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，衛春會，黃治國，*，任志強，*

（1.四川輕化工大學釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川宜賓644000；2.四川國檢檢測有限責任公司，四川瀘州646000；3.宜賓海關，四川宜賓644000）

高粱是食品配料、淀粉生產、工業酒精與生物物質產品的重要原料。此外，高粱還是白酒釀造的主要原料[1-2]。在白酒釀造中，糧食的發酵與其淀粉特性有很大關系[3-4]，而高粱的支鏈淀粉含量高、蛋白質含量適中、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原料來說結構較疏松，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地生產種植的糯高粱作為釀造原料[8-10]，并且大量的文獻和傳統工藝的經驗所得，糯高粱釀造出的酒酒質比粳高粱好[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行詳細的剖析，更加沒有報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[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進行對比分析；同時通過添加輔料進行釀造工藝的調節，以期找到糯高粱、粳高粱在小曲酒發酵中的差異，為解析這兩種高粱的釀造特性差異提供數據支撐，進而進行釀造工藝的優化，為優質小曲酒的生產提供理論基礎，為釀酒工業中高粱原料的應用提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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；高粱：市售的粳高粱與糯高粱。

1.2 主要試驗儀器

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

1.3 試驗方法

1.3.1 原料的理化指標測定

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

糖化力、發酵力和微生物數量的測定：按照五糧液企業技術標準執行（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所生成葡萄糖的質量（mg），即mg/（g·h）；發酵力：1 g絕干曲在30℃下利用8%的蔗糖發酵72 h產生 CO2的質量（g），即 g/（g·72 h）[17]。微生物計數：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[18]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

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%（質量比）的比例進行添加，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分分為3組（包含對照組），在5 L的不銹鋼桶中加入相同質量的混勻后的發酵物料，置于28℃培養箱中發酵，發酵周期為7 d。

蒸餾：發酵結束后，取1 000 g發酵酒醅，利用小型蒸餾器進行蒸餾，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。質譜條件：電子離子源（EI），70 eV電子能量，采集模式為全掃描，質量范圍（20～550）amu，離子源溫度 230℃，四級桿溫度150℃，接口溫度230℃。

1.4 數據處理方法

兩種高粱質量指標的試驗結果用平均值±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 高粱的理化性質

水分含量是糧食保存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，所以在釀酒的過程淀粉是重要原料組成成分之一。

兩種高粱的理化性質見表1。

表1 兩種高粱的理化性質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

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

表2 小曲的理化性質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，可以用來進行接下來的釀酒試驗。

2.3 高粱的出酒率

出酒率是蒸餾出的酒與投入發酵時糧食的質量比，出酒率是釀酒中重要的指標之一。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酵生成酒精，因此導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酵后剩余的淀粉含量，與高粱的原始淀粉含量結合起來分析可以反應出淀粉的利用率。兩種高粱的淀粉含量如圖2所示。糯高粱發酵前、后和粳高粱發酵前、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，對兩種高粱發酵前后淀粉顆粒的電鏡圖可知，糯高粱和粳高粱發酵前都能看到明顯的淀粉小顆粒，但在發酵后，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量、糖化力和發酵力

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出一些白酒中重要的香味物質，所以說微生物是釀酒過程中必不可缺的。高粱酒醅中各指標如圖4所示。

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

如圖4，無論在細菌還是酵母的數量來看，粳高粱都是顯著大于（P＜0.05）糯高粱的；在糖化力（1 h內，1 g酒醅生成葡萄糖的質量）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，其可能的原因是因為粳高粱對應的糟醅黏度低，透氣性更好，使得微生物能有充足的氧氣繁殖，才會導致其糖化力和發酵力高。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，進而優化糖化效果。粳高粱有更好的糖化效果，但出酒率卻低于糯高粱，則從側面說明了糯高粱更適合釀酒。

2.6 兩種高粱乙酸乙酯產量及酒糟的酸度

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酸微生物進行有機酸代謝以及脂肪、淀粉和蛋白質的降解[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。

為了驗證粳高粱乙酸乙酯含量高是因為物料透氣性更好的推測，對粳高粱進行了不同的處理來改變其透氣性，考察產酒中乙酸乙酯的量。

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行蒸糧的乙酸乙酯產量分別為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。綜合糯高粱產酒和產酯來考慮，在糯高粱中添加10%的輔料可取得較好的效果。1 000 g酒醅的出酒量能達到450mL（折65%vol），產酒中乙酸乙酯的量達到0.53g/L。

3 結論

對糯高粱和粳高粱的水分、粗淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、出酒率和產酒中乙酸乙酯含量等質量指標進行測量和分析，結果表明：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量、糖化力和發酵力等指標進行測量對比，結果顯示：粳高粱在這3個指標上都是顯著高于（P＜0.05）糯高粱的，表明粳高粱的糖化效果是優于糯高粱的，可能是因為粳高粱的酒醅更加疏松，由此引發了對酒醅處理工藝的探究，發現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到450 mL（折65%vol），乙酸乙酯的量能達到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。