不同破碎度高粱的蒸煮香氣成分差異性分析

熊蓉，喻康杰，杜勇，李亞軍，喬宗偉，馬懿

（1.四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院，四川 宜賓 644000；2.四川省宜賓五糧液集團(tuán)有限公司，四川 宜賓 644000）

白酒是世界六大蒸餾酒之一，也是我國(guó)聞名世界的文化標(biāo)簽[1]。高粱、大米、玉米、小米、糯米等糧谷是白酒釀造過(guò)程中主要的原料，其中高粱應(yīng)用最廣[2]。釀酒原料是白酒釀造和生產(chǎn)的源頭，對(duì)酒樣風(fēng)格和品質(zhì)的影響較大[3]。釀酒原料的品質(zhì)從源頭上影響著釀造白酒的品質(zhì)，其自身在蒸煮過(guò)程中形成的香氣成分也是影響酒樣風(fēng)味特征的重要因素[4]。廖鵬飛等[5]研究了5 種糧食原料的蒸煮香氣成分，認(rèn)為蒸煮香氣成分顯著影響白酒的最終風(fēng)味。高旭等[6]研究表明，醛類、醇類、酮類、雜環(huán)類物質(zhì)等揮發(fā)性化合物是釀酒谷物蒸煮過(guò)程中產(chǎn)生的主要香氣成分，不同釀酒原料、同一原料的不同品種在蒸煮香氣成分方面均有一定差異。陳雙等[7]比較了不同前處理方式對(duì)高粱蒸煮香氣組分的提取效果。蒸餾萃取是一種廣泛應(yīng)用于提取香味成分的方法[8]，其利用有機(jī)溶劑二氯甲烷，將蒸煮過(guò)程中的揮發(fā)性成分在頂空與溶劑結(jié)合，提取后濃縮待測(cè)，是一種高效準(zhǔn)確的收集萃取香氣物質(zhì)的方法[9]。近年來(lái)對(duì)酒糧香氣關(guān)系的研究逐步深入，對(duì)釀酒高粱蒸煮風(fēng)味的研究有助于從原料上剖析白酒風(fēng)味的形成[10]，為酒糧關(guān)系的建立提供參考。

目前在釀造生產(chǎn)工藝中，按傳統(tǒng)的釀造經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定原料破碎度，對(duì)原料破碎度的研究集中在其對(duì)糊化度、浸料度的影響等方面[11]，而不同破碎度高粱糊化特性存在差異，原料蒸煮過(guò)程中將淀粉糊化并浸出[12]，浸出淀粉的含量與比例直接影響發(fā)酵過(guò)程中微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用，影響淀粉的糖化及轉(zhuǎn)化為芳香物質(zhì)的效率，進(jìn)而影響發(fā)酵速率和釀造出的白酒的風(fēng)味和品質(zhì)[13]，而不同破碎度直接影響蒸煮過(guò)程中糊化特性。因此，研究不同破碎度對(duì)高粱蒸煮香氣成分的影響，進(jìn)而深入研究其對(duì)整個(gè)釀造生產(chǎn)工藝的影響尤為重要。

本文旨在研究不同破碎度下高粱蒸煮香氣成分的差異，初步研究造成不同破碎度高粱香氣差異的原因，進(jìn)而為原料破碎度對(duì)蒸煮香氣成分的影響及其對(duì)白酒發(fā)酵、酒體品質(zhì)的影響提供數(shù)據(jù)理論支撐，以期為酒糧香氣關(guān)系的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 試驗(yàn)材料

糯高粱（紅纓子、宜糯紅、瀘州糯紅）、粳高粱（澳洲紅、矮噸粱王）：四川好實(shí)材食品有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)試劑

二氯甲烷（色譜級(jí)）、無(wú)水硫酸鈉（分析純）、葡萄糖苷酶（50 U/mg）：成都市科龍化工試劑廠；高純氦氣（99.999%）：成都長(zhǎng)聯(lián)化工試劑有限公司；無(wú)水乙醚（分析純）：成都順成化學(xué)試劑供應(yīng)站。

1.2 儀器與設(shè)備

SZF-06A 索氏抽提儀：洛泰精密儀器（東莞）有限公司；KDN-520 全自動(dòng)凱氏定氮儀：閩測(cè)儀器設(shè)備（廈門(mén)）有限公司；754PC 紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)：上海菁華科技儀器有限公司；TSQ 9610 GC-MS/MS 系統(tǒng)：賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司；LC-SPE-16FQ 自動(dòng)固相微萃取儀：力辰科學(xué)儀器（湖南）有限公司；DVAB/CAR固相微萃取頭、ANLETE 手動(dòng)SPME 進(jìn)樣器：美國(guó)安捷倫公司；MS5C 恒溫加熱磁力攪拌器：群安實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DKS-337 同時(shí)蒸餾萃取裝置：天長(zhǎng)市康玻實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；MJ-PT13 破壁研磨機(jī)：美的集團(tuán)股份有限公司；RE-3000A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：南北儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 高粱樣品的預(yù)處理

除去高粱雜質(zhì)和壞粒，取適量的紅纓子、宜糯紅、瀘州糯紅、澳洲紅高粱、矮噸粱王5 個(gè)品種的高粱樣品放入破壁研磨機(jī)進(jìn)行破碎、過(guò)篩，以整粒狀、破碎過(guò)10 目篩、破碎過(guò)16 目篩的3 種破碎程度進(jìn)行分組，分別編號(hào)為A、B、C 組，用保鮮袋放入4 ℃冰柜冷藏待測(cè)。

1.3.2 高粱籽粒組成成分的測(cè)定

1.3.2.1 高粱水分含量測(cè)定

高粱水分含量參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》[14]進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2.2 高粱脂肪含量測(cè)定

高粱脂肪含量參照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》[15]進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2.3 高粱總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測(cè)定

參照GB 5009.9—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測(cè)定》[16]中的酸水解法測(cè)定高粱樣品中的總淀粉含量；參照GB 7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直鏈淀粉測(cè)定法》[17]中的方法測(cè)定。

1.3.2.4 高粱蛋白質(zhì)含量測(cè)定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[18]中的凱氏定氮法測(cè)定高粱樣品的蛋白質(zhì)含量。

1.3.2.5 高粱單寧含量測(cè)定

高粱單寧含量參考GB/T 15686—2008《高粱單寧含量的測(cè)定》[19]中的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 高粱浸料度的測(cè)定

浸料度的計(jì)算公式如下。

式中：A為浸料度，%；M為浸料后的質(zhì)量，g；N為原高粱質(zhì)量，g。

1.3.4 不同破碎度高粱蒸煮過(guò)程中糊化度的測(cè)定

參照Li 等[13]的方法并稍作改進(jìn)，在高粱蒸煮過(guò)程中，按照設(shè)定的時(shí)間每隔10 min 取一次樣，采用五點(diǎn)取樣法每次取出高粱樣品5.00 g，用冷水迅速冷卻至室溫后開(kāi)始測(cè)定。將樣品放入燒杯中，加入適量的葡萄糖苷酶對(duì)高粱糊化樣品進(jìn)行水解，然后置于50 ℃水浴反應(yīng)1 h，并不斷攪拌，待樣品水解完成，快速加入2 mL 1 mol/L 鹽酸溶液，冷卻至室溫后定容至100 mL，過(guò)濾后測(cè)還原糖含量M1。參照1.3.2.3 方法測(cè)定高粱淀粉含量MO，按照下列計(jì)算公式計(jì)算蒸煮過(guò)程中高粱糊化度。

式中：B為糊化度，%；M1為還原糖含量，g；M0為高粱淀粉含量，g；0.9 為葡萄糖和淀粉的換算系數(shù)。

1.3.5 高粱蒸煮香氣成分的提取與測(cè)定

香氣成分提取：為模擬糧食和水的高溫蒸煮過(guò)程，采用同時(shí)蒸餾萃取法提取釀酒高粱揮發(fā)性蒸煮香氣成分[20]。為防止萃取過(guò)程樣品未能充分吸水導(dǎo)致污染收集成果，先進(jìn)行1 h 的泡糧后，稱取50 g 高粱樣品置于1 000 mL 圓底燒瓶中，加入500 mL 去離子水，置于同時(shí)蒸餾萃取裝置的輕相一端，采用油浴加熱，控制溫度為115 ℃，并輔以磁力攪拌（500 r/min）；量取100 mL 二氯甲烷于1 000 mL 的圓底燒瓶中，置于同時(shí)蒸餾萃取裝置的重相一端，采用水浴加熱，控制溫度為48 ℃。連續(xù)提取3 h，萃取液加入適量干燥的無(wú)水硫酸鈉（20 g），置于冰箱中冷凍脫水（8 h），過(guò)濾，所得濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮后，密封置于冰箱中冷藏保存，待進(jìn)樣分析。

氣相色譜-質(zhì)譜條件為極性柱：DB-WAX 色譜柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：初始40 ℃，保持1 min，以3 ℃/min 升至150 ℃，保持4 min；再以7 ℃/min升至220 ℃，保持2 min；再以10 ℃/min 升至250 ℃，保持3 min；載氣：高純度氦氣（He），流速為1 mL/min；質(zhì)譜條件：電子電離（election ionization，EI）離子源，電子能量70 eV，發(fā)射電流34.6 μA，質(zhì)量掃描范圍20~550 u，離子源溫度230 ℃，接口溫度230 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均重復(fù)測(cè)定3 次，數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。 SPSS 軟件用于統(tǒng)計(jì)分析與方差分析（Duncan 檢驗(yàn)，P<0.05 表示差異顯著），采用Origin 2018 進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種高粱組成成分分析

不同品種高粱組成成分見(jiàn)表1。

表1 不同高粱組成成分含量Table 1 Components in different sorghum varieties%

由表1 可知，澳洲紅高粱水分含量最高，為12.40%；宜糯紅、矮噸粱王、紅纓子3 個(gè)品種高粱水分含量比較接近，分別為11.90%、11.70%、11.70%；瀘州糯紅高粱水分含量最低，為11.20%。生長(zhǎng)條件和保存處理方式影響著高粱的水分含量，對(duì)于白酒釀造原料來(lái)說(shuō)一般要求水分含量小于14%，過(guò)高的水分含量易導(dǎo)致原料霉變影響后續(xù)生產(chǎn)[21]，5 種高粱的水分含量均符合原料儲(chǔ)存生產(chǎn)的要求。適量的單寧含量也可帶來(lái)特殊的風(fēng)味體驗(yàn)，選用的5 種釀酒高粱均處于低于1.5% 這一范圍。在白酒釀造過(guò)程，蛋白質(zhì)經(jīng)微生物降解生成氨基酸，氨基酸又可轉(zhuǎn)化為白酒中的主要呈香物質(zhì)—高級(jí)醇和其他揮發(fā)性成分。但過(guò)高的蛋白質(zhì)含量也會(huì)導(dǎo)致酸類物質(zhì)堆積影響高粱香氣成分及后續(xù)的酒樣風(fēng)味。測(cè)定結(jié)果顯示糯高粱蛋白質(zhì)含量普遍高于粳高粱。高粱中的脂肪是產(chǎn)生有機(jī)酸的主要原料，過(guò)高脂肪含量容易導(dǎo)致蒸煮過(guò)程脂肪酸氧化分解，生成低分子醛類或酮類，致使產(chǎn)生不悅的酸敗氣味[22]。測(cè)定結(jié)果顯示5 種高粱脂肪含量均在4% 以下且糯高粱脂肪含量高于粳高粱。選取的5 個(gè)品種高粱中，有3 種白酒釀造中常用的糯高粱，其支鏈淀粉占總淀粉含量均高于96%，以及兩種支鏈淀粉含量略低的澳洲紅及矮噸梁王兩種高粱。淀粉是所有營(yíng)養(yǎng)組分中對(duì)蒸煮特性影響最大的指標(biāo)[23]，在白酒釀造過(guò)程中會(huì)影響蒸煮香氣的形成及其后續(xù)的釀造發(fā)酵過(guò)程，進(jìn)而影響酒體的最終風(fēng)味。因此，后續(xù)選取支鏈淀粉占總淀粉含量高達(dá)98% 的宜糯紅高粱，對(duì)其不同破碎度下高粱的浸料度、糊化度進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)一步深入探究不同破碎度下高粱蒸煮香氣的具體影響因素。

2.2 不同破碎度高粱浸料度的動(dòng)態(tài)分析

不同破碎度高粱浸料度的動(dòng)態(tài)分析見(jiàn)圖1。

圖1 不同破碎度高粱的浸料度的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic change of leaching degree of sorghum with different crushing degrees

由圖1 可知，隨著破碎度的增大，高粱浸料度先呈上升的趨勢(shì)后趨于平緩，總體呈上升趨勢(shì)。浸泡15 min 時(shí)，A、B、C 3 組的浸料度分別為27.43%、35.62%、38.42%，此時(shí)C 組浸料度與30 min 時(shí)的38.46% 相比變化趨勢(shì)不大，C 組高粱浸料度達(dá)到最優(yōu)；而A 組在浸泡30 min 時(shí)達(dá)到最大值，為34.64%；B 組在浸泡45 min 時(shí)達(dá)到最大值，為37.86%。在浸泡1 h 后，3 組高粱浸料度隨時(shí)間變化增幅趨于平緩，故在蒸煮前浸泡1 h，以保證各破碎度下高粱浸料度達(dá)最優(yōu)。

2.3 不同破碎度高粱蒸煮過(guò)程中糊化度的動(dòng)態(tài)分析

不同破碎度高粱蒸煮過(guò)程中糊化度的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖2。

圖2 不同破碎度高粱蒸煮過(guò)程中糊化度的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of gelatinization degree of sorghum with different crushing degrees during cooking

由圖2 可知，3 種不同破碎度高粱在蒸煮過(guò)程中糊化度的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)一致，隨著糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，糊化度逐漸升高后趨于平緩。C 組破碎度最高的高粱樣品，糊化度的增長(zhǎng)速率較A、B 組快，蒸煮60 min 時(shí)，A、B、C 組的糊化度分別為78.88%、94.38%、98.68%，此后糊化度變化趨于平穩(wěn)。3 種破碎度下高粱糊化度的差異大，原因可能是隨著破碎程度的增加，高粱中的淀粉與水接觸面積增大，吸水膨脹，導(dǎo)致破碎至粉碎的高粱糊化度最大，而整粒高粱由于吸水性較低，未完全糊化。這也可能是造成后續(xù)蒸煮香氣成分不同的一個(gè)關(guān)鍵影響因素。

2.4 不同破碎度高粱蒸煮香氣種類分析

不同品種高粱3 種破碎度下的香氣成分分析見(jiàn)圖3。

圖3 不同品種高粱3 種破碎度下的香氣成分分析Fig.3 Aroma components in different sorghum varieties with the three crushing degrees

由圖3 可知，在釀酒高粱蒸煮香氣成分中，不同破碎度及不同品種在提取出的揮發(fā)性化合物組成和數(shù)量上均有明顯差異。其中宜糯紅高粱在整粒、破碎過(guò)10 目篩、破碎過(guò)16 目篩的3 種前處理方式下，分別檢測(cè)出56、64、108 種化合物，普遍高于其他品種；紅纓子高粱分別檢測(cè)出54、58、105 種；澳洲紅高粱分別檢測(cè)出20、26、61 種，矮噸粱王分別檢測(cè)出21、28、63 種，兩種粳高粱在不同破碎度下提取效果均差于其他品種；瀘州糯紅高粱分別檢測(cè)出53、59、106 種。

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析，對(duì)同一種高粱在不同破碎度下的香氣成分進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)5 個(gè)品種均符合以下規(guī)律：隨粉碎程度的增加，揮發(fā)性香氣化合物的總種類數(shù)也逐漸增加，特別是烴類物質(zhì)種類數(shù)在破碎過(guò)16 目篩后明顯增加；如醛類、酮類、雜環(huán)類等重要香氣成分隨破碎度變化也有增加，但酸類、酯類、苯類、酚類物質(zhì)種類數(shù)則變化不大；整粒與破碎過(guò)10 目篩的高粱樣品蒸煮香氣成分的種類數(shù)及組成差距不大，但破碎過(guò)16 目篩后卻有明顯變化，結(jié)合浸料度和糊化度指標(biāo)分析，可能是由于高粱種皮被破碎后能更好地吸水進(jìn)行糊化，籽粒內(nèi)部所包含的淀粉和脂肪等物質(zhì)更好地被降解以發(fā)生后續(xù)反應(yīng)。但此時(shí)香氣成分的組成及種類數(shù)，特別是在后續(xù)酒樣風(fēng)味中發(fā)揮重要作用的醇類、酯類、酸類等物質(zhì)，相較酒樣中均明顯不足。

相同破碎度下不同品種種類數(shù)顯著性分析見(jiàn)表2。

表2 不同破碎度下不同高粱品種香氣成分種類數(shù)顯著性分析Table 2 Significant analysis on various aroma components in different sorghum varieties with different crushing degrees

由表2 可知，同一破碎度下的不同品種的香氣成分進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)3 種南方糯高粱在揮發(fā)性香氣成分種類數(shù)和組成上均明顯優(yōu)于兩種粳高粱，除去差異不大且風(fēng)味評(píng)價(jià)意義較低的烴類物質(zhì)，在醛類、酮類、雜環(huán)類等重要香氣成分上均有所體現(xiàn)，而糯高粱與糯高粱、粳高粱與粳高粱之間則差距不大。高度契合糯高粱在蛋白質(zhì)、脂肪、支鏈淀粉等理化指標(biāo)含量上普遍高于粳高粱的結(jié)論。結(jié)合理化指標(biāo)對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)3 種南方糯高粱在蛋白質(zhì)、脂肪、支鏈淀粉含量上均高于兩種粳高粱，而粳高粱在總淀粉和直鏈淀粉含量上則更高。在3 種糯高粱中，脂肪及支鏈淀粉含量均最高的宜糯紅高粱在不同破碎度下的蒸煮香氣化合物種類數(shù)和重要成分占比上也較紅纓子和瀘州糯紅高粱更多，脂肪、支鏈淀粉含量略低但蛋白質(zhì)含量較高的另兩種南方糯高粱在同等情況下的蒸煮香氣成分種類數(shù)也存在差異，證明高粱自身理化指標(biāo)與香氣成分組成可能有著直接關(guān)聯(lián)。

3 討論與結(jié)論

使用同時(shí)蒸餾萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)5 個(gè)品種的高粱蒸煮香氣成分進(jìn)行提取分析，結(jié)果顯示，在不同破碎度下，5 個(gè)品種高粱的蒸煮香氣成分均呈現(xiàn)統(tǒng)一的規(guī)律，隨著破碎程度的增大，香味物質(zhì)也逐漸增多，破碎過(guò)16 目篩的高粱香氣成分種類數(shù)與整粒高粱和破碎過(guò)10 目篩相比較多。對(duì)比同一品種在不同破碎度下的蒸煮香氣成分，發(fā)現(xiàn)破碎程度增高揮發(fā)性香氣成分的種類數(shù)和醛、醇、酮、雜環(huán)類等重要香氣成分占比也會(huì)隨之增高，A 組與B 組的高粱樣品蒸煮香氣成分的種類數(shù)及組成差距不大，但破碎過(guò)16 目篩后卻有明顯變化，結(jié)合浸料度和糊化度指標(biāo)分析，可能是由于高粱種皮被破碎后能更好地吸水進(jìn)行糊化，籽粒內(nèi)部所包含的淀粉和脂肪等物質(zhì)更好地被降解以發(fā)生后續(xù)反應(yīng)。證明不同破碎度對(duì)釀酒高粱的蒸煮香氣有直接影響。結(jié)合理化指標(biāo)對(duì)比不同品種的蒸煮香氣成分，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性化合物的種類數(shù)及組成與蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉含量等有著一定關(guān)系，3 種南方糯高粱無(wú)論是在不同提取方式還是破碎度下，所檢測(cè)出的揮發(fā)性香氣化合物種類數(shù)及重要香氣成分占比均明顯優(yōu)于兩種粳高粱，對(duì)比發(fā)現(xiàn)南方糯高粱例如宜糯紅、紅纓子和瀘州糯紅高粱對(duì)高粱的蒸煮香氣成分均優(yōu)于粳高粱，可能對(duì)白酒風(fēng)味有更大的貢獻(xiàn)率，組成成分的含量具體如何影響蒸煮香氣成分進(jìn)而影響白酒最終風(fēng)味還需進(jìn)一步深入研究。