5種常用釀酒高粱的主要成分及淀粉特性差異分析

毛 祥，溫雪瓶，黃 丹 *，李建瓴

（1.四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院，四川 宜賓 644000；2.四川輕化工大學(xué) 食品產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，四川 宜賓 644000）

釀造白酒的原料雖然豐富，但不同原料釀造出的酒的風(fēng)格各異，就是同一種原料而言，因產(chǎn)地和品種不同，釀出的酒在白酒香型、風(fēng)格、產(chǎn)酒率上也有很大的差別，高粱釀酒不僅出酒率高，而且醇厚濃郁，香正甘冽，遠(yuǎn)勝其他釀酒原料，在白酒釀造上獨(dú)具優(yōu)勢，這與原料的成分密切相關(guān)。高粱中含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、單寧、灰分及粗纖維等，不同品種的高粱支鏈淀粉含量、物理特性差異較大[1]。當(dāng)前國內(nèi)外對釀酒高粱相關(guān)的研究主要集中在釀酒高粱育種[2]、釀酒高粱的釀造工藝研究[3-4]、釀酒高粱釀造特性研究[5]、釀酒高粱理化指標(biāo)差異性分析等方面[6-7]。唐玉明等[6]對四川高粱與北方高粱品質(zhì)的差異進(jìn)行了對比研究，四川高粱無論粳糯，單寧含量均較高，支鏈淀粉占總淀粉的比例也較北方高粱偏高。楊乾華等[8-9]對南北方不同類型高粱差異進(jìn)行分析，亦得出南方高粱的支鏈淀粉、單寧含量高于北方高粱的結(jié)論。此外，田曉紅等[1]對我國高粱主產(chǎn)區(qū)的20種高粱淀粉的微觀結(jié)構(gòu)、物理特性進(jìn)行比較研究，得知不同品種高粱淀粉的直鏈淀粉含量、物理特性差異較大；不同品種高粱因其組成成分和淀粉特性的不同，其釀酒特性自然不同，但針對釀酒專用高粱理化差異性、淀粉特性的研究較少。因此，本研究對宜賓紅皮糯高粱、瀘州紅皮糯高粱、紅矛六號、美國高粱、小高粱等五種常用釀酒高粱的主要成分（支鏈淀粉、支鏈淀粉、水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、單寧）及淀粉特性（淀粉溶解度、膨脹率、凍融穩(wěn)定性、透明度、熱特性）進(jìn)行分析，以期探明5種常用釀酒高粱中各種成分含量差異及其淀粉特性的差異，為釀酒高粱質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

宜賓紅皮糯高粱、瀘州紅皮糯高粱、紅矛六號、美國高粱、大高粱：市售。

直、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品：上海Sigma公司；其他試劑：成都市科龍化工試劑廠或國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DZKW-4電子恒溫水浴鍋：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；UV2100紫外可見分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司；AR1140電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；K9840自動凱氏定氮儀、S0X406脂肪測定儀：濟(jì)南海能儀器股份有限公司；DSC-500A差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）：上海盈諾精密儀器有限公司；TG-16高速離心機(jī)：四川蜀科儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 高粱淀粉的提取

將干燥高粱樣品粉碎（40目），取高粱粉按照料液比1∶10（g∶mL）加入0.1%NaOH溶液[10]，密封、室溫條件下靜置24 h，棄上清液，再向其中加入少量的蒸餾水，混勻，添加1 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至中性，離心機(jī)5 000 r/min離心15 min，棄上清液，然后將表面為紅褐色的沉淀物質(zhì)依次進(jìn)行水洗、醇洗、離心操作，循環(huán)數(shù)次，直至沉淀物質(zhì)為白色為止，取沉淀于40 ℃風(fēng)干，過120目篩，得到高粱淀粉待測樣品。

1.3.2 高粱水分含量的測定

參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》方法執(zhí)行[11]。

1.3.3 高粱粗脂肪含量的測定

將高粱粉碎（40目）后，稱取2 g放入105 ℃烘箱中烘至質(zhì)量恒定，同時(shí)將濾紙烘至質(zhì)量恒定，參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》方法執(zhí)行[12]。

1.3.4 高粱粗蛋白含量的測定

稱取絕干高粱粉（40目）1.5 g，采用食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》方法[13]測定各高粱樣品的粗蛋白含量。

1.3.5 高粱灰分的測定

稱取絕干高粱粉2 g，參照GB 5009.4—2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中灰分的測定》方法[14]進(jìn)行測定。

1.3.6 高粱中單寧含量的測定

稱取絕干高粱粉（40目）2 g，放入250 mL錐形瓶中，加入50 mL蒸餾水，磁力攪拌提取15 min，加入無沉淀的乙酸鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL、氨水3.5 mL制備成混合液，定容至100 mL，混勻，靜置過濾，取濾液備用，采用絡(luò)合滴定法測定樣品中單寧的含量[15]。

1.3.7 高粱直鏈和支鏈淀粉含量的測定

采用GB 5009.9—2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中淀粉的測定》方法[16]測定直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量。

1.3.8 高粱淀粉的溶解度與膨脹率的測定

分別準(zhǔn)確稱取0.5 g絕干淀粉樣品，加入25.0 mL蒸餾水，配制成淀粉乳，室溫條件下平衡5 min，然后將其分別置于40 ℃、60 ℃、80 ℃水浴中攪拌30 min，取出冷卻后3 000 r/min離心20 min；吸取上清液5 mL于稱量皿中，自然晾干后，于105 ℃干燥至質(zhì)量恒定，記錄沉淀物質(zhì)量和上清液烘干的質(zhì)量。結(jié)果計(jì)算參照田曉紅等[1]的方法進(jìn)行。

1.3.9 淀粉凍融特性的測定

參照CHEN Z等[17]的方法進(jìn)行高粱淀粉凍融特性的測定。

1.3.10 淀粉透明度的測定

稱取高粱干淀粉配制成質(zhì)量濃度為1 g/100 mL的淀粉乳，在95 ℃沸水中水浴糊化30 min，待其冷卻至室溫后，于波長620 nm處測定其透光率，同時(shí)以蒸餾水作空白對照，參照葛云飛等[18]的方法計(jì)算高粱淀粉的透明度。

1.3.11 淀粉的熱特性的測定

稱取干燥高粱淀粉3 mg于DSC專用鋁制坩堝中，放入差示掃描量熱儀中進(jìn)行掃描測定，掃描溫度范圍：25～120 ℃，加熱速率10 ℃/min，以密封的空鋁坩堝作為空白對照，記錄高粱樣品的起始糊化溫度T1，糊化完全時(shí)的峰值溫度T2和終止溫度T3，以及整個(gè)過程淀粉樣品吸收的熱量H，將上述的參數(shù)進(jìn)行分析與比較，可得淀粉的熱特性曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種釀酒高粱的水分含量

圖1 五種釀酒高粱的水分含量Fig.1 Water contents of five kinds of liquor-making sorghum

由圖1可知，5種常用釀酒高粱中，大高粱含水量最高，為12.63%；瀘州紅皮糯高粱、紅矛六號高粱、美國高粱含水量比較接近，分別為11.98%、11.78%、11.58%；宜賓紅皮糯高粱含水量最低，為11.15%；5種釀酒高粱的水分含量存在差異，均符合釀酒原料儲存的要求。高粱水分的含量與其種植條件及保藏條件有關(guān)，對于釀酒原料來說，一般要求原料水分含量低于14%，防止原糧霉變和便于保存[19]。

2.2 5種釀酒高粱的蛋白質(zhì)及脂肪含量

圖2 5種釀酒高粱的蛋白質(zhì)含量Fig.2 Protein contents of five kinds of liquor-making sorghum

由圖2可知，5種常用釀酒高粱中，紅矛六號高粱蛋白質(zhì)含量最高，為9.09%；其次是美國高粱、瀘州紅皮糯高粱、大高粱，分別為8.48%、8.22%、8.19%；宜賓紅皮糯高粱蛋白質(zhì)含量最低，為7.84%。研究表明，蛋白質(zhì)在釀酒過程中被釀酒微生物分解為氨基酸，氨基酸又會被轉(zhuǎn)化為高級醇，高級醇是白酒中主要的呈香物質(zhì)，但是蛋白質(zhì)含量過多會造成發(fā)酵過程中酸類物質(zhì)積累過多，妨礙發(fā)酵[20]。

圖3 5種釀酒高粱的脂肪含量Fig.3 Fat contents of five kinds of liquor-making sorghum

由圖3可知，5種釀酒高粱中，美國高粱脂肪含量最高，為3.75%；其次是宜賓紅皮糯高粱、粳高粱、瀘州紅皮糯高粱分別為3.32%、3.07%、2.78%；紅矛六號高粱的脂肪含量最低為2.75%。高粱脂肪含量對釀酒過程影響很大，脂肪是在發(fā)酵過程中產(chǎn)生有機(jī)酸的主要原料，過多脂肪含量容易導(dǎo)致釀造過程脂肪酸氧化分解，生成低分子醛類或酮類，致使酒體產(chǎn)生不悅的酸敗氣味[21]。

2.3 5種釀酒高粱的灰分及單寧含量

圖4 五種釀酒高粱的灰分含量Fig.4 Ash contents of five kinds of liquor-making sorghum

由圖4可知，5種釀酒高粱中，宜賓紅皮糯高粱的灰分含量最高，為1.62%；瀘州紅皮糯高粱、紅矛六號高粱、大高粱次之，分別為1.57%、1.44%、1.09%；美國高粱的灰分含量最低，為1.06%。研究表明灰分含量會影響白酒釀造過程中釀酒酵母的生長繁殖活動[22]。

圖5 五種釀酒高粱的單寧含量Fig.5 Tannin contents of five kinds of liquor-making sorghum

由圖5可知，5種釀酒高粱中，紅矛六號高粱的單寧含量最高，達(dá)0.70%；大高粱、宜賓紅皮糯高粱、瀘州紅皮糯高粱的單寧含量次之，分別為0.63%、0.61%、0.50%；美國高粱單寧含量最低，為0.28%。高粱中單寧含量直接影響釀造白酒的口感和出酒率，一方面高粱中適當(dāng)含量的單寧會給釀造白酒帶來一種特殊的香氣；另一方面，高粱中過量的單寧會使白酒釀造過程中相關(guān)酶類（蛋白質(zhì)凝固）失活，從而影響白酒釀造過程中的正常發(fā)酵過程[23]。

2.4 五種常用釀酒高粱的直鏈、支鏈淀粉含量

圖6 五種釀酒高粱的直鏈淀粉含量Fig.6 Amylose contents of five kinds of liquor-making sorghum

由圖6可知，五種釀酒高粱中，美國高粱的直鏈淀粉含量為23.79%，遠(yuǎn)高于其余四種釀酒高粱；其次是大高粱、瀘州紅皮糯高粱、宜賓紅皮糯高粱，分別為3.31%、2.26%、1.14%；紅矛六號高粱的直鏈淀粉含量最少，為0.73%。

圖7 五種釀酒高粱的支鏈淀粉含量Fig.7 Amylopectin contents of five liquor-making sorghum

由圖7可知，五種釀酒高粱中，宜賓紅皮糯高粱的支鏈淀粉含量最多為97.48%；紅矛六號高粱、大高粱、瀘州紅高粱的支鏈淀粉含量次之，分別為97.30%、95.32%、95.20%；美國高粱支鏈淀粉含量最少，為74.66%。以上5種釀酒專用高粱的支鏈淀粉含量均高于直鏈淀粉含量，究其原因，可能是因?yàn)橹辨湹矸叟c支鏈淀粉是影響淀粉理化性質(zhì)的主要因素，其含量差異直接影響淀粉的糊化特性、持水性、膨脹率等，從而影響白酒品質(zhì)。支鏈淀粉釀酒優(yōu)于直鏈淀粉，直鏈淀粉吸水膨脹率高，糊化溫度高，支鏈淀粉由于結(jié)構(gòu)特征能更好的鎖住水分，而且任何糯性谷物支鏈淀粉含量都非常高，所釀的酒明顯的特點(diǎn)就是綿長，軟甜。不過直鏈淀粉含量越高，結(jié)構(gòu)越緊密，蒸煮糊化的時(shí)間越長，糧香比較濃郁，如果蒸煮糊化徹底，出酒率相差不大[24]。

2.5 高粱淀粉水分含量

圖8 五種釀酒高粱淀粉的水分含量Fig.8 Water contents of five liquor-making sorghum starch

對提取的五種高粱淀粉，經(jīng)過40 ℃干燥24 h，冷卻至室溫，對其進(jìn)行水分的測定，結(jié)果如圖8所示，其中大高粱的淀粉水分含量最多，達(dá)16.65%；其次是瀘州紅皮糯高粱、紅矛六號高粱、美國高粱，分別為16.41%，16.03%、15.40%；宜賓紅皮糯高粱淀粉含水量最少，為15.23%。高粱淀粉的水分含量與高粱籽粒的水分含量有一定關(guān)系，高粱籽粒中水分越多，其相對應(yīng)的淀粉中水分也就越多，反之亦然。

2.6 高粱淀粉的溶解度與膨脹率

表1 不同溫度對5種釀酒高粱淀粉溶解度的影響Table 1 Effect of different temperature on the solubility of five liquor-making sorghum starch

由表1可知，5種釀酒高粱淀粉的溶解度不盡相同，均隨溫度的升高而增加，在40 ℃與60 ℃時(shí)，每種高粱的淀粉溶解度都小于4%，而當(dāng)升溫至80 ℃時(shí)，其溶解度增長較快，其中大高粱淀粉的溶解度在各溫度條件下溶解度均高于其他4種高粱，80 ℃時(shí)淀粉溶解度最高，可達(dá)15.72%，美國高粱淀粉在各溫度梯度條件下的溶解度最小，可能與高粱淀粉溶解度不同與淀粉的顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)，以及品種、淀粉制備的方法等有關(guān)。

表2 五種釀酒高粱淀粉膨脹率與溫度關(guān)系Table 2 Relation between expansion rates and temperature of five wine-making sorghum starch

由表2可知，高粱淀粉的膨脹率均隨著溫度的升高呈增加趨勢，當(dāng)溫度為80 ℃時(shí)，5種高粱淀粉的膨脹率均大于9.0 g/g，其中大高粱淀粉的膨脹率最高，為（16.07±0.17）g/g；美國高粱的膨脹率最低，為（9.85±0.15）g/g。淀粉顆粒逐漸受熱糊化時(shí)，水分進(jìn)入淀粉顆粒使其吸水膨脹，同時(shí)未結(jié)晶部分的直鏈淀粉受熱逐漸溶于水中，從而使淀粉的溶解度隨溫度上升而上升，同時(shí)膨脹率也增加。再者，高粱淀粉存在一個(gè)初始膨脹階段（40～60 ℃）和迅速膨脹階段（60～80 ℃），為典型的二段膨脹過程，屬限制級型膨脹淀粉。淀粉的膨脹率和溶解度都與淀粉的顆粒形態(tài)、淀粉的種類、產(chǎn)地有很大的關(guān)系，此外，高粱淀粉的溶解度以及其膨脹率兩個(gè)理化性質(zhì)從側(cè)面表現(xiàn)了高粱淀粉和水分子之間相互作用的重要性質(zhì)[1]。

2.7 高粱淀粉的凍融特性與透明度

圖9 五種釀酒高粱淀粉的凍融特性Fig.9 Freeze-thaw properties of five liquor-making sorghum starch

由圖9可知，5種常用高粱淀粉間的析水率存在顯著差異（P＜0.05），其中美國高粱淀粉的析水率最高，為78.02%，凍融穩(wěn)定性最差，其次是瀘州紅皮糯高粱、紅矛六號高粱和宜賓紅皮糯高粱，分別為66.85%、55.57%、50.04%；大高粱淀粉的析水率最低（41.68%），凍融穩(wěn)定性最好。一般抗凍能力越強(qiáng)的淀粉，在發(fā)酵反應(yīng)中的穩(wěn)定性越好，所釀造出來的產(chǎn)品品質(zhì)也較好。

圖10 五種釀酒高粱淀粉的透明度Fig.10 Transparency of five liquor-making sorghum starch

由圖10可知，在5種高粱中，紅矛六號高粱淀粉的透明度最高，為25.78%；其次是大高粱淀粉、宜賓紅皮糯高粱淀粉、美國高粱淀粉，分別為25.47%、24.79%、21.08%；瀘州紅皮糯高粱淀粉的透明度最低，為20.88%。高粱淀粉的透明度大小反映了淀粉顆粒在水中的溶脹以及分散程度，如果淀粉的分散程度越大越均勻，光線穿過去的量越多，從而減少光的反射與折射，則該淀粉的透明度就越大。透明度越大的淀粉，其加工的食品就會有較好的色澤與質(zhì)地。

2.8 高粱淀粉的熱特性

表3 五種釀酒高粱淀粉的差示掃描量熱法結(jié)果Table 3 Results of differential scanning calorimetry of five winemaking sorghum starch

由表3可知，5種高粱淀粉的焓變在8.3～9.7 J/g之間，紅矛六號高粱淀粉的焓變最大，為9.7 J/g，說明該品種高粱淀粉糊化時(shí)所需要的熱量最多，而瀘州紅皮糯高粱淀粉的焓變最小，為8.3 J/g，說明該淀粉糊化時(shí)所需要的熱量相對較少。五種高粱淀粉糊化反應(yīng)開始的溫度均在66.7～73.8 ℃之間，而峰值溫度在70.8～78.0 ℃之間，終止溫度在75.6～84.9 ℃之間，淀粉的熱特性反映出食品加工操作難易程度的大小，糊化溫度越高，淀粉糊黏度越大，會給白酒釀造操作增加一定難度。

3 結(jié)論

五種常用釀酒高粱的主要成分有一定差異，其中美國高粱直鏈淀粉、脂肪含量最高，分別為23.79%、3.75%；紅矛六號高粱的蛋白質(zhì)含量、單寧含量最多，分別為9.09%，0.70%；宜賓紅皮糯高粱的支鏈淀粉和灰分含量最高，分別為97.48%，1.62%；大高粱的水分含量最高，為12.63%。

五種釀酒高粱的淀粉特性存在差異，大高粱淀粉的含水量、溶解度、膨脹率、透明度最高，凍融穩(wěn)定性最好，紅矛六號高粱淀粉糊化所需熱量最多，為9.7 J/g。