陈丙友，韩英，张鑫，杨宇，万清徽，陈建新*

1(江南大学 粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡, 214122)2(山西杏花村汾酒厂股份有限公司技术中心，山西 汾阳，032205)



酒醅温度调控对清香型白酒发酵过程的影响

陈丙友1，韩英2，张鑫2，杨宇2，万清徽1，陈建新1*

1(江南大学 粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡, 214122)2(山西杏花村汾酒厂股份有限公司技术中心，山西 汾阳，032205)

摘要以传统发酵为对照，在实验室条件下模拟清香型白酒的发酵，并对发酵过程酒醅温度进行了控制。通过比较发酵过程酒醅理化性质的变化方式以及发酵所得原酒风味成分，发现酒醅温度及其变化模式对酒醅微生物群落的生长和代谢产生显著影响。通过检测发现实际生产中地缸内温度不均匀，存在温度场。测定地缸不同部位酒醅理化性质表明地缸中的温度场对白酒发酵产生了影响。由此认为，白酒发酵过程酒醅温度控制技术需以更深入的研究为基础。

关键词清香型白酒；控温发酵；理化指标；热图；主成分分析

传统白酒发酵特征之一为固态发酵工艺和埋地发酵系统，发酵过程中酒醅的温度主要由入窖时酒醅的初始温度和发酵时微生物代谢热以及场地周围环境温度决定。由于场地周围环境温度决定于气候温度，因此，白酒发酵过程中酒醅温度会在一定的范围内波动，无法实现有效的人为控制，属于相对粗放的过程。目前人们对发酵过程酒醅温度对白酒发酵过程和白酒质量的影响的了解仅处在简单的推测和定性的认识水平。随着白酒机械化的发展，传统白酒发酵过程需要进行适当的调整和改变，以适应机械化的需要。在这种前提下，准确地了解酒醅温度对白酒发酵过程和白酒质量的影响成为一个重要的课题。当前通过控制发酵过程酒醅温度以了解温度对白酒发酵的影响的研究相对较少，其中，罗冰通过6组U型换热管调节了发酵过程窖池的温度变化过程，结果白酒质量发生变化[1]。张超使用可以调节温度的窖池控制发酵过程中前期升温和后期降温的速率，从而影响了发酵过程各类微生物数量的变化[2]。张鑫采用地上不锈钢槽控制环境温度的方式尝试进行清香型白酒的发酵，发现温度变化与传统发酵过程不同，出酒率和酒质也略不同，酸度略高[3]。可见温度对发酵过程产生重要影响，但这种影响比较复杂。本研究以传统清香型发酵工艺为基础，控制发酵过程的酒醅温度，研究发酵过程中酒醅理化性质的变化规律和最终原酒品质。为下一步研究可控温白酒发酵过程提供依据。

1材料与方法

1.1材料和试剂

1.1.1发酵原料及试剂

高粱、大曲、稻壳等发酵材料，由山西省杏花村汾酒股份有限公司提供。内标乙酸正戊酯(色谱纯),谱析科技有限公司。葡萄糖，盐酸等试剂(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司。正丙醇(色谱纯)，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2仪器设备

气相色谱-质谱联用仪(Bruker SCION SQ 456GCMS),德国Bruker公司；气相色谱仪(岛津2010-plus)，日本岛津公司；生化培养箱(BSP-250),上海博讯实业有限公司；电子天平(AL204)METTLER TOLEDO；恒温水浴锅(W201D),上海申顺生物技术有限公司；无纸记录仪(SIN-R200D),温度探头(Pt100),杭州联测自动化技术有限公司；纽扣温度计(DS1922L)美国Maxim公司。

1.2发酵工艺

(1)各取2.6 kg红糁编号①、②，按汾酒发酵工艺(润粮→蒸粮→加浆、扬冷→加曲、混匀→入缸发酵→出缸加辅料→上甑流酒)发酵。

(2)在发酵阶段将①、②号发酵缸分别放入20 ℃恒温培养箱和25 ℃恒温培养箱中，并在线监测记录不同部位的酒醅温度数据。

(3)在实际生产发酵地缸中埋入纽扣温度计(DS1922L)测定地缸中不同部位的酒醅温度。

(4)测温点的安排:发酵缸中心轴上距离缸口5cm处测温点①，发酵缸的中心轴上距离缸口和缸底等距离的中点处测温点②，发酵缸中心轴距离缸底5 cm处测温点③，和经过②点和中心轴垂直的水平面上距离缸边5 cm处为测温点④。

(5)在①、②号发酵缸及实际生产地缸中每2天取样测定酒醅理化性质。

1．3测定方法

1．3．1酸度的测定[4]

酸碱中和法。

1．3．2淀粉含量的测定[5]

用酸将淀粉水解成葡萄糖，葡萄糖分子中的醛基具有还原性，还原性的醛基与菲林试剂及指示剂反应，以此来测定酒醅中淀粉含量。

1．3．3还原糖的测定

菲林试剂法。

1.3．4酒精度的测定[6-7]

(1)酒醅乙醇的提取：称取10 g酒醅样品加入100 mL蒸馏水置于电炉上加热蒸馏，待馏出液达到50 mL时，加入白酒内标1 mL定容到100 mL，待上机测定。

(2)GC分析方法及条件：检测器：氢火焰离子化检测器；色谱柱：HP-PLOT/Q(15 m×0．230 mm×20 mm)；程序升温：40 ℃保持2 min，以4℃/min升至220 ℃保持10 min，进样口温度为200 ℃；进样量1 μ L；分流比20∶1；检测器温度220 ℃。

1．3.5白酒风味成分测定[8]

(1)酒样预处理：取5 mL原酒样品，加入内标乙酸正戊酯100 mL摇匀，待上机测定。

(2)GC-MS分析方法及条件：GC条件：进样口温度25 ℃，载气(He)流速2 mL/min；进样量1 μL；不分流进样。色谱柱为DB-WAX(30 m×0．25 mm×0.25 mL，J&W Scientific)；升温程序40 ℃,恒温2 min，以4 ℃/min的升温速度升至230 ℃，保持10 min。MS条件：EI电离子源；电子能量70 eV；离子源温度200 ℃；扫描范围33．00～350．00 amu。

2结果与分析

2.1不同控温条件下酒醅温度变化

由图1可以看出，当培养环境温度为20 ℃和25 ℃时，酒醅温度分别维持在22 ℃和26 ℃左右,由于实验室发酵缸体积远小于实际生产的地缸，并且环境温度保持恒定，因此整个发酵过程酒醅温度基本稳定，波动幅度也比较小，同时不同部位的温度差也比较小，酒醅与环境之间的温度差基本在2 ℃左右，发酵系统可以认为是集中参数系统。

图1　不同控温条件下酒醅温度随发酵时间变化Fig.1　Temperature in different temperature control condition wine fermented grains fermentation time change

相比较而言，由于实际生产地缸与周围土地及环境形成一个整体，发酵热被土壤吸收，再缓慢传递到环境中，因此，温度变化表现为“前缓,中挺,后缓落”的趋势[9]，整个过程酒醅温度波动幅度有13～20 ℃。同时，发酵过程中不同部位酒醅的温度也相差较大，最大温度差有5 ℃，因此，实际发酵系统属于参数分布系统，地缸各处温度并不相同，特别是在发酵旺盛期，温度差别较大。这种温度差的存在对白酒发酵会产生什么样的影响还需要进一步探究，但清香型白酒发酵过程中，这样的温度变化模式却是白酒发酵的特征之一。

2.2不同发酵控温模式对白酒理化性质的影响

2.2.1发酵过程酸度的变化

酸度是判断酒醅发酵是否正常的一个重要指标。酒醅酸度过高就会抑制酵母菌的正常生长进而影响酒精的生成，降低白酒产量；酒醅酸度过低，有可能导致成品酒中酸度低，影响成品酒协调性,降低白酒质量，同时，酒醅中的有机酸也是酒中酯类物质的前体。所以控制酒醅酸度合理正常，对白酒正常发酵至关重要。

由图2酸度变化可以看出:实验室控温发酵的酒醅酸度都是在前6天迅速增加，而实际生产中的酒醅酸度变化相对延迟，这主要由于酒醅温度对产酸微生物的代谢有促进作用，实际生产的酒醅前期温度更低，控温发酵的酒醅温度相对较高，因此会出现上述现象。到6～10天，酸度增加都趋于平缓，而实际生产酸度增加相对较大。最终的酸度值，实际生产的最大，25 ℃控温发酵的次之，而20 ℃控温发酵的明显低于前两者。尽管实际生产发酵初期温度较低，但其顶温往往可以达到35 ℃左右，远高于25 ℃和20 ℃控温酒醅的温度，这个温度属于产酸菌最适发酵温度，是影响实际发酵过程最终酸度的主要时间阶段，由于在冬季顶温相对较低，产酸相对较少，因此，实际生产中冬季酒质好于其他季节是原因。这样比较可以得到控制实际生产过程的顶温可以降低最终酒醅的酸度。而更低的酒醅温度可以显著降低最终酒醅的酸度。

图2　发酵过程中酸度的变化Fig.2　The acidity change in the process of fermentation

2.2.2发酵过程酒度的变化

图3反映出酒醅温度对酒醅酒度的影响，酒精发酵主要在发酵的前6天，这是酒度增加最迅速的阶段。其中25 ℃控温发酵的酒醅的酒度增加速度高于20 ℃控温发酵和实际生产，这主要是由于酵母的最适发酵温度为25 ℃到30 ℃。此外酒醅的最终酒度为20 ℃控温发酵最高， 25 ℃控温发酵次之，而实际生产最低。尽管20 ℃控温发酵的酒精度升高速度较慢，但其发酵时间最长，到15天时才达到最大值。这可能是因为在酒醅温度较低时，发酵速度较慢，但酵母的生命周期更长，对酒精的耐受性更高，增加了酵母菌产酒精的时间，最终增加了酒精产量，这也和实际生产上为提高白酒产量强调发酵温度应控制为“前缓”的理念相符。

图3　发酵过程中酒度的变化Fig.3　The alcoholic strength change in the process of fermentation

2.2.3发酵过程淀粉含量及还原糖含量的变化

白酒发酵属于典型的“双边发酵”过程，还原糖含量反映了微生物利用还原糖的速度与糖化酶分解糊化后淀粉的速度之间的平衡，还原糖含量高意味着微生物利用还原糖的速度相当较慢，反之，则是酶解速度较慢。淀粉的含量反映了发酵过程淀粉消耗的速度，也就反映了白酒发酵整体的情况。酒醅最终淀粉率是判断酒醅是否有再发酵或其他利用价值的最主要指标。

图4中实际生产和25 ℃控温发酵淀粉含量变化速率相差不大，而20 ℃控温发酵淀粉含量相对较慢，但持续时间较长，但最终3种发酵模式剩余的淀粉含量基本相同。

图4　发酵过程中淀粉率的变化Fig.4　The starch content change in the process of fermentation

图5中可以发现，3种发酵还原糖变化模式相似，即前期高然后降低到最低值再缓慢回升，发酵结束时有一定的还原糖未被利用。但3者之间有显著区别，前期20 ℃控温发酵最高，25 ℃控温发酵和实际生产相对较低，但后期则是25 ℃控温发酵和实际生产相对较高。另外，20 ℃控温发酵达到还原糖最低点的时间也显著晚于25 ℃控温发酵和实际生产。这种现象说明前期糖化速度快于发酵速度，而后期微生物的活动先停止而糖化活动后停止，造成还原糖累积。比较3种发酵过程，20 ℃控温发酵在中后期发酵与糖化速率相对比较协调，这也可能是其发酵时间更长的原因之一。

图5　发酵过程中还原糖的变化Fig.5　The reducing sugart change in the process of fermentation

2.2.4实际生产过程中地缸不同部位理化性质

由于实际生产过程地缸不同部位的温度存在差异，因此，发酵过程不同部位的理化性质也被测定，以便了解温度场的存在对不同部位酒醅的理化性质是否也造成影响。

从图6中可以看出，地缸中不同部位酒醅的理化性质存在差异，但差异的幅度不同，除了还原糖以外，在第5天各部位差异最大。这个现象能够在一定程度上说明温度差对发酵造成的影响。由于除淀粉以外其余指标都是测定小分子物质的含量，这些物质具备自由扩散的能力，浓度差会随着时间的逐渐消退，第5天是温度差较大的最初时期，由于扩散时间还比较短，因此，各部位的浓度差异明显。还原糖的变化规律不同于其他指标，因此，其差异变化也不同于其它指标。

图6　实际生产发酵过程中还原糖理化指标的变化Fig.6　Changes of physical and chemical in the actual production and fermentation process

另外，由于造成浓度差异的原因还有酒醅本身混合均匀程度，测定误差等，因此不能把不同部位酒醅理化性质的差异完全归因于温度场的作用，但第5天差异较大的现象还是能够说明温度差造成了影响。

2.3发酵白酒风味成分测定及多元统计分析

2.3.1白酒风味成分测定

从图7以热图的形式比较了不同发酵控温模式得到的白酒在风味成分上的差异。控温发酵得到的成品酒与实际生产过程的成品酒相比，虽然主要风味物质含量基本相同但的风味数量偏少，原因可能是温度对微生物代谢及各种酶促反应的影响造成，同时，实验室的环境中适宜白酒发酵的微生物体系与实际生产中的微生物环境体系不同也可能是影响因素之一。另外，控温发酵中棕榈酸乙酯，油酸乙酯含量明显高于实际生产中，有研究表明这两种物质与白酒中的保健功能有一定的相关性[10]。

2.3.2白酒风味成分的主成分分析

单纯比较白酒中风味成分的差异无法得到一个总体上的评价，采用多元统计分析对白酒中风味成分进行总体比较可以更直观的了解不同白酒之间的差异。主成分分析是一种常用的多元统计分析方法，它通过多元变量降维，使得研究者可以直观的了解样品差异。图8为对6个白酒样品的风味成分进行主成分分析的得分图，从PCA得分图可观察到不同发酵条件下原酒样品间的离散程度、聚集程度。样品在PCA得分图上的分布点越靠近, 表明这些原酒样品中所含有的风味成分组成和浓度越相近[11]。如图8所示第1主成分PCA1和第2主成分PCA2可以解释68.13%的原变量信息，3种不同发酵条件生产的原酒可以在PCA得分图的PCA1维上明显区分，也就是组间和组内聚集很好的分开[12]。6个不同样本可以分为3类：20 ℃控温发酵原酒，25 ℃控温发酵原酒，实际生产发酵原酒，这说明3种不同发酵条件生产的原酒在风味成分上存在显著不同，即白酒发酵过程的发酵温度可以显著影响原酒风味成分的组成和含量。

图7　原酒中风味物质的对比Fig.7　Base liquor flavor substances in contrast

F20-20℃控温发酵样品；F25-25℃控温发酵样品；FC-实际生产样品图8　PCA分析3种不同发酵条件所得原酒样品的得分图Fig.8　PCA analysis of three different fermentation conditions of wine sample score of income

3小结

通过比较实际生产和实验室白酒发酵时酒醅温度变化发现体积较小的实验室发酵缸内部温度差较小，酒醅温度可以认为接近均匀，但实际生产的地缸内部存在较高温度差，应将其认定为参数分布系统。

比较不同控温模式白酒发酵过程的酒醅理化性质发现，控温模式对理化性质影响较大，并且可以通过理化性质变化的不同初步推断酒醅温度对发酵过程中不同微生物的生长和代谢产生重要的影响，也对酒醅淀粉的糖化速率产生影响，因此，酒醅温度的变化对白酒发酵有重要的决定作用，需要进一步深入研究，以便在更精确的定量水平上了解温度对白酒发酵的影响，为实现人工控制发酵过程酒醅温度，优化白酒发酵过程奠定基础。

通过对发酵所得原酒风味成分的测定及多元统计分析发现，3种原酒的风味成分有明显的区别，通过主成分分析表明3种原酒在总体上也差别显著，可以显著区分。

根据上述研究结果可以认定，白酒发酵是一种较为复杂的过程，酒醅温度对最终原酒的影响是多方面的，对白酒发酵过程酒醅温度的控制不仅涉及到温度变化的模式，还极可能涉及温度分布的影响。

4探讨

通过本研究发现白酒酿造过程的温度变化相对比较复杂，对白酒的品质也有重要影响，透彻的了解其中的关键和机理还需进行更深的研究，包括从传热、微生物的生长及代谢、过程控制方式等多方面综合探索。

控温发酵是白酒生产从传统方式向机械化转变的关键技术之一，只有在深入了解其过程机理的前提下才能将传统发酵的深刻内涵有效的转移到机械化进程中。因此，进行这方面的研究是必要的。

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The effect of temperature control on the fermentation process of Fen-flavor liquor

CHEN Bing-you1, HAN Ying2,ZHANG Xin2,YANG Yu2,WAN Qing-hui1,CHEN Jian-xin1*

1(National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)2 (Shanxi Xinghuacunfenjiu Distillery Co.,Ltd.,Fenyang 032205,China)

ABSTRACTTemperature control of fermented grains liquor production is one of the key technologies in the transition from traditional way to mechanical way. Based on traditional fermentation the fermentation process of Fen-flavor liquor was simulated under the condition of laboratory, and the temperature of the fermentation process was controlled. By comparing the change mode of physicochemical properties of fermented grains during fermentation and the flavor ingredients of base liquor fermentation, it was found that the temperature and the variation pattern of fermented grains have a significant impact on the growth and metabolism of microbial communities. Results showed that, temperature was uneven in cylinder and there was temperature field during the actual production. Determination of the physicochemical properties of fermented grains at different positions of ground-pot showed that the temperature field in the ground-pot had influence on liquor fermentation. The temperature control of fermented liquor during fermentation process should be based on further researches.

Key wordsfen flavor liquor；constant temperature fermentation；physicochemical properties；heat map；PCA

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606008

收稿日期：2016-01-19，改回日期：2016-02-17

第一作者：硕士研究生(陈建新高级工程师为通讯作者,E-mail：jxchen@jiangnan.edu.cn)。