5种常用酿酒高粱的主要成分及淀粉特性差异分析

5种常用酿酒高粱的主要成分及淀粉特性差异分析

毛祥，温雪瓶，黄丹*，李建瓴（1.四川轻化工大学生物工程学院，四川宜宾644000；2.四川轻化工大学食品产业技术研究院，四川宜宾644000）酿造白酒的原料虽然丰富，但不同原料酿造出的酒的风格各异，就是同一种原料而言，因产地和品种不同，酿出的酒在白酒香型、风格、产酒率上也有很大的差别，高粱酿酒不仅出酒率高，而且醇厚浓郁，香正甘冽，远胜其他酿酒原料，在白酒酿造上独具优势，这与原料的成分密切相关。高粱中含淀粉、蛋白质、脂肪、单宁、灰分及粗纤维等，不同品种的高粱支链淀粉含量、物理特性差异较大[1]。当前国内外对酿酒高粱相关的研究主要集中在酿酒高粱育种[2]、酿酒高粱的酿造工艺研究[3-4]、酿酒高粱酿造特性研究[5]、酿酒高粱理化指标差异性分析等方面[6-7]。唐玉明等[6]对四川高粱与北方高粱品质的差异进行了对比研究，四川高粱无论粳糯，单宁含量均较高，支链淀粉占总淀粉的比例也较北方高粱偏高。杨乾华等[8-9]对南北方不同类型高粱差异进行分析，亦得出南方高粱的支链淀粉、单宁含量高于北方高粱的结论。此外，田晓红等[1]对我国高粱主产区的20种高粱淀粉的微观结构、物理特性进行比较研究，得知不同品种高粱淀粉的直链淀粉含量、物理特性差异较大；不同品种高粱因其组成成分和淀粉特性的不同，其酿酒特性自然不同，但针对酿酒专用高粱理化差异性、淀粉特性的研究较少。因此，本研究对宜宾红皮糯高粱、泸州红皮糯高粱、红矛六号、美国高粱、小高粱等五种常用酿酒高粱的主要成分（支链淀粉、支链淀粉、水分、蛋白质、脂肪、灰分、单宁）及淀粉特性（淀粉溶解度、膨胀率、冻融稳定性、透明度、热特性）进行分析，以期探明5种常用酿酒高粱中各种成分含量差异及其淀粉特性的差异，为酿酒高粱质量标准的评价提供理论依据。1材料与方法1.1材料与试剂宜宾红皮糯高粱、泸州红皮糯高粱、红矛六号、美国高粱、大高粱：市售。直、支链淀粉标准品：上海Sigma公司；其他试剂：成都市科龙化工试剂厂或国药集团化学试剂有限公司。1.2仪器与设备DZKW-4电子恒温水浴锅：北京中兴伟业仪器有限公司；UV2100紫外可见分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司；AR1140电子分析天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；K9840自动凯氏定氮仪、S0X406脂肪测定仪：济南海能仪器股份有限公司；DSC-500A差示扫描量热仪（differentialscanningcalorimetry，DSC）：上海盈诺精密仪器有限公司；TG-16高速离心机：四川蜀科仪器有限公司。1.3试验方法1.3.1高粱淀粉的提取将干燥高粱样品粉碎（40目），取高粱粉按照料液比1∶10（g∶mL）加入0.1%NaOH溶液[10]，密封、室温条件下静置24h，弃上清液，再向其中加入少量的蒸馏水，混匀，添加1mol/L的HCl溶液调节pH值至中性，离心机5000r/min离心15min，弃上清液，然后将表面为红褐色的沉淀物质依次进行水洗、醇洗、离心操作，循环数次，直至沉淀物质为白色为止，取沉淀于40℃风干，过120目筛，得到高粱淀粉待测样品。1.3.2高粱水分含量的测定参照食品安全国家标准GB5009.3—2016《食品中水分的测定》方法执行[11]。1.3.3高粱粗脂肪含量的测定将高粱粉碎（40目）后，称取2g放入105℃烘箱中烘至质量恒定，同时将滤纸烘至质量恒定，参照食品安全国家标准GB5009.6—2016《食品中脂肪的测定》方法执行[12]。1.3.4高粱粗蛋白含量的测定称取绝干高粱粉（40目）1.5g，采用食品安全国家标准GB5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》方法[13]测定各高粱样品的粗蛋白含量。1.3.5高粱灰分的测定称取绝干高粱粉2g，参照GB5009.4—2016食品安全国家标准《食品中灰分的测定》方法[14]进行测定。1.3.6高粱中单宁含量的测定称取绝干高粱粉（40目）2g，放入250mL锥形瓶中，加入50mL蒸馏水，磁力搅拌提取15min，加入无沉淀的乙酸锌标准溶液5mL、氨水3.5mL制备成混合液，定容至100mL，混匀，静置过滤，取滤液备用，采用络合滴定法测定样品中单宁的含量[15]。1.3.7高粱直链和支链淀粉含量的测定采用GB5009.9—2016食品安全国家标准《食品中淀粉的测定》方法[16]测定直链淀粉和支链淀粉的含量。1.3.8高粱淀粉的溶解度与膨胀率的测定分别准确称取0.5g绝干淀粉样品，加入25.0mL蒸馏水，配制成淀粉乳，室温条件下平衡5min，然后将其分别置于40℃、60℃、80℃水浴中搅拌30min，取出冷却后3000r/min离心20min；吸取上清液5mL于称量皿中，自然晾干后，于105℃干燥至质量恒定，记录沉淀物质量和上清液烘干的质量。结果计算参照田晓红等[1]的方法进行。1.3.9淀粉冻融特性的测定参照CHENZ等[17]的方法进行高粱淀粉冻融特性的测定。1.3.10淀粉透明度的测定称取高粱干淀粉配制成质量浓度为1g/100mL的淀粉乳，在95℃沸水中水浴糊化30min，待其冷却至室温后，于波长620nm处测定其透光率，同时以蒸馏水作空白对照，参照葛云飞等[18]的方法计算高粱淀粉的透明度。1.3.11淀粉的热特性的测定称取干燥高粱淀粉3mg于DSC专用铝制坩埚中，放入差示扫描量热仪中进行扫描测定，扫描温度范围：25～120℃，加热速率10℃/min，以密封的空铝坩埚作为空白对照，记录高粱样品的起始糊化温度T1，糊化完全时的峰值温度T2和终止温度T3，以及整个过程淀粉样品吸收的热量H，将上述的参数进行分析与比较，可得淀粉的热特性曲线。2结果与分析2.15种酿酒高粱的水分含量图1五种酿酒高粱的水分含量Fig.1Watercontentsoffivekindsofliquor-makingsorghum由图1可知，5种常用酿酒高粱中，大高粱含水量最高，为12.63%；泸州红皮糯高粱、红矛六号高粱、美国高粱含水量比较接近，分别为11.98%、11.78%、11.58%；宜宾红皮糯高粱含水量最低，为11.15%；5种酿酒高粱的水分含量存在差异，均符合酿酒原料储存的要求。高粱水分的含量与其种植条件及保藏条件有关，对于酿酒原料来说，一般要求原料水分含量低于14%，防止原粮霉变和便于保存[19]。2.25种酿酒高粱的蛋白质及脂肪含量图25种酿酒高粱的蛋白质含量Fig.2Proteincontentsoffivekindsofliquor-makingsorghum由图2可知，5种常用酿酒高粱中，红矛六号高粱蛋白质含量最高，为9.09%；其次是美国高粱、泸州红皮糯高粱、大高粱，分别为8.48%、8.22%、8.19%；宜宾红皮糯高粱蛋白质含量最低，为7.84%。研究表明，蛋白质在酿酒过程中被酿酒微生物分解为氨基酸，氨基酸又会被转化为高级醇，高级醇是白酒中主要的呈香物质，但是蛋白质含量过多会造成发酵过程中酸类物质积累过多，妨碍发酵[20]。图35种酿酒高粱的脂肪含量Fig.3Fatcontentsoffivekindsofliquor-makingsorghum由图3可知，5种酿酒高粱中，美国高粱脂肪含量最高，为3.75%；其次是宜宾红皮糯高粱、粳高粱、泸州红皮糯高粱分别为3.32%、3.07%、2.78%；红矛六号高粱的脂肪含量最低为2.75%。高粱脂肪含量对酿酒过程影响很大，脂肪是在发酵过程中产生有机酸的主要原料，过多脂肪含量容易导致酿造过程脂肪酸氧化分解，生成低分子醛类或酮类，致使酒体产生不悦的酸败气味[21]。2.35种酿酒高粱的灰分及单宁含量图4五种酿酒高粱的灰分含量Fig.4Ashcontentsoffivekindsofliquor-makingsorghum由图4可知，5种酿酒高粱中，宜宾红皮糯高粱的灰分含量最高，为1.62%；泸州红皮糯高粱、红矛六号高粱、大高粱次之，分别为1.57%、1.44%、1.09%；美国高粱的灰分含量最低，为1.06%。研究表明灰分含量会影响白酒酿造过程中酿酒酵母的生长繁殖活动[22]。图5五种酿酒高粱的单宁含量Fig.5Tannincontentsoffivekindsofliquor-makingsorghum由图5可知，5种酿酒高粱中，红矛六号高粱的单宁含量最高，达0.70%；大高粱、宜宾红皮糯高粱、泸州红皮糯高粱的单宁含量次之，分别为0.63%、0.61%、0.50%；美国高粱单宁含量最低，为0.28%。高粱中单宁含量直接影响酿造白酒的口感和出酒率，一方面高粱中适当含量的单宁会给酿造白酒带来一种特殊的香气；另一方面，高粱中过量的单宁会使白酒酿造过程中相关酶类（蛋白质凝固）失活，从而影响白酒酿造过程中的正常发酵过程[23]。2.4五种常用酿酒高粱的直链、支链淀粉含量图6五种酿酒高粱的直链淀粉含量Fig.6Amylosecontentsoffivekindsofliquor-makingsorghum由图6可知，五种酿酒高粱中，美国高粱的直链淀粉含量为23.79%，远高于其余四种酿酒高粱；其次是大高粱、泸州红皮糯高粱、宜宾红皮糯高粱，分别为3.31%、2.26%、1.14%；红矛六号高粱的直链淀粉含量最少，为0.73%。图7五种酿酒高粱的支链淀粉含量Fig.7Amylopectincontentsoffiveliquor-makingsorghum由图7可知，五种酿酒高粱中，宜宾红皮糯高粱的支链淀粉含量最多为97.48%；红矛六号高粱、大高粱、泸州红高粱的支链淀粉含量次之，分别为97.30%、95.32%、95.20%；美国高粱支链淀粉含量最少，为74.66%。以上5种酿酒专用高粱的支链淀粉含量均高于直链淀粉含量，究其原因，可能是因为直链淀粉与支链淀粉是影响淀粉理化性质的主要因素，其含量差异直接影响淀粉的糊化特性、持水性、膨胀率等，从而影响白酒品质。支链淀粉酿酒优于直链淀粉，直链淀粉吸水膨胀率高，糊化温度高，支链淀粉由于结构特征能更好的锁住水分，而且任何糯性谷物支链淀粉含量都非常高，所酿的酒明显的特点就是绵长，软甜。不过直链淀粉含量越高，结构越紧密，蒸煮糊化的时间越长，粮香比较浓郁，如果蒸煮糊化彻底，出酒率相差不大[24]。2.5高粱淀粉水分含量图8五种酿酒高粱淀粉的水分含量Fig.8Watercontentsoffiveliquor-makingsorghumstarch对提取的五种高粱淀粉，经过40℃干燥24h，冷却至室温，对其进行水分的测定，结果如图8所示，其中大高粱的淀粉水分含量最多，达16.65%；其次是泸州红皮糯高粱、红矛六号高粱、美国高粱，分别为16.41%，16.03%、15.40%；宜宾红皮糯高粱淀粉含水量最少，为15.23%。高粱淀粉的水分含量与高粱籽粒的水分含量有一定关系，高粱籽粒中水分越多，其相对应的淀粉中水分也就越多，反之亦然。2.6高粱淀粉的溶解度与膨胀率表1不同温度对5种酿酒高粱淀粉溶解度的影响Table1Effectofdifferenttemperatureonthesolubilityoffiveliquor-makingsorghumstarch由表1可知，5种酿酒高粱淀粉的溶解度不尽相同，均随温度的升高而增加，在40℃与60℃时，每种高粱的淀粉溶解度都小于4%，而当升温至80℃时，其溶解度增长较快，其中大高粱淀粉的溶解度在各温度条件下溶解度均高于其他4种高粱，80℃时淀粉溶解度最高，可达15.72%，美国高粱淀粉在各温度梯度条件下的溶解度最小，可能与高粱淀粉溶解度不同与淀粉的颗粒形态结构，以及品种、淀粉制备的方法等有关。表2五种酿酒高粱淀粉膨胀率与温度关系Table2Relationbetweenexpansionratesandtemperatureoffivewine-makingsorghumstarch由表2可知，高粱淀粉的膨胀率均随着温度的升高呈增加趋势，当温度为80℃时，5种高粱淀粉的膨胀率均大于9.0g/g，其中大高粱淀粉的膨胀率最高，为（16.07±0.17）g/g；美国高粱的膨胀率最低，为（9.85±0.15）g/g。淀粉颗粒逐渐受热糊化时，水分进入淀粉颗粒使其吸水膨胀，同时未结晶部分的直链淀粉受热逐渐溶于水中，从而使淀粉的溶解度随温度上升而上升，同时膨胀率也增加。再者，高粱淀粉存在一个初始膨胀阶段（40～60℃）和迅速膨胀阶段（60～80℃），为典型的二段膨胀过程，属限制级型膨胀淀粉。淀粉的膨胀率和溶解度都与淀粉的颗粒形态、淀粉的种类、产地有很大的关系，此外，高粱淀粉的溶解度以及其膨胀率两个理化性质从侧面表现了高粱淀粉和水分子之间相互作用的重要性质[1]。2.7高粱淀粉的冻融特性与透明度图9五种酿酒高粱淀粉的冻融特性Fig.9Freeze-thawpropertiesoffiveliquor-makingsorghumstarch由图9可知，5种常用高粱淀粉间的析水率存在显著差异（P＜0.05），其中美国高粱淀粉的析水率最高，为78.02%，冻融稳定性最差，其次是泸州红皮糯高粱、红矛六号高粱和宜宾红皮糯高粱，分别为66.85%、55.57%、50.04%；大高粱淀粉的析水率最低（41.68%），冻融稳定性最好。一般抗冻能力越强的淀粉，在发酵反应中的稳定性越好，所酿造出来的产品品质也较好。图10五种酿酒高粱淀粉的透明度Fig.10Transparencyoffiveliquor-makingsorghumstarch由图10可知，在5种高粱中，红矛六号高粱淀粉的透明度最高，为25.78%；其次是大高粱淀粉、宜宾红皮糯高粱淀粉、美国高粱淀粉，分别为25.47%、24.79%、21.08%；泸州红皮糯高粱淀粉的透明度最低，为20.88%。高粱淀粉的透明度大小反映了淀粉颗粒在水中的溶胀以及分散程度，如果淀