小曲酒固態發酵工藝的優化研究

陳中道，劉 雅，2，3，王 海

（1.新疆伊力特實業股份有限公司，新疆可克達拉 835219；2.白酒釀造技術與品質提升兵團重點實驗室，新疆可克達拉 835219；3.兵團白酒工程技術研究中心，新疆可克達拉 835219）

伊犁河谷位于我國西部內陸地區，三面環天山，天山攔截大西洋的暖濕氣流在伊犁河谷內，為伊犁河谷帶來充足的雨水[1]。由于河谷氣候溫潤，日照時間長，晝夜溫差大的優越地理條件，非常適合釀酒高粱的生長[2]。傳統的川法小曲固態發酵白酒是以小曲為發酵動力，以整粒高粱為原料，得益于小曲之功，酒體更加醇香柔和、回甜純凈。具有投資小，用曲量小，發酵周期短，出酒率高，成本較低等特點[3-5]，因此，小曲固態法白酒是目前采用較為廣泛的固態白酒生產方法。

川法小曲采用傳統固態發酵工藝，主要控制小曲白酒生產中蒸煮、培菌、發酵、蒸餾四道工序，以提高小曲固態發酵的出酒率[6]。由于整個發酵過程采用的是自然發酵，微生物生長受當地自然環境影響較大，發酵狀態在不同地區呈現不同的規律[7]。因此，研究小曲白酒固態發酵結束后酒醅中酒精度的規律，可進一步為小曲固態發酵在伊犁河谷的推進做基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗原料：伊犁河谷本地粳高粱、四川某型小曲。

設備：精密酒精計、250 mL量筒、BS2010S電子天平，北京賽多利斯天平有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 小曲固態發酵的工藝流程

試驗流程如下：高粱→泡糧→初蒸→燜糧→復蒸→攤晾撒曲→培菌糖化→槽車發酵→裝甑蒸餾→量質接酒→分級貯存

1.2.2 分析檢測

1.2.3 發酵工藝優化

（1）單因素實驗。將復蒸后的高粱，在不同的小曲添加量（0.1 %、0.2 %、0.3 %、0.4 %、0.5 %、0.6 %）、糟∶醅（1.5∶1、1.6∶1、1.7∶1、1.8∶1、1.9∶1、2.0∶1）、發酵時間（6 d、8 d、10 d、12 d、14 d、16 d）、入槽車發酵溫度（18 ℃、19 ℃、20 ℃、21 ℃、22 ℃、23 ℃）的條件下進行發酵，分別測定其發酵結束后糟醅中的酒精度。探究以上各個因素在該地區對小曲白酒發酵過程結束后糟醅含酒量的影響。

（2）響應面試驗。根據單因素試驗，確定影響小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的三個顯著影響因素，以小曲的添加量（A）、入槽車發酵溫度（B）、發酵時間（C）為評價因素，以小曲固態發酵結束后酒醅中的酒精度作為響應值，設計響應面試驗，響應面試驗因素與水平見表1。

表1 發酵工藝優化響應面試驗設計因素與水平

1.2.4 數據處理

本試驗所有數據均利用Origin8.5 軟件繪圖，并由Design Expert v8.0.1進行響應面試驗數據分析。

2 結果與分析

2.1 小曲固態發酵工藝優化單因素試驗

2.1.1 小曲添加量對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響。

從傳統小曲固態發酵工藝中可以了解到，小曲的質量和品質決定了小曲固態發酵狀態，是小曲先糖化后發酵的重要糖化劑和發酵劑，也是發酵過程中微生物及其代謝產物的重要來源[9]。

由圖1 可知，隨著小曲添加量在0.1 %～0.6 %范圍內增加，小曲固態發酵結束后酒醅中的酒精度均呈現逐步增加再到平緩的趨勢，小曲添加量在0.6%時，小曲白酒發酵結束后酒醅中酒精度最高，達到了6.20 %vol。隨著小曲添加量在0.1 %～0.6 %范圍內逐漸遞增，酒醅中的微生物含量和催化酶含量都在增加，加快了淀粉的分解和糖類轉化成酒精，所以，酒醅中的酒精度上升，當小曲添加一定程度時，微生物生長從對數生長期到穩定期的生長周期縮短，接近微生物生長穩定期時，酒醅中的淀粉分解和糖類轉化速度放緩[10]，同時酒精與微生物代謝產生的酸反應生成香味物質，酒醅中的酒精度增長也放緩。所以，選擇最適合小曲添加量為0.4%。

2.4 關于知情同意 充分的檢測前教育、咨詢和知情同意，以及檢測后咨詢都是非常重要的，建議至少考慮以下要素。

圖1 小曲添加量對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響

2.1.2 入槽車溫度對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響

通過控制糟醅糖化結束后，進入槽車發酵的溫度，來控制糟醅中微生物發酵的快慢，影響其糟醅中的酒精度。從圖2 可以看出，入槽車發酵溫度在18～23 ℃范圍內升高時，糟醅中的酒精度先升高后降低。入槽車發酵溫度在18～20 ℃范圍內時，糟醅中的酒精度是逐漸升高的，在20 ℃時達到最高，糟醅中酒精度最高值為5.84%vol；入槽車發酵溫度在20～23 ℃范圍內時，糟醅中的酒精度先升高后降低。因此，選擇最適合入槽車溫度為20 ℃。

圖2 入槽車溫度對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響

2.1.3 槽車發酵時間對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響。

小曲的發酵時間是酒醅中微生物生長繁殖快慢的一個表現，微生物生長繁殖快，發酵快，發酵時間短，反之，微生物生長繁殖慢，發酵慢，發酵時間長。但是最終均是微生物生長繁殖到一定階段，糟醅中的營養物質不足以供給微生物生長繁殖時，發酵速度減緩，糟醅中的酒精度下降。如圖3 所示，槽車發酵的16 d 中，糟醅中的酒精度呈先增高后緩慢降低的趨勢。在0～12 d 的范圍內，糟醅中的酒精度呈現上升趨勢，在12 d 時到達峰值，糟醅中的酒精度為5.61%vol；在12～16 d 時，糟醅中的酒精度呈緩慢下降趨勢。在發酵后期，一方面微生物代謝放緩和釋放其他代謝產物；另一方面，糟醅中的營養物質不足，酒精作為原料參與其他反應。故選擇最適宜的發酵時間為12 d。

圖3 發酵時間對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響

2.1.4 糟醅比對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響

小曲固態發酵過程中，除去小曲添加量、入槽車發酵溫度和發酵時間三個因素外，糟醅比也在一定程度上影響到發酵結束后酒醅中的酒精度。如圖4 所示，隨著糟醅比逐漸增加，發酵結束后酒醅中的酒精度隨之緩慢增加，當糟醅比在2.0∶1 時，糟醅中的酒精度達到最高，酒精度為5.03 %vol。因此，選擇最適宜的糟醅比為2.0∶1。

圖4 糟醅比對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響

2.2 小曲固態發酵工藝優化響應面試驗

2.2.1 響應面試驗結果及方差分析

通過單因素試驗，篩選出了3 個影響小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度變化的顯著因子，以小曲的添加量（A）、入槽車發酵溫度（B）、發酵時間（C）為自變量，發酵結束后酒醅中的酒精度（Y）作為響應值，進行響應面優化試驗設計，結果見表2、方差分析結果見表3。

表2 響應面試驗設計與結果

表3 回歸模型方差分析

通過使用Design Expert v8.0.1 軟件進行分析，結果得到小曲添加量（A）、入槽車發酵溫度（B）、發酵時間（C）3 因素對小曲固態發酵結束后酒醅中酒精度的影響，得到了酒醅中酒精度（Y）的二次回歸方程為：

根據表3 可知，建立的小曲白酒發酵酒醅中酒精度的回歸模型P＜0.0001，顯示此響應面回歸模型極顯著。酒醅中酒精度P=0.0642＞0.05，表示不顯著，說明試驗誤差較小，影響面回歸模型預測結果可靠?；貧w方程決定系數R2為0.994，校正決定系數R2按等級為0.9986，顯示回歸關系顯著，此響應面試驗設計可靠，可以利用回歸方程預測上述因素對小曲白酒發酵酒醅中酒精度的影響。由P 值可知，所有變異來源均對小曲發酵酒醅中酒精度有影響且均為極顯著（P＜0.01）。由F 值可以看出，3個影響因素對小曲白酒發酵酒醅中酒精度影響強弱關系為：入槽車發酵溫度（B）＞小曲添加量（A）＞發酵時間（C）。

2.2.2 各個因素對小曲白酒發酵酒醅中酒精度的影響的響應面分析

小曲添加量（A）、入槽車發酵溫度（B）、發酵時間（C）三個因素交互作用對小曲白酒發酵酒醅中酒精度（Y）影響及等高線見圖5。根據各因素之間的三維響應面圖形各因素之間交互作用強弱，可以反映出各個交互作用對響應值的影響強弱。等高線圖中曲線越陡，響應越顯著；反之，越不顯著。

圖5 交互作用對酒精度的影響曲面及等高線

2.2.3 響應面驗證試驗

通過方差分析得到最優的工藝參數為小曲添加量0.63 %，入槽車溫度為20.53 ℃，發酵時間為12.20 d。為了方便實際的生產操作，將小曲固態發酵工藝條件修改為小曲添加量為0.63%，入槽車溫度為20 ℃，發酵時間為12 d，在此優化條件下，進行五次平行驗證試驗，發酵結束后酒醅中酒精度測定值為6.41%vol，與預測值6.45%vol 保持一致，故該模型可行。

3 結論

本實驗以伊犁河谷本地粳高粱為原料，采用傳統川法小曲工藝技術，通過單因素和響應面實驗確定小曲固態發酵最佳的發酵工藝條件為小曲添加量為0.63 %，入槽車溫度為20 ℃，發酵時間為12 d。在此最優發酵工藝條件下，所得發酵結束后酒醅酒精度為6.41%vol。本研究為川法小曲發酵工藝在伊犁地區發酵過程狀態提供參考。