白酒生产机理

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1、第四章白酒生产机理一、原料浸润与蒸煮二、糖化与发酵三、风味物质的形成 白酒生产机理是指酿酒原料转化为成品酒过程中每个工段所涉及到的物质的物理变化和化 学变化， 以及主要步骤的工艺操作原理。 了解和掌握这些内容， 对于深入理解白酒生产过程 工艺要点，进而用理论指导生产实践是大有裨益的。第一节 原料浸润与蒸煮一、原料浸润在各种白酒生产工艺中， 大多要对经过预处理的原料进行润水， 这一工艺过程俗称润料。 润 料的目的是让原料中的淀粉颗粒充分吸收水分， 为蒸煮时淀粉糊化， 或直接生料发酵创造条 件。润料时的加水量及润料时间的长短由原料特性、水温、润料方法、 蒸料方式及发酵工艺而定。实例如汾酒以90C的

2、水高温润料，但因为采用清蒸二次清工艺，故润料时间为1820h;浓香型大曲酒的生产采用续糟配料、 混蒸混烧工艺， 以酸性的酒醅拌和润料， 因淀粉颗粒在 酸性条件下较易润水及糊化，又为多次发酵， 故润料只需要几小时。一般而言，热水高温润 料更有利于水分吸收、渗入淀粉颗粒内部。小曲酒生产中要对原料大米进行浸洗。 在浸洗过程中除了使大米淀粉充分吸水为糊化创造条 件外， 同时还除去附于大米上的米糠、尘土及夹杂物。此外， 在浸洗过程中大米中的许多成 分因溶入浸米水而流失。二、原料蒸煮润水后的原料虽然吸收了水分， 发生了一定程度的膨胀， 但是其中的淀粉颗粒结构并没有解 体，仍然不利于后续的糖化发酵。 原料蒸

3、煮的主要目的就是在润水的基础上使淀粉颗粒进一 步吸水、膨胀、进而糊化，以利于淀粉酶的作用。同时，在高温蒸煮条件下，原辅料也得以灭菌，并排除一些挥发性的不良成分。 在原料蒸煮过程中， 还会发生其他许多复杂的物质变化。 对于续碴混蒸而言， 酒醅中的成分 也会与原料中的成分发生作用。（一）碳水化合物的变化 1淀粉在蒸煮过程中的变化 在蒸煮过程中， 随着温度升高， 原料中的淀粉要顺次经过膨胀、 糊化和液化等物理化学变化 过程。在蒸煮后，随着温度的逐渐降低，糊化后淀粉还可能发生“老化”现象。同时，因为 原料和酒曲中淀粉酶系的存在使得一小部分淀粉在蒸煮过程发生“自糖化”。2糖的变化 白酒生产中的谷物原料含

4、糖量最高可达4左右。在蒸煮的升温过程中，原料的自糖化也产生一部分糖。这些糖在蒸煮过程中会发生各种变化，尤其是在高压蒸煮的情况下。（ 1 ）羟甲基糠醛的形成（2）美拉德反应（3）焦糖的生成 羟甲基糠醛的形成 3纤维素的变化 纤维素是细胞壁的主要成分，蒸煮温度在160C以下，pH为范围内，其化学结构不发生变化，而只是吸水膨胀。4半纤维素的变化 半纤维素的成分大多为聚戊糖及少量多聚己糖。当原料与酸性酒醅蒸煮时，在高温条件下， 聚戊糖会部分的分解为木糖和阿拉伯糖， 并均能继续分解为糠醛。 这些产物都不能被酵母所 利用。多聚己糖则部分分解为糊精和葡萄糖。半纤维素也存在于粮谷的细胞壁中，故半纤维素的部分水

5、解，也可使细胞壁部分损伤。（二）含氮物、脂肪及果胶的变化1含氮物的变化原料蒸煮时，当品温在 140 C以前，因为蛋白质发生凝固及部分变性，会使可溶性含氮量有 所下降；当温度升至 140158C时，则可溶性含氮量会因发生胶溶作用而增加。整粒原料的常压蒸煮， 实际上分为两个阶段。 前期是蒸汽通过原料层， 在颗粒表面结露成凝 缩水；后期是凝缩水向米粒内的渗透，主要作用是使淀粉a-化及蛋白质变性。只有在液态发酵法生产白酒的原料高压蒸煮时， 才有可能产生蛋白质的部分胶溶作用。 在高压蒸煮整粒 谷物时，有 20 50的谷蛋白进入溶液；若为粉碎的原料，则比例会更大一些。2脂肪的变化脂肪在原料蒸煮过程中的变化

6、很小，即使在140158C的高温，也不能使甘油酯充分分解。在液态发酵法的原料高压蒸煮中，也只有5 10的脂类物质发生变化。3果胶的变化 果胶由多聚半乳糖醛酸或半乳糖醛酸的甲酯化合物所组成。果胶质是原料细胞壁的组成部 分，也是细胞间的填充剂。果胶质中含有许多甲氧基 （-0CH3,在蒸煮时果胶质分解，甲氧基会从果胶质中分离出来， 生成甲醇和果胶酸。（三）其他物质变化蒸料过程中，还有很多微量成分会分解、 生成或挥发。例如由于含磷化合物分解出磷酸，以 及水解等作用生成一些有机酸， 故使酸度增高。 若大米的蒸饭时间较长， 则不饱和脂肪酸减 少的多，而醋酸异戊酯等酯类成分却增加。物料在蒸煮过程中的含水量也

7、是增加的。（四）原料蒸煮的一般要求原料经过蒸煮其目的是有利于微生物和酶的利用， 同时还有利于酿酒生产的操作。 故此， 蒸 煮过程并不是越熟越好， 蒸煮过于熟烂， 淀粉颗粒易溶于水， 看起来有利于发酵， 但事实上， 淀粉颗粒蒸得过于粘糊，转化为糖、糊精过多，从而使醅子发粘，疏松透气性能差，不利于 固态发酵生产操作， 同时糖分转化过多过快， 会引起发酵微生物酵母的早衰， 造成发酵前期 升温过猛， 发酵过快， 影响酵母的生长、 繁殖、 发酵。 中挺时间短， 破坏了曲酒生产 “前缓、 中挺、后缓落”的发酵规律，给大曲酒的产量、质量带来不利影响；相反，如果蒸煮不熟不 透，窖内的微生物不能利用，又易生酸。

8、因此对蒸煮时间、蒸煮效果进行控制，要结合具体 的生产情况，把好蒸煮关，保证蒸煮达到“熟而不粘，内无生心”的效果。第二节 糖化与发酵 向蒸煮糊化后的原料中加入酒曲等糖化发酵剂，就进入了糖化发酵的关键工艺阶段。在白酒生产中， 除了液态法白酒是先糖化、后发酵外，固态或半固态发酵的白酒，均是糖化和发酵同时进行的。一、淀粉糖化 淀粉经酶的作用生成糖及其中间产物的过程，称为糖化。淀粉酶（C6H10O5 n+ nH20 nC6H12O6淀粉水葡萄糖实际上， 除了液态发酵法白酒外， 醅和醪中始终含有较多的淀粉。 淀粉浓度的下降速度和幅 度受曲的质量、 发酵温度和生酸状况等因素的制约。 若酒醅的糖化力高且持久、

9、 酵母发酵力 强且有后劲，则酒醅升温及生酸酸度稳定、淀粉浓度下降快， 出酒率也高。 通常在发酵的前 期和中期， 淀粉浓度下降较快； 发酵后期，由于酒精含量及酸度较高、 淀粉酶和酵母活力减 弱，故淀粉浓度变化不大。在扔糟中，仍然含有相当浓度的残余淀粉。二、糖化过程中其他物质的变化（一）蛋白质蛋白质在蛋白酶类的作用下，水解为胨、 多肽及氨基酸等中、 低分子量含氮物，为酵母菌等 提供营养。（二）脂肪脂肪由脂肪酶水解为甘油和脂肪酸。 一部分甘油为微生物的营养源； 脂肪酸的一部分受曲霉 及细菌的B-氧化作用，除去 2个碳原子而生成各种低级脂肪酸。（三）果胶 果胶在果胶酶的作用下，水解生成果胶酸和甲醇。（

10、四）单宁单宁在单宁酶的作用下生成丁香酸。（五）有机磷化合物在磷酸酯酶的作用下， 磷酸自有机酸化合物中释放出来， 为酵母等微生物的生长和发酵提供 了磷源。（六）纤维素、半纤维素部分纤维素、 半纤维素在纤维素酶及半纤维素酶的催化下， 水解为少量的葡萄糖， 纤维二糖 及木糖等糖类。（七）木质素木质素在白酒原料中也存在， 它是一种含苯丙烷邻甲氧基苯酚等以不规则方式结合的高分子 芳香族化合物。在木质素酶的作用下，可生成酚类化合物，如香草醛、香草酸、阿魏酸及4-乙基阿魏酸等。若粮糟在加曲后、入窖前采用堆积升温的方法，则可增加阿魏酸等成分的 生成量。三、酒精发酵（一）酵母菌的酒精发酵机理酵母菌在酒化酶作用下

11、将葡萄糖发酵生成酒精和二氧化碳。这一过程包括葡萄糖酵解 （简称EMP途径或EM途径）和丙酮酸的无氧降解两大生化反应过程，但通常将它们总称为葡萄糖 酵解。简言之，由 1mol 葡萄糖生成 2 mol 丙酮酸；丙酮酸先由丙酮酸脱羧酶脱羧生成乙醛， 再由乙醇脱氢酶还原生成乙醇。EMP途 径三羧酸循环在无氧条件下，丙酮酸脱羧生成乙醛和C02乙醛在乙醇脱氢酶的作用下还原成乙醇：NADH2 2NAD丙酮酸乙醛乙醇C02应说明的问题1. 出酒率问题。2. 发酵产物问题。3. 酒醅含酒率问题。（二）细菌的酒精发酵机理细菌由 ED（Entner Doudoroff ）途径将葡萄糖发酵成酒精。ED途径与上述 EM

12、P途径相比，EMP途径由1mol葡萄糖生成2mol ATP;而ED途径只生成1mol ATP通常，ATP的生成量与菌体量成正比，故利用细菌发酵产酒精时，生成的菌体量也约 为酵母菌的一半。因细菌菌体生成量较少，故酒精产率较高。 但能产酒精的细菌， 大多同时 生成一些副产物，诸如丁醇、 2,3 丁二醇等醇类，甲酸、乙酸、丁酸、乳酸等有机酸，阿 糖醇、甘油和木糖醇等多元醇，以及甲烷、二氧化碳、氢气等气体。因而细菌发酵时酒精的 实际得率比酿酒酵母要低。在白酒生产中，酒精发酵过程主要是由各种酵母菌来完成的。 第三节 风味物质的形成白酒中除了水和酒精外， 还含有多种微量成分， 这些微量成分虽然含量少， 但

13、却对白酒风味 起着决定性作用，故称其为风味物质。白酒风味物质主要有酸、醇、酯、醛（酮）、芳香族化合物等几大类物质。 这些风味物质主要是在制曲和发酵过程中由微生物代谢产生的，有些可由蒸粮、蒸酒和老熟过程中的化学反应产生，有些则直接来自于酿酒和制曲原料。一、酸类物质 白酒醅（醪）中形成的有机酸种类很多，酸类产生的途径也很多。酵母菌在产酒精时，产生 多种有机酸，根霉等霉菌产乳酸等有机酸，但大多有机酸是由细菌生成的。（一）乙酸（醋酸）的生成 酵母菌酒精发酵产乙酸。 醋酸菌将酒精氧化为乙酸。 糖经发酵生成乙醛，再经歧化作用生成乙酸。 通常，在酵母菌的生长及发酵条件较好时，乙酸生成量较少。若酒醅中进入枯草

14、芽孢杆菌， 则乙酸的生成量较多。 异型乳酸菌也产乙酸。见下述。（二）乳酸的生成 乳酸是含有羟基的有机酸，它也可由多种微生物产生。1 由乳酸菌发酵生成乳酸 正常型乳酸菌发酵：又称同型或纯型乳酸发酵，即发酵产物全为乳酸。 异型乳酸发酵：或称异常型乳酸发酵。其产物因菌种而异，除了生成乳酸外，还同时生 成乙酸、酒精、甘露醇等成分。2 由霉菌产乳酸 毛霉、根霉等也能产生 L-型乳酸。（三）琥珀酸的生成琥珀酸又称丁二酸。 主要由酵母菌于发酵后期产生， 通常延长发酵期可增加其生成量。 反应 途径有如下两条。 由酵母菌作用于葡萄糖和谷氨酸而生成琥珀酸，生成的氨被酵母利用合成自身的菌体蛋 白。 由乙酸转化为琥珀

15、酸。（四）丁酸（酪酸）的生成1 由丁酸菌将葡萄糖、氨基酸、乙酸和酒精转化生成丁酸 2丁酸菌将乳酸发酵为丁酸（五）己酸的生成克拉瓦氏梭菌（ Clostridium Kluyveri ）与甲烷菌共栖，能将低级脂肪酸合成为较高级的脂 肪酸。 该菌能将乙酸和酒精合成丁酸和己酸; 也可由丁酸和酒精结合成己酸; 还能将丙酸和 酒精合成戊酸，进而合成庚酸。1 由酒精和乙酸合成丁酸和己酸 当酒醅中乙酸多于酒精时，主要产物为丁酸。 当酒醅中乙醇多于乙酸时，主要产物为己酸。克拉瓦氏梭菌中的这一反应过程极为复杂，经研究有 11 步反应之多。2由酒精和丁酸合成己酸巴克等认为， 己酸菌将酒精和丁酸合成己酸时， 必须先由丁酸菌将酒精和乙酸合成丁酸。3由丁酸和乙酸合成己酸先生成丙酮酸，丙酮酸再变为丁酸，丁酸再与乙酸合成己酸。二、高级醇碳原子数在 2 个以上的一元醇总称为高级醇。白酒中的高级醇以异戊醇为主，包括正丙醇、 异丁醇、异戊醇、活性戊醇等。因其溶于高浓度的乙醇而不溶于低浓度乙醇及水并呈油状， 故名杂醇油。杂醇油主要是由酵母菌利用糖及氨基酸的代谢而形成的，其中a酮酸及醛为重要的中间产物。酵母菌生成杂醇油