向雙全，張志剛（1.甘肅省固態(tài)發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，甘肅徽縣742308；2.金徽酒股份有限公司，甘肅徽縣742308）

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濃香型白酒固態(tài)發(fā)酵工藝各生產(chǎn)要素間的關(guān)系

向雙全1，2，張志剛1，2
（1.甘肅省固態(tài)發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，甘肅徽縣742308；2.金徽酒股份有限公司，甘肅徽縣742308）

摘要：我國傳統(tǒng)固態(tài)釀酒工藝確定了白酒生產(chǎn)是以預(yù)先配制好一定比例的糧、糠、水、曲、母糟以及適當(dāng)?shù)娜虢褱囟茸鳛槿虢寻l(fā)酵的主要前置控制條件。通過對窖池內(nèi)糟醅發(fā)酵溫度進(jìn)行實時監(jiān)測、并同步自動繪制發(fā)酵溫度曲線圖，結(jié)合發(fā)酵溫度曲線圖預(yù)判窖內(nèi)糟醅發(fā)酵情況，在出窖前10 d做好下一輪入窖配料準(zhǔn)備工作，使入窖糟醅的前置控制條件始終處于最佳狀態(tài)。闡述了中國濃香型白酒傳統(tǒng)固態(tài)生產(chǎn)工藝要素與發(fā)酵溫度變化之間的關(guān)系，并將傳統(tǒng)釀酒工藝模式總結(jié)為“前置條件控制工藝模式”。

關(guān)鍵詞：固態(tài)發(fā)酵；前置控制；窖池心電圖；白酒

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2015-12-01；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20151201.1310.003.html。

“邊糖化、邊發(fā)酵，固態(tài)糖化發(fā)酵、固態(tài)蒸餾”是近代白酒科研工作者對我國傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)的精辟總結(jié)，其中固態(tài)糖化發(fā)酵又是我國傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)最核心的特點(diǎn)。其主要體現(xiàn)為預(yù)先配制好一定比例的糧、糠、水、曲、母糟以及適當(dāng)?shù)娜虢褱囟茸鳛槿虢寻l(fā)酵的主要前置控制條件，一旦糟醅入窖封窖開始發(fā)酵后，生產(chǎn)中無法再對窖內(nèi)發(fā)酵情況施加任何影響，只能任其發(fā)展，直到發(fā)酵期結(jié)束，因此將傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵工藝特點(diǎn)總結(jié)為“前置控制發(fā)酵”。所以對發(fā)酵前置控制條件的調(diào)整是整個傳統(tǒng)固態(tài)白酒生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的核心所在，只有把控好前置控制條件，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的原酒。

固態(tài)白酒前置控制發(fā)酵最核心的表現(xiàn)形式為發(fā)酵溫度。多年的白酒釀造實踐表明，理想的優(yōu)質(zhì)固態(tài)白酒發(fā)酵溫度曲線應(yīng)符合“前緩、中挺、后緩落”的規(guī)律。增減入窖淀粉、曲藥、糠殼、水分、入窖溫度等任一生產(chǎn)要素都會引起窖內(nèi)發(fā)酵溫度的變化。溫度是影響窖內(nèi)釀酒微生物生長代謝的重要因素之一，窖內(nèi)固態(tài)糟醅發(fā)酵溫度的變化主要由釀酒微生物生長代謝的呼吸熱量、發(fā)酵熱量和環(huán)境溫度（入窖溫度、地溫）共同作用的結(jié)果。目前，了解窖內(nèi)固態(tài)糟醅發(fā)酵情況最主要的手段還是人工間斷性監(jiān)測窖內(nèi)發(fā)酵溫度的變化，因此精確繪制每口窖池的實時發(fā)酵溫度曲線對于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐將具有重要意義。有關(guān)釀造發(fā)酵溫度的研究已有相關(guān)報道[1-13]。該課題采用物聯(lián)網(wǎng)無線測溫技術(shù)對生產(chǎn)區(qū)域1168口窖池內(nèi)糟醅發(fā)酵溫度進(jìn)行實時在線監(jiān)測，并同步繪制窖內(nèi)糟醅發(fā)酵溫度曲線圖。工藝管理人員“人性化把脈”每口生產(chǎn)窖池的發(fā)酵情況，把每口窖池的發(fā)酵溫度曲線圖稱為“窖池心電圖”，結(jié)合每口窖的“窖池心電圖”，出窖前預(yù)判窖內(nèi)糟醅發(fā)酵情況，預(yù)先針對性地做好下一輪入窖配料工作，使入窖糟醅的前置控制條件始終處于最佳狀態(tài)，為逐步穩(wěn)定提高釀酒車間白酒產(chǎn)、質(zhì)量提供一個良好的可控操作平臺。

1發(fā)酵溫度曲線即“窖池心電圖”的在線繪制

在生產(chǎn)車間4個區(qū)內(nèi)的1168口窖池內(nèi)安裝1168個高精度無線溫度計，統(tǒng)一安插位置為每口窖池中心點(diǎn)往下插入1.5 m處（離窖底0.5 m）。從封窖開始每支溫度計每隔2 h自動采集1次糟醅發(fā)酵溫度數(shù)據(jù)，并自動生成每口窖池的實時發(fā)酵溫度曲線圖即“窖池心電圖”（已獲得國家創(chuàng)新專利授權(quán)），同時該圖同步生成入窖溫度、到達(dá)頂溫時間、升溫幅度、升溫速率、挺溫時間等重要發(fā)酵溫度信息，并顯示在生產(chǎn)區(qū)域的LED大屏上供生產(chǎn)管理人員以及釀酒工人查看。

生產(chǎn)工藝管理人員利用工作站軟件操作系統(tǒng)，結(jié)合每口窖池的“窖池心電圖”（見圖1）與發(fā)酵相關(guān)的溫度參數(shù)進(jìn)行分析，判定糟醅發(fā)酵情況，在出窖前10 d作出最終“診斷評估”，優(yōu)化下一輪每口窖池的配料（糧、糠、曲、水）比例，并傳送至配料部門做好配料發(fā)放工作，使入窖糟醅的配料比例始終處于最佳狀態(tài)，糟醅發(fā)酵始終處于良性循環(huán)狀態(tài)中，大大減小了生產(chǎn)中各生產(chǎn)要素不協(xié)調(diào)引起糟醅發(fā)酵的波動性，為釀酒生產(chǎn)精細(xì)化管理、精細(xì)化操作提供了可控平臺，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)基酒以及提高優(yōu)質(zhì)品率打下堅實的基礎(chǔ)。

圖1每口窖內(nèi)“窖池心電圖”以及生產(chǎn)參數(shù)顯示圖

2各生產(chǎn)要素與“窖池心電圖”之間的關(guān)系

各生產(chǎn)要素之間是相互聯(lián)系、互相影響的矛盾統(tǒng)一體。各生產(chǎn)要素與“窖池心電圖”之間的關(guān)系見圖2。必須以辯證思維正確處理好相互之間的關(guān)系，使窖內(nèi)糟醅發(fā)酵達(dá)到“中庸、和諧、共生、共存”的狀態(tài)，才能使各類有益釀酒微生物均衡協(xié)調(diào)繁殖生長，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的基酒。由圖2可知，入窖酸度、淀粉、水分、母糟、大曲、糠殼、入窖溫度、地溫、氧量等生產(chǎn)要素都可以影響釀酒微生物的活動而引起“窖池心電圖”的變化，其中酸度、淀粉、水分、母糟、大曲、糠殼要素之間的配比又相互影響，相互牽制，其中一個因素的變化都會或多或少引起其他要素的比例變化；入窖糟醅含氧量直接影響窖池內(nèi)酵母的繁殖生長，進(jìn)而表現(xiàn)為窖內(nèi)糟醅溫度的逐漸上升，當(dāng)氧氣耗盡后，窖池內(nèi)的酵母開始無氧呼吸，進(jìn)入主發(fā)酵期，產(chǎn)生酒精，窖內(nèi)溫度隨著釀酒微生物的大量繁殖、代謝而達(dá)到窖內(nèi)頂溫。主發(fā)酵期過后大量的酵母開始逐漸死亡，窖內(nèi)溫度逐漸下降，此時窖內(nèi)由兼氧性和厭氧性微生物主導(dǎo)產(chǎn)酸、產(chǎn)酯、生香，一直持續(xù)到出窖。整個發(fā)酵溫度曲線圖要達(dá)到完美的“前緩、中挺、后緩落”發(fā)酵效果，就要綜合考慮以上各要素間的相互關(guān)系，其最終入窖參數(shù)形成整個釀酒發(fā)酵的前置控制條件。

注：單向箭頭表示單向影響；雙向箭頭表示相互影響。圖2“窖池心電圖”與各生產(chǎn)要素之間的關(guān)系圖

2.1酸度與“窖池心電圖”之間的辯證關(guān)系

酸度是釀酒生產(chǎn)要素的中心，是衡量糟醅質(zhì)量的主要參數(shù)之一，也是所有前置控制條件的中心參數(shù)。在傳統(tǒng)固態(tài)白酒釀造過程中只有掌控好酸度才能使白酒生產(chǎn)進(jìn)入良性循環(huán)，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)基酒。恰恰酸度控制又是生產(chǎn)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。必須圍繞釀酒微生物的需求規(guī)律，以酸度要素為中心，協(xié)調(diào)平衡其他生產(chǎn)要素，才能保證實現(xiàn)良好的前置入窖條件。糟醅中適當(dāng)?shù)乃岫瓤梢砸种撇糠蛛s菌的生長繁殖，同時為有益微生物提供生長繁殖的有利環(huán)境；酸（生酸期）是“主發(fā)酵期”和“生香期”之間的紐帶，參與酯化過程，促進(jìn)呈香呈味物質(zhì)的生成；酸還具有水解淀粉和纖維素的能力，有利于糊化和糖化作用。過高的酸度會抑制酵母和其他有益菌的生長和繁殖，前期升溫緩慢或者不升溫的情況，使出窖糟醅殘?zhí)?、殘淀高，影響出酒率；酸度過低會導(dǎo)致生酸菌快速生長繁殖，前期發(fā)酵升溫快，主發(fā)酵期短，到達(dá)頂溫時間短，后期溫度快速下落，既影響出酒率也影響基酒口感。適當(dāng)?shù)乃岫仁切纬砂l(fā)酵溫度“前緩、中挺、后緩落”的關(guān)鍵生產(chǎn)要素，其次適當(dāng)?shù)摹暗诇厝虢?，緩慢發(fā)酵”又是糟醅在窖內(nèi)控酸的又一關(guān)鍵措施，因此課題組建議濃香型白酒生產(chǎn)正常的入窖酸度為1.7～2.2之間。

當(dāng)入窖淀粉偏高時，會使發(fā)酵升溫猛，發(fā)酵不完全，出窖殘?zhí)?、殘淀高，升酸快，為避免以上情況，可適當(dāng)提高入窖酸度控制酵母、生酸菌的繁殖速度，以酸制酸，控制升溫速度；反之，亦然。若入窖糟醅酸度偏高，會使曲藥中的酶活力受到抑制，升溫過程緩慢，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充用曲量；若入窖酸度偏低，曲藥中的酶活力增強(qiáng)，會使升溫過猛，應(yīng)適當(dāng)減少用曲量。當(dāng)糟醅中含氧量太大，會使有氧呼吸過旺，升溫過猛；乙酸菌、乳酸菌活躍，升酸快；酵母早衰，出窖糟醅殘?zhí)?、殘淀、酸度均偏高，出酒率低；此時應(yīng)提高入窖酸度以抑制酵母菌和生酸菌的快速生長繁殖勢頭。反之亦是。

2.2水分與發(fā)酵溫度曲線（“窖池心電圖”）的關(guān)系

在其他生產(chǎn)要素都穩(wěn)定的前提下，如果入窖水分小，前期升溫猛，溫度曲線直線上升，會造成糟醅由于溫度過高而結(jié)塊，微生物生長繁殖受阻，不產(chǎn)酒或產(chǎn)量很低；若入窖水分過大，前期窖內(nèi)升溫非常緩慢，微生物繁殖也很緩慢，還沒有達(dá)到微生物生長的最佳溫度，窖內(nèi)升溫已經(jīng)停止，這樣使得整個發(fā)酵過程沒有完成，產(chǎn)質(zhì)量都會受到嚴(yán)重的影響。所以水分過大或者過小都會不利于釀酒發(fā)酵，而且會使糟醅結(jié)構(gòu)受損，不利于下排生產(chǎn)調(diào)控。課題組建議執(zhí)行冬季生產(chǎn)工藝時，入窖水分主要隨入窖溫度變化而變化，入窖溫度較低時，水分也低，入窖溫度較高時，水分也可偏大，總之冬季入窖水分可控制在50 %～53 %之間；執(zhí)行夏季生產(chǎn)工藝時，入窖水分也主要參考入窖溫度而變化，入窖溫度低，水分也走下限，入窖溫度高時，水分走上限，夏季入窖水分可控制在52 %～55 %之間。在各要素協(xié)調(diào)的前置控制條件下，發(fā)酵過程就會體現(xiàn)在溫度變化上，形成生產(chǎn)需要的工藝控制模式，即溫度曲線圖就會表現(xiàn)為“前緩、中挺、后緩落”。

2.3入窖淀粉與發(fā)酵溫度曲線（“窖池心電圖”）的關(guān)系

淀粉是窖內(nèi)微生物的營養(yǎng)基質(zhì)，是窖內(nèi)發(fā)酵升溫的動力源，恰當(dāng)?shù)牡矸郾壤靠墒菇褍?nèi)微生物生長旺盛，代謝產(chǎn)物豐富，可達(dá)到豐產(chǎn)豐收效果。在一定范圍內(nèi)糟醅淀粉濃度的增加，酒精的產(chǎn)量呈增長趨勢，淀粉乙醇的轉(zhuǎn)化率（出酒率）呈下降趨勢，但是這種趨勢維持到淀粉濃度達(dá)到臨界值時結(jié)束，酒精的產(chǎn)量不再隨著淀粉濃度的增加而提高，且出窖糟醅的殘?zhí)呛蜌埖砗吭絹碓酱?，不利于下排調(diào)控。每消耗1 %的淀粉，可使窖內(nèi)溫度大約升高1.5℃[14]。入窖淀粉濃度太高時，糟醅顯膩，易起疙瘩，而且造成入窖糟醅耙軟，不利于釀酒微生物的繁殖生長，發(fā)酵升溫反而緩慢甚至不升溫；入窖淀粉濃度太低，糟醅較松散，含氧量高，無“肉頭”，初期發(fā)酵升溫猛，持續(xù)時間短，且升溫幅度小。因此要形成良好的發(fā)酵升溫走勢，就要合理地參考其他前置控制要素，結(jié)合實際科學(xué)判斷入窖淀粉濃度。首先要考慮出窖殘余淀粉含量，殘淀高要適當(dāng)減糧，殘淀低要適當(dāng)加糧以保持入窖糟醅淀粉總量維持在一定范圍內(nèi)；其次是入窖溫度，要做到熱季減糧，冬季加糧；最后還要結(jié)合酸度、曲藥、水分、糧食粗細(xì)程度等要素全面考慮，做出綜合評估后確定糧食比例，以達(dá)到窖內(nèi)微生物協(xié)調(diào)生長繁殖，溫度走勢表現(xiàn)為“前緩、中挺、后緩落”的工藝控制模式。

2.4曲藥與發(fā)酵溫度曲線（“窖池心電圖”）的關(guān)系

大曲在濃香型白酒發(fā)酵過程中起到“引擎”作用，是窖池內(nèi)發(fā)酵的主要動力，它主要具有液化、糖化、發(fā)酵、分解蛋白、酯化、生香等重要功能。只有在一定溫度范圍內(nèi)，且在不同發(fā)酵階段內(nèi)要求不同的溫度區(qū)域曲藥才能充分發(fā)揮其各項功能。曲藥在把淀粉轉(zhuǎn)變成糖和乙醇的過程中會產(chǎn)生大量的熱量。因此，夏季入窖溫度高時用曲量要小，冬季入窖溫度低時則用曲量要大。若入窖溫度高、用曲量大會造成前期發(fā)酵升溫過猛生酸快，若入窖溫度低、用曲量小會導(dǎo)致前期發(fā)酵升溫過緩或不升溫。所以控制好曲藥與其他生產(chǎn)要素比例的同時，一定要首先考慮溫度問題，只有把控好適當(dāng)?shù)娜虢褱囟群颓‘?dāng)?shù)那幱昧坎趴墒菇褍?nèi)發(fā)酵協(xié)調(diào)有序進(jìn)行，窖內(nèi)溫度才能以可控模式進(jìn)行變化，達(dá)到豐產(chǎn)豐收的效果。

2.5糠殼與發(fā)酵溫度曲線（“窖池心電圖”）的關(guān)系

糠殼在傳統(tǒng)濃香型白酒釀造中作為輔料來用，這一點(diǎn)我們覺得有待商榷。因為單從糠殼的用量上來講，它達(dá)到用糧的20 %左右，和曲藥用量相當(dāng)，甚至有時大于曲藥用量；按其入窖糟醅體積比例來計算，超過所有糧食和曲藥總和，僅次于母糟；按其本身的物性來講，稻殼富含纖維素、木質(zhì)素、二氧化硅，含碳36 %、含氮0.48 %、含磷0.32 %、含鉀0.27 %，能為窖內(nèi)微生物代謝提供必須的氮、磷、鉀元素；按其功能來講，主要起到使糟醅拌和均勻、疏松有回彈力，蒸餾過程中均勻透氣和防止黏結(jié)，有利于淀粉糊化和提高蒸餾效果；其次為窖內(nèi)好氧性微生物提供大量的氧氣，有利于淀粉糖化和酵母繁殖。微生物有氧呼吸放出的熱量是無氧呼吸作用的8.1倍[8]，若帶入氧氣過剩，好氧菌生長繁殖快，厭氧菌生長受抑制，導(dǎo)致前期發(fā)酵升溫猛；帶入氧氣過少，糖化不徹底，酵母繁殖受阻，發(fā)酵升溫緩慢。在其他要素穩(wěn)定的前提下，糠殼用量的多少直接影響到窖內(nèi)前期發(fā)酵升溫速度的快慢，體現(xiàn)為主要影響升溫曲線的“前緩”工藝控制階段。

3　展望

隨著對傳統(tǒng)固態(tài)釀酒工藝的不斷深入剖析研究，課題組將更準(zhǔn)確地把控好入窖糟醅的各項前置控制條件，結(jié)合自然環(huán)境，把“中庸、和諧”融入到釀酒工藝控制中。協(xié)調(diào)好前置控制各要素間配比，使發(fā)酵前期窖內(nèi)溫度緩慢上升且升溫幅度較高，發(fā)酵中期頂溫持續(xù)時間較長，發(fā)酵后期溫度緩慢下降，最終使絕大多數(shù)窖池的整個發(fā)酵過程溫度變化符合“前緩、中挺、后緩落”的理想控制工藝模式。

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The Relations between the Production Factors in Solid-state Fermentation of Traditional Nongxiang Baijiu

XIANG Shuangquan1,2and ZHANG Zhigang1,2
(1.Gansu Provinial Engineering Technology Research Center of Solid-state Fermentation,Huixian,Gansu 742308; 2.Jinhui Distillery Co.Ltd., Huixian,Gansu 742308,China)

Abstract:The adequate pit-entry temperature and scientific proportioning of grains, bran husks, water, starter, maternal fermented grains beforehand are the main pre-control conditions for Nongxiang Baijiu, which is determined by its traditional production technology. Based on realtime monitoring of the fermenting temperature of fermented grains in pits and the auto-drawing synchronous fermenting temperature curve charts, the proportioning of pit-entry raw materials for the next production turn was prepared 10 d before pit-exit through the prediction of the fermenting status in pit, which could maintain pre-control conditions in the best status all the time. In this paper, the relations between the production factors and fermenting temperature change were elaborated. And traditional production mode was named as pre-control mode for the first time.

Key words:solid-state fermentation; pre-control; pit ECG; Baijiu

作者簡介：向雙全(1979-），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事白酒風(fēng)味成分研究和白酒釀造工作。

收稿日期：2015-10-16

基金項目：甘肅省科技支撐計劃項目，編號：1304GKCK011。

DOI：10.13746/j.njkj.2015402

中圖分類號：TS262.3；TS261.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-9286（2016）01-0056-04