不同五糧配方的成分解析及其釀造特性對比研究

姚亞林，黃治國，鄧 霖，任志強(qiáng)

（四川輕化工大學(xué)釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點實驗室，四川宜賓 644000）

白酒是以谷物為原料，經(jīng)蒸煮、糖化、酒曲發(fā)酵、蒸餾、老熟、勾兌而成的中國傳統(tǒng)蒸餾酒。而釀酒原料是決定白酒質(zhì)量的重要因素，使用不同的釀酒原料，發(fā)酵產(chǎn)物必然不同[1-2]。陳彬等[3]采用5種不同糧食發(fā)酵釀造清香型大曲酒，發(fā)現(xiàn)其白酒風(fēng)味存在顯著差別；吳幼茹等[4]通過氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜（gas chromatography-olfatometry-mass spectrometry，GC-O-MS）分析不同釀酒原料的蒸煮香氣，得出不同原料的香氣活性物質(zhì)對酒體風(fēng)味的貢獻(xiàn)度不同。采用多糧釀酒，不僅可以平衡各類營養(yǎng)成分，更可以綜合各種糧食獨有的香氣成分，不同釀酒原料的搭配更是對白酒風(fēng)味有著獨特的影響[5-6]。

五糧液作為多糧濃香型白酒的代表，其釀酒配方從陳氏秘方到經(jīng)典五糧配方和新五糧配方，深受人們的廣泛關(guān)注[7]。20世紀(jì)60年代以前，五糧液采用陳氏秘方釀酒，即蕎麥15%、小米5%、大米20%、糯米20%、糯高粱40%；60年代時，由于糧食匱乏，并且蕎麥、小米的產(chǎn)量較低，經(jīng)過五糧液對配方的調(diào)整，形成了高粱36%、大米22%、糯米18%、小麥16%、玉米8%的經(jīng)典五糧配方；現(xiàn)在，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，又一次調(diào)整配方，為高粱40%、小麥15%、玉米5%、糯米20%、大米20%的新五糧配方。每個配方都是五糧液在不同時代和發(fā)展需求的基礎(chǔ)上調(diào)整和創(chuàng)新的，但各配方在釀酒功能上的差異目前卻無文獻(xiàn)報道。

本研究對3種五糧配方及其8種原料的理化指標(biāo)進(jìn)行測定，分析3種五糧配方成分的理化指標(biāo)與釀酒性能的相關(guān)性，同時，利用3種五糧配方釀造白酒，測定其出酒率，并采用頂空固相微萃?。╤eadspace solid-phase microextraction，HS-SPME）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術(shù)對發(fā)酵酒樣的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，對比研究3種配方酒樣的風(fēng)味物質(zhì)種類，解析3種五糧配方的特點，為研究多糧發(fā)酵的釀造特性做出初探。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

小麥（川麥104）、玉米（川農(nóng)玉2號）、大米（宜香2239）、糯米（粳糯米甬優(yōu)5號）、蕎麥（西蕎7號）、小米（綠小米）、糯高粱（瀘州糯高粱）、高粱（東北粳高粱）：市售；大曲：宜賓某酒企的中溫大曲。

1.1.2 試劑

牛血清白蛋白標(biāo)準(zhǔn)品（純度＞98%）：北京普博斯生物科技有限公司；直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥98%）：上海純優(yōu)生物科技有限公司；石油醚（分析純）：山東德彥化工有限公司；乙酸丁酯（色譜純）：安捷倫科技（中國）有限公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

1000A多功能粉碎機(jī)：永康市紅太陽機(jī)電有限公司；UV-1200紫外分光光度計：上海美普達(dá)儀器有限公司；SHD-III型循環(huán)水式真空抽氣泵：常州普天儀器制造有限公司；5975B-7890A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：安捷倫科技（中國）有限公司；50 μm/30 μm DVAB/CAR/PDMS固相微萃取頭：美國Supelco公司；S-3400掃描電子顯微鏡：日立高新技術(shù)公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 不同糧食中淀粉顆粒的微觀形態(tài)

將各糧食分別粉碎，過100目篩，烘干，用掃描電子顯微鏡觀察。

1.3.2 理化指標(biāo)的測定

總淀粉含量：采用3,5-二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）比色法測定[8]；直鏈淀粉含量：參照GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測定》[9]；蛋白質(zhì)含量：參照孫建平等[10]的稻米蛋白質(zhì)測定方法；粗脂肪含量：參照GB/T 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》[11]。

1.3.3 三種五糧配方固態(tài)發(fā)酵釀酒工藝流程

以濃香型白酒的釀造工藝[12]為基礎(chǔ)，進(jìn)行釀酒實驗，釀酒工藝如下：

多糧比例：陳氏秘方為蕎麥15%、小米5%、大米20%、糯米20%、糯高粱40%；經(jīng)典五糧配方為高粱36%、大米22%、糯米18%、小麥16%、玉米8%；新五糧配方為高粱40%、小麥15%、玉米5%、糯米20%、大米20%。

粉碎：稱取原料3 kg，粉碎至2 mm左右。

潤糧：添加原料質(zhì)量70%的80 ℃以上熱水潤糧12 h。

蒸糧：將原料質(zhì)量的20%的糠殼清蒸，再混入糧食中蒸至熟透。

加水：蒸后糧醅取出，潑灑30%的50 ℃溫水補(bǔ)充水分。

攤晾：均勻攤開晾冷至30 ℃左右。

下曲：加曲量為原料質(zhì)量的20%，混合均勻。

發(fā)酵：采用保溫桶密封發(fā)酵，發(fā)酵周期45 d。

蒸餾：發(fā)酵結(jié)束后，酒醅混合10%的清蒸糠殼蒸餾接酒。

1.3.4 三種五糧配方釀造白酒的出酒率

發(fā)酵完成后緩慢蒸餾接酒，測定出酒率，其計算方式如下：

1.3.5 三種五糧配方釀造白酒的風(fēng)味分析[13]

樣品處理：取5mL酒樣于頂空瓶中，加入1gNaCl，20 μL內(nèi)標(biāo)物（乙酸丁酯）用于半定量，50℃平衡10min，插入50μm/30 μm DVAB/CAR/PDMS固相微萃取頭，萃取45 min。

氣相色譜條件：J&W 122-7062毛細(xì)管色譜柱（60 m×250 μm×0.25 μm）；手動分流進(jìn)樣，分流比為12∶1；進(jìn)樣口溫度250 ℃；程序升溫：起始溫度45 ℃，維持2 min，然后以5 ℃/min升溫至200 ℃，維持1 min，再以20 ℃/min升溫至250 ℃，維持2 min；載氣為氦氣（He），流速為1 mL/min。

質(zhì)譜條件：電子電離源（electron ionization，EI），電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度100 ℃，恒壓10 Pa，全掃描。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

試驗結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采用Excel 2016對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行編輯，使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同糧食中淀粉顆粒的微觀形態(tài)

淀粉顆粒的狀態(tài)決定了淀粉的性質(zhì)，8種糧食（大米、糯米、小米、玉米、粳高粱、糯高粱、小麥、蕎麥）的淀粉顆粒的微觀形態(tài)（3 000×）見圖1。

由圖1可知，大米的淀粉顆粒形狀不規(guī)則，表面較粗糙；糯米的淀粉顆粒與大米有些相似，大小不均勻，形狀不規(guī)則，但表面較光滑；小米的淀粉顆粒小而密，大小較均勻，圓形，較光滑；玉米的淀粉顆粒較大，大小較均勻，圓形，表面光滑；粳高粱的淀粉顆粒大，形狀較規(guī)則，圓形，表面較光滑；糯高粱的淀粉顆粒大，形狀不規(guī)則，表面凹陷，較粗糙；小麥的淀粉顆粒大，大小形狀均勻，為橢圓形，表面光滑；蕎麥的淀粉顆粒較小，圓形，表面光滑，形狀大小均勻。每種糧食的淀粉晶體結(jié)構(gòu)存在差別，而淀粉的糊化、回生等多個性質(zhì)可通過淀粉結(jié)構(gòu)來闡述[14]，這也是淀粉質(zhì)原料在釀酒上存在差別的重要原因。

圖1 不同糧食中淀粉顆粒的微觀形態(tài)Fig.1 Micromorphology of starch granule of different grain

2.2 不同糧食和不同五糧配方的理化指標(biāo)分析

2.2.1 不同糧食和不同五糧配方的淀粉含量比較

8種糧食和3種五糧配方的總淀粉含量見圖2。

圖2 8種糧食（a）和3種五糧配方（b）的總淀粉含量Fig.2 Total starch content of eight kinds of grain (a) and three kinds of five-grain formulas (b)

由圖2可知，8種糧食總淀粉含量都很高，均＞60%，其中大米的淀粉含量最高，達(dá)到74.04%；糯高粱的淀粉含量最低，為61.79%。通過對3種五糧配方的淀粉含量比較發(fā)現(xiàn)，不同五糧配方的淀粉含量差異顯著（P＜0.05），其中陳氏秘方的淀粉含量較低，為67.33%，淀粉含量差異在產(chǎn)酒上可有所體現(xiàn)。

在白酒生產(chǎn)中，直鏈淀粉含量和支鏈淀粉含量之比是影響淀粉性質(zhì)的主要因素，支鏈淀粉含量越高，糊化后越不容易回生[15-16]，越有利于提高出酒率及酒中的香味物質(zhì)含量，對釀酒生產(chǎn)起著重要作用[17-18]。8種糧食和3種五糧配方的直鏈淀粉含量見圖3。

圖3 8種糧食（a）和3種五糧配方（b）的直鏈淀粉含量Fig.3 Amylose content of eight kinds of grain (a) and three kinds of five-grain formulas (b)

由圖3可知，糯米的直鏈淀粉含量最低（1.43%），蕎麥的直鏈淀粉含量最高（27.64%）。陳氏秘方中的直鏈淀粉含量顯著低于其他兩種五糧配方（P＜0.05），其含量為10.34%。由圖2及圖3可知，小米、糯米和糯高粱的直鏈淀粉含量遠(yuǎn)低于其支鏈淀粉含量，其中糯米的直鏈淀粉含量最低，支鏈淀粉含量最高；在3種五糧配方中，陳氏秘方的支鏈淀粉含量最高。因此，只從淀粉含量和組成來說，小米、糯米和糯高粱的釀酒性能更好。

2.2.2 不同糧食和不同五糧配方的蛋白質(zhì)含量比較

蛋白質(zhì)是重要的香味前體物質(zhì)，在釀酒發(fā)酵中被微生物或生物酶作用生成氨基酸、醛類和酯類等物質(zhì)，為白酒增添香氣[18]。8種糧食和3種五糧配方的蛋白質(zhì)含量見圖4。由圖4可知，大米、糯米和玉米的蛋白質(zhì)含量均＜8%，其他糧食的蛋白質(zhì)含量均＞10%，其中小麥的蛋白質(zhì)含量較高，達(dá)到11.92%，這也是釀酒業(yè)選擇小麥制曲的一個重要原因[19]。3種五糧配方相比，蛋白質(zhì)含量差異不顯著（P＞0.05），均在9.58%左右，表明3種配方的差異性可能與蛋白質(zhì)含量相關(guān)性較低。

圖4 8種糧食（a）和3種五糧配方（b）的蛋白質(zhì)含量Fig.4 Protein content of eight kinds of grain (a) and three kinds of five-grain formulas (b)

2.2.3 不同糧食和不同五糧配方的粗脂肪含量比較

釀酒原料中的粗脂肪在發(fā)酵過程中經(jīng)多種微生物和生物酶共同作用，并隨蒸餾帶入酒體中，使得酒中含有豐富的不飽和脂肪酸[20]。8種糧食和3種五糧配方的粗脂肪含量見圖5。

由圖5可知，8種糧食的粗脂肪含量均＜5%，其中小麥的粗脂肪含量最低（1.21%），玉米的粗脂肪含量最高（4.61%）。玉米的胚芽中含有大量的脂肪，若以玉米為主要原料釀酒時，必須去掉胚芽[13，21]。在3種五糧配方中，經(jīng)典五糧配方和新五糧配方的粗脂肪含量差異不顯著（P＞0.05），陳氏秘方的粗脂肪含量更高，達(dá)到3.41%，這對陳氏秘方釀酒產(chǎn)香有一定影響。

綜合以上3種五糧配方的理化指標(biāo)分析，從陳氏秘方到新五糧配方，其直鏈淀粉含量先升高，后有所降低，即減少了使用支鏈淀粉含量高的原料，將小米、蕎麥替換成玉米和小麥，但總淀粉含量升高，對釀造產(chǎn)酒有一定積極作用；在蛋白質(zhì)含量上無明顯變化（P＞0.05）；在粗脂肪含量上，后兩種配方與陳氏秘方相比含量顯著降低（P＜0.05），也使得在產(chǎn)香上有所差異。

圖5 8種糧食（a）和3種五糧配方（b）的粗脂肪含量Fig.5 Crude fat content of eight kinds of grain (a) and three kinds of five-grain formulas (b)

2.3 不同五糧配方釀造白酒的出酒率

白酒窖內(nèi)酒精發(fā)酵的實質(zhì)是糧谷中淀粉被各種微生物作用，通過無氧發(fā)酵生成大量地乙醇[13]。3種五糧配方釀造白酒的出酒率見圖6。

圖6 3種五糧配方釀造白酒的出酒率Fig.6 Liquor yield of Baijiu brewed by three kinds of five-grain formulas

由圖6可知，陳氏秘方的出酒率最低，為46.83%，新五糧配方的出酒率最高，為54.51%，結(jié)合3種配方的淀粉含量比較發(fā)現(xiàn)，出酒率可能與淀粉含量具有相關(guān)性，隨淀粉含量增加，出酒率明顯升高。

2.4 不同五糧配方釀造白酒的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)比較分析

酒體揮發(fā)性物質(zhì)的構(gòu)成差異是白酒香型和風(fēng)格差異的重要影響因素[22]。采用HS-SPME-GC-MS對3種五糧配方釀造白酒酒樣的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 3種五糧配方釀造白酒酒樣中揮發(fā)物成分種類及含量Table 1 Types and contents of volatile components in Baijiu samples brewed by three kinds of five-grain formulas

醇類物質(zhì)是一類重要的呈香化合物，在濃香型白酒香味成分中占有重要地位。適量的高級醇對白酒有著協(xié)調(diào)香氣和助香的作用，使香氣更加完滿[23]。由表1可知，3種配方釀造白酒酒樣中，醇類物質(zhì)種類無明顯差別，其中陳氏秘方酒樣的總醇（除乙醇外）含量最低，為0.87 mg/mL；經(jīng)典五糧配方酒樣中的總醇含量最高，為1.33 mg/mL，對酒體的呈香呈味有著重要貢獻(xiàn)。

酯類物質(zhì)是白酒成分中最重要的微量香味成分，包括直鏈酯、支鏈酯、含羥基酯、酮基酯、不飽和酯等化合物[24-25]。由表1可知，3種配方釀造白酒酒樣中，除乙酸乙酯外，總酯含量差別不大，分別為0.99 mg/L、1.10 mg/L、1.10 mg/L，均檢測出己酸乙酯（水果香）、乳酸乙酯（花香）、丁酸丁酯、辛酸乙酯（烤面包香）[26]這些濃香型白酒香氣的基本骨架成分，對形成濃香型白酒的典型風(fēng)格起著關(guān)鍵作用[27]。陳氏秘方酒樣檢測出14種酯類物質(zhì)，種類最多，可對使白酒香味更為豐滿有積極貢獻(xiàn)[23]；經(jīng)典五糧配方酒樣中有12種，新五糧配方有9種，種類最少，可能對白酒香型的形成有一定影響。此外，在經(jīng)典五糧配方和新五糧配方酒樣中都檢測到較高含量的乙酸乙酯，分別為2.17 mg/mL、4.12 mg/mL，乙酸乙酯含量過高，對酒體風(fēng)格會有不利影響[28]。而在陳氏秘方酒樣中未檢測出乙酸乙酯。白酒中乙酸乙酯酯來源一般有兩種：一是在糟醅蒸餾過程，高溫作用下酸類與醇類發(fā)生酯化作用生成酯；二是發(fā)酵體系中的產(chǎn)酯酵母[29]或是酯化酶作用產(chǎn)生。未檢測到乙酸乙酯，可能與陳氏秘方糟醅在發(fā)酵過程中的酶活變化有關(guān)[30]，也可能與陳氏秘方的原料成分相關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

在3種配方酒樣中檢測到的醛酮類、酸類物質(zhì)都很少，可能是在發(fā)酵過程被轉(zhuǎn)化。3種配方酒樣中均檢測出糠醛，其來源于輔料糠殼，適量的糠醛可以豐富白酒香氣[31]；在陳氏秘方中還含有苯甲醛，可與乙醇發(fā)生縮合生成具水果香氣的苯甲醛縮二醇[23]。同時在陳氏秘方酒樣中檢測到大量的烴類物質(zhì)，包括烷烴、雜環(huán)烴和芳香烴等，可能是粗脂肪含量高的緣故。這類物質(zhì)對酒體風(fēng)味有一定貢獻(xiàn)[26]，而在后兩種配方酒樣中的烴類的種類和含量較少。

3 結(jié)論

對3種五糧配方和8種釀酒原料的理化指標(biāo)進(jìn)行解析，分析其原料與釀酒性能的相關(guān)性。結(jié)果表明，8種糧食的淀粉微粒形態(tài)各不相同，反應(yīng)出的淀粉性質(zhì)也各有差別。大米的總淀粉含量最高（74.04%），其次為小米、糯米、玉米、小麥、蕎麥、粳高粱、糯高粱，淀粉含量的差別會直接影響出酒率的大小，其中，以小米、糯米、糯高粱的支鏈淀粉含量較高，更適合產(chǎn)酒生香；大米、糯米和玉米的蛋白質(zhì)含量均＜8%，其余原料的蛋白質(zhì)含量都＞10%；玉米的粗脂肪含量最高（4.61%），以單糧發(fā)酵可能會影響酒質(zhì)。

3種配方的淀粉含量較高，蛋白質(zhì)和粗脂肪含量適中，適合用于發(fā)酵產(chǎn)酒。其中，陳氏秘方的直鏈淀粉含量（10.34%）最低，蛋白質(zhì)（9.58%）、粗脂肪含量（3.41%）最高，更適合發(fā)酵生香。同時，對3種五糧配方釀造白酒進(jìn)行分析，結(jié)果表明，新五糧配方釀造白酒的出酒率最高，達(dá)到54.51%，陳氏秘方出酒率最低，為46.83%，但出酒率與出優(yōu)質(zhì)酒率有差別。采用HS-SPME結(jié)合GC-MS分析發(fā)現(xiàn)，陳氏秘方的揮發(fā)性成分種類最多，共39種，其中酯類有14種，但總酯含量最低，且未檢出乙酸乙酯；經(jīng)典五糧配方酒樣中檢出26種揮發(fā)性成分，總醇含量（除乙醇外）最高（1.33 mg/mL），其酯類物質(zhì)的種類（12種）和含量（3.27 mg/mL）都比較多，有利于白酒香型的形成；新五糧配方酒樣中檢出22種揮發(fā)性成分，其中酯類以乙酸乙酯的含量最高（4.12 mg/mL），但后兩種配方的揮發(fā)性成分種類都比較少。綜合產(chǎn)酒產(chǎn)香而言，陳氏五糧配方可能更適合用于發(fā)酵生產(chǎn)。