兩種堆積醅對芝麻香型白酒發酵特性和香氣品質的影響

萬清徽，謝圣凱，高大禹，張國順，韓冷，夏海鋒*，陳建新*

1(江南大學 糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫，214122) 2(江蘇泰州梅蘭春酒廠有限公司，江蘇 泰州，225300)

兩種堆積醅對芝麻香型白酒發酵特性和香氣品質的影響

萬清徽1，謝圣凱1，高大禹1，張國順2，韓冷2，夏海鋒1*，陳建新1*

1(江南大學 糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫，214122) 2(江蘇泰州梅蘭春酒廠有限公司，江蘇 泰州，225300)

高溫堆積是芝麻香型白酒生產的關鍵工藝，其效果直接影響后續發酵及最終酒樣質量。受溫度和氧濃度影響，堆積結束時，表層醅和中心醅中酵母和細菌數量不同，兩者的糖化酶、淀粉、酸度、還原糖和酒度也存在明顯差異。為探討2種不同堆積醅對芝麻香型白酒生產的影響，通過實驗室控溫模擬窖內發酵實際溫度變化，將表層醅和中心醅按不同混合比例混合后進行對比發酵。研究發酵過程理化指標動態變化，并應用氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)結合感官品評分析最終酒樣。實驗結果表明，不同混合比例酒醅理化指標變化存在差異；實際生產混合酒醅控溫發酵所得酒樣最接近工廠原酒樣；中心醅占比較大的酒醅所產酒具有芝麻香型酒風味特征，推測中心醅與芝麻香型白酒典型風味形成關系較大。

芝麻香型白酒；堆積過程；控溫發酵；感官品評；氣相色譜-質譜(GC-MS)

芝麻香型白酒兼有“清、濃、醬”三大香型白酒的優點，具有“芝麻香突出，諸味協調，豐滿細膩，回味悠長”的風格特征[1]。其生產一般需經過高溫潤糧、蒸煮攤涼、拌醅配料、揚冷下曲、高溫堆積、入窖發酵、出窖蒸酒的工藝流程。高溫堆積階段，大量微生物利用營養豐富的糟醅進行生長、增殖、代謝，同時微生物和酶類共同作用生成香味成分及其前體物質，為入窖發酵提供有利條件。因此堆積效果的優劣將直接影響窖內發酵過程[2-3]。

堆積發酵過程微生物活動會造成糟醅溫度上升，不同位置糟醅溫度存在巨大差異，中心溫度遠高于表層[2]。同時，表層醅可以接觸氧氣，微生物主要在有氧環境生長，而中心醅以厭氧生長為主。堆積一段時間后堆積醅表層開始出現白色菌膜，而中心糟醅無此現象，隨時間延長表層菌膜逐漸累積。梅蘭春酒廠生產人員認為，一定量的白色菌膜有利于窖內發酵。同時，白酒發酵過程本身屬于菌群在營養豐富的糟醅中進行內源型異養演替過程，初始菌群構成對發酵過程(演替過程)有重要影響，但未見相關研究報道[4]。本文通過實驗室控溫模擬窖內發酵過程，將堆積醅表層和中心按不同質量配比混合后分別進行發酵，系統研究不同初始條件的糟醅發酵過程動態變化和最終酒樣差異，探討初始條件對白酒的影響，為提高堆積質量提供參考依據，同時也為實現精確調控白酒發酵過程奠定基礎。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

酒醅、芝麻香型原酒，由泰州市梅蘭春酒廠有限公司提供；鹽酸、氫氧化鈉、葡萄糖等試劑(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司；乙酸正戊酯(色譜純)，譜析科技有限公司。

1.2儀器與設備

氣相色譜-質譜聯用儀(Trace 1300-ISQ QD)，美國Thermo公司；50/30 μm DVB/CAR/PAMS萃取頭配SPME手動進樣手柄，上海安譜實驗科技有限公司；氣相色譜儀(GC-2010 Plus)，日本SHIMADZU公司；紐扣溫度計(DSl922L)，美國Maxim公司；無紙記錄儀(SIN-R200D)，溫度探頭(Ptl00)，杭州聯測自動化技術有限公司；生化培養箱(BSP-250)，上海博訊實業有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1 發酵過程溫度測定

工廠生產所用發酵窖池長×寬×高=3 m×2 m×2 m。每隔1 h記錄發酵過程溫度變化。測溫點安排：在距窖底1.5、1、0.5 m處分別測量窖池上、中、下3個平面溫度，每一個平面分別在窖池長軸距窖邊0、0.5、1、1.5 m以及窖池短軸距窖邊0 m處記錄酒醅溫度變化，窖池內共有測溫點15個。

實驗室控溫發酵過程使用溫度探頭每隔1 h記錄酒醅中心點溫度[5]。

1.3.2 實驗室控溫模擬發酵

工廠生產上堆積醅總厚50 cm，堆積48 h 后，分別取堆積表面0～3 cm(長有白色菌膜)和中心距表面25 cm處的酒醅，按不同比例混勻，根據前期測量的窖池溫度數據，利用生化培養箱控溫模擬發酵過程，發酵結束后使用實驗室自主設計甑桶蒸餾酒醅酒樣。同時對比發酵6個樣品為：1號樣(表層酒醅6 kg)；2號樣(中心酒醅6 kg)；3號樣(表層3 kg+中心3 kg，m(表)∶m(中)=1∶1)；4號樣(表層1.5 kg+中心4.5 kg，m(表)∶m(中)=1∶3)；5號樣(表層4.5 kg+中心1.5 kg，表∶中=3∶1)；6號樣(工廠堆積結束后混勻入窖發酵酒醅6 kg，表層醅占比小于1/6)。

1.3.3 酒醅理化指標測定

工廠實際生產中堆積48 h的酒醅，按堆積表層和堆積中心分別取樣。實驗室控溫發酵過程前7對時每天取樣1次，剩余發酵對時隔天取樣1次。酸度、淀粉、還原糖、酒度測定按參考文獻[5-6]；糖化酶測定按參考文獻[6] 。

酵母和細菌分別使用YPD和MRS培養基進行培養計數[7]。具體操作為：10 g酒醅于90 mL加有玻璃珠的無菌水中，低溫振蕩混勻30 min。吸取1 mL上清液進行梯度稀釋，取10-2～10-6稀釋液涂布平板，30 ℃培養至菌落長出，挑選30～300個菌落的培養皿進行計數。

1.3.4 揮發性成分測定

(1)頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)法提取白酒中的揮發性成分[8-9]，將酒樣稀釋到酒精體積分數為10%。取稀釋后的酒樣8 mL，用3 g NaCl飽和，加入10 μL內標(88 μg/L乙酸正戊酯,最終質量濃度)后進行HS-SPME。50 ℃平衡5 min后攪拌萃取45 min。GC進樣口溫度為250 ℃，解析5 min。

(2)色譜條件：色譜柱為DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm，Jamp;W Scientif)；載氣He，流速為2 mL/min；進樣口溫度250 ℃。程序升溫：起始溫度為40 ℃，保持2 min，然后以4 ℃/min升至230 ℃，保持5 min。MS條件：EI電離源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，掃描范圍30～350m/z。

(3)數據處理：將質譜數據與美國國家標準與技術研究院(National Instilute of Standards and Technology,NIST)進行比對，相似度大于80%的結果才進行報道，使用Xcalibur軟件對譜圖進行處理，采用半定量法計算出各揮發性成分的含量。由于各組分含量差異巨大，先進行對數歸一化處理，再用Heml軟件制成熱圖，并對樣品進行聚類分析。

1.3.5 酒樣感官品評

由梅蘭春酒廠品酒員采用暗杯盲評的方法對控溫發酵所得酒樣進行品評，品酒小組由2名省級白酒評委和4名品酒員組成，其中男性4人，女性2人。

2 結果與分析

2.1堆積結束時表層醅和中心醅理化性質差異

如表1所示，堆積過程結束后，表層醅和中心醅在理化指標、菌群組成等方面均存在差異。表層醅中酵母、細菌數量遠高于中心醅。這是因為隨堆積時間增加，微生物活動劇烈，中心醅溫度最高可達到50 ℃以上[10]，除一部分耐高溫微生物外，其余微生物不耐受此溫度而失活，同時，堆積中心也屬于厭氧環境，好氧微生物生命活動相對有氧環境低。表層醅由于接觸到空氣，微生物代謝產生的熱量可通過對流傳熱散失，使表層醅保持了一個適宜微生物生長的環境。

表1 表層和中心酒醅理化指標對比

表層醅中糖化酶活力高于中心醅，而淀粉含量低于中心醅，這表明在高溫堆積階段，表層醅中的菌群分解了更多淀粉。同時表層醅還原糖含量低于中心醅，說明表層醅中菌群需要利用更多淀粉分解產生的還原糖來維持其旺盛的生命活動。表層醅酒度高是大量酵母代謝還原糖的結果。兩者酸度接近，說明兩種酒醅中菌群分泌有機酸的能力相似[11]。

2.2發酵過程溫度變化

2.2.1 窖內發酵溫度變化趨勢和不均勻性

圖1-A、B、C分別為窖池上、中、下3層酒醅的不同位置在發酵過程的溫度變化。窖池中部酒醅溫度變化的整體趨勢表現為“前升，中挺，后緩落”，而窖池外層土壤在發酵過程吸收酒醅產生的熱量，起到調節發酵溫度的作用，使窖池邊緣酒醅溫度變化同時受環境和酒醅產熱影響。

圖1-D是窖池上、中、下3層中心點溫度對比，窖泥和土壤一樣起到了調節溫度的作用，酒醅產生的熱量不僅向四周土壤傳遞，也同時向溫度較低的窖泥和空氣縱向傳熱。

A-窖池上層溫度變化；B-窖池中層溫度變化；C-窖池下層溫度變化；D-窖池上中下3層中心點溫度變化對比圖1 窖池內不同位置酒醅發酵溫度對比Fig.1 Comparison of fermentation temperature at different positions in pit

2.2.2 實驗室控溫模擬發酵過程

實驗室模擬發酵缸體積較小，內部酒醅溫度近似均勻，只能模擬實際生產窖池的某一局部的發酵過程。實際研究時，所有發酵樣品酒醅溫度變化選擇上層中心點(上長1.5 m)作為對照溫度曲線。如圖2所示，實驗室控溫發酵溫度變化能很好契合對照溫度曲線，且同一測溫時間點樣品間溫差較小。這表明在實驗室條件下，可通過控溫為白酒發酵提供一個與實際生產相似的溫度環境，實現模擬白酒發酵過程。

圖2 控溫模擬發酵溫度曲線Fig.2 Temperature curve of simulation fermentation

2.3控溫發酵過程不同樣品理化指標差異

2.3.1 發酵過程淀粉和還原糖變化

如圖3所示。各樣品的淀粉含量在前期快速下降，2號樣在發酵7對時以后淀粉分解速度明顯減緩，后期保持較高水平，與其余樣品變化明顯不同。這是因為2號樣組成全為中心醅，其中微生物數量相對較低，生命活動較弱，因此淀粉消耗較少，同時發酵后期也保持一個較高的還原糖濃度。其余樣品的淀粉含量變化基本相似，3號和5號樣中表層醅含量較多，菌群的生命活動旺盛，因此發酵前期淀粉下降的速度更快，發酵結束殘留淀粉含量最低。同時在發酵中期還出現一個較低的還原糖時期，這可能是細菌在此階段代謝活動增強所造成。而1號樣盡管有最多的微生物，但變化比較平穩，可能是前期酸度上升過快，抑制了菌群的生命活動。6號樣的變化處于這些樣品的中間，反映了實際生產樣品比較好的控制了淀粉和還原糖的動態平衡。

A-樣品發酵過程淀粉變化；B-樣品發酵過程還原糖變化圖3 發酵過程淀粉和還原糖變化Fig.3 The starch content and reducing sugar content change in the process of fermentation

2.3.2 發酵過程酸度變化

酸度是白酒發酵的重要調控指標，對原酒品質有重要影響[12]。如圖4所示，1號樣、3號樣和5號樣發酵開始，酸度便迅猛上升，發酵前期產酸過多，會影響酵母正常生命活動。這3個樣品酒醅組成中表層醅所占比例都較大。4號樣和6號樣發酵前期酸度控制在一個較低水平， 5 對時后開始快速上升，這一變化趨勢與窖池內實際酸度變化相似，發酵結束時4號樣酸度稍高于6號樣。而整個發酵過程2 號樣品酸度變化很小，說明堆積過程產酸微生物主要是在表層有氧和低溫環境中擴增，而中心醅相對較少。因此從調控發酵過程酒醅酸度的角度看，表層醅的量不宜過大。

圖4 發酵過程酸度變化Fig.4 The acidity change in the process of fermentation

2.3.3 發酵過程酒度變化

酒精是白酒發酵的主要目標產物，較高的酒精度意味著較高的白酒產量。由圖5可知，各樣品酒度在前7對時快速增加，剩余對時緩慢上升，這與曹維超等人研究結果類似[13]。白酒發酵過程一定酸度有利于酵母產酒精，但過高酸度會抑制酵母活動。1號樣最終酒度最低，這是由于堆積過程微生物大量繁殖已經消耗較多的淀粉以及發酵過程前期升酸過快抑制了酵母活動。3號和5號樣品含較多的表層醅，發酵過程代謝活動相對旺盛，在發酵前期產酸也較多，盡管消耗了最多的淀粉，但轉化的酒精相對較少。說明表層醅占比過大會提高酒醅酸度，降低出酒率。2號樣盡管整個發酵過程保持較低的酸度，但酒醅中酵母數相對較少，轉化能力弱，酒精濃度也相對較低。4號樣和6號樣在整個發酵過程酒度變化趨勢相似，最終4號樣酒度高于6號樣，生產中適當提高表層醅含量有助于提高出酒率。

圖5 發酵過程酒度變化Fig.5 The alcoholic strength change in the process of fermentation

2.4不同酒樣中揮發性成分對比及感官品評

2.4.1 酒樣感官品評

酒樣感官品評結果如表2所示。6號樣具有芝麻香型酒的典型特征，但噴香感不足，可能是樣品中香味成分含量與原酒樣相比較低；1號樣和5號樣酸度過高，酒苦澀，這表明表層醅比例過高會導致發酵過程酒醅酸度過高，從而影響成品酒質量；2號樣有焦糊香，芝麻香香氣不純正，酒辛辣后味苦，可能與酒中酸度較低，多元醇含量高有關。4號樣具有芝麻香特征，最接近6號樣，但酒酸并且后辣，這可能是4號樣發酵過程產酸多于6號樣。1號和5號樣品含有較多的表層醅，沒有焦糊或芝麻香，而其余樣品都含有較多的中心醅，并且不同程度的含有焦香、焦糊香或芝麻香，這說明芝麻香或與芝麻香相近的焦香風味成分或風味成分前體主要生成在中心醅中，結合中層醅中微生物數量相對較低而溫度較高，可能芝麻香風味成分主要是高溫堆積發生化學反應的結果，而生物反應的作用相對較弱，相關機制還需進一步深入研究。

2.4.2 揮發性成分對比

以梅蘭春酒廠原酒樣為對比樣，與6個實驗發酵樣品分別進行GC-MS分析，結果如圖6所示。分層聚類顯示，6號樣品與生產原酒相似度最高，表層醅(1號)與中心醅(2號)差別最大，反映了發酵初始條件對最終發酵結果的影響。

表2 酒樣品評結果

酒樣中酯類物質含量最為豐富。對比樣檢測到40種，濃度達8.79 g/L，總酯含量與周慶云等[14]在景芝酒中定量結果接近。6號樣檢測到33種，濃度為4.17 g/L，這可能是實際生產中窖內發酵是一個開放性發酵系統，除堆積時從曲料和環境接種微生物外，在窖池中土壤、窖泥中的菌群也參與發酵，產生更多的香味物質。1號樣、2號樣、酯類濃度為2.09、5.09、2.93 g/L，一方面發酵過程保持較低的酸度可能有利于產酯酵母的活動，另一方面中心醅可能比表層醅含有更多的產酯微生物。生產原酒中己酸乙酯含量(2 736.32 mg/L)高于6號樣(1 126.47 mg/L)、2號樣(1 887 mg/L)和4號樣(233.69 mg/L)，而表層醅中未檢測到己酸乙酯，這是由于白酒發酵過程中產己酸的微生物多來自于窖泥，控溫發酵過程沒有窖泥提供微生物，導致最終酒樣含量較低的原因。對生產原酒中乳酸乙酯含量為503.03 mg/L，而在6個樣品中均未檢測到乳酸乙酯，這是因為乳酸乙酯水溶性大，在蒸餾過程常進入尾酒和殘留在酒醅中[15]，樣品中未檢測到乳酸乙酯可能和自制甑桶的蒸餾效率以及蒸餾過程中酒樣收集有關。此外，生產酒樣中乙酸乙酯含量高于其余樣品，6號樣中丁酸乙酯含量高于對比樣，這表明控溫發酵可能有助于丁酸乙酯的產生。

圖6 不同樣品中風味成分對比熱圖Fig.6 Comparison of volatile aroma compounds in different samples

醇類物質中，含量最豐富的是異戊醇，這是芝麻香白酒中含量遠高于其他香型白酒的醇類物質[14]。對比樣中含量高達2 907.89 mg/L，2號樣中異戊醇含量為1 067.69 mg/L較接近原酒含量，大量異戊醇存在可能是2號樣在感官品評時表現出醇甜味的主要原因。芳香族化合物主要來源是氨基酸生物分解，1號樣中含量最接近對比樣，2、4、6號樣三者之間差距較小。酸類化合物含量較少，對比樣中己酸含量為40.79 mg/L，除6號樣中檢測到己酸含量16.48 mg/L外，其余樣品均未檢測到己酸，這也說明白酒中的己酸多來自于窖泥。共檢測到8種呋喃類化合物，其中糠醛含量遠高于其他，糠醛主要產生于蒸餾過程，呈香為焦糊，堅果香。對比樣中發現4種吡嗪類物質，這一類物質在白酒中表現為焙烤香[16]，可能和芝麻香特征香氣有關，其中2,3-二甲基-5-乙基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪含量較高。4號樣和6號樣均檢測到2-乙基-6-甲基吡嗪，品評結果表明兩個樣品具有芝麻香白酒風味特征，可能與這一物質相關。而在1、2號樣中均未檢出吡嗪類物質。

3 結論

(1)芝麻香型白酒堆積結束時，表層醅中微生物數量和糖化酶活力要遠高于中心醅，按不同比例混合的初始酒醅入窖發酵會產生不同的發酵過程軌跡和發酵結果。2號樣(中心醅)整個發酵過程酸度變化小，發酵結束時殘留淀粉較高，說明初始酒醅中微生物數量較少會使發酵進行不徹底。而1號樣(表層醅)和5號樣[m(表)∶m((中)=3∶1]發酵過程酸度較高，結束時殘淀粉較低，說明菌群數量過多會使白酒發酵過程過于劇烈，不利于實際生產?？稍谌虢亚巴ㄟ^調整表層和中心醅所占比例來調控芝麻香型白酒生產。

(2)通過GC-MS和感官品評分析，按實際生產比例混合入窖酒醅，進行實驗室控溫模擬發酵所得酒樣與生產原酒最相似，具有芝麻香型白酒典型特征，說明實驗室條件下可進行芝麻香型白酒發酵過程研究。表層醅比例較高的酒醅發酵所得酒樣不具有焦香或芝麻香，而中心醅比例較高的酒醅發酵原酒不同程度具有焦香或芝麻香，推測堆積過程與芝麻香相關的風味成分或前體可能主要是在中心醅中形成，而中心醅的特點是溫度高、微生物數量少，因此可推測高溫堆積過程中化學反應，尤其是美拉德反應對芝麻香風味的形成影響更大，而微生物代謝的作用相對較小。具體機制還需進一步研究。

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Effectsoftwokindsofaccumulatedgrainsonfermentationcharacteristicsandaromaqualityofsesame-flavorliquor

WAN Qing-hui1, XIE Sheng-kai1, GAO Da-yu1, ZHANG Guo-shun2, HAN Leng2, XIA Hai-feng1*, CHEN Jian-xin1*

1(National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China) 2(Meilanchun Distillery Co.Ltd.,Taizhou 225300,China)

The accumulation is a key process in the production of sesame flavor liquor, and directly affects the subsequent fermentation and the quality of the final sample. Effected by the temperature and oxygen concentration in the accumulation process, at the end of the accumulation, there are significant differences in the amount of yeast and bacteria between the surface and the core, and the saccharification enzymes, starch, acidity, reducing sugar and alcohol between them were also different. In order to investigate the effect of two different accumulation grains on the production of sesame flavor liquor, the actual temperature of fermentation in the pit was simulated by laboratory temperature control, and the surface grains and the core grains were mixed according to different mixing ratio for fermentation. The dynamic changes of physical and chemical indexes in the fermentation process were studied and the final samples were analyzed by GC-MS combined with sensory evaluation. The results showed that there are differences in the physical and chemical indexes of different mixing ratio. The actual production of mixed fermented grains was the closest to the original wine samples of the factory. The middle grains in a larger proportion produced the fermented wine with sesame flavor, it was speculated that the formation of the core grains and the sesame flavor liquor had a great relationship.

sesame-flavor liquor; accumulation; temperature-controlled fermentation; sensory evaluation; gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014780

碩士研究生(陳建新高級工程師，夏海鋒副教授為通訊作者，E-mail： jxchen@jiangnan.edu.cn；hfxia@jiangnan.edu.cn)。

2017-05-16，改回日期：2017-08-08