施氮量對川西平原釀酒小麥原糧及其釀酒品質(zhì)的影響

劉 瓊 ，陳艷琦，陳松鶴，楊洪坤，馬宏亮，趙佳蓉，吳東明，邊巴拉姆，樊高瓊

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，四川成都 611130；2.昌都市邊壩縣熱玉鄉(xiāng)農(nóng)牧綜合服務(wù)中心，西藏昌都 854000)

白酒在我國國民經(jīng)濟和人們生活中占有重要的地位。四川是我國重要的白酒產(chǎn)區(qū)，目前已形成宜賓、瀘州、綿竹以及成都四大白酒產(chǎn)業(yè)帶，但目前適宜釀酒的優(yōu)質(zhì)小麥缺乏。據(jù)統(tǒng)計，2016年全國規(guī)模以上釀酒企業(yè)完成釀酒總產(chǎn)量7.23×10L，其中白酒產(chǎn)量 1.45×10L，約需4.34×10kg釀酒專用糧，按小麥占36%(酒麥+曲麥)左右計算，需釀酒專用小麥約1.56×10kg；按平均產(chǎn)量5 250 kg·hm計算，約需釀酒小麥2.97×10hm，亟需大量優(yōu)質(zhì)原糧。因此，對釀酒專用小麥提質(zhì)豐產(chǎn)甚為迫切。

有研究表明，適宜的施氮量可以提高小麥產(chǎn)量，改善小麥蛋白質(zhì)、淀粉等品質(zhì)。釀酒小麥多是弱筋軟質(zhì)小麥，除淀粉含量高外，還應(yīng)具有蛋白質(zhì)含量適宜、脂肪含量低及無機元素適宜以滿足菌體生長及酶活力所需等特點。糯小麥因其糖化效果佳，淀粉易糊化且糊化溫度低，可改變其他谷物淀粉黏度特性，近年來作為新型釀酒原料而受到廣泛關(guān)注。目前，有關(guān)釀酒小麥的研究多集中在品種篩選以及其與原糧發(fā)酵及后期成品酒品質(zhì)關(guān)系等方面，對釀酒小麥優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的栽培技術(shù)鮮見報道。是否可以通過施氮量來調(diào)控弱筋小麥蛋白質(zhì)、淀粉等品質(zhì)以促進白酒釀制過程中醇、酸、酯類風(fēng)味物質(zhì)的形成以及提升白酒品質(zhì)的研究尚無相關(guān)報道。

本試驗結(jié)合四川白酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展對優(yōu)質(zhì)小麥原糧的需求和川西平原適宜生產(chǎn)弱筋小麥這一環(huán)境條件，探究施氮量對糯小麥和非糯小麥產(chǎn)量、原糧品質(zhì)和釀酒品質(zhì)的影響，以期為四川省生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)釀酒專用小麥提供合理的氮肥管理措施。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

本試驗于2019—2020年在四川省成都市大邑縣(103.53°E，30.58°N)進行，該區(qū)屬于川西平原麥區(qū)，亞熱帶濕潤氣候，年均降雨量2 912.1 mm，年均氣溫16.5 ℃，小麥生育期氣象條件見圖1。種植制度為冬小麥-水稻輪作。土壤類型為水稻土，供試土壤(0～20 cm)中，pH 5.6，有機質(zhì)含量58.8 g·kg，全氮含量2.04 g ·kg，堿解氮含量153.7 mg·kg，速效磷含量23.5 mg ·kg，速效鉀含量221.3 mg ·kg。

氣象數(shù)據(jù)來源于四川省農(nóng)業(yè)氣象中心。Meteorological data was from Sichuan Agricultural Meteorological Center.圖1 小麥生育期氣溫和降雨量Fig.1 Temperature and rainfall in wheat growth period

1.2 試驗材料

供試材料為綿麥902(非糯性，弱筋，綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院)和中科紫糯麥168(糯性，中弱筋，中國科學(xué)院成都生物研究所)。供試肥料為尿素 (N 46.2%)、過磷酸鈣(PO12.5%)和氯化鉀(KO 60%)，購于當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場。

1.3 試驗設(shè)計

采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為小麥品種；副區(qū)為施氮水平，施氮量分別為0(N)、45(N)、90(N)、135(N)、180(N)和225(N)kg·hm，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m(4 m×5 m)。磷肥和鉀肥用量均為75 kg ·hm?；蕿榈?5 kg·hm(N除外)與所有磷肥、鉀肥，剩余氮肥于四葉一心期施入。采用旋耕條播，行距20 cm，基本苗225×10株·hm。病蟲害防治參照當(dāng)?shù)毓芾響T例進行。

1.4 測定項目和方法

1.4.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定

于小麥成熟期收獲1 m調(diào)查有效穗數(shù)；隨機取30穗調(diào)查穗粒數(shù)。按小區(qū)收獲籽粒，測產(chǎn)量和千粒重。

1.4.2 原糧品質(zhì)測定

用PERTEN 3100型試驗?zāi)ツブ迫湻?，采用蒽?硫酸比色法測定總淀粉含量；直鏈淀粉含量參照GB7648-1987測定，支鏈淀粉含量為兩者的差值。

采用HSO-HO消煮，凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量；粗脂肪含量采用索氏抽提方法測定；灰分含量參照GB5009.4-2016測定。粉質(zhì)率用感官檢驗法測定：玻璃狀透明體占籽粒截面1/2以上為角質(zhì)粒，<1/2的為粉質(zhì)粒，粉質(zhì)粒的總數(shù)占所取樣品粒數(shù)的百分?jǐn)?shù)即小麥粉質(zhì)率，軟質(zhì)小麥粉質(zhì)率不低于70%。

1.4.3 釀酒流程及相關(guān)指標(biāo)測定

參照趙國君等的方法釀酒，具體如下：稱取 1 000 g小麥，加入蒸餾水淹沒約5 cm，浸泡12 h；蒸餾水沖去灰渣酸水后蒸糧，待水充分沸騰開始計時，蒸至軟硬適中，糧粒裂口率85%以上，約2 h；將蒸好的糧食刮平、攤涼，40 ℃下曲，下曲量3.5 g(1 000×0.35%)，攪拌均勻后，30 ℃恒溫糖化培菌24 h；30 ℃恒溫密閉發(fā)酵7 d；蒸餾出酒。用精密酒精計測樣品酒精度，并根據(jù)其酒精度計算出酒率(以60度白酒濃度為標(biāo)準(zhǔn))，出酒率=出酒量/糧食用量?？偹嵊弥泻偷味ǚy定，含量以乙酸含量計?？傰サ臏y定采用皂化-中和滴定法，含量以乙酸乙酯含量計。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

運用Excel 2013處理數(shù)據(jù)、作圖；用DPS 7.05進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對釀酒小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，兩小麥品種產(chǎn)量無顯著差異。品種對穗粒數(shù)和千粒重有極顯著影響(<0.01)，施氮量對產(chǎn)量及其3個構(gòu)成因素均有極顯著影響，品種與施氮量對千粒重有極顯著交互作用。隨施氮量增加，兩小麥品種產(chǎn)量、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著提高(<0.05)。中科紫糯麥168的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)高于綿麥902，但千粒重低于綿麥902。與N處理相比，綿麥902 在N處理下產(chǎn)量提高17.3%，二者差異顯著；但中科紫糯麥168的產(chǎn)量在兩個處理間無顯著差異。通徑分析表明(表2)，有效穗數(shù)是影響小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，其次為穗粒數(shù)和千粒重。

表1 施氮量對釀酒小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 1 Effect of nitrogen application rate on yield and yield components of wine-making wheat

表2 產(chǎn)量構(gòu)成因素對產(chǎn)量影響的通徑分析Table 2 Path analysis of the influence of yield components on yield

2.2 施氮量對釀酒小麥淀粉含量及組分的影響

由表3可知，品種、施氮量及其二者交互作用均對總淀粉、直鏈和支鏈淀粉含量、直支比有顯著或極顯著影響。綿麥902的總淀粉和支鏈淀粉含量較中科紫糯麥168分別低10.6%和27.4%，直鏈淀粉含量和直支比分別是中科紫糯麥168的5.9倍和10.6倍。隨施氮量增加，綿麥902總淀粉含量降低，支鏈淀粉含量先升后降，直鏈淀粉含量和直支比總體呈上升趨勢；相比N處理，總淀粉含量在N、N和N處理下顯著降低；直鏈淀粉含量在N處理下顯著高于其他處理；支鏈淀粉含量在N處理下顯著高于N、N、N、N處理；中科紫糯麥168的總淀粉含量、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量及直支比均先升后降，總淀粉和支鏈淀粉含量在N處理下均顯著高于N、N、N處理，直鏈淀粉含量和直支比各處理間差異不顯著。

表3 施氮量對釀酒小麥淀粉含量及組分的影響Table 3 Effect of nitrogen application rate on starch content and composition of wine-making wheat

2.3 施氮量對釀酒小麥原糧品質(zhì)的影響

由圖2可知，兩品種籽粒的蛋白質(zhì)含量差異不顯著，綿麥902蛋白質(zhì)含量為7.52%～ 9.16%，中科紫糯麥168蛋白質(zhì)含量為7.96%～10.81%。施氮量對蛋白質(zhì)含量有顯著的影響，蛋白質(zhì)含量隨施氮量增加呈先降后升趨勢；兩品種蛋白質(zhì)含量均在N處理下最高。與綿麥902相比，中科紫糯麥168具有脂肪含量高(均值為 1.24%)、灰分含量低(均值為2.1%)、粉質(zhì)率極低(均值為1.83%)的特點，這3個指標(biāo)在品種間差異均極顯著(<0.01)。N處理下兩品種的脂肪和灰分含量相對較高，說明適宜施氮量可以提高脂肪含量和灰分含量；綿麥902的脂肪和灰分含量在各處理間差異程度不同，中科紫糯麥168在各處理間無顯著差異。隨施氮量增加，綿麥902的粉質(zhì)率有降低的趨勢，N處理顯著低于其他N處理，中科紫糯麥168的粉質(zhì)率在各處理間差異不顯著。

相同品種圖柱上不同小寫字母表示不同施氮水平間有顯著差異(P<0.05)；*:P<0.05;**:P<0.01。下圖同。Different lower-case letters above columns of same variety indicate significant difference between different nitrogen application levels(P<0.05).*:P<0.05;**:P<0.01.The same in figure 3.圖2 施氮量對釀酒小麥原糧品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of nitrogen application rate on grain quality of wine-making wheat

2.4 施氮量對釀酒小麥釀酒品質(zhì)的影響

由圖3可知，品種和施氮量及其二者交互作用均對出酒率、總酸和總酯含量有極顯著(<0.01)影響。綿麥902的出酒率高于中科紫糯麥168，但總酸、總酯含量低于中科紫糯麥168。綿麥902的出酒率在23.0%～34.3%之間，隨施氮量增加而顯著降低，N處理的出酒率最高，較N處理增加11.28個百分點；中科紫糯麥168的出酒率在22.6%～25.6%之間，N處理的出酒率最高，較N處理增加2.96個百分點，二者間差異顯著。兩品種的總酸含量均在N處理下達(dá)到最高，與其他處理差異顯著，但在N、N、N處理間總酸含量差異均不顯著，說明適宜的施氮量會提高總酸含量?？傰ズ孔兓?guī)律則與總酸相反，以N處理下含量最低，與N和N處理差異顯著，兩品種規(guī)律相同。

圖3 施氮量對釀酒小麥出酒率、總酸、總酯含量的影響Fig.3 Effect of nitrogen application rate on alcohol yield,total acid and total ester content of wine-making wheat

2.5 原糧品質(zhì)和釀酒品質(zhì)相關(guān)分析

由表4可知，小麥原糧不同品質(zhì)指標(biāo)和釀酒品質(zhì)指標(biāo)之間存在不同程度的相關(guān)性，具體表現(xiàn)為：出酒率與直鏈淀粉含量和粉質(zhì)率分別呈顯著和極顯著正相關(guān)，與脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；總酸與總淀粉、支鏈淀粉和脂肪含量呈顯著正相關(guān)，與粉質(zhì)率呈顯著負(fù)相關(guān)；總酯與灰分含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

表4 釀酒小麥原糧品質(zhì)和釀酒品質(zhì)相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis between raw grain quality and brewing quality of wine-making wheat

3 討 論

3.1 施氮量對川西平原稻茬小麥產(chǎn)量、原糧品質(zhì)的影響

適量增施氮肥可以提高小麥產(chǎn)量、蛋白質(zhì)和面筋含量，實現(xiàn)中(強)筋小麥籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量協(xié)同提高。本試驗中，增施氮肥顯著增加了產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量，但并沒有改變兩品種的弱筋特性，即使是在225 kg·hm施氮量下，綿麥902和中科紫糯麥168的籽粒蛋白質(zhì)含量也僅僅為9.16%和10.81%，分別較N增加0.74和2.54個百分點，遠(yuǎn)低于弱筋小麥的分類標(biāo)準(zhǔn)(蛋白質(zhì)含量<12.5%)。這可能是因為增施氮肥提高了小麥籽粒產(chǎn)量，且光合產(chǎn)物的增加大于氮素的積累，也體現(xiàn)了川西平原稻茬地適宜生產(chǎn)弱筋小麥的特性。

施氮量會影響小麥淀粉和組分含量，但不同筋力型小麥、糯麥和非糯麥的研究結(jié)果又有不同。姜東等認(rèn)為，在210～330 kg·hm范圍內(nèi)，增加施氮量能有效提高中筋小麥籽粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量；蔡瑞國等認(rèn)為，施氮量為522 kg·hm可以明顯提高強筋和弱筋小麥籽粒中的支鏈淀粉含量，降低直鏈淀粉含量；張敏等研究則認(rèn)為，在0～300 kg·hm施氮范圍內(nèi)，非糯小麥籽粒直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量均隨施氮量增加先降后升；糯小麥的直鏈、支鏈和總淀粉含量則先升后降。本試驗結(jié)果表明，中科紫糯麥168的總淀粉、支鏈淀粉含量均顯著大于綿麥902，說明兩品種間淀粉及組分含量差異大。施氮量對綿麥902和中科紫糯麥168淀粉含量及組分的影響不同，在0～225 kg·hm范圍內(nèi)，增施氮肥使綿麥902的總淀粉含量下降，直鏈淀粉含量呈上升的趨勢，支鏈淀粉含量先升后降；中科紫糯麥168的總淀粉含量、直鏈淀粉含量和支鏈淀粉含量均先升后降，這與張敏等對糯性小麥的研究結(jié)論基本一致。兩品種的總淀粉和支鏈淀粉含量在施氮量90～135 kg·hm較高，其中綿麥902的總淀粉和支鏈淀粉含量在 90～135 kg·hm間差異不顯著，超過135 kg·hm后顯著降低；中科紫糯麥168的總淀粉和支鏈淀粉含量在90～135 kg·hm間差異顯著，超過135 kg·hm后有所下降。

脂肪和灰分含量在小麥籽粒中占比較低，但也受施氮量影響，劉慧等研究表明，施氮量為150～195 kg·hm可以增加籽粒中灰分的含量。本試驗表明，在0～135 kg·hm范圍內(nèi)隨施氮量增加，脂肪和灰分含量有增高趨勢，在135 kg·hm處理下兩品種脂肪和灰分含量較高。脂肪和灰分含量、粉質(zhì)率主要受品種因素影響；與綿麥902相比，中科紫糯麥168具有脂肪含量高(均值為1.24%)、灰分含量低(均值為2.1%)、粉質(zhì)率極低(均值為1.7%)的特點。

3.2 施氮量對川西平原稻茬小麥釀酒品質(zhì)的影響

釀酒過程是將淀粉質(zhì)原料經(jīng)過發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程。醇類物質(zhì)是白酒風(fēng)味中醇甜和助香的來源，酯類物質(zhì)是香氣的主體成分，酸類物質(zhì)是重要的協(xié)調(diào)成分或調(diào)和成分。就釀酒品質(zhì)而言，原糧的出酒率、總酸、總酯是相對重要的指標(biāo)。小麥籽粒淀粉及組分含量會影響出酒率，通常認(rèn)為，原料中淀粉直支比低、吸水速度快、糖化溫度高的小麥(如糯小麥)，出酒率要高于普通小麥，口味也更佳。在本試驗中，兩小麥品種的出酒率在施氮量90～135 kg·hm較高，隨施氮量增加有降低的趨勢，其中，中科紫糯麥168的出酒率在施氮量超過135 kg·hm后顯著下降。綿麥902的出酒率要高于中科紫糯麥168，這可能與綿麥902具有較高的粉質(zhì)率(96.9%)有關(guān)，而中科紫糯麥168具有較低的粉質(zhì)率、是硬質(zhì)麥。相關(guān)分析表明，出酒率與直鏈淀粉含量和粉質(zhì)率分別呈顯著和極顯著正相關(guān)。這可能因為粉質(zhì)率高的小麥淀粉結(jié)構(gòu)松散，易于吸水、糊化，可提高白酒釀制過程淀粉顆粒與釀酒介質(zhì)的接觸面積，有利于釀酒產(chǎn)量穩(wěn)定。可見，除淀粉含量及組分外，粉質(zhì)率也是影響出酒率的重要因素，軟質(zhì)糯小麥可能會促進出酒率的提升。有關(guān)籽粒粉質(zhì)率對白酒釀制過程中小麥籽粒淀粉降解動力學(xué)參數(shù)的影響還需要進一步研究。總酸、總酯含量也是影響白酒品質(zhì)的重要因素。支鏈淀粉含量高的小麥有利于酯類物質(zhì)的形成，一般認(rèn)為，糯小麥所釀白酒總酸、總酯含量比普通小麥更高，可以改善白酒品質(zhì)。本試驗中，中科紫糯麥168釀制出的白酒總酸、總酯含量顯著高于綿麥902，與前人研究一致。在本試驗條件下，隨施氮量增加，兩品種所釀白酒的總酸含量均先升后降，在90 kg·hm下最高，總酯含量均先降后升，在135 kg·hm下最低，總酸與總酯含量變化規(guī)律相反，這可能與不同施氮量下白酒酒精度酒精度不同，導(dǎo)致酒中酸、酯類物質(zhì)出現(xiàn)“酸增酯減”的變化規(guī)律有關(guān)。中科紫糯麥168制成白酒的總酸含量顯著高于綿麥902，這可能是由于其較高的脂肪含量導(dǎo)致的。相關(guān)分析還表明，總酸含量與總淀粉、支鏈淀粉含量以及脂肪含量呈顯著正相關(guān)，這可能因為釀酒過程中淀粉降解的還原糖和蛋白質(zhì)降解的氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)，脂肪在分解過程中釋放出大量游離脂肪酸，且脂肪酸降解速率超過微生物分解速率，導(dǎo)致升酸幅度加劇。

蛋白質(zhì)含量也是釀酒原糧的另一重要指標(biāo)，研究認(rèn)為，低蛋白質(zhì)含量有利于控制發(fā)酵過程中雜醇油含量，釀酒需要蛋白質(zhì)含量偏低原糧。也有研究認(rèn)為，蛋白質(zhì)含量要適宜，不能過高或過低，各釀酒原料蛋白質(zhì)含量應(yīng)在10%左右。本試驗所選兩個小麥品種在不同施氮量下的蛋白質(zhì)含量在7.5%～11%之間，施氮量不改變其弱筋特性，因而不作為釀酒品質(zhì)篩選的限制因子。

綜上，淀粉及組分含量、粉質(zhì)率是影響白酒出酒率的重要指標(biāo)，脂肪含量可能會在一定程度影響總酸、總酯的含量進而影響白酒品質(zhì)。在本試驗條件下，施氮量在90～135 kg·hm范圍內(nèi)，綿麥902和中科紫糯麥168的蛋白質(zhì)含量適宜，總淀粉和支鏈淀粉含量較高，灰分含量高，脂肪含量適宜，出酒率和酸酯含量較高，是適宜釀酒的施氮量范圍。

4 結(jié) 論

施氮量增加可以顯著提高綿麥902和中科紫糯麥168的產(chǎn)量，有效穗的增加是產(chǎn)量增加的關(guān)鍵因素。增施氮肥使小麥籽粒中蛋白質(zhì)、脂肪和灰分含量增加，但淀粉含量和粉質(zhì)率有所降低；兩個小麥品種釀酒品質(zhì)各具優(yōu)勢，綿麥902出酒率高，中科紫糯麥168總酸、總酯含量高。綜合原糧品質(zhì)和釀酒品質(zhì)來看，在90 ～135 kg·hm范圍內(nèi)，兩小麥品種蛋白質(zhì)含量較適宜，總淀粉和支鏈淀粉含量較高，灰分含量高，脂肪含量適宜，出酒率和總酸含量也較高，是適用于釀酒用途的施氮量范圍。在釀酒小麥栽培中，建議適當(dāng)增加軟質(zhì)弱筋小麥和糯小麥的種植面積，優(yōu)化原糧生產(chǎn)，助力白酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展。