前处理工艺对白酒原料淀粉利用率的影响

张彩飞，张阳阳，尉晓东，张福艳，张煜行，黄时海*，韩兴林

1(广西大学，广西 南宁，530004) 2(衡水老白干酒业股份有限公司，河北 衡水，053000) 3(中国食品发酵工业研究院，北京，100015)

白酒生产是采用边糖化边发酵的工艺，它主要依靠曲中的糖化酶对原料中的淀粉进行糖化，得到以葡萄糖为主的低分子糖类供酵母发酵。由于曲的糖化力低，再加上在漫长的发酵过程中糖化力不断失活，因此，白酒发酵并不能充分利用原料中的淀粉，原料利用率较低，酒糟产出较多。据不完全统计，我国白酒行业每年会产生3 000万t的白酒丢糟[1]，白酒丢糟含有丰富的营养成分(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，若随意丢弃或焚烧，会对环境造成严重污染。若能将其利用，既解决了环境污染问题，又可以降低生产成本。

虽然白酒工艺越来越成熟，但但仍有一些限制因素影响着白酒的生产，例如：粮水比、润粮时间、蒸粮时间等对高粱的糊化有影响，冷却水的添加量对后期的发酵有影响。张习军等通过对不同蒸煮工艺的探究得出蒸煮工艺与大米种类对淀粉的消化性能有很大影响，尤其是长时间的高压强蒸煮[2]；方军通过对润粮工艺做了研究得出热水温控制在60～80 ℃最好，而且随着热水的增加，糊化的效果也越来越好[3]。本文就原料前处理工艺对淀粉利用率的影响进行初步研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高粱,黑龙江省农科院; 中温大曲,北京牛栏山酒厂; 稻壳,北京牛栏山酒厂; 甲基红,济宁华凯树脂; HCl,山西同杰化学试剂; NaOH, 济宁宏伟化工有限公司; CuSO4,济宁佰一化工有限公司; 亚甲基蓝,郑州润杰化工产品有限公司; 酒石酸钾钠, 廊坊鹏彩精细化工有限公司; 亚铁氰化钾,上海琳帝化工有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.2 设备

电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；恒温培养箱，上海姚氏仪器设备厂；家用蒸馏酒装置，酿酒之家；粉碎机，永昌药化机械有限公司；灭菌锅，上海复昌科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

称取粉碎好的500 g高粱加入一定量85 ℃热水润粮过夜，第2天将高粱进行蒸煮，蒸煮一段时间后，添加冷却水,待温度降到25～30 ℃时，添加大曲，将曲和料拌匀后，装入罐内密封发酵22 d。 工艺流程如图1所示。

图1 白酒酿造工艺流程Fig.1 The process of Baijiu brewing

1.3.2 淀粉的测定

借鉴马群[4]的方法，按公式(1)计算淀粉利用率。

式中：W1,入缸前淀粉质量分数,%;W2,发酵后淀粉质量分数,%。

1.3.3 单因素试验设计

在确定的发酵工艺条件下，分别对热水添加量、润粮时间、蒸粮时间、冷却水添加量进行单因素试验。

1.3.4 正交试验试验设计

以粮水比、润粮时间、蒸粮时间、冷却水的添加量为主要考察因素,以测得的淀粉利用率为主要考察指标,根据单因素试验结果设计因素水平如表1所示，选用L9(34)正交表。

表1 正交试验因素水平表Table 1 The level factor table of orthogonal test

2 结果与分析

2.1 粮水比对淀粉利用的影响

其他条件相同时，分别添加不同量的热水进行润粮，发酵后淀粉利用率结果如图2所示，润粮时加水量少，淀粉不易蒸熟糊化，出甑时部分粮食出现生心，没有熟透，不利于后期糖化发酵。润粮时加足够量的水，有利于更好的糊化。但随着热水用量的增加，粮食吸收的水分也会慢慢趋于平稳，而过量的水会造成粮食糊化过度，蒸馏后的糟醅成团、显腻，不利于后期的糖化发酵。所以，热水用量多少合适，要视粮食的含水量以及工艺来确定。

图2 热水添加量对淀粉利用率的影响Fig.2 The effect of hot water addition on starch utilization

2.2 润粮时间对淀粉利用的影响

在白酒生产工艺中，润粮亦称润料，是指酿酒原料在蒸煮前进行润水，使原料均匀吸收一定量水分的操作。其他条件一定时, 考察润粮时间对淀粉利用的影响,结果如图3。在相同的热水用量下，随着润粮时间的升高，淀粉利用率呈现增大的趋势。在润粮时间为24 h以下时，淀粉利用率随着时间变化而增大，而在24 h以上时随着润粮时间的增加，淀粉利用率变化趋于平稳或有一点点降低。可能随着润粮时间的增加，粮食吸水量过大，导致蒸煮后的黏度过高，高粱成团，使得大曲中的微生物很难利用里面的淀粉，不利于大曲后期发酵利用。润粮时间较低时，随着润粮时间的增加，粮食的吸水量也在增加，粮食中部分淀粉分子破裂，吸收到内部的水分量也就相对要多些，所以糊化率就要高一些，以至后期发酵可利用淀粉就越多。

图3 润粮时间对淀粉利用率的影响Fig.3 The effect of dipping time on starch utilization

2.3 蒸粮时间对淀粉利用的影响

条件一定时，蒸煮时间对淀粉利用的影响如图4，结果表明蒸煮时间越长，高粱淀粉糊化的越好，以至于后期被大曲糖化发酵利用的也越多，蒸煮时间超过100 min后，淀粉的利用率不升反降，这是由于蒸煮过透，以至于淀粉黏稠，使得后期大曲难以发酵利用。100 min前随着蒸煮时间增加，淀粉的利用率也增加，100 min达到淀粉最大的利用率，但100 min后，淀粉利用率变化就没那么明显了，这说明随着蒸煮时间的增加，淀粉已经达到了一定的糊化度。之后淀粉利用率降低，那是由于粮食糊化过度，蒸馏后的高粱成团黏性较大，不利于大曲后期发酵利用。

图4 蒸粮时间对淀粉利用率的影响Fig.4 The effect of steaming time on starch utilization

2.4 冷却水添加量对淀粉利用的影响

在相同的条件下，投入冷却水，水温控制在30 ℃，冷却水添加过少，达不到冷却效果，同时也达不到大曲需要的水分，冷却水添加过量，会造成入池水分过大，酒糟易生酸，使得大曲的活力太低，以至淀粉利用率的降低。

如图5所示,随冷却水添加量的增加，淀粉利用率增加。当冷却水添加量达到30%后，对淀粉利用率的提高不明显，甚至降低。这可能是由于水的添加导致大曲中的微生物很难利用氧气进行增殖，导致淀粉利用率随之降低。从图5可以看出,一旦水的添加量达到平衡后，再增大水的添加量，淀粉的利用率变化不明显，反而会稍微降低，所以30%是一个平衡点。

图5 冷却水添加量对淀粉利用的影响Fig.5 The effect of cooling water on starch utilization

2.5 正交实验结果分析与讨论

通过对表2的数据进行极差分析，可知对淀粉利用率影响的因素关系是：粮水比>蒸粮时间>润粮时间>冷却水添加量。其中粮水比对实验影响最大，极差为0.27，粮水比为60%时淀粉利用率最高，这与单因素实验结果是相符的。其次是蒸粮时间，极差值为0.21，单因素试验与正交试验相应证，最佳时间为100 min，这说明了充分的蒸煮时间可以使得高粱得到更好的糊化，但是由于白酒生产的特殊工艺——老五甑，所以生产上选择蒸粮时间为80 min。润粮时间的极差值为0.17，随着润粮时间的增长，淀粉利用率有上升趋势，与单因素实验有所违背，可能是实验中其他因素造成的。单因素试验表明，润粮时间越长，淀粉的利用率会呈现降低的趋势，但这种趋势并不明显，根据生产实践，润粮时间选取24 h为优。极差最小的是冷却水的添加量，单因素试验显示随着冷却水的添加，淀粉利用率也在增加，一旦冷却水添加超过一定量，淀粉利用率就不再增加，而且会受到抑制,因此根据生产所需选择最优冷却水添加量为30%。

方差分析结果见表3。针对正交试验的实际测定结果，并进行数据处理分析，因素A、B、C、D的F值

表2 试验结果与计算Table 2 Experimental results and calculations

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

注：F0.25(2,2)=3，F0.10(2,2)=9，F0.05(2,2)=19，F0.01(2,2)=99

3 讨论

本研究将对白酒生产中前处理工艺的几个因素进行单因素以及正交试验，目的是为白酒生产过程提高原料淀粉利用率提供参考，得出以下结论：

(1)在白酒生产中，粮水比、润粮时间、蒸粮时间、冷却水添加量对原料的淀粉利用率及白酒品质都有影响。

(2)影响淀粉利用率的前处理工艺因素大小为:粮水比>蒸粮时间>润粮时间>冷却水的添加量。优化的前处理工艺的最佳条件为: 粮水比为60%，蒸粮时间80 min，润粮时间为24 h，冷却水的添加量为30%。