張彩飛，張陽陽，尉曉東，張福艷，張煜行，黃時(shí)海*，韓興林

1(廣西大學(xué)，廣西 南寧，530004) 2(衡水老白干酒業(yè)股份有限公司，河北 衡水，053000) 3(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京，100015)

白酒生產(chǎn)是采用邊糖化邊發(fā)酵的工藝，它主要依靠曲中的糖化酶對(duì)原料中的淀粉進(jìn)行糖化，得到以葡萄糖為主的低分子糖類供酵母發(fā)酵。由于曲的糖化力低，再加上在漫長的發(fā)酵過程中糖化力不斷失活，因此，白酒發(fā)酵并不能充分利用原料中的淀粉，原料利用率較低，酒糟產(chǎn)出較多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國白酒行業(yè)每年會(huì)產(chǎn)生3 000萬t的白酒丟糟[1]，白酒丟糟含有豐富的營養(yǎng)成分(10%～13%的粗淀粉，10%～16%的粗蛋白，3.83%～8.04%的粗脂肪等)[2]，且酸度大，水分含量高，若隨意丟棄或焚燒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。若能將其利用，既解決了環(huán)境污染問題，又可以降低生產(chǎn)成本。

雖然白酒工藝越來越成熟，但但仍有一些限制因素影響著白酒的生產(chǎn)，例如：糧水比、潤糧時(shí)間、蒸糧時(shí)間等對(duì)高粱的糊化有影響，冷卻水的添加量對(duì)后期的發(fā)酵有影響。張習(xí)軍等通過對(duì)不同蒸煮工藝的探究得出蒸煮工藝與大米種類對(duì)淀粉的消化性能有很大影響，尤其是長時(shí)間的高壓強(qiáng)蒸煮[2]；方軍通過對(duì)潤糧工藝做了研究得出熱水溫控制在60～80 ℃最好，而且隨著熱水的增加，糊化的效果也越來越好[3]。本文就原料前處理工藝對(duì)淀粉利用率的影響進(jìn)行初步研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱,黑龍江省農(nóng)科院; 中溫大曲,北京牛欄山酒廠; 稻殼,北京牛欄山酒廠; 甲基紅,濟(jì)寧華凱樹脂; HCl,山西同杰化學(xué)試劑; NaOH, 濟(jì)寧宏偉化工有限公司; CuSO4,濟(jì)寧佰一化工有限公司; 亞甲基藍(lán),鄭州潤杰化工產(chǎn)品有限公司; 酒石酸鉀鈉, 廊坊鵬彩精細(xì)化工有限公司; 亞鐵氰化鉀,上海琳帝化工有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 設(shè)備

電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；恒溫培養(yǎng)箱，上海姚氏儀器設(shè)備廠；家用蒸餾酒裝置，釀酒之家；粉碎機(jī)，永昌藥化機(jī)械有限公司；滅菌鍋，上海復(fù)昌科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

稱取粉碎好的500 g高粱加入一定量85 ℃熱水潤糧過夜，第2天將高粱進(jìn)行蒸煮，蒸煮一段時(shí)間后，添加冷卻水,待溫度降到25～30 ℃時(shí)，添加大曲，將曲和料拌勻后，裝入罐內(nèi)密封發(fā)酵22 d。 工藝流程如圖1所示。

圖1 白酒釀造工藝流程Fig.1 The process of Baijiu brewing

1.3.2 淀粉的測定

借鑒馬群[4]的方法，按公式(1)計(jì)算淀粉利用率。

式中：W1,入缸前淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;W2,發(fā)酵后淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù),%。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在確定的發(fā)酵工藝條件下，分別對(duì)熱水添加量、潤糧時(shí)間、蒸糧時(shí)間、冷卻水添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.4 正交試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以糧水比、潤糧時(shí)間、蒸糧時(shí)間、冷卻水的添加量為主要考察因素,以測得的淀粉利用率為主要考察指標(biāo),根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)因素水平如表1所示，選用L9(34)正交表。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 The level factor table of orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 糧水比對(duì)淀粉利用的影響

其他條件相同時(shí)，分別添加不同量的熱水進(jìn)行潤糧，發(fā)酵后淀粉利用率結(jié)果如圖2所示，潤糧時(shí)加水量少，淀粉不易蒸熟糊化，出甑時(shí)部分糧食出現(xiàn)生心，沒有熟透，不利于后期糖化發(fā)酵。潤糧時(shí)加足夠量的水，有利于更好的糊化。但隨著熱水用量的增加，糧食吸收的水分也會(huì)慢慢趨于平穩(wěn)，而過量的水會(huì)造成糧食糊化過度，蒸餾后的糟醅成團(tuán)、顯膩，不利于后期的糖化發(fā)酵。所以，熱水用量多少合適，要視糧食的含水量以及工藝來確定。

圖2 熱水添加量對(duì)淀粉利用率的影響Fig.2 The effect of hot water addition on starch utilization

2.2 潤糧時(shí)間對(duì)淀粉利用的影響

在白酒生產(chǎn)工藝中，潤糧亦稱潤料，是指釀酒原料在蒸煮前進(jìn)行潤水，使原料均勻吸收一定量水分的操作。其他條件一定時(shí), 考察潤糧時(shí)間對(duì)淀粉利用的影響,結(jié)果如圖3。在相同的熱水用量下，隨著潤糧時(shí)間的升高，淀粉利用率呈現(xiàn)增大的趨勢。在潤糧時(shí)間為24 h以下時(shí)，淀粉利用率隨著時(shí)間變化而增大，而在24 h以上時(shí)隨著潤糧時(shí)間的增加，淀粉利用率變化趨于平穩(wěn)或有一點(diǎn)點(diǎn)降低?？赡茈S著潤糧時(shí)間的增加，糧食吸水量過大，導(dǎo)致蒸煮后的黏度過高，高粱成團(tuán)，使得大曲中的微生物很難利用里面的淀粉，不利于大曲后期發(fā)酵利用。潤糧時(shí)間較低時(shí)，隨著潤糧時(shí)間的增加，糧食的吸水量也在增加，糧食中部分淀粉分子破裂，吸收到內(nèi)部的水分量也就相對(duì)要多些，所以糊化率就要高一些，以至后期發(fā)酵可利用淀粉就越多。

圖3 潤糧時(shí)間對(duì)淀粉利用率的影響Fig.3 The effect of dipping time on starch utilization

2.3 蒸糧時(shí)間對(duì)淀粉利用的影響

條件一定時(shí)，蒸煮時(shí)間對(duì)淀粉利用的影響如圖4，結(jié)果表明蒸煮時(shí)間越長，高粱淀粉糊化的越好，以至于后期被大曲糖化發(fā)酵利用的也越多，蒸煮時(shí)間超過100 min后，淀粉的利用率不升反降，這是由于蒸煮過透，以至于淀粉黏稠，使得后期大曲難以發(fā)酵利用。100 min前隨著蒸煮時(shí)間增加，淀粉的利用率也增加，100 min達(dá)到淀粉最大的利用率，但100 min后，淀粉利用率變化就沒那么明顯了，這說明隨著蒸煮時(shí)間的增加，淀粉已經(jīng)達(dá)到了一定的糊化度。之后淀粉利用率降低，那是由于糧食糊化過度，蒸餾后的高粱成團(tuán)黏性較大，不利于大曲后期發(fā)酵利用。

圖4 蒸糧時(shí)間對(duì)淀粉利用率的影響Fig.4 The effect of steaming time on starch utilization

2.4 冷卻水添加量對(duì)淀粉利用的影響

在相同的條件下，投入冷卻水，水溫控制在30 ℃，冷卻水添加過少，達(dá)不到冷卻效果，同時(shí)也達(dá)不到大曲需要的水分，冷卻水添加過量，會(huì)造成入池水分過大，酒糟易生酸，使得大曲的活力太低，以至淀粉利用率的降低。

如圖5所示,隨冷卻水添加量的增加，淀粉利用率增加。當(dāng)冷卻水添加量達(dá)到30%后，對(duì)淀粉利用率的提高不明顯，甚至降低。這可能是由于水的添加導(dǎo)致大曲中的微生物很難利用氧氣進(jìn)行增殖，導(dǎo)致淀粉利用率隨之降低。從圖5可以看出,一旦水的添加量達(dá)到平衡后，再增大水的添加量，淀粉的利用率變化不明顯，反而會(huì)稍微降低，所以30%是一個(gè)平衡點(diǎn)。

圖5 冷卻水添加量對(duì)淀粉利用的影響Fig.5 The effect of cooling water on starch utilization

2.5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

通過對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，可知對(duì)淀粉利用率影響的因素關(guān)系是：糧水比>蒸糧時(shí)間>潤糧時(shí)間>冷卻水添加量。其中糧水比對(duì)實(shí)驗(yàn)影響最大，極差為0.27，糧水比為60%時(shí)淀粉利用率最高，這與單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相符的。其次是蒸糧時(shí)間，極差值為0.21，單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)相應(yīng)證，最佳時(shí)間為100 min，這說明了充分的蒸煮時(shí)間可以使得高粱得到更好的糊化，但是由于白酒生產(chǎn)的特殊工藝——老五甑，所以生產(chǎn)上選擇蒸糧時(shí)間為80 min。潤糧時(shí)間的極差值為0.17，隨著潤糧時(shí)間的增長，淀粉利用率有上升趨勢，與單因素實(shí)驗(yàn)有所違背，可能是實(shí)驗(yàn)中其他因素造成的。單因素試驗(yàn)表明，潤糧時(shí)間越長，淀粉的利用率會(huì)呈現(xiàn)降低的趨勢，但這種趨勢并不明顯，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，潤糧時(shí)間選取24 h為優(yōu)。極差最小的是冷卻水的添加量，單因素試驗(yàn)顯示隨著冷卻水的添加，淀粉利用率也在增加，一旦冷卻水添加超過一定量，淀粉利用率就不再增加，而且會(huì)受到抑制,因此根據(jù)生產(chǎn)所需選擇最優(yōu)冷卻水添加量為30%。

方差分析結(jié)果見表3。針對(duì)正交試驗(yàn)的實(shí)際測定結(jié)果，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，因素A、B、C、D的F值

表2 試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算Table 2 Experimental results and calculations

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

注：F0.25(2,2)=3，F(xiàn)0.10(2,2)=9，F(xiàn)0.05(2,2)=19，F(xiàn)0.01(2,2)=99

3 討論

本研究將對(duì)白酒生產(chǎn)中前處理工藝的幾個(gè)因素進(jìn)行單因素以及正交試驗(yàn)，目的是為白酒生產(chǎn)過程提高原料淀粉利用率提供參考，得出以下結(jié)論：

(1)在白酒生產(chǎn)中，糧水比、潤糧時(shí)間、蒸糧時(shí)間、冷卻水添加量對(duì)原料的淀粉利用率及白酒品質(zhì)都有影響。

(2)影響淀粉利用率的前處理工藝因素大小為:糧水比>蒸糧時(shí)間>潤糧時(shí)間>冷卻水的添加量。優(yōu)化的前處理工藝的最佳條件為: 糧水比為60%，蒸糧時(shí)間80 min，潤糧時(shí)間為24 h，冷卻水的添加量為30%。