一种评价酱香型白酒酿造过程高粱蒸煮程度的技术研究

卢 君，唐 平，山其木格，王 凡，王 丽，毕荣宇，梁青松，冯海燕，孟天毅，李长文*

（1.贵州国台酒业股份有限公司，贵州仁怀 564501；2.天士力控股集团有限公司研究院，天津 300410）

我国用高粱酿制白酒已有700多年的悠久历史[1]，酱香型白酒的生产是采用的支链淀粉含量在88%以上的糯高粱作为主要的酿酒原料[2]。正是由于糯高粱粒小皮厚、玻璃质含量高、淀粉基本为支链淀粉的物理性状，才满足了酱香型白酒酿造工艺中要求的“九次蒸煮，八次发酵”的回沙工艺[3-5]；也正是由于糯高粱中的单宁、蛋白含量适中，脂肪含量较低，无机元素及维生素含量丰富的特点，决定了酱香型白酒独特而丰富的香气和口感[6-8]。近些年来，酱香型白酒企业愈发重视对高粱质量的管理，“把田间地头当作生产的第一车间”。对于酿酒企业来说，高粱理化性状的差异首先影响的就是生产时“润粮和蒸粮”的程度。

“蒸粮”主要是为了实现在润粮的基础上使高粱中的淀粉颗粒进一步吸水、膨胀，进而糊化，使得淀粉结构发生变化，有利于微生物的利用和代谢[9-15]。对于酱香型白酒酿造，“蒸粮”是一个非常重要的工艺环节，高粱蒸煮程度合适与否直接决定着全年酿酒生产的成败。目前，评价酱香型白酒酿造过程高粱蒸煮的方法主要是依靠有经验的酿酒工人的感官判断，评价标准多见于“七分熟、八分熟、柔熟”等主观描述。然而，这是一种基于经验式的判断，不利于蒸粮程度及酿酒过程的稳定性控制。“蒸粮”过程主要表现为淀粉的糊化过程，而糊化过程的原理是热诱导下淀粉颗粒从有序状态到无序状态的演变过程。因此，淀粉的糊化程度是表征“蒸粮”程度的重要指标。近年来有研究通过高粱的热力学特性和黏度特性来评价高粱淀粉的糊化特性[5，16-20]，但这种方法并不能直接评价酿酒过程中高粱的蒸煮性能。也有学者采用酶解法或淀粉显色法来直接评价酿酒过程中高粱蒸煮的程度[21-27]，这种方法方便、快捷、易操作。但是，应用此方法对于酱香白酒蒸粮程度评价和相关影响因素的研究很少，且对酱香白酒蒸煮程度数据标准建立的研究，尚未见报道。本研究在酶解法的基础上进一步细化操作方法和流程，建立高粱蒸煮程度评价的糊化度模型，并且针对酱香型白酒酿造的工艺特点，探索高粱粉碎度、润粮温度、粮醅酸度、粮醅返生时间、高粱硬度和蒸煮压力等生产指标对于高粱蒸煮程度的影响，并利用糊化度指标来科学的解析“七分熟、八分熟”的数据标准，切实指导酱香白酒企业在下沙、糙沙生产过程中的工艺把控。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

贵州本地红缨子高粱：源自酒厂下沙和糙沙生产过程。

硫酸铜（分析纯）：重庆市川江化学试剂厂；次甲基蓝（生物指示剂）：天津市科密欧化学试剂厂；酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氰化钾、盐酸（均为分析纯）：成都市科龙化工试剂厂；无水葡萄糖（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；糖化酶（20万U/g）：天津普瑞思生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

ZN28YC808-130苏泊尔（SUPOR）电蒸锅：浙江苏泊尔股份有限公司；DGG-101-1BS电热鼓风干燥箱：天津市天宇实验仪器有限公司；DK-S26电热恒温水浴锅：上海森信实验仪器有限公司；SCC2010T电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；PMK423ZH-E电子天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；GWJ-2谷物硬度计：杭州绿博仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 基于糊化度指标的高粱蒸煮程度评价模型的建立方法

经典酶解法工艺流程为取待测定出甑糟醅等质量2份，编号分别为A、B，加适量水，A样直接加糖化酶液糖化，B样加盐酸酸解。分别测A样、B样的还原糖含量，A样与B样的还原糖比值即为该样品的糊化率[23-25]。该方法基于经典酶解法[23-25，27]的基础上适当修改，建立了适合酱香型白酒酿造过程中高粱蒸煮程度检测的方法，该方法操作简单，适合在酒厂化验室落地应用。

本研究建立的工艺流程如下：

（1）高粱粉碎：高粱粉碎后，利用两个不同目数的标准筛，制备得到“整颗粒”样品，直径在2～4 mm；“碎颗粒”样品，直径在1～2 mm；取“整颗粒”样品，加入沸水使其完全浸泡，浸泡1 h后倒置过夜；取“碎颗粒”样品，加入占其体积50%的沸水搅拌均匀，润粮过夜。

（2）分装：取1 000 mL烧杯，加入浸泡过夜的“整颗粒”样品90 g和浸泡过夜的“碎颗粒”样品10 g，混匀，控制混合物的水分含量为37%左右，纱布包裹，并贴好标签。

（3）蒸粮：将上述纱布包裹的样品放入家用电蒸锅中，1 300 W条件下蒸煮不同时间。

（4）糖化：将蒸煮后纱布中高粱取出立即放入1 000 mL烧杯中，加入190 g纯水（预热至60 ℃）。纱布浸泡取水（充分将纱布上的糖液洗干净），并加入乳酸溶液调pH4.5和5 mL糖化酶溶液（3 000 U/mL），混匀后在60 ℃水浴锅中糖化1 h。

（5）灭酶：糖化结束后，立即煮沸2 min，进行糖化酶的灭活。

（6）糖液制备：用脱脂棉过滤酶解液，定容于500 mL容量瓶中，混匀后取50 mL，存放于冰柜（-20 ℃），以备检测还原糖含量。

1.3.2 理化指标测定方法

还原糖、淀粉检测采用菲林滴定法；水分检测采用烘干法；酸度测定采用酸碱滴定法；具体检测方法参见沈怡方编著的《白酒生产技术全书》[28]。高粱硬度检测采用谷物硬度计[29]。

计算蒸煮后粮醅的糊化度，其计算公式如下：

式中：0.9为葡萄糖和淀粉的换算系数。

另外，针对生产实际过程中利用甑锅蒸粮的样品，仅需更换样品，执行1.3.1（3）～（6）即可完成“糊化度”指标的检测。

1.3.3 不同生产参数对于糊化度指标影响的实验

（1）粉碎度对糊化度的影响

人工配比不同粉碎度的高粱样品，即按照1.3.1（1）中描述方法制备5个不同粉碎度的样品组合，碎整比分别为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5。（碎整比为“碎颗粒”样品与整颗粒”样品的比）除粉碎度变化，其余步骤按照上述1.3.1方法进行糊化、酶解和测定还原糖，对比高粱不同粉碎度对糊化度指标的影响，每个样品均有3个平行样。

（2）润粮温度对糊化度的影响

设置4组不同润粮温度的实验，即润粮时分别用65 ℃、75 ℃、85 ℃、95 ℃的水进行润粮。除润粮温度变化，其余步骤按照上述1.3.1方法进行糊化（蒸煮时间均为120 min）、酶解和测定还原糖，对比不同润粮温度对糊化度指标的影响，每个样品均有3个平行样。

（3）酸度对糊化度指标的影响

设置5组不同酸度的实验，即在样品入蒸锅蒸煮之前，利用乳酸溶液分别将样品的酸度调至0.017 mol/kg、0.034 mol/kg、0.068 mol/kg、0.102 mol/kg、0.136 mol/kg。除高粱的酸度变化，其余步骤按照上述1.3.1方法进行糊化（蒸煮时间均为120 min）、酶解和测定还原糖，对比不同酸度对糊化度指标的影响，每个样品均有3个平行样。

（4）返生时间对糊化度指标的影响

设置5组不同返生时间的实验，即在样品蒸煮取出后分别室温（28～30 ℃）静置返生0、30 min、60 min、90 min、120 min后再进行糖化过程。除静置返生时间变化，其余步骤按照上述1.3.1方法进行糊化（蒸煮时间均为120 min）、酶解和测定还原糖，对比不同返生时间对糊化度指标的影响，每个样品均有3个平行样。

（5）高粱籽粒硬度对糊化度指标的影响

设置3组不同高粱硬度的实验，即选择三家不同供应商提供的高粱（均为贵州本地糯红高粱），检测发现其硬度不同，故作为糊化度检测的3组待测高粱样品，按照上述1.3.1方法进行糊化（蒸煮时间均为120 min）、酶解和测定还原糖，对比不同高粱硬度（（3.65±0.82）kg、（3.42±0.66）kg、（2.93±0.76）kg）对糊化度指标的影响，每个样品均有3个平行样。

（6）蒸煮压力对糊化度指标的影响

设置3组不同蒸煮压力的实验，即利用高压灭菌锅分别设置蒸煮压力为0.075 MPa、0.115 MPa、0.14 MPa，对应的蒸煮温度分别为115 ℃、120 ℃、125 ℃，蒸煮时间均设定为30 min。除蒸煮压力变化，其余步骤按照上述1.3.1方法进行酶解和测定还原糖，对比不同蒸煮压力对糊化度指标的影响，每个样品均有两个平行样。

1.3.4 下沙“七分熟”、糙沙“八分熟”的数据解析实验

（1）根据传统的人工判断方式，对实际生产过程蒸粮后的样品的蒸煮程度进行判定，判定分为8个类别：“七分熟显生”、“七分熟略显生”、“七分熟”、“七分熟略显软”、“八分熟显生”、“八分熟略显生”、“八分熟”、“八分熟略显软”。

（2）利用1.3.2方法，分别检测这8个类别的样品对应的糊化度数据。

（3）将人工感官评价结果与糊化度数据建立关联，确定每个蒸煮程度对应的糊化度数据区间。

1.3.5 数据分析方法

高粱蒸煮糊化度评价模型建立、蒸锅蒸粮与酒甑蒸粮相关性均采用Origin Pro 9.1进行拟合；采用SPSS20.0进行数据处理并进行单因素方差分析，得出不同参数条件下的糊化度数据的均值，方差齐时，用最小显著差异（leastsignificant difference，LSD）法，方差不齐时，用Games-Howell法，在显著性水平α=0.05的前提下对糊化度数据的均值进行显著性差异判别。

2 结果与分析

2.1 高粱蒸煮糊化度评价模型的建立

按照1.3.1方法，对比了高粱在蒸煮不同时间（180 min、150 min、120 min、90 min、60 min、30 min、0 min）下表现出来的糊化度指标，通过三组数据的结果发现，糊化度指标与蒸煮时间存在着明显的对数相关性，结果见图1。由图1可知，对数相关方程：y=19.15+7.74ln（x-0.84），相关系数R2达到了0.978 41，该结果进一步表明了糊化度指标能够反应出高粱的蒸煮状态。

图1 高粱蒸煮糊化度评价模型Fig.1 Evaluation model of gelatinization degree of sorghum cooking

2.2 不同生产参数对高粱蒸煮糊化度指标的影响

2.2.1 高粱粉碎度对糊化度的影响

酱香白酒生产过程的第一步就是高粱粉碎，即“磨粮”过程。传统的酿酒工艺要求下沙生产时高粱的粉碎度为17%～20%，糙沙生产时高粱的粉碎度为27%～30%。高粱粉碎后有利于润粮过程时高粱籽粒充分吸水，进而有利于高粱蒸煮过程时籽粒中的生淀粉转化为糊精。高粱粉碎度的大小直接影响着高粱蒸煮的程度，也决定着全年酿酒生产基酒产质量是否正常。因此，本研究探索了高粱粉碎度与蒸煮糊化度指标的关系，结果见图2。由图2可知，随粉碎度增加，高粱蒸煮糊化度逐渐增加，单因素方差分析表明不同粉碎度条件下高粱蒸煮糊化度差异显著（P＜0.05），并且Pearson相关性检验表明糊化度与粉碎度呈正相关关系（P＜0.01）。

图2 高粱粉碎度与糊化度的关系Fig.2 Relationship between broken sorghum degree and gelatinization degree

2.2.2 润粮温度对糊化度的影响

“润粮”是酱香型白酒酿造工艺中非常重要的一步，润粮操作是否充分，表现为高粱籽粒吸水效果是否符合要求，润粮操作也直接影响着高粱蒸煮的程度，对于酿酒生产来说起到了决定性作用。因此，本研究探索了利用65 ℃、75 ℃、85 ℃、95 ℃的润粮温度对于糊化度指标的影响，结果见图3。由图3可知，随着润粮温度的升高，高粱蒸煮糊化度逐渐增加，单因素方差分析表明不同润粮温度条件下高粱蒸煮糊化度差异显著（P＜0.05），并且Pearson相关性检验表明糊化度与润粮温度呈正相关关系（P＜0.01）。

图3 润粮温度与糊化度的关系Fig.3 Relationship between moistening temperature and gelatinization degree

2.2.3 粮醅酸度对糊化度的影响

在酱香型白酒酿酒生产的蒸粮步骤，要在粮醅中提前混入占高粱7%～10%比例的母糟，主要目的就是增加粮醅的酸度，更加有利于蒸煮过程的淀粉糊化。本研究对比了不同酸度的粮醅条件下，对于糊化度指标的影响，结果见图4。由图4可知，随着粮醅酸度的升高，高粱蒸煮糊化度逐渐增加，单因素方差分析表明不同粮醅酸度条件下高粱蒸煮糊化度差异显著（P＜0.05），并且Pearson相关性检验表明糊化度与粮醅酸度呈正相关关系（P＜0.01）。

图4 粮醅酸度与糊化度的关系Fig.4 Relationship between sorghum acidity and gelatinization degree

2.2.4 返生时间对糊化度的影响

在酱香型白酒酿酒生产过程中，粮醅蒸煮后需要下甑平铺于凉堂之上降温，这个过程如果时间过长，会出现熟淀粉的返生现象。而本研究的糊化度检测方法正是基于糖化酶对熟淀粉的酶解原理，所以，返生时间也是对于糊化度指标的关键影响指标。本研究对比了高粱蒸煮后不同返生时间对于糊化度指标的影响，结果见图5。由图5可知，随着返生时间的升高，高粱蒸煮糊化度逐渐降低，单因素方差分析表明不同返生时间条件下高粱蒸煮糊化度差异显著（P＜0.05），并且Pearson相关性检验表明糊化度与返生时间呈负相关关系（P＜0.01）。

图5 返生时间与糊化度的关系Fig.5 Relationship between the retrogradation time of cooked starch and gelatinization degree

2.2.5 高粱籽粒硬度对糊化度的影响

高粱籽粒的硬度也是决定蒸煮效果的重要指标，茅台镇的酱香型白酒均采用贵州本地小糯红高粱，具有硬度高，耐蒸煮的特点。本研究挑选了3种不同硬度的贵州本地高粱，其籽粒硬度分别为（3.65±0.82）kg、（3.42±0.66）kg、（2.93±0.76）kg，分别蒸煮后，检测糊化度数据，结果见图6。由图6可知，随着高粱籽粒硬度的升高，高粱蒸煮糊化度逐渐降低，单因素方差分析表明不同高粱籽粒硬度条件下高粱蒸煮糊化度差异显著（P＜0.05），并且Pearson相关性检验表明糊化度与高粱硬度呈正相关关系（P＜0.01）。该结果对于酱香型白酒企业在粮食采购环节的质量监控具有重要的指导意义。

图6 高粱硬度与糊化度的关系Fig.6 Relationship between sorghum hardness and gelatinization degree

2.2.6 蒸煮压力对糊化度的影响

在实际生产过程的蒸粮环节采用酒甑带压蒸煮粮食，因而蒸煮时的压力也是决定糊化度指标的重要参数。本研究对比了3组不同蒸煮压力情况下的实验，分别蒸煮后，检测糊化度数据，结果见图7。由图7可知，随着蒸煮压力的升高，高粱蒸煮糊化度逐渐增加，单因素方差分析表明不同蒸煮压力条件下高粱蒸煮糊化度差异显著（P＜0.05），并且Pearson相关性检验表明糊化度与蒸煮压力呈正相关关系（P＜0.01）。虽然目前传统酱香型白酒生产工艺要求的蒸煮压力是固定的，但随着未来机械化生产模式升级，高压蒸煮也可能会成为一种新的蒸粮工艺，本文的结果能够提供基础理论支持。

图7 蒸煮压力与糊化度的关系Fig.7 Relationship between cooking pressure and gelatinization degree

2.3 实验室蒸煮与生产蒸粮的糊化度数据相关性

本研究进一步探讨了实验室蒸煮，即利用电蒸锅蒸煮方式，与生产实际的酒甑蒸粮方式在糊化度数据之间的相关性。目的是想进一步将质量控制的手段提前，在原料入厂时就能够通过实验室蒸煮得到的糊化度数据，来初步制定实际生产过程中的蒸粮时间、粉碎度、母糟添加量等指标，从而指导生产。因此，本研究分别取得实际生产过程中的25份润粮结束后的高粱样品，每份样品再平均分为两份，其中一份在实验室利用电蒸锅蒸煮，另一份（相同润粮堆子的其余高粱）进行酒甑蒸粮操作，通过方法1.3.2的计算公式即可得到糊化度数据。在蒸粮时间、粉碎度、酸度、返生时间、高粱硬度均一致的情况下，发现两种蒸煮方式存在相关性，绘制相关性曲线见图8。

图8 蒸锅蒸粮与酒甑蒸粮糊化度数据的相关性Fig.8 Correlation between the gelatinization data of steamed sorghum with electric steamer and steamed sorghum with Baijiu steamer

由图8可知，相关方程为y=0.825x+0.894，相关系数R2为0.701 45，其中x代表蒸锅蒸粮的糊化度，y代表酒甑蒸粮的糊化度。利用以上相关性结果，就可以在实验室展开参数摸索实验，以糊化度数据为评判指标，根据上述2.2不同生产参数对高粱蒸煮糊化度指标影响的趋势，有方向性的指导制定实际生产过程中的蒸粮参数，进而服务于酿酒生产。

2.4 下沙“七分熟”、糙沙“八分熟”的科学解析和标准建立

本研究分别从酱香型白酒酿造的下沙、糙沙生产阶段选取了不同蒸粮程度的粮醅样品78份和82份。样品首先被经验丰富的生产技师通过传统的感官评定，按照不同蒸粮程度分为8个类别。之后在实验室检测所有样品的糊化度，结果见表1。由表1可知，不同蒸煮程度的粮醅样品均可以匹配特定的糊化度数据区间，关联效果良好。在实际下沙生产过程中就可以确定蒸煮程度的标准为“10%≤糊化度≤16%”；糙沙生产过程中就可以确定蒸煮程度的标准为25%≤糊化度≤32%。

表1 传统感官判定高粱蒸煮程度与糊化度数据关联对应结果Table 1 Correlation and correspondence between the results of traditional sensory judgment of sorghum cooking degree and the results based on gelatinization degree

结果表明，本研究提供了一种评价酱香型白酒生产过程中粮食蒸熟度的模型，来科学的解析“七分熟”、“八分熟”，将传统的经验转化为数据的标准，并应用于指导生产。改变了以往酿酒生产时只能依靠经验判断的方式，使得企业酿酒生产的质量把控能力进一步提高。

3 结论

本研究在充分理解酱香型白酒“蒸粮”过程淀粉物理性状变化的基础上，建立了高粱蒸煮程度评价的糊化度模型，对数相关性方程：y=19.15+7.74ln（x-0.84），其中x代表蒸煮时间，y代表糊化度，模型实现了依靠糊化度数据来评价蒸粮的程度。探明了酱香型白酒酿造过程中不同生产参数对高粱蒸煮糊化度指标的影响，发现粉碎度、润粮温度、粮醅酸度、蒸煮压力和高粱硬度与糊化度指标之间呈正相关关系；粮醅返生时间与糊化度指标之间呈负相关关系。

其次，本研究进一步探讨了实验室蒸煮，即利用电蒸锅蒸煮方式，与生产实际的酒甑蒸粮方式在糊化度数据之间的相关性。发现两种蒸煮方式对应的糊化度数据之间相关系数R2达到了0.701 45，相关方程：y=0.825x+0.894，其中x代表实验室蒸煮方式的糊化度，y代表实际生产时酒甑蒸煮的糊化度，以上相关性结果方便用于在实验室展开参数摸索实验，以糊化度数据为评判指标，指导制定实际生产过程中的蒸粮参数，服务于酿酒生产。最后，利用以上方法，采集了大量酱香白酒实际生产时蒸粮过程中粮醅的糊化度数据，并且与感官数据相关联，建立了实际生产过程中高粱蒸煮程度评价标准，即“七分熟”、“八分熟”的糊化度数据评价标准，有助于科学的评价酱香型白酒下沙、糙沙生产过程粮食蒸煮程度。