不同品種糯高粱的品質分析

陳 科，趙雅欣，龔利娟*，彭 濤，馬振兵

（1.四川輕化工大學 生物工程學院，四川 宜賓 644005；2.四川省釀酒專用糧工程技術研究中心，四川 宜賓 644007）

中國釀酒界關于白酒原料“高粱香、玉米甜、糯米綿、大米凈、小麥糙”的經典概括充分說明釀造原料的選擇是區(qū)分白酒品質和風格的關鍵因素，即不同的釀酒原料可以對應不同的發(fā)酵產物[1]。實踐表明，高粱釀造白酒既具有出酒率高、香正甘洌、醇厚濃郁等優(yōu)點還具備獨特的釀造優(yōu)勢，現已被成為最優(yōu)的白酒釀造原料[2-3]。

俗話說：“好酒離不開好糧”，正確認識不同高粱品種在品質特性方面差異對挑選適宜釀造白酒高粱原料具有重要意義[4-6]。有研究表明，不同品種釀酒高粱淀粉的組成以及理化性質存在較大差異[7-8]，雖然南北方高粱的總淀粉和蛋白質含量較為接近，但南方高粱單寧含量更高，其直鏈淀粉和角質率卻更低[9]。同時，不同高粱間的理化差異尤其是對應的淀粉特性差異會對白酒釀造酒體的產量及風味特征產生影響。一般淀粉含量與白酒出酒率呈正相關，同時與直鏈、支鏈淀粉含量高低也緊密相連，較高的支鏈淀粉不僅有利于后期蒸煮糊化，而且對于出酒率、揮發(fā)性風味物質產生都有積極的影響，并且可促進白酒品質的提升[10-11]。

目前，對于高粱的組成成分及淀粉特性的系統(tǒng)研究較少。因此，本研究選取7種不同種類糯高粱籽粒為研究對象，對其組成成分及淀粉特性進行比較研究，并針對組成成分與淀粉糊化特性進行相關性分析，為釀酒糯高粱品種的篩選提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

糯高粱G1、G2：遼寧省；糯高粱G3、G4、G5、G6、G7：四川省。

1.1.2 試劑

氫氧化鈉、硼酸、酚酞、硫酸銅、硫酸鉀、單寧酸、氨溶液、二甲基甲酰胺、檸檬酸鐵銨（均為分析純）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；硫酸、鹽酸、石油醚（均為分析純）：成都市科隆化學品有限公司。其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

HH-2恒溫水浴鍋：常州普天儀器制造有限公司；UV-5100B紫外可見分光光度計：上海元析儀器有限公司；SHJ-4A恒溫磁力攪拌水浴鍋：常州同宇儀器制造有限公司；TGL-16臺式高速冷凍離心機：四川蜀科儀器有限公司；DPCZ-Ⅲ直鏈淀粉測定儀：浙江托普云農科技股份有限公司；DS-HXT9電熱鼓風干燥箱：上海-恒科學儀器有限公司；TQ-300粉碎機；永康市天祺盛世工貿有限公司；K1100全自動凱氏定氮儀、S0X406脂肪測定儀：濟南海能儀器股份有限公司；PX124ZH/E電子分析天平：奧豪斯股份有限公司；S-3400N掃描電子顯微鏡：蘇州科帝斯懷特工業(yè)設備有限公司；DSC800差示掃描量熱（differential scanning calorimeter，DSC）儀：上海群弘儀器設備有限公司；RVA-4500快速黏度分析儀（rapid visco analyzer，RVA）：上海瑞玢國際貿易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糯高粱籽粒組成成分測定

水分含量：根據國標GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》中的恒重法測定[12]。蛋白質含量：根據國標GB5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》采用全自動凱氏定氮儀測定[13]。粗脂肪含量：根據國標GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》采用脂肪測定儀測定[14]。單寧含量：根據國標GB/T 15686—2008《高粱 單寧含量的測定》測定[15]?？偟矸酆浚焊鶕鴺薌B 5009.9—2023《食品中淀粉的測定》中的酸水解方法測定[16]。支鏈淀粉和直鏈淀粉含量：根據國標GB 7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直鏈淀粉測定法》測定[17]。

1.3.2 糯高粱籽粒淀粉特性分析

淀粉顆粒微觀形態(tài)觀察：參照田新慧等[18]的方法采用掃描電子顯微鏡觀察糯高粱籽粒淀粉顆粒微觀形態(tài)。

淀粉的提?。焊鶕叻频萚19]的方法稍作改進。分別均勻稱取150 g高粱樣品，將高粱樣品洗凈后，加300 mL 0.25%NaOH溶液，在4 ℃條件下浸泡24 h。取出后用清水反復清洗其中雜質和劣質顆粒，并將其浸泡到300 mL 6%NaOH溶液中，在水浴溫度為55 ℃條件下水浴20 min。取出用大量清水反復揉搓并清洗種皮，使高粱籽粒呈現白色為止，再加約300 mL清水用組織搗碎機打磨成漿液，漿液先后經100目、200目篩子過篩。過篩的漿液在1 500 r/min條件下離心10 min，倒掉上清液，去除掉上層灰白色的非淀粉物質，將下層淀粉取出攤放在培養(yǎng)皿中，靜置30 min，再輕刮掉上層灰色物質，最后把培養(yǎng)皿放入40 ℃的烘箱內12 h。將其粉碎后即得到高粱淀粉樣品，用密封袋干燥保存。

熱特性的測定：參照GONZALEZ L C等[20]的方法稍作改進。稱取干燥高粱淀粉樣品約3 mg于鋁制坩堝中，加入3∶1的去離子水，加蓋密封平衡放置2 h，采用DSC儀測定，掃描溫度范圍為20～100 ℃，加熱速率為10 ℃/min，以密封的空鋁坩堝作為空白對照。記錄糯高粱樣品的起始糊化溫度T1，糊化完全時的峰值溫度T2和終止溫度T3，糊化過程中吸收的熱量（ΔH）參數，將上述的參數進行分析與比較。

回生特性的測定：參照KONG X L等[21]的方法稍作改進。準確稱?。?.00±0.1）g干燥高粱淀粉樣品，置于鋁罐中，加入（25.0±0.1）mL的超純水，用攪拌器上下多次攪動，使其分散均勻，采用RVA儀測定。

1.3.3 數據處理及分析

每個試驗重復3次，結果用“平均值±標準差”表示；采用SPSS Statistics 27對.0數據進行處理并聚類分析；采用Origin 2022軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 7種糯高粱組成成分分析

7種糯高粱的組成成分測定結果見表1。

表1 不同品種糯高粱籽粒組成成分測定結果Table 1 Determination results of grains composition of different varieties of glutinous sorghum

由表1可知，水分、蛋白質、淀粉、支鏈淀粉差異性小，變異系數為1.74%～5.47%，屬于輕度變異；脂肪、單寧、直鏈淀粉差異性大，變異系數為12.53%～54.62%，屬于中度變異。為了明確7種糯高粱組成成分之間的差異性，進一步進行聚類分析，結果見圖1。

圖1 基于籽粒組成成分不同品種糯高粱聚類分析結果Fig.1 Cluster analysis results based on grains compositions of different varieties of glutinous sorghum

由圖1可知，7種糯高粱可分為A、B兩大類，G1、G2和G6組成A類，G3、G4、G5和G7組成B類。結合表1可知，糯高粱籽粒水分含量介于10.46%～12.14%之間，均符合高粱籽粒的儲存要求（水分含量＜14%），但不同糯高粱籽粒水分含量存在一定差異，分析原因可能是由高粱籽粒儲存條件或者高粱本身種植因素等所致[22]。

糯高粱籽粒蛋白質含量為9.26%～10.54%，脂肪含量為4.19%～5.33%，除樣品G5的脂肪含量外，B類糯高粱籽粒的蛋白質及脂肪含量均顯著高于A類（P＜0.05）。在釀酒過程中，高粱中蛋白質含量并非越多越好，過量的蛋白質會阻礙原料的糖化及發(fā)酵，容易使酒體產生邪雜味[23-24]。有研究發(fā)現，釀酒高粱蛋白質含量在8%～10%較適宜[25]，因此，本研究糯高粱蛋白質含量基本符合。此外，過量的脂肪含量在發(fā)酵過程中容易發(fā)生脂肪酸氧化分解，從而產生低分子醛類或酮類，造成酸敗現象，生成邪雜氣味，影響酒體的純凈度[26]。一般釀酒高粱的脂肪含量不應超過4%[27]，但郭旭凱等[25]研究發(fā)現脂肪和單寧含量有一定的協(xié)同作用，如果脂肪含量較高，同時也有較高的單寧含量，能進一步提升白酒的香味和口感。而糯高粱籽粒單寧含量為0.80%～1.43%，B類糯高粱籽粒單寧含量整體高于A類，其中B類中糯高粱G7籽粒單寧含量最高，為1.43%，A類中糯高粱G2籽粒單寧含量最低，為0.80%。適量的單寧不僅抑制發(fā)酵過程中雜菌的生長，而且還能產生香蘭酸、丁香酸等酚類芳香物質，給白酒增香，但單寧含量過高，則會影響白酒發(fā)酵的正常進行，導致酒體香味不足和口感苦澀，反之則會導致酒體口感寡淡等不良影響[28]。有研究發(fā)現，高粱單寧含量一般在0.5%～1.5%釀造出來的酒風味較好[29]，本研究所有糯高粱均符合該要求。

糯高粱籽粒淀粉含量為66.68%～70.57%，支鏈淀粉含量占比均＞94%，且B類糯高粱籽粒支鏈淀粉含量占比顯著高于A類糯高粱（P＜0.05）。B類中糯高粱G4籽粒支鏈淀粉含量占比最高，為98.71%，A類中糯高粱G1籽粒占比最低，為94.50%。高粱的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量對白酒品質等也有很大影響，支鏈淀粉含量越高，淀粉越容易糊化，蒸煮時間越短，其做釀造的酒品質較綿甜、淡雅[8]。

綜合7種糯高粱籽粒的組成成分分析發(fā)現，B類糯高粱籽粒的組成成分指標優(yōu)于A類。由于不同品種高粱籽粒淀粉含量、結構、性質等的不同，具有不同的糊化特性，因此需要對高粱淀粉特性進行綜合分析，以此篩選出適用的糯高粱品種。

2.2 7種糯高粱淀粉特性分析

2.2.1 籽粒淀粉顆粒微觀形態(tài)觀察

淀粉顆粒的微觀結構決定了淀粉的性質，高粱籽粒內部結構對淀粉的性質及其應用有至關重要的影響[30]。通過掃描電子顯微鏡觀察7種糯高粱籽粒內部的淀粉顆粒，結果見圖2。

圖2 不同品種糯高粱淀粉顆粒微觀形態(tài)掃描電鏡圖Fig.2 Microscopic morphology of different varieties of glutinous sorghum starch by scanning electron microscopy

由圖2可知，A類糯高粱的淀粉顆粒整體以不規(guī)則的橢圓形為主，部分顆粒表面呈內凹狀且粗糙；B類糯高粱淀粉顆粒主要是以圓形和不規(guī)則形狀為主，部分顆粒表面較為光滑。糯高粱籽粒的淀粉顆粒粒徑均在5～23 μm范圍之間，B類糯高粱淀粉顆粒比A類糯高粱淀粉顆粒略小，且大小不均，高菲等[31]研究發(fā)現，淀粉顆粒粒徑小，成糊溫度較高，由此推論B類糯高粱較A類糯高粱品種成糊溫度高。

2.2.2 淀粉熱特性

7種糯高粱淀粉熱特性參數見表2。由表2可知，B類糯高粱淀粉的起始糊化溫度為73.60～74.33 ℃，終止溫度為84.07～84.37 ℃，熱焓值為14.42～15.34 J/g，除糯高粱G6的起始溫度外，B類糯高粱淀粉的起始溫度、終止溫度、熱焓值均高于A類糯高粱，說明B類糯高粱淀粉需要在較高的溫度下才能糊化，且所需熱量也更高。為了明確糯高粱的組成成分對淀粉熱特性的影響關系，進一步對糯高粱組成成分與熱特性的相關性進行分析，結果見表3。

表2 不同品種糯高粱籽粒淀粉熱特性參數Table 2 Thermal characteristic parameters of grains starch of different varieties of glutinous sorghum

表3 不同品種糯高粱籽粒淀粉熱特性與組成成分之間的相關性分析結果Table 3 Results of correlation analysis between starch thermal characteristics and grains composition of different varieties of glutinous sorghum

由表3可知，淀粉的熱特性參數主要與淀粉含量呈相關性，且起始溫度、終止溫度及熱焓值與淀粉含量呈顯著負相關性（P＜0.05，P＜0.01），但與支鏈淀粉含量呈顯著正相關性，說明支鏈淀粉含量越高，所需要加熱的糊化溫度就越高，這與ZHU F[32]的結果一致。

2.2.3 淀粉糊化回生特性

7種糯高粱淀粉的糊化回生特性參數見表4，其與組成成分之間的相關性見表5。由表4可知，不同品種糯高粱淀粉的糊化回生特性具有明顯的差異。淀粉糊化過程中，當體系溫度高于淀粉起始糊化溫度時，淀粉晶體崩解，開始吸水溶脹，黏度快速升高，并逐漸達到峰值。峰值黏度反映淀粉顆粒的膨脹程度或結合水的能力[33]，A類糯高粱淀粉的峰值黏度（338.08～376.25 RVU）顯著高于B類糯高粱（281.25～311.25 RVU）（P＜0.05），說明A類糯高粱籽粒蒸煮糊化過程更易膨脹、易破裂。有研究發(fā)現，支鏈淀粉含量較高的高粱，峰值黏度也相對較高[34]，但由表5可知，峰值黏度與支鏈淀粉含量呈現極顯著負相關（P＜0.01），說明導致淀粉糊化差異的因素除了與支鏈淀粉含量有關，還與其支鏈淀粉的結構如鏈長的分配、聚合度等有關，以及與NaOH溶液提取淀粉過程中殘留物的影響有關[35]。

表4 不同品種糯高粱籽粒淀粉回生特性參數Table 4 Retrogradation characteristic parameters of grains starch of different varieties of glutinous sorghum

表5 不同品種糯高粱籽粒淀粉回生特性與組成成分之間的相關性分析結果Table 5 Correlation analysis between starch retrogradation characteristics and grains composition of different varieties of glutinous sorghum

衰減值表示淀粉顆粒的熱糊穩(wěn)定性，衰減值越大，淀粉的熱糊穩(wěn)定性越低，黏度下降明顯[33]?；厣蹬c淀粉的短期回生有關，回生值越高，冷糊穩(wěn)定性越低，凝膠性越強，越易老化[33]。由表4可知，A類糯高粱淀粉衰減值（189.00～233.25 RVU）、回生值（32.88～39.46 RVU）及最終黏度（175.33～182.46 RVU）均高于B類糯高粱（143.00～186.54 RVU，16.67～31.92 RVU，153.29～169.00 RVU），表明A類糯高粱籽粒在膨脹后其淀粉顆粒強度小，熱糊穩(wěn)定性較低，在冷卻過程中黏滯度回生趨勢較大，不利于后期糖化，這可能與高直鏈淀粉含量有關（表5）。

糊化溫度表示著淀粉糊化的難易程度，糊化溫度越低，淀粉越易糊化，高粱蒸煮效率越高[33]。由表4可知，B類糯高粱淀粉的糊化溫度（80.33～83.15 ℃）高于A類糯高粱籽粒（78.48～80.05 ℃），有研究發(fā)現，直鏈淀粉含量很少的糯高粱，當支鏈淀粉外鏈較長時，其可能形成較致密的雙螺旋結構，從而導致較高的糊化溫度[36]。由表5可知，糊化溫度與支鏈淀粉、蛋白質、脂肪和單寧含量呈正相關，且與支鏈淀粉、脂肪和單寧含量正相關性顯著（P＜0.05，P＜0.01），這與WANG S J等[37]的研究結果一致，說明糊化溫度不僅由支鏈淀粉含量、淀粉顆粒形狀和淀粉分子間的結合緊密程度決定，還與蛋白質、脂肪等非淀粉物質的含量有關。

3 結論

不同糯高粱籽粒的主要組成成分含量及淀粉特性存在一定差異，淀粉糊化特性受高粱支鏈淀粉含量的影響最大。在7種糯高粱的組成成分中，高粱水分含量均低于14%，符合儲存條件。通過聚類分析將7種糯高粱分為A（G1、G2、G6）、B（G3、G4、G5、G7）兩個大類。B類糯高粱有較高的支鏈淀粉含量（97.53%～98.71%），水分（10.46%～12.14%）、蛋白質（9.26%～10.54%）和單寧（1.06%～1.43%）含量均較適宜，但脂肪含量（4.22%～5.33%）略高。B類糯高粱淀粉顆粒略小，部分表面較為光滑，其雖具有較高的起始糊化溫度（73.60～74.33 ℃）、終止溫度（84.07～84.37 ℃）和熱焓值（14.42～15.34 J/g），但具有較低的峰值黏度（281.25～311.25 RVU）、衰減值（189.00～233.25 RVU）和回生值（32.88～39.46 RVU），因此，B類糯高粱較A類糯高粱品種具有更好的糊化特性。綜合主要組成成分含量及淀粉特性初步篩選B類糯高粱更適用于釀造。