正交試驗優化釀酒高粱振蕩蒸煮工藝

祝 賀，楊 濤，*，楊玉蓉，郝哲兵，姚 鵬，吳 健，藍彩紅，劉盛鋼

（1.中南林業科技大學 稻谷及副產物深加工國家工程實驗室，湖南 長沙 410000；2.中南林業科技大學 食品科學與工程學院，湖南 長沙 410000；3.華澤集團有限公司，云南 迪慶 674400）

高粱作為醬香型、濃香型白酒的主要生產原料[1]，因其富含酚類物質，相比較于其他原料，具有獨特的發酵風味[2]。HAN X L等[3]研究發現，當高粱中酚類物質含量＜1.94%時，酚類物質含量的增加可以顯著提高發酵后酒中乙酸乙酯和高級脂肪酸乙基酯的含量，降低雜醇油等物質，顯著提高高粱酒的品質。高粱需經過蒸煮，以達到最佳的糊化狀態，從而保證固態發酵白酒的質量品質及出酒率。但傳統高粱蒸煮工藝存在能耗高、耗時、勞動強度高等缺點。因此，對高粱蒸煮工藝進行研究具有重要的意義。

高粱在不同處理條件下，酚類總量、成分有不同程度的損失，而這些酚類含量、成分區別對于白酒的發酵過程及產物具有顯著的影響。以非洲高粱啤酒為例，BVOCHORA J等[4]研究發現，兩種不同高粱品種，浸泡過程中原花色素分別損失48%和49%，這些原花色素的損失均造成了啤酒風味品質變劣；CARDOSO L D M等[5]研究發現，二氫黃酮和黃酮類物質、3-脫氧花色素類物質在擠壓蒸煮過程中均顯著下降；在干燥熱處理過程中有輕微損失。因此，高粱蒸煮工藝研究方向需要兼顧高粱糊化度及酚類保留含量。

目前，國內外對高粱蒸煮工藝改進研究的側重點主要集中于提高效率和功能性成分保留率方面，對工藝改進的綜合評價研究鮮有報道。因此，本研究以感官評分、糊化焓值、總酚含量為評價指標，通過正交試驗優化高粱振蕩蒸煮工藝，得到最優高粱振蕩蒸煮工藝。并通過對振蕩蒸煮后高粱的酚類物質組成及保留程度進行研究，以期為進一步改造高粱蒸煮工藝提供理論依據，并為其工業化生產奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料

嘉禾紅高粱F1：河北興農富民種子銷售有限公司。

1.1.2 試劑

福林酚（純度98%）、蘆丁（純度99%）：北京索萊寶科技有限公司；原花色素B1標準品（純度97%）：武漢華士特工業生物技術開發有限公司；碳酸氫鈉（分析純）：上海國藥集團化學試劑有限公司；二甲基二酰胺溶液（純度97%）：湖北齊飛醫藥化工有限公司；

1.2 儀器與設備

TA-Q20 DSC鋁坩堝：上海菁儀化工材料有限公司；BS-20分析天平：北京賽多利斯天平有限公司；JA2003電子天平：上海天平儀器廠；HH-2數顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；DSC Q2000 BT-2L差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）計：美國TA儀器公司；722S分光光度計：上海儀電分析儀器有限公司；BOXBZF-30真空干燥箱：上海博迅實業有限公司。

1.3方法

1.3.1 高粱蒸煮工藝流程及操作要點

（1）傳統高粱蒸煮工藝流程：

高粱→篩選→熱水浸泡→初蒸→燜梁→復蒸

操作要點：

篩選：選取大小一致，色澤均勻的無物理損傷或碎粒的高粱。

熱水浸泡：高粱篩選后于90℃水浴鍋中浸泡1 h。初蒸：浸泡后的高粱瀝干后常壓蒸糧，處理20 min。燜梁：將初蒸高粱倒入空燒杯中，于95℃的水浴鍋中進行隔水燜糧，處理20 min。

復蒸：燜糧后進行常壓蒸糧，處理20 min。

（2）高粱振蕩蒸煮工藝：向5 g高粱中加入50 mL蒸餾水，于恒溫振蕩水浴鍋中進行處理，設置蒸煮溫度為90℃、蒸煮時間為60 min、振蕩頻率為200 r/min。。

1.3.2 高粱振蕩蒸煮工藝優化單因素試驗

采用高粱振蕩蒸煮工藝，依次考察蒸煮溫度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃）、蒸煮時間（20 min、40 min、60 min、80 min、100 min）、振蕩頻率（100 r/min、150 r/min、200 r/min、250 r/min、300 r/min）對高粱感官評分、總酚含量、糊化焓值的影響。

1.3.3 高粱振蕩蒸煮工藝優化正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以感官評分、酚含量、糊化焓值為評價指標，選取蒸煮溫度（A）、蒸煮時間（B）、振蕩頻率（C）3個因素進行3因素3水平正交試驗，正交試驗因素與水平見表1。

表1 高粱振蕩蒸煮工藝優化因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for oscillation cooking process optimization of sorghum

1.3.4 測定方法

總酚含量的測定[6-7]：參照NY/T 1600—2008《水果、蔬菜及其制品中單寧含量的測定分光光度法》中的福林酚法進行測定，總酚含量以質量濃度表示，沒食子酸標準曲線的回歸方程為y=0.117 6x-0.003 8，相關系數R2=0.998 7。

糊化度的測定[8]：采用差示掃描量熱（DSC）儀進行測定，糊化度值以糊化熱焓值（ΔH）衡量。

感官評定方法：參照GB/T 15682—2008《糧油檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》[9]及葉川等[10]的方法進行感官評定，具體評價標準見表2，滿分20分。

表2 蒸煮后高粱的感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standard of sorghum after cooking

總黃酮含量的測定：以蘆丁為對照品，參照LINDA D等[11]的實驗方法進行測定。蘆丁標準曲線的回歸方程為y=0.097 1x+0.035 3，相關系數R2=0.993。

原花色素含量的測定[12]：以原花青素B1為對照品，采用鹽酸正丁醇法進行測定。原花色素B1標準曲線的回歸方程為y=1.309x+0.097 1，相關系數R2=0.995。

1.3.5 數據統計

采用SPSS Statistics 19進行方差分析，采用ANOVA法進行顯著性檢驗，采用Origin 2017工作表軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 高粱振蕩蒸煮工藝優化單因素試驗結果

2.1.1 蒸煮溫度的影響

蒸煮溫度對高粱感官評分、總酚含量及糊化焓值的影響結果見圖1。

圖1 蒸煮溫度對高粱感官評分、總酚含量及糊化焓值的影響Fig.1 Effect of cooking temperature on sensory score,total phenol content and dextrinize enthalpy value of sorghum

由圖1可知，酚類物質對溫度較敏感，當蒸煮溫度分別為80℃、90℃時，總酚含量分別為0.52 mg/g、0.50 mg/g；當蒸煮溫度為100℃時，總酚含量下降為0.41mg/g。當蒸煮溫度為90℃時，高粱的感官評分為15.21分，與100℃（15.63分）無顯著差異（P＞0.05），顯著高于80℃（13.87分）（P＜0.05）。同時，當蒸煮溫度為90℃時，糊化焓值（15.17 J/g）與100℃（15.55 J/g）無顯著差異（P＞0.05）。結果表明，蒸煮溫度為90℃時，高粱已充分糊化，故選擇90℃作為最佳的蒸煮溫度。張若辰[13]研究發現，通過高速打漿處理，增加了糯高粱與水分接觸的比表面積，降低了糯高粱糊化溫度。同時，相關研究發現[14]，高溫處理可顯著降低釀酒原料的酚類物質含量，與本研究結果一致。另外，偏高溫處理可以防止高粱粘性過高等感官缺陷，對高粱蒸煮后感官品質具有積極作用[15]。

2.1.2 蒸煮時間的影響

蒸煮時間對高粱感官評分、總酚含量及糊化焓值的影響結果見圖2。

由圖2可知，當蒸煮時間為60 min時，高粱的感官評分、糊化焓值分別13.77分、16.61J/g，與蒸煮時間80min（13.71分、16.18J/g）、100min（13.05分、16.07J/g）無顯著差異（P＜0.05），但總酚含量隨著蒸煮時間的延長，持續下降。由此可見，一定程度上，總酚含量與糊化程度呈負相關。當蒸煮時間為60 min時，不僅可有效保證高粱的糊化，而且有助于總酚保留，故選擇60 min作為最佳蒸煮時間。尹慧敏等[16]研究顯示，馬鈴薯糊化過程中，處理時間顯著破壞了馬鈴薯全粉的品質，主要是通過失水速率減慢，濕熱作用增強，導致抗氧化活性物質顯著破壞。隨著時間延長，本研究中高粱酚類等抗氧化物質顯著降低，分析原因可能也是通過濕熱作用增強導致的。

圖2 蒸煮時間對高粱感官評分、總酚含量及糊化焓值的影響Fig.2 Effect of cooking time on sensory score,total phenol content and dextrinize enthalpy value of sorghum

2.1.3 振蕩頻率的影響

振蕩頻率對高粱感官評分、總酚含量及糊化焓值的影響結果見圖3。

圖3 振蕩頻率對高粱感官評分、總酚含量及糊化焓值的影響Fig.3 Effect of oscillating frequency on sensory score,total phenol content and dextrinize enthalpy value of sorghum

由圖3可知，當振蕩頻率為200 r/min時，高粱的感官評分最高，為17.85分，糊化焓值、總酚含量分別為16.2 J/g、0.45 mg/g，與250 r/min時無顯著差異（P＜0.05），故選用200 r/min作為最佳振蕩頻率。鄒偉等[17]研究發現，振蕩頻率過低不能使原料與水分充分接觸，而過高的振蕩頻率雖然可以加速糊化，但會破壞原料外觀完整性；李靜鵬等[18]研究發現，攪拌轉速對雜糧糊化度的影響呈現先升高后平穩的現象，這主要是由于適宜的攪拌轉速促進了原料與水分充分結合，并達到糊化平衡狀態，這與本研究結果一致。

2.2 高粱振蕩蒸煮工藝優化正交試驗結果

在單因素試驗的基礎上，以感官評分、總酚含量、糊化焓值為考察指標，采用正交試驗優化蒸煮溫度（A）、蒸煮時間（B）、振蕩頻率（C），確定最佳高粱振蕩蒸煮工藝，正交試驗結果及分析見表3，方差分析結果見表4～表6。

表3 高粱振蕩蒸煮工藝優化正交試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for oscillation cooking process optimization of sorghum

表4 以感官評分為評價指標的正交試驗結果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal tests results using sensory evaluation score as evaluation index

表5 以總酚含量為評價指標的正交試驗結果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal tests results using total phenol content as evaluation index

表6 以糊化焓值為評價指標的正交試驗結果方差分析Table 6 Variance analysis of orthogonal tests results using dextrinize enthalpy value as evaluation index

由表3～表6可知，以感官評分為評價指標時，最優高粱振蕩蒸煮工藝為A3B3C1，即蒸煮溫度100℃、蒸煮時間70 min、振蕩頻率100 r/min，其中蒸煮溫度影響顯著（P＜0.05）。以總酚含量及糊化焓值為評價指標時，最優高粱振蕩蒸煮工藝均為為A1B1C1，即蒸煮溫度80℃、蒸煮時間80min、振蕩頻率100 r/min，其中蒸煮溫度影響顯著（P＜0.05）。通過綜合平衡法[19]分析，確定最佳高粱振蕩蒸煮工藝條件為A2B2C1，即蒸煮溫度90℃、蒸煮時間60 min、振蕩頻率100 r/min。

2.3 驗證試驗

采用最佳振蕩蒸煮工藝對高粱進行蒸煮后，高粱的感官評分為16.21分，糊化焓值為13.47J/g，總酚含量為0.44mg/g；采用傳統蒸煮工藝對高粱進行蒸煮后，高粱的感官評分為16.37分，糊化焓值為13.92 J/g，總酚含量為0.41 mg/g；與傳統工藝相比，3個指標均無顯著性差異（P＞0.05）。

2.4 酚類組成分析

對高粱原料、經傳統蒸煮工藝和最佳振蕩蒸煮工藝蒸煮后的高粱中的總酚、總黃酮及原花色素含量進行測定，結果見表7。

表7 酚類組成變化Table 7 Changes of phenol composition

由表7可知，原料高粱中總酚含量為1.07 mg/g，總黃酮含量為0.43 mg/g，原花色素含量為0.21 mg/g；經振蕩蒸煮工藝處理后的高粱中總酚含量為0.44 mg/g、總黃酮含量為0.22mg/g，原花色素含量為0.12 mg/g；經傳統蒸煮工藝處理后的高粱中總酚含量為0.41 mg/g、總黃酮含量為0.13 mg/g，原花色素含量為0.19 mg/g。結果表明，振蕩蒸煮工藝保留總黃酮的能力顯著高于傳統蒸煮工藝（P＜0.05），原花色素保留能力顯著低于傳統蒸煮工藝（P＜0.05）。分析原因可能是原花色素物質為水溶性物質，極易在高溫水溶液中破壞，而黃酮類物質對高溫水處理不敏感[20]。

3 結論

本研究以蒸煮后高粱的感官評分、糊化焓值及總酚含量為評價指標，采用正交試驗對高粱振蕩蒸煮工藝進行優化。結果表明，最優振蕩蒸煮工藝為蒸煮溫度90℃、蒸煮時間60 min、振蕩頻率100 r/min。在此最優工藝條件下蒸煮后，高粱的感官評分為16.21分，糊化焓值為13.47 J/g，總酚含量為0.44 mg/g；與傳統蒸煮工藝的感官評分（16.37分）、糊化焓值（13.92 J/g）、總酚含量（0.41 mg/g）無顯著差異（P＞0.05）。優化后的振蕩蒸煮工藝保留總黃酮類（0.22mg/g）能力顯著高于傳統蒸煮工藝（0.13 mg/g）（P＜0.05），保留原花色素（0.12 mg/g）能力顯著低于傳統工藝（0.19 mg/g）（P＜0.05），與傳統蒸煮工藝處理后的酚類組成有顯著差異（P＜0.05）。