万清徽，谢圣凯，高大禹，张国顺，韩冷，夏海锋*，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(江苏泰州梅兰春酒厂有限公司，江苏 泰州，225300)

两种堆积醅对芝麻香型白酒发酵特性和香气品质的影响

万清徽1，谢圣凯1，高大禹1，张国顺2，韩冷2，夏海锋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(江苏泰州梅兰春酒厂有限公司，江苏 泰州，225300)

高温堆积是芝麻香型白酒生产的关键工艺，其效果直接影响后续发酵及最终酒样质量。受温度和氧浓度影响，堆积结束时，表层醅和中心醅中酵母和细菌数量不同，两者的糖化酶、淀粉、酸度、还原糖和酒度也存在明显差异。为探讨2种不同堆积醅对芝麻香型白酒生产的影响，通过实验室控温模拟窖内发酵实际温度变化，将表层醅和中心醅按不同混合比例混合后进行对比发酵。研究发酵过程理化指标动态变化，并应用气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)结合感官品评分析最终酒样。实验结果表明，不同混合比例酒醅理化指标变化存在差异；实际生产混合酒醅控温发酵所得酒样最接近工厂原酒样；中心醅占比较大的酒醅所产酒具有芝麻香型酒风味特征，推测中心醅与芝麻香型白酒典型风味形成关系较大。

芝麻香型白酒；堆积过程；控温发酵；感官品评；气相色谱-质谱(GC-MS)

芝麻香型白酒兼有“清、浓、酱”三大香型白酒的优点，具有“芝麻香突出，诸味协调，丰满细腻，回味悠长”的风格特征[1]。其生产一般需经过高温润粮、蒸煮摊凉、拌醅配料、扬冷下曲、高温堆积、入窖发酵、出窖蒸酒的工艺流程。高温堆积阶段，大量微生物利用营养丰富的糟醅进行生长、增殖、代谢，同时微生物和酶类共同作用生成香味成分及其前体物质，为入窖发酵提供有利条件。因此堆积效果的优劣将直接影响窖内发酵过程[2-3]。

堆积发酵过程微生物活动会造成糟醅温度上升，不同位置糟醅温度存在巨大差异，中心温度远高于表层[2]。同时，表层醅可以接触氧气，微生物主要在有氧环境生长，而中心醅以厌氧生长为主。堆积一段时间后堆积醅表层开始出现白色菌膜，而中心糟醅无此现象，随时间延长表层菌膜逐渐累积。梅兰春酒厂生产人员认为，一定量的白色菌膜有利于窖内发酵。同时，白酒发酵过程本身属于菌群在营养丰富的糟醅中进行内源型异养演替过程，初始菌群构成对发酵过程(演替过程)有重要影响，但未见相关研究报道[4]。本文通过实验室控温模拟窖内发酵过程，将堆积醅表层和中心按不同质量配比混合后分别进行发酵，系统研究不同初始条件的糟醅发酵过程动态变化和最终酒样差异，探讨初始条件对白酒的影响，为提高堆积质量提供参考依据，同时也为实现精确调控白酒发酵过程奠定基础。

1 材料与方法

1.1材料与试剂

酒醅、芝麻香型原酒，由泰州市梅兰春酒厂有限公司提供；盐酸、氢氧化钠、葡萄糖等试剂(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；乙酸正戊酯(色谱纯)，谱析科技有限公司。

1.2仪器与设备

气相色谱-质谱联用仪(Trace 1300-ISQ QD)，美国Thermo公司；50/30 μm DVB/CAR/PAMS萃取头配SPME手动进样手柄，上海安谱实验科技有限公司；气相色谱仪(GC-2010 Plus)，日本SHIMADZU公司；纽扣温度计(DSl922L)，美国Maxim公司；无纸记录仪(SIN-R200D)，温度探头(Ptl00)，杭州联测自动化技术有限公司；生化培养箱(BSP-250)，上海博讯实业有限公司。

1.3实验方法

1.3.1 发酵过程温度测定

工厂生产所用发酵窖池长×宽×高=3 m×2 m×2 m。每隔1 h记录发酵过程温度变化。测温点安排：在距窖底1.5、1、0.5 m处分别测量窖池上、中、下3个平面温度，每一个平面分别在窖池长轴距窖边0、0.5、1、1.5 m以及窖池短轴距窖边0 m处记录酒醅温度变化，窖池内共有测温点15个。

实验室控温发酵过程使用温度探头每隔1 h记录酒醅中心点温度[5]。

1.3.2 实验室控温模拟发酵

工厂生产上堆积醅总厚50 cm，堆积48 h 后，分别取堆积表面0～3 cm(长有白色菌膜)和中心距表面25 cm处的酒醅，按不同比例混匀，根据前期测量的窖池温度数据，利用生化培养箱控温模拟发酵过程，发酵结束后使用实验室自主设计甑桶蒸馏酒醅酒样。同时对比发酵6个样品为：1号样(表层酒醅6 kg)；2号样(中心酒醅6 kg)；3号样(表层3 kg+中心3 kg，m(表)∶m(中)=1∶1)；4号样(表层1.5 kg+中心4.5 kg，m(表)∶m(中)=1∶3)；5号样(表层4.5 kg+中心1.5 kg，表∶中=3∶1)；6号样(工厂堆积结束后混匀入窖发酵酒醅6 kg，表层醅占比小于1/6)。

1.3.3 酒醅理化指标测定

工厂实际生产中堆积48 h的酒醅，按堆积表层和堆积中心分别取样。实验室控温发酵过程前7对时每天取样1次，剩余发酵对时隔天取样1次。酸度、淀粉、还原糖、酒度测定按参考文献[5-6]；糖化酶测定按参考文献[6] 。

酵母和细菌分别使用YPD和MRS培养基进行培养计数[7]。具体操作为：10 g酒醅于90 mL加有玻璃珠的无菌水中，低温振荡混匀30 min。吸取1 mL上清液进行梯度稀释，取10-2～10-6稀释液涂布平板，30 ℃培养至菌落长出，挑选30～300个菌落的培养皿进行计数。

1.3.4 挥发性成分测定

(1)顶空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)法提取白酒中的挥发性成分[8-9]，将酒样稀释到酒精体积分数为10%。取稀释后的酒样8 mL，用3 g NaCl饱和，加入10 μL内标(88 μg/L乙酸正戊酯,最终质量浓度)后进行HS-SPME。50 ℃平衡5 min后搅拌萃取45 min。GC进样口温度为250 ℃，解析5 min。

(2)色谱条件：色谱柱为DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm，Jamp;W Scientif)；载气He，流速为2 mL/min；进样口温度250 ℃。程序升温：起始温度为40 ℃，保持2 min，然后以4 ℃/min升至230 ℃，保持5 min。MS条件：EI电离源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，扫描范围30～350m/z。

(3)数据处理：将质谱数据与美国国家标准与技术研究院(National Instilute of Standards and Technology,NIST)进行比对，相似度大于80%的结果才进行报道，使用Xcalibur软件对谱图进行处理，采用半定量法计算出各挥发性成分的含量。由于各组分含量差异巨大，先进行对数归一化处理，再用Heml软件制成热图，并对样品进行聚类分析。

1.3.5 酒样感官品评

由梅兰春酒厂品酒员采用暗杯盲评的方法对控温发酵所得酒样进行品评，品酒小组由2名省级白酒评委和4名品酒员组成，其中男性4人，女性2人。

2 结果与分析

2.1堆积结束时表层醅和中心醅理化性质差异

如表1所示，堆积过程结束后，表层醅和中心醅在理化指标、菌群组成等方面均存在差异。表层醅中酵母、细菌数量远高于中心醅。这是因为随堆积时间增加，微生物活动剧烈，中心醅温度最高可达到50 ℃以上[10]，除一部分耐高温微生物外，其余微生物不耐受此温度而失活，同时，堆积中心也属于厌氧环境，好氧微生物生命活动相对有氧环境低。表层醅由于接触到空气，微生物代谢产生的热量可通过对流传热散失，使表层醅保持了一个适宜微生物生长的环境。

表1 表层和中心酒醅理化指标对比

表层醅中糖化酶活力高于中心醅，而淀粉含量低于中心醅，这表明在高温堆积阶段，表层醅中的菌群分解了更多淀粉。同时表层醅还原糖含量低于中心醅，说明表层醅中菌群需要利用更多淀粉分解产生的还原糖来维持其旺盛的生命活动。表层醅酒度高是大量酵母代谢还原糖的结果。两者酸度接近，说明两种酒醅中菌群分泌有机酸的能力相似[11]。

2.2发酵过程温度变化

2.2.1 窖内发酵温度变化趋势和不均匀性

图1-A、B、C分别为窖池上、中、下3层酒醅的不同位置在发酵过程的温度变化。窖池中部酒醅温度变化的整体趋势表现为“前升，中挺，后缓落”，而窖池外层土壤在发酵过程吸收酒醅产生的热量，起到调节发酵温度的作用，使窖池边缘酒醅温度变化同时受环境和酒醅产热影响。

图1-D是窖池上、中、下3层中心点温度对比，窖泥和土壤一样起到了调节温度的作用，酒醅产生的热量不仅向四周土壤传递，也同时向温度较低的窖泥和空气纵向传热。

A-窖池上层温度变化；B-窖池中层温度变化；C-窖池下层温度变化；D-窖池上中下3层中心点温度变化对比图1 窖池内不同位置酒醅发酵温度对比Fig.1 Comparison of fermentation temperature at different positions in pit

2.2.2 实验室控温模拟发酵过程

实验室模拟发酵缸体积较小，内部酒醅温度近似均匀，只能模拟实际生产窖池的某一局部的发酵过程。实际研究时，所有发酵样品酒醅温度变化选择上层中心点(上长1.5 m)作为对照温度曲线。如图2所示，实验室控温发酵温度变化能很好契合对照温度曲线，且同一测温时间点样品间温差较小。这表明在实验室条件下，可通过控温为白酒发酵提供一个与实际生产相似的温度环境，实现模拟白酒发酵过程。

图2 控温模拟发酵温度曲线Fig.2 Temperature curve of simulation fermentation

2.3控温发酵过程不同样品理化指标差异

2.3.1 发酵过程淀粉和还原糖变化

如图3所示。各样品的淀粉含量在前期快速下降，2号样在发酵7对时以后淀粉分解速度明显减缓，后期保持较高水平，与其余样品变化明显不同。这是因为2号样组成全为中心醅，其中微生物数量相对较低，生命活动较弱，因此淀粉消耗较少，同时发酵后期也保持一个较高的还原糖浓度。其余样品的淀粉含量变化基本相似，3号和5号样中表层醅含量较多，菌群的生命活动旺盛，因此发酵前期淀粉下降的速度更快，发酵结束残留淀粉含量最低。同时在发酵中期还出现一个较低的还原糖时期，这可能是细菌在此阶段代谢活动增强所造成。而1号样尽管有最多的微生物，但变化比较平稳，可能是前期酸度上升过快，抑制了菌群的生命活动。6号样的变化处于这些样品的中间，反映了实际生产样品比较好的控制了淀粉和还原糖的动态平衡。

A-样品发酵过程淀粉变化；B-样品发酵过程还原糖变化图3 发酵过程淀粉和还原糖变化Fig.3 The starch content and reducing sugar content change in the process of fermentation

2.3.2 发酵过程酸度变化

酸度是白酒发酵的重要调控指标，对原酒品质有重要影响[12]。如图4所示，1号样、3号样和5号样发酵开始，酸度便迅猛上升，发酵前期产酸过多，会影响酵母正常生命活动。这3个样品酒醅组成中表层醅所占比例都较大。4号样和6号样发酵前期酸度控制在一个较低水平， 5 对时后开始快速上升，这一变化趋势与窖池内实际酸度变化相似，发酵结束时4号样酸度稍高于6号样。而整个发酵过程2 号样品酸度变化很小，说明堆积过程产酸微生物主要是在表层有氧和低温环境中扩增，而中心醅相对较少。因此从调控发酵过程酒醅酸度的角度看，表层醅的量不宜过大。

图4 发酵过程酸度变化Fig.4 The acidity change in the process of fermentation

2.3.3 发酵过程酒度变化

酒精是白酒发酵的主要目标产物，较高的酒精度意味着较高的白酒产量。由图5可知，各样品酒度在前7对时快速增加，剩余对时缓慢上升，这与曹维超等人研究结果类似[13]。白酒发酵过程一定酸度有利于酵母产酒精，但过高酸度会抑制酵母活动。1号样最终酒度最低，这是由于堆积过程微生物大量繁殖已经消耗较多的淀粉以及发酵过程前期升酸过快抑制了酵母活动。3号和5号样品含较多的表层醅，发酵过程代谢活动相对旺盛，在发酵前期产酸也较多，尽管消耗了最多的淀粉，但转化的酒精相对较少。说明表层醅占比过大会提高酒醅酸度，降低出酒率。2号样尽管整个发酵过程保持较低的酸度，但酒醅中酵母数相对较少，转化能力弱，酒精浓度也相对较低。4号样和6号样在整个发酵过程酒度变化趋势相似，最终4号样酒度高于6号样，生产中适当提高表层醅含量有助于提高出酒率。

图5 发酵过程酒度变化Fig.5 The alcoholic strength change in the process of fermentation

2.4不同酒样中挥发性成分对比及感官品评

2.4.1 酒样感官品评

酒样感官品评结果如表2所示。6号样具有芝麻香型酒的典型特征，但喷香感不足，可能是样品中香味成分含量与原酒样相比较低；1号样和5号样酸度过高，酒苦涩，这表明表层醅比例过高会导致发酵过程酒醅酸度过高，从而影响成品酒质量；2号样有焦糊香，芝麻香香气不纯正，酒辛辣后味苦，可能与酒中酸度较低，多元醇含量高有关。4号样具有芝麻香特征，最接近6号样，但酒酸并且后辣，这可能是4号样发酵过程产酸多于6号样。1号和5号样品含有较多的表层醅，没有焦糊或芝麻香，而其余样品都含有较多的中心醅，并且不同程度的含有焦香、焦糊香或芝麻香，这说明芝麻香或与芝麻香相近的焦香风味成分或风味成分前体主要生成在中心醅中，结合中层醅中微生物数量相对较低而温度较高，可能芝麻香风味成分主要是高温堆积发生化学反应的结果，而生物反应的作用相对较弱，相关机制还需进一步深入研究。

2.4.2 挥发性成分对比

以梅兰春酒厂原酒样为对比样，与6个实验发酵样品分别进行GC-MS分析，结果如图6所示。分层聚类显示，6号样品与生产原酒相似度最高，表层醅(1号)与中心醅(2号)差别最大，反映了发酵初始条件对最终发酵结果的影响。

表2 酒样品评结果

酒样中酯类物质含量最为丰富。对比样检测到40种，浓度达8.79 g/L，总酯含量与周庆云等[14]在景芝酒中定量结果接近。6号样检测到33种，浓度为4.17 g/L，这可能是实际生产中窖内发酵是一个开放性发酵系统，除堆积时从曲料和环境接种微生物外，在窖池中土壤、窖泥中的菌群也参与发酵，产生更多的香味物质。1号样、2号样、酯类浓度为2.09、5.09、2.93 g/L，一方面发酵过程保持较低的酸度可能有利于产酯酵母的活动，另一方面中心醅可能比表层醅含有更多的产酯微生物。生产原酒中己酸乙酯含量(2 736.32 mg/L)高于6号样(1 126.47 mg/L)、2号样(1 887 mg/L)和4号样(233.69 mg/L)，而表层醅中未检测到己酸乙酯，这是由于白酒发酵过程中产己酸的微生物多来自于窖泥，控温发酵过程没有窖泥提供微生物，导致最终酒样含量较低的原因。对生产原酒中乳酸乙酯含量为503.03 mg/L，而在6个样品中均未检测到乳酸乙酯，这是因为乳酸乙酯水溶性大，在蒸馏过程常进入尾酒和残留在酒醅中[15]，样品中未检测到乳酸乙酯可能和自制甑桶的蒸馏效率以及蒸馏过程中酒样收集有关。此外，生产酒样中乙酸乙酯含量高于其余样品，6号样中丁酸乙酯含量高于对比样，这表明控温发酵可能有助于丁酸乙酯的产生。

图6 不同样品中风味成分对比热图Fig.6 Comparison of volatile aroma compounds in different samples

醇类物质中，含量最丰富的是异戊醇，这是芝麻香白酒中含量远高于其他香型白酒的醇类物质[14]。对比样中含量高达2 907.89 mg/L，2号样中异戊醇含量为1 067.69 mg/L较接近原酒含量，大量异戊醇存在可能是2号样在感官品评时表现出醇甜味的主要原因。芳香族化合物主要来源是氨基酸生物分解，1号样中含量最接近对比样，2、4、6号样三者之间差距较小。酸类化合物含量较少，对比样中己酸含量为40.79 mg/L，除6号样中检测到己酸含量16.48 mg/L外，其余样品均未检测到己酸，这也说明白酒中的己酸多来自于窖泥。共检测到8种呋喃类化合物，其中糠醛含量远高于其他，糠醛主要产生于蒸馏过程，呈香为焦糊，坚果香。对比样中发现4种吡嗪类物质，这一类物质在白酒中表现为焙烤香[16]，可能和芝麻香特征香气有关，其中2,3-二甲基-5-乙基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪含量较高。4号样和6号样均检测到2-乙基-6-甲基吡嗪，品评结果表明两个样品具有芝麻香白酒风味特征，可能与这一物质相关。而在1、2号样中均未检出吡嗪类物质。

3 结论

(1)芝麻香型白酒堆积结束时，表层醅中微生物数量和糖化酶活力要远高于中心醅，按不同比例混合的初始酒醅入窖发酵会产生不同的发酵过程轨迹和发酵结果。2号样(中心醅)整个发酵过程酸度变化小，发酵结束时残留淀粉较高，说明初始酒醅中微生物数量较少会使发酵进行不彻底。而1号样(表层醅)和5号样[m(表)∶m((中)=3∶1]发酵过程酸度较高，结束时残淀粉较低，说明菌群数量过多会使白酒发酵过程过于剧烈，不利于实际生产。可在入窖前通过调整表层和中心醅所占比例来调控芝麻香型白酒生产。

(2)通过GC-MS和感官品评分析，按实际生产比例混合入窖酒醅，进行实验室控温模拟发酵所得酒样与生产原酒最相似，具有芝麻香型白酒典型特征，说明实验室条件下可进行芝麻香型白酒发酵过程研究。表层醅比例较高的酒醅发酵所得酒样不具有焦香或芝麻香，而中心醅比例较高的酒醅发酵原酒不同程度具有焦香或芝麻香，推测堆积过程与芝麻香相关的风味成分或前体可能主要是在中心醅中形成，而中心醅的特点是温度高、微生物数量少，因此可推测高温堆积过程中化学反应，尤其是美拉德反应对芝麻香风味的形成影响更大，而微生物代谢的作用相对较小。具体机制还需进一步研究。

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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

硕士研究生(陈建新高级工程师，夏海锋副教授为通讯作者，E-mail： jxchen@jiangnan.edu.cn；hfxia@jiangnan.edu.cn)。

2017-05-16，改回日期：2017-08-08