生产工艺对粮食酿造酒产品质量影响的研究进展

成 林，成 坚，王 琴，李永俊，林诺怡

（仲恺农业工程学院，广东广州 510230）

酒是劳动人民智慧的结晶。在中国，酿酒历史久远，生产工艺更是于世界独树一帜，所谓一方水土养一方人，千百年来中国各地的劳动人民从生产实践中不断总结经验，逐渐形成各种独具特色的酿酒工艺和产品，并成为当地的传统文化的一部分。粮食酒的生产流程大体上为原料预处理、蒸煮、接种发酵、蒸馏、勾调、贮存，经过一系列复杂的物理、化学、生物作用将粮食转变为风味浓郁的酒。受各地方原料、生产条件等因素的影响，各地的酿造工艺在一些工段上有所不同，由此造成的酒产品属性不同。本文以传统生产工艺为基础，综述生产工艺中各环节对粮食酒产品质量的影响，以期为优化生产工艺、提升酒类产品质量提供参考依据。

1 原料预处理

酒企在收购粮食原料后必须对其进行处理，除必要的验收、剔除杂质等工序外，还必须按照原料的属性对其进行破碎、去壳、浸泡等处理，其目的主要为蒸煮过程中淀粉的糊化提供有利条件、摒除影响后续发酵蒸馏等工序的杂质和形成酒体风味。

以粮谷为原料如大米、高粱、玉米等为主要酿造原料的白酒的传统酿造工艺中需对其进行破碎处理，使粮食内含的淀粉质暴露出来，为其充分糊化创造必要条件。对原料的破碎工艺必须考虑其自身特性，目的是使碎粮有利于糊化和后续发酵，并降低生产成本。目前对于粮食破碎工艺对生产影响的研究主要集中在粮食原料的破碎程度和粮食糠壳对发酵过程和酒体品质的影响上，陈耀等[1]以高粱酒为基础，分别研究了稻壳添加量和原料粉碎度对酒醅孔隙度的影响，结果表明，对原料的破碎程度与酒醅的孔隙度相关，不同孔隙度下的酒醅中风味代谢产物存在明显差异；唐贤华等[2]研究表明，不同的粮粉与糠壳比例会对浓香型白酒酒醅的质构特性产生影响，随着发酵的进行，酒醅的内聚性、弹性等质构特性变化显著，影响酒醅的质量。

浸粮的目的主要是为了提高粮食内的淀粉质的糊化效率，而带壳的粮食颗粒通过吸水膨胀使其外壳破裂，有利于淀粉质的溶出。目前对于浸粮工艺的研究表明，粮食的浸泡对酿造酒生产和品质的影响主要表现在浸粮水量、浸粮时间和浸粮温度对粮食的利用率、发酵效率、蒸馏效率和酒体风味的影响上，不同品种的粮食以其自身特性对浸粮工艺起决定性作用，李奇[3]研究表明，不同品种的高粱以其支链淀粉的含量决定吸水率，而浸粮则可去除部分高粱单宁，有利于发酵微生物的生长；刘涵等[4]对3 种高粱的酿酒工艺参数进行研究，结果表明，对高粱糊化效果的影响因素主要为润粮时间和润粮水量，二者与糊化效率均呈正相关关系；姬中伟等[5]对浸泡大米时间影响黄酒品质的研究表明，浸米时间的长短直接影响浸米浆水的酸度，浸米浆水的酸度则对黄酒发酵及黄酒品质有直接的影响，在黄酒的实际生产中可以通过观察浸米浆水的酸度来指导黄酒的发酵。

2 蒸煮

蒸煮的主要目的是使粮食原料的植物组织细胞在高温高压下破裂，其所含淀粉质溶出形成糊液，使得其容易被淀粉酶利用，转化成可发酵的还原糖，同时蒸煮过程能杀灭附着在粮食上的微生物，避免生物污染。

淀粉须经过糊化才能被淀粉酶利用，生淀粉不能被淀粉酶利用，但部分细菌能利用生淀粉进行代谢，这就造成发酵时酵母菌可利用的糖减少，而细菌大量繁殖，造成酒醅酸败，因此未熟透的粮食容易导致发酵失败。对于粮食要达到蒸熟不夹生的目的，必须根据粮食自身特性妥善选择原辅料和蒸粮工艺，一般认为选用支链淀粉含量高的粮食原料如糯米、糯高粱等更有利于糊化[6]，添加适量的辅料如糠壳对提高糊化效率亦有利，但由于糠壳中含有纤维素，纤维素在高温下会产生化学变化，产生甲醇、糠醛等物质，对酒体品质和风味产生影响。对于蒸煮过程的用水量和蒸煮时间的长短则需要按实际生产来决定，另有一些研究表明，蒸煮时间并非越长越好，过长的蒸煮时间容易使熟粮产生粘连结块等不利于发酵的质构变化[7]，且容易导致粮食风味物质的流失。

一些蒸粮工艺中，蒸煮生粮时会加入前次发酵完毕的酒醅，在蒸粮的同时进行酒精蒸馏，这一工艺称为“混蒸混烧”。混蒸混烧的原理是粮食原料因其含有特有风味物质如少量的酯类和芳香族化合物，在蒸粮时这些风味物质被带入酒体中从而起到增香作用。原料与酒醅混合后能吸收酒醅中的酸和水分，有利于原料的糊化，通过合理的配糟蒸煮，可使熟粮进入发酵时其淀粉含量和酸度等性质更有利于糖化发酵[8]。另外，在混蒸混烧工艺中，原料自身包含和酒醅中残留的糠壳在混合蒸煮的时候可作为疏松剂，减少因重复加入糠壳而产生的影响酒体风味的物质[9]。

3 冷却

粮食蒸煮完毕后应冷却至适宜酿酒微生物生长的温度，原因是与酿酒有关的微生物体内的各种酶有最适温度，超过最适温度会造成酶的活性降低甚至失活，使酿酒微生物衰亡。实际生产过程中，入窖或落缸前对熟粮的冷却工艺要根据季节、生产环境等因素决定，传统酿造工艺中环境温度因受季节影响而对冷却熟粮的工艺起决定作用，不同的冷却工艺对发酵前粮食状态的影响不同，如采用开放式自然冷却工艺对粮醅的影响主要为冷却时间过长导致粮醅水分散失、被环境中的杂菌污染等，采用外部加强通风措施对熟粮降温可能会使粮醅温度分布不均而产生局部淀粉老化、反生现象[10]，用水冲淋冷却则容易造成粮食的营养物质和风味物质的流失。

4 制曲和接种

酒曲是生产酒的糖化剂和发酵剂，是酒体风味的来源，人们常把酒曲称为“酒之母”“酒之骨”“酒之魂”，可见酒曲的质量直接关系着酒的质量，而酒曲的种类繁多，造就风味各异的酒。酒曲对酒质的影响体现在酒曲中微生物的作用，酒曲微生物可将熟粮中的淀粉转化为酒精并产生各种香味等一系列的生化作用。在酒曲的制作中，不同的原料、制曲环境和制曲工艺使酒曲中的微生物组成结构不同，而酒曲在制成后需接入粮食中使酒曲微生物和原料充分接触进行糖化发酵，下面以大曲和小曲为例。

大曲的制作过程中，如使用较多的淀粉原料如高粱，则酒曲中会产生大量对淀粉的分解利用能力较强的微生物；使用黄豆等富含蛋白质的原料制曲，则使对蛋白质分解能力较强的微生物占优势，由此可知，制曲原料的配比对于酿酒微生物的结构组成具有重要意义。传统大曲制备工艺需要堆积发酵，此过程由于微生物生化作用通常会产生高温，高温会促使酶失活、酵母菌死亡，但部分嗜热芽孢杆菌的繁殖速度很快，而芽孢杆菌是大曲酒风味来源之一[11]。传统大曲的制备过程处于开放式环境，这使得环境中的各种微生物进入酒曲中，这些环境微生物与酒曲微生物共同构成大曲复杂的微生物群系，此为大曲酒特殊风味的源头。大曲的使用根据固态发酵模式通常分批次接入粮食中，由于其含有组成结构复杂的微生物，接种量不宜过多，否则易使酒醅产生邪杂味和导致酸败。

小曲不同于大曲，其使用的原料多为米粉或米糠，辅料为中草药和各种香草，曲种菌为纯粹的根霉和酵母，培养过程受环境影响较大，容易被杂菌污染，因此小曲多作为纯种发酵使用，此为小曲酒风味纯净柔和的原因。与大曲固态发酵工艺不同，小曲运用于半固态发酵工艺，其接种模式为一次性接种而非多次分批接种，而由于根霉富含淀粉酶且含有其他霉菌没有的酒化酶，使得小曲酒的发酵过程中自始至终都能边糖化边发酵，由此使发酵作用较为彻底，提高了淀粉的出酒率，缩短了整体生产时间[12]。

5 发酵工艺

5.1 固态发酵

固态发酵法为我国独有的蒸馏酒发酵工艺，酱香型、浓香型、清香型白酒的传统酿造工艺均为固态发酵，其发酵模式主要为全固态发酵体系、糖化发酵同时进行、开放式生产环境、酒醅反复利用。

固态发酵过程中由于高粱、玉米等颗粒组织紧密，淀粉不易被消耗，故采取对蒸馏后的酒醅进行再利用的方法，将蒸馏后的酒醅与新粮组成新酒醅继续发酵。张永燕等[13]研究表明，固态发酵酱香酒的工艺中，淀粉含量随发酵轮次的增大而减少，但经多次发酵后仍有部分淀粉残留，由此可知固态发酵工艺中酒醅的反复发酵对提高原料利用率有积极作用。

酒醅经过长期反复发酵，能积累大量香味成分的前体物质，如醇类是醛类和酸类的前体、酸类和醇类是酯类的前体等，这些物质反复被微生物利用产生而转变成香味物质，由此构成固态发酵酒的独特风味。有前人总结出固态发酵酒的香味物质主要来自种类丰富的微生物迭代繁衍过程中的代谢活动[14]，实践证明使用年份长的生产车间或发酵池（窖），其产品质量常优于新车间或新发酵池（窖）。

固态发酵的整个生产过程都是开放式操作，除原料蒸煮过程起到灭菌作用外，环境、工具和场地等各种渠道都能把大量的、多种多样的微生物带入酒醅中，它们将与酒曲中的有益微生物协同作用，产生丰富的香味物质，一些研究表明[15-16]，固态发酵工艺中与酒体风味密切相关的微生物通常都来自于发酵环境如芽孢杆菌和放线菌、各种产酸菌和一些古生菌。

5.2 半固态发酵

半固态发酵工艺主要用于黄酒、米香型白酒和清香型白酒的生产，其发酵模式为先糖化后发酵或糖化发酵同时进行，原理是霉菌将淀粉糖化后，加入水构成缺氧环境供酵母菌发酵，发酵基质先固体后液体。与固态发酵工艺不同，半固态发酵工艺使用具有糖化和发酵双重作用的小曲进行发酵，酒醅无需反复使用，发酵环境相对封闭，酒体风味物质的数量和含量比固态发酵酒少，风味物质的来源为小曲而非糟醅，主要为乳酸乙酯和乙酸乙酯。

黄酒的摊饭发酵工艺和加饭发酵工艺是比较典型的半固态发酵工艺，摊饭发酵工艺将酒母加入水中冲淋在熟饭上拌匀，使糖化剂和发酵剂与米饭充分接触以达到糖化发酵同时进行的目的，并且由于加入富含营养物质的浸米浆水，使得酵母菌在发酵初期的低酒精度环境下，生长繁殖能力加强，大大加速发酵进程[17]；加饭发酵工艺将熟粮分作几批投料，其中第一批做成酒母，后续原料分批投入，起到扩大培养、连续发酵的作用[18]，类似于固态发酵工艺中的续粮发酵，加饭发酵工艺可使产品风味醇厚，出酒率高，不仅适用于陶缸发酵，也可用于大罐发酵生产。

5.3 液态发酵

液态发酵法多用于食用酒精的生产，具有劳动生产率高、机械化程度高、原料适应性强、原料出酒率高等特点，是白酒工业化生产的发展方向，然而液态发酵酒的风味与固态发酵酒和半固态发酵酒相差较大，其风味通常单薄甚至没有风味而只能当做调节酒精度用的酒，这是液态发酵酒发展道路上的一大障碍。目前的研究表明，液态发酵酒的高级醇含量较高，是固态发酵酒的两倍，而酸类物质和酯类物质相比较少，香味成分不论在种类和含量上都低于固态发酵酒[19]。

液态发酵法造成酒味单薄的原因主要有以下几点：风味的形成需要靠微生物长期而复杂的生化作用才能完成，而液态发酵工艺往往在产出完酒精后便蒸馏，过程相对于固态和半固态发酵工艺用时短很多而无法形成白酒风味；液态发酵工艺的投料只是粮食和清水，除制曲外再无其他辅料，相比于需要配醅的固态发酵工艺，液态发酵工艺的发酵基质的组成结构单一，造成香味物质的前体物质含量更少；液态发酵的发酵基质主要是液体，部分可产酸的需氧微生物如醋酸菌和乳酸菌只能在发酵液表面或者发酵液内的固态杂质表面存活（称为“界面效应”），因此发酵液的酸含量较少，造成由酸合成的酯类物质少。

6 蒸馏工艺

蒸馏是利用酒体中各种挥发性不同的组分在共热沸腾下分离的原理，将酒醅中的酒精及其他挥发性物质从醅中蒸出，经过冷凝后收集得到高度酒的操作。蒸馏的目的主要是对酒醅中的酒精和香味物质的分离和浓缩，并使部分微量成分产生热变作用生产新物质带入酒中，使制得的白酒带有浓郁的香味。前文已述在固态发酵工艺中，对酒醅进行蒸馏取酒的同时还对新粮进行蒸煮，即混蒸混烧工艺，由此可使粮食的风味融入酒中，并且还可对酒醅进行杀菌，为其重复发酵做准备。

在传统酿造工艺中蒸馏操作运用甑桶和冷凝装置组成的蒸馏设备，由人力将酒醅及糠壳等填充物运至甑中，柴火大锅烧水制取蒸汽对酒醅进行蒸馏。由于传统工艺中对蒸馏过程的控制全凭经验，且在操作过程中会出现物料受热不均（“甑边效应”[20]）或蒸汽泄露（“潽甑现象”[21]）、物料掉入沸水或锅壁产生杂味[22]等现象，因此传统蒸馏工艺存在生产效率低、劳动强度大等缺点，且制得的酒品质参差不齐，由此产生一些特殊的蒸馏工艺如“回糟”“量质摘酒”等。

酒醅在蒸馏的过程中，各种挥发性物质分不同时间从醅中蒸出，使整个蒸馏过程不同时间点得到的酒的挥发性组分种类同含量不一，因此蒸馏时间的长短和取酒时段的掌握对于制出质量上乘的酒具有重要意义。目前有众多研究[23-25]表明，蒸馏过程酒体风味物质的变化存在规律。蒸馏初期得到的酒称为“酒头”，含较多比乙醇沸点低的物质如乙醛、甲醇、乙酸乙酯等，另外高级醇（杂醇油）因其挥发系数受蒸馏条件影响而大于乙醇而先于乙醇馏出，使酒头的杂醇油含量较高，此为酒头邪杂味重、是容易使人上头的主要原因（液态发酵酒杂醇油含量高也是因为其一次性蒸馏工艺的原因），然而酒头经长期贮存后香气大增，可用于勾调；蒸馏后期的酒称为“酒尾”，酒尾含有大量风味物质如糠醛、乳酸乙酯、各种有机酸和高级脂肪酸乙酯等，这些物质是酒体香味的重要组成部分，但过多容易使酒尾产生酸涩苦闷的味道，因此掐头去尾的操作十分重要，去尾过早使大量香味物质残存于酒醅中而使酒体损失香味，但去尾过长会积攒太多酸涩味和邪杂味，并使酒精度降低。

7 勾调工艺

勾调是酒工业化生产必须的工序之一，除使酒类产品的理化指标微生物指标等符合国家规定的标准外，勾调作为调整酒体风味风格的重要手段，在科技快速发展的背景下越来越受到重视。在实际生产中，勾调工艺一般分为两种模式，一是由多批半成品酒经相互勾调融合得到的成品酒，此为传统勾调工艺，二是由通过往半成品酒中加入风味物质单体得到成品酒，为生产技术发展后的新工艺。各种香型白酒的勾调工艺各有不同，以酱香、浓香、清香3 种香型白酒为例：酱香酒采用往基础酒中加入包含各种风味的调味酒得到最终产品，其调味酒的种类多达百种，以酱香、底香、陈香、醇甜调味酒4 种调味酒为主，其余以甜味、酸味等调味酒为辅，按照不同生产轮次取得的半成品酒中风味物质的含量对其进行勾调，调整其味道、口感，使其符合酱香酒的特征风味[26]；浓香型白酒的勾调工艺以使用时间长的老窖发酵两个轮次蒸馏得到的酒（称为“双轮底调味酒”）为主，以窖香、曲香、陈香等调味酒为辅，加入经过量质摘酒工艺得到的包含浓香主体风味的各等级基础酒之中得到成品酒[27]；清香型白酒以蒸馏过程中截留不同蒸馏程度的酒（称为“酒头”“酒尾”）作为主要调味酒，再加上高酯调味酒、陈酿调味酒等，共同调整基础酒的香味，使基础酒的总酯含量提高、口感更加醇厚绵柔，减少基础酒口味寡淡、“水味重”的缺点[28]。

8 贮存工艺

新制成的白酒口感粗糙辛辣，刺激性较强，需要对酒进行长时间的静置保存，使酒体口感风味逐渐柔和醇厚，此为酒的陈酿或熟化，是生产各种粮食酒必不可少的步骤之一。在酒的贮存过程中，酒体风味物质须经过一系列物理化学反应逐渐达到一个平衡，此间进行的理化作用的机理有众多说法，目前主要有缔合、酯化、氧化、溶出、挥发等作用对贮存过程中陈化机制的解释[29]。

缔和作用指酒体中水和乙醇相溶后产生的结合作用，也称为酒精水合作用，将乙醇水溶液转变为乙醇水合物，使辛辣刺激的新酒转变为醇厚绵柔的陈酒。影响酒精水合作用的因素主要为贮存时间和酒体所含乙醇浓度。朱拓[30]在研究洋河大曲的荧光光谱时发现，随着洋河大曲酒贮存时间的延长，游离态乙醇分子减少，缔合态乙醇分子增多，说明白酒在长期贮存的过程中，乙醇水合强度增强；乔华等以[31]荧光光谱法研究了清香型白酒中的乙醇-水缔合作用，发现汾酒中的主要微量成分对其中的醇-水缔合强度有不同程度的影响，决定其缔合强度的主要影响因素是酒度。

溶出作用指贮存白酒的容器（如陶土制容器）存在催化陈酿过程的金属离子如铁离子和铜离子，这些金属离子在白酒贮存过程中有少量从容器溶出，溶解在酒体中起到催化酯化反应等各种化学反应的作用。程志强[32]对白酒高温陶坛贮存机理探讨，发现陶坛多微孔网状结构和极大的表面积及其含有金属离子，对白酒有促进氧化、吸附和催化作用。王伟等[33]研究金属离子对白酒中酸和酯变化规律的影响，结果表明，添加适量的金属离子对白酒中酯类物质水解有促进作用，同时能够增加相应酸的生成，表明适量的金属离子能够加快白酒老熟。

酯化作用的原理是醇氧化成醛再氧化成酸，醇再与酸反应生成酯，通过一系列氧化和酯化反应，酒体中的醇类物质含量降低、酸类物质和酯类物质含量增高，最终达到酯化反应的动态平衡。除金属离子外，影响酯化作用的因素还包括贮存时间和乙醇含量。李冰川等[34]研究了不同等级、不同酒度的浓香型白酒贮存过程中酸酯含量的变化，结果表明，随着贮存时间的延长总酸含量增加而总酯含量减少，且总酸的增加量和总酯减少量在数字上呈现出一定的倍数关系，酸酯含量的增减处于一个动态平衡；李家民[35]研究了不同酒度、不同等级的浓香型白酒在贮存过程中的总酯、总酸的变化规律以及影响因素，发现白酒贮存过程中,酒精度越低总酯减少量越多，总酸增加量越多，变化速度越快，酒精度越高则总酯减少量越少，总酸增加量越少,变化速度越慢。

挥发作用指在新制白酒中存在某些影响风味的低沸点挥发性物质如含硫化合物、部分醛类物质和游离氨等，随着时间的推移，这些物质逐渐从酒体中挥发，使杂味减轻，醇香味增强。任宏彬等[36]对汾酒在贮存过程中酒体陈酿行为进行研究，得出低沸点物质挥发是汾酒经过陈酿的结论之一；张丽敏等[37]研究清香型白酒陈酿过程微量成分的变化规律，结果表明，低沸点、较低汽化热、溶解性差的酯类化合物含量随酒龄明显减少，而沸点较高、溶解性大及较高汽化热的酸、醇、羰基类化合物含量随酒龄而增加，而低沸点、低汽化热的物质容易转化为气态，由此知挥发作用在白酒陈酿过程中起着很重要的作用。

表1 酒用风味物质检测分析方法列表

9 分析检测

除必要的产品标准化外，要得到质量上乘的产品，对于酒的风味物质的检测与分析十分必要，而目前对于白酒的风味物质的检测已涉及上千种化合物，这些物质虽然在酒体中含量少，但对酒的风味起决定性作用，是酿酒行业科研工作者们深入研究的领域之一。目前对于白酒风味物质的检测方法主要为色谱法和质谱法或是二者联用，列举部分对于酒的风味物质检测分析的研究如表1。

综上可知，对酒体中复杂的风味物质进行定量分析对于监控生产过程、优化生产工艺、提升产品质量等具有十分重要的意义。

10 结语

传统酿造工艺对粮食酒品质影响的因素主要源于生产条件的落后，由此产生独具特色的生产工艺虽然是劳动人民创造的饮食文化瑰宝但本质上还是属于对生产资料不足的妥协。随着科学技术的发展和生产力的进一步解放，科研工作者们对于传统酿造工艺的态度大多倾向于在保存其特色的基础上借由科技力量辅助其存续及发展，由于酒是发酵食品，具有“化腐朽为神奇”的特性，生产过程涉及物理、化学、生物等复杂领域，人们对于其中的研究将越来越深入，随着高科技设备应用于生产过程的监管、产品的鉴定分析等工作，传统酿酒工艺中越来越多的规律被发现，这对于指导生产、提升产品质量产生具有重要意义。