不同青稞籽粒品质特性与酿酒品质关系分析

梁丽静，王松涛，贾俊杰，冯宗云,*

（1.四川农业大学农学院大麦青稞研究中心，四川 成都 611130；2.泸州品创科技有限公司，四川 泸州 646000；3.国家固态酿造工程技术研究中心，四川 泸州 646000）

青稞（Hordeum vulgarevar.coelesteL.）是禾本科大麦属植物，因其籽粒裸露又称裸大麦[1]。青稞耐寒耐旱，富含膳食纤维、蛋白质、生育酚、β-葡聚糖以及多种氨基酸等营养成分，不仅是我国西藏、青海地区人们的主要粮食，还常用于生产各种酒类产品[2]，如青稞白酒、干酒、啤酒、黄酒、稠酒，青稞酒独具特色，远近闻名[3-4]。

原料的不同特性对酒品质有极大影响。青稞的酿酒过程包括一系列复杂生理生化反应，青稞原料所含各种成分不仅为微生物生长代谢及其酶系生化反应提供基础物质，而且通过蒸煮过程产生大量香气成分带入酒体中，最终形成了青稞酒有别于其他酒类的独特风格[5]。另一方面青稞品种资源丰富，多达上千种，不同产地[6-8]、颜色[9-10]及品种[11]青稞的营养及活性成分往往具有显著差异，其酿酒适用性也不同。以往的报道主要针对青稞理化特性和营养价值进行研究，鲜有对其酿造适用性进行着重分析，对酿酒青稞品种适用性少有明确规定[12]。而近年来，对于青稞酒的研究多集中于生产工艺[13]、酒体风味特征[14-15]和微生物分析及筛选[16-17]等方面。青稞作为发酵底物，其理化性质对酒的产量和品质有着重要的作用[18-19]，但其对发酵的影响还尚不明确。尽管有研究报道了青稞部分成分对酿酒过程的影响，如Liu Chongchong等[20]阐明了青稞原料中还原糖（葡萄糖与果糖）对青稞酒酿造过程中微生物生长及风味代谢的重要作用，王宇乔等[21]研究了青稞发酵过程中游离氨基酸对发酵微生物群落的驱动作用。而关于青稞传统籽粒特性品质指标与酿酒产物之间的关系研究较少，青稞原料中影响青稞酒品质的重要因素有待研究。因此，本研究以26个品种青稞为原料分别酿造小曲青稞酒，分析青稞籽粒品质性状与青稞小曲酒发酵及品质指标间关系，初步探究青稞籽粒品质特性对酿酒品质的影响机理，为青稞酿酒原粮的选择和专用型品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料选取我国26个具有代表性的青稞育成品种（表1），白酒小曲粉购自四川泸州华达生物工程有限公司。

续表1

1.2 仪器与设备

LCD280数显温度计 武强精创仪器仪表厂；DHG9245A电热风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；ML3001T电子天平 梅特勒托利多仪器（上海）有限公司；DS2500近红外品质分析仪 丹麦福斯分析仪器公司；CM-5色差仪 柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；自动考种仪 杭州绿博仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 生产工艺

借鉴传统清香型小曲酒的生产工艺，选择新鲜、饱满、无霉变的青稞作为原料生产小曲青稞酒，每个青稞品种同时进行3 组平行生产。具体工艺流程为：青稞→粉碎→润粮→蒸粮→摊晾加小曲→培菌糖化→发酵→蒸酒→小曲青稞酒。青稞粉碎后过20 目筛；加入58%（质量分数）80 ℃热水润粮2 h；将辅料糠壳清蒸40 min，而后摊凉以除去杂味；润粮后蒸粮1 h后，摊晾至品温25～30 ℃时按照质量分数0.4%～0.6%下曲，拌匀入箱，表面按照质量分数4%撒辅料糠壳；培菌糖化：把混有曲药的青稞集中培菌24 h至酒醅出现甜味，用手可挤出汁液；发酵：将糖化好的粮醅与糟醅混匀后装入发酵桶中，25 ℃发酵12 d；蒸馏：发酵结束后，在发酵糟中加入10%（质量分数）清蒸过的糠壳拌匀，利用小型蒸馏器进行蒸馏，得到小曲青稞酒。

1.3.2 青稞籽粒16 项品质指标测定

采用近红外品质分析仪测定青稞籽粒的硬度；采用自动考种仪测定青稞籽粒的千粒质量、长/宽均值；采用色差仪测定青稞籽粒L*（亮度）、a*（红绿度）、b*（黄蓝度）值；直链淀粉、支链淀粉质量分数采用双波长分光光度法测定[22]；根据国家标准方法测定青稞籽粒水分质量分数[23]、灰分质量分数[24]、容重[25]、蛋白质量分数[26]、脂肪质量分数[27]；β-葡聚糖质量分数采用酶-比色法[28]测定；黄酮质量分数采用比色法[29]测定。

1.3.3 糟醅发酵参数测定

糖化及发酵完成后分别取糖化糟、出窖糟参照文献[30-31]测定糟醅还原糖质量分数、淀粉质量分数，参照文献[21]测定糟醅酸度，糟醅水分质量分数采用恒温烘干法测定[21]。

1.3.4 出酒率计算

按下式计算青稞酒（20 ℃下乙醇体积分数60%）的出酒率。

1.3.5 青稞酒感官品评方法

根据《白酒品评与勾调》[32]进行感官品评，记录26个品种青稞所酿造青稞酒的感官评分和感官评价结果。

1.4 数据处理与分析

所有实验均重复3 次，结果以平均值±标准差表示。采用Excel软件进行数据处理，采用Origin 8.5软件作图，采用SPSS 25.0软件进行单因素方差分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）、相关性分析、多元线性回归分析及通径分析。

2 结果与分析

2.1 青稞原料品质特性分析结果

为了比较26个不同品种青稞间籽粒品质特性差异，测定了青稞容重、硬度、千粒质量等16 项品质指标（表2）。由变异系数结果可知，不同品种青稞的物理指标中色泽（L*、a*、b*值）、千粒质量差异较大；从直链/支链淀粉质量分数上看，26个品种青稞也有较大的差异；其他指标如β-葡聚糖、灰分、黄酮质量分数差异较大。以上结果表明，26个青稞品种籽粒的物理指标及基本营养组分之间差异明显，具体应用中应根据不同品种青稞籽粒的品质特性进行科学地筛选。

表2 26个品种青稞籽粒品质特性指标变异情况Table 2 Variations in the grain quality traits of 26 hulless barley cultivars

续表2

对不同品种青稞16 项品质特性指标进行PCA，根据特征值大于1的原则提取了3个主成分（累计方差贡献率65.9%），如图1所示，PC1方差贡献率为29.0%，主要综合了支链淀粉和总淀粉质量分数，PC2方差贡献率为23.1%，主要综合了色泽指标（L*、b*值），PC3方差贡献率为13.8%，主要综合了水分、脂肪质量分数。

图1 不同青稞品种品质的PCA结果Fig. 1 PCA plot for different hulless barley cultivars

2.2 不同品种青稞发酵青稞酒的品质

由表3结果计算不同指标的变异系数，可以发现不同品种青稞发酵时糟醅中水分量分数、酸度、还原糖质量分数、淀粉质量分数存在差异，发酵后的出酒率、感官评分也存在一定的差异。说明不同品种青稞的酿酒适应性不同。

表3 青稞酒发酵相关品质指标Table 3 Fermentation quality of Xiaoqu liquor

26个品种青稞发酵后出酒率及感官品评结果如图2所示，‘甘孜160505’青稞酿造的青稞酒出酒率最高（50.86%），感官评分相对较好（86.13），清香正，柔和，醇甜，但略有酒精感，其籽粒淀粉质量分数为54.87%、支链淀粉质量分数42.10%、直链淀粉质量分数12.77%。‘F1’青稞酿造的青稞酒出酒率略低（43.06%），但感官评分最高（88.00），清香正，略有粮香、醇甜，其籽粒总淀粉质量分数为58.89%、支链淀粉质量分数44.43%、直链淀粉质量分数14.46%。‘甘青6号’青稞酿造的青稞酒感官评分也较高（87.75），清香正、粮香、略带果香，出酒率43.26%，其籽粒总淀粉质量分数为57.1%、支链淀粉质量分数44.13%、直链淀粉质量分数12.96%。‘云稞1号’‘阿青6号’青稞酿造的青稞酒虽然感官评分也较高（87.50），但出酒率过低（分别为34.98%、38.72%）。综上，‘F1’‘甘青6号’是最优的两个酿酒青稞品种。

图2 各品种青稞酒出酒率与感官品评结果Fig. 2 Yields and sensory evaluation scores of Xiaoqu liquor from different hulless barley cultivars

2.3 青稞品质指标及酿酒品质相关性分析结果

相同发酵条件下，青稞原料的理化指标对青稞酒的品质影响较大[18,33]。对不同青稞籽粒的16 项品质指标及青稞酒发酵相关品质指标进行相关性分析，结果如图3所示。蛋白质是重要的香味前体物质，可在微生物及酶的共同作用下生成氨基酸、醛类和酯类等物质，促进酒体风味的形成[34]。黄海皎等[35]对251个西藏青稞种质资源研究发现，青稞籽粒粗蛋白含量与淀粉含量呈极显著负相关（P＜0.01）。如图3所示，青稞蛋白质量分数与支链淀粉质量分数显著负相关（P＜0.05），分别与黄酮、灰分质量分数显著和极显著正相关（P＜0.05、P＜0.01）。脂肪通过微生物及生物酶的作用，酿酒后生成丰富的不饱和脂肪酸[36]。本研究中，青稞籽粒的脂肪质量分数与灰分质量分数极显著正相关（P＜0.01）。

图3 青稞品质性状与酿酒品质的相关性分析热图Fig. 3 Heatmap showing correlation coefficients between grain quality traits and main physical and chemical indexes of Xiaoqu liquor

如图3所示，糖化糟的水分质量分数与硬度、千粒质量、a*值、b*值显著负相关（P＜0.05），与灰分质量分数极显著正相关（P＜0.01）；糖化糟的酸度与黄酮质量分数显著负相关（P＜0.05）。糖化糟的还原糖和淀粉质量分数与青稞籽粒品质性状的相关性较弱。发酵后，出窖糟的酸度与支链淀粉、灰分、脂肪质量分数显著或极显著正相关（P＜0.05、P＜0.01）；出窖糟的还原糖质量分数与籽粒的硬度、千粒质量、L*值、a*值、b*值呈显著或极显著正相关（P＜0.05、P＜0.01），与蛋白质、灰分质量分数呈显著或极显著负相关（P＜0.05、P＜0.01）；出窖糟的淀粉质量分数与容重及b*值呈极显著和显著正相关（P＜0.01、P＜0.05），与蛋白质、灰分质量分数显著负相关（P＜0.05）。由此可知，青稞品质性状中硬度、千粒质量对出窖糟还原糖质量分数影响最大，青稞籽粒的容重对出窖糟淀粉质量分数影响最大。硬度和千粒质量较大的青稞籽粒，不利于微生物对淀粉的分解利用。

淀粉的分解和利用效率是影响青稞酒产量的关键因素。由图3可知，出酒率与糖化糟、出窖糟的水分质量分数极显著正相关（P＜0.01）；出酒率与糖化糟淀粉质量分数、出窖糟还原糖质量分数极显著负相关（P＜0.01），与籽粒容重、出窖糟淀粉质量分数显著负相关（P＜0.05）。虽然理论上籽粒中淀粉质量分数越高，乙醇产量越高，但在本研究的小曲清香型青稞酒的发酵体系中，出酒率只与籽粒品质性状中的容重显著负相关（P＜0.05），与其他多项籽粒品质性状相关，但不显著（P＞0.05）。出酒率并没有直接受到淀粉的影响，原料淀粉可能是通过影响糖化糟和出窖糟的特性间接影响青稞酒的出酒率，出酒率受到原粮多个性状的综合影响。由图3可知，糖化糟还原糖质量分数与青稞酒的感官得分极显著正相关（P＜0.01）。青稞籽粒品质性状与青稞酒的感官得分表现出不同程度的相关性，但不显著（P＞0.05）。

2.4 出酒率的多元线性回归分析及通径分析结果

以16 项青稞籽粒品质指标和8 项青稞酒发酵指标共24个指标为自变量（X），以出酒率（Y）为因变量，进行多元线性回归分析，得回归方程Y＝-6.909-1.005X1+0.855X2+0.428X3+0.267X4（R2＝0.871）。糖化糟淀粉质量分数（X1）、糖化糟水分质量分数（X2）、糖化糟还原糖质量分数（X3）和青稞籽粒的支链淀粉质量分数（X4）是影响出酒率的主要因素。回归方程的F值为35.598，回归系数为0.934，达到极显著水平（P＜0.001）。

对各指标与出酒率的通径分析表明（表4），糖化糟淀粉质量分数对出酒率的负向直接效应最大，糖化糟水分质量分数、糖化糟还原糖质量分数、籽粒支链淀粉质量分数有较大的负向间接效应。糖化糟淀粉质量分数与出酒率呈显著负相关（P＜0.05）。糖化糟水分质量分数与出酒率直接通径系数为0.470，通过糖化糟淀粉质量分数所起间接效应为正值，通过糖化糟还原糖质量分数、籽粒支链淀粉质量分数所起间接作用为负值。糖化糟水分质量分数与出酒率呈显著正相关（P＜0.05）。糖化糟还原糖质量分数直接通径系数为0.256，通过糖化糟淀粉质量分数所起间接作用为正值，而通过糖化糟水分质量分数和籽粒支链淀粉质量分数所起间接效应为负值。糖化糟还原糖质量分数与出酒率正相关，但不显著（P＞0.05）。籽粒支链淀粉质量分数与出酒率的直接通径系数为0.210，通过糖化糟淀粉质量分数和糖化糟还原糖质量分数所起间接效应为正值，通过糖化糟水分质量分数所起间接作用为负值。籽粒支链淀粉质量分数与出酒率正相关，但未达到显著水平（P＞0.05）。由直接通径系数绝对值及决策系数结果可知，不同因素对出酒率的贡献作用依次为：糖化糟淀粉质量分数＞糖化糟水分质量分数＞糖化糟还原糖质量分数＞籽粒支链淀粉质量分数。

表4 青稞籽粒品质指标、青稞酒发酵指标与出酒率的通径分析结果Table 4 Path analysis of grain quality traits and liquor yield

此外，由多元线性回归分析及通径分析可知，青稞籽粒性状中，千粒质量、容重与黄酮质量分数是影响酿酒品质的重要因素。青稞籽粒支链淀粉质量分数高，更有利于小曲青稞酒发酵完全，提高出酒率，这也与前人对高粱、大麦等粮食酿酒性能分析的结论相似[33,37-39]。这是由于与直链淀粉相比，支链淀粉分子中的分支结构减弱了分子链重新结合的紧密程度[40-41]，在蒸煮糊化摊晾后更不容易回生，有利于微生物利用。选择酿酒青稞品质时，应考虑高支链淀粉质量分数对出酒率的促进作用，但同时应适当考虑总淀粉、直链淀粉正相关作用，适量的直链淀粉可阻止支链淀粉的结晶。同时黄酮、β-葡聚糖、蛋白质量分数与支链淀粉质量分数负相关。

2.5 感官得分的多元线性回归分析及通径分析结果

以16 项青稞籽粒品质指标和8 项青稞酒发酵指标共24个指标为自变量（X），以感官得分（Y）为因变量，进行多元线性回归分析。得到回归方程Y＝91.536+1.177X1-0.574X2+0.052X3-0.316X4-0.531X5+23.894X6（R2＝0.808）。糖化糟还原糖质量分数（X1）、糖化糟淀粉质量分数（X2）、容重（X3）、千粒质量（X4）、糖化糟水分质量分数（X5）和黄酮质量分数（X6）是影响青稞酒感官得分的主要因素。

对各性状与感官得分的通径分析表明（表5），糖化糟还原糖质量分数对感官得分的正向直接效应最大，糖化糟还原糖质量分数与感官得分也极显著正相关。其次是籽粒千粒质量对感官得分具有负向直接作用，直接通径系数为-0.513。尽管籽粒千粒质量与感官得分相关性并不显著。糖化糟淀粉质量分数直接通径系数为-0.426，但其通过糖化糟还原糖质量分数所起间接作用为正值。籽粒容重与感官得分的直接通径系数为0.418，籽粒容重与感官得分正相关，但未达到显著水平。糖化糟水分质量分数与感官得分的直接通径系数为-0.348，糖化糟水分质量分数与感官得分正相关，但未达到显著水平。而籽粒黄酮质量分数对感官得分为正向效应。由直接通径系数绝对值及决策系数结果可知，不同因素对感官得分贡献作用依次为：糖化糟还原糖质量分数＞籽粒千粒质量＞糖化糟淀粉质量分数＞籽粒容重＞籽粒黄酮质量分数＞糖化糟水分质量分数。

表5 青稞籽粒品质指标、青稞酒发酵指标与感官评分的通径分析结果Table 5 Path analysis of quality traits and sensory evaluation scores

由此可知，青稞籽粒性状中，千粒质量、容重与黄酮质量分数对青稞酒品质有明显影响。小麦的千粒质量对面包总评分有显著负相关的影响[42-43]，本研究中青稞的千粒质量对青稞酒品质有负向作用。这可能是因为相同条件下，千粒质量大的青稞籽粒，比表面积小，发酵时微生物不易利用，不利于产香。籽粒容重是由其体积、形状、含水量、内部结构等多方面因素决定的，容重也是评定青稞质量等级的主要指标[44]，本研究中发现青稞籽粒的容重也与青稞酒品质正相关。说明在小曲青稞酒的酿造中，籽粒品质对青稞酒的感官品质有直接影响，籽粒饱满的青稞品种酿造的青稞酒感官品质较好。青稞籽粒黄酮质量分数对青稞酒品质有一定正向作用。黄酮属于多酚类大分子，在发酵过程中淀粉分子自由度增加可促使其与体系中多酚分子的相互作用并发生复合，从而改变淀粉多尺度结构[45]，同时，多酚在消化过程中可抑制淀粉酶活性[46]，这些因素可能有利于微生物发酵过程中产生更丰富的风味成分，从而提高酒的口感。

3 结 论

本研究在借鉴传统清香型小曲酒生产工艺的基础上，对26个品种的青稞籽粒、发酵糟醅及相应小曲青稞酒的各个指标分别进行检测，综合研究青稞品种间的品质特性及其对发酵的影响。26个青稞品种的16 项籽粒品质指标变异情况显示，容重和水分质量分数的变异系数相对较小，色泽指标变异系数高，其中β-葡聚糖、灰分、黄酮质量分数的变异系数较高。对16 项籽粒品质指标进行主成分分析，主要综合了支链淀粉、总淀粉、水分、脂肪质量分数及L*、b*值6个指标，反映了青稞籽粒性状65.9%的信息。所选26个青稞品种存在较大的差异，在有特定酿酒需求的原粮青稞品种育种时，需要考虑品种的作用，分析特定的品质特征，选育酿酒专用型品种。

青稞品质指标间及其与酿酒品质相关性分析结果说明，青稞籽粒品质特性指标与酿酒品质指标间相互影响。进一步通过回归分析和通径分析对性状间关系进行剖析发现，发酵过程中糖化糟淀粉质量分数、糖化糟水分质量分数、糖化糟还原糖质量分数和青稞籽粒的支链淀粉质量分数是影响出酒率的主要因素，糖化糟还原糖质量分数、糖化糟淀粉质量分数、容重、千粒质量、糖化糟水分质量分数和黄酮质量分数是影响青稞酒品质的主要因素。在小曲青稞酒的发酵体系中，青稞籽粒中的支链淀粉对出酒率有积极影响，容重则体现出原料品质对酒品质的直接作用，与酿酒品质正相关，青稞籽粒黄酮质量分数高也促进所酿酒品质的提高，而千粒质量高不利于青稞酒产香。

本研究所选26种青稞酿酒产量及口感也有显著差异。其中，‘F1’‘甘青6号’所酿小曲青稞酒综合评分最高，具有青稞酒的典型性，出酒率也较高是酿造青稞酒的优选原料，而‘甘孜160505’青稞出酒率最高，感官品评综合得分也较高，表现出良好的酿酒适宜性。青稞品种之间的酿酒性能差异的分析，为优质酿酒青稞的筛选提供科学的依据。