施氮量对川西平原酿酒小麦原粮及其酿酒品质的影响

刘 琼 ，陈艳琦，陈松鹤，杨洪坤，马宏亮，赵佳蓉，吴东明，边巴拉姆，樊高琼

(1.四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室，四川成都 611130；2.昌都市边坝县热玉乡农牧综合服务中心，西藏昌都 854000)

白酒在我国国民经济和人们生活中占有重要的地位。四川是我国重要的白酒产区，目前已形成宜宾、泸州、绵竹以及成都四大白酒产业带，但目前适宜酿酒的优质小麦缺乏。据统计，2016年全国规模以上酿酒企业完成酿酒总产量7.23×10L，其中白酒产量 1.45×10L，约需4.34×10kg酿酒专用粮，按小麦占36%(酒麦+曲麦)左右计算，需酿酒专用小麦约1.56×10kg；按平均产量5 250 kg·hm计算，约需酿酒小麦2.97×10hm，亟需大量优质原粮。因此，对酿酒专用小麦提质丰产甚为迫切。

有研究表明，适宜的施氮量可以提高小麦产量，改善小麦蛋白质、淀粉等品质。酿酒小麦多是弱筋软质小麦，除淀粉含量高外，还应具有蛋白质含量适宜、脂肪含量低及无机元素适宜以满足菌体生长及酶活力所需等特点。糯小麦因其糖化效果佳，淀粉易糊化且糊化温度低，可改变其他谷物淀粉黏度特性，近年来作为新型酿酒原料而受到广泛关注。目前，有关酿酒小麦的研究多集中在品种筛选以及其与原粮发酵及后期成品酒品质关系等方面，对酿酒小麦优质丰产的栽培技术鲜见报道。是否可以通过施氮量来调控弱筋小麦蛋白质、淀粉等品质以促进白酒酿制过程中醇、酸、酯类风味物质的形成以及提升白酒品质的研究尚无相关报道。

本试验结合四川白酒产业发展对优质小麦原粮的需求和川西平原适宜生产弱筋小麦这一环境条件，探究施氮量对糯小麦和非糯小麦产量、原粮品质和酿酒品质的影响，以期为四川省生产优质酿酒专用小麦提供合理的氮肥管理措施。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

本试验于2019—2020年在四川省成都市大邑县(103.53°E，30.58°N)进行，该区属于川西平原麦区，亚热带湿润气候，年均降雨量2 912.1 mm，年均气温16.5 ℃，小麦生育期气象条件见图1。种植制度为冬小麦-水稻轮作。土壤类型为水稻土，供试土壤(0～20 cm)中，pH 5.6，有机质含量58.8 g·kg，全氮含量2.04 g ·kg，碱解氮含量153.7 mg·kg，速效磷含量23.5 mg ·kg，速效钾含量221.3 mg ·kg。

气象数据来源于四川省农业气象中心。Meteorological data was from Sichuan Agricultural Meteorological Center.图1 小麦生育期气温和降雨量Fig.1 Temperature and rainfall in wheat growth period

1.2 试验材料

供试材料为绵麦902(非糯性，弱筋，绵阳市农业科学研究院)和中科紫糯麦168(糯性，中弱筋，中国科学院成都生物研究所)。供试肥料为尿素 (N 46.2%)、过磷酸钙(PO12.5%)和氯化钾(KO 60%)，购于当地农资市场。

1.3 试验设计

采用二因素裂区设计，主区为小麦品种；副区为施氮水平，施氮量分别为0(N)、45(N)、90(N)、135(N)、180(N)和225(N)kg·hm，每个处理3次重复，小区面积20 m(4 m×5 m)。磷肥和钾肥用量均为75 kg ·hm。基肥为氮45 kg·hm(N除外)与所有磷肥、钾肥，剩余氮肥于四叶一心期施入。采用旋耕条播，行距20 cm，基本苗225×10株·hm。病虫害防治参照当地管理惯例进行。

1.4 测定项目和方法

1.4.1 产量及产量构成因素测定

于小麦成熟期收获1 m调查有效穗数；随机取30穗调查穗粒数。按小区收获籽粒，测产量和千粒重。

1.4.2 原粮品质测定

用PERTEN 3100型试验磨磨制全麦粉，采用蒽酮-硫酸比色法测定总淀粉含量；直链淀粉含量参照GB7648-1987测定，支链淀粉含量为两者的差值。

采用HSO-HO消煮，凯氏定氮法测定蛋白质含量；粗脂肪含量采用索氏抽提方法测定；灰分含量参照GB5009.4-2016测定。粉质率用感官检验法测定：玻璃状透明体占籽粒截面1/2以上为角质粒，<1/2的为粉质粒，粉质粒的总数占所取样品粒数的百分数即小麦粉质率，软质小麦粉质率不低于70%。

1.4.3 酿酒流程及相关指标测定

参照赵国君等的方法酿酒，具体如下：称取 1 000 g小麦，加入蒸馏水淹没约5 cm，浸泡12 h；蒸馏水冲去灰渣酸水后蒸粮，待水充分沸腾开始计时，蒸至软硬适中，粮粒裂口率85%以上，约2 h；将蒸好的粮食刮平、摊凉，40 ℃下曲，下曲量3.5 g(1 000×0.35%)，搅拌均匀后，30 ℃恒温糖化培菌24 h；30 ℃恒温密闭发酵7 d；蒸馏出酒。用精密酒精计测样品酒精度，并根据其酒精度计算出酒率(以60度白酒浓度为标准)，出酒率=出酒量/粮食用量。总酸用中和滴定法测定，含量以乙酸含量计。总酯的测定采用皂化-中和滴定法，含量以乙酸乙酯含量计。

1.5 数据处理与分析

运用Excel 2013处理数据、作图；用DPS 7.05进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对酿酒小麦产量及产量构成的影响

由表1可知，两小麦品种产量无显著差异。品种对穗粒数和千粒重有极显著影响(<0.01)，施氮量对产量及其3个构成因素均有极显著影响，品种与施氮量对千粒重有极显著交互作用。随施氮量增加，两小麦品种产量、有效穗数和穗粒数显著提高(<0.05)。中科紫糯麦168的有效穗数和穗粒数高于绵麦902，但千粒重低于绵麦902。与N处理相比，绵麦902 在N处理下产量提高17.3%，二者差异显著；但中科紫糯麦168的产量在两个处理间无显著差异。通径分析表明(表2)，有效穗数是影响小麦产量的关键因素，其次为穗粒数和千粒重。

表1 施氮量对酿酒小麦产量及产量构成的影响Table 1 Effect of nitrogen application rate on yield and yield components of wine-making wheat

表2 产量构成因素对产量影响的通径分析Table 2 Path analysis of the influence of yield components on yield

2.2 施氮量对酿酒小麦淀粉含量及组分的影响

由表3可知，品种、施氮量及其二者交互作用均对总淀粉、直链和支链淀粉含量、直支比有显著或极显著影响。绵麦902的总淀粉和支链淀粉含量较中科紫糯麦168分别低10.6%和27.4%，直链淀粉含量和直支比分别是中科紫糯麦168的5.9倍和10.6倍。随施氮量增加，绵麦902总淀粉含量降低，支链淀粉含量先升后降，直链淀粉含量和直支比总体呈上升趋势；相比N处理，总淀粉含量在N、N和N处理下显著降低；直链淀粉含量在N处理下显著高于其他处理；支链淀粉含量在N处理下显著高于N、N、N、N处理；中科紫糯麦168的总淀粉含量、直链淀粉含量、支链淀粉含量及直支比均先升后降，总淀粉和支链淀粉含量在N处理下均显著高于N、N、N处理，直链淀粉含量和直支比各处理间差异不显著。

表3 施氮量对酿酒小麦淀粉含量及组分的影响Table 3 Effect of nitrogen application rate on starch content and composition of wine-making wheat

2.3 施氮量对酿酒小麦原粮品质的影响

由图2可知，两品种籽粒的蛋白质含量差异不显著，绵麦902蛋白质含量为7.52%～ 9.16%，中科紫糯麦168蛋白质含量为7.96%～10.81%。施氮量对蛋白质含量有显著的影响，蛋白质含量随施氮量增加呈先降后升趋势；两品种蛋白质含量均在N处理下最高。与绵麦902相比，中科紫糯麦168具有脂肪含量高(均值为 1.24%)、灰分含量低(均值为2.1%)、粉质率极低(均值为1.83%)的特点，这3个指标在品种间差异均极显著(<0.01)。N处理下两品种的脂肪和灰分含量相对较高，说明适宜施氮量可以提高脂肪含量和灰分含量；绵麦902的脂肪和灰分含量在各处理间差异程度不同，中科紫糯麦168在各处理间无显著差异。随施氮量增加，绵麦902的粉质率有降低的趋势，N处理显著低于其他N处理，中科紫糯麦168的粉质率在各处理间差异不显著。

相同品种图柱上不同小写字母表示不同施氮水平间有显著差异(P<0.05)；*:P<0.05;**:P<0.01。下图同。Different lower-case letters above columns of same variety indicate significant difference between different nitrogen application levels(P<0.05).*:P<0.05;**:P<0.01.The same in figure 3.图2 施氮量对酿酒小麦原粮品质的影响Fig.2 Effect of nitrogen application rate on grain quality of wine-making wheat

2.4 施氮量对酿酒小麦酿酒品质的影响

由图3可知，品种和施氮量及其二者交互作用均对出酒率、总酸和总酯含量有极显著(<0.01)影响。绵麦902的出酒率高于中科紫糯麦168，但总酸、总酯含量低于中科紫糯麦168。绵麦902的出酒率在23.0%～34.3%之间，随施氮量增加而显著降低，N处理的出酒率最高，较N处理增加11.28个百分点；中科紫糯麦168的出酒率在22.6%～25.6%之间，N处理的出酒率最高，较N处理增加2.96个百分点，二者间差异显著。两品种的总酸含量均在N处理下达到最高，与其他处理差异显著，但在N、N、N处理间总酸含量差异均不显著，说明适宜的施氮量会提高总酸含量。总酯含量变化规律则与总酸相反，以N处理下含量最低，与N和N处理差异显著，两品种规律相同。

图3 施氮量对酿酒小麦出酒率、总酸、总酯含量的影响Fig.3 Effect of nitrogen application rate on alcohol yield,total acid and total ester content of wine-making wheat

2.5 原粮品质和酿酒品质相关分析

由表4可知，小麦原粮不同品质指标和酿酒品质指标之间存在不同程度的相关性，具体表现为：出酒率与直链淀粉含量和粉质率分别呈显著和极显著正相关，与脂肪含量呈极显著负相关；总酸与总淀粉、支链淀粉和脂肪含量呈显著正相关，与粉质率呈显著负相关；总酯与灰分含量呈显著负相关。

表4 酿酒小麦原粮品质和酿酒品质相关分析Table 4 Correlation analysis between raw grain quality and brewing quality of wine-making wheat

3 讨 论

3.1 施氮量对川西平原稻茬小麦产量、原粮品质的影响

适量增施氮肥可以提高小麦产量、蛋白质和面筋含量，实现中(强)筋小麦籽粒品质和产量协同提高。本试验中，增施氮肥显著增加了产量和蛋白质含量，但并没有改变两品种的弱筋特性，即使是在225 kg·hm施氮量下，绵麦902和中科紫糯麦168的籽粒蛋白质含量也仅仅为9.16%和10.81%，分别较N增加0.74和2.54个百分点，远低于弱筋小麦的分类标准(蛋白质含量<12.5%)。这可能是因为增施氮肥提高了小麦籽粒产量，且光合产物的增加大于氮素的积累，也体现了川西平原稻茬地适宜生产弱筋小麦的特性。

施氮量会影响小麦淀粉和组分含量，但不同筋力型小麦、糯麦和非糯麦的研究结果又有不同。姜东等认为，在210～330 kg·hm范围内，增加施氮量能有效提高中筋小麦籽粒中直链淀粉和支链淀粉的含量；蔡瑞国等认为，施氮量为522 kg·hm可以明显提高强筋和弱筋小麦籽粒中的支链淀粉含量，降低直链淀粉含量；张敏等研究则认为，在0～300 kg·hm施氮范围内，非糯小麦籽粒直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量均随施氮量增加先降后升；糯小麦的直链、支链和总淀粉含量则先升后降。本试验结果表明，中科紫糯麦168的总淀粉、支链淀粉含量均显著大于绵麦902，说明两品种间淀粉及组分含量差异大。施氮量对绵麦902和中科紫糯麦168淀粉含量及组分的影响不同，在0～225 kg·hm范围内，增施氮肥使绵麦902的总淀粉含量下降，直链淀粉含量呈上升的趋势，支链淀粉含量先升后降；中科紫糯麦168的总淀粉含量、直链淀粉含量和支链淀粉含量均先升后降，这与张敏等对糯性小麦的研究结论基本一致。两品种的总淀粉和支链淀粉含量在施氮量90～135 kg·hm较高，其中绵麦902的总淀粉和支链淀粉含量在 90～135 kg·hm间差异不显著，超过135 kg·hm后显著降低；中科紫糯麦168的总淀粉和支链淀粉含量在90～135 kg·hm间差异显著，超过135 kg·hm后有所下降。

脂肪和灰分含量在小麦籽粒中占比较低，但也受施氮量影响，刘慧等研究表明，施氮量为150～195 kg·hm可以增加籽粒中灰分的含量。本试验表明，在0～135 kg·hm范围内随施氮量增加，脂肪和灰分含量有增高趋势，在135 kg·hm处理下两品种脂肪和灰分含量较高。脂肪和灰分含量、粉质率主要受品种因素影响；与绵麦902相比，中科紫糯麦168具有脂肪含量高(均值为1.24%)、灰分含量低(均值为2.1%)、粉质率极低(均值为1.7%)的特点。

3.2 施氮量对川西平原稻茬小麦酿酒品质的影响

酿酒过程是将淀粉质原料经过发酵产生酒精的过程。醇类物质是白酒风味中醇甜和助香的来源，酯类物质是香气的主体成分，酸类物质是重要的协调成分或调和成分。就酿酒品质而言，原粮的出酒率、总酸、总酯是相对重要的指标。小麦籽粒淀粉及组分含量会影响出酒率，通常认为，原料中淀粉直支比低、吸水速度快、糖化温度高的小麦(如糯小麦)，出酒率要高于普通小麦，口味也更佳。在本试验中，两小麦品种的出酒率在施氮量90～135 kg·hm较高，随施氮量增加有降低的趋势，其中，中科紫糯麦168的出酒率在施氮量超过135 kg·hm后显著下降。绵麦902的出酒率要高于中科紫糯麦168，这可能与绵麦902具有较高的粉质率(96.9%)有关，而中科紫糯麦168具有较低的粉质率、是硬质麦。相关分析表明，出酒率与直链淀粉含量和粉质率分别呈显著和极显著正相关。这可能因为粉质率高的小麦淀粉结构松散，易于吸水、糊化，可提高白酒酿制过程淀粉颗粒与酿酒介质的接触面积，有利于酿酒产量稳定。可见，除淀粉含量及组分外，粉质率也是影响出酒率的重要因素，软质糯小麦可能会促进出酒率的提升。有关籽粒粉质率对白酒酿制过程中小麦籽粒淀粉降解动力学参数的影响还需要进一步研究。总酸、总酯含量也是影响白酒品质的重要因素。支链淀粉含量高的小麦有利于酯类物质的形成，一般认为，糯小麦所酿白酒总酸、总酯含量比普通小麦更高，可以改善白酒品质。本试验中，中科紫糯麦168酿制出的白酒总酸、总酯含量显著高于绵麦902，与前人研究一致。在本试验条件下，随施氮量增加，两品种所酿白酒的总酸含量均先升后降，在90 kg·hm下最高，总酯含量均先降后升，在135 kg·hm下最低，总酸与总酯含量变化规律相反，这可能与不同施氮量下白酒酒精度酒精度不同，导致酒中酸、酯类物质出现“酸增酯减”的变化规律有关。中科紫糯麦168制成白酒的总酸含量显著高于绵麦902，这可能是由于其较高的脂肪含量导致的。相关分析还表明，总酸含量与总淀粉、支链淀粉含量以及脂肪含量呈显著正相关，这可能因为酿酒过程中淀粉降解的还原糖和蛋白质降解的氨基酸发生美拉德反应，脂肪在分解过程中释放出大量游离脂肪酸，且脂肪酸降解速率超过微生物分解速率，导致升酸幅度加剧。

蛋白质含量也是酿酒原粮的另一重要指标，研究认为，低蛋白质含量有利于控制发酵过程中杂醇油含量，酿酒需要蛋白质含量偏低原粮。也有研究认为，蛋白质含量要适宜，不能过高或过低，各酿酒原料蛋白质含量应在10%左右。本试验所选两个小麦品种在不同施氮量下的蛋白质含量在7.5%～11%之间，施氮量不改变其弱筋特性，因而不作为酿酒品质筛选的限制因子。

综上，淀粉及组分含量、粉质率是影响白酒出酒率的重要指标，脂肪含量可能会在一定程度影响总酸、总酯的含量进而影响白酒品质。在本试验条件下，施氮量在90～135 kg·hm范围内，绵麦902和中科紫糯麦168的蛋白质含量适宜，总淀粉和支链淀粉含量较高，灰分含量高，脂肪含量适宜，出酒率和酸酯含量较高，是适宜酿酒的施氮量范围。

4 结 论

施氮量增加可以显著提高绵麦902和中科紫糯麦168的产量，有效穗的增加是产量增加的关键因素。增施氮肥使小麦籽粒中蛋白质、脂肪和灰分含量增加，但淀粉含量和粉质率有所降低；两个小麦品种酿酒品质各具优势，绵麦902出酒率高，中科紫糯麦168总酸、总酯含量高。综合原粮品质和酿酒品质来看，在90 ～135 kg·hm范围内，两小麦品种蛋白质含量较适宜，总淀粉和支链淀粉含量较高，灰分含量高，脂肪含量适宜，出酒率和总酸含量也较高，是适用于酿酒用途的施氮量范围。在酿酒小麦栽培中，建议适当增加软质弱筋小麦和糯小麦的种植面积，优化原粮生产，助力白酒产业发展。