微生物技术在浓香型白酒生产中的研究进展.doc

微生物技术在浓香型白酒生产中的研究进展摘要：浓香型白酒发展较快，其消费量已占市场的70%。大曲浓香分为川派和北方派两个流派，风格各异。在传统浓香型白酒酿造过程中，微生物在提高白酒的出酒率、优质品率以及香味物质的形成等方面起着至关重要的作用。本文从酒曲微生物、窖泥微生物以及糟醅微生物三个方面对近年来浓香型白酒发酵微生物的研究状况进行了综述。关键词：浓香型白酒，微生物，发展，窖泥Research Progress in Microorganisms Technologies of Luzhou-flavour Liquor ProductionAbstract： Luzhou-flavor liquor developed quickly and it had achieved 70% market share. It was divided into two schools: Sichuan shool and Northern China school, and the two schools varied in liquor styles. In the traditional Luzhou-flavor liquorbrewing process，the microorganisms played a vital role in improving the liquor rate，quality product rate and the formation of flavorThe research of microorganisms of starter，pit mud and fermented grains to Luzhou-flavor liquor fermentation in recent years were summarizedKey words：Luzhou-flavor liquor；microorganisms；development；pit mud浓香酒传统发酵工程在世界上独一无二的，它是以粮谷为原料，以大曲为产酒、生香剂，以泥窖为发酵容器，采用续糟配料，混蒸混烧工艺蒸馏取酒蒸粮，原酒陈酿老熟，精心勾兑成型的一大类白酒。追溯浓香型白酒发展史，不难看出，早在几千年前，我国古代劳动人民就在实践中创造发明了以大曲基质为载体，培养、保藏微生物菌种和粗酶制剂的固定化方法。后来，又发明了以粘土粒子为载体，固定化微生物活细胞的窖池发酵系统。我国的大曲浓香主要分两类，四川浓香型酒的特点是窖香浓郁、绵甜甘洌、酒体净爽；而苏鲁豫皖浓香型白酒则俗称纯或淡雅浓香酒，其主要特点是窖香幽雅、绵甜爽净。浓香型白酒，目前占据中国白酒市场70%以上的份额，作为四川特色亮点的川酒六朵金花除郎酒外，其余的五朵都归属于浓香型白酒。因此，研究微生物技术在浓香型白酒业的发展方向，对促进浓香型白酒业的“提质控耗”系统工程具有十分现实的意义。而酿酒微生物的种类、数量、分布及其消长变化等对发酵途径及最终产物的生成有着重大的影响，进而影响着白酒的质量。浓香型白酒酿造过程中的微生物主要来源于酒曲、窖泥和糟醅，参与酒精及其香味物质的形成，赋予白酒特有的风味，随着现代微生物技术的发展，对白酒酿造技术的认识也将不断深入。1 历史背景我国白酒市场消费对于香型的选择在20世纪50-70年代是以清香型占主导地位，其原因在于：在计划经济时期，人们生活水平较低而均衡，生产什么就供应什么；并且粮食比较紧张，作为耗粮高的白酒工业，国家要求大力节约粮食，以提高出酒率为中心，开展技术创新。自1955 年起，在传统生产大曲酒为主的北方地区大力推广麸曲酒母法生产“二锅头”的工艺，同时在南方以小曲酒生产为主，初步总结了四川的李友澄操作法，这都是生产清香型的普通白酒工艺；由于当时生产技术水平较低，对传统酿酒工艺科学总结及认识不足，质量好的名酒、优质酒产量也少，因而形成了普通级别白酒的生产方法及其产品占据了广大市场的格局。自20世纪80年代前后，市场消费向浓香型转化，直至今日浓香型酒消费量已占市场的70左右。1975 年左右出现了两项重大基础技术，即内蒙轻工研究所提出了为广大生产厂能应用的气相色谱分析白酒香气成分方法及细菌发酵对白酒香味成分的重要作用，即窖泥微生物己酸菌的分离、培养及应用技术(在茅台试点基础上的发展)和四川名酒厂提出的人工培养老窖泥。这两项技术在以后的生产应用中，及各地对窖泥微生物的深化研究，极大地促进了浓香型酒的发展。浓香型酒的老根据地四川名酒厂对生产工艺的不断总结与研究，提出了众多的提高质量的技术措施，诸如双轮底发酵、翻沙、黄水合理利用、多粮发酵、强化勾兑等。传统微生物技术在浓香型白酒业的应用主要在制曲过程中，微生物在曲坯体系中彼消此长地生长繁殖和进行物质代谢，曲坯表现出自然积温、自然风干的发酵态势，在成品曲块中积淀了大量的微量香味物质、微生物酶和以休眠体状态保存的菌体，得以成为原酒酿造的产酒、生香剂。在酿酒过程中，曲药微生物、窖泥微生物和环境网罗的微生物一并进入母糟体系，在密闭的母糟体系中彼消此长地生长繁殖和进行物质代谢，前期利用母糟体系中残留的氧气成分，微生物进行有氧呼吸并消耗母糟体系中残留的氧气成分，菌体复活大量生长繁殖并完成酒精发酵，同时母糟体系内温度呈现“前缓、中挺、后缓落”的态势转入漫长的生香发酵，一般发酵期都在45d 以上（尤以泸州老窖将发酵期控制在90d 左右），浓香型白酒主体香己酸乙酯等窖泥功能菌代谢香味物质及其前体物质得以足量的生成积累，进而通过蒸馏取酒，彰显浓香型白酒的典型风格。浓香型大曲白酒生产的显著特征是：使用优质“老窖泥”即“千年老窖”，“续糟”配料即“万年糟”，固态厌氧发酵，甑桶缓火蒸馏，掐头去尾，量质摘酒，按质并坛，根据各企业等级评定标准进行感官和理化分析验收，分等级选用优质陶坛贮存，精心勾兑调味，经感官和理化检测，合格后包装而成。2 现状2.1 酒曲微生物的研究酒曲是浓香型白酒发酵生产中微生物的主要来源，酒曲中的微生物主要包括糖化微生物、酿酒微生物和生香微生物三大类，构成中国浓香型白酒发酵不可缺少的微生物体系，同时，酒曲中的微生物代谢产生的物质，如糖类、氨基酸、有机酸等，都是白酒香味成分的前提物质。因此，掌握酒曲中功能微生物的情况以及在发酵过程中的变化规律，对提高浓香型白酒的品质具有重要的意义。上个世纪30年代初，我国就有了用于白酒发酵的高糖化力菌株分离培养的研究报道【1】。现阶段，酒曲微生物的研究主要集中在生香功能菌上。胡峰(2008)【2】从传统优质大曲中分离到数株红曲霉功能菌，将其加入到强化大曲中，使大曲的糖化力、发酵力和蛋白水解力都有所提高，更具有酯化力强的突出特点，有利于白酒风味物质的形成，提高了白酒的质量。王宗彦等(1995)【3】在高温大曲中分离出了一株可以在47oC下良好生长的耐高温酵母菌“卡斯特假丝酵母”。该株高温酵母在45oC高温下能正常发酵产生乙醇，生成乙酸乙酯、乙醛、异丁醇、异戊醇等香味物质。陈晓春等(2002)【4】利用高酯化能力的根霉制备根霉酯化酶，使得酒中主体香味成分(如己酸乙酯、乙酸乙酯等)含量大幅度增高，其它香味成分含量也明显增加。酒曲培养过程中主要菌群的变化规律是：制曲前期原料加水后，曲块水分、氧气充足，温度适宜，此时细菌、酵母菌和霉菌均呈现一定程度的增长，同时随着湿度增加，霉菌的孢子开始萌芽【5】【6】【7】；升温期曲块入房培养2d左右，品温升至45oC，湿度也有所改变，各类微生物已适应环境，细菌、酵母菌和霉菌生长繁殖开始活跃，且增长幅度较大，可达1001000倍【8】；培养56d后，曲块品温升至50 以上。高温环境影响了微生物的生长，大部分微生物数量从第34d开始下降，而芽孢杆菌在该环境下数量有所增加【9】。细菌中耐热菌株增加，不耐热菌株减少，细菌总数下降。酵母菌冈不耐热，其群体数量迅速下降至接近为零；高温期，在品温维持55oC左右5-6d时，大多数微生物不能生长，各类微生物由于耐热性不同，其下降趋势也有所差别。细菌群体主要由芽孢杆菌组成，呈缓慢下降的趋势，酵母菌数量降到接近零，霉菌数量有所回升；降温期，温度降至45oC之前，微生物总数依然下降。当温度降到45以下时，存活的微生物活性提高，数量明显增加，特别是酵母菌类数量增加很迅速。此阶段大多数的芽孢细菌在此时形成了芽孢，乳酸菌数量下降，可能是霉菌在代谢过程中产生的抗生素抑制了生酸菌的繁殖【10】，这有待于进一步的验证；成熟期，当品温逐渐接近环境温度时，除酵母菌还有所增加外，其余微生物的死亡率与繁殖率基本平衡，数量趋于稳定。当曲块水分降到15 以下时，各类微生物数量变化越来越慢，最后基本保持稳定。2.2 窖泥微生物的研究窖泥中栖息着大量的微生物，窖泥微生物的种类、数量、种群间的相互作用以及代谢的多样性直接影响着白酒特别是浓香型白酒的质量【11】【12】。窖泥微生物的研究主要集中在细菌多样性方面。其中以己酸菌、甲烷菌、甲烷氧化菌等为重要。2.2.1 窖池中微生物的差异窖池是生产浓香型大曲白酒的重要前提条件，窖池、窖泥中生长着种类繁多、功能各异、有益于酿酒的微生物茵群落，只有具备优质的窖池、窖泥，才能生产出优质的好酒。业内流传着“千年老窖万年糟”、“以窖养糟，以糟养泥”的说法，足以说明窖池中优质窖泥对酿酒生产的重要性。窖泥中富集有多种微生物，随着窖池窖龄的不同以及窖泥层次的不同，窖泥微生物的种类、数量均呈现出较大差异。新窖与老窖窖泥微生物的差异。通过传统分离培养方法(吴衍庸，I980)【13】及分子生物学方法(黄永光，2004；乔宗伟，2004)【14】【15】对新、老窖窖泥巾的微生物进行比较发现：老窖和新窖中细菌的种类和数量都有较大差别，老窖窖泥巾的细菌总数为新窖窖泥的3倍多，是中龄窖的2倍左右，而且主要表现在厌氧细菌方面，老窖泥中的厌氧细菌总数为新窖的4倍；就芽孢菌而言，老窖泥的芽孢菌总数为新窖泥的2倍多，厌氧芽孢菌为新窖泥的26倍。同一窖池不同部位的微生物差异。研究发现(施安辉，1986；宋柯，2001；谭崇尧，2008)【16】【17】【18】，窖泥表层的微生物种类和数量明 多于深层窖泥中的微生物，特别是窖泥表层012em的窖泥层中的微生物特别丰富。窖墙和窖底的总体差别表现在好氧细菌的分布是窖墙最多，窖底最少；而厌氧细菌的分布正好相反。在老窖窖泥中，窖墙厌氧细菌大约是窖底的34倍，而且厌氧细菌主要栖息。在窖泥的黑色内层，数量超过黄色表层的77倍。对于厌氧芽孢细菌而言，窖墙大约是窖底的2倍。在新窖窖泥中，窖墙与窖底的厌氧细菌和厌氧芽孢杆菌的近似比值分别是16和1.6。2.2.2 微生物生香技术泸州老窖创建的“窖外发酵生香理论”研究认为，浓香型白酒优质比率低下的主要矛盾是主体香味物质己酸乙酯的生成速率缓慢。为此，提高浓香型白酒原酒优质比率的主要措施，基本上都是强化主体香味物质己酸乙酯的生成速率，通过改变酒体色谱骨架成分的量比关系来得以实现。但事实上，在对原酒价值起决定性作用的品类繁多的呈香呈味物质中，酒体微量成分始终左右着酒体的口感和风格。为此，通过研究酒体的微量成分及其生成机理，利用微生物技术的生态调节作用来调控窖内生香发酵，以改善酒体微量成分来提高浓香型白酒原酒优质比率，将是浓香型白酒业微生物技术的重要发展方向。现代科学技术的发展揭示窖泥微生物的主体功能菌 厌氧梭状芽孢杆菌，吸收利用糟醅体系中的营养物质生长繁殖并代谢己酸。通过发酵体系中微生物酶的催化作用与乙醇缩合生成浓香型白酒的主体香味物质己酸乙酯。这是浓香型酒窖内发酵的主体生香途径。长期的生产实践表明窖内己酸乙酯的生成速度缓慢或发酵体系中乳酸乙酯、乙酸乙酯的发酵过快，都可能造成主体香味物质含量过低或香味物质含量问比例不协调而影响优质品率。将具有密切联系的生香功能微生物融合在一起，通过强化曲和液体窖泥多菌种复合发酵工艺促进发酵体系的生香功能，较好地解决了窖内己酸乙酯生成速度缓慢而影响优质品率的生产问题。生产试验表明 在相同发酵周期的条件下，应用多菌种复合发酵工艺，能在稳定出酒率的基础上，大幅度地提高浓香型白酒的优质品率。微生物技术在浓香型白酒生产中的应用研究结果表明，在不改变发酵周期的条件下，酒体中乙酸乙酯的含量明显升高，四大酯等香味物质比例协调，具有窖香浓郁、绵甜爽净、醇厚丰满、回味悠长的质量风格特点。在大曲中酯化酶活力对酒质的影响方面上，浓香型白酒，以己酸乙酯含量的高低及乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯等酯类物质的比例关系而决定酒质的优劣。数十年来，为了提高窖内发酵过程中己酸乙酯的生成量，根据酯化反应原理，普遍采取分离己酸菌，优化窖池培养工艺提高发酵体系中己酸含量来达到增加酒体己酸乙酯含量的目的。由于酯化反应速率较慢，因而在正常的发酵期内其转化率较低。近年的研究表明：“酯化酶的催化作用能促进己酸乙酯的生成 其在水相中表现为脂肪水解酶的活性可将酒醅中的脂肪水解为甘油及脂肪酸。脂肪酸与乙醇酯化生成油酸乙酯、亚油酸乙酯、棕榈酸乙酯等高级脂肪酸酯，所以酯化酶的存在，同样对白酒风味的形成，起着不可忽视的作用【19】”。传统大曲的质量品质，由于受制曲环境所处的自然条件和制曲工艺技术的影响，普遍存在着酯化酶活力低的问题。为了提高大曲的生香功能，以传统优质大曲为含菌样品，分离到数株代谢糖化酶、液化酶、蛋白水解酶、酯化酶活力较高，而产乳酸较少的红曲霉功能菌，以此为试验菌株，经固态培菌发酵制成酯化酶制剂后，应用于强化大曲的生产。强化大曲是在制曲过程中以适当的方式和比例添加红曲霉等功能菌种而制成的中高温大曲。2.3 糟醅微生物的研究糟醅中的微生物与白酒的品质有着密切的联系。分析糟醅微生物群落能够从一定程度上反映主要功能菌的存在状态，对于浓香型白酒的生产及质量的提高有着重要的指导意义。上层糟醅细菌数量最多，下层糟醅酵母菌数量最多；细菌、芽孢杆菌、酵母菌、霉菌的数量在前期都有一个急剧增加的过程，而后又急剧的减少；发酵3d时细菌的数量达到一个峰值且在所测微生物中数量占优势；酵母菌在发酵6d时数量达到峰值，到12d数量又急剧下降，出窖时酵母菌的数量已经很少了；芽孢杆菌在经历急剧减少后，后期数量又有少量的增加；霉菌到后期基本上已经检测不出来。乳酸菌在浓香型白酒生产中的重要作用不可忽视,在发酵中后期,糟醅中的乳酸菌占据了微生物的主体地位,通过代谢活动产生了大量的乳酸,有效地抑制了部分杂菌的代谢活动。乳酸菌代谢产生的乳酸以及由乳酸衍生而来的乳酸乙酯是酒醅中除乙醇外的最重要的微生物代谢产物。通过蒸馏,部分乳酸和乳酸乙酯进入酒体中,它们与其他成分按适当比例存在,能够增强酒体的浓厚感,是浓香型白酒风格形成的重要物质基础。3 展望目前，对于白酒微生物的研究主要集中在少数功能模式菌株的分离、筛选和鉴定上，以及其在酒曲制作过程中的交替变化上，而对各种有益微生物之间的相互作用了解较少，影响白酒生产的主要微生物之间的相互关系还有待于进一步研究。利用现代生物技术，从基因水平上分析白酒微生物的生化功能及基因表达，预测白酒微生物功能，了解主要微生物对呈香物质生产的影响，将更深入地认识白酒微生物对酒质的影响【20】。参考文献【1】 傅金泉中国近代酿酒微生物研究史料J酿酒科技，2006(5)：82-88【2】 胡峰微生物技术在浓香型白酒生产中的应用研究J酿酒科技，2008(12)：56 59【3】 庄名扬，孙达孟美拉德反应与酱香型白酒J酿酒科技，1997(1)：7277【4】 陈晓春，赵晓本根霉酯化酶用于双轮底强化发酵工艺技术研究J酿酒，2002，29(2)：74-76【5】 王世宽，侯华，张强，等伏