玉米和高粱小曲酒釀造特性研究對比

李媛媛，鄧 杰，2，姚亞林，劉燕梅，付柏雁，衛春會，2，黃治國，2，任志強，2

（1.四川輕化工大學 生物工程學院，四川 宜賓 644000；2.釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川 宜賓 644000；3.宜賓市產品質量監督檢驗所，四川 宜賓 644002）

我國高粱種類多、分布廣，北方的粳高粱中，淀粉顆粒主要是支鏈淀粉，支鏈淀粉較直鏈淀粉而言在釀酒生產上有眾多優點，如更易吸水、糊化[1-2]。相對于其他淀粉質原料而言，高粱淀粉結構更疏松，在蒸煮、糊化之后更有利于水解，然后被微生物利用，生成酒精，是白酒釀造生產的重要原料[3-4]。小曲白酒是以小曲為糖化發酵劑生產的白酒，其主體的香味成分是乙酸乙酯，與適量的乳酸乙酯等構成復合香氣。

玉米是重要的糧食作物和飼料作物，也是全世界總產量最高的農作物，其種植面積和總產量僅次于水稻和小麥[5]。玉米含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素、微量元素、纖維素等，但是目前玉米基本上是用于制作工業酒精和燒酒等[6-7]，玉米大多數釀造酒都屬于低端酒，而高端酒都很少，目前僅有劉曉等[8]對玉米與高粱混合發酵的工藝條件進了優化，鮮見將高粱和玉米單糧釀造的小曲酒進行對比及通過簡便的方法去提升玉米的小曲釀造酒酒質[9]。

本研究通過測定高粱和玉米釀造小曲酒過程中的一系列理化性質，并對這些理化性質進行分析探究，最后結合對玉米原料處理工藝的改善，以期能夠提升玉米釀造小曲酒的酒質，為玉米釀酒提供一定的理論依據和基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小曲：四川省申聯生物科技有限責任公司所生產的白酒清香小曲。玉米：市售普通硬粒黃玉米；高粱：市售普通北方粳高粱。

1.2 儀器與設備

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

1.3 方法

1.3.1 原料的理化指標測定

酒糟的酸度：采用GB/T 10345—2007《白酒分析方法》測定[10]；水分和淀粉含量：參照GB7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直鏈淀粉測定法》測定[11-12]；酒樣酒精度：取100 g糟醅加水200 mL，全玻璃蒸餾器蒸餾出100 mL溶液，然后采用比重法測定酒精度[13]。

糖化力、發酵力和微生物菌落數量的測定：按照五糧液企業技術標準執行（2005年頒布）[14]。糖化力：1 g絕干曲在30℃、pH為4.6的條件下利用2.0%的可溶性淀粉糖化60 min所生成葡萄糖的質量，mg/（g·h）；發酵力：1 g絕干曲在30 ℃利用8%的蔗糖發酵72 h產生CO2的質量（g），g/（g·72 h）。微生物菌落計數：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[15]依次涂布于牛肉膏蛋白胨平板，土豆培養基平板和察式培養基平板上。

1.3.2 實驗室模擬固態發酵方法

將原料泡糧8 h后分為3組，每組5 kg原料：①隔水蒸90 min。②待原料干后粉碎，隔水蒸90 min。③隔水蒸90 min后，待其干后進行粉碎。

按以上方式處理后，以①組為對照組，出甑打量水，控制總水分約53%，冷卻至25 ℃左右。將輔料糠殼清蒸30 min，而后攤涼以除雜味，按照糧食質量的10%加入攤涼的原料中。輔料與原料混勻后將小曲以1%的比例進行添加，混勻，糖化24 h。將糖化后的發酵物料與水按1∶1.3的比例入缸發酵，然后置于28 ℃培養箱中，發酵周期為7 d。發酵結束后，取出發酵酒醅，利用蒸餾器進行蒸餾，接取溜出液1 000 mL。

1.3.3 乙酸乙酯測定

乙酸乙酯采用氣相色譜測定。將酒樣60 ℃平衡20 min，萃取30 min；氣相色譜條件：DB WAX色譜柱（60 m×250 m×0.25 μm）：載氣為高純氦氣（He），流速1 mL/min，進樣口溫度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升至230℃，保持5 min。質譜條件：電子離子（electronic ionization，EI）源，電子能量70 eV，采集模式為全掃描，質量掃描范圍20～550 amu，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，接口溫度230 ℃。

1.3.4 數據處理方法

試驗結果用平均值±標準差表示，使用SPSS 19.0軟件中的一般線性模型單因素Duncan法對數據進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 兩種原料的部分理化指標比較

糧食中的水分含量是保存糧食過程中需要嚴格控制的指標；水分含量過高，糧食容易霉變，降低糧食品質；優質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，所以在釀酒的過程中淀粉是重要組成成分之一[16]。由表1可知，高粱的水分含量顯著高于玉米（P＜0.05），二者的粗淀粉含量差異不顯著（P＞0.05），但是玉米的支鏈淀粉占總淀粉比例顯著低于高粱（P＜0.05），而玉米的直鏈淀粉的含量顯著高于高粱（P＜0.05）。

表1 兩種原料的部分理化指標比較Table 1 Comparison of some physical and chemical properties of two raw materials

2.2 兩種原料蒸餾酒的酒精度

原料的出酒量是酒精生產的重要經濟技術指標，它還能反應原料的轉化和利用效率，提高轉化效率可降低生產成本，獲得更高的經濟效益[17]。高粱酒樣的酒精度為45.3%vol，顯著高于玉米酒樣的酒精度（14.3%vol）（P＜0.05）。微生物能更好的利用支鏈淀粉生成葡萄糖，再由酵母將葡萄糖發酵生成酒精，根據表1中高梁的支鏈淀粉含量高于玉米，印證了高粱酒樣的酒精度高于玉米酒樣[18]。

2.3 兩種原料蒸餾酒酒糟的水分和殘余淀粉

在白酒釀造中，水是所有生化反應所必不可少的，不僅保證了糟醅中微生物的生長代謝，而且為微生物代謝產物（如醇、醛、酸、酯等）提供了有效的溶劑。另外，水分也影響著糟醅蒸餾過程中乙醇和香味物質的提取[19]。因此酒糟的水分是一個重要的測量指標。由表2可知，高粱蒸餾酒酒糟的水分顯著高于玉米酒糟（P＜0.05）。

酒糟中殘余淀粉含量與原料的淀粉含量結合起來可以反映微生物對淀粉的利用效果，由表2可知，高粱蒸餾酒酒糟中的殘余淀粉顯著低于玉米蒸餾酒酒糟的殘余淀粉（P＜0.05）。高粱和玉米發酵前后淀粉顆粒的電鏡圖見圖1。

表2 兩種原料蒸餾酒酒糟的水分和殘余淀粉含量比較Table 2 Comparison of water and residual starch content in distillers'grains of distilled liquor brewed with two raw materials

圖1 高粱發酵前（A）后（C）和玉米發酵前（B）后（D）的淀粉顆粒電鏡圖Fig.1 Electron micrograph of starch grain before (A) and after (C)sorghum fermentation,before (B) and after (D) corn fermentation

由圖1可知，高粱和玉米在發酵前的淀粉都是圓形飽滿的大球形顆粒，但在發酵后，玉米的淀粉還是有很多大顆粒，而高粱的淀粉顆粒卻小得多，通過電鏡圖進一步證明了高粱的淀粉利用率是高于玉米的，表明高粱在釀酒過程中微生物利用淀粉的能力是高于玉米的。

2.4 兩種原料蒸餾酒酒醅的酸度

酸度的大小主要是由產酸微生物進行有機酸代謝以及脂肪、淀粉和蛋白質的降解[20]形成的，糟醅中適當的酸度可以抑制部分有害雜菌的生長繁殖，促進呈香呈味物質的形成，參與酯化過程。然而，糟醅酸度過高，發酵緩慢，產酒率降低[21]。高粱蒸餾酒酒醅中的酸度為5.4 g/L，顯著低于玉米蒸餾酒酒醅中的酸度（7.6 g/L）（P＜0.05）。

2.5 兩種原料蒸餾酒酒醅的微生物菌落數量

圖2 兩種原料蒸餾酒酒醅的酵母菌、細菌數量比較Fig.2 Comparison of yeasts and bacteria number of fermented grains of distilled liquor brewed with two raw materials

由圖2可知，玉米蒸餾酒酒醅中的酵母菌數量顯著低于高粱蒸餾酒酒醅的酵母菌數（P＜0.05），但是玉米蒸餾酒酒醅中的細菌數量顯著高于高粱蒸餾酒酒醅的細菌數（P＜0.05）。玉米中的酵母菌數量少，這可能是導致玉米酒樣的酒精度低于高粱酒樣的原因；而玉米酒醅中細菌數量多，從兩種原料蒸餾酒酒醅的酸度可知，可能是玉米蒸餾酒酒醅中的產酸菌比較多。

2.6 不同工藝處理玉米后的出酒量以及酒糟殘余淀粉

表3 對玉米原料不同處理工藝后原料酒樣的酒精度以及酒糟殘余淀粉比較Table 3 Comparison of alcohol content of liquor sample and residual starch of distillers' grains after different treatment processes for corn raw materials

由表3可知，粉碎后蒸糧的蒸餾酒酒精度顯著低于蒸糧后粉碎的蒸餾酒（24.4%vol）（P＜0.05），但是兩者的酒精度都顯著高于對照組（14.3%vol）（P＜0.05）；由表3可知，粉碎后蒸糧的蒸餾酒酒糟殘余淀粉顯著高于蒸糧后粉碎的蒸餾酒酒糟殘余淀粉（P＜0.05），但是兩者的殘余淀粉含量都顯著低于對照組（P＜0.05），說明前者的淀粉利用率是低于后者的，但卻都是高于未進行工藝處理的對照組。因此可知，改變玉米的處理工藝可以提升玉米原料的淀粉利用率并且對原料酒樣的酒精度也有較大的提升，且蒸糧后粉碎的效果是最佳的。

2.7 兩種原料蒸餾酒酒醅的糖化力、發酵力

表4 蒸糧后粉碎玉米蒸餾酒酒醅和高粱蒸餾酒酒醅的糖化力以及發酵力比較Table 4 Comparison of saccharification power and fermentation power of fermented grains of distilled liquor brewed with steaming and crushing corn and sorghum

由表4可知，玉米蒸餾酒酒醅的糖化力顯著高于高粱蒸餾酒酒醅的糖化力（P＜0.05），而玉米蒸餾酒酒醅和高粱蒸餾酒酒醅的發酵力差異不顯著（P＞0.05），表明玉米在處理后糖化效果提升，可能是因為蒸糧后粉碎的玉米有較好的疏松度，使得酵母菌有更好的生長繁殖的條件導致了糖化力的提升。

2.8 兩種原料酒樣的乙酸乙酯含量

由圖3可知，高粱酒樣中乙酸乙酯的含量顯著高于玉米酒樣（P＜0.05），并且原料未處理和處理的效果也有不同：玉米酒樣（0.2 g/L）＜玉米酒樣（蒸糧后粉碎）（0.6 g/L）＜高粱酒樣＜高粱酒樣（蒸糧后粉碎），雖然玉米無論是處理還是未處理的酒樣中乙酸乙酯含量都不如高粱，但是在處理后的玉米酒樣中的乙酸乙酯含量是得到了明顯的提升，證明對玉米原料采取一定的工藝處理能夠改善玉米的釀造酒品質。

圖3 兩種原料未處理以及處理后酒樣中的乙酸乙酯含量比較Fig.3 Comparison of ethyl acetate content in liquor samples brewed with two raw materials before and after treatment

3 結論

對玉米和高粱的水分、粗淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉以及兩種原料酒樣中的酒精度等質量指標進行了測量分析，結果顯示，兩種原料的水分和粗淀粉含量的差異不顯著（P＞0.05），但是玉米的直鏈淀粉占總淀粉的比例顯著高于高粱（P＜0.05），而玉米的支鏈淀粉占總淀粉的比例顯著低于高梁（P＜0.05），這也導致了玉米酒樣中的酒精度顯著低于高粱酒樣（P＜0.05）；高粱糟醅的酸度、殘余淀粉以及其細菌數量顯著低于玉米糟醅（P＜0.05），水分及其酵母菌數量顯著高于玉米糟醅（P＜0.05）；通過對玉米原料的處理工藝探究發現，對玉米先蒸糧再粉碎能夠有效提升玉米釀造的小曲酒酒質，酒樣酒精度由14.3%vol提升至24.4%vol，乙酸乙酯的含量由0.2 g/L提升至0.6 g/L。