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        醬香型白酒機(jī)械化堆積發(fā)酵生產(chǎn)試驗(yàn)探究

        2020-04-30 02:26:32程平言李嶺卓馮小兵
        釀酒科技 2020年1期

        張 健,程平言,鐘 敏,黃 魏,李嶺卓,馮小兵,胡 峰

        (貴州茅臺酒廠(集團(tuán))習(xí)酒有限責(zé)任公司,貴州習(xí)水 564622)

        醬香型白酒是中國傳統(tǒng)白酒四大基本香型之一。高溫堆積發(fā)酵是醬香型白酒釀造過程中特殊的工藝環(huán)節(jié)。堆積發(fā)酵是指糟醅通過蒸煮糊化、冷卻攤晾、撒曲后,在場地上堆積成型,自然發(fā)酵,富集各類微生物,酒醅溫度升高,形成一定的醬香風(fēng)味成分或風(fēng)味前體物質(zhì),為酒醅入窖發(fā)酵奠定了風(fēng)味基礎(chǔ)的過程。

        堆積發(fā)酵過程,堆積酒醅頂溫可達(dá)50 ℃以上,因此也稱“高溫堆積發(fā)酵”,當(dāng)堆積糟醅表面形成一層白色斑點(diǎn),并伴有明顯的酒香味,略有醬味時(shí)可入窖池[1]。堆積發(fā)酵對醬香白酒的風(fēng)味形成不可或缺的工藝過程,堆積發(fā)酵的過程不僅可以網(wǎng)羅篩選環(huán)境中有益微生物,產(chǎn)生各種酶類,而且在多種微生物及其酶類的作用下進(jìn)行美拉德反應(yīng)可形成酒體中的香味物質(zhì)成分及其前體物質(zhì)等[2]。另外通過高溫堆積能夠淘汰或抑制一些雜菌,馴化耐高溫酵母,更有利于耐高溫細(xì)菌的繁殖與作用,擴(kuò)大微生物數(shù)量,有利于堆積過程糖化、酒化和酯化的作用,為窖內(nèi)發(fā)酵創(chuàng)造了條件,因此堆積發(fā)酵過程也稱為“二次制曲”[3-4]。堆積發(fā)酵是醬香型白酒釀造工藝中的獨(dú)到之處,也是釀造工藝中最難掌握的關(guān)鍵環(huán)節(jié),從某種程度上說,沒有堆積就沒有醬香酒[5-6]。

        傳統(tǒng)醬香型白酒制酒生產(chǎn),主要采用人工操作,且生產(chǎn)環(huán)境差,勞動(dòng)強(qiáng)度大,人工成本高,生產(chǎn)效率較低等,因此不利于產(chǎn)生效益。由于特殊的生產(chǎn)工藝,一直以來,醬香型白酒行業(yè)機(jī)械化程度相對其他香型白酒進(jìn)展緩慢。

        國外的日本燒酒工藝機(jī)械化程度走在前列[7];國內(nèi)釀酒機(jī)械化程度在以液態(tài)發(fā)酵工藝生產(chǎn)方式的米香型、豉香型釀造企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,以桂林三花酒、玉冰燒為代表[8-9]。其他香型的白酒以湖北勁酒、內(nèi)蒙河套、稻花香等企業(yè),在機(jī)械化釀造方面大膽創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)了釀造的機(jī)械化、智能化、信息化,為白酒產(chǎn)業(yè)做出了示范[10-14]。

        本研究基于習(xí)酒公司醬香型白酒機(jī)械化生產(chǎn)試驗(yàn),研究機(jī)械化起堆對堆積發(fā)酵過程的關(guān)鍵指標(biāo)變化規(guī)律,探究機(jī)械化堆積發(fā)酵過程各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)的影響,通過試驗(yàn)探究機(jī)械化起堆是否影響堆積發(fā)酵質(zhì)量,為醬香型白酒制酒機(jī)械化應(yīng)用和推廣提供參考依據(jù)。

        1 堆積發(fā)酵溫度、時(shí)間的變化規(guī)律探究

        1.1 機(jī)械化堆積發(fā)酵溫度變化規(guī)律探究(圖1)

        試驗(yàn)結(jié)果表明,機(jī)械化試驗(yàn)各輪次堆積發(fā)酵過程堆子的頂溫均能達(dá)到50 ℃以上,中溫達(dá)到40 ℃以上,底溫32 ℃左右,溫度均能達(dá)到工藝要求。但機(jī)械化試驗(yàn)班堆積發(fā)酵升溫較傳統(tǒng)工藝班組慢,頂溫溫度總體低于傳統(tǒng)班組相應(yīng)均值;中溫、底溫的溫度和傳統(tǒng)班組相應(yīng)時(shí)期的溫度均值基本一致(見圖1)。由此可見,機(jī)械化起堆對堆積發(fā)酵溫度雖然未達(dá)到傳統(tǒng)工藝標(biāo)準(zhǔn),但能滿足傳統(tǒng)工藝溫度要求,需繼續(xù)試驗(yàn)改進(jìn)提升機(jī)械化生產(chǎn)工藝,以達(dá)到傳統(tǒng)工藝標(biāo)準(zhǔn)。

        1.2 機(jī)械化堆積發(fā)酵時(shí)間變化規(guī)律探究(圖2)

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):機(jī)械化堆積糟醅經(jīng)幾次打撒,糟醅較黏,不利于氧氣的輸送,機(jī)械化堆積發(fā)酵時(shí)間長于傳統(tǒng)班組平均值,堆積時(shí)間延長(見圖2)。

        1.3 堆積發(fā)酵過程酒醅還原糖變化規(guī)律探究(圖3)

        通過對機(jī)械化試驗(yàn)堆積發(fā)酵過程酒醅還原糖分析,結(jié)果表明,從堆積完成到堆積發(fā)酵結(jié)束,還原糖含量總體呈現(xiàn)下降的趨勢;一輪次、二輪次、三輪次堆積時(shí)間較長,呈現(xiàn)出先下降,后升高,再下降的變化趨勢,四輪次、五輪次、六輪次堆積時(shí)間短,主要呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(見圖3)。

        2 堆積發(fā)酵結(jié)束入窖糟醅理化指標(biāo)與出酒率、優(yōu)質(zhì)品率關(guān)系探究

        2.1 入窖糟醅理化指標(biāo)與出酒率、優(yōu)質(zhì)品率相關(guān)性分析

        通過SPSS 相關(guān)性分析,結(jié)果表明,入窖糟醅的水分、酸度、淀粉含量、還原糖含量對機(jī)械化試驗(yàn)班、傳統(tǒng)班組出酒率、優(yōu)質(zhì)品率影響顯著性不明顯,但對兩者的影響存在差異。入窖糟醅水分、淀粉、還原糖含量與傳統(tǒng)班組出酒率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,入窖糟醅淀粉、還原糖含量與傳統(tǒng)班組優(yōu)質(zhì)品率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;而機(jī)械化試驗(yàn)班僅入窖水分含量與出酒率呈負(fù)相關(guān),入窖淀粉含量與優(yōu)質(zhì)品率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(見表1)。

        2.2 酒醅入窖理化指標(biāo)變化規(guī)律探究(圖4)

        通過對機(jī)械化試驗(yàn)班與傳統(tǒng)班組入窖糟醅水分、酸度、淀粉、還原糖含量分析,結(jié)果表明,兩者不同輪次不同指標(biāo)存在一定差異(見圖4),但通過SPSS 顯著性分析,其結(jié)果證明機(jī)械化試驗(yàn)班與傳統(tǒng)班組入窖糟醅水分、酸度、淀粉含量、還原糖含量Sig.值均大于0.05,兩者之間入窖糟醅理化數(shù)據(jù)不存在顯著差異,即通過參數(shù)調(diào)節(jié)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)基本保持一致(見表2),試驗(yàn)結(jié)果表明,機(jī)械化堆積發(fā)酵對入窖糟醅的水分、酸度、淀粉、還原糖含量沒有造成不利影響。

        3 機(jī)械化堆積發(fā)酵過程微生物群落變化規(guī)律探究

        3.1 堆積發(fā)酵過程可培細(xì)菌群落變化規(guī)律探究

        通過對機(jī)械化試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,堆積過程細(xì)菌的數(shù)量不斷的增長,細(xì)菌得到了富集,其菌落數(shù)達(dá)到105cfu/g。一輪次、二輪次堆積發(fā)酵過程細(xì)菌菌落數(shù)增加趨勢平緩;三輪次時(shí)細(xì)菌數(shù)量變化最明顯,從5.4×105cfu/g經(jīng)4 d堆積發(fā)酵最終細(xì)菌菌落數(shù)達(dá)到7.6×106cfu/g;四輪次、五輪次堆積發(fā)酵過程細(xì)菌得到了快速的生長繁殖,六輪次堆積過程細(xì)菌菌落數(shù)最多(見圖5)。因此堆積發(fā)酵很好地網(wǎng)羅了環(huán)境中的細(xì)菌,利用糟醅作為培養(yǎng)基,富集馴化了大量的有益菌落,為糟醅入窖細(xì)菌菌落奠定了基礎(chǔ)。

        表1 入窖理化指標(biāo)與出酒率、優(yōu)質(zhì)品率的相關(guān)性分析

        表2 機(jī)械化與傳統(tǒng)班組入窖糟醅理化指標(biāo)顯著性分析

        3.2 堆積發(fā)酵過程可培真菌群落數(shù)變化規(guī)律探究

        試驗(yàn)結(jié)果表明,堆積發(fā)酵過程相應(yīng)輪次的真菌菌落數(shù)量比細(xì)菌菌落數(shù)量多,其中主要為酵母菌落。堆積發(fā)酵過程真菌菌落數(shù)量增長明顯,堆積過程真菌菌落利用糟醅營養(yǎng)快速的生長繁殖,總體呈現(xiàn)先增長后略下降的趨勢;一輪次、二輪次、三輪次從7.0×105cfu/g 左右,增長到9.0×106cfu/g 左右,六輪次堆積完成時(shí)真菌菌落數(shù)達(dá)到1.3×107cfu/g(見圖6)。因此每輪次堆積發(fā)酵均富集培養(yǎng)了大量的真菌,篩選馴化各類有益真菌,其中包含大量耐高溫酵母、霉菌等,為下窖發(fā)酵準(zhǔn)備了充分的酵母菌,同時(shí)與細(xì)菌一同形成了特有的微生物體系、生物酶類,富集了大量的醬香風(fēng)味前體物質(zhì)與中間體,為后期的窖池發(fā)酵奠定了菌系及物質(zhì)基礎(chǔ)。

        3.3 堆積發(fā)酵過程幾種常見功能菌的變化規(guī)律探究

        通過樣本DNA 高通量測序分析,結(jié)果得到幾種常見的主要功能微生物菌落的相對豐度,其變化規(guī)律為:優(yōu)勢功能細(xì)菌Bacillus呈現(xiàn)出增長趨勢,五輪次時(shí)相對豐度較大,Lactobacillus相對豐度總體呈現(xiàn)降低,二輪次時(shí)變化最明顯,且Bacillus的相對豐度總體高于Lactobacillus(圖7A、圖7B);優(yōu)勢功能真菌在堆積發(fā)酵過程中,Candida 相對豐度呈現(xiàn)出增長趨勢,一輪次、二輪次、三輪次堆積發(fā)酵完成時(shí)Lactobacillus豐度明顯提升,達(dá)到30%左右;Aspergillus相對豐度總體呈現(xiàn)出下降趨勢,三輪次、四輪次、五輪次、六輪次時(shí)更加明顯;Byssochlamys呈現(xiàn)上升趨勢,但一輪次、二輪次、三輪次相對豐度較低,四輪次、五輪次、六輪次豐度增高,六輪次時(shí)達(dá)到75%;Thermoascus每輪次相對豐度總體呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢,且從一輪次到六輪次堆積發(fā)酵過程總體相對豐度也在降低(圖7C、圖7D、圖7E、圖7F)。

        4 機(jī)械化堆積發(fā)酵試驗(yàn)班產(chǎn)質(zhì)量對比

        4.1 機(jī)械化試驗(yàn)班出酒率、優(yōu)質(zhì)品率對比分析

        通過對機(jī)械化試驗(yàn)班出酒率、優(yōu)質(zhì)品率分析發(fā)現(xiàn),總體而言機(jī)械化試驗(yàn)班各輪次出酒率低于傳統(tǒng)工藝班組平均值,累計(jì)出酒率低于傳統(tǒng)工藝班組6.83 個(gè)百分點(diǎn);機(jī)械化試驗(yàn)班各輪次優(yōu)質(zhì)品率低于傳統(tǒng)工藝班組均值,累計(jì)優(yōu)質(zhì)率低于傳統(tǒng)工藝班組1 個(gè)百分點(diǎn)(見圖8,圖9);通過SPSS 對機(jī)械化試驗(yàn)班出酒率、優(yōu)質(zhì)品率與傳統(tǒng)工藝均值進(jìn)行差異顯著性分析,出酒率Sig.=0.848>0.05,優(yōu)質(zhì)品率Sig.=0.858>0.05,所以雖然與傳統(tǒng)班組存在差距,但沒達(dá)到顯著性差異。且機(jī)械化試驗(yàn)班出酒率、優(yōu)質(zhì)品率均符合公司基酒產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),因此機(jī)械化試驗(yàn)班與傳統(tǒng)工藝班出酒率、優(yōu)質(zhì)品率雖然存在差距(表3),需進(jìn)一步開展試驗(yàn),改進(jìn)機(jī)械化工藝參數(shù),達(dá)到提質(zhì)增量。

        表3 機(jī)械化與傳統(tǒng)班組出酒率與優(yōu)質(zhì)品率顯著性分析

        4.2 機(jī)械化試驗(yàn)班基酒色譜成分與傳統(tǒng)班組相似度分析

        通過對機(jī)械化試驗(yàn)班與傳統(tǒng)班組均值7 個(gè)輪次的基酒色譜成分相似度分析,結(jié)果表明,醛類物質(zhì)的相似度高達(dá)98%,醇類物質(zhì)相似度為71%,其他色譜成分酯類、酸類、芳香族類相似度均達(dá)到81%以上,機(jī)械化試驗(yàn)班基酒與傳統(tǒng)工藝基酒色譜成分相似度較高,符合公司基酒驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(見圖10),因此采用機(jī)械堆積發(fā)酵未對基酒色譜成分造成不利影響。

        5 結(jié)果與討論

        堆積發(fā)酵是醬香型白酒生產(chǎn)的重要工藝環(huán)節(jié),堆積過程網(wǎng)羅培養(yǎng)微生物,生成醬香物質(zhì)或醬香前體物質(zhì),為入窖發(fā)酵創(chuàng)造必要的條件,對醬香型白酒風(fēng)味的形成起著關(guān)鍵性作用。釀造高品質(zhì)的醬香型白酒,堆積發(fā)酵過程至關(guān)重要[15]。

        通過醬香型白酒機(jī)械化堆積發(fā)酵生產(chǎn)試驗(yàn)探究,結(jié)果表明:

        (1)機(jī)械化堆積發(fā)酵試驗(yàn)堆子溫度能達(dá)到工藝要求,但堆子升溫較傳統(tǒng)工藝班組慢,頂溫總體低于傳統(tǒng)班組相應(yīng)均值;機(jī)械化堆積發(fā)酵時(shí)間長于傳統(tǒng)班組均值,堆積發(fā)酵時(shí)間延長;造成的原因可能是機(jī)械化堆積糟醅經(jīng)幾次打撒,糟醅較黏,起堆時(shí)糟醅從較高高度自上而下落下,造成堆子較緊,不利于氧氣的交換,營養(yǎng)物質(zhì)的傳導(dǎo),不利于好養(yǎng)微生物的生長,導(dǎo)致微生物生長代謝較慢,因此頂溫較低,堆積時(shí)間延長。為推進(jìn)機(jī)械化進(jìn)程,下一步需改進(jìn)完善設(shè)備,減少打糟次數(shù),探索攤晾新方式,調(diào)整上堆方式,改善堆積發(fā)酵效果,達(dá)到傳統(tǒng)工藝標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)堆積發(fā)酵過程還原糖含量呈動(dòng)態(tài)變化,總體呈現(xiàn)下降的趨勢,這可能是堆積完成后,富集環(huán)境微生物,微生物快速生長繁殖需要消耗還原糖,群落數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后,進(jìn)行糟醅糖化發(fā)酵,產(chǎn)生小分子還原糖,因此呈現(xiàn)出下降、上升、下降的趨勢。

        (3)SPSS 顯著性分析機(jī)械化試驗(yàn)班與傳統(tǒng)班組入窖糟醅水分、酸度、淀粉含量、還原糖含量不存在顯著差異;通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)入窖糟醅的水分、酸度、淀粉含量、還原糖含量對機(jī)械化試驗(yàn)班、傳統(tǒng)班組出酒率、優(yōu)質(zhì)品率影響顯著性不明顯,但對兩者的影響存在差異,入窖糟醅水分、淀粉、還原糖含量與傳統(tǒng)班組出酒率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,入窖糟醅淀粉、還原糖含量與傳統(tǒng)班組優(yōu)質(zhì)品率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;而機(jī)械化試驗(yàn)班僅入窖水分含量與出酒率呈負(fù)相關(guān),入窖淀粉含量與優(yōu)質(zhì)品率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。因此必須嚴(yán)格控制入窖糟醅的水分、酸度、淀粉含量、還原糖含量,避免其對出酒率與優(yōu)質(zhì)品率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)作用。

        (4)堆積發(fā)酵過程網(wǎng)羅富集環(huán)境中各類微生物,利用糟醅作為培養(yǎng)基,快速繁殖大量菌落,細(xì)菌、真菌菌落數(shù)達(dá)到105cfu/g 以上,堆積過程酵母的菌落數(shù)也得到快速繁殖,數(shù)量可達(dá)107cfu/g,通過堆積發(fā)酵篩選馴化各類有益微生物,特別是耐高溫細(xì)菌、酵母、霉菌,為入窖發(fā)酵準(zhǔn)備了充分的微生物體系,形成了特有的微生態(tài)、生物酶類,富集了大量的醬香風(fēng)味前體物質(zhì)與中間體,為后期的窖池發(fā)酵奠定了菌系及物質(zhì)基礎(chǔ),對醬香白酒風(fēng)味起到至關(guān)重要作用。

        (5)DNA 高通測序表明,堆積發(fā)酵過程Bacillus的相對豐度較高;Lactobacillus豐度降低且低于Bacillus;Candida相對豐度呈現(xiàn)出增長趨勢;Aspergillus相對豐度總體呈現(xiàn)出下降趨勢,Byssochlamys呈現(xiàn)上升趨勢。Thermoascus相對豐度總體呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢。這可能與堆積過程溫度較高,且需有氧發(fā)酵,有利于耐高溫好氧屬微生物生長繁殖,使堆積到達(dá)“二次制曲”作用。

        (6)機(jī)械化試驗(yàn)班出酒率、優(yōu)質(zhì)品率均符合公司基酒產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),但機(jī)械化試驗(yàn)累計(jì)出酒率低于傳統(tǒng)工藝班組6.83 個(gè)百分點(diǎn);累計(jì)優(yōu)質(zhì)率低于傳統(tǒng)工藝班組1 個(gè)百分點(diǎn),仍存在差距,需進(jìn)一步開展試驗(yàn),改進(jìn)機(jī)械化工藝參數(shù),達(dá)到提質(zhì)增量。

        (7)色譜成分相似度分析醛類物質(zhì)的相似度高達(dá)98%,醇類物質(zhì)相似度為71%,其他色譜成分酯類、酸類、芳香族類相似度均達(dá)到81%以上,機(jī)械化試驗(yàn)班基酒與傳統(tǒng)工藝基酒色譜成分相似度較高,符合公司基酒驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),因此采用機(jī)械堆積發(fā)酵未對基酒色譜成分造成不利影響。

        綜上所述,機(jī)械化堆積發(fā)酵雖然未達(dá)到傳統(tǒng)工藝標(biāo)準(zhǔn),但能滿足生產(chǎn)要求,且是首次進(jìn)行醬香型白酒機(jī)械化生產(chǎn)試驗(yàn),處于探究階段,因此其各特征工藝參數(shù)與傳統(tǒng)工藝存在一定差異,但機(jī)械化起堆對各工藝參數(shù)未造成不利影響,通過改進(jìn)完善機(jī)械化設(shè)備,調(diào)節(jié)適應(yīng)生產(chǎn)工藝,最終能達(dá)到傳統(tǒng)工藝標(biāo)準(zhǔn)。

        機(jī)械化的應(yīng)用,提升傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)醬香型白酒釀造的機(jī)械化和自動(dòng)化水平;降低企業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率;促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)節(jié)能降耗;穩(wěn)定、提高優(yōu)質(zhì)品率;帶動(dòng)、促進(jìn)醬香型白酒釀造技術(shù)發(fā)展,引領(lǐng)貴州傳統(tǒng)白酒產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級;提升貴州白酒的競爭力,加快實(shí)現(xiàn)貴州白酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo),因此醬香白酒機(jī)械化的生產(chǎn)試驗(yàn)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。

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