两种高粱的酿造特性对比研究

李媛媛，邓杰，郑若欣，姚亚林，程铁辕，卫春会，黄治国，*，任志强，*

（1.四川轻化工大学酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川宜宾644000；2.四川国检检测有限责任公司，四川泸州646000；3.宜宾海关，四川宜宾644000）

高粱是食品配料、淀粉生产、工业酒精与生物物质产品的重要原料。此外，高粱还是白酒酿造的主要原料[1-2]。在白酒酿造中，粮食的发酵与其淀粉特性有很大关系[3-4]，而高粱的支链淀粉含量高、蛋白质含量适中、脂肪含量低并含适量单宁、灰分及粗纤维而且相对于其他淀粉质原料来说结构较疏松，蒸煮后易被酿酒微生物利用，因此高粱是酿酒的首选原料[5-7]。

高粱按品种和性质可分为糯高粱和粳高粱，但是无论是茅台、五粮液还是泸州老窖均选用当地生产种植的糯高粱作为酿造原料[8-10]，并且大量的文献和传统工艺的经验所得，糯高粱酿造出的酒酒质比粳高粱好[11]，但是目前的研究几乎没有对糯高粱比粳高粱酿酒好的原因进行详细的剖析，更加没有报道去探索一些简便的方法能够提升糯高粱酿造的小曲酒的酒质[12-13]。

因此，本研究以糯高粱和粳高粱为研究对象，通过对两种高粱及其在小曲酒酿造过程中的理化性质进行对比分析；同时通过添加辅料进行酿造工艺的调节，以期找到糯高粱、粳高粱在小曲酒发酵中的差异，为解析这两种高粱的酿造特性差异提供数据支撑，进而进行酿造工艺的优化，为优质小曲酒的生产提供理论基础，为酿酒工业中高粱原料的应用提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小曲：四川省申联生物科技有限责任公司所生产的白酒清香小曲；高粱：市售的粳高粱与糯高粱。

1.2 主要试验仪器

7890A型气相色谱仪：安捷伦公司；UV-120型紫外可见分光光度计：翱艺仪器有限公司；Starter2100型pH计：奥豪斯仪器有限公司；Bio-Best200E型凝胶成像分析系统：上海旦鼎国限贸易有限公司；SHP生化培养箱：北京中兴伟业仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料的理化指标测定

酒糟的酸度：采用国家标准GB/T 10345-2007《白酒分析方法》测定[14]。水分和淀粉含量：参照相关谷物及谷物制品国标分析方法进行测定[15-16]。

糖化力、发酵力和微生物数量的测定：按照五粮液企业技术标准执行（2005年颁布）。糖化力：1 g绝干曲在30℃、pH 4.6的条件下利用2.0%的可溶性淀粉糖化60 min所生成葡萄糖的质量（mg），即mg/（g·h）；发酵力：1 g绝干曲在30℃下利用8%的蔗糖发酵72 h产生 CO2的质量（g），即 g/（g·72 h）[17]。微生物计数：称取1 g酒醅和小曲，分别加入装有45 mL无菌水的三角瓶中，180 r/min摇床15 min，采用稀释涂布平板法[18]依次涂布于牛肉膏蛋白胨平板、土豆培养基平板和察式培养基平板上。

1.3.2 实验室模拟固态发酵方法

1）将5 kg高粱，泡粮8 h，隔水蒸90 min。出甑打量水，控制总水分约53%，冷却至25℃左右。

2）将辅料糠壳清蒸30 min，而后摊凉以除杂味，按照粮食质量的10%、20%加入到摊凉的高粱中，以不加辅料为对照。

3）辅料与原料混匀后将小曲以2%（质量比）的比例进行添加，混匀。

4）将原料、辅料以及曲粉、鲜糟混匀后，以加不同量的辅料为区分分为3组（包含对照组），在5 L的不锈钢桶中加入相同质量的混匀后的发酵物料，置于28℃培养箱中发酵，发酵周期为7 d。

蒸馏：发酵结束后，取1 000 g发酵酒醅，利用小型蒸馏器进行蒸馏，接取馏出液100 mL。

1.3.3 乙酸乙酯测定方法

采用气相色谱测定法：将酒样60℃平衡20 min，萃取30 min；气相色谱条件：DB WAX（60 m×250 m×0.25 μm）色谱柱：载气为高纯 He，流速 1 mL/min，进样口温度230℃：程序升温：初始温度为60℃保持1 min，然后以8℃/min的升温速率升至180℃保持2 min，再以15℃/min到230℃，保持5 min。质谱条件：电子离子源（EI），70 eV电子能量，采集模式为全扫描，质量范围（20～550）amu，离子源温度 230℃，四级杆温度150℃，接口温度230℃。

1.4 数据处理方法

两种高粱质量指标的试验结果用平均值±标准差表示，使用SPSS 19.0软件中的一般线性模型单因素Duncan法对数据进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 高粱的理化性质

水分含量是粮食保存过程中需要严格控制的指标；水分含量过高，粮食容易霉变，降低粮食品质；优质的酿酒原料水分需要控制在一定的范围。淀粉是粮食在酿酒中重要组成成分，微生物将淀粉利用分解成单糖，而后在酶的作用下生成酒精、二氧化碳和其他物质，所以在酿酒的过程淀粉是重要原料组成成分之一。

两种高粱的理化性质见表1。

表1 两种高粱的理化性质Table 1 Physicochemical properties of two sorghum

如表1所示，两种高粱的水分和粗淀粉含量的差异不显著（P＞0.05），主要差异表现在易糊化的支链淀粉含量占比上，糯高粱的支链淀粉含量极显著高于（P＜0.01）粳高粱。

2.2 小曲的理化性质

小曲作为小曲酒酿造中微生物的来源，小曲的品质关系着酒体的品质。小曲的发酵力、糖化力和其所含微生物种类需满足一定要求才能够达到酿酒的所需条件，小曲各个理化性质如表2所示。

表2 小曲的理化性质Table 2 Physical and chemical properties of Xiaoqu

如表2所示，本研究所使用的小曲具备酿酒所需的条件，可以用来进行接下来的酿酒试验。

2.3 高粱的出酒率

出酒率是蒸馏出的酒与投入发酵时粮食的质量比，出酒率是酿酒中重要的指标之一。两种高粱的出酒率如图1所示。

如图1所示，两种高梁的出酒率（折65%vol）的差异是极显著（P＜0.01）的。结合表1可知，糯高粱的支链淀粉含量比粳高粱更多，对于酿酒高粱来说，易糊化的支链淀粉含量越高，微生物便能利用更多的淀粉分解成葡萄糖，再由酵母菌将葡萄糖发酵生成酒精，因此导致了糯高粱的出酒率高于粳高粱。

2.4 酒糟中的残淀含量

图1 两种高粱的出酒率Fig.1 Two sorghum drinking rates

酒糟中的淀粉含量代表着发酵后剩余的淀粉含量，与高粱的原始淀粉含量结合起来分析可以反应出淀粉的利用率。两种高粱的淀粉含量如图2所示。糯高粱发酵前、后和粳高粱发酵前、后电镜图见图3。

图2 两种酒糟的淀粉量Fig.2 The amount of starch in two distiller's grains

图3 糯高粱、粳高粱发酵前、后电镜图Fig.3 Electron microscopy of glutinous sorghum and japonica sorghum before and after fermentation

如图2可知，糯高粱的残留淀粉显著（P＜0.05）低于粳高粱；此外，如图3所示，对两种高粱发酵前后淀粉颗粒的电镜图可知，糯高粱和粳高粱发酵前都能看到明显的淀粉小颗粒，但在发酵后，糯高粱的淀粉小颗粒几乎都已分解完全，但是粳高粱中的淀粉小颗粒还残留很多；而从表1所知，两种高粱的粗淀粉含量差距是不明显的，而粳高粱的直链淀粉含量太高，直链淀粉又不易糊化，因此，导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数量、糖化力和发酵力

微生物在酿酒过程中将淀粉分解成葡萄糖并且能够代谢产出一些白酒中重要的香味物质，所以说微生物是酿酒过程中必不可缺的。高粱酒醅中各指标如图4所示。

图4 两种高粱酒醅中微生物含量、糖化力和发酵力Fig.4 Microbial content，saccharification power and fermenting power of two sorghum wine cellars

如图4，无论在细菌还是酵母的数量来看，粳高粱都是显著大于（P＜0.05）糯高粱的；在糖化力（1 h内，1 g酒醅生成葡萄糖的质量）方面，粳高粱糖化力为2.17mg/（g·h），而糯高粱为1.3 mg/（g·h），且差异显著（P＜0.05）；粳高粱和糯高粱的发酵力分别为22.63、14.47g/（g·72h），且差异显著（P＜0.05）。综上，粳高粱在这3个指标上都要高于糯高粱，说明粳高粱的糖化效果更好，其可能的原因是因为粳高粱对应的糟醅黏度低，透气性更好，使得微生物能有充足的氧气繁殖，才会导致其糖化力和发酵力高。这也提示我们，可以通过添加辅料的方式改变糟醅的透气程度，进而优化糖化效果。粳高粱有更好的糖化效果，但出酒率却低于糯高粱，则从侧面说明了糯高粱更适合酿酒。

2.6 两种高粱乙酸乙酯产量及酒糟的酸度

两种高粱的乙酸乙酯含量和酒糟的酸度如图5所示。

图5 两种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体香味成分，如图5A所示，粳高粱和糯高粱产酒中乙酸乙酯的量分别为0.53、0.32 g/L，且差异显著（P＜0.05），其可能的原因是由于物料透气性更好。酸度的大小主要是由产酸微生物进行有机酸代谢以及脂肪、淀粉和蛋白质的降解[19]形成的，如图5B所示，糯高粱酒醅中酸度（100 g酒糟消耗1 mmol NaOH为1度酸度）是显著（P＜0.05）大于粳高粱的，说明糯高粱中产酸微生物很多，才会使得糯高粱酒醅酸度高于粳高粱。

为了验证粳高粱乙酸乙酯含量高是因为物料透气性更好的推测，对粳高粱进行了不同的处理来改变其透气性，考察产酒中乙酸乙酯的量。

2.7 对粳高粱处理工艺的探究

粳高粱不同工艺对乙酸乙酯的影响和加不同量的辅料对出酒量、乙酸乙酯量的影响见图6。

图6 粳高粱不同工艺对乙酸乙酯的影响和加不同量的辅料对出酒量、乙酸乙酯量的影响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

如图6A所示，粳高粱在蒸粮后再粉碎和粉碎后再进行蒸粮的乙酸乙酯产量分别为1.1、0.16 g/L，差异是极显著（P＜0.01）的。其原因是粳高粱在蒸粮后再粉碎，可提高疏松程度和透气效果。先粉碎后蒸粮，糊化后的物料更黏，透气效果太差。由此可知改变通气效果，可改变乙酸乙酯的量。但是由于对熟料进行粉碎不易操作，且容易染菌，所以考虑以添加辅料的方式较为简便。对粳高粱中加入不同量的辅料，如图6B，不添加辅料和添加10%、20%辅料的出酒量差异是显著（P＜0.05）的，如图6C，添加20%辅料和不添加辅料、添加10%辅料差异是显著（P＜0.05）的，说明对粳高粱中添加辅料会对出酒量和产酒中乙酸乙酯量有一定影响。

2.8 加辅料对糯高粮酿造酒的影响

加辅料对糯高粱的出酒量和乙酸乙酯量的影响见图7。

图7 加辅料对糯高粱的出酒量和乙酸乙酯量的影响Fig.7 Effect of adding auxiliary materials on the amount of alcohol and the amount of ethyl acetate in sorghum

根据对粳高粱处理工艺的探究，对于糯高粱，也可通过添加辅料的方式改善糖化效果和提升乙酸乙酯的量，如图7A，不添加辅料、添加10%和20%辅料的1 000 g酒醅的出酒量分别为 396.7、453.3、353.3 mL，其差异都是显著（P＜0.05）的。如图7B，不添加辅料、添加10%和20%辅料的产酒中乙酸乙酯的量分别为0.33、0.53、0.35 g/L，其差异也是显著（P＜0.05）的。综合糯高粱产酒和产酯来考虑，在糯高粱中添加10%的辅料可取得较好的效果。1 000 g酒醅的出酒量能达到450mL（折65%vol），产酒中乙酸乙酯的量达到0.53g/L。

3 结论

对糯高粱和粳高粱的水分、粗淀粉、直链淀粉、支链淀粉、出酒率和产酒中乙酸乙酯含量等质量指标进行测量和分析，结果表明：两种高粱的水分和粗淀粉差异不显著（P＞0.05），而糯高粱的直链淀粉显著低于（P＜0.05）粳高粱，但是糯高粱的支链淀粉显著高于（P＜0.05）粳高粱，由于淀粉含量的差异，导致了两种高粱出酒率的不同，且糯高粱的出酒率显著高于（P＜0.05）粳高粱，在产酒中乙酸乙酯含量方面，糯高粱是显著低于（P＜0.05）粳高粱。再对两种高粱酒糟的微生物数量、糖化力和发酵力等指标进行测量对比，结果显示：粳高粱在这3个指标上都是显著高于（P＜0.05）糯高粱的，表明粳高粱的糖化效果是优于糯高粱的，可能是因为粳高粱的酒醅更加疏松，由此引发了对酒醅处理工艺的探究，发现添加辅料的方式可以改善糯高粱的糖化效果，最后，综合糯高粱在添加不同量辅料下出酒量和乙酸乙酯量，最终得到添加10%的辅料，1 000 g糯高粱酒醅的出酒量能达到450 mL（折65%vol），乙酸乙酯的量能达到0.53 g/L。通过本研究对糯高粱原料处理工艺的探究，改善了糯高粱的出酒量和产酒中乙酸乙酯的量，为以后糯高粱小曲酿造提供了理论基础。