中国白酒是以粮谷为主要原料，以大曲、小曲或麸曲等为糖化发酵剂，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏而成的饮料酒，它历史悠长，是世界六大蒸馏酒之一[1-2]。与世界其他国家的蒸馏酒相比，中国白酒独具风格，具有丰富的不可比拟的风味，它的独特工艺是千百年来我国劳动人民生产经验的总结和智慧的结晶。中国白酒主要由水、乙醇和微量成分构成，其中水和乙醇占98%左右，微量成分物质约占2%[3-4]。微量成分决定着白酒的品质与风格，是中国白酒的灵魂所在。因此，提高白酒中微量成分的种类及含量从而提升白酒的综合品质是近年来白酒领域研究的热点。
浓香型白酒酿造工艺的基本特点是“泥窖固态发酵、续糟配料、混蒸混烧”，特殊的工艺特点促成了其“窖香浓郁，绵软甘冽，香味协调，尾净余长”的酒体特征。固态法酿造生产中，延长浓香白酒酿造的发酵期能使糟醅更加完全的进行酯化反应以达到更好的生香效果，因而对浓香型白酒进行工艺优化调控就显得尤为重要。整粒高粱投料进入糟醅体系，使其养料缓慢释放，保障发酵期延长至360 d的持续养料供给，结合回酒发酵及回酒蒸馏工艺酿造的浓香型原酒具有乙酸、己酸乙酯含量突出，浓香正气，窖香优雅，酒体醇厚绵甜等特点。
本研究通过跟踪研究上述糟醅发酵过程中理化指标和风味物质的动态变化，探究回酒蒸馏对风味物质的提取，解析浓香型白酒酿造机理，以期为浓香型白酒酿造的高质量发展提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
高粱：泸州市宏兴粮贸有限责任公司；试验窖池、糟醅样品及酒样：泸州某酒庄提供。实验糟醅样品取自泸州某酒庄57号窖池。
氢氧化钠（分析纯）：重庆川东化工集团有限公司；葡萄糖（分析纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司；五水合硫酸铜：成都市科龙化工试剂厂；四水合酒石酸钾钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；盐酸（分析纯）：重庆川东化工集团有限公司。
1.2 仪器与设备
CP-214分析天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；101-0413电热鼓风干燥箱：北京中兴伟业有限公司；DL-1电子万用炉：北京市永光明医疗仪器有限公司；6890-5975气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometery，GC-MS）：美国Agilent公司。
1.3 方法
1.3.1 浓香型白酒的生产工艺流程与操作要点
操作要点：将整粒糯红高粱放在甑桶中，加热水（80～90 ℃）浸泡24 h，水位超过粮面15 cm，让整粒高粱充分吸水膨化后，放水沥干，出甑后置于晾堂上摊凉至（35±5）℃，添加质量为高粱质量10%的麸皮，搅拌均匀后收堆为圆锥状堆砌于晾堂上，堆心温度达（50±5）℃培菌发酵72 h；培菌结束后的高粱糟醅拌和上轮蒸酒酒糟（出甑后置于晾堂上摊凉至（35±5）℃），继续收堆为圆锥堆状，进行二次培菌发酵，堆心温度达（50±5）℃培菌72 h后转入泥窖密封发酵360 d；出窖糟醅按每甑添加3%的熟糠，拌和均匀作为上甑糟，再将上甑糟以探汽上甑方式上甑，上甑结束盖盘后，开启冰桶冷却水，采用除头截尾、量质摘酒方式获得原酒。
1.3.2 取样方法
入窖后从第0天开始，每隔10 d采集糟醅样品（0 d、10 d、20 d、30 d…350 d、360 d，共37个样品，依次标记为1～37号）。取样方法参考文献[5]的方法，采集的糟醅样品置于-20 ℃条件下保存备用。
发酵结束后，对整粒高粱糟醅进行回酒蒸馏取酒，并选择传统浓香型酿造工艺流程酿造、蒸馏的酒样作为对比酒样，并对试验酒样和对照酒样进行理化、色谱检测。
1.3.3 测定方法
（1）糟醅理化指标检测方法
糟醅淀粉含量、还原糖含量：采用菲林试剂法测定[6]；糟醅酸度：采用酸碱中和滴定法测定[6]：糟醅水分含量：采用恒温烘干法测定[6]。
水分、酸度、淀粉和还原糖的变化量=发酵过程中各指标每个发酵时间点检测值-各指标初始值。
（2）GC-MS风味物质检测方法
待测样品前处理：称取200 g糟醅，加入蒸馏水390 mL、体积分数95%的乙醇溶液110 mL，常压条件下进行蒸馏，取馏出液200 mL，待测。
色谱条件：采用Agilent122-7062UI（60 m×250 μm×0.25 μm）；进样体积1 μL；载气为氮气（N）21.6 mL/min；分流比40∶1；进样口温度250 ℃；氢火焰离子化检测器250 ℃；柱温升温程序为35 ℃保持8 min，以2.5 ℃/min升至40 ℃，再以5 ℃/min升至100 ℃，最后以10 ℃/min升至220 ℃保持8.5 min。
定性定量方法：对总离子流色谱图中的各峰经质谱计算机数据系统检索及核对Wiley275和美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）2014标准质谱图确定挥发性成分的种类得出定性结果；经内标法进行定量分析。
（3）有机酸提取率
糟醅总酸含量计算公式如下：
式中：X为样品中总酸含量（以乙酸计），g/g；S为样品酸度，mmol/10 g；60为乙酸摩尔质量，60 g/mol。
有机酸提取率按每甑（单甑糟醅约800 kg）产酒的酒体总酸含量与糟醅总酸的比值计算。
（4）酒体感官品评方法
参考GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[27]进行。品评人员由5位（其中2位国家级白酒评委）省级及省级以上白酒评委组成，对2种酒样进行评价。采取编号暗评法，按照色5分、香25分、味60分、格10分，总分100分进行综合评定，样品所得分数为各评委所打分数的平均值。
2 结果与分析
2.1 整粒高粱糟醅发酵过程中含水量变化
水分不仅是微生物生化反应所必需的介质、生长繁殖和代谢活动的必要条件，而且在“淀粉→糊化→液化→糖化→酒化”的酿酒生产过程中起重要作用，水分还影响糟醅的透气性、疏松度和溶氧量，是发酵系统传质传热的重要载体[7-8]。整粒高粱糟醅发酵过程中的水分含量变化趋势见图1。
图1 整粒高粱糟醅发酵过程中水分含量变化趋势
Fig.1 Change trend of moisture contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation process
由图1可知，糟醅水分含量随发酵时间的延长总体上呈现增加趋势。在发酵前60 d，水分含量上升速度较快，增加了2.67%；60 d以后糟醅水分含量呈缓慢上升趋势，发酵至360 d，糟醅水分含量增加了1.37%。可能是由于整粒高粱投料增加了窖内糟醅的疏松度，使得含氧量充足，微生物的有氧呼吸消耗糟醅体系中游离的固体营养物质（如蛋白质、脂肪、糖质等），生长代谢活动可以氧化固体营养物质生成水分，因此水分含量的变化表现为增长态势；当糟醅体系中氧气及游离固体养料物质被消耗殆尽后，微生物主要依靠高粱粒内持续缓慢渗透出来的营养物质进行厌氧代谢，产生酸和挥发性香味物质成分使得水分含量逐渐增加，酯化反应也会使糟醅的水分有所增加。
2.2 整粒高粱糟醅发酵过程中酸度变化
酸是形成浓香白酒香味成分的前驱物质，也是酒体中一种重要的呈味物质。适宜的酸度不仅有利于淀粉糊化和糖化作用，还可以抑制杂菌生长繁殖，而有利于酵母菌生长，而且酸可以提供有益微生物的营养和生成酒体中各种风味物质并促进酯的生成[8-10]。整粒高粱糟醅发酵过程中的酸度变化趋势见图2。
图2 整粒高粱糟醅发酵过程中糟醅酸度变化趋势
Fig.2 Change trend of acidity in the fermented grains of whole sorghum during fermentation process
由图2可知，糟醅酸度随着发酵时间的延长呈现先略微下降后持续上升的趋势。发酵前30 d，糟醅酸度降低了0.43 mmol/10 g，而后呈现稳步上升趋势，发酵至360 d糟醅酸度增加了1.38 mmol/10 g。糟醅入窖前，在堆积培菌过程中，生酸菌好氧发酵代谢积累有机酸，该有机酸和回酒发酵操作增加的乙醇可发生酯化作用，引起酸度降低；有机酸也可以作为碳源和能源物质被消耗，导致入窖初期酸度降低。当糟醅颗粒间隙中的氧气逐渐消耗殆尽，产物的抑制作用使霉菌和酵母活性减弱乃至消亡，而厌氧产酸菌继续生长繁殖和代谢，因此酸度呈现稳步上升趋势。
2.3 整粒高粱糟醅发酵过程中淀粉含量变化
淀粉在浓香白酒酿造过程中具有降低糟醅酸度和水分的作用，是微生物的营养成分、发酵能量及窖内升温的主要来源，淀粉含量是酒精发酵的最初物质基础，因此淀粉动态变化可以反应窖池内糖化能力的强弱[11-14]。整粒高粱糟醅发酵过程中的淀粉含量变化趋势见图3。
图3 整粒高粱糟醅发酵过程中淀粉含量变化趋势
Fig.3 Change trend of starch contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation
由图3可知，淀粉含量在整个发酵过程中呈下降趋势，糟醅发酵0～80 d淀粉消耗了1.8%，淀粉消耗最快；80～200 d呈现稳步下降趋势，淀粉消耗了0.7%；发酵200 d至360 d糟醅淀粉消耗了0.2%，降幅缓慢。这是由于发酵前期糟醅体系中微生物有氧呼吸消耗游离在糟醅体系中的淀粉质；当游离的营养物质消耗殆尽后，主要依靠整粒高粱粒内逐步释放出来的营养物质进行分解代谢，因而中后期淀粉含量处于稳步下降趋势；发酵后期整粒高粱粒内部环境和糟醅体系环境处于动态平衡状态，营养物质渗透更趋缓慢。
2.4 整粒高粱糟醅发酵过程中还原糖含量的变化
糟醅中还原糖含量的变化可以反映出糖化与酵母代谢平衡的协调程度，可直接反映出窖池糟醅发酵水平[14-15]，某种特定情况下还原糖含量变化还直接反应发酵过程物质代谢的强度。整粒高粱糟醅发酵过程中的还原糖含量及其变化趋势见图4。
图4 整粒高粱糟醅发酵过程中还原糖含量变化趋势
Fig.4 Change trend of reducing sugar contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation
由图4可知，还原糖含量在整个发酵过程中呈下降趋势，在发酵前100 d下降较快，糟醅还原糖含量在前100 d内消耗了0.69%，发酵100 d后糟醅还原糖含量基本维持较为恒定的低水平含量状态，发酵至360 d糟醅还原糖含量为0.04%。主要是由于堆积培菌带入糟醅体系的还原糖等营养物质和微生物菌系都较为丰富，微生物在发酵前期利用其进行相对旺盛的生长繁殖和代谢消耗大部分的还原糖；而还原糖作为整个发酵过程中的主要能源物质和主要碳源，在发酵中后期随着糟醅的游离淀粉消耗殆尽，有机酸逐渐渗透进入高粱粒内部，对其内部淀粉质进行酸解后，产生少量的还原糖等营养物质，这些营养物质缓慢的溢出供给微生物利用，逐渐被微生物消耗殆尽。
2.5 整粒高粱糟醅发酵过程中挥发性风味物质变化
窖内发酵过程（360 d）中，所取糟醅样品蒸馏所得酒样共检测到挥发性风味物质55种，其中酯类25种，醇类12种，酸类10种，醛酮类8种。醇、酸、酯3类挥发性物质含量之和占上层糟醅挥发性物质总含量的99%，因此主要对这3类物质进行详细分析。
图5 整粒高粱糟醅发酵过程中酸类、醇类及酯类物质含量变化趋势
Fig.5 Change trend of acids,alcohols and esters contents in the fermented grains of whole sorghum during fermentation
2.5.1 醇类物质
糟醅发酵过程中微生物利用糖、果胶、氨基酸等物质可以代谢产生多种高级醇，多具有甜味，是酒体中微量香味物质的基本组成部分[16-20]。
整粒高粱糟醅发酵过程中共检测到12种挥发性醇类物质，分别为2-丁醇、正丙醇、异丁醇、2-戊醇、正丁醇、2-甲基丁醇、3-甲基丁醇、正戊醇、正己醇、2,3-丁二醇、糠醇、β-苯乙醇。整粒高粱糟醅体系的可发酵糖大部分被包裹在高粱粒内，酒精发酵受到抑制，醇类物质合成速度缓慢，而酯化作用和呼吸作用又会消耗醇类物质，因此糟醅发酵过程中醇类物质的波动水平较缓。
2.5.2 酸类物质
酸类物质伴随着酒精发酵而产生，同时也是白酒中酯类物质的前体物质。酸类物质对白酒风味至关重要，适量的酸在酒体中能起到缓冲作用，协调口感，使香气更加柔和饱满[18-19]。
在整粒高粱糟醅发酵过程中共检测到10种挥发性酸类物质，分别是乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸。酸类物质总体呈现先下降后上升的趋势，与糟醅酸度变化趋势一致。
2.5.3 酯类物质
酯类物质主要由醇类和酸类物质经酯化作用生成，由于大部分酯类物质沸点较低，经蒸馏易进入基酒，因此是白酒中含量和数量最多的风味物质[19-21]，具有多种水果香气，是白酒风味的主要组成部分。其主要有两个生成途径：①酸类物质在微生物体内酯化酶的作用下先形成酰基辅酶A，再与醇类发生酯化反应生成酯；②通过酸类和醇类化学反应进行，这种途径较缓慢，所以延长发酵和储酒时间可以加强酯化作用，利于增加酒的香气[22-23]。
在整粒高粱糟醅发酵过程中共检测到25种挥发性酯类物质：甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、己酸丁酯、己酸异戊酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、庚酸乙酯、千酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕榈酸乙酯、十四烷酸乙酯、十六烯酸乙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯。酯类物质含量变化与酸类物质含量变化趋势相似。回酒发酵为糟醅体系提供了丰富的乙醇，随酸类物质的增加，酯化作用随之增强且酯类物质随时间延长逐步累积。
2.6 回酒蒸馏对有机酸的提馏效果分析
为充分揭示窖内糟醅发酵代谢生成风味物质状态和蒸馏过程对甑内糟醅风味物质的提取状态，为排除因回升酒源自身带入糟醅体系风味物质的影响，本研究采用体积分数95%vol的乙醇作为蒸馏提香的回升酒源（大生产应用则采用酒头、酒尾、丢糟黄水酒、包装车间渣酒等副产品酒）。
2.6.1 回酒蒸馏的糟醅有机酸提取率及产酒量分析
由表1可知，出窖糟醅酸度为4.19 mmol/10 g；回酒蒸馏能明显提高糟醅产酒量，糟醅产酒量由50 kg/甑增加至763.59 kg/甑，提高约14倍；有机酸提取率增加了7.29%，是未回酒蒸馏提取率的21倍左右。
表1 回酒蒸馏对糟醅产酒量及有机酸提取率的影响
Table 1 Effects of Baijiu-returning distillation on Baijiu output and organic acid extraction rate of fermented grains
2.6.2 回酒蒸馏的酒体总酸总酯及风味物质提取率分析
由表2可以看出，整粒高粱超长时间发酵糟醅，采用回酒蒸馏所得酒样的总酸含量2.22 g/L、己酸乙酯含量3.20 g/L、乙酸含量1.59 g/L，而未回酒直接蒸馏所得酒样酒体的总酸含量1.17 g/L、己酸乙酯含量1.98 g/L、乙酸含量0.58 g/L。结果表明，回酒蒸馏酒样感官评分为95分，较未回酒蒸馏酒样评分（88分）更高，更具浓香风格的舒适性。
表2 回酒蒸馏对酒样总酸、总酯及主要风味物质含量的影响
Table 2 Effects of Baijiu-returning distillation on total acid,total ester and flavor compounds of Baijiu samples
“回酒蒸馏”最早是在认识和揭示浓香型大曲酒蒸馏原理基础上，通过对酿酒生产实践的不断摸索和总结，开创性地提出了一套上甑糟醅蒸馏技术[24-26]。回酒蒸馏即通过显著增加甑内糟醅的乙醇量，以强化对甑内糟醅体系中酸、酯、醇、醛等风味成分的提取，最终获得更多量的优质酒。该技术方法提香效果明显，尤其是有机酸的提取量显著提高，原酒的感官品质明显提升。
3 结论
使用整粒高粱为原料进入发酵体系，结合回酒发酵、回酒蒸馏的操作工艺，解决了延长发酵期导致的酒质与产酒率之间的矛盾，实现了“提质控耗增产”，其中酒样总酸含量达2.22 g/L，回酒蒸馏工艺糟醅有机酸提取率增加了7.29%，且回酒蒸馏工艺的产酒量相比于不回酒蒸馏提高约14倍。并通过跟踪研究整粒高粱糟醅发酵过程中理化指标的动态变化，探寻了窖内超长发酵过程中的物质变化规律，建立了整粒高粱投料浓香白酒糟醅体系并采用超长发酵和回酒发酵、回酒蒸馏等技术措施的科学理论依据，成为中国白酒产业未来生产环节高质量发展的支撑。
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