不同上甑条件对浓香型白酒乙醇及风味物质馏出的影响_赵红平.pdf

研究报告2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)101DOI:10 13995/j cnki 11 1802/ts 031900引用格式:赵红平，罗惠波，刘淼，等 不同上甑条件对浓香型白酒乙醇及风味物质馏出的影响 J 食品与发酵工业，2023，49(5):101 108 ZHAO Hongping，LUO Huibo，LIU Miao，et al Effect of different steaming conditions on ethanol and aroma com-pounds of Luzhou-flavor Baijiu J Food and Fermentation Industries，2023，49(5):101 108不同上甑条件对浓香型白酒乙醇及风味物质馏出的影响赵红平1，罗惠波1，刘淼2，黄丹1，张宿义2，秦辉2，李子健1*1(四川轻化工大学 生物工程学院，四川 宜宾，644005)2(泸州老窖股份有限公司，四川 泸州，646099)摘要为探明不同上甑条件对浓香型白酒风味物质馏出的影响，对上甑过程中不同蒸汽压力和不同上甑速率下酒醅的温度变化进行了测定，并对蒸馏所得酒液中乙醇及主要风味物质的含量进行了检测，通过聚类分析对不同蒸汽压力和不同上甑速率下的风味物质差异进行了分析。结果表明，蒸汽压力越大，温度上升速率越快;上甑速率越快，酒醅各层温度达到一致所需时间越短。且增大蒸汽压力有利于乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙缩醛、乙酸、丁酸、己酸、乳酸、仲丁醇、-苯乙醇的馏出，减小蒸汽压力有利于丁酸乙酯、己酸乙酯、正丙醇、异丁醇、异戊醇和乙醇的馏出。提高上甑速率，有利于乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙缩醛、仲丁醇、正丙醇、-苯乙醇、乳酸、乙酸、丁酸、己酸的馏出;降低上甑速率，有利于丁酸乙酯、异丁醇、异戊醇和乙醇的馏出。研究结果揭示了上甑速率和蒸汽压力对酒醅升温及风味物质馏出的影响，为浓香型白酒乙醇及风味物质蒸馏控制提供了理论依据。关键词浓香型白酒;蒸汽压力;上甑速率;风味物质;蒸馏规律第一作者:硕士研究生(李子健讲师为通信作者，E-mail:982993886 qq com)收稿日期:2022-04-12，改回日期:2022-06-16白酒固态发酵、固态甑桶蒸馏的生产工艺是世界上所独有的1，其显著特征就是在主体成分乙醇被浓缩的同时，与之共存的酸、酯、醇、醛等微量风味物质也被浓缩萃取进入酒体当中，从而赋予白酒独有的风味2。就浓香型白酒而言，其中的主要风味物质大致可分为乳酸、乙酸、丁酸、己酸等四大有机酸，乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯(主体风味物质)、乳酸乙酯等四大酯，正丙醇、异丁醇、异戊醇、-苯乙醇、仲丁醇等高级醇，以及乙缩醛等物质3 6。所谓“生香靠发酵，提香靠蒸馏”，由此可见上甑蒸馏是影响浓香型白酒质量的关键环节。上甑就是指将酒醅装入甑桶的过程，传统上甑工艺一般根据经验要求“均撒匀铺，探气上甑”，即先在甑桶底部撒上 4 5 撮酒醅，等到酒醅表面呈现白色雾状酒气时迅速而准确的撒上一层醅料，直至装平甑口7。传统的白酒发酵至今仍处于半受控、经验性的状态，在生产机械化、智能化改造升级背景下，上甑机器人得到越来越多白酒生产厂家的接受 8 12。上甑条件的控制作为影响酒质的关键因素，仍然是上甑机器人应用过程中关注的焦点。目前国内外与上甑蒸馏相关的研究主要集中在甑桶蒸馏模型及设备优化和风味物质变化规律等方面13 16。宋建勋17 建立了 1 种泸型酒上甑蒸馏模型，预测了酒醅中乙醇的分布情况，但并未对酒中的各种风味组分进行分析;蒲凌龙18 研究了蒸馏醅层高度对白酒质量的影响，发现醅层高度以 0 9 1 m 为宜。徐勇等 19 和郎召伟等 20 分别研究了泸型酒蒸馏过程中基酒的风味物质变化和蒸馏前后酒醅中风味物质的差异，结果发现酯类化合物有较高的蒸出效率，而酸类物质较难馏出。目前，已有研究者研究了蒸馏条件对风味物质馏出的影响。如张崇军等 21 分别对高压蒸馏和低压蒸馏条件下蒸馏浓香型酒醅所得酒度在72%vol 以上的酒液的风味物质进行了测定，认为低气压蒸馏方式可以改善浓香型白酒的口感和风味。此外，饶家权等 22 以不同蒸汽压力来控制上甑速率，探讨了曲酒质量与上甑速度的关系，认为总酸受上甑速度的影响不大。可见，目前的研究工作尚未针对不同的蒸汽压力以及以铺料厚度表征的上甑速率对浓香型白酒风味物质的馏出规律进行系统研究。为此，本研究以浓香型白酒的酒醅为研究对象，测定了不同蒸汽压力和上甑速率条件下各部分酒醅在上甑过程中的温度变化情况，通过温度变化情况来反映不同上甑条件下甑桶内部的变化。并检测了各阶段酒样中乙醇和多种主要风味物质的含量，分析了不同上甑条件下乙醇和多种主要风味物质的馏出规律以及风味含量的差异，从而为优化浓香型白酒机器人上甑控制条件提供了理论支撑。食品与发酵工业FOOD AND FEMENTATION INDUSTIES1022023 Vol.49 No.5(Total 473)1材料与方法1 1材料和试剂标准 品:乳 酸、乙 酸、丁 酸、己 酸(色 谱 纯，99.5%)，己酸乙酯(色谱纯，99.77%)，乙酸乙酯(色谱纯，99.44%)，乙缩醛、仲丁醇、丁酸乙酯、正丙醇、异丁醇、异 戊 醇、乳 酸 乙 酯、-苯 乙 醇(色 谱 纯，99.5%)，天津市光复精细化工研究所;浓香型白酒酒醅，宜宾市某酒业有限公司。1 2仪器和设备酒精计、温度计，河北省武强县华欧仪器仪表厂;IC-1100 型离子色谱仪(配电导检测器和氢氧根自动淋洗发生器)，美国赛默飞世尔科技公司;GC2010plus型气相色谱仪，日本岛津公司。1 3实验方法1 3 1样品的采集试验选取窖池中间层次糟醅进行上甑蒸酒，每甑的酒醅总量约为 0 23 m3。酒醅在上甑过程中通过气流阀门来控制蒸汽压力，而上甑速率的快慢则是通过控制上甑过程中铺料厚度来进行控制，最后换算为速率(dm3/min)进行表征。3 种不同蒸汽压力 P1、P2、P3 分别对应 0 01、0 02、0 03 MPa，且均为探气上甑;3 种不同上甑速率 S1、S2、S3 分别对应 4.46、7.55、8.07 dm3/min，且蒸汽压力均为 0.02 MPa。按照“断花”摘酒的原则并结合尝评，用取样瓶连续摘酒取样，每次摘酒 200 mL，酒尾出现时停止取样和馏酒，且只取每甑馏出的酒精度在 45%vol 以上的基酒。按照馏出顺序取其中 6 瓶酒样进行检测，取样规则为第一瓶、第二瓶、最后一瓶、以及等分法取得中间3 瓶。分别编号为 1st、2nd、3rd、4th、5th、6th。1 3 2上甑过程中酒醅温度的测定为了解不同上甑条件甑桶内部的变化情况，以各部分酒醅在上甑过程中的温度变化来进行表征。在甑桶内部共设置12 个温度检测点(共4 层，从下至上依次为 L1、L2、L3、L4，每层 3 个点，每层温度为 3 个点测量平均值)，具体分布情况如图 1 所示。在上甑过程中，从酒醅接触到最底层温度计时开始计时并记录温度，其余位点从接触到糟醅开始放入温度传感器。此后每隔 1 min 记录 1 次温度，同时记录下对应的上甑时间，直至上甑结束。1 3 3基酒中风味物质含量测定(1)离子色谱法测定乳酸、乙酸、丁酸、己酸的含量。取酒样2 mL 于100 mL 容量瓶中，用纯水稀释定图 1酒醅温度检测点分布图Fig 1Temperature sampling spots of fermented grains容后待测。准确称取适量乳酸、乙酸、丁酸、己酸标准物质，用体积分数 60%的乙醇溶液配成 1 000 mg/L的标准储备溶液。分别吸取标准储备溶液 0、0.1、0.2、1.0、2.0、5.0 mL 于 100 mL 容量瓶中，用纯水定容得到 6 个梯度的标准工作液。离子色谱条件:分离柱 AS-11HC+AG11(4 mm 250 mm);流速1 4 mL/min;柱温40;ASS 抑制电流 104 mA;进样体积 10 L。(2)气相色谱法测定乙酸乙酯、乙缩醛、仲丁醇、丁酸乙酯、正丙醇、异丁醇、异戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯、-苯乙醇的含量。取酒样 1 mL 装于 1 5 mL 进样瓶中待测。以乙酸正丁酯作为内标物，将 10 L 乙酸正丁酯内标物分别加入到含有 6 个梯度标准溶液的 1 mL 进样瓶中，加入后内标含量均为 0 862 mg。用内标对标其他标准品，测定时对样品加等量的内标，根据对应的面积来计算其他物质的含量。气相色谱条件:Agilent DB-WAX 柱(30 m 0.250 mm 0 25 m)。分流比 30 1;进样口温度200;进样量 0 5 L。程序升温:起始温度 35，恒温 3 min;以 10 /min 程序升温至 100;以20 /min 程序升温至 180，恒温 5 min。载气 N2，流量 1 0 mL/min;检测器为氢火焰离子化检测器(flame ionizatio detector，FID)，温度 200;H2流速40 mL/min;空 气 流 速 400 mL/min;尾 吹 气 流 速研究报告2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)10330 mL/min。1 3 4统计分析利用 Origin 软件进行可视化，分析风味组分馏出规律和不同阶段中不同风味物质馏出总量的差异。热图分析时对原始数据先进行预处理，处理方式为:原始数据加上 0 000 001 后取对数，防止出现 ln0 的情况。随后进行 Z-score 归一化处理并聚类，并选择“complete”层次聚类方法。2结果与分析2 1不同上甑条件下酒醅的温度变化2 1 1不同蒸汽压力对酒醅温度变化的影响在“探汽上甑”的原则下，不同蒸汽压力对酒醅温度变化的影响如图 2 所示，根据温度上升的速度可将上甑过程酒醅温度变化曲线大致分为快速升温和慢速升温阶段，两阶段之间的拐点温度大致接近70。开始加热时，酒醅温度尚未达到组分物质的汽化温度，蒸汽热量主要用于酒醅温度的上升，温度上升的速度相对较快，可称之为快速升温阶段。大约从70 开始，酒醅温度上升速度变缓，蒸汽热量除了用于酒醅温度的上升外，还要用于风味组分汽化吸热，可将这一阶段称之为慢速升温期。在图 2 中，3 组实验的上甑时间不一致，最大差值约为 36 min，显然这是因为“探汽上甑”时上甑蒸汽压力不同决定的。蒸汽压力(即过热蒸汽压)指的是一次蒸汽的压力，一次蒸汽的压力越大，在相同时间内进入甑桶的过热蒸汽就越多，冷凝时放出的热量就会产生更多的二次蒸汽，从而使酒醅温度快速上升。从甑桶中心到边缘 3 个位点的温度变化趋势大体一致，但在慢速升温阶段，温度上升速度有所不同。即随蒸汽压力降低，温度上升速率变缓。而在这3 个位点中，第2 位点在不同蒸汽压力下，各层温度发生变化的时间比较集中。但在第 1 位点和第3 位点，不同条件下各层酒醅温度变化的时间间隔较大。这可能是因为第1 位点和第 3 位点靠近甑桶边缘，由于甑桶的热传导能力更强，故温度越先上升。因此这2 个位点温度变化的时间间隔较大。a 第 1 位点;b 第 2 位点;c 第 3 位点图 2不同蒸汽压力下酒醅温度变化Fig 2Temperature changes of fermented grains under different steam pressures2 1 2不同上甑速率对酒醅温度变化的影响从图 3 中 3 个位点的时间-温度曲线图中可以看出，在慢速升温阶段，温度变化曲线斜率仍然存在差异。上甑速率越快，酒醅各层温度达到一致所需时间越短，在慢速升温阶段温度变化曲线斜率也越小。比较 3 个位点可知，依旧是靠近甑桶边缘的第 1 位点和第 3 位点中各层酒醅温度上升时间差异较大，而第 2位点的温度上升时间差异较小，显然这也是由于甑边效应的影响所造成的。a 第 1 位点;b 第 2 位点;c 第 3 位点图 3不同上甑速率下酒醅温度变化Fig 3Temperature changes of fermented grains und