郭輝祥，龍遠兵，鄒永芳，杜德軍，李 驥

（四川沱牌舍得酒業(yè)股份有限公司，四川射洪629209）

白酒釀造的糧食汽爆及其特性研究

郭輝祥，龍遠兵，鄒永芳，杜德軍，李 驥

（四川沱牌舍得酒業(yè)股份有限公司，四川射洪629209）

采用汽爆技術，對白酒釀造原糧在0.00875 s內(nèi)實現(xiàn)瞬時糊化。通過對糧粒汽爆的水分、壓力等重要參數(shù)調(diào)控，優(yōu)化汽爆后糧粒的膨脹率、啞籽率、焦糊率等指標；采用多糧按特定比例混合汽爆技術，避免大米汽爆后結餅粘連、啞籽糧重爆時出現(xiàn)焦糊的現(xiàn)象；通過冷凍切片，從微觀結構比較汽爆對不同糧粒淀粉熟化的影響；對比汽爆糧、蒸煮糧在堆積前后的感官特征變化，以及堆積過程中的升溫趨勢，確定汽爆糧在白酒釀造中的應用效果。

白酒釀造； 糧食； 汽爆； 壓力； 特性

在傳統(tǒng)白酒釀造過程中，不管是整粒原糧或粉糧，其淀粉糊化均是通過常規(guī)蒸煮方式。鑒于其占用時間較長，能耗較高，沱牌舍得在白酒釀造糧食處理上精于創(chuàng)新，率先采用獨特的汽爆技術，將原本用于纖維素膨化的汽爆機應用于高淀粉質(zhì)糧粒。該汽爆技術采用蒸汽彈射原理[1]，不同于熱噴射或擠壓膨化，也有別于壓力較低、時間略長的傳統(tǒng)爆米花操作（壓力0.8 MPa、時間10 min左右）。

本研究中所涉及糧食，均為釀酒主要原料，有高粱、玉米、小麥、大米、稻谷等，通過直接外加高溫高壓水蒸氣，在密閉空間內(nèi)迅速升壓至1.2～2.6 MPa，然后在0.00875 s[2]內(nèi)驟減至常壓，糧食顆粒因內(nèi)外巨大壓差而突然膨化，并經(jīng)160～240℃瞬時高溫產(chǎn)生明顯的烘焙糧香，增加白酒風味物質(zhì)。

糧食汽爆機，原是為纖維質(zhì)原料汽爆而設計，將其應用于淀粉質(zhì)糧食并無確切參數(shù)可借鑒，在汽爆初期，表現(xiàn)為：糧食生粒多、半熟啞籽多、熟糧結餅多、表面水分重、種皮不脫落、色澤較差等，工藝中通過調(diào)控膨化參數(shù)，配合篩選、風選、重爆、混爆等汽爆模式，實現(xiàn)糧食100%熟化，保證熟化顆粒的疏松性和適宜硬度，利于后續(xù)入窖發(fā)酵。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：高粱、大米、小麥、玉米、稻谷等釀酒的原糧，以及量水、曲藥、糟醅等。

試劑：GSV-1固定液。

儀器設備：汽爆機、冷凍切片機（SLEE mnt，德國）、熒光顯微鏡（Olympus BX41，日本）、溫度計、自制篩網(wǎng)、風機、氣泵、風扇、籮筐、電子稱、測量尺、烘箱等。

1.2 測試方法

1.2.1 膨脹率、啞籽率、脫皮率測定

選取固定質(zhì)量的糧食，采用汽爆機在不同梯度汽壓下分別爆破，比較汽爆前后體積、啞籽糧、種皮脫落等的變化，尋找汽爆壓力與糧食種類、體積變化、種皮脫落、啞籽糧數(shù)量等的關聯(lián)性。

1.2.2 汽爆糧水分測定

選取不同初始水分的糧食，在最佳壓力參數(shù)下汽爆，比較汽爆前后的生糧數(shù)量，測試糧食含水量與汽爆效果的關聯(lián)性。

1.2.3 汽爆糧微觀結構

采用冷凍切片法，對不同種類糧食，采用不同方式熟化后，冷凍取片并拍攝100倍照片觀察。

1.2.4 汽爆糧釀酒效果測試

汽爆糧按工藝需求比例混合后，添加量水，并降溫拌曲、堆積發(fā)酵，測定其堆積溫度變化，將其與同步堆積發(fā)酵的蒸煮原糧升溫趨勢進行對照。

2 結果與分析

2.1 壓力與糧食膨脹率

經(jīng)調(diào)整汽爆倉內(nèi)物料容量、大幅改變汽爆蒸汽壓力，對設備不斷改進和操作調(diào)整后，糧食的汽爆效果已非常理想。測定的糧粒膨脹率隨壓力變化規(guī)律如下。

2.1.1 高粱

將高粱除雜后，在不同壓力下汽爆，測定其體積膨脹率，結果見圖1和圖2。

由圖1、圖2可知，在一定汽爆壓力范圍內(nèi)，高粱膨脹率與壓力成正相關，即壓力越高，則膨脹率越大，其最佳汽爆壓力為1.8～2.2 MPa。

圖1 高粱膨脹率的測定

圖2 高粱2.0 MPa汽爆圖

2.1.2 小麥

小麥風選除雜后，經(jīng)汽爆測定其體積膨脹率，結果見圖3和圖4。

圖3 小麥膨脹率的測定

由圖3、圖4可知，隨著壓力不斷增加，小麥的膨脹率相應越大，但小麥熟化顆粒的“成型”性越差，其最佳汽爆壓力為2.0～2.4 MPa。

2.1.3 玉米

將整粒玉米在不同蒸汽壓力下汽爆，其膨脹率變化規(guī)律見圖5和圖6。

圖4 小麥2.2 MPa汽爆圖

圖5 玉米膨脹率的測定

圖6 玉米1.8 MPa汽爆圖

從理論上講，經(jīng)汽爆后，糧粒膨脹率越大，則汽爆效果越好，越有利于糧食在窖內(nèi)發(fā)酵，但實際的釀酒生產(chǎn)中需把握好3個尺度：（1）糧粒盡量不破碎，有利于防止后續(xù)操作中使淀粉流失；（2）糧粒的淀粉需要最大限度的熟化，但同時需避免淀粉質(zhì)原料糊化過度而使其焦化；（3）在有效汽爆的前提下，需要尋求節(jié)能降耗的最佳壓力值。

由圖7可知，當壓力在1.4～2.4 MPa時，玉米體積隨壓力變化較小，而小麥隨壓力逐漸增大時，其體積增大效果非常明顯。

圖7 相同壓力梯度下汽爆后的玉米/小麥體積比較

當蒸汽壓力大于2.0 MPa時，隨著壓力增大，無論是高粱、小麥或玉米，其膨脹率增加幅度減小，但同時易導致糧粒焦糊，并增加能耗，故玉米最佳汽爆壓力為1.8～2.0 MPa。

2.2 糧食脫皮比率

糧食脫皮比率，指汽爆后純種皮占糧食總量的質(zhì)量百分比，可側面反映糧食汽爆效果。將高粱、小麥、玉米等有種皮包裹的糧粒，在不同壓力下分別進行脫皮比率測定。

2.2.1 小麥脫皮比率

為排除干擾，將每次汽爆小麥體積量固定為4500 mL，蒸汽壓力控制在1.4～2.4 MPa，汽爆后的糧粒不經(jīng)任何擠壓、在自然狀態(tài)下風選后收集種皮稱重。小麥脫皮比率測定數(shù)據(jù)見表1、圖8。

表1 小麥脫皮比率測定數(shù)據(jù)

在汽爆過程中，由于部分蒸汽會進入到糧粒淀粉質(zhì)內(nèi)部，導致汽爆后糧粒的水分含量增加，且所增加的水分幾乎都在淀粉質(zhì)部分，故脫皮率的計算是以汽爆后種皮的實際重量與糧粒的初始重量進行比較。

圖8 小麥汽爆后脫皮比率測定

從圖8可知，當汽爆壓力大于1.6 MPa時，小麥的脫皮比率保持恒定，即脫皮比率接近100%。

2.2.2 玉米脫皮比率

將每次汽爆玉米的體積固定為4450 mL，蒸汽壓力控制在1.4～2.4 MPa，汽爆后的糧粒在自然狀態(tài)下經(jīng)風選后收集種皮稱重，數(shù)據(jù)見表2、圖9。

表2 玉米脫皮比率測定數(shù)據(jù)

圖9 玉米汽爆后脫皮比率測定

由圖9可知，在較低壓力1.6 MPa時，其脫皮率已超過5%，相反地，伴隨壓力越大，其脫皮率反而會下降，其原因在于高壓下玉米粒易碎，其皮殼與玉米碎粒伴在一起不易分離所致，且當壓力達到2.4 MPa時會有部分種皮焦化。

2.2.3 高粱脫皮比率

將每次汽爆高粱的體積固定為4700 mL，蒸汽壓力控制在1.4～2.4 MPa，汽爆后的糧粒在自然狀態(tài)下經(jīng)風選后收集種皮稱重，數(shù)據(jù)見表3、圖10。

表3 高粱脫皮比率測定數(shù)據(jù)

圖10 高粱脫皮比率測定

傳統(tǒng)白酒釀造過程中，對糧食浸潤或蒸煮糊化時，包裹在糧粒表面的種皮均不會脫落，但在汽爆過程中，不管是高粱、小麥，還是玉米，經(jīng)汽爆時都會自動脫皮，且種皮都是以成型的“片狀”存在，如圖11、圖12、圖13。

圖11 脫落的高粱種皮

圖12 脫落的小麥種皮

圖13 脫落的玉米種皮

高粱種皮中含有大量單寧，具有收斂性，過多會使酒體澀重；另一方面，汽爆后，糧食原料的種皮95%以上均自動脫落，經(jīng)風選分離、單獨使用，有利于酒體安全指標的提升。

2.3 啞籽率

同一批次糧粒經(jīng)汽爆后并不100%爆開，仍然存在個體差異現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在有極少量的啞籽粒。啞籽粒的外觀色澤介于生糧粒與熟糧粒之間，略帶淺褐色，若將啞籽粒剖開，其剖面處的淀粉色澤明顯變暗，淀粉質(zhì)地由均質(zhì)態(tài)變成疏松的網(wǎng)眼狀，但比熟糧粒的網(wǎng)孔要小很多倍。啞籽粒的淀粉已經(jīng)熟化，但其吸水性相當?shù)?，即?00℃的沸點量水也不容易被吸收。

2.3.1 汽爆壓力與啞籽率

為確定汽爆后啞籽糧形成的原因及其趨勢，分別針對不同壓力、不同水分含量、不同糧食種類進行汽爆，其效果見圖14。

圖14 不同壓力下不同糧食汽爆后的啞籽率比較

由圖14可知，蒸汽壓力大小對啞籽率有影響：在一定壓力范圍內(nèi)，氣壓越高，啞籽粒越少；在同等狀態(tài)下，小麥的啞籽率最高，而高粱的啞籽率最低。當蒸汽壓力控制合適時，玉米、高粱和小麥等糧食的啞籽率并不大，一般在8%以內(nèi)。

2.3.2 初始水分與啞籽率

以小麥為例，當其汽爆的最佳壓力為2.2 MPa時，對不同初始含水量的小麥進行汽爆，其啞籽率見圖15。

圖15 原糧初始水分與汽爆啞籽率的測定

由圖15可知，糧食初始含水量大于20%時，直接明顯地影響其汽爆效果，水分越大越難爆開。經(jīng)分析，原因在于糧食或蒸汽中水分較高時，對汽爆過程中的氣壓降低起明顯的緩沖和阻礙作用。實際操作中，物料的初始水分含量應低于16%，否則需增加輔助的降水措施。

2.3.3 啞籽粒分離與重爆

汽爆糧熟化前后體積變化較大，單個糧粒的比重變化較大，且正常汽爆后的糧粒較散疏，相互之間并不黏連，并具有一定的物理硬度，而啞籽粒的體積幾乎不變，相對較小。鑒于此點，針對不同種類糧食，選用不同孔徑網(wǎng)篩對汽爆糧粗篩，再對經(jīng)過篩網(wǎng)的糧粒風選，即得100%的啞籽粒，見圖16、圖17。

汽爆糧經(jīng)過粗篩、風選分離后，啞籽糧、種皮等得到有效分離，所得啞籽糧實行回倉重爆，種皮則單獨處理，從而實現(xiàn)糧食100%的有效汽爆。

2.4 汽爆糧的水分含量

汽爆過程是以高溫高壓水蒸氣為介質(zhì)，部分蒸汽會進入到糧粒內(nèi)部，在突然卸壓后水蒸氣并不能全部有效釋放。同時，汽爆后的糧粒吸水較快，附著在其表面的水蒸氣在瞬時高溫下會被熟淀粉吸收，故汽爆后糧粒的含水量有一定增加，但其幅度并不大，相關測定數(shù)據(jù)見圖18、圖19、圖20。

圖16 汽爆糧粗篩分離

圖17 汽爆后經(jīng)風選的啞籽糧

圖18 小麥在不同壓力下汽爆前后含水量的變化

由圖18可知，汽爆后小麥水分增加的幅度在8%～10%之間，即汽爆后小麥水分約為20%。

由圖19可知，玉米汽爆后的水分增加量在6%～9%之間。

由圖18、圖19、圖20可知，高粱和小麥、玉米一樣，在適當取值范圍內(nèi)，汽爆糧水分增減隨汽爆壓力變化的趨勢不明顯，與糧食種類也不存在明顯關聯(lián)；總體而言，汽爆后糧粒水分含量不超過20%。

傳統(tǒng)蒸煮的糧食，其水分含量特別高，在生產(chǎn)現(xiàn)場僅能堆放0.5～1.0 d；汽爆的糧粒，在生產(chǎn)現(xiàn)場自然存放，可放置10～15 d；若以食品袋盛裝可在常溫下保存30 d，樣品色澤、氣味仍然正常，無明顯改變，說明汽爆糧的保質(zhì)期較長。同時，汽爆糧加水后不存在淀粉返生現(xiàn)象，這是汽爆糧的顯著特色，極有利于白酒釀造的入窖發(fā)酵。

圖19 玉米在不同壓力下汽爆前后含水量變化測定

圖20 高粱在不同壓力下汽爆前后含水量變化測定

2.5 大米、稻谷的汽爆

大米的汽爆壓力較低，由于大米本身無種皮包裹，汽爆后大米粒之間會相互黏連，一旦冷卻后，其黏連的硬度大，不易分離，見圖21。

圖21 純大米汽爆

可見，大米和糯米不能單獨汽爆，為此，嘗試采用稻谷直接汽爆，效果很好，見圖22。

圖22 純稻谷汽爆

白酒企業(yè)直接采購稻谷進行汽爆，具有下列優(yōu)點：（1）大幅度延長大米、糯米的貯存期，不用擔心糧食的陳化問題；（2）在釀造過程中，需要糠殼作為疏松填料劑，但常規(guī)處理的糠殼較細，骨力較差，而汽爆后的稻殼，幾乎是整粒形狀，骨力極佳；（3）稻谷直接汽爆，所得的大米、糯米顆粒疏松膨大，無任何黏連，膨化效果極好。

糧食汽爆過程中，在160～240℃的高溫高壓下會發(fā)生美拉德反應，賦予釀酒原糧一種舒適、幽雅的烘焙糧香風味，隨蒸餾而進入酒體，形成獨特的糧香風格，有助于酒體陳香味的快速形成。

2.6 汽爆糧微觀結構

選取不同熟化方法處理具代表性原料顆粒，用GSV-1固定液固定于冷凍切片機（SLEE mnt，德國）固定基座，-20℃冷凍2 h，切片，熒光顯微鏡（Olympus BX41，日本）觀察照相，結果見表4。

對汽爆糧和蒸煮糧冷凍切片，從微觀角度觀察物質(zhì)結構特征，可以進一步認識蒸汽爆破效果：高壓鍋熟化仍保留了顆粒內(nèi)部大量蜂窩狀結構，汽爆和蒸煮徹底改變了顆粒內(nèi)部規(guī)則結構，且汽爆糧的孔隙結構沒有規(guī)律可循，而蒸煮糧的孔隙是從蜂窩狀結構邊緣破裂而形成。

2.7 汽爆糧堆積發(fā)酵

汽爆糧用于白酒釀造時，將其加水→降溫→拌曲后，收成圓堆狀予以堆積。從感官上鑒定很理想：鼻嗅有炒糧香，無焦糊味，手捏有彈性，手感舒適，明顯軟籽、無硬粒、不糙手、糧粒外觀成型較好、顆粒清晰、水分適中；對堆積24 h的汽爆糧再次鑒定時，其溫度合適，顆粒飽滿成型，手捏較綿軟，經(jīng)翻拌后，色澤較鮮，有明顯的醪糟香味，氣味舒適，與蒸煮糧堆積的效果一致。

汽爆糧和蒸煮糧同步堆積時，分別測定距糧堆表層不同深度處的升溫數(shù)據(jù)，趨勢見圖23、圖24。

圖23 汽爆糧堆積升溫趨勢曲線

圖24 蒸煮糧堆積升溫趨勢曲線

由圖23、圖24可知，無論汽爆糧還是蒸煮糧，堆積時均是表層升溫快且升溫幅度大，而距表層越遠，其溫度變化越緩慢；區(qū)別在于，汽爆糧堆積在8 h即開始升溫，而蒸煮糧在10 h才開始升溫。經(jīng)分析，其原因在于汽爆糧種皮全部脫落分離，淀粉處于完全裸露狀態(tài)，同時，汽爆糧內(nèi)部屬于網(wǎng)眼狀，比表面積很大，經(jīng)活化并大量繁殖的微生物可以進入到糧粒內(nèi)部，所以汽爆糧的淀粉與曲藥中的菌種是一種全方位的接觸；大量菌種在繁殖代謝時需要一定的氧氣，特別是酵母菌，屬于有氧繁殖、無氧發(fā)酵，汽爆糧內(nèi)部的孔眼可以儲存一定量的氧氣，利于酵母菌前期繁殖，也利于有益細菌生長和代謝，從而降低用曲量。

表4 糧粒在不同熟化模式下的微觀結構比較

3 結論

3.1 汽爆影響因素及調(diào)控

通過對汽爆參數(shù)反復測試，并對汽爆設備作適應性調(diào)整，尋找并解決了影響汽爆效果的操作因素、設備因素、物料因素，獲得最佳操作法，優(yōu)化了汽爆參數(shù)，結果見表5。

不同種類糧粒的混合汽爆圖例見圖25。

由圖25可知，不同糧食按一定比例混合、選取適當壓力汽爆后，糧粒膨大疏松，不結餅黏連，不焦糊，色澤鮮艷，烘焙糧香味明顯。

表5 糧粒汽爆影響因素及調(diào)控措施

表6 汽爆糧與蒸煮糧的感官特征比較

圖25 不同種類糧食的混爆效果

3.2 汽爆糧感官特征

原糧汽爆后用于白酒釀造，與傳統(tǒng)蒸煮糧在感官上存在明顯區(qū)別，具體見表6。

在白酒釀造中的糧食，需具備一定條件，比如：淀粉能有效糊化、顆粒具備一定硬度、汽爆糧滿足淀粉質(zhì)原料固態(tài)發(fā)酵的特征需求，經(jīng)堆積發(fā)酵及投窖驗證，汽爆糧完全適用于白酒釀造。

4 展望

總體來說，釀酒糧粒經(jīng)汽爆后，體積成倍增加，汽爆前質(zhì)地致密的淀粉質(zhì)顆粒，在汽爆后變得疏松多孔呈網(wǎng)眼狀，實現(xiàn)了完全糊化，但顆粒并不破碎，硬度較高，不焦糊，有舒適的烘焙糧香，脫皮后糧粒淀粉全裸露，呈淀粉白，自然狀態(tài)下保質(zhì)期較長，可存放半月之久。

尤其重要的是，每種糧食各批次間有效汽爆的重現(xiàn)性非常好，高淀粉質(zhì)糧粒的中型汽爆技術及實際操作技能已臻成熟，完全適應白酒釀造的大型化投窖發(fā)酵需求。

[1] 陳洪章,劉麗英.蒸汽爆碎技術原理及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社,2007.

[2] YU Z,ZHANG B.A real explosion:the requirement of steam explosion pretreatment[J].Bioresource technology,2012,121(121)：335.

Application of Steam Explosion of Grains in Baijiu Production and Study on its Characteristics

GUO Huixiang,LONG Yuanbing,ZOU Yongfang,DU Dejun and LI Ji
（Tuopai Shede Distillery Co.Ltd.,Shehong,Sichuan 629209,China）

With steam explosion technology,instant gelatinization of grains within 0.00875 s was achieved.Through regulation of important parameters including water content and pressure,the expansion rate,failure rate and parching rate of the grains after steam explosion were optimized.The proportion of different types of grains was optimized to avoid adhesion and parching.The effects of steam explosion on the micro structure of grains were studied by using frozen section technology.Through comparison of the sensory characteristics of grains treated by steam explosion and by steaming,and their temperature changing trends in the stacking process,the application effect of steam explosion technology in the production of Baijiu was evaluated.(Trans.by HUANG Xiaoli)

liquor-making;grains;steam explosion;pressure;characteristics

TS262.3；TS261.4

A

1001-9286（2017）11-0017-09

10.13746/j.njkj.2017246

2017-09-12

郭輝祥（1972-），男，四川西充人，本科，釀酒工程師，從事白酒釀造技術20余年。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2017-10-25；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20171025.1242.001.html。