正交试验优化酿酒高粱振荡蒸煮工艺

祝 贺，杨 涛，*，杨玉蓉，郝哲兵，姚 鹏，吴 健，蓝彩红，刘盛钢

（1.中南林业科技大学 稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南 长沙 410000；2.中南林业科技大学 食品科学与工程学院，湖南 长沙 410000；3.华泽集团有限公司，云南 迪庆 674400）

高粱作为酱香型、浓香型白酒的主要生产原料[1]，因其富含酚类物质，相比较于其他原料，具有独特的发酵风味[2]。HAN X L等[3]研究发现，当高粱中酚类物质含量＜1.94%时，酚类物质含量的增加可以显著提高发酵后酒中乙酸乙酯和高级脂肪酸乙基酯的含量，降低杂醇油等物质，显著提高高粱酒的品质。高粱需经过蒸煮，以达到最佳的糊化状态，从而保证固态发酵白酒的质量品质及出酒率。但传统高粱蒸煮工艺存在能耗高、耗时、劳动强度高等缺点。因此，对高粱蒸煮工艺进行研究具有重要的意义。

高粱在不同处理条件下，酚类总量、成分有不同程度的损失，而这些酚类含量、成分区别对于白酒的发酵过程及产物具有显著的影响。以非洲高粱啤酒为例，BVOCHORA J等[4]研究发现，两种不同高粱品种，浸泡过程中原花色素分别损失48%和49%，这些原花色素的损失均造成了啤酒风味品质变劣；CARDOSO L D M等[5]研究发现，二氢黄酮和黄酮类物质、3-脱氧花色素类物质在挤压蒸煮过程中均显著下降；在干燥热处理过程中有轻微损失。因此，高粱蒸煮工艺研究方向需要兼顾高粱糊化度及酚类保留含量。

目前，国内外对高粱蒸煮工艺改进研究的侧重点主要集中于提高效率和功能性成分保留率方面，对工艺改进的综合评价研究鲜有报道。因此，本研究以感官评分、糊化焓值、总酚含量为评价指标，通过正交试验优化高粱振荡蒸煮工艺，得到最优高粱振荡蒸煮工艺。并通过对振荡蒸煮后高粱的酚类物质组成及保留程度进行研究，以期为进一步改造高粱蒸煮工艺提供理论依据，并为其工业化生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 原料

嘉禾红高粱F1：河北兴农富民种子销售有限公司。

1.1.2 试剂

福林酚（纯度98%）、芦丁（纯度99%）：北京索莱宝科技有限公司；原花色素B1标准品（纯度97%）：武汉华士特工业生物技术开发有限公司；碳酸氢钠（分析纯）：上海国药集团化学试剂有限公司；二甲基二酰胺溶液（纯度97%）：湖北齐飞医药化工有限公司；

1.2 仪器与设备

TA-Q20 DSC铝坩埚：上海菁仪化工材料有限公司；BS-20分析天平：北京赛多利斯天平有限公司；JA2003电子天平：上海天平仪器厂；HH-2数显恒温水浴锅：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；DSC Q2000 BT-2L差示扫描量热（differential scanning calorimetry，DSC）计：美国TA仪器公司；722S分光光度计：上海仪电分析仪器有限公司；BOXBZF-30真空干燥箱：上海博迅实业有限公司。

1.3方法

1.3.1 高粱蒸煮工艺流程及操作要点

（1）传统高粱蒸煮工艺流程：

高粱→筛选→热水浸泡→初蒸→焖梁→复蒸

操作要点：

筛选：选取大小一致，色泽均匀的无物理损伤或碎粒的高粱。

热水浸泡：高粱筛选后于90℃水浴锅中浸泡1 h。初蒸：浸泡后的高粱沥干后常压蒸粮，处理20 min。焖梁：将初蒸高粱倒入空烧杯中，于95℃的水浴锅中进行隔水焖粮，处理20 min。

复蒸：焖粮后进行常压蒸粮，处理20 min。

（2）高粱振荡蒸煮工艺：向5 g高粱中加入50 mL蒸馏水，于恒温振荡水浴锅中进行处理，设置蒸煮温度为90℃、蒸煮时间为60 min、振荡频率为200 r/min。。

1.3.2 高粱振荡蒸煮工艺优化单因素试验

采用高粱振荡蒸煮工艺，依次考察蒸煮温度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃）、蒸煮时间（20 min、40 min、60 min、80 min、100 min）、振荡频率（100 r/min、150 r/min、200 r/min、250 r/min、300 r/min）对高粱感官评分、总酚含量、糊化焓值的影响。

1.3.3 高粱振荡蒸煮工艺优化正交试验

在单因素试验的基础上，以感官评分、酚含量、糊化焓值为评价指标，选取蒸煮温度（A）、蒸煮时间（B）、振荡频率（C）3个因素进行3因素3水平正交试验，正交试验因素与水平见表1。

表1 高粱振荡蒸煮工艺优化因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for oscillation cooking process optimization of sorghum

1.3.4 测定方法

总酚含量的测定[6-7]：参照NY/T 1600—2008《水果、蔬菜及其制品中单宁含量的测定分光光度法》中的福林酚法进行测定，总酚含量以质量浓度表示，没食子酸标准曲线的回归方程为y=0.117 6x-0.003 8，相关系数R2=0.998 7。

糊化度的测定[8]：采用差示扫描量热（DSC）仪进行测定，糊化度值以糊化热焓值（ΔH）衡量。

感官评定方法：参照GB/T 15682—2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》[9]及叶川等[10]的方法进行感官评定，具体评价标准见表2，满分20分。

表2 蒸煮后高粱的感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of sorghum after cooking

总黄酮含量的测定：以芦丁为对照品，参照LINDA D等[11]的实验方法进行测定。芦丁标准曲线的回归方程为y=0.097 1x+0.035 3，相关系数R2=0.993。

原花色素含量的测定[12]：以原花青素B1为对照品，采用盐酸正丁醇法进行测定。原花色素B1标准曲线的回归方程为y=1.309x+0.097 1，相关系数R2=0.995。

1.3.5 数据统计

采用SPSS Statistics 19进行方差分析，采用ANOVA法进行显著性检验，采用Origin 2017工作表软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 高粱振荡蒸煮工艺优化单因素试验结果

2.1.1 蒸煮温度的影响

蒸煮温度对高粱感官评分、总酚含量及糊化焓值的影响结果见图1。

图1 蒸煮温度对高粱感官评分、总酚含量及糊化焓值的影响Fig.1 Effect of cooking temperature on sensory score,total phenol content and dextrinize enthalpy value of sorghum

由图1可知，酚类物质对温度较敏感，当蒸煮温度分别为80℃、90℃时，总酚含量分别为0.52 mg/g、0.50 mg/g；当蒸煮温度为100℃时，总酚含量下降为0.41mg/g。当蒸煮温度为90℃时，高粱的感官评分为15.21分，与100℃（15.63分）无显著差异（P＞0.05），显著高于80℃（13.87分）（P＜0.05）。同时，当蒸煮温度为90℃时，糊化焓值（15.17 J/g）与100℃（15.55 J/g）无显著差异（P＞0.05）。结果表明，蒸煮温度为90℃时，高粱已充分糊化，故选择90℃作为最佳的蒸煮温度。张若辰[13]研究发现，通过高速打浆处理，增加了糯高粱与水分接触的比表面积，降低了糯高粱糊化温度。同时，相关研究发现[14]，高温处理可显著降低酿酒原料的酚类物质含量，与本研究结果一致。另外，偏高温处理可以防止高粱粘性过高等感官缺陷，对高粱蒸煮后感官品质具有积极作用[15]。

2.1.2 蒸煮时间的影响

蒸煮时间对高粱感官评分、总酚含量及糊化焓值的影响结果见图2。

由图2可知，当蒸煮时间为60 min时，高粱的感官评分、糊化焓值分别13.77分、16.61J/g，与蒸煮时间80min（13.71分、16.18J/g）、100min（13.05分、16.07J/g）无显著差异（P＜0.05），但总酚含量随着蒸煮时间的延长，持续下降。由此可见，一定程度上，总酚含量与糊化程度呈负相关。当蒸煮时间为60 min时，不仅可有效保证高粱的糊化，而且有助于总酚保留，故选择60 min作为最佳蒸煮时间。尹慧敏等[16]研究显示，马铃薯糊化过程中，处理时间显著破坏了马铃薯全粉的品质，主要是通过失水速率减慢，湿热作用增强，导致抗氧化活性物质显著破坏。随着时间延长，本研究中高粱酚类等抗氧化物质显著降低，分析原因可能也是通过湿热作用增强导致的。

图2 蒸煮时间对高粱感官评分、总酚含量及糊化焓值的影响Fig.2 Effect of cooking time on sensory score,total phenol content and dextrinize enthalpy value of sorghum

2.1.3 振荡频率的影响

振荡频率对高粱感官评分、总酚含量及糊化焓值的影响结果见图3。

图3 振荡频率对高粱感官评分、总酚含量及糊化焓值的影响Fig.3 Effect of oscillating frequency on sensory score,total phenol content and dextrinize enthalpy value of sorghum

由图3可知，当振荡频率为200 r/min时，高粱的感官评分最高，为17.85分，糊化焓值、总酚含量分别为16.2 J/g、0.45 mg/g，与250 r/min时无显著差异（P＜0.05），故选用200 r/min作为最佳振荡频率。邹伟等[17]研究发现，振荡频率过低不能使原料与水分充分接触，而过高的振荡频率虽然可以加速糊化，但会破坏原料外观完整性；李静鹏等[18]研究发现，搅拌转速对杂粮糊化度的影响呈现先升高后平稳的现象，这主要是由于适宜的搅拌转速促进了原料与水分充分结合，并达到糊化平衡状态，这与本研究结果一致。

2.2 高粱振荡蒸煮工艺优化正交试验结果

在单因素试验的基础上，以感官评分、总酚含量、糊化焓值为考察指标，采用正交试验优化蒸煮温度（A）、蒸煮时间（B）、振荡频率（C），确定最佳高粱振荡蒸煮工艺，正交试验结果及分析见表3，方差分析结果见表4～表6。

表3 高粱振荡蒸煮工艺优化正交试验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for oscillation cooking process optimization of sorghum

表4 以感官评分为评价指标的正交试验结果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal tests results using sensory evaluation score as evaluation index

表5 以总酚含量为评价指标的正交试验结果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal tests results using total phenol content as evaluation index

表6 以糊化焓值为评价指标的正交试验结果方差分析Table 6 Variance analysis of orthogonal tests results using dextrinize enthalpy value as evaluation index

由表3～表6可知，以感官评分为评价指标时，最优高粱振荡蒸煮工艺为A3B3C1，即蒸煮温度100℃、蒸煮时间70 min、振荡频率100 r/min，其中蒸煮温度影响显著（P＜0.05）。以总酚含量及糊化焓值为评价指标时，最优高粱振荡蒸煮工艺均为为A1B1C1，即蒸煮温度80℃、蒸煮时间80min、振荡频率100 r/min，其中蒸煮温度影响显著（P＜0.05）。通过综合平衡法[19]分析，确定最佳高粱振荡蒸煮工艺条件为A2B2C1，即蒸煮温度90℃、蒸煮时间60 min、振荡频率100 r/min。

2.3 验证试验

采用最佳振荡蒸煮工艺对高粱进行蒸煮后，高粱的感官评分为16.21分，糊化焓值为13.47J/g，总酚含量为0.44mg/g；采用传统蒸煮工艺对高粱进行蒸煮后，高粱的感官评分为16.37分，糊化焓值为13.92 J/g，总酚含量为0.41 mg/g；与传统工艺相比，3个指标均无显著性差异（P＞0.05）。

2.4 酚类组成分析

对高粱原料、经传统蒸煮工艺和最佳振荡蒸煮工艺蒸煮后的高粱中的总酚、总黄酮及原花色素含量进行测定，结果见表7。

表7 酚类组成变化Table 7 Changes of phenol composition

由表7可知，原料高粱中总酚含量为1.07 mg/g，总黄酮含量为0.43 mg/g，原花色素含量为0.21 mg/g；经振荡蒸煮工艺处理后的高粱中总酚含量为0.44 mg/g、总黄酮含量为0.22mg/g，原花色素含量为0.12 mg/g；经传统蒸煮工艺处理后的高粱中总酚含量为0.41 mg/g、总黄酮含量为0.13 mg/g，原花色素含量为0.19 mg/g。结果表明，振荡蒸煮工艺保留总黄酮的能力显著高于传统蒸煮工艺（P＜0.05），原花色素保留能力显著低于传统蒸煮工艺（P＜0.05）。分析原因可能是原花色素物质为水溶性物质，极易在高温水溶液中破坏，而黄酮类物质对高温水处理不敏感[20]。

3 结论

本研究以蒸煮后高粱的感官评分、糊化焓值及总酚含量为评价指标，采用正交试验对高粱振荡蒸煮工艺进行优化。结果表明，最优振荡蒸煮工艺为蒸煮温度90℃、蒸煮时间60 min、振荡频率100 r/min。在此最优工艺条件下蒸煮后，高粱的感官评分为16.21分，糊化焓值为13.47 J/g，总酚含量为0.44 mg/g；与传统蒸煮工艺的感官评分（16.37分）、糊化焓值（13.92 J/g）、总酚含量（0.41 mg/g）无显著差异（P＞0.05）。优化后的振荡蒸煮工艺保留总黄酮类（0.22mg/g）能力显著高于传统蒸煮工艺（0.13 mg/g）（P＜0.05），保留原花色素（0.12 mg/g）能力显著低于传统工艺（0.19 mg/g）（P＜0.05），与传统蒸煮工艺处理后的酚类组成有显著差异（P＜0.05）。