酿酒专用高粱研究进展

2023-03-29陈科郑佳李杨华龚利娟陈玉章彭涛

食品工业 2023年3期

陈科，郑佳，李杨华，龚利娟*，陈玉章，彭涛

1.四川轻化工大学生物工程学院（宜宾 644000）；2.四川省酿酒专用粮工程技术研究中心（宜宾 644000）；3.宜宾五浪液股份有限公司（宜宾 644000）

俗话说“好粮出好酒”[1]。粮食的选择对于酒的风味和口感有很重要的影响，因此，粮食和酒存在紧密相连的关系。“粮为酒之肉，曲为酒之骨，水为酒之血，技为酒之魂。”由此可见，粮食在酒中的重要性[2]。从一粒种子到一滴美酒，是一个复杂的系统工程，只有种好粮，才能酿出美酒。由于高粱产香的特征，高粱是中国最重要的酿酒原料，并且在经济发展中占有重要地位，其许多优质名酒都是由高粱为主要原料酿制而成[3]。

高粱按照直链和支链淀粉含量高低可分为糯高粱和粳高粱。糯高粱含有大量支链淀粉，结构较疏松，粳高粱支链淀粉含量较低，结构较紧凑，高粱含有一定的单宁、花青素等成分，其产生的衍生物酚类化合物赋于白酒独特的芳香风味[4]。

鉴于此，以酿酒专用粮的酒粮关系综合评述，重点探讨酿酒专用高粱的产业现状、理化品质、育种、酿酒工艺、白酒风味特征，旨在提高白酒品质要求，对酒文化产业发展提供重要的理论支撑意义。

1 酿酒专用高粱的产业现状

酒企的原料增供与原粮基地扩张举措，其瞄准的是“酿酒专用粮”。酿酒专用粮是给“微生物吃的”，和口粮的标准不一样[5]。近年来，随着酿酒原料特性与白酒品质相关性的研究越来越多，“专用粮”的概念也越来越深入人心，但仍存在缺乏统一的酿酒专用粮技术标准、优质专用粮品种稀缺、缺乏对当地优质品种的开发利用与保护等瓶颈问题。市场上存在酿酒原料品种繁多、质量参差不齐、优质品种少且品种退化严重等现象，这严重影响酿酒专用粮产业和中国传统白酒产业的高质量发展。

充足的酿酒专用粮供给是实现打造世界级白酒产业集群的源动力。随着酿造工艺和机械化水平的提升，白酒行业进入长期不缺酒，但是缺少用优质专用粮酿造优质酒的年代。据调查了解，原粮供应外购较多，除少数企业拥有一定规模酿酒原料生产基地外，其余企业粮食供给主要依靠外购或国外进口。随着白酒产业产量的快速发展提升，对专用高粱的需求量也逐年增加，但传统高粱品种的产量有限，抗逆性较差且各酒企对其依赖型较强，扩大种植面积是当前各酒企满足自身高粱需求量和保持企业高速发展的有效途径。建立酿酒专用粮生产基地是建设农业现代化产业体系、助推优质川酒产业振兴发展的关键支撑[6]。

随着“酿酒专用粮”概念的兴起，酿酒专用粮产业在各个名优白酒企业得到大力发展。贵州茅台在2000年就开始推动有机高粱基地建设，实施“公司+基地+农户”的三级管理模式。2010年，茅台新建有机原料基地2万亩（1亩=666.67 m2），累计达40万亩（1亩=666.67 m2）。泸州老窖在川南地区建设酿酒用有机高粱基地，其“国窖1573”等高端酒品需要酿造的原粮均来源于有机高粱基地的“糯红高粱”，并且通过最严谨的筛选和最考究的工艺步骤。据五粮液集团的“十三五”战略规划明确表示，解决其酿酒原料的来源和质量保障的根本措施是建设符合发展要求的专用粮基地等。

2 酿酒专用高粱的理化品质研究

2.1 品质要求

研究发现，酿造优质白酒需要酿酒高粱籽粒总淀粉含量高，可提高出酒率，支链淀粉含量高，可使发酵过程中易达到柔熟、收汗等工艺标准，适量的蛋白质含量可为酿酒微生物提供营养成分，少量的脂肪含量能减少酒体中的杂邪味，适量的单宁含量能抑制杂菌生长繁殖，并赋予酒体独特香味[7]。张文毅等[8]研究表明，在糯高粱育种研究上，应需较高的淀粉含量，较低的蛋白质和脂肪含量，适量的单宁含量为宜。丁国祥等[9]研究表明，酿造优质白酒，其产量和风味特征除了与独特的优良生态条件和酿造工艺有关外，高粱的品质也是至关重要的因素。研究发现，高粱淀粉与蛋白质极显著负相关，淀粉与单宁、赖氨酸含量显著负相关，单宁与蛋白质、赖氨酸含量极显著负相关。因此，淀粉与蛋白质、单宁含量一同提高很难。酿酒专用高粱应保证淀粉含量高、蛋白质和脂肪含量适中、单宁含量适量提高等要求[10]。

2.1.1 淀粉含量高

高粱中的淀粉含量一般在60%～70%范围内，支链淀粉占总淀粉的90%以上最为合适[9]。研究表明，高粱中淀粉含量越高，出酒率就越多[11]。高粱淀粉含量的多少主要与高粱品种及种植区域等有直接关系[12]。糯高粱支链淀粉含量很高，并且有些糯高粱全为支链淀粉，其蒸煮后的高粱颗粒具有较小的裂口，在闷水状态下淀粉损失较少，糖化过程中发酵效果好，淀粉利用率高，因此糯高粱更符合酿造白酒的工艺要求[13]。

2.1.2 蛋白质含量适中

适量的蛋白质有利于酒体风味的形成，生成醇类、酯类、酸类等芳香组分。但是，过量的蛋白质会导致发酵过程中的杂菌大量生长，不利于有益微生物的生长和代谢，会使酒体产生杂邪味[14]。

2.1.3 单宁含量适量提高

在中国，高粱品种中近一半的品质单宁含量低于1.0%，约四成品种的含量基于1.0%～1.5%，一成的品种高于1.5%。然而，高粱单宁含量在酿酒市场的发展下随着时间的推移而显著提升[15]。高粱中的单宁为复杂曲高分子多元酚类化台物，在发酵过程中适量的单宁含量能有效抑制有害微生物的生长繁殖，单宁还可以产生衍生物多元酚类衍生物，赋予白酒特殊的香味[16]。研究发现，高粱中的单宁含量在0.5%～1.5%范围内较好[17]。

2.1.4 脂肪含量宜低

脂肪含量过多，容易在发酵时发生脂肪酸氧化分解，从而导致产生低分子酮类或醛类，形成酸败现象，因此易在酒体中有邪杂气味生成，从而影响酒体的纯净度[18]。研究发现，脂肪含量一般低于4%较好[19]。

2.1.5 玻璃质宜少

宋高友等[20]发现若玻璃质多，高粱籽粒硬度就越大，导致吸水率慢，糊化温度变高，从而不利于糖化发酵，出酒率变低。因此玻璃质越少，酿酒效果越好。

2.1.6 外观品质好

高粱籽粒外观为金黄色或者红褐色，籽粒大小均匀，无虫蛀，无霉烂，外皮薄的籽粒，含水量低于14%的籽粒品质最好[21]。

2.2 理化差异性

酿酒专用高粱中的淀粉、蛋白质、脂肪、单宁等组成成分的含量与白酒的品质和风格有密切相关性，并且不同高粱品种的组成成分及淀粉特性上有一定差异性[22]。不同高粱品种因种植产地的不同也是影响其品质的重要因素。杨乾华等[23]对南北方不同品种高粱进行差异分析，得出北方高粱的支链淀粉、单宁含量低于南方高粱的结论。唐玉明[24]通过对四川与北方高粱的品质差异进行比较分析研究，北方高粱无论粳糯高粱，单宁含量普遍较低于四川高粱，支链淀粉占总淀粉的比例也较四川高粱偏低。毛祥等[25]对5种常用酿酒高粱进行研究分析，酿酒高粱的组成成分含量及其淀粉特性都存在差异性，并其对酿酒过程有着非常重要的影响。

2.3 淀粉研究现状

2.3.1 分子结构

直链淀粉和支链淀粉在结构和性质上都存在本质上的差异。直链淀粉主要为线性，d-葡萄糖吡喃氨基残基由α-(1→4)键延伸，少量的分支由α-(1→6)键延伸。在不同高粱淀粉中直链淀粉的聚合度（DP）约1 150～1 390[26]。研究发现，3个高粱基因型的直链淀粉分子量在6.4×106～11×106之间[27]。支链淀粉是淀粉的主要成分，比直链淀粉大，它由(1→4)-α-D-葡萄糖残基的线性链组成，其分支大概有5%～6%通过(1→6)-α链连接。支链淀粉的链长分布与淀粉的功能特性有关，因此支链淀粉的链长分布可能会影响淀粉的消化特性[28]。由于支链淀粉结构复杂，分子量也巨大，因此支链淀粉的分子结构也影响淀粉的溶胀和糊化[29]。

2.3.2 颗粒结构

通过使用显微镜技术观察的高粱淀粉颗粒结构，其大小不均匀，颗粒大多为球形和多边形，表面有凹痕和孔隙，少数为卵圆状和球状，表面光滑[30]。高粱淀粉颗粒结构的差异与高粱品种和种植产地的不同有着很大的影响。蒋兰[31]通过对南北高粱淀粉颗粒进行观察得出，南方高粱颗粒的粒径较小于北方高粱，而南方高粱淀粉颗粒棱角较为光滑，细孔较之与北方高粱更多。田晓红等[32]通过对我国20种高粱淀粉的微观结构进行对比研究，结果表明，高粱淀粉颗粒多数为不规则形状，表面内凹，颗粒较大，其淀粉颗粒粒径在5～20 μm之间。闫松显等[33]研究表明不同酿酒高粱品种的果皮厚度、淀粉粒径长度存在显著差异，因此其高粱的微观形态影响品质的关键因素。然而，各种淀粉颗粒结构环境因素会影响颗粒状的形态，如较高的生长温度会导致更小的颗粒尺寸[34]。

2.3.3 晶型结构

X射线衍射法和傅里叶变换红外光谱是研究淀粉结晶性质和特点的常用方法。淀粉结晶度大小直接影响其糊化性质，进而对淀粉产品应用产生很大影响[35]。

淀粉颗粒是一种具有结晶性聚合物结构，淀粉颗粒按照X射线衍射图可以分为A、B、C这3种晶型，然而，高粱淀粉的晶型结构被认定为A型[36-37]。一般认为淀粉的结晶度受到支链淀粉的影响[38]。研究发现红缨子高粱淀粉结晶度比普通白高粱高，其由于含有较高的支链淀粉含量，因此形成较多的双螺旋结构，导致结晶度升高[39]。

2.3.4 片层结构

小角度散射技术在淀粉科学中最重要的成就是对天然淀粉颗粒中半晶体生长环的层状结构的定量分析[40]。如图1所示，通过小角度散射技术探测淀粉颗粒结构到晶体结构研究之间的片层结构[41]，但仍缺少高粱淀粉的片层结构研究。

图1 淀粉颗粒各层级结构

3 酿酒专用高粱的育种研究

随着专用粮产业的发展，育种由最开始的单一的以食用为目标，逐渐向酿造等方面转变，并逐步成为育种主体。探究高产、优质、抗病虫性强、抗倒伏、适应性广的专用粮育种技术逐渐成为新时期专用粮产业发展的重要目标。

国内有多家机构育种出优良品种，如宜宾市农业科学院高粱研究所育成“宜糯红2号”“宜糯红7号”[42-43]，辽宁农业科学院高粱研究所育成“辽糯11号”[44]，四川省农业科学研究院水稻高粱研究所所育成“金糯粱1号”“川糯粱2号”[45-46]等适宜于各生态区种植优质品种，为酿酒专用粮的大面积提高生产及产业化经营发展奠定基础。

4 酿酒专用高粱的酿酒工艺研究

酿造白酒的原料来源较广，但是不同原料酿造出的白酒的产酒量和酒体风格各有不同，白酒品质可能因原料的品种及产地的不同，酿造出的白酒在香型、口感、风格和产酒率方面都有很大差异，因为白酒酿造的工艺十分复杂，所以要酿造出优质白酒会受到诸多因素的影响。

不同高粱品种具有不同的糊化特性，主要因其淀粉组成、结构、性质不同。通过对南北方高粱蒸煮品质对比分析研究表明，北方高粱在吸水率、黏稠度和糊化率等指标方面均低于南方高粱，而糯高粱酿造性能较好于粳高粱[47]。影响高粱糊化效果的主要因素有粉碎度、润粮工艺和蒸煮时间。原料的粉碎度是非常关键的一步，原料的粉碎度对理化性质、入窖糟醅的感官以及产酒量有直接的影响[48]。冯兴垚等[49]研究表明，糯高粱为最高的糊化率为53.9%，其最佳蒸煮条件：润粮水量为粮重的60%，润粮时间140 min，蒸煮时间40 min。淀粉的组成、结构和性质的不同，从而具有不同的糊化特性，一般支链淀粉含量越高，其吸水率、膨胀率和糊化率都越大。何诚等[50]研究发现，蒸煮后的糯高粱吸水率、膨胀率、胶稠度、糊化率和糊化温度等都比粳性高粱高，因此粳糯高粱蒸煮品质存在显著差异。

5 酿酒专用高粱的白酒风味特征研究

白酒主要以高粱等粮食为主要原料，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、陈酿、勾兑等六大步骤而制作而成的蒸馏酒产品[51]。水、乙醇和微量成分物质是白酒中主要的组成成分，其中水和乙醇占比达98%，微量成分物质只占2%左右，但占比极低的微量成分物质对白酒的品质和风格起决定性作用[52]。

白酒的品质和风味与其中所含的特征性风味成分关系密切，通过研究白酒中特征性风味化合物的组成可有效鉴别白酒类别，更好地分析不同类型白酒的差异性[53]。白酒富含多种多样的风味化合物，如酯类（如乙酸乙酯和乳酸乙酯）、有机酸（如苹果酸、乳酸和乙酸）芳香族化合物、内酯类、酚类和萜烯类等[54]。王鹏等[55]通过对3种浓香型贡酒的风味组成分析研究发现，文王贡酒中含有较高的高级醇、有机酸及乙酸乙酯，甲酸乙酯的含量突出的是迎驾贡酒，而古井贡酒中的己酸乙酯的含量较高。近年来，白酒风味物质检测常用的仪器有气相色谱质谱（GC-MS）、气相火焰离子化检测器（GC-FID）、气相色谱-火焰光度检测器（GC-FPD）法、气相色谱-嗅闻-质谱（GC-O-MS）法、气相色谱-嗅闻仪（GC-O）联用技术等[56-57]。并且气相-质谱联用技术（GC-MS）和气相色谱-嗅闻联用（GC-O）技术在白酒风味物质研究方面被广泛使用，可分别用于检测白酒挥发性化合物和鉴定香气活性化合物。孙细珍等[58]采用GC-MS从粳和糯2种高粱小曲白酒中共检测出166种和148种香气成分，采用GC-O从2种小曲白酒中鉴定出57种香气活性物质，并且两种小曲香气成分存在显著差异。

风味特征是白酒品质必不可少的组成部分，也是决定白酒口感、香气和风格[59]。不同高粱品种因品质差异而导致香味物质成分也存在一定差异。陈翔等[60]研究发现不同的原料有着不同的酒体风味，白酒的组分含量也有差异的结果。田殿梅[61]研究表明不同的高粱品种因其品质（成分的差异）的不同，导致其发酵过程中的水分、温度、酸度、酒精的生成、微生物的变化、挥发物的变化及风味物质的产生等都存在很大的差异，从而使其所酿造的基酒的品质也出现差异，进而使得产酒量及香味物质成分发生改变。随着发展进步，白酒酿造的发酵器也在不断改良升级，不同发酵容器对发酵过程、出酒率和出酒品质的影响存在一定差异性。陈晋芳[62]和马蓉等[63]根据发酵情况、出酒率及出酒品质的进行综合比较分析得出，不锈钢罐和陶缸比石窖更适酿造大曲清香型白酒。

6 展望

酿酒专用粮越来越深入人心，随着白酒产业产量的快速发展，对专用高粱的需求量也逐渐增加，建设专用高粱基地是实现有效供给酿酒原料，是确保白酒特色和品质的保障，促进原料转化，实现专用高粱的自给自足和全方位溯源，降低原粮运输成本，助力企业节能降本，助力乡村振兴。对于优质酿酒专用高粱品种的选择提供理论支撑，实现优质酿酒专用高粱品种引种和培育，建立适宜高效的种植栽培模式，从而提高白酒品质要求，对酒文化产业发展具有重要的理论意义。

就高粱淀粉而言，对于高粱淀粉的研究仍不够深入，缺少针对高粱淀粉的分子结构、颗粒结构、晶体结构及片层结构的细致研究。在酿酒工艺方面已开展部分研究，但存在缺乏实际生产应用的问题，如在酿酒生产上如何提高高粱淀粉的利用率及如何缩短蒸煮时间等方面还需重点关注，其势必成为酿酒行业的研究关注热点。