釀酒制曲專用小麥淀粉品質特性研究

王海容，王永鋒，朱國軍，唐紹培，王 瑤，韋勝利，牛 娜，馬翎健*

（1.西北農林科技大學 農學院，陜西 楊凌 712100；2.河南黃泛區地神種業有限公司，河南 周口 466632；3.貴州珍酒釀酒有限公司，貴州 遵義 563000）

中國白酒是全世界最具特色的蒸餾酒，有上千年的釀造歷史[1]。釀造白酒的原料種類豐富，主要包括高粱、大米、糯米、玉米和小麥。小麥在釀酒中既是制曲原料也是釀造原糧[2]。小麥作為釀酒原料，在釀造過程中用量達20%[3]。白酒作為我國的傳統產業，需求量逐年增加使得白酒產量逐年增高，因此各釀酒企業對優質釀酒小麥的需求甚為迫切。

釀酒小麥主要可以分為釀酒原糧小麥和釀酒制曲小麥兩大類。釀酒原糧小麥作為釀酒的基料，主要是將淀粉質原料經水解為葡萄糖后，發酵產生酒精，淀粉含量越高，出酒率越高[4]。淀粉的水解速率與淀粉特性密切相關[5-6]。不同來源的原料的淀粉性質存在差異，其釀造特性也存在差異[7]。目前對釀酒小麥的研究主要集中在釀酒原糧小麥方面，包括釀酒小麥培育[8]、釀酒小麥在釀造過程中的作用[9-10]、不同釀酒原料對酒質的影響[11-12]，不同的釀酒小麥淀粉特性具有差異對白酒品質的影響等方面。研究表明，高支鏈淀粉含量小麥對比高直鏈淀粉含量小麥具有較高的出酒率[13]，淀粉糊化溫度、回生值低的小麥蒸糧時有利于節約能源[14]，不同的小麥淀粉特性不同，自然對釀酒品質的影響也不同[15]。釀酒制曲小麥，既是釀酒微生物的培養基，又是白酒中醇類物質、酯類物質、酸類物質、羰類物質的重要貢獻者，在釀酒過程中作用重大，制曲小麥要求的淀粉特性也與釀酒原糧小麥不盡相同，但鮮有釀酒制曲專用小麥淀粉品質特性方面的研究報道。

本研究對12種常用釀酒制曲小麥的淀粉含量、淀粉特性進行比較研究，旨在分析釀酒制曲小麥淀粉品質特點，以期為釀酒制曲小麥的品質研究、品種選育、優質生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

釀酒制曲小麥（茅曲1號、泛麥5號、泛麥8號、川麥93、禾美988、紫麥19、天民184、天民198、鄂麥596、綿麥367、荃麥725、南良麥）：由河南黃泛區地神種業有限公司提供；總淀粉含量檢測試劑盒、直鏈淀粉檢測試劑盒：北京Solarbio公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

TA-Q2000差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀：美國TA儀器公司；RVA-4500快速黏度儀：瑞典波通公司；Infinite M200pro全波長多功能酶標儀：瑞士Tecan 帝肯公司；UV-2450紫外分光光度計：日本島津公司；5810R型離心機：德國Eppendorf公司；DK-S14電熱恒溫水浴鍋：上海森信實驗儀器有限公司；DW-40L262低溫冰箱：青島海爾特種電器有限公司；PH140A干燥培養箱：上海百典儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 淀粉提取

小麥的淀粉提取方法參考SONG L J等[16]的研究方法。具體操作如下：稱取10 g面粉，按照面粉∶水=5∶2（g∶mL）制作面團，用雙蒸水反復清洗面團，清洗出的淀粉乳液過200目篩至另一干凈燒杯中，靜置4 h后倒掉上層液，下層沉淀置于50 mL離心管，室溫以7 000 r/min離心5 min。待離心完成后倒掉上層液，刮掉下層沉淀表面黃色物質，加入20 mL的2 mol/L氯化鈉以7 000 r/min離心5 min，棄上清，重復三次，再加入20 mL的2%十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）以7 000 r/min離心5 min，棄上清，重復3次，每次離心后下層沉淀表面出現的雜質都需刮干凈。然后加入20 mL雙蒸水以7 000 r/min離心5 min，棄上清，重復3次，最后將提取的淀粉沉淀置于35 ℃的烘箱干燥2 d，干燥后研磨過100目篩，裝袋備用。

1.3.2 淀粉含量測定

利用淀粉含量檢測試劑盒對12種釀酒制曲小麥的總淀粉含量、直鏈淀粉含量進行測定。支鏈淀粉含量=總淀粉含量-直鏈淀粉含量。

1.3.3 淀粉的糊化特性

準確稱取3.0 g小麥淀粉至樣品罐，使用黏度儀對待測淀粉樣品進行測定，獲得糊化溫度、峰值黏度、谷值黏度、最終黏度，并獲得衍生參數：破損值（峰值黏度-谷值黏度）及回生值（最終黏度-谷值黏度），具體操作參考YANG Q H等[17]的研究方法。

1.3.4 淀粉的熱力學參數測定

首先稱取3 mg的小麥淀粉，精準放置于坩堝中，加入9 μL去離子水混合，加蓋后于4 ℃冰箱中保存10 h。使用差示掃描量熱儀測試樣品的熱力學參數，以空坩堝為對照，具體操作如下：首先調制實驗儀器所需的氣壓，然后開啟儀器設置實驗參數：使儀器加熱至30 ℃時，以10 ℃/min的速率加熱至100 ℃。通過最后的測試曲線分析記錄淀粉糊化起始溫度、峰值溫度、終止溫度和糊化焓[18]。

1.3.5 淀粉透明度測定

將待測小麥淀粉配制成1 g/mL的淀粉乳，水浴鍋升溫至95 ℃，將樣品放入水浴30 min，待樣品冷卻至室溫后，使用分光光度計以蒸餾水為對照，在波長620 nm處測定其透光率[19]。

1.3.6 淀粉凍融穩定性測定

將20 mL質量分數為3%的淀粉乳沸水浴加熱糊化15 min，待其冷卻至室溫后，將樣品于-18 ℃條件下冷凍24 h，自然解凍后以4 000 r/min離心20 min，去除上清液，稱取沉淀物質量，析水率參考文獻[20]計算，其計算公式如下：

1.3.7 溶解度和膨脹度的測定[21]

稱取小麥淀粉0.2 g（m1），將其置于50 mL的離心管，加入蒸餾水配制成2%的淀粉乳，設置溫度梯度50 ℃、70 ℃、90 ℃，在3種溫度下分別加熱攪拌30 min，然后分別以4 000 r/min離心10 min，將上層清液烘干至質量恒定，稱定上層清液質量（m2），計算淀粉的溶解度；稱量離心管中剩余沉淀物質量（m3），計算淀粉的膨脹度。其計算公式如下：

1.3.8 數據分析

數據均采用Microsoft Office Excel 2016、SPSS 26.0和Origin 2022b進行處理、分析。

2 結果與分析

2.1 釀酒制曲小麥籽粒淀粉含量分析

在小麥籽粒各項組分中，淀粉含量占比最大，淀粉含量高低對食品加工及釀造過程意義重大[23-24]。支鏈淀粉高的原料所釀的白酒具有綿長、軟甜的特點，而直鏈淀粉越高，淀粉結構緊密，可使蒸煮糊化時間越長，糧香比較濃郁[19]。12種釀酒制曲小麥的籽粒淀粉含量測定結果見表1。

表1 12種釀酒制曲小麥淀粉含量Table 1 Starch contents of 12 kinds of Daqu-making wheat

由表1可知，制曲小麥之間總淀粉含量、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量存在差異，2/3的材料總淀粉含量大于60%、支鏈淀粉含量占比大于70%。部分材料綿麥367、荃麥725、南良麥的總淀粉含量小于60%，但支鏈淀粉含量占比均大于72%，直鏈淀粉與支鏈淀粉的比值均小于1∶2。泛麥5號的總淀粉含量最低，為58.71%；天民184的總淀粉含量最高，為65.37%；川麥93支鏈淀粉含量占比最低，為68.17%；鄂麥596支鏈淀粉占比最高，為75.04%。結果表明，不同釀酒制曲小麥淀粉含量差異較大，但淀粉總含量普遍較高，平均支鏈淀粉含量占總淀粉含量的70%以上。

2.2 釀酒制曲小麥淀粉糊化特性分析

12種釀酒制曲小麥淀粉糊化特性測定結果見表2。由表2可知，各制曲小麥淀粉糊化參數差異顯著（P＜0.05）。南良麥與禾美988淀粉受熱膨脹范圍最大，淀粉糊化峰值黏度顯著高于其他釀酒小麥（P＜0.05）。

表2 12種釀酒制曲小麥淀粉的糊化特性Table 2 Pasting properties of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

淀粉糊化谷值黏度可反映高溫條件下淀粉的抗剪切能力，對食品加工有重要影響，谷值黏度越小，淀粉抗剪切能力越強[25]。釀酒小麥的谷值黏度小于2 000 cP的材料占比58.33%，分別為：茅曲1號、泛麥8號、川麥93、禾美988、天民198、綿麥367、南良麥。破損值反應淀粉的抗加熱能力，體現淀粉糊的熱穩定性，破損值越小，淀粉抗加熱能力越強[18]。釀酒制曲小麥中破損值低于2 000 cP的材料占比66.67%，分別為：茅曲1號、泛麥5號、川麥93、紫麥19、天民184、鄂麥596、綿麥367、荃麥725，這8種制曲小麥淀粉熱穩定性更好。回生值反應淀粉冷卻穩定性，體現淀粉糊的回生程度，回生值越小，淀粉冷糊穩定性越強[26]。12種制曲小麥只有4種即泛麥8號、川麥93、天民184和綿麥367的淀粉回生值顯著低于其他制曲小麥（P＜0.05），說明這4種制曲小麥冷卻后不易回生。本研究中，川麥93和綿麥367相比較其他10種制曲小麥，谷值黏度、破損值和回生值均低于2 000 cP，表現出較強的抗剪切能力和穩定性。

2.3 釀酒制曲小麥淀粉的熱特性

在水熱過程中，淀粉吸水膨脹后，分子內及分子間的氫鍵往往會被切斷，隨后淀粉分子擴散，在這個過程中能量的變化用DSC曲線描述，主要參數包括起始溫度、峰值溫度、終止溫度以及熱焓值，各釀酒制曲小麥的淀粉熱力學參數指標見表3。由表3可知，起始溫度為59.40～61.79 ℃，峰值溫度為63.04～65.66 ℃，終止溫度為75.88～83.88 ℃，熱焓值為7.07～13.90 J/g。淀粉溶解過程所需能量情況可由熱焓值反映，熱焓值越大，所需能量越多[27]，較高的起始溫度、峰值溫度、終止溫度體現淀粉的結晶結構更加穩定[28]。較高的熱焓值及糊化溫度，會使淀粉糊化黏度增大，最終使白酒釀造操作過程增加難度。由表3可知，泛麥8號和天民184的熱焓值顯著高于其他品種（P＜0.05），說明這兩個品種淀粉糊化時所需能量最多；泛麥5號的熱焓值最低，為7.07 J/g，說明泛麥5號淀粉糊化時所需能量最少。本研究中，不同材料之間差異顯著（P＜0.05），茅曲1號、泛麥5號、禾美988、紫麥19、天民198的熱焓值較低，其余材料的熱焓值超過了10 J/g。

表3 12種釀酒制曲小麥淀粉熱力學參數Table 3 Thermodynamic parameters of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.4 釀酒制曲小麥淀粉透明度

淀粉透明度的大小通常用透光率表示，透光率越大，淀粉的透明度越大。淀粉的透明度能夠影響食品的色澤外觀[29-30]，12種制曲小麥的淀粉透明度測定結果見圖1。

圖1 12種釀酒制曲小麥的淀粉透明度Fig.1 Transparency of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

由圖1可知，12種制曲小麥的淀粉透明度為12.60%～22.00%，荃麥725、天民198的淀粉透明度顯著高于其他制曲小麥（P＜0.05），分別為22.00%、19.77%；川麥93的淀粉透明度最低，為12.60%；泛麥5號、泛麥8號、川麥93、紫麥19、天民184、鄂麥596、綿麥367這7個材料之間透明度無顯著差異（P＞0.05），為12%～15%。

2.5 釀酒制曲小麥淀粉凍融穩定性

淀粉的凍融穩定性可以衡量淀粉在加工過程和運輸過程中，承受淀粉糊冷凍和解凍過程引發的不良物理變化的能力[31]，直接影響淀粉加工食品的風味、口感及質地，同時影響淀粉發酵的穩定性。淀粉的析水率可以表示淀粉的凍融穩定性，析水率越低，凍融穩定性越好。12種釀酒小麥的淀粉析水率測定結果見圖2。由圖2可知，天民198、綿麥367的淀粉析水率顯著高于其余10種釀酒小麥（P＜0.05），綿麥367的淀粉析水率較高，說明其淀粉凍融穩定性最差；天民184的淀粉析水率最低，說明天民184淀粉凍融穩定性最好。超過1/2的釀酒制曲小麥淀粉析水率＜50%，分別為：茅曲1號、泛麥5號、泛麥8號、川麥93、禾美988、紫麥19、天民184，相對其余5種釀酒制曲小麥淀粉凍融穩定性較好。

圖2 12種釀酒制曲小麥的淀粉析水率Fig.2 Precipitation rates of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.6 釀酒制曲小麥淀粉溶解度

淀粉的溶解度表現淀粉顆粒在水中加熱過程中溶出能力[32]。而各個品種的基因型不同，對淀粉組成和淀粉結構有決定性作用[33]，從而影響淀粉特性。12種釀酒制曲小麥淀粉的溶解度測定結果見表4。由表4可知，各個制曲小麥品種在溫度為50～70 ℃時，淀粉的溶解度呈現緩慢增加的狀態，溶解度均小于5%；在70～90 ℃時，淀粉的溶解度呈現快速增加的狀態。各個品種在不同加熱溫度下的淀粉溶解度有顯著差異（P＜0.05），其中禾美988淀粉溶解度在三個溫度梯度下均較高，當加熱溫度上升為90 ℃時，泛麥8號、川麥93、禾美988、紫麥19的淀粉溶解度快速增加，明顯高于其他8種制曲小麥，天民184和鄂麥596在各溫度梯度下的淀粉溶解度均較低。

表4 12種釀酒制曲小麥淀粉的溶解度Table 4 Solubility of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.7 釀酒制曲小麥淀粉膨脹度分析

淀粉的溶解度和膨脹度反應出水分子與其的相互作用能力，從而影響白酒發酵[19]。12種釀酒制曲小麥淀粉的膨脹度測定結果見表5。由表5可知，12種釀酒制曲小麥的淀粉膨脹程度隨著溫度的升高快速增加。在溫度上升到90 ℃時，所有制曲小麥的淀粉膨脹度超過了13 g/g，其中荃麥725的膨脹度在50 ℃和90 ℃時，顯著高于其他11種制曲小麥（P＜0.05），分別為2.83 g/g、17.22 g/g；天民184、鄂麥596、綿麥367的膨脹度在高溫90 ℃顯著低于其他釀酒小麥（P＜0.05），分別為13.92 g/g、13.52 g/g、13.68 g/g，不同的制曲小麥在各溫度梯度下淀粉膨脹度存在明顯差異，可能與淀粉來源、形態、結構等因素相關[34]。

表5 12種釀酒制曲小麥淀粉的膨脹度Table 5 Swelling power of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.8 釀酒制曲小麥籽粒淀粉各指標相關性分析

淀粉的理化性質受到淀粉的組成、結晶區域、顆粒形狀影響[35]，對釀酒制曲小麥的籽粒淀粉含量及特性進行相關性分析，結果見圖3。由圖3可知，淀粉中支鏈淀粉含量與淀粉的析水率、谷值黏度呈顯著正相關（P＜0.05），與淀粉破損值呈極顯著負相關（P＜0.01），而糊化最終黏度與淀粉中支鏈淀粉含量呈極顯著正相關（P＜0.01）；釀酒制曲小麥淀粉中支鏈淀粉含量越高使淀粉的凍融穩定性及淀粉抗剪切能力越差，淀粉的抗加熱能力越強，這有可能是受到支鏈淀粉的結構、鏈長影響[36]。

圖3 12種釀酒制曲小麥籽粒淀粉各指標的相關性分析結果Fig.3 Correlation analysis results of grain starch various indexes of 12 kinds of Daqu-making wheat

淀粉析水率與淀粉溶解度及糊化峰值黏度呈顯著負相關（P＜0.05），表明淀粉凍融穩定性越好會使淀粉受熱溶解程度變大、糊化膨脹范圍變廣。淀粉的膨脹度、溶解度與破損值呈顯著正相關（P＜0.05），說明淀粉受熱溶解度、膨脹度越大，淀粉糊的熱穩定性越差。淀粉膨脹度與淀粉糊化峰值黏度、析水率及糊化溫度呈顯著正相關（P＜0.05），這可能是因為當受熱溫度接近淀粉的糊化溫度時，淀粉微晶束結構開始松動，使淀粉顆粒吸收周圍水分能力增強，膨脹勢不斷增大[37]。熱力學參數與淀粉糊化回生值之間均呈極顯著負相關（P＜0.01），說明品種間這一特征變化趨勢相似。

2.9 釀酒制曲小麥籽粒淀粉各指標聚類分析

對12種釀酒制曲小麥的淀粉含量及特性進行系統聚類分析，方法選擇組間聯接，數據分析之前先進行標準化，結果見圖4。由圖4可知，在平方歐氏距離20.0處，12種釀酒小麥被聚為4大類。類群I包括泛麥8號、川麥93、天民198、綿麥367四個品種，類群II包括泛麥5號、紫麥19、禾美988、南良麥、茅曲1號，類群III包括天民184、鄂麥596，類群IV包括荃麥725。

圖4 12種釀酒制曲小麥籽粒淀粉性狀聚類分析結果Fig.4 Cluster analysis results of grain starch characteristics of 12 kinds of Daqu-making wheat

通過對12種釀酒制曲小麥進行聚類分析發現，類群1的制曲小麥的淀粉破損值、回生值及谷值黏度低于其他類群，類群2的熱焓值、起始溫度較低，類群3的總淀粉含量、淀粉中支鏈淀粉占比較高，透明度、溶解度、膨脹度較低。類群4的荃麥725的淀粉透明度、膨脹度較高。

2.10 討論

釀造生產中小麥籽粒總淀粉含量及淀粉中直鏈淀粉含量與支鏈淀粉的比例會影響出酒率的高低及酒的品質[38]。同種作物不同品種之間，淀粉含量、組分及淀粉特性差異較大[22]。本研究中12種釀酒制曲小麥淀粉含量差異較大，但淀粉總含量普遍較高，支鏈淀粉含量占總淀粉含量的70%以上。淀粉中支鏈淀粉含量越高，淀粉糊化后不易回生，穩定性越好[39-40]。釀酒小麥不同淀粉性狀相關性表明，淀粉中支鏈淀粉含量與淀粉糊熱穩定性呈極顯著正相關（P＜0.01），與淀粉糊凍融穩定性呈顯著負相關（P＜0.05）。

田新惠等[41]對不同釀酒高粱的淀粉理化性質研究發現，白酒發酵與淀粉的透明度、溶解度和膨脹度有直接關系。本研究結果表明釀酒制曲小麥淀粉理化特性間關聯度強，淀粉的透明度與淀粉膨脹度及糊化溫度呈顯著正相關（P＜0.05），淀粉凍融穩定性與溶解度、糊化峰值黏度均呈顯著正相關（P＜0.05），淀粉的膨脹度、淀粉溶解度兩者呈極顯著正相關（P＜0.01），這兩個指標與淀粉破損值呈顯著正相關（P＜0.05），淀粉熱力學參數均與淀粉回生值呈極顯著負相關（P＜0.01）。

小麥淀粉糊熱穩定性在釀酒制曲中非常重要。淀粉溶解過程所需能量情況可由熱焓值反映，熱焓值越大即所需能量越多，同時淀粉糊化溫度越高，淀粉糊的黏度越大，會造成釀造過程操作難度增加[19]。

制曲小麥的淀粉含量與淀粉品種特性與曲塊的形成、釀酒微生物種群的生長、發酵底物的發酵差異及最終釀酒品質的形成都有明顯的影響，了解釀酒制曲小麥材料之間淀粉品質構成、內在結構、理化特性等方面的差異和形成機理，將會為釀酒制曲小麥的品質研究、品種選用以及優質生產提供理論依據。

3 結論

12種釀酒制曲小麥平均支鏈淀粉含量占總淀粉含量的70%以上，釀酒小麥之間淀粉特性差異明顯。不同淀粉性狀相關性表明，各淀粉品質指標之間關聯性強，淀粉中支鏈淀粉含量與淀粉糊熱穩定性呈極顯著正相關（P＜0.01），淀粉的膨脹度、淀粉溶解度兩者呈極顯著正相關（P＜0.01），淀粉熱力學參數均與淀粉回生值呈極顯著負相關（P＜0.01）。

基于17個淀粉品質指標，通過聚類分析將12種釀酒小麥分為4大類，第I類泛麥8號、川麥93、天民198、綿麥367淀粉糊化穩定性優于其他類群；第II類泛麥5號、紫麥19、禾美988、南良麥、茅曲1號熱焓值、起始溫度較低；第III類天民184、鄂麥596總淀粉含量、淀粉中支鏈淀粉占比高于其他類群；第IV類荃麥725淀粉透明度、膨脹度相對其他類群較好。