黄水是浓香型白酒酿造过程中的一种副产物，是窖内糟醅中的水分和微生物代谢生成的水分共同受重力作用向下浸至窖底，颜色为棕褐色的液体[1-2]。黄水作为浓香型白酒窖池的重要组成部分，参与了糟醅和窖泥中物质和能量交换。因此，黄水中不仅含有来自糟醅和窖泥中的营养和功能成分[3-5]，而且富集了来自于糟醅和窖泥中承担酿酒、生香的益生菌[6-7]。目前，黄水在浓香型白酒酿造中的应用有制备酯化液[8-9]、直接灌窖、用于养窖、用于制酒曲、用黄水勾调白酒、生产丢糟黄水酒、生产功能性调酒液等[10-11]。
随着优质白酒市场需求的日益增加，对浓香型白酒的产量和质量也提出了更高的要求，浓香型白酒因传统泥窖固态发酵工艺[12-14]，整个发酵过程很多环境因子不可控制，且不易实现机械化、标准化和自动化等。为提高优质浓香型白酒产能，业内对浓香型白酒的窖外发酵设备和工艺作了一定的研究。目前，浓香型白酒窖外发酵装置较少，苏占元等[15-16]公开了白酒固态发酵罐，刘念等[17]公开了浓香型白酒发酵容器，陈茂彬等[18]公开了液体窖泥的白酒固态发酵罐，潘玲玲等[19]公开了可智能温控和流加黄水的固态白酒发酵罐等5种装置均能通过夹层控温，部分发酵容器内装有窖泥，但容器内的窖泥不易养护，容易脱落至糟醅中，进而影响白酒酒质。谭光迅等[20]研究了浓香型白酒一种无泥窖的生产工艺：依托水泥池为发酵容器，用酯化红曲生产辅助配料，实现无泥窖生产；范伟国等[21]公开了一种白酒窖液发酵罐，罐体顶部设置有喷淋装置，窖液通过喷洒在发酵罐中的糟醅上进行发酵；王媚等[22]应用自制发酵容器进行浓香型白酒固态发酵初步探讨了窖外发酵的可能性；苏占元等[23]对比了生物反应器和发酵窖池中糟醅理化、出酒率及酒质，表明应用生物反应器进行浓香型白酒酿造是可行的。
也有一些研究探讨黄水流加在浓香型白酒酿造中的应用。彭佑信[24]论述了黄水及窖泥、酒糟之间的辩证关系，三者相互依存、相互作用，从而形成了浓香型白酒复杂的香味成分。冯学愚等[25-26]报道了窖内黄水循环发酵方法及循环装置，将黄水作为发酵剂和流加剂，实现窖内黄水重复使用，使窖内糟醅形成固、液均一的发酵状态，从而提高浓香型白酒质量。本研究在基于固态发酵罐的基础上，充分利用黄水中丰富的营养物质和有益微生物菌群，脱离传统窖池对固态发酵罐进行流加黄水发酵试验，旨在探讨提高浓香型白酒产量和质量的同时实现窖外发酵的可行性，具有创新性和实际应用性。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
1.1.1 材料
糟醅、黄水：四川省泸州市某知名浓香型白酒企业。
1.1.2 试剂
乙酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、丁酸、己酸、正丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、乙醛、乙缩醛等白酒组分标样（均为色谱纯）：郑州谱析科技有限公司。
1.2 仪器与设备
7890A气相色谱检测仪：安捷伦科技（中国）有限公司；LZP-930-白酒分析专用毛细管色谱柱（50 m×0.25 mm×0.5 μm）：上海荆和分析仪器有限公司；AR2130电子天平：赛多利斯科学仪器有限公司；PX-A1T精密酒精计：广州市普析通仪器有限公司；220 V/1 000 W万用电炉：昆明普康仪器仪表有限公司；2.4 m3发酵罐：泸州成邦机械工程有限公司。
1.3 方法
1.3.1 试验模型建立
黄水流加装置如下所示：
1.黄水收集器；2.冲孔钢板；3.开启装置；4.下部水封层；5.底座；6.热水循环夹层；7.上部水封层；8.密封盖；9.吊环；10.取样口；11.黄水注入阀门；12.黄水注入管；13.喷头；14.黄水注入泵；15.黄水注入阀门。
固态发酵罐大约有2.4 m3，主要由密封盖（8）、罐体和底座（5）三部分组成，罐盖中心有取样孔（10），罐体放在底座上，罐体四周有装循环水的夹层（6），底座中心有用于收集黄水用的凹槽（1），罐体上下都有水封层（4和7），保证厌氧环境。
1.3.2 流加黄水方法
分别在发酵第15、20、25天对实验罐进行黄水流加，具体操作：打开上下两个黄水注入阀门，并用黄水管将黄水注入下管道与黄水注入泵进口连接，将黄水注入泵的出口与黄水注入上管道连接，启动黄水注入泵，将实验罐凹槽内的黄水泵入顶端，每30 s停1 min，流加时间总共为3 min，流量为2 m3/h。
1.3.3 入窖方式及糟醅取样方法
实验罐、对照罐和窖池入窖糟醅相同，均来自泸州某知名酒厂同一车间相同班组的同一粮食糟，入罐糟醅质量均为一甑，在实验罐的黄水收集器中装入来自窖池的头道黄水50 kg，作流加黄水备用，由同一班组对发酵罐和窖池按照相同的正常生产工艺入窖发酵。
发酵罐有预留的取样口，窖池则在其盖子正中央预留了取样口，取实验罐、对照罐和窖池的上、中、下层糟醅各200 g的混合样，每7 d取一次样。
1.3.4 糟醅主要理化指标测定[27-28]
水分测定：采用烘干法；酒精度测定：采用蒸馏法结合酒精计法；酸度测定：采用酸碱中和滴定法；还原糖含量测定：采用斐林试剂法；淀粉含量测定：采用酸水解结合斐林试剂法。
1.3.5 糟醅及基酒中主要风味物质测定方法[29-30]
用蒸馏法将试样中的糟醅中挥发性成分与不挥发物质分离后，采用气相色谱法测定糟醅及基酒样品中主要风味物质含量。
气相色谱检测条件：DM-WAX毛细管柱（30m×0.25mm×0.25 μm），进样口温度250 ℃，检测器温度250 ℃，进样体积1 μL，载气为高纯氮气（N2）（纯度99.999%），流速1.5 mL/min，分流进样，分流比40∶1，柱温升温程序：35 ℃保持5 min，以5 ℃/min升温至100 ℃，不保持，以10 ℃/min升温至210 ℃，保持10 min。
定性定量方法：以保留时间进行定性，采用外标法进行定量。
1.3.6 基酒总酸与总酯的测定[31]
总酯含量测定：采用皂化-酸碱滴定法；总酸含量测定：采用中和滴定法。
1.3.7 出酒率的计算
出酒率计算：将酒头、二段酒、三段酒、酒尾分别按照标准条件（温度20 ℃，酒精度60%vol）折算成标准质量，然后计算出酒的产率，即出酒率=实际出酒总量/原料投入总量×100%。通常情况下，原料投入总量为每甑225 kg。
1.3.8 基酒的感官品评
由5 位国家品酒师参照GB/T 33404—2016《白酒感官品评导则》进行基酒感官品评。
2 结果与分析
2.1 黄水流加对发酵过程糟醅理化指标的影响
发酵过程糟醅理化指标（水分、淀粉、还原糖、酸度及酒精度）动态变化结果见图1。
图1 发酵过程糟醅理化指标动态变化
Fig.1 Dynamic changes in physical and chemical indicators of fermented grains during fermentation process
水分是发酵糟醅中必不可少的物质成分，是糟醅中所有生化反应的必需物质，发酵糟醅中水分含量的多少直接影响糟醅的糖化发酵和出酒率[22]。由图1a可知，发酵过程中实验罐、对照罐和窖池糟醅水分含量变化趋势基本一致。实验罐、对照罐和窖池中发酵糟醅的水分含量整体呈先上升后下降的趋势，发酵前期微生物代谢产生大量的水分，发酵中后期糟醅持水能力降低[23]，水分逐渐下沉至底部。整个发酵过程中，发酵罐与窖池糟醅水分含量在发酵中后期差异较大，在发酵中后期糟醅中的水分和微生物代谢生成的水分逐渐下沉形成黄水[24]，由于发酵罐的底部设计，糟醅中的黄水会滴至发酵罐底部，与发酵糟醅隔离分开，而窖池中的黄水与糟醅融合在一起，增加了窖池糟醅中的水分含量，至发酵结束窖池糟醅水分含量为66.8%。实验罐和对照罐糟醅中水分含量分别为61.9%和62.1%。
糟醅中淀粉含量的变化间接反映了糟醅的发酵情况[22]。由图1b可知，发酵过程糟醅中的淀粉总体呈现下降的趋势，这与苏占元等[23]的研究结果一致。发酵过程中，糟醅中的淀粉逐渐被水解为可发酵糖，淀粉含量也随之逐渐下降，实验罐糟醅中淀粉含量比对照罐和窖池高，这与黄水中原有的淀粉融入到糟醅中有关[11]。
糟醅中还原糖含量的变化反映了糟醅中糖化与发酵速度的平衡程度。由图1c可知，实验罐、对照罐和窖池中发酵糟醅还原糖含量变化基本一致，均呈先上升后下降的趋势，这与周新虎等[32]研究结果一致。发酵前期糟醅中的糖化速率大于微生物的消耗速率，还原糖含量上升，发酵中后期糟醅中的微生物大量消耗还原糖，还原糖含量逐渐下降。至发酵结束，实验罐糟醅中还原糖的含量比对照罐高，与窖池差异不大，这与黄水中亦溶有大量的可溶性糖，随流加过程将黄水中的还原糖融入到糟醅中有关。
发酵过程中糟醅中的酸度对微生物的生长代谢起着重要的作用，直接影响糟醅的糖化发酵。由图1d可知，实验罐、对照罐和窖池中的糟醅酸度整体上呈先上升后下降的趋势。发酵前期，糟醅温度较低，发酵罐和窖池糟醅中酵母菌占优势，产酸菌数量较少，产酸较少。当发酵进入产酸期，糟醅经过复杂的生物化学反应会产生大量的有机酸。发酵后期，发酵进入生香期，随着酯化反应的进行会消耗大量酸[27]。至发酵结束，窖池糟醅中的酸度最高，这与窖池中窖泥含有大量产酸菌[24]且窖底未与黄水隔离有关；实验罐糟醅中的酸度高于对照罐，这与黄水中溶有大量的有机酸有关。
酒精度直接反映了发酵过程中糟醅是否发酵正常[33]。由图1e可知，实验罐、对照罐和窖池糟醅中的酒精度呈先增加后略微下降的趋势，该规律与余有贵等[34]的研究基本一致。流加黄水后实验罐糟醅中酒精度增加，与窖池相当。黄水流加时原有大量的乙醇保留在糟醅中，提高了实验罐糟醅中的酒精含量[10]。
2.2 黄水流加对发酵过程糟醅主要风味物质的影响
采用气相色谱法测定糟醅样品中主要风味物质含量，发酵过程糟醅中各类别风味成分见图2。由图2可知，糟醅样品中共检出32种含量较高的风味成分，包括酸类7种，酯类9种，醇类12种，羰基化合物4种。
图2 发酵过程糟醅各类别风味物质分析结果
Fig.2 Analysis results of various categories flavor components of fermented grains during fermentation process
C1、E、C2分别代表对照罐、实验罐和窖池。
有机酸是白酒中重要的呈味物质，对白酒质量起着至关重要的作用。由图2可知，糟醅中含量最高的是乙酸，至发酵结束实验罐、对照罐和窖池糟醅中乙酸含量分别为73.8 mg/100 g、69.9 mg/100 g和72.6 mg/100 g。其次是己酸、丁酸，至发酵结束实验罐、对照罐和窖池糟醅中己酸、丁酸含量分别为15.1 mg/100 g、13.2 mg/100 g、14.7 mg/100 g和6.4 mg/100 g、5.2 mg/100 g、4.2 mg/100 g，其他有机酸如丙酸、异丁酸、戊酸、异戊酸等含量很少。实验罐、对照罐和窖池糟醅中乙酸含量总体呈先上升后下降再上升下降的趋势，这与唐贤华等[35]的研究结果一致；实验罐、对照罐和窖池糟醅中丁酸和己酸含量变化趋势基本一致，呈先增加后降低的趋势，这与王媚等[22]的研究结果一致。糟醅中丁酸和己酸含量分别在发酵第28天、发酵第35天达到峰值。实验罐糟醅中乙酸、丁酸和己酸含量高于对照罐和窖池，比对照罐分别增加5.6%、23.1%、14.4%，这与流加黄水的过程中带给糟醅中部分产酸菌和酸类物质有关[10]。
酯类化合物是浓香型白酒糟醅中最重要的一类风味成分[36-39]，以己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯这四种酯类为主。由图2可知，实验罐、对照罐和窖池糟醅中乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和乳酸乙酯含量总体呈增加趋势，这与唐贤华等[35]研究结果一致。流加黄水后，实验罐糟醅中四大酯类物质含量增幅较对照罐快，至发酵结束实验罐糟醅中四大酯类物质含量高于对照罐略低于窖池，乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和乳酸乙酯比对照罐分别增加10.3%、10.3%、3.4%和56.7%。推测可能与流加黄水过程带去了大量营养物质和有益微生物菌群，产生大量酯类物质有关[11]。
醇类物质在白酒中既呈香又呈味，也是酯类的前体物质[22]。由图2可知，实验罐、对照罐和窖池糟醅中的正丙醇、异丁醇、正丁醇、正戊醇和正己醇含量总体呈上升趋势，糟醅中异戊醇含量则呈先上升后下降的趋势；发酵结束，实验罐糟醅中正丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇和正己醇含量高于对照罐，实验罐糟醅中正丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇和正戊醇含量高于窖池。流加黄水后糟醅中主要醇类物质含量增加，这与黄水中原有大量的醇类物质保留在发酵糟醅中有关[10]。
为了进一步直观的体现黄水流加后对糟醅发酵过程中风味物质的差别，对发酵糟醅中主要的30种风味物质进行热图分析，结果见图3。由图3可知，风味成分在发酵过程中的演变趋势比较明显，重要酯类物质（己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯等）主要在发酵35～50 d合成，大部分酸类物质，主要在发酵14～42 d合成，醇类物质主要在发酵28～50 d合成，乙缩醛则在发酵35～50 d合成。由此可知，发酵时间为14～50 d是发酵过程中的风味物质高产期，发酵时间为35～50 d则是重要酯类物质的合成期。
图3 发酵过程糟醅风味物质热图分析
Fig.3 Heat map analysis of flavor components of fermented grains during fermentation process
2.3 黄水流加对基酒产量和品质的影响
2.3.1 基酒产量分析
待发酵结束后，将实验罐、对照罐和窖池的出窖糟醅进行蒸馏取酒，对不同馏分的酒样进行称质量，同时测定不同馏分酒液温度和酒精度，将酒头、二段、三段和酒尾分别按照标准条件（温度20 ℃，酒精度60%vol）折算成标准质量后得出实验罐、对照罐和窖池的出酒率，结果见图4。由图4可知，实验罐、对照罐和窖池的总出酒量分别为90.10 kg、88.85 kg和84.60 kg，实验罐的出酒率比对照罐和窖池分别提升1.4%和6.5%。
图4 不同酒醅基酒产量比较
Fig.4 Comparison of production of base liquor from different fermented grains
2.3.2 基酒感官品评
将实验罐、对照罐和窖池摘取二段基酒酒样进行感官评分，结果见表1。由表1可知，实验罐二段基酒感官评分为92分，优于窖池（90分）和对照罐（87分）。
表1 浓香型白酒二段基酒感官品评结果
Table 1 Sensory evaluation results of the second-stage base liquor of strong-flavor Baijiu
组别 感官评价 感官评分/分实验罐对照罐窖池粮香好、味嫩、稍带涩味味淡、香差粮香、稍带酸涩92 87 90
2.3.3 基酒总酸与总酯含量分析
浓香型白酒原酒中的总酸和总酯含量很大程度上决定了原酒的质量，二段基酒总酸、总酯含量分析结果见图5。由图5可知，实验罐的总酸和总酯分别为86.87 mg/100 mL和608.59 mg/100 mL，比对照罐高10.7%和9.8%，稍低于窖池。由此可见，黄水流加后二段基酒与对照罐相比提升了基酒的品质。
图5 浓香型白酒二段基酒总酸、总酯含量分析结果
Fig.5 Analysis results of total acid and total ester contents of the second-stage base liquor of strong-flavor Baijiu
2.3.4 基酒中主要风味物质含量分析
采用气相色谱法测定糟醅二段基酒样品中主要风味物质含量，结果见图6。由图6可知，实验罐、对照罐和窖池二段基酒中共检测出49种风味物质，其中酯类物质18种，酸类物质7种，醇类物质14种，羰基化合物10种。由图7可知，实验罐、对照罐和窖池二段基酒中四大酯类物质含量大小为：己酸乙酯＞乙酸乙酯＞乳酸乙酯＞丁酸乙酯；三大酸类物质含量大小为：乙酸＞己酸＞丁酸；流加黄水后实验罐二段基酒己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸、丁酸比对照罐分别高9.3%、7.8%、47.2%、2.7%和7.7%、10.6%，除乙酸乙酯外其他主要香味成分与窖池差异不大。二段基酒中含量较高的醇类物质为正丁醇、正丙醇、异戊醇、2-甲基丁醇、正己醇和异丁醇；含量较高的羰基化合物有异丁醛、乙缩醛、丙酮、2-丁酮等。黄水流加后实验罐二段基酒中检测出的主要酯类物质、酸类物质、醇类物质和羰基化合物含量比对照罐高，最接近窖池，这与流加黄水时糟醅中融入了大量丰富的风味物质和微生物菌群有关。
图6 浓香型白酒二段基酒主要风味物质分析结果
Fig.6 Analysis results of main flavor substances in the secondstage base liquor of strong-flavor Baijiu
图7 浓香型白酒二段基酒主要风味物质热图
Fig.7 Heat map of main flavor substances of the second-stage base liquor of strong-flavor Baijiu
2.3.5 基酒中主要风味物质热图分析
为进一步探讨实验罐、对照罐和窖池二段基酒主要风味成分特点，二段基酒主要风味物质进行热图分析，结果见图7。
由图7可知，3类酒样的风味成分有明显差异，窖池与对照罐基酒中风味物质含量有显著差异，且实验罐和窖池具有相似性，其变化趋势与变化量相似，而对照罐的变化趋势与变化量具有独特性。A区域（甲酸乙酯-肉豆蔻酸乙酯），实验罐和对照罐二段基酒中酯类物质含量较窖池降低，但实验罐二段基酒中这些酯类物质的含量明显高于对照罐，主要有甲酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、乳酸乙酯、己酸丁酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯等小分子直链酯，酯类物质含量是影响浓香型白酒酒质的重要因素，从此区域可以看出，黄水流加促进了浓香型白酒糟醅中酯类物质的生成，黄水流加过程中带给糟醅促进酯类生成的微生物菌群，同时带给糟醅促进酯类合成的前体物质。特别是实验罐二段基酒中乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和乳酸乙酯含量接近窖池。B区域（棕榈酸乙酯-异丁醇）物质在实验罐、对照罐和窖池二段基酒中含量各异，这些物质大多是酸醇类物质，且对照罐、窖池二段基酒中这些物质含量下降，与之相反，实验罐二段基酒中此区域大部分物质含量增大。在C区域（2-戊醇-糠醛），实验罐二段基酒风味物质含量与窖池极其接近，与对照罐有显著差异，在对照罐中此区域风味物质含量降低。从实验罐、对照罐和窖池二段基酒的风味物质含量变化可以看出，黄水流加后实验罐中二段基酒主要风味成分含量明显有别于对照罐，与窖池差异不大。
3 结论
本研究在固态发酵罐的基础上，将黄水作为发酵剂和流加剂，对实验罐进行流加黄水发酵试验，同时与对照罐和窖池作对比。结果表明，实验罐糟醅中总糖含量、还原糖含量、酸度、酒精度、主要酸类、醇类、酯类含量和主要羰基化合物含量较对照罐有所增加，最接近窖池。实验罐中二段基酒出酒率高于对照罐和窖池，其基酒的总酸、总酯、主要酸类、酯类、醇类和羰基化合物含量比对照罐高，与窖池基酒最接近。实验罐中的二段基酒感官评价优于窖池和对照罐。可见，在固态发酵罐中采用黄水流加的方法进行窖外发酵是可行的，并能够提高基酒的产量与质量。
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