Mixolab测定五种酿酒用粮糊化特性的研究

（四川宜宾五粮液股份有限公司，四川宜宾 644000）

Mixolab混合试验仪是一台全自动、多功能、综合性的粉质分析仪，也是一台测定谷物粉团流变学和酶学特性的实验仪器[1]。该仪器功能全面，一次测定可得到同时反映谷物的蛋白粉质特性和淀粉黏度特性的相关曲线，相当于粉质仪与黏度仪的联合功能。如在搅拌力和温度作用下的蛋白质弱化特性，升温时的淀粉糊化特性，保温时的淀粉热糊化热胶稳定性以及冷却阶段糊化淀粉的回生特性[2-4]。

Mixolab 混合试验仪应用范围广泛，可用于软麦、硬麦、大麦、黑麦、稻米、玉米、藜麦等等[5]。用户可自定义实验协议，适合检测各种谷物，也可直接检测生产线取得的面团。采用Mixolab无疑更能准确检测出粉团产品的不足，从而弥补快速黏度仪检测粉团糊化特性的不足，进一步丰富粉团品质的检测方法。本实验以小麦、大米、糯米、玉米、高粱粉为原料，对Mixolab 测定这5 种酿酒原料糊化特性进行了初步探索。目前对酿酒原料用5 种粮食的性质研究集中在淀粉支链占比、膨胀率、冻融稳定性及糊化回生等方面，小麦、大米、糯米、玉米、高粱的收储验收更是以感官为主[6]。本研究在梳理优化现有5 种粮食加工指标的基础上，采用Mixolab混合试验仪针对高粱、大米、糯米、小麦、玉米样品的粉团流变学特性，建立稳定可靠的Mixolab 测定5 种酿酒用粮糊化特性的方法，为酿酒专用粮的性质选择提供一条参考方法。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

原料：小麦、大米、糯米、玉米、高粱，市售。

超纯水：济南来宝医疗器械有限公司实验室超纯水机。

仪器设备：Mixolab 混合试验仪，法国肖邦技术公司；101-1-BS 电热恒温鼓风干燥箱，上海跃进医疗器械厂；FA1104N 电子天平，上海精密科学仪器有限公司；Numigral-I 数粒仪，法国肖邦技术公司；FSJ-II 锤片式粮食试验粉碎机，广州航信科学仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 水分含量测定

5 种粮食的水分含量按照GB 5497—1985《粮食、油料检验水分测定法》中105 ℃恒重法测定。

1.2.2 Mixolab混合试验仪标准程序[7]

面粉加水混合形成面团后，面团在恒温、升温及降温过程中，揉面刀片（在恒定的转速下）受到的扭矩随时间的变化关系。在Chopin+标准协议中（见图1），揉面刀速度80 r/min，被测定的面团重量为75 g，面团的稠度以1.1 N·m 为标准，即面团的最大扭矩（峰值）达到1.1 N·m（±0.05 N·m），相当于布拉本德粉质仪500 BU。其中，标准实验的温度控制分为以下3个过程：（1）恒温过程：30 ℃恒温8 min；（2）升温过程：以4 ℃/min 的速度升温到90 ℃，并保持7 min；（3）降温过程：以4 ℃/min 的速度降温到50 ℃，并保持5 min，整个测定过程共45 min。基于肖邦公司的数据模型，初始稠度最大值C1 用于测定吸水率，稠度最小值C2 表示在机械力和温度下蛋白质的弱化度，糊化峰值黏度C3 表示淀粉糊化特性，最低黏度C4 表示淀粉糊化胶的稳定性，C3—C4 为黏度崩解值，回生终点黏度C5表示冷却过程淀粉糊化胶的回生特性。

图1 Chopin wheat+实验协议的参数设定

1.2.3 针对5 种粮食不同特性的Mixolab 混合试验仪测定参数优化

基于肖邦公司设定的标准程序，在规定条件下，本实验以小麦、大米、糯米、玉米、高粱为实验原料，分别对5 种酿酒用粮的粉团质量、目标扭矩C1值、揉面刀速度等程序参数进行优化试验，寻找最适的单因素条件进行组合验证。从而得出能够表征5 种粮粉糊化过程中面筋弱化、淀粉糊化和淀粉回生的变化曲线。分别选取粉团质量75 g、80 g、85 g、90 g进行实验；选择50 r/min、60 r/min、70 r/min、80 r/min作为揉面刀的转速进行试验。

2 结果与分析

2.1 Mixolab 混合试验仪测定小麦的糊化特性方法

小麦子粒含蛋白质13%以上，高的接近20%，并富含淀粉、脂肪和氨基酸、面筋质等多种营养成分，是酿酒原料中必不可少的成分。在Mixolab 混合试验标准协议中，测定的小麦粉水分在7.5 %左右，设置吸水率为56%，选择面团重量为75 g，目标扭矩以1.1 N·m 为标准，揉混转速为80 r/min。小麦淀粉具有半结晶的颗粒结构，加水调浆加热到一定温度后，就会发生糊化。糊化是一个复杂的过程，通常伴随黏度、透明度变化以及再结晶等现象。小麦粉特有的面筋属性，具有很好的延展性和韧性，在升温糊化过程中，面团组织网状结构增大，在两个搅拌刀上均匀搅拌，不会出现断裂。在糊化的不同阶段，表现出不同的特性。已糊化的小麦淀粉随温度的上升，内部结构变化，颗粒内出现网状结构。达到糊化温度以后，出现线状结构，网状结构和线状结构是与淀粉结构中的支链淀粉密不可分的，说明小麦淀粉中存在部分分支结构。Mixolab混合试验仪全面、科学、直接地表征小麦粉质量。

2.2 Mixolab 混合试验仪测定大米的糊化特性方法

大米约含70 %的淀粉，含纤维素和半纤维素以及可溶性糖，粳米、籼米中含支链淀粉较多，易溶于水，可被淀粉酶完全水解，转化为麦芽糖。在Mixolab 混合试验中，测定大米粉水分在7%左右，设置吸水率为53%，选择面团重量为90 g，目标扭矩为0.8 N·m，揉混转速为80 r/min。面团重量和目标扭矩与Mixolab混合试验仪标准程序相比有所改变，是因为大米面团升温糊化作用，发生不可逆的膨胀，丧失其双折性和结晶性。如果选择75 g、80 g、85 g 作为面团重量，大米粉团又没有小麦粉团特有的延展性和韧性，其吸水率、膨胀容积和伸长程度也没有小麦粉作用大，会因为大米粉糊化时对揉面刀的强烈黏附而使两个揉面刀之间的粉团断裂，从而两个揉面刀独立旋转，其间的扭矩值变为0。所以选择90 g的粉团质量最适合用来测定其糊化特性。如果选择目标扭矩为1.1 N·m，大米粉团高温糊化作用就会导致面团太硬，吸水率太小，没有粘黏性，两个搅拌刀不能均匀搅拌，糊化出现断裂。所以选择0.8 N·m 作为目标扭矩，有利于在糊化升温过程中较好的观察到大米粉团结构的变化，从而更利于对比选择糊化特性更好的品种。不同大米品种其糊化作用因直链淀粉含量、结晶度和支链淀粉结构等的不同而存在差异。一般来说，直链淀粉含量高、结晶度高、支链外链较长的淀粉晶体结构紧密，晶体溶解所需热量大，导致糊化温度较高。表现为直链淀粉越高，峰值黏度、崩解值越大，而最终黏度、回生值越大。

2.3 Mixolab 混合试验仪测定糯米的糊化特性方法

糯米吸湿性强，容易吸收空气中的水分，因此易发生品质劣变。糯米的淀粉脂肪和非淀粉脂肪含量都比较稳定，淀粉脂肪含量较低，约为0.2 %，但非淀粉脂肪含量很高，这是糯米比非糯米易于酸败的原因。Mixolab 混合试验仪测定糯米的糊化特性方法，可以为产品的加工，储存提供一条参考方法。在Mixolab 混合试验中，测定糯米粉水分在9%左右，设置吸水率为58%，选择面团重量为80 g，目标扭矩以1.1 N·m 为标准，揉混转速为80 r/min。80 g 的粉团质量最适合用来测定糯米粉糊化特性，没有选择像大米一样90 g 作为粉团质量，是因为糯米粉在升温过程中淀粉颗粒膨胀程度比大米更大，淀粉晶体熔融、颗粒胀大而使黏度突然上升，90 g的粉团质量容易出现溢出。没有选择75 g作为粉团质量，也是因为糯米粉不具有小麦粉特有的面筋属性、延展性和韧性。粉团质量减少，升温糊化容易出现断裂。目标扭矩没有改变，目标扭矩为1.1 N·m可获得完整、光滑的流变学特性曲线；80 r/min的转速可避免其粉团断裂，将粉团均匀混合；糊化升温过程中淀粉颗粒膨胀程度更大，能够很好地反映糯米淀粉晶体熔融、颗粒胀、大而使黏度突然上升的情况。在保温过程中，组成淀粉颗粒骨架的支链淀粉充分伸展，强度减弱，在高温和机械剪切力的作用下颗粒破碎、崩解，使黏度下降，此时的黏度为保持黏度。降落值是峰值黏度与保持黏度的差值，可以用来描述淀粉颗粒的崩解程度，反映淀粉的热糊稳定性。黏度曲线较为平坦、降落值较小的淀粉通常具有较好的黏度热稳定性。到达保持黏度后，由于淀粉糊温度下降，淀粉分子运动减慢并产生聚集，分子间作用力增强，淀粉糊的流动阻力增大，导致黏度又呈现上升趋势，含直链淀粉较多的淀粉生成凝胶的过程通常极为迅速，因为直链淀粉分子的缔合比支链淀粉分子容易得多。这一过程用回升值表示，反映了淀粉糊低温下的老化趋势或冷糊的稳定性。糯米几乎全是支链淀粉，糯米峰值黏度、破损值较高，起糊温度、最终黏度和回生值较低。糯米凝胶强度较小，不易老化。

2.4 Mixolab 混合试验仪测定玉米的糊化特性方法

玉米所含淀粉全部为支链淀粉，有更好的黏性、膨胀性、吸油性和气孔大等优良品质。在Mixolab 混合试验仪中，测定玉米粉水分为7.5 %，设置吸水率为55 %。粉团重量为90 g，目标扭矩为0.8 N·m，揉混转速为80 r/min。面团重量和目标扭矩与Mixolab 混合试验仪标准程序相比有所改变，是因为玉米和大米糊化特性有所相似，面团升温糊化作用，发生不可逆的膨胀，丧失其双折性和结晶性。玉米粉团没有小麦粉团特有的延展性和韧性，其吸水率、膨胀容积和伸长程度也没有小麦粉作用大，如果面团重量没有增加，目标扭矩没有缩小，高温糊化作用就会导致面团太硬，吸水率太少，没有粘黏性，两个搅拌刀不能均匀搅拌，糊化出现断裂。玉米淀粉具有半结晶的颗粒结构，加水调浆加热到一定温度后，就会发生糊化。淀粉质食品的加工、贮存和食用中，淀粉的机械加工性能、口感以及老化特性等都与糊化特性密切相关。糊化是一个复杂的过程，通常伴随黏度、透明度变化以及再结晶等现象。在糊化的不同阶段，表现出不同的特性。在升温过程中，由于热能使淀粉发生降解，淀粉分子链变小，结晶结构发生了破坏，故淀粉的峰值黏度、热糊黏度和最终黏度均有所降低。

2.5 Mixolab 混合试验仪测定高粱的糊化特性方法

高粱是酿造白酒的主要原料，对高粱糊化特性探讨将为润粮蒸煮等生产工艺控制提供依据。基于本课题组在《Mixolab 测定高粱糊化特性的方法》[8]文章中，与其实验设置相同，测定高粱粉水分为9.5 %左右，设置吸水率为70 %，选择粉团重量为80 g，目标扭矩为0.5 N·m，揉混转速为50 r/min。高粱粉黏性较低且受热后黏附性较高，会因为高粱粉糊化时对揉面刀的强烈黏附而使两个揉面刀之间的粉团断裂，从而两个揉面刀独立旋转，其间的扭矩值变为0，所以选择80 g 的粉团质量最适合用来测定其糊化特性。在实验过程中，粉团力矩值C1 总是在（0.50±0.05）N·m 上下波动。在未升温的情况下，面对不同品种的高粱选择稳定的C1 值，有利于在糊化升温过程中较好的观察到高粱粉团结构的变化，从而更利于对比选择糊化特性更好的品种。由于高粱粉较为松散，受热糊化后粉团黏附性增强但粉团结构成团性较差，较快的转速容易导致两个揉面刀之间的粉团断裂，从而出现力矩为0 的现象。通过试验对比，过高的转速高粱粉团受热糊化后结构容易受到冲击出现断裂，过低的转速不利于糊化力矩的表征。因此，选择50 r/min 作为揉面刀的转速最适合高粱的糊化力矩表征。

2.6 优化形成的Mixolab混合试验仪测定5种粮食糊化特性曲线

从图2 可直观的看到：30 ℃恒温8 min 下5 种粮食粉团均能达到初始稠度最大值C1，小麦和糯米粉为1.10 N·m，大米和玉米为0.80 N·m，高粱为0.50 N·m。用于测定吸水率。以4 ℃/min 的速度升温到90 ℃，先到稠度最小值C2 表示在机械力和温度下蛋白质的弱化度，再到糊化峰值黏度C3 表示淀粉糊化特性。在90 ℃保持7 min，到达最低黏度C4 表示淀粉糊化胶的稳定性。以4 ℃/min 的速度降温到50 ℃，并保持5 min，到达回生终点黏度C5 表示冷却过程淀粉糊化胶的回生特性。整个测定过程共45 min，5 种酿酒原粮曲线流畅清晰，图2即反映酿酒原粮粉的综合流变学特性。为Mixolab混合试验仪测定5 种粮食的糊化特性方法探究提供证明。

图2 优化形成的Mixolab混合试验仪测定5种粮食糊化特性曲线图

2.7 5 种酿酒原料的糊化特性对白酒酿造的影响探究

中国白酒是以含淀粉或糖类的物质为主要原料,以曲为糖化发酵剂进行酿制。白酒的生产原料种类很多,包括高粱、小麦、玉米、大米、糯米等，不同原料其水分、淀粉、粗脂肪、半纤维、粗纤维、单宁、粗蛋白等的含量不同。白酒酿造对原料的品质有一定要求，原料是否适合酿酒体现在其淀粉含量高、蛋白质适中、脂肪含量低,并含适量单宁、灰分及粗纤维等方面。

为了探究各个酿酒谷物糊化特性对白酒酿造的影响，为白酒酿造中的应用提供参考依据。其中糊化特性的测定是白酒酿造工艺中间分析的一个重要测定指标,糊化特性直接影响原料利用率、产酒量及酒质。从图2 可发现，酿酒不同作物的糊化特性有很大的差异。5 种酿酒谷物粉团在8 min 左右均能达到初始稠度最大值C1，小麦和糯米粉为1.10 N·m，大米和玉米为0.80 N·m，高粱为0.50 N·m。温度升温到90 ℃，先到稠度最小值C2，C1—C2 阶段表示在机械力和温度下蛋白质的弱化度，也就是面粉中蛋白特性的一个表现，蛋白主要跟酿酒谷物的加工工艺有关，稳定时间长，搅拌时间长。C2—C3 阶段黏度上升的过程是和淀粉糊化相关的，β值的大小反映糊化速率的快慢。从图2 可以看出，高粱糊化速率最快，小麦、玉米次之，大米、糯米最慢，从而也可以侧面反映出酿酒的蒸煮时间快慢。C3表示酿酒谷物的黏度峰值，大小与淀粉的组成、直链淀粉与支链淀粉的比例及总淀粉都有关。还与淀粉的特性，是否含有淀粉酶，储存状态等等都有关，如果谷物在储存过程中出现发芽，其淀粉酶含量会变高，淀粉酶的活性变强。C3 峰值的大小可以侧面了解到综合结果：糊化特性和酶的特性。基于当时的样品而言，从图2 的酿酒谷物的糊化特性可以看出，糯米的淀粉酶含量最大，总淀粉含量最高，大米和高粱次之，小麦和玉米淀粉酶最低。C3—C4 阶段反映出淀粉酶水解淀粉过程，这一过程也反映出酿酒谷物在蒸煮的持续加热状态下，糊化结构不稳定，被进一步水解掉产生小分子糊精或者是单糖类，这一过程有快有慢，有大有小，大小就是C3 值减去C4 值，C4 表示低谷黏度，也叫保持黏度。C3-C4=黏度崩解值。其大小反映一个淀粉酶特性的特征值，崩解值大，淀粉酶活性高。崩解值大小也和粉碎有关，有破损淀粉产生，破损越多，淀粉结构暴露越多，受酶的影响越大。从图2 可以看出，小麦含有的淀粉酶活性最高，玉米含有的淀粉酶活性次之，高粱和糯米再次之，大米最低。C3值、C4值、C5值除了跟淀粉特性有关，跟内原、外原淀粉酶、粉碎方法及破损的淀粉均有关。C5 值表示冷却过程淀粉糊化胶的回生特性，这个阶段糊化后的淀粉，降温之后，遇冷的刺激就会发生直链淀粉分子的从新排布，排布过程会引起宏观面团变硬，类似凝胶状态的产生，检测看见搅拌刀扭矩上升，主要反映的是直链淀粉回生的状态，直链淀粉回生快慢会影响食品的储存期长短。从图2 中并不能明显区分各个酿酒谷物加工之后储存期的长短。

5 种酿酒原粮糊化特性曲线流畅清晰，图2 反映的是酿酒原粮粉的综合流变学特性。为Mixolab混合试验仪测定5 种粮食的糊化特性方法探究提供证明。对白酒酿造的影响探究仅能从侧面反映出蛋白特性，总淀粉的含量，以及淀粉酶和活性的大小，为白酒酿造中的应用提供参考依据。

2.8 不同产地、品种酿酒原粮的糊化特性分析

表1 为Mixolab 混合试验仪测定5 种粮食糊化特性的数据结果，以不同品种粮食为实验原料，测定好水分，预估好吸水率，固定好面团重量和揉混转速，发现即便是不同品种的同种原料均能达到目标扭矩C1 值，从而可以更好的确定好吸水率。随着加热进行，和面钵中的和面团温度上升，在搅拌力和温度作用下的蛋白质发生弱化形成稠度谷值C2，不同原料稠度谷值不一样，说明蛋白质弱化程度不一样，从而反映出面筋的强度不一样。随着温度继续上升，各种原料淀粉发生糊化作用，当温度达到设定值90 ℃时，面团达到糊化黏度峰值C3，各种粮食糊化黏度峰值不一，这跟它们所含的支链淀粉和直链淀粉含量有关。随着温度90 ℃继续保持7 min，各种原料淀粉发生热糊化稳定性变化，从而达到糊化黏度谷值C4，此值表示淀粉热糊化胶的稳定性。稳定性不一还与淀粉酶的活化特性相关。随着以4 ℃/min 的速度降温到50 ℃，并保持5 min，各种粮食原料发生淀粉老化作用，达到回生终点值C5，此值表示温度冷却阶段糊化淀粉的回生特性，与面粉各组分间的相互作用有关。此数据表为Mixolab 混合试验仪测定5 种粮食的糊化特性方法探究提供证明。

表1 5种酿酒原粮糊化数据表

3 结论

综上所述，Mixolab 对小麦、大米、糯米、玉米、高粱测定糊化特性的探究，得出方法参数为：小麦75 g 粉团质量，1.10 N·m目标扭矩，80 r/min揉混转速。大米和玉米为90 g 粉团质量，0.80 N·m 目标扭矩；80 r/min 揉混转速；糯米和高粱为80 g粉团质量；糯米为1.10 N·m 目标扭矩；高粱为0.50 N·m 目标扭矩，糯米揉混转速为80 r/min；高粱揉混转速为50 r/min。这些参数的探究对小麦、大米、糯米、玉米、高粱粉的揉混、糊化及回生特性的测定具有一定的针对性，对小麦、大米、糯米、玉米、高粱加工及生产过程中其品质测定的顺利进行提供可靠的参考信息，为Mixolab 用于酿酒用原粮品质的筛选提供了一条应用依据。