生料液态酿酒工艺研究与品质检测

2021年5月第42卷第10期
应用技术
食品研究与开发
129 —
DOI ： 10.12161Zj.issn.1005-6521.2021.10.020
生料液态酿酒工艺研究与品质检测
王端好，王震，胡吉祥,韩孟姚，仲杰
（黄淮学院生物与食品工程学院，河南驻马店463000）
摘 要:该文研究生料液态酿造大米酒生产工艺，并对酒的品质进行检测。

利用单因素试验优化发酵温度、培养基初
始pH 值、小曲添加量后，利用响应面分析优化发酵工艺，并进行小试试验，最后用气相色谱对酒质进行检测。

结果表 明，最佳发酵条件为发酵温度30花、小曲添加量为1.2%、培养基初始pH 值为6;在发酵罐进行小试发酵12（1时50。

白酒出酒率达到109.5%（质量比）。

该大米酒气味清香，成品酒中乙酸乙酯含量为0.43 g/L,符合国家一级清香型白酒
标准，甲醇含量仅为0.08 g/L,远低于国家标准，质量安全。

关键词：大米;清香型；生料发酵;液态发酵；出酒率
Study on Liquor Brewing Technology Utilizing Raw Materials and Analysis of Product Quality
WANG Duan-hao, WANG Zhen, HU Ji-xiang, HAN Meng-yao, ZHONG Jie
(College of Biology and Food Engineering, Huanghuai University , Zhumadian 463000, Henan, China) Abstract : The liquid production technology for brewing rice wine from raw materials was evaluated and the
quality of the finished product was analyzed in this study. A single-factor experiment was used to determine the optimal fermentation temperature , initial pH value of the medium , and addition of xiaoqu. Response surface
analysis was used to optimize the fermentation process , and a bench-scale test was carried out. The quality o£ the wine was determined by gas chromatography. Results showed that the optimal fermentation conditions were
as follows ： fermentation temperature , 30 °C ; addition of xiaoqu , 1.2% ; and initial pH of the medium , 6.
Fermentation of twelve days yielded 50 ° liquor (109.5% alcohol by weight). The rice wine had a fresh scent and contained 0.43 g/L of ethyl acetate , which was in line with the national standard for first -grade clear flavor
liquor. The methanol content (0.08 g/L )was well within the national safety standard.
Key words : rice; light-flavor; fermentation of r aw materials ; liquid fermentation; yield of liquor
引文格式：
王端好，王震，胡吉祥，等.生料液态酿酒工艺研究与品质检测[J].食品研究与开发，2021, 42(10):129-134.
WANG Duanhao , WANG Zhen , HU Jixiang , et al. Study on Liquor Brewing Technology that Utilizes Raw Materials and Analysis of Product Quality [J].F ood Research and Development , 2021, 42(10)： 129-134.
生料液态酿酒就是小曲中微生物在液态中将谷 物淀粉先糖化，后发酵生成酒精和香味香气物质的过 程叫在酿酒过程中，产胞外水解酶的微生物利用自身
代谢所产生的酶将生淀粉转化成葡萄糖，将蛋白质水
解为氨基酸等。

在无氧的情况下，葡萄糖进入酵母菌 细胞后代谢生成乙醇，并排出细胞外,在相关酶的作
用下，产生一些香味香气成分PT 。

与传统熟料工艺相作者简介:王端好（1969-）,男（汉），副教授，博士，研究方向:食品工
程、发酵工程。

比,可以节约能源，提高出酒率。

由于是在液态下发酵,
具有操作简便,便于工业化生产等优点律
清香型白酒香味醇厚而持久，无其它杂味，颜色 清亮、透明，口感柔和、协调,入口软而甜、清爽、干净,
深受广大消费者的喜爱％大米中除含有70%~80%的 淀粉之外,还含有蛋白质、脂肪、维生素、矿物质、膳食
纤维和小分子氨基酸等成分叫叫适合作为酿酒原料。

我国作为世界上第一大米生产国，利用大米酿酒可
以酿造出具有米香味的清香型白酒，同时提高大米的
附加值。

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—J30
本文拟研究以大米为酿酒原料，以小曲为糖化发
酵剂，用生料液态发酵迭发酵生产清香型大米酒生产工艺，并对酒质进行检测，此研究在现有文献中未见报道。

1材料与方法
l.i材料与试剂
小曲:黄淮学院发酵工程实验室自制;大米:市售,粉碎至通过网孔2mm的网筛;盐酸（分析纯）:佛山市华希盛仁有限公司。

1.2仪器与设备
恒温培养箱（BCD-252KU）：河南新飞电器有限公司;旋转蒸发仪（RH52-3）：上海沪西分析仪器厂有限公司;酒度计（BL501）:深圳市博莱森电子科技有限公司;气相色谱仪（GC-2014）：日本岛津公司;酒精发酵罐（GD-FJ-100L）：温州古德轻工机械有限公司
器（D35L）：家多宝酿酒机械;网筛:浙江上虞五四仪器筛具厂。

1.3方法
1.3.1摇瓶发酵
按照大米、水和小曲100：300：0.8（质量比）的比例,在30七下锥形瓶中密闭发酵12d,从第2天开始到第5天，每天定时打开锥形瓶的密封口用玻璃棒两次搅拌然后再密封;从第3天开始，每天定时检测一次发酵液的酒精度;从第6天开始密闭发酵。

1.3.2单因素试验
采用单因素试验对发酵温度、小曲添加量和培养基初始pH值3个因素进行优化。

优化发酵温度时,固定小曲添加量为0.8%（以大米为100g计），培养基初始pH值为7,以发酵温度为变量,以酒精含量为指标,选择最佳发酵温度;优化小曲添加量时，固定发酵温度为30T,培养基初始pH值为7,以小曲添加量为变量，以酒精含量为指标，选择最佳小曲添加量;优化培养基初始pH值时，固定发酵温度为30七，小曲添加量为0.8%,以培养基初始pH值为变量,以酒精含量为指标，选择最佳初始pH值。

1.3.3响应面分析试验
在单因素优化试验的基础上，对发酵温度、小曲添加量和培养基初始pH值运用Box-Behnken设计三因素三水平响应面试验,以酒精含量为响应值进行响应面优化，试验设计见表1凹。

运用Design-Expert8.0.6软件对试验数据进行方差分析问。

1.3.4小试放大试验
按照响应面优化后的发酵工艺，在100L的带有
Table1Experimental factors and levels in Box-Behnken
表1Bax-Behnkeii试验设计因素和水平水平
因素
▲发P小曲添加量C初始pH值-1150.45
0250.86
135L27
搅拌器的厌氧发酵罐中进行小试放大生产大米酒。

从第2天开始到第5天每天定时打开发酵罐，进行搅拌和换气两次，然后密封，从第6天开始密闭发酵。

1.3.5酒精检测
取发酵液100mL,添加50mL去离子水混匀，进行蒸憎，蒸憎温度75戏,当憎出液为20mL时停止蒸馅，用酒度计检测酒精含量。

1.3.6酒质；》
测定甲醇含量的方法参考GB5009.266—2016《食品安全国家标准食品中甲醇的测定》；测定乙酸乙酯含量的方法参考GB/T10345—2007《白酒分析方法》。

2结果与分析
2.1单因素试验
2.1.1发酵温度的影响
发酵温度对酿酒结果影响显著，温度对生物体内的一系列生物化学反应影响重大，对酶的种类和活性影响也较大，从而影响酶促反应速率和方向,进而影响代谢产物的种类和产量，最适温度促进微生物的良好生长及其代谢产物的合成叫不同发酵温度对酒精含量的影响见图lo
3456789101112
发酵时间/d
图1发酵温度对酒精含量的影响
Fig*l Effect of fermentation temperature on alcohol content
如图1所示，在3d~lld期间，各组酒精含量随着时间的延长持续增大，到第12天时，酒精含量未明显增加。

发酵温度为15、20P时,发酵液中的酒精含量均较低。

当发酵温度分别为25、30、35弋时,酒精含量均
2021年5月
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较高，发酵液中的微生物的代谢速度快，产酒的速度也快。

发瞬度为30咒时发酵液中的酒精含量最高,所以取最佳发酵温度为30弋。

2.1.2小曲添加量的影响
小曲是酿酒的糖化发酵剂问，曲中含有很多种菌种,其中最主要的是霉菌,以根霉为主的小曲，酒化力最强，因此用它作为糖化发酵剂用量很少,而且发酵期短、出酒率高购。

不同小曲添加量对酒精含量的影响见图2。

图2小曲添加量对酒精含量的影响
Fig.2Effect of addition of xiaoqu on alcohol content
如图2所示，随着时间的延长，发酵液中的酒精含量均逐渐增大;当小曲添加量为0.4%和0.6%时，发酵液中的酒精含量较低。

当小曲添加量为0.8%、1.0%和1.2%时，发酵液中的酒精含量较高。

小曲添加量为1.0%时，酒精含量最高。

小曲添加量高，酒曲的用量大,糖化发酵剂的量增大，糖化发酵速度快，但在一定条件下,小曲添加量过大时，由于微生物在糖化发酵初期生长速率过大,导致局部缺氧,反而使糖化不彻底，酒精生成量降低，导致出酒率降低。

故此取最佳小曲添加量为1.0%0
2.1.3培养基初始pH值的影响
培养基的pH值影响微生物的细胞结构和酶的活性,从而影响微生物的生长和代谢,进而影响代谢产物的种类和数量叫培养基不同初始pH值对酒精含量的影响见图3。

如图3所示，随着时间的延长，发酵液中的酒精含量均逐渐增大；培养基初始pH值为6时，酒精度最高,培养基初始pH值为5和7时，酒精含量较低。

每一类微生物都有其特定的耐受和最适pH值范围，在最佳pH值的范围内能够促进微生物的生长和产物合成,以获得较高的产量。

当培养基初始f H值为6时,促进了小曲内菌的生长，进而促进了产物的合成，获得最高产量。

所以取培养基最佳初始pH值为6。

-
»--
_
50
45
40
35
30
25
加
15尹
3456789101112
发酵时间/d
图3培养基初始pH值对酒箱含■的影响
F^3Effect of initial pH of medium on alcohol content
2.2响应面分析结果
按照Box-Behnken试验原理,设计了27个试验点的响应面分析试验，结果见表2O
Table2experimental dedgn and responses in Box-Behnken
表2Box-Behnken试验设计与结果
4发酵舷
B小曲
添加ft/%
C初始
pH值
丫酒精
■0：/0 100039
200038
300040
41-1041
500041
600040
711042
800038
90-1-134
10-11037
1100040
1210-136
1300039
1400042
1500041
16-10131
17-1-1034
18-10-132
1900040
200-1134
2100038
2200041
2310135
2400039
2500040
2601139
2701-138由表2得出二次回归方程式为丫=-130.63125
+
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1.345 834 -4.145 83B +50.275 00C -0.125 004B +9.325 87x10-^4 C+0.625 OOBC-0.019 9174M.739 58膵-4.241
67C 2。

计算各项回归系数,以这些回归系数建立酒精含 量（丫）与4发酵温度』小曲添加量和C 培养基初始
pH 值3个因素的数学回归模型。

方差分析结果见表3。

表3响应面回归方程解析
Table 3 Response surface regression equation analysis
注:P<0.05表示差异显著;P<0.01表示差异极显著;P<0.001表示差
异高度显著。

来源平方和自由度均方F 值
p 值
模型
211.48
9
23.5014.70
<0.000 1A 50.00150.00
31.27
<0.000 1B 21.12121.1213.210.002 0
C
0.13
10.130.0780.783 2AB 1.001 1.00
0.630.439 9
AC
2.842xl (r w
1 2.842xl (r w
1.777X10-14
LOOOO BC 0.25
10.25
0.16
0.697 5A 2
19.43119.4312.150.002 8B 2
2.82
1 2.82
L760.202 0
(?
88.12188.1255.11
<0.000 1
残差2748
17
1.60失拟项
6.253 2.08
1390.286 0
由表3可知，模型的一次项4影响高度显著/影 响极显著,C 影响不显著。

从F 值可以看出，单因素对 酒精含量的影响顺序依次是A>B>C,即发酵温度〉小
曲添加量〉初始pH 值。

二次项C 2影响高度显著,半影
响极显著,呼影响不显著。

交互项影响不显著。

从整体 分析，模型PV0.000 1，表明该二次多项回归模型高度
显著,失拟项P 不显著,表明模型与实际情况拟合较 好。

因此可以采用此模型对大米酒的发酵工艺条件进 行分析和预测。

对A 发酵温度、B 小曲添加量、C 培养基初始pH 值3因素两两作交互作用分析,其响应面见图4。

等高
线的形状反映交互效应的强弱大小，圆形表示两因素 交互作用不显著,而椭圆形则表示两因素交互作用显 著叫
由图4可知，发酵温度和小曲添加量、培养基初始
pH 值和小曲添加量之间交互作用显著。

通过对以上获得的二次方程回归模型进行数学 分析可知，以大米为原料,生料液态酿酒最优工艺参数
为发酵温度30.02戏、小曲添加量1.2%、培养基初始pH 值601，在此优化条件下，酒精含量理论值为42.619 7 %
为了进一步验证响应面分析结果的可靠性,为方便实
际操作，选择发酵温度30 *、小曲添加量为1.2%、培 养基初始pH 值6作为最优条件。

重复3次，测得酒精
含量分别为42.608 8、42.610 5.42.609 9 °,取平均值为
图4响应面法各因素交互作用分析
Fig4 Analysis of interaction of various factors by response surface
methodology
42.609 7%与理论值相比，相对误差较小。

因此，采用
响应面法优化得到的生料液态酿酒工艺参数准确可
靠，可进行下一步放大试验。

2.3小颐大试谿果
在100 L 发酵罐内进行小试放大试验。

发酵到第
3天就开始产生气体，到了第5天发酵液就发出较为
强大的酒香味，发酵10 d 后，发酵液上面一层颜色变
深，第12天发酵液上面_层变为咖啡色，下罐。

用蒸酒 器蒸憎，去酒头和酒尾,然后进行调制,出酒率达到每
100 kg 大米生产出50。

白酒109.5 kg 。

酒体清亮、透明,
入口柔和、协调，并具有大米的清香味。

2.4酒质检测结果
对发酵试验生产出的原浆50。

成品酒进行品评, 具有“清香醇厚、绵柔回甜、尾净爽口、回味悠长”的特 点，同时还具有大米特有的清香味。

酒体中最重要的香味物质是乙酸乙酯，乙酸乙酯
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食品硼硼发
133-^=~
的含量决定了酒体的质量，而甲醇却是有害物质，含量
过高会对人体造成伤害,所以甲醇在酒体中的含量要 低于国家标准。

因此，需要对成品酒中的乙酸乙酯和
甲醇的含量进行鉴定分析。

用气相色谱检测的图谱见 图5,气相色谱检测结果分析见表4,成品酒鉴定结果 见表5。

时间/min
图5气相色谱检测图谱
Fig.5 Gas chromatographic detection atlas
表4气相色谱检测结果分析
Table 4 Analysis table of gas chromatography d^ection results
-峰号
峰名保留时 间/min 峰高峰面积
（肛）
1
甲醇W7
3 038.667
5 057.9990.000 02甲醇
3.01516 05
4.809
25 365.6950.082 03甲醇 3.8281 077 939.50020 474 052.000
0.000 04乙酸乙酯 4.99064 198.191159 782.0470.434 75
乙酸乙酯
6.140
143 855.922
405 026.000
0.000 0
注“表示国标无严格要求,但含量大小作为等级分类的依据。

表5成品酒鉴定结果
Table 5 The detection results of the wine
序号
检测项目 计量单位 标准要求 检验结果 单项结论1乙酸乙酯
gflL / 0.43一级
2
甲醇
g/L
W0.6
0.08
由此可知，成品酒中乙酸乙酯含量为0.43叽,根
据GB/T 10781.2—2006（清香型白酒》的标准，该成品 酒符合国家一级白酒的标准；甲醇含量仅为0価 辺,
远远低于国家标准，质量安全。

因此该大米酒符合国
家标准，可有计划的大力推广生产。

3结论
通过单因素和响应面分析,建立了发酵生产大米 酒中含量酒精的二次多项式数学模型。

经检验证明该 模型是合理可靠的,能够较好地预测酒精产量。

确定 小曲生料液态发酵生产大米清香型白酒的最终优化 工艺参数:发酵温度30戏、小曲添加量1.2%、培养基 初始pH 值为6o 在发酵罐进行小试发酵12 d 时50。

白酒出酒率达到109.5%,出酒率高于现有文献报道的
数量。

该大米酒酒体清亮、透明，入口柔和、协调，并具有
大米的清香味。

通过气相色谱检测，乙酸乙酯含量为
0.43 g/L,符合国家一级清香型白酒的标准;甲醇含量
仅为0.08 g/L,远低于国家标准，质量安全。

该产品成本
低，劳动强度小，出酒率高，产品质量优，为下_步工业 化生产奠定了参考文献：
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加工编辑:张璐
收稿日期:2021-01-13。