兩種高粱的釀造特性對比研究

李媛媛，鄧杰，鄭若欣，姚亞林，程鐵轅，衛(wèi)春會，黃治國，*，任志強(qiáng)，*

（1.四川輕化工大學(xué)釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川宜賓644000；2.四川國檢檢測有限責(zé)任公司，四川瀘州646000；3.宜賓海關(guān)，四川宜賓644000）

高粱是食品配料、淀粉生產(chǎn)、工業(yè)酒精與生物物質(zhì)產(chǎn)品的重要原料。此外，高粱還是白酒釀造的主要原料[1-2]。在白酒釀造中，糧食的發(fā)酵與其淀粉特性有很大關(guān)系[3-4]，而高粱的支鏈淀粉含量高、蛋白質(zhì)含量適中、脂肪含量低并含適量單寧、灰分及粗纖維而且相對于其他淀粉質(zhì)原料來說結(jié)構(gòu)較疏松，蒸煮后易被釀酒微生物利用，因此高粱是釀酒的首選原料[5-7]。

高粱按品種和性質(zhì)可分為糯高粱和粳高粱，但是無論是茅臺、五糧液還是瀘州老窖均選用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)種植的糯高粱作為釀造原料[8-10]，并且大量的文獻(xiàn)和傳統(tǒng)工藝的經(jīng)驗(yàn)所得，糯高粱釀造出的酒酒質(zhì)比粳高粱好[11]，但是目前的研究幾乎沒有對糯高粱比粳高粱釀酒好的原因進(jìn)行詳細(xì)的剖析，更加沒有報(bào)道去探索一些簡便的方法能夠提升糯高粱釀造的小曲酒的酒質(zhì)[12-13]。

因此，本研究以糯高粱和粳高粱為研究對象，通過對兩種高粱及其在小曲酒釀造過程中的理化性質(zhì)進(jìn)行對比分析；同時(shí)通過添加輔料進(jìn)行釀造工藝的調(diào)節(jié)，以期找到糯高粱、粳高粱在小曲酒發(fā)酵中的差異，為解析這兩種高粱的釀造特性差異提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而進(jìn)行釀造工藝的優(yōu)化，為優(yōu)質(zhì)小曲酒的生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)，為釀酒工業(yè)中高粱原料的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小曲：四川省申聯(lián)生物科技有限責(zé)任公司所生產(chǎn)的白酒清香小曲；高粱：市售的粳高粱與糯高粱。

1.2 主要試驗(yàn)儀器

7890A型氣相色譜儀：安捷倫公司；UV-120型紫外可見分光光度計(jì)：翱藝儀器有限公司；Starter2100型pH計(jì)：奧豪斯儀器有限公司；Bio-Best200E型凝膠成像分析系統(tǒng)：上海旦鼎國限貿(mào)易有限公司；SHP生化培養(yǎng)箱：北京中興偉業(yè)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料的理化指標(biāo)測定

酒糟的酸度：采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10345-2007《白酒分析方法》測定[14]。水分和淀粉含量：參照相關(guān)谷物及谷物制品國標(biāo)分析方法進(jìn)行測定[15-16]。

糖化力、發(fā)酵力和微生物數(shù)量的測定：按照五糧液企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（2005年頒布）。糖化力：1 g絕干曲在30℃、pH 4.6的條件下利用2.0%的可溶性淀粉糖化60 min所生成葡萄糖的質(zhì)量（mg），即mg/（g·h）；發(fā)酵力：1 g絕干曲在30℃下利用8%的蔗糖發(fā)酵72 h產(chǎn)生 CO2的質(zhì)量（g），即 g/（g·72 h）[17]。微生物計(jì)數(shù)：稱取1 g酒醅和小曲，分別加入裝有45 mL無菌水的三角瓶中，180 r/min搖床15 min，采用稀釋涂布平板法[18]依次涂布于牛肉膏蛋白胨平板、土豆培養(yǎng)基平板和察式培養(yǎng)基平板上。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)室模擬固態(tài)發(fā)酵方法

1）將5 kg高粱，泡糧8 h，隔水蒸90 min。出甑打量水，控制總水分約53%，冷卻至25℃左右。

2）將輔料糠殼清蒸30 min，而后攤涼以除雜味，按照糧食質(zhì)量的10%、20%加入到攤涼的高粱中，以不加輔料為對照。

3）輔料與原料混勻后將小曲以2%（質(zhì)量比）的比例進(jìn)行添加，混勻。

4）將原料、輔料以及曲粉、鮮糟混勻后，以加不同量的輔料為區(qū)分分為3組（包含對照組），在5 L的不銹鋼桶中加入相同質(zhì)量的混勻后的發(fā)酵物料，置于28℃培養(yǎng)箱中發(fā)酵，發(fā)酵周期為7 d。

蒸餾：發(fā)酵結(jié)束后，取1 000 g發(fā)酵酒醅，利用小型蒸餾器進(jìn)行蒸餾，接取餾出液100 mL。

1.3.3 乙酸乙酯測定方法

采用氣相色譜測定法：將酒樣60℃平衡20 min，萃取30 min；氣相色譜條件：DB WAX（60 m×250 m×0.25 μm）色譜柱：載氣為高純 He，流速 1 mL/min，進(jìn)樣口溫度230℃：程序升溫：初始溫度為60℃保持1 min，然后以8℃/min的升溫速率升至180℃保持2 min，再以15℃/min到230℃，保持5 min。質(zhì)譜條件：電子離子源（EI），70 eV電子能量，采集模式為全掃描，質(zhì)量范圍（20～550）amu，離子源溫度 230℃，四級桿溫度150℃，接口溫度230℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

兩種高粱質(zhì)量指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，使用SPSS 19.0軟件中的一般線性模型單因素Duncan法對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高粱的理化性質(zhì)

水分含量是糧食保存過程中需要嚴(yán)格控制的指標(biāo)；水分含量過高，糧食容易霉變，降低糧食品質(zhì)；優(yōu)質(zhì)的釀酒原料水分需要控制在一定的范圍。淀粉是糧食在釀酒中重要組成成分，微生物將淀粉利用分解成單糖，而后在酶的作用下生成酒精、二氧化碳和其他物質(zhì)，所以在釀酒的過程淀粉是重要原料組成成分之一。

兩種高粱的理化性質(zhì)見表1。

表1 兩種高粱的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of two sorghum

如表1所示，兩種高粱的水分和粗淀粉含量的差異不顯著（P＞0.05），主要差異表現(xiàn)在易糊化的支鏈淀粉含量占比上，糯高粱的支鏈淀粉含量極顯著高于（P＜0.01）粳高粱。

2.2 小曲的理化性質(zhì)

小曲作為小曲酒釀造中微生物的來源，小曲的品質(zhì)關(guān)系著酒體的品質(zhì)。小曲的發(fā)酵力、糖化力和其所含微生物種類需滿足一定要求才能夠達(dá)到釀酒的所需條件，小曲各個理化性質(zhì)如表2所示。

表2 小曲的理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of Xiaoqu

如表2所示，本研究所使用的小曲具備釀酒所需的條件，可以用來進(jìn)行接下來的釀酒試驗(yàn)。

2.3 高粱的出酒率

出酒率是蒸餾出的酒與投入發(fā)酵時(shí)糧食的質(zhì)量比，出酒率是釀酒中重要的指標(biāo)之一。兩種高粱的出酒率如圖1所示。

如圖1所示，兩種高梁的出酒率（折65%vol）的差異是極顯著（P＜0.01）的。結(jié)合表1可知，糯高粱的支鏈淀粉含量比粳高粱更多，對于釀酒高粱來說，易糊化的支鏈淀粉含量越高，微生物便能利用更多的淀粉分解成葡萄糖，再由酵母菌將葡萄糖發(fā)酵生成酒精，因此導(dǎo)致了糯高粱的出酒率高于粳高粱。

2.4 酒糟中的殘淀含量

圖1 兩種高粱的出酒率Fig.1 Two sorghum drinking rates

酒糟中的淀粉含量代表著發(fā)酵后剩余的淀粉含量，與高粱的原始淀粉含量結(jié)合起來分析可以反應(yīng)出淀粉的利用率。兩種高粱的淀粉含量如圖2所示。糯高粱發(fā)酵前、后和粳高粱發(fā)酵前、后電鏡圖見圖3。

圖2 兩種酒糟的淀粉量Fig.2 The amount of starch in two distiller's grains

圖3 糯高粱、粳高粱發(fā)酵前、后電鏡圖Fig.3 Electron microscopy of glutinous sorghum and japonica sorghum before and after fermentation

如圖2可知，糯高粱的殘留淀粉顯著（P＜0.05）低于粳高粱；此外，如圖3所示，對兩種高粱發(fā)酵前后淀粉顆粒的電鏡圖可知，糯高粱和粳高粱發(fā)酵前都能看到明顯的淀粉小顆粒，但在發(fā)酵后，糯高粱的淀粉小顆粒幾乎都已分解完全，但是粳高粱中的淀粉小顆粒還殘留很多；而從表1所知，兩種高粱的粗淀粉含量差距是不明顯的，而粳高粱的直鏈淀粉含量太高，直鏈淀粉又不易糊化，因此，導(dǎo)致粳高粱的淀粉利用率低于糯高粱。

2.5 高粱酒醅中微生物的數(shù)量、糖化力和發(fā)酵力

微生物在釀酒過程中將淀粉分解成葡萄糖并且能夠代謝產(chǎn)出一些白酒中重要的香味物質(zhì)，所以說微生物是釀酒過程中必不可缺的。高粱酒醅中各指標(biāo)如圖4所示。

圖4 兩種高粱酒醅中微生物含量、糖化力和發(fā)酵力Fig.4 Microbial content，saccharification power and fermenting power of two sorghum wine cellars

如圖4，無論在細(xì)菌還是酵母的數(shù)量來看，粳高粱都是顯著大于（P＜0.05）糯高粱的；在糖化力（1 h內(nèi)，1 g酒醅生成葡萄糖的質(zhì)量）方面，粳高粱糖化力為2.17mg/（g·h），而糯高粱為1.3 mg/（g·h），且差異顯著（P＜0.05）；粳高粱和糯高粱的發(fā)酵力分別為22.63、14.47g/（g·72h），且差異顯著（P＜0.05）。綜上，粳高粱在這3個指標(biāo)上都要高于糯高粱，說明粳高粱的糖化效果更好，其可能的原因是因?yàn)榫吡粚?yīng)的糟醅黏度低，透氣性更好，使得微生物能有充足的氧氣繁殖，才會導(dǎo)致其糖化力和發(fā)酵力高。這也提示我們，可以通過添加輔料的方式改變糟醅的透氣程度，進(jìn)而優(yōu)化糖化效果。粳高粱有更好的糖化效果，但出酒率卻低于糯高粱，則從側(cè)面說明了糯高粱更適合釀酒。

2.6 兩種高粱乙酸乙酯產(chǎn)量及酒糟的酸度

兩種高粱的乙酸乙酯含量和酒糟的酸度如圖5所示。

圖5 兩種高粱乙酸乙酯的生成量和酒糟中酸度Fig.5 The formation of two sorghum ethyl acetate and the acidity of the distiller's grains

乙酸乙酯是小曲酒的主體香味成分，如圖5A所示，粳高粱和糯高粱產(chǎn)酒中乙酸乙酯的量分別為0.53、0.32 g/L，且差異顯著（P＜0.05），其可能的原因是由于物料透氣性更好。酸度的大小主要是由產(chǎn)酸微生物進(jìn)行有機(jī)酸代謝以及脂肪、淀粉和蛋白質(zhì)的降解[19]形成的，如圖5B所示，糯高粱酒醅中酸度（100 g酒糟消耗1 mmol NaOH為1度酸度）是顯著（P＜0.05）大于粳高粱的，說明糯高粱中產(chǎn)酸微生物很多，才會使得糯高粱酒醅酸度高于粳高粱。

為了驗(yàn)證粳高粱乙酸乙酯含量高是因?yàn)槲锪贤笟庑愿玫耐茰y，對粳高粱進(jìn)行了不同的處理來改變其透氣性，考察產(chǎn)酒中乙酸乙酯的量。

2.7 對粳高粱處理工藝的探究

粳高粱不同工藝對乙酸乙酯的影響和加不同量的輔料對出酒量、乙酸乙酯量的影響見圖6。

圖6 粳高粱不同工藝對乙酸乙酯的影響和加不同量的輔料對出酒量、乙酸乙酯量的影響Fig.6 Effect of different processes of sorghum on ethyl acetate and adding different amounts of excipients on the amount of wine and ethyl acetate

如圖6A所示，粳高粱在蒸糧后再粉碎和粉碎后再進(jìn)行蒸糧的乙酸乙酯產(chǎn)量分別為1.1、0.16 g/L，差異是極顯著（P＜0.01）的。其原因是粳高粱在蒸糧后再粉碎，可提高疏松程度和透氣效果。先粉碎后蒸糧，糊化后的物料更黏，透氣效果太差。由此可知改變通氣效果，可改變乙酸乙酯的量。但是由于對熟料進(jìn)行粉碎不易操作，且容易染菌，所以考慮以添加輔料的方式較為簡便。對粳高粱中加入不同量的輔料，如圖6B，不添加輔料和添加10%、20%輔料的出酒量差異是顯著（P＜0.05）的，如圖6C，添加20%輔料和不添加輔料、添加10%輔料差異是顯著（P＜0.05）的，說明對粳高粱中添加輔料會對出酒量和產(chǎn)酒中乙酸乙酯量有一定影響。

2.8 加輔料對糯高糧釀造酒的影響

加輔料對糯高粱的出酒量和乙酸乙酯量的影響見圖7。

圖7 加輔料對糯高粱的出酒量和乙酸乙酯量的影響Fig.7 Effect of adding auxiliary materials on the amount of alcohol and the amount of ethyl acetate in sorghum

根據(jù)對粳高粱處理工藝的探究，對于糯高粱，也可通過添加輔料的方式改善糖化效果和提升乙酸乙酯的量，如圖7A，不添加輔料、添加10%和20%輔料的1 000 g酒醅的出酒量分別為 396.7、453.3、353.3 mL，其差異都是顯著（P＜0.05）的。如圖7B，不添加輔料、添加10%和20%輔料的產(chǎn)酒中乙酸乙酯的量分別為0.33、0.53、0.35 g/L，其差異也是顯著（P＜0.05）的。綜合糯高粱產(chǎn)酒和產(chǎn)酯來考慮，在糯高粱中添加10%的輔料可取得較好的效果。1 000 g酒醅的出酒量能達(dá)到450mL（折65%vol），產(chǎn)酒中乙酸乙酯的量達(dá)到0.53g/L。

3 結(jié)論

對糯高粱和粳高粱的水分、粗淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、出酒率和產(chǎn)酒中乙酸乙酯含量等質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測量和分析，結(jié)果表明：兩種高粱的水分和粗淀粉差異不顯著（P＞0.05），而糯高粱的直鏈淀粉顯著低于（P＜0.05）粳高粱，但是糯高粱的支鏈淀粉顯著高于（P＜0.05）粳高粱，由于淀粉含量的差異，導(dǎo)致了兩種高粱出酒率的不同，且糯高粱的出酒率顯著高于（P＜0.05）粳高粱，在產(chǎn)酒中乙酸乙酯含量方面，糯高粱是顯著低于（P＜0.05）粳高粱。再對兩種高粱酒糟的微生物數(shù)量、糖化力和發(fā)酵力等指標(biāo)進(jìn)行測量對比，結(jié)果顯示：粳高粱在這3個指標(biāo)上都是顯著高于（P＜0.05）糯高粱的，表明粳高粱的糖化效果是優(yōu)于糯高粱的，可能是因?yàn)榫吡坏木契邮杷?，由此引發(fā)了對酒醅處理工藝的探究，發(fā)現(xiàn)添加輔料的方式可以改善糯高粱的糖化效果，最后，綜合糯高粱在添加不同量輔料下出酒量和乙酸乙酯量，最終得到添加10%的輔料，1 000 g糯高粱酒醅的出酒量能達(dá)到450 mL（折65%vol），乙酸乙酯的量能達(dá)到0.53 g/L。通過本研究對糯高粱原料處理工藝的探究，改善了糯高粱的出酒量和產(chǎn)酒中乙酸乙酯的量，為以后糯高粱小曲釀造提供了理論基礎(chǔ)。