸、酯等） 提供有效溶劑，還可稀釋酸度、調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度，保證酒醅的緩慢發(fā)酵[17-18]。大米與高粱經(jīng)蒸煮后初始水分含量分別為60.70%和62.00%，在第一輪發(fā)酵7 d 內(nèi)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(yǎng)物質(zhì)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(chǎn)生大量的水，大米的水分含量在發(fā)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(fā)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(fā)酵時期酒醅樣品質(zhì)量10 g 在水浴溫度30 ℃，水浴時間30 min 后其pH 值的測定。發(fā)酵過程中pH 值是微生物在特定環(huán)境下代謝活動的綜合指標，是一項重要的發(fā)酵參數(shù)，對微生物的生長及代謝產(chǎn)物的形成有重要的影響[18]。大米在發(fā)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(fā)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(jīng)過第二輪蒸煮后較第一輪發(fā)酵7 d 的酒醅都出現(xiàn)了pH 值增加的現(xiàn)象，可能是由于在蒸煮過程中造成了酒醅中酸的揮發(fā)。

2.3 不同發(fā)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(jié)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(fā)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(fā)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(fā)酵4 d 到第二輪發(fā)酵7 d 略微下降且保持平穩(wěn)。由于在第一輪發(fā)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(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌，產(chǎn)生大量的淀粉酶，使淀粉水解產(chǎn)生單糖，因而前期淀粉含量下降較快[19-20]，第二輪發(fā)酵逐漸趨于平穩(wěn)是由于隨著第一輪發(fā)酵淀粉被大量消耗，同時伴有有機酸的產(chǎn)生，造成了第二輪發(fā)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(fā)酵時期酒醅中淀粉的凝膠特性

2.4.1 不同發(fā)酵時期酒醅中淀粉溶解度的測定

取不同發(fā)酵時期大米酒醅中淀粉干基質(zhì)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(fā)酵時期高粱酒醅中淀粉干基質(zhì)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(jié)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(fā)酵天數(shù)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(fā)酵天數(shù)的增加而降低并趨于穩(wěn)定。

2.4.2 不同發(fā)酵時期酒醅中淀粉膨潤力的測定

取不同發(fā)酵時期大米酒醅中淀粉干基質(zhì)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(fā)酵時期高粱酒醅中淀粉干基質(zhì)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(fā)酵時期酒醅中淀粉持水度的測定

取不同發(fā)酵時期大米與高粱酒醅樣品干基質(zhì)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(jié)合程度，向淀粉中加入一定量的水，經(jīng)過攪拌混勻后，水分子進入淀粉的結(jié)晶區(qū)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(jīng)試驗結(jié)果表明，隨著大米與高粱發(fā)酵天數(shù)的增加，淀粉的持水度逐漸降低，并趨于穩(wěn)定。

淀粉的持水度見圖8。

圖8 淀粉的持水度

3 結(jié)論

對多輪次小曲白酒發(fā)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(jié)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(fā)酵天數(shù)的增加逐漸降低并趨于平衡。結(jié)果表明，酒糟應(yīng)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(zhì)在釀造過程中的變化，可能會對白酒生產(chǎn)過程中關(guān)于減少丟糟的研究提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)參考，也有助于丟糟再加工產(chǎn)業(yè)鏈的擴充。