郭双海 綦希芳 冯文婷 李继红

（邯郸科技职业学院，河北邯郸 056046）

我国传统的白酒酿造工艺，是将粮谷类淀粉质原料经蒸煮糊化后，利用大曲等糖化发酵剂进行糖化、发酵，进一步蒸馏而成白酒的过程。随着生物技术特别是酶工程的快速发展，生料不经蒸煮糊化而直接经糖化发酵剂糖化、发酵进行白酒酿造成为可能。由于生料酿酒是将淀粉质原料直接加曲、加水，经糖化、发酵、蒸馏而成白酒，整个发酵过程是在液态条件下进行，不需要蒸煮糊化、配糟，被称为酿酒新工艺[1]。

国外对生料发酵的研究较早，但主要集中在生料淀粉经糖化发酵生成酒精领域。1944年有国外专家报道小麦、玉米的生淀粉能迅速被米曲霉的浸出液完全转化为可发酵性糖。后经研究发现，生淀粉和糊化淀粉酶解的差异只是在水解速率上，一般生料淀粉被水解的速率依次为大米＞小麦＞玉米＞高粱＞马铃薯[2]。我国对生料发酵研究起步于20世纪70年代。50年来，许多企业、科研院所在可控的实验室环境条件下对白酒发酵工艺进行研究，但与真实的生产环境仍有一定差距。

本研究是在环境温度较低的冬季，以市售北方粳高粱为原料进行的生、熟料发酵酿酒对比试验，旨在丰富酿酒发酵理论，为提高酿酒出酒率、改善成品酒品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料包括市售北方粳高粱40 kg，要求颗粒饱满、无杂质、无霉变、无虫蛀；安琪复合型白酒曲；稻壳；可饮用中性水，水的硬度为2.41 mmol/L、pH值为6.8。

试验器材包括GC-7820A气相色谱仪，由上海惠分科学分析仪器生产，配备30 m白酒分析专用色谱柱；可测温不锈钢发酵罐、200 L液态蒸馏塔、甑锅等，均为山东申东发酵装备有限公司生产，使用前用氢氧化钠对罐体进行清洗，再用清水冲洗备用（洗至废水的pH值为7即可）；电导率测定仪、酒精测定仪、温度计、酸度计、酒精计等。

1.2 白酒酿造

1.2.1 原料处理。熟料固态发酵和生料液态发酵工艺分别用粳高粱20 kg、安琪复合型白酒曲（用量是粮食用量的0.6%～0.8%）、稻壳（用量为粮食的20%）。固态发酵工艺与液态发酵工艺对比如表1所示。

表1 固态发酵工艺与液态发酵工艺对比

（1）熟料固态发酵工艺。蒸粮：用80℃以上热水浸泡高粱24 h，蒸粮50 min使高粱开口率达到5%左右，用80℃左右热水焖粮50min，再进行复蒸30 min，使高粱开口率达到95%以上，用手一搓即烂不顶手即可。通过蒸粮可使淀粉充分糊化，同时能起到杀菌的目的，还能去除高粱中部分果胶质成分，以减少成品酒中甲醇含量。

蒸糠：选择新鲜干燥、无杂质、无霉变的稻壳作为疏松剂和保水剂。因为稻壳中含有一定量的果胶与多缩戊糖等成分，酿酒过程中易生成甲醇，拌料时一般用熟冷糠，所以要提前蒸糠（蒸糠用时一般不低于 30 min）。

摊晾、加曲、入罐：蒸熟的粮食摊晾至30℃左右时掺入熟冷稻壳并拌匀，加入白酒曲（提前10 min用温水活化）并翻拌均匀后入不锈钢罐密封发酵，入罐温度在25℃左右。

（2）生料液态发酵工艺。粮食粉碎：用原料量4%的常温酿造水进行润粮，表皮收汗后进行粉碎至4～6瓣，以增加酒曲中糖化酶与淀粉的接触面积，粉碎程度为40目筛通过率约50%；

加曲、加水、入罐：将活化酒曲加入粉碎好的粮食中并翻拌均匀，入罐后按1∶3的比例加入酿造用水并搅拌至没有团块，进行密封发酵，入罐温度在20℃左右。

1.2.2 发酵过程控制。发酵过程主要控制以下几个方面。

温度：温度是微生物生成及保持酶活性的重要因素，发酵时室温控制在20～30℃最佳，夏季应加强通风降温，冬季做好保温工作。生料酿酒过程中，糖化在常温下即可进行，酒精发酵温度为13～35℃。温度低，糖化困难且发酵时间延长，温度过低，则发酵过程停止；温度过高（超过40℃），发酵时间短且易产酸。本试验是在较冷的冬季进行的，环境温度为10～18℃，没有采取保温措施，因而发酵时间较长（共28 d）。熟料发酵过程中，第3天即有刺鼻气味，生料发酵醪需要每隔3～5 d搅拌1次，气味刺鼻、有嘶嘶声，伴有CO2气泡冒出，说明发酵正常。

pH值：生料发酵工艺中，因高粱未经蒸煮等高温处理，杂菌数量相对较多，发酵结束后液态醪液pH值为4.6，而固态酒醅pH值为4.8，口尝微酸。研究显示，能抑制杂菌生长且不影响生料发酵酶类活性的pH值范围为3.5～5.0[3]。

含氧量：酒精发酵是厌氧发酵，不需要游离氧参加，若密封不严，外界氧气大量进入，则酵母菌将通过有氧呼吸将糖彻底分解成二氧化碳和水，同时产生大量有害杂菌导致酒醪酸败，从而降低出酒率[4]。对于固态工艺，封闭发酵罐时，发酵罐里面的空气足够糖化及酵母菌增殖所需；而液态发酵，则需要在发酵前期每隔3～5 d对发酵液搅拌1次，以促进酵母菌增殖，15 d后完全封闭即可。

1.2.3 蒸馏。对于固态发酵，用手握紧酒醅，有汁液流出且有酒香、口尝微酸即可进行蒸馏；对于液态发酵，发酵液颜色变为淡黄色或啤酒色，即证明已发酵完全，或用手指捏发酵容器底部的原料，若无硬心，一捏即化，表明其发酵彻底，可以蒸馏[5]。

对于液态和固态发酵工艺，蒸馏时均需去除约1.0%的酒头，所摘白酒酒精度至45%vol以下时出现混浊，表示优质酒已接完。45%vol以下白酒因杂味重，不宜饮用，可做酒尾处理。

2种工艺的摘酒温度均在18℃左右。熟料固态工艺是把发酵好的酒醅利用传统甑锅进行蒸馏操作，共摘得6.5 kg 66%vol白酒；生料液态发酵工艺则是将发酵醪液装入液态蒸馏塔进行蒸馏，摘得5.5 kg 76%vol白酒。

1.3 测定内容与方法

将2种工艺酿制的白酒分别取出50 mL，经降度处理成55%vol后，用气相色谱仪（乙酸丁酯内标法）进行色谱分析，获得清香型白酒微量成分含量。

2 结果与分析

2.1 固态发酵工艺与液态发酵工艺出酒率分析

出酒率是衡量发酵是否良好的重要参数，出酒率高的粮食发酵效果良好。将2种工艺所摘取的白酒分别折算为酒精度为55%vol的白酒，则固态发酵取得白酒7.8 kg，液态发酵取得白酒7.6 kg，计算得到固态发酵工艺出酒率为39.0%、液态发酵工艺出酒率为38.0%。数据表明，2种工艺发酵效果接近，出酒率偏低。

因为本研究是在低温环境下发酵，且2种工艺均为一次发酵、一次蒸馏产酒，没有对残余淀粉进行二次发酵，所以出酒率受到较大影响。高粱中含有单宁、花青素等色素成分，其衍生物酚类化合物赋予白酒特有的芳香，但高粱中较多的单宁和色素，对糖化发酵有一定的抑制作用，在熟料发酵时，高温对单宁和色素有一定的破坏作用，因而熟料发酵的抑制作用相对较弱，生料发酵时原料出酒率会有所下降[6]。

2.2 固态发酵工艺与液态发酵工艺甲醇含量分析

果胶质是生成甲醇的前体物质，酿酒原料经蒸煮后会去除果皮中的部分果胶质成分。在相同摘酒工艺的前提下，未经蒸煮处理的液态发酵工艺生产的白酒，甲醇含量偏高（表2），但均在国家规定（不高于0.4 g/L）的合理范围内。

表2 固态发酵与液态发酵工艺生产的清香型白酒微量成分含量对比 单位：（g·L-1）

2.3 固态发酵工艺与液态发酵工艺杂醇油含量分析

蒸馏白酒中除乙醇外，还有异戊醇、异丁醇、正丙醇、正己醇、β-苯乙醇等含3个以上碳原子的高级醇，又称杂醇油。少量杂醇油可赋予白酒特殊的香气，使酒体丰满，但超量杂醇油尤其是异戊醇和异丁醇含量过高，会使酒体苦涩、辣口，饮后易出现头痛、口干等不适症状，因而杂醇油含量应控制在一定范围内。国家标准规定，以粮谷为原料的白酒中高级醇含量要求不超过2 g/L（主要以异戊醇和异丁醇计）。由表2可知，本文2种工艺杂醇油含量均略高于国家标准，固态发酵工艺稍高于液态发酵工艺。

白酒中的杂醇油主要是某些氨基酸在微生物发酵过程中发生脱氨脱羧生化反应而生成，因而原料中蛋白质含量高时，酒中杂醇油含量偏高。由于经过蒸煮的熟料中蛋白质变性后易被微生物分解利用，导致熟料发酵后酒醅中杂醇油含量高于生料发酵醪；发酵周期延长，发酵醪中将会大量积聚高级醇，使杂醇油含量增高[7]；在蒸馏过程中，异戊醇和异丁醇的馏出伴随馏分酒精度的降低而逐渐减少，导致其在前段酒、中段酒中的含量高于后段酒[8]。基于上述原因，在蒸馏过程中，应缓火蒸馏、掌握冷却水温度，在摘酒过程中掐头去尾来降低成品酒杂醇油的含量；对于成品酒，也可以通过分子筛、活性炭、硅藻土等适当减少杂醇油的含量，同时能减少低温条件下成品酒的浑浊现象，提高白酒感官质量和饮酒舒适度[9]。

2.4 固态发酵工艺与液态发酵工艺醛类物质含量分析

乙醛、乙缩醛、糠醛等醛类物质毒性较大，总醛量以不超过0.2 g/L（以乙醛计）为宜，过量会引起燥辣、上头、焦苦等不适感。试验数据（表2）显示，固态发酵工艺产生的总醛含量高于液态发酵工艺，主要是固态发酵过程中添加糠壳所致。由于醛类物质沸点较低，可通过低温蒸馏、去除酒头酒尾、贮存陈化等方法降低醛类物质含量。

2.5 固态发酵工艺与液态发酵工艺总酸含量分析

白酒在发酵过程中会产生多种有机酸，可通过蒸馏进入酒中。有机酸是白酒中重要的风味物质，也是形成白酒中香味物质的前体，利于基酒中硫化物等新味物质的挥发，进而促进酒的老熟。因此，总酸含量也是白酒质量的重要指标之一，一般优质清香型白酒基酒总酸含量≥0.6 g/L比较恰当[10]。

试验数据（表2）显示，熟料固态发酵工艺总酸含量略高，但2种工艺生产的成品酒中酸类较为单一且总酸含量较低。影响总酸含量的因素主要有以下几个方面：一是本研究虽然发酵时间较长，但因环境温度及发酵温度较低，致使产酸菌繁殖不足，影响后发酵产酸，导致成品酒中总酸含量偏低；二是摘酒时冷却水温度低，而酒醅或发酵醪中酒精含量高，会摘出高度成品酒，但不利于高沸点有机酸馏出。试验表明，后段酒中酸类成分含量较高，过早断尾会导致中段酒中总酸含量低，生产实践中，一般要求接酒温度为25～30℃，这利于低沸点杂质挥发，又能适当增加基酒酸度。另外，如果酒曲糖化力、液化力及发酵力不足，也会导致发酵过程中可发酵糖少、糟醅升温幅度小、产酸量不足，随蒸馏进入基酒中的有机酸就少。

2.6 固态发酵工艺与液态发酵工艺总酯含量分析

清香型白酒中乙酸乙酯是主体香，由表2可知，液态发酵工艺与固态发酵工艺乙酸乙酯含量偏低，这与发酵温度偏低，产酸量较少有直接关系。

2种工艺摘取的成品酒无色透明、无悬浮物、无沉淀，但酒体粗糙、味淡、苦涩味稍重、“新酒”感明显。由于2种工艺的总酸、总酯含量偏低，杂醇油含量相对偏高，呈“两低一高”现象，香味物质比例失调，酒质一般，还需要经过贮存或勾调来改善酒质。生料发酵酒曲是生料酿酒的关键，可在发酵生产环节加入“产香菌”和酯化酶，以提高总酯含量，改善白酒品质。

3 结论与讨论

在较低环境温度下，无论是熟料固态发酵工艺还是生料液态发酵工艺均是可行的，但熟料固态发酵工艺工序复杂，粮食需经蒸煮，耗能较高；而生料液态发酵工艺粮食不需蒸煮，与传统酿酒工艺比较，具有节约能源与成本、操作简便、淀粉质成分不易流失等优点[11]。但在低温环境下，高粱发酵过程较慢，微生物代谢产物少，部分指标不符合国家标准《清香型白酒》（GB/T 10781.2—2006）中的要求，使得成品酒品质不高。近几年，虽然很多科研院所从多粮角度进行了生料液态发酵工艺试验研究[12]，甚至很多企业添加食品添加剂以提升成品酒品质，但随着《饮料酒术语和分类》（GB/T 17204—2021）和《白酒工业术语》（GB/T 15109—2021）的先后发布实施，以液态发酵工艺生产的白酒为酒基、添加食品添加剂调制而成的“白酒”将归为配制酒范畴，这会给生料酿酒工艺带来一场前所未有的变革。