高溫制曲

定義

高溫制曲工藝是大曲醬香白酒釀製所獨有的制曲方式。曲料（以小麥為主）被製成一塊塊的曲塊，入倉發酵，其溫度逐漸上升到60℃以上，先經過40天~50天的發酵，再經過6個月以上貯存才能使用。其曲子發酵時間之長，溫度之高，在白酒生產中首屈一指。

步驟

釀酒的第一步是制曲。

端午踩曲

每年端午後，酒師們開始製造曲藥。曲藥以小麥為原料，先將小麥粉碎，加入水和“母曲”攪拌，放在木盒子裡，工人站在盒子裡用腳不停地踩。“剛來的工人都受不了這個活，踩兩天腿就會疼得下不了樓。”茅台制麴車間的一名工人對我說。

曲塊發酵

制曲時間在夏天，制麴車間裡的溫度經常高達40攝氏度。高溫有利於微生物的生長，這些微生物混入曲塊中分泌出大量的酶，可以加速澱粉、蛋白質等轉化為糖分。每到夏天，制麴車間的門上爬滿了一層名為“曲蚊”的小蟲，人一張口甚至能吸進幾隻。制曲需要的就是這樣的微生物環境。

存曲

小麥經過“踩曲”做成“曲塊”，用穀草包起來，進行“裝倉”。大約7~9天后再進行“翻倉”，就是把曲塊進行上下翻轉，讓每一面都能充分接觸微生物。前後要進行兩次翻倉。倉內經過40天，曲塊就做好可以出倉了，但是要使用的話還需要存儲40天以上。在使用之前，要將曲塊“切碎”，越碎越好。經過這樣一番工序，生產一塊合格的酒麴至少要3～5個月。
高溫制曲是醬香酒所獨有的工藝，也是茅台鎮醬香型白酒所堅持的“三高”工藝之一。茅台鎮的醬酒最為正宗，其正宗的原因也跟當地的氣候環境離不開關係，高溫、微風這些都是高溫制曲的關鍵。諸如茅台酒、習酒、黔國妙品酒、醬領酒等都共享著這份資源。

前提

多水、高濕才能保證制曲高溫的持續、穩定與生化反應的正常進行。
水分在高溫制曲中除了滿足微生物的生理需要、曲塊成型、保持曲房空氣濕度外,重要的是保持高溫曲的高溫。因此它的制曲水分要比中溫大曲多3%左右(中溫曲制曲水份為37%,高溫曲為40%)。並且在堆曲時還要在每層蓋曲的稻草上灑上一定的水分以保持一定的濕度。由於制曲水分較大,溫度高及自身重量的擠壓,出房的曲塊全部變型與變色。這與低、中溫曲進房是什麼形狀、顏色,出房也是什麼形狀、顏色也是不一樣的。為什麼會產生這種情況呢?因為多水。多水使高溫制曲的高溫得以保持,使高溫微生物生長條件得以滿足,使各種酶的活力得以發揮,使褐變反變得以進行。如果沒有多水這個前提,曲藥的高溫是無法保持的。否則怎么解釋中溫大曲的制曲溫度也不低(55~58℃),但為什麼曲塊顏色仍是灰白色而不是黑褐色呢?相反,高溫大曲在達到這一溫度時,曲塊顏色已開始變為金黃色、褐色了。我在前面說過,使高溫大曲顏色改變的褐變作用既有非酶促的,也有酶促的。而非酶促的褐變作用與單純的在高溫下發生的褐變作用機制可能是不一樣的,因為條件發生了改變,這個改變就是:高溫、多水、微氧或缺氧、有微生物參與、制曲時間長並在制曲過程中pH及上述條件不斷發生變化,因而使平常必須在極高溫下才發生的“美拉德反應”、焦糖化反應等非酶促的褐變反應在高溫制曲這樣相對較低的溫度下也發生了。中溫大曲因為缺少多水、微氧的條件沒有發生褐變作用,因而曲塊的顏色也沒有發生改變。相反,中溫大曲要是曲塊變為黑褐色,行話叫“燒曲”了,是不合格的曲藥。由此可見,高溫、多水與高溫制曲關係是十分密切的。我國著名微生物學家(已故)方心芳院士認為“:在制曲坯時,加水為原料的40%(濃香制曲是37%左右);曲坯在曲室內是用稻草包圍著的,水分很難蒸發;曲子入室10d以後,水分才見減少。這種水多高溫下宜於芽孢桿菌生殖。1960年分離鑑定茅台酒麴中微生物的結果,確實芽孢桿菌最多,鑑定17株芽孢桿菌(枯草芽孢桿菌)中有5株產生黑色素(AS1.286 AS1.433)。把這些菌株培養在碎麥粉中,也生成象茅台曲的香味”。有趣的是,在高溫大曲發酵完成後的曲塊中心緊挨曲塊的稻草也是象燒焦了似的成為焦黑色,但又不是碳化,而且不到70℃度的溫度也不可能使稻草碳化,這是某些微生物產生的黑色素所至。這也證實,醬香大曲的褐色、黑色並非全是褐變作用形成的,更不是單一的“美拉德反應”形成的,而是微生物的代謝產物之一、香氣成分之一。

必要條件

微氧或缺氧條件才能培養出我們需要的厭氧、兼性厭氧微生物,產生我們需要的代謝產物。微氧或缺氧的目的是抑制耗氧的產酸微生物的生長,免使曲坯酸度過高不利於褐變反應的進行而有利於厭氧、兼性厭氧菌的生長繁殖和酶作用的發揮(澱粉酶、蛋白酶的pH為（4.5~6.4)。比如從高溫曲中分離出的地衣芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌等都是兼性厭氧菌。“從制曲釀酒過程中及生產環境中分離出來的細菌,都是芽孢桿菌屬的細菌。它們一般都是兼性厭氧的”。在高溫曲的制曲過程中,前期的低、中溫階段,是黴菌、酵母或部分細菌在生長,這個階段中溫度較低,水分充足,氧氣含量高。隨著制曲溫度的升高、水分的蒸發、氧氣的消耗,好氧的黴菌、酵母被陶汰,而耐高溫、只需微氧或缺氧的芽孢桿菌卻大量繁殖“,從第二次翻曲(鄰近幾天正是55~60℃上下的高溫期)起,就檢測不出酵母菌了。酵母菌數最大值在進房後的第2d,黴菌最大值出現在進房後第11d,細菌最大值出現在進房後第29d。在整個制曲過程中,細菌數量占優勢,一般都占三大微生物總數的90%以上。出房乾曲中,細菌占99%左右,黴菌約占1%,酵母則檢測不出”。值得一提的是,無論是從高溫曲藥、糖化堆積中還是窖內發酵糟醅中的分離的芽孢桿菌都是兼性厭氧的。高溫制曲過程中的密集堆曲,除了保溫、保濕作用外,就是造成一個微氧或缺氧的環境,讓耐高溫、耐微氧或缺氧的芽孢桿菌大量繁殖,以獲得我們所需要的香氣物質。相反,低、中溫曲制曲中的堆曲方式、曲塊數量都是有利好氧微生物生長繁殖的。從這些情況看,高溫制曲的微氧或缺氧是非常必要的。

物理化學原理

酶促反應

高溫制曲為生成醬香物質提供了基礎。
高溫加速了化學、生物化學、褐變反應的發生與進行,生成了眾多的加熱香氣成分。首先,高溫有利於化學、生物化學反應的進行。我們知道溫度是化學反應的重要條件,無論是化學的還是生物化學的。
在高溫制曲中的反應很多是酶促反應。但每種酶都有其反應的最適溫度,在最適溫度以下溫度每升高10℃,反應速度也相應增加1~2倍。由此看出,沒有達到一定的溫度條件,反應緩慢,不徹底,就得不到我們需要的在高溫下反應生成的香味物質。

高溫條件下的反應：

(1)蛋白質的熱分解;

(2)胺基酸加熱分解;

(3)糖與蛋白質的反應;

(4)糖與胺基酸的反應;

(5)糖與氨的反應;

(6)糖的裂解生成物與胺基酸的反應;

(7)微生物的代謝產物;重要的還有在高溫下發生的褐變反應(“美拉德反應”,“斯特勒克反應”,焦糖化反應及酶促褐變反應)。

香味成分

從大曲中香味成分有不少也出現在酒中,比如四甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二乙基吡嗪、吡啶、糠醛等。但各香型白酒中的香味成分無論在種類上還是在含量上差異都很大,醬香型酒顯著高於別的香型的酒,這不能不說與高溫制曲及其釀酒工藝有關。中科院成都微生物研究所研究員莊名揚等人認為“:從已分析的成分來看,醬香型白酒的某些香味成分是美拉德反應的結果,因而美拉德反應有的一些必然產物,也一定存在於醬香型白酒中”。“由美拉德反應所產生的糠醛類、酮醛類、二羥基化合物、吡喃類及吡嗪類化合物,對於醬香型酒風格的形成起著決定性的作用”。這是對的,但不全面。我們知道,褐變反應是造成醬香大曲顏色變深和產生醬香、曲香的主要原因。褐變反應有非酶褐變和酶促褐變,而非酶褐變中又分氨羰反應褐變(美拉德反應)、焦糖化褐變、抗壞血酸褐變三種方式。美拉德反應只是氨羰反應中的一種,其中還有斯特勒克反應(StreKer)。所謂美拉德反應(Ma-illardrelacton)就是當甘氨酸和葡萄糖的混合液在一起加熱時會形成褐色的“類黑色素”(Melanoidins)。這種反應後來在文獻中稱為“美拉德反應”,包括其它氨基化合物和羰基化合物之間的類似反應在內。反應的終了階段又有兩類反應,一是醇醛縮合作用,二是生成黑色素的聚合作用(黑色素的生成不全是褐變作用,有的微生物也會產生)。這兩個作用形成了糠醛、二羰基化合物、還原酮類和糖的裂解所產生的醛等,反應的最終產物總稱為類黑色素,是分子結構未知的複雜高分子色素,這些複雜的高分子化合物中很可能就有在茅台酒中分析出的眾多吡嗪類,羰基類化合物;焦糖化反應也是非酶褐變反應中的一種,在沒有含氨基化合物存在的情況下加熱到熔點(154℃)以上時,也會變為黑褐色的色素物質,稱為焦糖素(Caramelin),這些複雜的色素物質的結構還不清楚,但已知的官能團有:羰基、羧基、烯醇基羥基和酚羥基。而這些基團都是發香基團。糖的焦化作用產生的揮發性產物據統計有40多種,如糠醛、麥芽酚、4-羥基-2,3,5-己烷三酮、4-羥基-2,5-二甲基-3二氫呋喃酮等。

酶促褐變

有學者認為麥芽酚、4-羥基-2,5-二甲基-3-二氫呋喃酮(簡稱HDMF)等是具有醬香的物質。焦糖化反應在高溫制曲中也肯定是同時存在的,因為小麥在制曲過程中一開始就有酶的參與,而且最開始就是澱粉的糖化。但是,非酶褐變有一個重要條件,既反應溫度要高,在100~180℃之間。溫度低了反應不能進行,太高了要碳化。顯然,高溫制曲的溫度是達不到這一反應要求的。但高溫曲中的加熱香味物又是從哪兒來的呢?貴州省已故的前輕工科研所所長、《貴州釀酒》主編(《釀酒科技》前身)、細菌生香(醬香)的主研、高級工程師曹述舜提出“:褐變反應的中間產物醛類以及由兩個分子氨基還原酮環化後生成的吡嗪類化合物,是食品加熱時的香氣成分。因此,Maillard反應不僅是生成色的反應,同時又是使食品具有香氣的重要反應”。並說“:據報導,吡嗪化合物以微生物代謝產物出現是罕見的”。這就提示我們要注意酶促的褐變反應。酶促褐變是酚酶催化酚類物質形成醌及其聚合物(黑色素)的反應。它需要三個條件:適當的酚類底物、酚氧化酶、氧。而這三個條件,高溫制曲過程中都存在。還有“胺基酸及類似的含氮化合物與鄰二酚作用可產生顏色很深的複合物,很可能這種現象在酶促褐變中也有一定意義。其作用大概是酚類物質先經酶促氧化為相應的醌,然後和胺基酸發生非酶的縮合反應。我們知道小麥的麩皮中含有阿魏酸,當制曲溫度升至60℃以上時,阿魏酸逐步釋放,在微生物的作用下生成香草醛、香草酸、香草酸酯、4-乙基愈創木酚、4-甲基愈創木酚、4-乙烯基愈創木酚等酚類化合物。這其中的一些香味成分醬香型酒中就有如4-乙基愈創木酚等。應當說高溫大曲中的褐變反應不管是酶促的還是非酶促的都是存在的,只不過發生在制曲的不同階段而已。不同的階段具有不同的溫度,不同的溫度具有不同的微生物群和不同的酶系,不同的微生物、酶系又產生不同的代謝產物,不同的代謝產物之間在不同溫度下發生的不同反應就會形成不同的香味物質。雖然高溫大曲發酵溫度達不到非酶褐變反應的高溫(100~180℃),但在有多種微生物和複雜酶系存在和持續高溫、多水、相對缺氧的條件下,在酶促反應與非酶促褐變反應交替進行的特殊情況下,也會產生非酶促反應高溫下才有可能產生的各種香味物質—具有醬香風味的物質。為什麼?這就要從酶的催化機制來解釋這一現象:因為要使化學反應能夠發生,反應分子必須發生碰撞。而且這種碰撞必須是有效碰撞。具有足夠能量、能發生有效碰撞的分子稱為活化分子。當活化分子所具有的能量超過反應特有的能閾,反應就發生了。所謂能閾,是指化學反應中的作用分子進行反應所具有的能量水平。每一個化學反應都有它一定的能閾。為了使反應物分子超越反應的能閾變為活化分子,需要從外部供給額外能量(非酶反應中的高溫、高壓、強酸、強鹼)稱為活化能。反應能閾越低,需要的活化能越少,反應就越容易進行。化學反應中催化劑的作用就在於降低反應的能閾,減少所需的活化能,從而使化學反應加速進行。

酶的催化

可以看出,酶作為一種高效能的生物催化劑,可使化學反應的能閾降的更低,所需的活化能(不需要高溫高壓、強酸強鹼,常溫常壓就可)大為減少。比如過氧化氫分解,沒有催化劑的活化能是75.31KJ/mol,用催化劑的活化能是48.98KJ/mol,有催化劑比沒有催化劑的活化能降低1.54倍,而用生物的肝過氧化氫酶催化的活化能卻只需8.37KJ/mol,活化能比催化劑又降低了5.85倍。這就從酶的催化本質解釋了為什麼高溫制曲中的美拉德反應、焦糖化反應在非酶參與下要有100~180℃以上高溫才能進行反應,而在有微生物和酶參與的高溫制曲中65℃左右就能發生以上化學反應的根本原因。

微生物

其次,高溫才能培養出我們需要的微生物,才能得到我們所需要的代謝產物:各種酶和香味物質。熊子書提到:“據初步統計,茅台酒麥曲中分離出細菌47株、黴菌29株、酵母19株,總計95個菌株……尤其是嗜熱芽孢桿菌和耐高溫的黴菌有更重要的作用”。在整個高溫制曲過程中,細菌數量占絕對優勢,一般都占三大類微生物總數的90%以上。出房乾曲中,細菌占99%左右,黴菌細占1%,酵母則檢測不出。我們知道,高溫制曲與微生物的種類、數量、代謝產物與香味有關。

生產工藝

在高溫大曲實際生產過程中,為了保持高溫所採取的工藝措施是:

一、增加保溫材料。整個曲塊幾乎是用稻草包裹住,而且層與層之間、塊與塊之間都覆蓋了厚厚的稻草層。濃香型中溫大曲則沒有包裹;

二、增加曲藥數量。在同樣大小面積的曲房中,堆放的曲藥量是濃香型中溫大曲的4~5倍。比如同樣面積的培曲房,中溫制曲的數量是1500kg,而高溫制曲則是6000~7500kg;三曲塊之間不留空隙。中溫曲培曲時只堆放一層,並且塊與塊之間必須相互保持2~3cm的間隔距離(利於散熱、空氣流通),而高溫制曲要重疊堆放5~6層,並且曲塊之間緊緊挨在一起,沒有間隔距離(中間只用少量稻草相隔,不利散熱,也不利空氣流通)。

這些工藝措施都是為了保證高溫制曲所需要達到的理想溫度,促進各種化學的、生物化學的反應特別是酶促與非酶促褐變反應的進行,同時,也是為了培養耐高溫的微生物種群,目的是為了得到更多的具有醬香的物質。“來自原料中的某些物質經過複雜的微生物發酵作用,不但生成了一些含量較多的香氣成分,有時還會形成一些含量極微的主體香氣成分。例如在醬香型白酒中除了酯香和醇香成分外,還發現有微量的呈現醬香和焦香的吡喃類、呋喃類化合物”。在高溫制曲生產實踐中,不同溫度階段的曲藥香氣是不同的:剛進曲房的曲塊其香氣是小麥的清香,顏色灰白色;溫度達到30-40℃的時候是甜甜的帶有淡淡糯米酒香(醪糟味)曲塊顏色淺米黃色(曲塊外表顏色,下同);溫度達到50~58℃,曲塊表面顏色變為淡褐色,有明顯曲香味;當曲塊溫度達到60℃以上時,曲塊表面顏色變為深褐色或黑色,曲塊橫斷面為金黃色,並散發出濃郁幽雅的香氣(類似黃粑的香氣,一種用糯米和紅糖經長時間蒸的爛熟的食品。這種香氣在醬香典型體酒中也有,具有這種明顯香氣並有明顯曲香的酒,我們就作為窖面醬香酒),但這種香還不是醬香;待到第一次翻曲後,隨著溫度的再次上升和水分的蒸發,曲塊的外部顏色變為褐色、深褐色、黑色、極少數為金黃色,內部顏色變成淺褐色時,曲塊才散發出濃郁的曲香和淡淡的焦香,我們稱這種混合香為醬香。

中高溫曲區別

高溫曲與中溫曲相比,細菌、芽孢菌、黴菌在數量上要比中溫大曲多得多,但酵母菌中溫大曲要比高溫大曲多得多。在酶活力上,中溫大曲比高溫大曲高得多。從作用條件說,枯草桿菌產生的液化型澱粉酶的最適作用溫度是85~94℃,黑麴黴、紅麴黴產生的糖化型澱粉酶的最適作用溫度是60~65℃,都需要高溫。四川大學生物工程系王宗彥、胡永松認為“:高溫大曲中的微生物主要來自曲母、原料和環境是個複雜的微生物群。成品曲中,細菌在數量上占絕對優勢只有少量黴菌存在,酵母和放線菌很少,這說明高溫制曲使大曲內的菌系向繁殖細菌方向轉化。高溫細菌在細菌中占據優勢,說明高溫制曲也是對高溫菌的富集過程”。莊名揚等人也認為“在醬香型白酒生產過程中,美拉德反應與微生物發酵及其所代謝的酶系有關”。這些都說明高溫才能培養出我們所需要的高溫微生物和各種酶。

總結

高溫制曲不同時期具有不同的溫度、不同的香氣、不同顏色的現象也說明不同的時期具有不同的微生物種類、不同的酶系、不同的代謝產物。