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【科普在身边】用科技解密“美酒飘香”——访食品学院白酒化学团队

   

   

“兰陵美酒郁金香,玉碗盛来琥珀光”“茅台香酿酽如油,三五呼朋买小舟”“应倾半熟鹅黄酒,照见新晴水碧天”……在浩如烟海的中国诗词中,关于酒的名篇佳句不少,记录和见证了中国传统酿造食品的代表——白酒、黄酒的悠久历史和深远影响。

几千年来,经过一代又一代酿造技师传承发展,中国传统酿造食品呈现出“百花齐放、百家争鸣”的局面,在不同产品领域出现了风味多样、口感多元、功效各异的老字号、知名品牌。

尽管产品种类繁多,发展历史悠久,但为什么不同产地、原料、时令、工艺的酿造食品会有香型、形态、口感、产量等差异?用什么标准来衡量不同产品的品质和差异?如何让传统酿造食品打破古法、传统、手工生产的局限,揭开“不可言传、只可意会”的神秘面纱?如何让传统酿造工艺走出过度依赖酿造技师天赋、经验的老路,走上标准化、现代化的发展新路……为破解这一系列难题,怀着用现代科学技术改造升级中国传统酿造工艺的责任感,食品学院于2011年组建了以孙宝国院士、郑福平教授、黄明泉副教授以及孙金沅、孙啸涛、李贺贺等老师为骨干的白酒风味化学团队。

“醉美”团队  科研先锋

团队成立以来致力于探寻不同香型白酒风味的“微生物密码”,进而研究传统白酒现代化生产技术与装备集成开发,主要内容包括白酒中特征风味成分、健康因子及潜在有害因子分析,白酒老熟陈化过程中的变化规律研究,生产工艺对白酒风味的影响等。经过5年多的深耕细作,团队构建了含有1000多种风味物质的白酒风味物质色谱——质谱数据库,在白酒中首次发现了乳酸丙酯等物质。团队主持在研国家自然科学基金项目2项、北京自然科学基金重点项目1项、北京市教委科研计划重点项目1项,横向科研项目9项,与安徽古井贡、四川泸州老窖、河北衡水老白干、山东扳倒井、湖北劲酒等国内白酒骨干企业建立了产学研合作关系,累计横纵向合同经费4500万元。

2016年,由该团队牵头主持的项目“传统酿造食品制造关键技术研究与装备开发”入选国家“十三五”时期重点研发计划“现代食品加工及粮食收储运技术与装备”,获得专项经费支持。该项目首先系统剖析我国传统酿造食品的构成成分,厘清形成其特殊风味和生理活性背后的分子本质,建立我国传统酿造食品首个指纹图谱库。这相当于给这些传统酿造食品发放了身份证,起到地理标志和打假作用,同时也为发酵过程由“靠天吃饭”向人工调控转变提供理论支撑。

其次,团队从酿造的本质——微生物入手,系统解析我国传统酿造食品中这些神秘微生物,筛选优良菌株,建立我国首个传统酿造食品微生物菌种库和信息库,在对菌株特性分析的基础上,依据指纹图谱库人为实现这些微生物的组合和站队,通过调控微生物组成和发挥作用的方式达到提高我国酿造食品品质的目的,为我国传统酿造食品现代化打下理论基础。期间,集成开发传统酿造食品生产自动化成套技术与智能化装备,推动生产技术升级换代,促进产业节能降耗,推进我国传统酿造食品生产的标准化、现代化进程。20173月,中国酒业协会、我校与安徽古井贡酒股份有限公司共同发起组建成立“中国白酒健康研究院”,深入开展白酒科研,研究提升白酒的健康价值。

手口相传  发展遇阻

追根溯源,中国传统酿造食品的出现,更多源于古人对食物保存“不当”、因“意外”造成的食物“腐败”。随着古人对这类现象的认识和掌控能力的不断加深,出现了可人为控制的“腐败”食物,进而形成了我国传统酿造食品。在我国传统酿造食品生产中,酿造经验和技艺仅在酿造技师间师徒传承、手口相传,而且酿造技师及传承人的天赋、经验和技艺对酿造食品的产量和质量都有重要影响。

随着现代科技的飞速发展,尤其是微生物学、分析化学等学科的进步,人们逐渐认识到传统酿造食品的实质是通过富集特定环境(如空气)中的有益群体微生物,由这些微生物对食品中各种成分进行降解、转化等代谢,形成各具特色的酿造产品。

我国传统酿造食品普遍采用自然接种制曲、数千种微生物共同发酵、开放式生产等方式,生产处于(半)机械化阶段和经验式控制水平,造成酿造过程调控困难、原料利用率不高、劳动强度大、生产效率低、产品品质和风味批次稳定性差等问题,严重的甚至会出现食品安全问题,这都必然会阻碍我国传统酿造食品产业的长远发展。因此,必须借助现代科学手段,破解传统酿造工艺的密码,升级改造生产技术和设备,拓展提升产品种类和品质,增强我国传统酿造食品企业的竞争力,使之走向更大的国际舞台,争创国际食品领头羊企业,提升我国传统酿造食品的国际认可度。

破译“密码”  揭开面纱

从粮食到白酒,整个酿造过程包括制曲、蒸粮、糖化发酵、蒸馏取酒、老熟陈化、勾兑调味等诸多工艺和节点,而发酵就是诸多神奇环节中的关键密码。发酵是一个非常复杂的生化过程,有一系列连续反应并随之产生许多中间产物,会直接影响白酒的产量、品质。加上这一过程还停留在经验化生产,没有达到标准化,更远远没到自动化、智能化阶段,因此,白酒的品质不稳定,不同批次的产品香气、香味不同,杂质含量也不同。每个窖池出来的酒都是不同的,同一窖池不同批次也可能不同,就要通过品酒师进行品评、分级,将不同批次产品互相勾兑调味,完成生产。

团队负责人郑福平教授为记者介绍了“风味研究——微生物研究——生产中人工强化微生物使用——自动化——智能化”的研究思路和改造路径。他介绍说,团队先对白酒进行风味研究,再进行微生物研究,进而研究对生产技术和设备进行现代化改造,最终实现提高优质酒出酒率、节能降耗、提高产品稳定性的目标。

风味研究主要是针对酒的香气、香味,研究哪些成分是决定酒的香气、香味的关键成分,哪些是不需要的异味,哪些是影响酒品的有益成分,哪些是不利成分。搞清楚这些之后,就可以知道优质酒、一级、二级酒的风味和质量的区别,好的酒哪些成分含量高,哪些成分含量低。这样一来,就可以为酒的酿造过程中下游团队研究提供基础。

微生物研究是对传统生产方式进行标准化改造。微生物研究可以帮助实现人工培养这些微生物,就不完全是靠天吃饭了,有意识地培养对酿酒有益的菌种,培养后在酿酒过程中加进去,强化有益成分,提高优质酒的出酒率。这样,酒的品质就有了精准的技术保障,总体质量就会提高并保持稳定。

现在白酒生产基本是人工、(半)机械化阶段。团队计划通过研究将半机械化的过程转为机械化,机械化的过程进行自动化、智能化改造。比如对窖池进行改造,中国白酒绝大多数使用窖池发酵,传统酿酒工艺认为,酿好酒就得有好的窖池。研究表明,优质酒的出酒率,一个跟大曲有关,一个跟窖泥有关,窖泥里有大量微生物与大曲共同作用,促使发酵。窖池的问题是入窖、出窖效率低,机械化、自动化难,不方便人工控温。如今,团队正在探索把发酵从地下转到地上,把窖池变成地上不锈钢发酵槽。不同于西方白酒和醋的液态发酵,中国白酒、醋是固态发酵,用的曲种是自然培养的,技术复杂,不可控因素多,因此必须立足中国国情对固态发酵工艺进行机械化改造。目前,团队已经跟衡水老白干合作研究地上不锈钢发酵槽等酿酒装备。

再比如上甑蒸酒,讲究“轻撒匀铺,探气上料”,但同一酒厂、同一窖池,不同酿酒师傅蒸出来的酒香味、产量差别很大。目前,团队正在跟泸州老窖合作,对上甑蒸酒进行自动化控制改造。此外,团队还与古井贡合作,研究智能制曲。传统制曲是人工凭借经验根据曲房里的发酵温度、湿度,进行人工通风、翻曲等操作,工作强度大、效率低,现在改用无线传感器进行温度、湿度测量和数据反馈。下一步,要通过反馈结果和大数据,研究如何智能化调控温度和湿度改造,开发软件系统,进行智能决策、自动调节,达到生产需要的温度、湿度。

团队成员们为了共同的目标,无论工作日还是休息日,都坚守在实验室内,为了准确记录实验数据,他们可能一夜不眠,为了能够使研究有新的进展,他们不知放弃了多少与家人、朋友相聚的欢乐。

在郑教授的介绍中,记者深深感受到了他们团队科技创新的情怀和担当,对中国传统酿造食品行业告别粗放式生产经营,迈向科学化、现代化、智能化生产模式更有信心。期待他们用科技为古老的中国传统酿造食品插上腾飞的翅膀,焕发更加夺目的光彩!

科普小知识

为了让大家更真切、直观的感受这支团队,感受他们的科研、技术带给我们的用处,记者还专门针对大家普遍遇到的一些传统酿造方面的问题采访团队的老师们,快来看看他们是怎么说的吧!

1.我国传统酿造食品都有哪些?

我国传统酿造食品种类繁多,大致分为白酒、黄酒、酱油、谷物醋、豆瓣、腐乳、泡菜等,他们在传承中华文化方面起着重要作用。

2.我国白酒香型都有哪些分类?

我国白酒分为十二大主要香型,浓香型、酱香型、清香型、米香型、凤香型、兼香型、特香型、药香型、豉香型、芝麻香型 、馥郁香型、老白干香型。

3.各种香型白酒都有什么特点呢?

酱香型白酒:酒色微黄而透明,酱香、焦香、糊香配合谐调,口味细腻、优雅,空杯留香持久。以茅台酒、郎酒、武陵酒为代表。

浓香型白酒:窖香浓郁,口味丰满,入口绵甜干净,纯正。如以泸州特曲、五粮液、剑南春、全兴大曲、沱牌曲酒为代表的四川派,以洋河、双沟、古井、宋河粮液为代表的纯浓派。

清香型白酒:酒色清亮透明,口味特别净,清香纯正,后味很甜。以汾酒、黄鹤楼酒和宝丰酒为代表。

米香型白酒:口味柔和,蜜香清雅,入口绵甜,后味怡畅。以桂林三花酒为代表。  凤香型白酒:无色透明,醇香秀雅,醇厚丰满,甘润挺爽,诸味协调,尾净悠长。如西凤酒。

董香型白酒:清澈透明,药香舒适,香气典雅,酸度较高,后味较长。如贵州董酒。

豉香型白酒:玉洁冰清,豉香独特,醇和甘滑,余味爽净。如广东玉冰烧酒。

芝麻香型白酒:芝麻香突出,幽雅细腻,甘爽协调,尾净具有芝麻香特有风格。如山东景芝白干酒。

特型白酒:酒色清亮,酒香芬芳,酒味纯正,酒体柔和,诸味协调,香味悠长。以江西四特酒为代表。

兼香型白酒:目前国内有两种类型:酱中带浓型,表现为芳香,舒适,细腻丰满,酱浓协调,余味爽净悠长;如湖北白云边酒。浓中带酱型,主要表现在浓香带酱香,诸味协调,口味细腻,余味爽净。如黑龙江的玉泉酒等。

4.我国白酒、醋等的发酵和西方的发酵有何不同?

中国白酒、醋、酱油发酵和西方不同,我们是固态发酵,原料是固态的,边糖化边发酵;西方发酵是液态发酵,先糖化,再发酵。西方发酵工业易于实现工业化,效率高,品质好控制;我国传统发酵方式是固体堆积,曲种自然培养,微生物组成非常复杂,西方则是采用纯种微生物发酵。