趙 冠，黨 科，宮香偉，王洪露，張順花，馬一飛，郭 力，馮佰利*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；2.墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)農(nóng)牧綜合服務(wù)中心，西藏 拉薩 850212；3.陜西省西鳳酒股份有限公司，陜西 鳳翔 721400）

高粱屬C4作物，具有光合作用強(qiáng)、生物學(xué)產(chǎn)量高、抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄等特性[1]，是中國北方重要的糧食作物和工業(yè)原料作物，在旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位[2]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的步伐加快，加之釀酒、飼用、制糖、造紙、制板和提煉酒精等用途越來越廣泛，市場需求量不斷增加，其種植面積呈擴(kuò)大趨勢(shì)[3-5]。高粱作為白酒釀造的重要原料，主要是籽粒中淀粉含量較高、蛋白質(zhì)含量適中、脂肪含量較低，并且具有適量的單寧、灰分及粗纖維等物質(zhì)[6]。因此，培育和篩選適于不同釀造工藝的優(yōu)質(zhì)高粱品種，對(duì)推進(jìn)高粱專用化生產(chǎn)具有重要意義。

目前對(duì)釀酒高粱的研究國內(nèi)外主要從品種的選育[7]、淀粉理化性質(zhì)[8]、釀酒工藝[9-10]、微生物群落結(jié)構(gòu)[11]等方面研究。蔣蘭[12]對(duì)釀酒高粱淀粉含量以及淀粉理化性質(zhì)進(jìn)行深入的研究，主要通過對(duì)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、糊化特性以及淀粉酶解力等方面進(jìn)行分析研究，得出不同類型高粱淀粉在組成以及理化性質(zhì)上存在較大差異。馮興垚等[9]以三種不同釀酒高粱作為釀造原料進(jìn)行蒸煮特性研究，發(fā)現(xiàn)不同類型高粱在不同蒸煮條件下最優(yōu)的蒸煮參數(shù)不同。而針對(duì)于釀酒專用高粱品種籽粒組分含量、淀粉理化性質(zhì)、高粱籽粒蒸煮品質(zhì)以及釀造特性進(jìn)行系統(tǒng)分析研究的報(bào)道甚少。高粱根據(jù)淀粉含量和組分的不同分粳性高粱和糯性高粱兩種，籽粒中支鏈淀粉含量占總淀粉含量80%以下為粳性高粱，反之則為糯性高粱[13]。在白酒釀造過程中，由于高粱籽粒中物質(zhì)組分含量不同以及不同類型高粱籽粒淀粉理化特性存在較大差異，也會(huì)產(chǎn)生不同的釀酒特性。同時(shí)，這些因素與白酒香型、風(fēng)格、出酒率密切相關(guān)[8]。本試驗(yàn)選取6個(gè)釀酒專用高粱品種，采用鳳香型白酒釀造工藝進(jìn)行研究，通過對(duì)粳糯高粱品種籽粒組分含量、淀粉理化特性、蒸煮品質(zhì)以及釀造特性進(jìn)行分析，以期為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)釀酒高粱品種篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯性高粱（晉糯3號(hào)、冀釀2號(hào)），粳性高粱（晉雜34、佳縣高粱、吉雜127、遼雜19）：分別由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、河北省農(nóng)林科學(xué)院、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

直、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品：北京索萊寶科技有限公司；氫氧化鈉、無水乙醇、酚酞、硫酸、鹽酸（均為分析純）：洛陽昊華化學(xué)試劑有限公司；己酸丁酯標(biāo)準(zhǔn)品（純度＞98%）：成都嘉葉生物科技有限公司；其他分析純?cè)噭簭V東光華科技股份有限公司或國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DK-S26電熱恒溫水浴鍋：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ME204電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；FW-100D高速萬能粉碎機(jī)：天津鑫博得儀器有限公司；SF-TDL-5A臺(tái)式低速離心機(jī)：上海菲恰爾分析儀器有限公司；Bluestar B紫外可見分光光度計(jì)：北京萊伯泰科儀器股份有限公司；K9860全自動(dòng)凱氏定氮儀：濟(jì)南海能儀器股份有限公司；S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡：日本日立公司；Q2000差示掃描量熱儀：美國Waters公司；D/max2200PC X射線衍射儀：日本東京理學(xué)公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 高粱籽粒物理性質(zhì)

高粱籽粒外觀顏色：直接用肉眼鑒別樣品的顏色；容重測(cè)定參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5498—2013《糧油檢驗(yàn)》方法[14]；千粒質(zhì)量測(cè)定參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5519—2008《谷物與豆類千粒重的測(cè)定》方法[15]；水分測(cè)定參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.3—2016《食品中水分的測(cè)定》方法[16]。

1.3.2 高粱籽粒組分含量分析

脂肪含量測(cè)定參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測(cè)定》方法[17]；蛋白含量測(cè)定采用全自動(dòng)凱氏定氮儀進(jìn)行測(cè)定；單寧含量測(cè)定參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15686—2008《單寧含量的測(cè)定》方法[18]；直鏈和支鏈淀粉含量測(cè)定參照GB 5009.9—2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中淀粉的測(cè)定》方法[19]。

1.3.3 高粱籽粒蒸煮特性

參照何成等[20-21]的方法，對(duì)不同高粱籽粒進(jìn)行蒸煮，并觀察和測(cè)定蒸煮后籽粒黏度、吸水率、膨脹率。

1.3.4 高粱籽粒淀粉理化性質(zhì)

高粱籽粒淀粉顆粒的掃描電子顯微觀察參照田曉紅等[9]方法，通過S-4800型掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察并照相（10 kV）；高粱籽粒淀粉X-射線衍射參照劉培玲等[22]方法測(cè)定，采用X-射線衍射儀進(jìn)行物相分析，用Origin 2017軟件進(jìn)行衍射圖譜繪制；高粱籽粒淀粉的熱特性采用差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC），參照WHITE P J等[23-24]的方法進(jìn)行測(cè)定。用十萬分之一天平準(zhǔn)確稱量3.00 mg左右高粱淀粉放置在鋁制坩堝中，以2∶1加去離子水，加蓋后，用配套的底座密封，室溫平衡2 h，以10 ℃/min的加熱速率使鋁制坩堝溫度從20 ℃升高至110 ℃，用密封空白鋁制坩堝作為對(duì)照，可得到淀粉的熱特性曲線。

1.3.5 高粱酒出酒率的測(cè)定

釀造試驗(yàn)在陜西省西鳳酒股份有限公司進(jìn)行，采用鳳香型白酒生產(chǎn)工藝流程，在現(xiàn)行“圓窖”工藝基礎(chǔ)上，只改變高粱品種進(jìn)行試驗(yàn)，分別在6個(gè)窖池同時(shí)進(jìn)行。

投糧：每輪每個(gè)品種投糧900kg，大曲210kg，輔料225kg，入池溫度：18～22 ℃（窖池內(nèi)平均溫度），入池水分：57%～61%（窖池內(nèi)平均水分），高粱粉碎度：4～6瓣，大曲粉碎度：麥仁粒狀，高粱清蒸0.5 h以上，輔料清蒸90 min以上。在西鳳酒現(xiàn)行“圓窖”工藝下持續(xù)發(fā)酵時(shí)間為26 d，跟蹤不同高粱品種的6個(gè)窖池。對(duì)不同高粱品種酒出酒率以及原酒樣中香味物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，出酒率參照毛洪川等[25-26]方法測(cè)定：將窖池內(nèi)的糟醅各自進(jìn)行蒸餾取酒，摘取65%vol酒，出酒率計(jì)算公式如下：

1.3.6 原酒主要香味物質(zhì)測(cè)定

采用液液微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（liquid-liquid microextraction with gas chromatography-mass spectrometry，LLME-GC-MS）對(duì)不同高粱原酒酒樣中香味物質(zhì)進(jìn)行定量分析[27-29]。取18 mL酒精度為10%vol的稀釋酒樣，加入6 g氯化鈉至飽和，6 μL內(nèi)標(biāo)己酸丁酯（5.85 mg/L），再加入1 mL重蒸乙醚對(duì)其進(jìn)行萃取，充分振蕩約3 min，待其靜置分層后取1 μL已過濾的上層萃取劑進(jìn)行GC-MS分析。

GC條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃，載氣為高純度氦氣（He），流速2 mL/min，不分流進(jìn)樣；升溫程序：初溫為50 ℃，保持溫度不變2 min，以6 ℃/min升溫至230 ℃，保持15 min。MS條件：電子電離源（electron ionization，EI）；電子能量70 eV；傳輸線溫度230 ℃；離子源溫度250 ℃；掃描范圍：30～350 u。揮發(fā)性成分的鑒定采用以下方法：首先將化合物的質(zhì)譜圖與美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）08標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫（美國Agilent公司化學(xué)工作站內(nèi)置）中的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比對(duì)，匹配度＞800（最大值1 000），作為初步定性結(jié)果。進(jìn)一步根據(jù)校準(zhǔn)曲線，根據(jù)化合物的峰面積相對(duì)于內(nèi)標(biāo)物的峰面積之比計(jì)算化合物的濃度，具體操作參考文獻(xiàn)[30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 粳糯高粱籽粒物理參數(shù)分析

粳糯高粱籽粒的物理參數(shù)見表1。由表1可知，糯性高粱在籽粒外觀顏色上均為紅褐色，而粳性高粱籽粒顏色較淺。除晉雜34外，粳性高粱籽粒千粒質(zhì)量總體大于糯性高粱。遼雜19籽粒容重最大，為787 g/L，晉雜34籽粒容重最小，為721 g/L，冀釀2號(hào)、佳縣高粱和晉糯3號(hào)籽粒容重?zé)o顯著差異。糯性高粱冀釀2號(hào)與四種粳性高粱籽粒含水量有顯著差異（P＜0.05），但晉糯3號(hào)與晉雜34和遼雜19無顯著差異（P＞0.05）。目前釀酒企業(yè)普遍要求高粱籽粒含水量要在13%以下，容重在730 g/L以上，有利于原料貯藏加工利用[31]。除晉雜34號(hào)外，其他高粱均符合要求。

表1 粳糯高粱籽粒的物理參數(shù)Table 1 Physical parameters of japonica sorghum and glutinous sorghum grains

2.2 粳糯高粱籽?；瘜W(xué)組分含量分析

粳糯高粱籽?；瘜W(xué)組分含量見表2。由表2可知，佳縣高粱籽粒總淀粉含量最高，為77.42%；晉糯3號(hào)籽?？偟矸酆孔畹停瑸?2.63%。糯性高粱冀釀2號(hào)支鏈淀粉含量最高，為69.84%；吉雜127支鏈淀粉含量最低，為48.08%。晉糯3號(hào)、冀釀2號(hào)高粱籽粒中支鏈淀粉占總淀粉含量均＞80%，分別為86.93%、93.7%；其余均在80%以下。糯性高粱籽粒脂肪含量均高于粳性高粱，其中，冀釀2號(hào)脂肪含量最高，為4.02%；遼雜19最低，為2.98%。遼雜19蛋白質(zhì)含量最高，為8.91%；佳縣高粱蛋白質(zhì)含量最低，為6.24%。佳縣高粱單寧含量最高，為1.22%；晉糯3號(hào)單寧含量最低，為0.64%。

表2 粳糯高粱籽?；瘜W(xué)組分含量Table 2 Contents of chemical components of japonica sorghum and glutinous sorghum grains

一般按照釀造高粱原料要求，高粱籽粒中脂肪含量不應(yīng)超過4%，脂肪含量的高低對(duì)于酒的品質(zhì)影響較大[32]。蛋白質(zhì)含量過多會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵過程中酸類物質(zhì)的大量積累，從而改變發(fā)酵條件，影響酒的品質(zhì)[33]。單寧含量一般在0.5%～1.5%時(shí)，高粱酒的風(fēng)味更好，當(dāng)含量超過3%時(shí)，酒的口感變差[8]。綜上，佳縣高粱總淀粉顯著高于其他品種，蛋白質(zhì)含量顯著低于其他品種，其脂肪和單寧含量均在適宜范圍之內(nèi)，是較為適宜的釀酒高粱品種。

2.3 粳糯高粱籽粒蒸煮特性分析

由表3可知，晉雜34漂浮顆粒最多，冀釀2號(hào)漂浮顆粒最少，其余均在20粒左右。冀釀2號(hào)吸水率和膨脹率均為最大，分別為209.26%、225.49%；遼雜19吸水率和膨脹率均為最小，分別為130.31%、152.08%；6種釀造高粱品種的吸水率和膨脹率之間呈正相關(guān)。除佳縣高粱外，其余糯性高粱的吸水率和膨脹率均大于粳性高粱。糯性高粱蒸煮后較為黏稠，粳性高粱蒸煮后籽粒松散并成顆粒狀，但在粳性高粱中佳縣高粱卻表現(xiàn)為較黏稠，黏度介于糯性高粱和粳性高粱之間。結(jié)果顯示，蒸煮后的糯性冀釀2號(hào)和粳性佳縣高粱均表現(xiàn)出良好的釀造特性。

表3 粳糯高粱籽粒蒸煮特性Table 3 Cooking characteristics of japonica sorghum and glutinous sorghum grains

續(xù)表

2.4 粳糯高粱籽粒淀粉理化性質(zhì)

2.4.1 淀粉微觀結(jié)構(gòu)

研究表明，籽粒淀粉微觀結(jié)構(gòu)分析是籽粒淀粉理化性質(zhì)研究的重要組成部分，籽粒淀粉顆粒與蛋白結(jié)構(gòu)緊密程度直接影響著籽粒淀粉分離難易，其次籽粒淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)也對(duì)淀粉的理化性質(zhì)有影響[34]。粳糯高粱籽粒淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)見圖1。由圖1可知，6種釀造高粱籽粒淀粉顆粒基本為不規(guī)則體，顆粒較大，表面凹陷；部分顆粒表面有類蜂窩狀結(jié)構(gòu)；少數(shù)為橢圓體，顆粒較小，表面光滑。糯性高粱和佳縣高粱籽粒淀粉顆粒表面不光滑，顆粒表面有皺縮，其中晉糯3號(hào)高粱籽粒淀粉顆粒表面開裂；粳性高粱籽粒淀粉顆粒表面較為圓滑，但佳縣高粱籽粒淀粉顆粒表面有明顯的皺縮；冀釀2號(hào)、晉雜34和遼雜19高粱籽粒淀粉顆粒表面有類蜂窩狀結(jié)構(gòu)。6種釀造高粱籽粒淀粉顆粒粒徑在5～23 μm之間。

圖1 粳糯高粱籽粒淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Microstructure of japonica sorghum and glutinous sorghum grains

2.4.2 淀粉的熱特性

粳糯高粱籽粒淀粉的差示掃描量熱法結(jié)果見表4。由表4可知，兩種糯性高粱籽粒淀粉漿的起始糊化溫度分別為75.74 ℃、76.11 ℃，終止溫度為87.47 ℃、88.51 ℃，焓變?yōu)?3.38 J/g、13.68 J/g；粳性高粱籽粒淀粉漿的起始糊化溫度為68.04～70.22 ℃，終止溫度為77.70～82.12 ℃，熱焓值為5.94～8.21 J/g；糯性高粱籽粒淀粉漿起始溫度、終止溫度、熱焓值均高于粳性高粱，且粳糯高粱之間存在顯著性差異（P＜0.05）。表明糯性高粱籽粒淀粉的結(jié)構(gòu)比粳性高粱更加緊密有序，更容易糊化，所需的熱量也較高[35-36]。

表4 粳糯高粱籽粒淀粉的差示掃描量熱法結(jié)果Table 4 Differential scanning calorimetry results of japonica sorghum and glutinous sorghum grains

2.4.3 淀粉的X-射線衍射

如圖2所示，粳糯高粱籽粒淀粉晶體結(jié)構(gòu)型均為A型，它們高粱籽粒淀粉衍射角2θ分別在15.0°、17.1°、17.9°及23.0°有吸收峰；而且在衍射角2θ為20.0°處，糯性高粱籽粒比粳性高粱籽粒淀粉吸收峰弱，這可能是由于糯性高粱中直鏈淀粉含量較低所引起的[37]。

圖2 粳糯高粱籽粒淀粉X-射線衍射圖Fig.2 X-ray diffraction pattern of japonica sorghum and glutinous sorghum grains

2.5 粳糯高粱出酒率對(duì)比

影響白酒出酒率的因素較多，一般來說出酒率與高粱淀粉含量成正相關(guān)，高粱籽粒中淀粉含量越多，出酒率越高[38]；但單寧含量過多會(huì)影響發(fā)酵過程中微生物的活性，抑制發(fā)酵過程的進(jìn)行，以及不同的生產(chǎn)工藝也會(huì)造成白酒出酒率的差異[32]。粳糯高粱出酒率對(duì)比結(jié)果見圖3。由圖3可知，粳性佳縣高粱出酒率最高，為41.61%，但佳縣高粱與晉糯3號(hào)出酒率無顯著差異（P＞0.05）；粳性吉雜127出酒率最低，為35.94%，吉雜127與冀釀2號(hào)出酒率無顯著差異。

圖3 粳糯高粱出酒率對(duì)比結(jié)果Fig.3 Comparison results of liquor yield of japonica sorghum and glutinous sorghum

2.6 粳糯高粱原酒主要香味物質(zhì)分析

粳糯高粱原酒主要香味物質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果見表5。由表5可知，糯性高粱酒中主要物質(zhì)乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、正丙醇、正丁醇、異戊醇含量分別為85.86～109.23mg/100mL、42.18～43.74 mg/100 mL、193.89～218.13 mg/100 mL、26.06～35.77 mg/100 mL、22.95～27.62 mg/100 mL、33.42～38.08 mg/100 mL；粳性高粱酒中乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、正丙醇、正丁醇、異戊醇含量分別為151.14～229.29mg/100mL、69.94～84.66 mg/100 mL、146.00～227.98 mg/100 mL、35.75～54.53 mg/100 mL、18.73～37.25 mg/100 mL、41.97～48.37 mg/100 mL。

表5 粳糯高粱原酒主要香味物質(zhì)含量Table 5 Main flavor contents of liquor made from japonica sorghum and glutinous sorghum mg/100 mL

粳性高粱酒中的乙酸乙酯、己酸乙酯和丁酸乙酯含量均高于糯性高粱酒中的含量。其中冀釀2號(hào)高粱酒中的乙酸乙酯含量最少，而佳縣高粱酒中乙酸乙酯的含量最高，乳酸乙酯含量最少；遼雜19高粱酒中己酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯含量均最高。在佳縣高粱釀酒香味成分中，乙酸乙酯含量占總酯含量的一半，其次，佳縣高粱酒中乳酸乙酯含量占己酸乙酯的一半，適量的乳酸乙酯有益于白酒的風(fēng)格，而過量的乳酸乙酯會(huì)引起白酒的澀味并降低其質(zhì)量[39-40]。粳性高粱酒中異丁醇、仲丁醇和異戊醇含量均高于糯性高粱。其中，冀釀2號(hào)高粱酒中正丙醇、異丁醇、仲丁醇和異戊醇含量均為最低；佳縣高粱酒中仲丁醇含量最高，正丁醇含量最低；遼雜19高粱酒中正丁醇、異丁醇和異戊醇含量均為最高。醇類化合物在酒成分中有著重要的作用，不同成分的醇類化合物會(huì)形成不同香氣的白酒風(fēng)格，尤其是高級(jí)醇的含量過高會(huì)直接影響酒的口感和香味，導(dǎo)致酒的品質(zhì)下降[41]。

綜合分析表明，在相同的釀造工藝條件下，佳縣高粱符合西鳳酒的特性，為鳳香型酒主要風(fēng)味特征。糯性高粱中支鏈淀粉含量豐富，但其更易于溶脹和糊化，因此，糯性高粱更適合于釀造濃香型和醬香型白酒。

3 結(jié)論

通過對(duì)粳糯高粱籽粒理化性質(zhì)、籽粒淀粉性質(zhì)、出酒率以及原酒酒樣中主要風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，粳糯高粱籽?；瘜W(xué)組成含量、蒸煮特性、籽粒淀粉理化性質(zhì)以及釀造特性存在一定差異。其中粳性佳縣高粱籽粒的總淀粉和單寧含量最高，分別為77.42%、1.22%；其高粱酒中乙酸乙酯的含量最高，為229.29 mg/100 mL；出酒率也最高，為41.61%，較適合于西鳳酒的釀造。糯性高粱冀釀2號(hào)支鏈淀粉、脂肪含量最高，分別為69.84%、4.02%；其籽粒吸水率和膨脹率均最大，分別為209.26%、225.49%；冀釀2號(hào)高粱淀粉熱焓值最大，為13.68 J/g，可能更適合于醬香型和濃香型白酒的釀造。遼雜19蛋白質(zhì)含量最高，為8.91%，其高粱酒中己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、異丁醇和異戊醇含量均最高，分別為84.66 mg/100 mL、227.98 mg/100 mL、8.49 mg/100 mL、15.23 mg/100 mL、48.37 mg/100 mL，可能更適合于濃香型白酒的釀造。

在白酒釀造過程中，由于原料品種之間存在較大的差異以及釀造工藝的不同，直接影響著白酒的品質(zhì)和產(chǎn)量，所以在釀造原料的選擇方面，應(yīng)該結(jié)合自身的實(shí)際情況因地制宜，選擇合適的釀酒原料。目前，釀酒行業(yè)對(duì)釀酒高粱品質(zhì)沒有統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)，好的原料是釀造好酒的基礎(chǔ)，不同類型高粱品種在釀酒品質(zhì)以及工藝參數(shù)方面也存在較大差異，對(duì)于不同風(fēng)味的白酒原料的選擇以及工藝參數(shù)的改進(jìn)還需要進(jìn)一步研究。