《Journal of the American Society of Brewing Chemists》：The Impact of All Grains in Fermentation Methodology on Whisky Wash Production Using Grists Comprised of Malted Barley and Malted Rye
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在苏格兰威士忌生产过程中，麦芽汁通常会在发酵前与麦芽浆的不溶性组分分离。然而，部分威士忌烈酒采用一种替代性的“全谷物投入”（All Grains In, AGI）方法生产，该方法将不溶性物质保留至发酵甚至蒸馏阶段。在苏格兰（及全球范围内），AGI方法通常用于谷
在苏格兰威士忌生产过程中，麦芽汁通常会在发酵前与麦芽浆的不溶性组分分离。然而，部分威士忌烈酒采用一种替代性的“全谷物投入”（All Grains In, AGI）方法生产，该方法将不溶性物质保留至发酵甚至蒸馏阶段。在苏格兰（及全球范围内），AGI方法通常用于谷物威士忌生产，并且人们日益关注其在开发独特香气同系物和提高生产效率（与过滤工艺相比）方面的应用。同样，该方法应用于存在加工挑战的谷物（如黑麦）的实用性也备受关注。本研究确立了在含有不同比例大麦麦芽和黑麦麦芽的麦芽浆中AGI加工的影响，并将过程效率和麦芽汁/酒醪质量指标与过滤方案进行比较。研究人员采用过滤和AGI方法制备糖化醪（实验室规模和中试规模），并在114小时期间跟踪发酵性能指标。与过滤方法相比，AGI发酵产生的酒醪具有更高的乙醇产率（100%大麦麦芽AGI为8.18% ABV，而过滤为7.41% ABV）、pH值、游离氨基氮（FAN；100%黑麦麦芽AGI为182.4 mg/L，而过滤为129.8 mg/L）、动态粘度和残留α-淀粉酶活性，以及更低的残留可发酵糖含量。研究结果表明，与使用过滤麦芽汁底物相比，采用AGI发酵方法具有潜在的产量优势，特别是在应用于来自高比例黑麦麦芽麦芽浆的麦芽汁时。
**论文解读：全谷物投入发酵方法对威士忌酒醪生产效率与组成的影响**
**一、研究背景与问题**
在啤酒和多数麦芽基烈酒生产中，糖化后通常需要进行固液分离（如过滤槽或麦汁过滤），以获得澄清或半澄清的“甜麦芽汁”再进行发酵。然而，部分蒸馏酒产品（如波本威士忌）采用一种替代工艺——全谷物投入（All Grains In, AGI），即糖化后不进行过滤，将不溶性谷物组分保留至发酵甚至蒸馏阶段。苏格兰谷物威士忌普遍采用AGI，而苏格兰麦芽威士忌则不使用该方法。AGI工艺使发酵中的酒醪与谷物不溶性组分长时间接触，可能改变发酵进程，进而影响烈酒品质和生产效率。已有研究表明，AGI可在较低糖化温度下实现高效转化，并可能通过二次转化促进残余糊精和淀粉向可发酵糖的进一步转化。此外，AGI还有利于提取含氮化合物及其他谷物源物质（如单宁），为蒸馏过程中的热驱动香气形成提供前体。黑麦因易导致麦汁粘度升高而在酿造过滤工艺中应用受限，但AGI允许高比例黑麦（>50%）的使用，为配方设计提供了灵活性。然而，关于AGI对苏格兰谷物威士忌酒醪关键质量与效率指标影响的公开研究仍然有限。因此，本研究旨在系统评估采用不同比例大麦麦芽和黑麦麦芽的麦芽浆在AGI与过滤两种发酵方式下的差异，为蒸馏业提供工艺选择依据。
**二、研究内容与总体结论**
研究人员在实验室规模（采用0、30%、50%、70%、100%黑麦麦芽，其余为大麦麦芽）和中试规模（0、50%、100%黑麦麦芽，基于2 hL中试酿造系统）下制备了过滤和AGI两种麦芽汁，并使用DistillaMax MW酵母在30°C下发酵114小时，系统监测比重、酒精度（Alcohol by Volume, ABV）、pH、游离氨基氮（Free Amino Nitrogen, FAN）、α-淀粉酶活性、可发酵糖、可溶性蛋白和动态粘度等指标。结果表明，与过滤方法相比，AGI发酵的酒醪具有更高的乙醇产率（100%大麦麦芽AGI为8.18% ABV，过滤为7.41% ABV）、更高的pH、更高的FAN残留（100%黑麦麦芽AGI为182.4 mg/L，过滤为129.8 mg/L）、更高的动态粘度和残留α-淀粉酶活性，同时残留可发酵糖含量更低。总体而言，AGI工艺在高比例黑麦麦芽体系中显示出更明显的效率优势，为其在苏格兰威士忌生产中提升发酵产量提供了潜在途径。
**三、主要关键技术方法**
本研究的原料（蒸馏大麦麦芽和黑麦麦芽）由Crisp Malt（英国Fakenham）提供。实验室规模麦芽汁制备依据EBC 4.6.1方法，采用Bühler Maig盘式磨粉机（0.7 mm）粉碎，料液比为3.7:1，65°C糖化1小时；中试规模在赫瑞-瓦特大学国际酿造与蒸馏中心（ICBD）的2 hL中试系统上进行，采用锤式粉碎、69°C热水投料、65°C糖化1小时，并通过Meura 2001麦汁过滤机分离获得过滤麦汁，另一部分保留谷物残渣作为AGI样品。发酵使用DistillaMax MW酵母（1 g/L），30°C恒温发酵114小时。关键分析包括：DMA 4200 M密度计/Alcolyzer模块测定比重与ABV；EBC方法测定FAN；Ceralpha法测定α-淀粉酶活性；高效液相色谱（High-Performance Liquid Chromatography, HPLC）测定果糖、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖等可发酵糖；Bradford法（Coomassie Plus试剂盒）测定可溶性蛋白；Anton Paar ViscoQC300旋转粘度计测定动态粘度，并采用Herschel-Bulkley模型拟合流变特性。统计分析采用ANOVA、Tukey事后检验、因子ANOVA、点二列相关和Pearson相关。
**四、研究结果**
**比重与酒精度变化**
实验室规模麦芽汁原比重介于1.0676–1.0712之间，较高值多见于大麦麦芽比例高的样品。在实验室和中试规模下，AGI与过滤样品最终比重均存在显著差异（p≤0.05），且因子ANOVA显示发酵方式和麦芽浆组成均有显著影响。中试规模下，使用黑麦麦芽的AGI样品最终ABV显著高于过滤样品（如100%黑麦麦芽AGI为6.89%，过滤为6.38%）。发酵前20小时内比重下降最快，AGI样品的比重降幅（如100%大麦麦芽AGI 20小时比重1.00915，下降89%）明显大于过滤样品（20小时比重1.01689，下降79.5%），提示AGI可加速发酵，可能与微生物群体可获得更多营养物质有关。
**游离氨基氮与可溶性蛋白**
实验室规模麦芽汁FAN浓度介于105–273 mg/L，AGI与过滤样品在发酵前无明显差异。但Pearson相关分析显示，黑麦麦芽比例与FAN浓度呈极强负相关（r=-0.934），即黑麦比例越高，FAN越低。发酵过程中，FAN在最初20小时内下降，随后AGI样品FAN开始回升，而过滤样品趋于平稳。从66小时起，所有麦芽浆组成的AGI样品FAN均显著高于过滤样品（点二列相关r
pb=0.883）。可溶性蛋白浓度在发酵中持续下降，但发酵方式影响较小（r
pb=0.194），而黑麦麦芽比例与可溶性蛋白呈中度正相关（r=0.355）。
**α-淀粉酶活性**
麦芽汁中α-淀粉酶活性随黑麦麦芽比例增加而降低（100%大麦麦芽AGI为1946 CU/mL，100%黑麦麦芽AGI为1067 CU/mL），这是因为大麦麦芽的α-淀粉酶水平显著高于黑麦麦芽。发酵中，AGI样品比过滤样品保留了更高的残留α-淀粉酶活性（r
pb=0.656）。AGI样品酒醪pH（平均4.4）显著高于过滤样品（平均3.8），且更接近α-淀粉酶最适pH范围（5.5–8.0），这可能解释了AGI体系中更高的残余酶活。
**可发酵糖**
尽管AGI样品的ABV普遍更高，但各时间点AGI与过滤样品的总可发酵糖浓度无显著差异。发酵至约42小时，糖浓度和比重降至平台期。最终酒醪中，AGI样品残留总糖（2.1–6.1 g/L）低于过滤样品（5.3–15.4 g/L），点二列相关分析确认过滤方式与较高残留糖相关（r
pb=-0.647）。这可能归因于过滤样品中残留α-淀粉酶活性较低，导致二次转化不足。
**动态粘度与流变特性**
中试规模麦芽汁动态粘度随黑麦比例增加而升高（r=0.864），100%黑麦麦芽AGI麦芽汁粘度达14.37 mPa·s，过滤样品为相应较低值。发酵后粘度下降，但100%黑麦麦芽AGI酒醪粘度（9.01 mPa·s）仍显著高于过滤酒醪（5.90 mPa·s）。Herschel-Bulkley模型（R2=0.9999）拟合显示，所有样品均表现出微弱的非牛顿特征，屈服应力不为零，流动指数介于0.95–1.20。但黑麦麦芽比例对流体特性的影响远大于AGI与过滤之间的差异。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出，AGI工艺带来的较高FAN残留和较高pH可能与谷物多肽和氨基酸的缓冲作用有关，这有利于维持α-淀粉酶活性，促进可发酵糖的持续生成。黑麦麦芽的粘性主要源于高分子量戊聚糖的溶解，虽然AGI避免了过滤困难，但仍需关注流体处理（如泵送）和设备选型。粘度还可能降低氧溶解度，影响酵母生长和发酵效率。总体而言，AGI可作为提高苏格兰威士忌发酵产量的有效手段，尤其适用于高比例黑麦麦芽配方。研究结论为：与使用类似麦芽浆的过滤麦芽汁发酵相比，AGI加工通常与更低的残留糖和最终比重、更高的最终酒醪ABV相关；AGI发酵还表现出独特的FAN变化趋势，最终酒醪中残留FAN更高。AGI显著影响发酵进程和效率的多个关键方面，这些方面已知会影响最终烈酒品质。未来需要进一步评估AGI对烈酒同系物组成的影响，以及脂质等其他影响酵母生长和活力的因素。不论采用何种发酵方式，麦芽浆谷物组成的选择都显著影响加工特性和酒醪组成，其中高比例黑麦麦芽会增加糖化醪、麦芽汁和酒醪的粘度，而这种趋势在AGI工艺下更为明显。该研究强调了谷物选择和发酵方式对发酵效率的重要性，并揭示了AGI在苏格兰威士忌发酵中提升产量的潜在作用。
