预处理对六种黄酒酿造原料酿造特性的研究

李素萍，马艳莉 *，丁玉峰，席晓丽，罗建成，于海彦，李 杰

（1.河北农业大学 食品科技学院，河北 保定 071000；2.南阳理工学院 河南省工业微生物资源与发酵技术重点实验室 河南省张仲景方药与免疫调节重点实验室，河南 南阳 473004）

中国黄酒一般酒精含量为14%～20%（V/V），属于低度发酵型饮料酒[1-2]。中国黄酒是以谷物、水等为原料，经浸米、蒸煮、拌曲糖化发酵、压榨过滤、勾兑而成的酿制酒[3]。浙江绍兴黄酒的酿制中，米被比喻为“酒之肉”，可见米对黄酒酿造的重要性[4]。南方酿制黄酒所用的大米主要有糯米、粳米和籼米等[5]。北方黄酒的原料主要是黍米、小米和玉米等。红谷是北方小米的一种，产自南阳盆地，外壳为红色，别称红小米，红酒谷。由于富含蛋白质与其他功能性成分，红谷被应用于黄酒酿造。河南黄酒企业也更钟情于用红谷酿造黄酒，南阳黄酒年总产量占河南省黄酒产量的80%以上，这也促进了酿酒原料红谷产业的发展[6]。

浸米与蒸饭是黄酒传统酿造中重要的预处理工序，大米、小麦等原料中的淀粉受热吸水糊化后，淀粉因晶体结构被破坏而α化，这样既有利于淀粉酶和糖化酶作用，又可对原料进行杀菌[7]。原料浸泡后主要成分部分分解，米浆水（浸米水）酸度增加，结果含有高浓度的乳酸（6～15 g/L）[8]。均匀的水分分布和扩散将使蒸煮后的原料具有良好的质构特性，从而提升酿酒过程中微生物的物质利用率[9-10]。风味是由味道和香气组成的，后者是由煮熟米饭中挥发性化合物与嗅觉受体相互作用所赋予的，预浸泡处理会对米饭的风味产生较大影响[10]。近年来关于原料预处理的报道主要集中在与南方稻米相关的浸泡和蒸煮条件，或水稻品种淀粉特性的差异等方面。LI S等[9]研究了超声波处理对大米水化和理化性质的影响，发现经超声波处理的大米具有更短的浸泡和蒸煮时间。TOWATA S等[11]利用同步辐射的x光散射研究了6个水稻品种淀粉的晶体结构，发现浸泡后淀粉薄片结构得以保持，蒸煮后晶体被破坏。张波等[12]从黄酒自然浸米浆水中筛选出1株乳酸菌应用于生物酸化浸米，浸米时间缩短2 d，黄酒酒精度有所提高。毛青钟等[13]研究了不同品种稻米的浸米特性，发现在同样条件下浸渍，其米浆水中总酸和微生物是不同的。黄酒生产中，一般采用40%米浆水替代部分投料用水，浸泡过程产生的有机酸和乳杆菌素随浆水加入以及米饭带入，可抑制醋酸菌等有害细菌的繁殖生长，确保发酵正常和顺利完成[14]。

目前对中国已经产业成熟化的黄酒酿造谷物的预处理过程的系统研究较少。本试验选取了六种酿酒谷物（红谷、张杂谷、圆糯米、黍米、金米、粳大米）（红谷、张杂谷、黍米和金米为北方黄酒工业常用原料；圆糯米和粳大米为南方黄酒工业常用原料），通过原料预处理（浸泡和蒸饭）实验，对不同谷物的浸米特性及蒸米的风味特性进行分析，探究不同黄酒酿造原料的品种差异性，对黄酒原料的特性分析有助于挖掘食品和酒类发酵的特色优势品种，为中国黄酒酿造产业的发展奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红谷：河南南阳当地超市；张杂谷：张家口巡天食品有限公司；圆糯米：食名轩特产店；黍米：乡农家土特产店；金米：河北保定当地超市；粳大米：保定市万粮稻谷加工有限公司。

3-辛醇（内标）（纯度≥98%）：美国Sigma-Aldrich试剂公司；乙腈、甲醇（色谱级）：上海阿拉丁生化科技有限公司；草酸、酒石酸、苹果酸、丙酮酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸标准品（纯度均＞97%）：上海源叶生物科技有限公司；葡萄糖、硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、硫酸锌、盐酸、磺基水杨酸、硫酸铁（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

CP214电子分析天平：奥斯豪仪器（上海）有限公司；5424R高速冷冻离心机：上海力申科学仪器有限公司；QL-861涡旋机：海门市其林贝尔仪器制造有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS顶空固相微萃取纤维头：美国Supelco公司；LD-CL2010A电磁炉：泉州雅物贸易有限公司；DZKW-C型电热恒温水浴锅：北京光明医疗仪器厂；Agilent 1260高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪、7890B-5975C气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）联用仪：美国安捷伦科技公司；TMSPRO食品物性分析仪：美国FTC公司；CR-400色差计：日本柯尼卡美能达公司；L-8900全自动氨基酸分析仪：日本Hitachi公司。

1.3 试验方法

1.3.1 浸泡和蒸煮

用25～30 ℃的温水清洗谷物至洗米水上方无漂浮物。按绍兴酿造方法，25 ℃浸米4 d左右，米∶水=1∶2（g∶mL）。浸米要求：米浆水总酸（以乳酸计）＞0.5 g/100 mL；米浆水呈稠状，水面出现白色薄膜[13]，米粒手捻易碎。用四层无菌纱布沥干米浆水，使用可调功率电磁炉进行蒸饭，米饭厚度保持在6～7 cm左右；设置功率2 000 W，常压蒸煮25～35 min。蒸米要求：米饭熟而不糊，外硬内软，内无生心。将用于取样的米饭转移到玻璃烧杯中，待其冷却至室温后备用。

1.3.2 分析检测

（1）颜色特性分析

浸泡后的不同原料的色泽测定：在日光灯下采用Hunter表色系统测定L*值（明度，反映色泽的明亮度），a*值（正数代表红色，负数代表绿色），b*值（正数代表黄色，负数代表蓝色），重复3次。

（2）质构特性分析

浸泡后的不同原料的质构（硬度、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性）测定参照尹爽等[15]的方法。参数设置：型号P/36的圆柱形不锈钢挤压探头，感应力量程为900 N，提升到样品表面高度为20 mm，形变量为70%，测试前速度为0.5 mm/s，测试速度为0.5 mm/s，测试后速度为1.0 mm/s，触发力1 N，重复6次，每次测试20颗完整米粒。

（3）米浆水中有机酸和氨基酸分析

有机酸含量分析采用HPLC法。前处理方法[16]：取5 mL米浆水样品于100 mL容量瓶中，分别加入10.6%的亚铁氰化钾2 mL和30%的硫酸锌2 mL，混合摇匀后用超纯水定容，静置沉淀30 min。然后在4 ℃、4 000 r/min离心5 min。离心后的上清液用0.22 μm微孔滤膜过滤，然后经Sep-PakC18固相小柱注入液相棕色小瓶进行HPLC有机酸分析。HPLC条件为：Eclipse XDB-C18色谱柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流动相：0.02 mol/L NaH2PO4，pH 2.1，流速：0.9 mL/min，进样量：10 μL，柱温：30 ℃，检测波长：210 nm。

氨基酸测定用全自动氨基酸分析仪。所有的分析都进行了3次平行实验。

（4）蒸饭挥发性风味分析

采用顶空固相微萃取-气质联用技术提取香气成分[3]。取5 g米饭于20 mL玻璃顶空进样瓶中，添加内标物300 mg/kg 3-辛醇15 μL，将50/30 μm DVB/CAR/PDMS顶空三相微萃取纤维头插入瓶中顶空部分，并保持离样品表面1.5 cm，于50 ℃恒温水浴锅中固相微萃取吸附40 min，然后插入GC进样口250 ℃解吸7 min，以待进行GC-MS香气成分分析，每个样品测定3次。

气相色谱和质谱的条件参照LIANG J J等[17]的方法，并加以修改。气相色谱条件：HP-Innowax 毛细管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），载气为氦气（He）（纯度99.999%），流速为1 mL/min，不分流进样，进样量1 μL。进样口温度为250 ℃，检测器温度为240 ℃。升温程序：起始温度设置为40 ℃，保持10 min，再以5 ℃/min的速度升温到240 ℃，最后以20 ℃/min的速度升温到250 ℃，保持8 min。质谱条件：选用电子电离（electronic ionization，EI）源，离子源温度为240 ℃，电子能量为70 eV。通过监测40～350 amu范围内的总离子电流记录色谱图。挥发性化合物通过使用（美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）数据库并与纯标准品的质谱和保留时间进行比较来鉴定化合物（取匹配度70%以上），采用内标法进行半定量计算。

1.3.3 数据处理

使用Origin Pro 8.6进行绘图。数据统计分析使用SPSS 25.0分析，组间差异采用单因素方差分析和Duncun多重比较法检验。

2 结果与分析

2.1 浸泡过程中不同酿造原料的颜色变化

不同浸泡时间（0、1 d、2 d、3 d、4 d）对不同米粒颜色参数L*值、a*值、b*值的影响结果见表1。由表1可知，对于未浸泡（0 d）的原料，红谷的a*值最高，圆糯米和粳大米品种a*值较低。此外，糯米的L*值明显高于红谷和粳大米，张杂谷和金米的b*值较高。结果表明，红谷品种颜色较深，呈红褐色，糯米颜色最浅，呈亮白色，粳大米呈暗白色。同时，张杂谷呈现出的黄色色度值显著高于金米和黍米（P＜0.05）。

表1 六种酿造原料浸泡过程中的颜色变化Table 1 Color change of six kinds of brewing materials during soaking process

由表1亦可知，浸泡谷物与干谷物（浸泡0 d）的L*值和b*值存在显著差异（P＜0.05）。浸泡后红谷、圆糯米和黍米的籽粒亮度（L*值）减少，而张杂谷、金米和粳大米的籽粒亮度（L*值）增加，而红度（a*值）随着浸泡时间的增加而先剧烈下降（0～2 d）后保持恒定（3～4 d）。浸泡4 d后的原料米的a*值和b*值低于未浸泡米，反映出常温浸米后红色和黄色减少。浸米后红谷、糯米、黍米品种的L*值下降，表明常温水处理后谷物变暗，植物色素消溶于水中。浸泡实验的颜色变化结果表明，某些化合物在浸泡过程中会从内层迁移到表面，而另一些化合物，特别是麸皮化合物则向胚乳扩散。米粒的亮度增加可以通过麸皮化合物向胚乳的扩散（向内扩散）和水稻化合物（脂质）从稻米内层向表面的迁移（向外迁移）来解释[18]。总的来说，相较于其他谷物，红谷中的红色素随着浸米时间的延长略微减少，但一直显著高于其他谷物（P＜0.05）。作为有色谷物，红谷外壳为红色，其含有的天然红色素可在后期酿造中增加酒体的颜色，使之呈现琥珀色的光感，从而吸引更多消费者。

2.2 浸泡过程中不同酿造原料的质构变化

黄酒是由浸泡过的不同谷物原料制成的，酿造米的质构特性与蒸煮品质密切相关。质构特性的差异也意味着原料的组成成分以及结构的差异[19]，这些将会影响谷物的后续发酵品质以及在市场上的流通度。浸泡0～4 d不同谷物的硬度、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性变化情况分别见表2～表6。

表2 六种酿造原料浸泡过程中的硬度变化Table 2 Hardness change of six kinds of brewing materials during soaking process

表3 六种酿造原料浸泡过程中的内聚性变化Table 3 Cohesiveness change of six brewing materials during soaking process

表4 六种酿造原料浸泡过程中的弹性变化Table 4 Springiness change of six brewing materials during soaking process

表5 六种酿造原料浸泡过程中的胶黏性变化Table 5 Adhesiveness change of six brewing materials during soaking process

表6 六种酿造原料浸泡过程中的咀嚼性变化Table 6 Chewiness change of six brewing materials during soaking process

由表2可知，浸泡时间的变化对原料的硬度有很大的影响。硬度是材料对变形和断裂的抗力。随着浸泡时间的延长，硬度值呈先降低（0～2 d）后增加（3 d）再降低（4 d）的趋势，其中红谷的硬度从178.5 N降低至48.2 N。相较于其他原料，圆糯米的下降幅度最大，为89.45%，其次是红谷，为73.00%，随后是粳大米和张杂谷。可以观察到，在浸米第2天，红谷、金米和粳大米的硬度在统计学上显著降低（P＜0.05）。这表明浸泡过程中植物组织和细胞膨胀，主要成分部分分解，使谷物的柔软度增强。不同谷物的内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性参数都呈现与硬度相似的变化曲线。内聚性与样品分子内部的蛋白质结构或交联有关[20]。由表3可知，浸泡4 d后红谷的内聚性与其他谷物存在显著差异（P＜0.05），这可能与谷物样品间的差异有关。弹性和胶黏性是谷物质构品质中的重要指标，对应参数值越小，表明其质地越松散。由表4和表5可知，随着浸泡时间的增加，粳大米的弹性和胶黏性一直处于较高水平（0.48 mm和16.0 N），红谷在浸米结束后的弹性为0.19 mm，其低于黍米、金米和粳大米品种。圆糯米的胶黏性在浸泡4 d后最低，为1.7 N，其次为红谷和张杂谷。这表明浸泡处理能加速谷物的内部吸水膨胀，中心结构疏松化，有利于随后酿造中微生物与酶的作用[21]。咀嚼性是米饭质构品质中的重要指标，与米饭的弹性成正相关。由表6可知，浸米后圆糯米的咀嚼性最高，相反粳大米最低。浸泡过程中红谷与张杂谷、黍米和金米的弹性、胶黏性和咀嚼性无明显差异（P＞0.05），与圆糯米和粳大米有显著差异（P＜0.05），表明小米类和稻米类酿造米存在明显的品种差异，可能与其内部结构、化学性质有关。一般来说，硬度较高的谷物品种往往具有较高的弹性、胶黏性和咀嚼性。

2.3 不同酿造原料浸泡水中游离氨基酸和有机酸含量的分析

在黄酒生产过程中，米浆水是浸米工序中的副产物。浸米过程中，米浆水中含有大量微生物，同时产生丰富的自溶产物（氨基酸、糖类、维生素和叶酸），随配料加入及通过蒸米饭带入发酵醪中，为有益优势菌群的快速生长提供营养，保证发酵顺利完成[13]。对糯米浆水中的微生物进行观察、检测发现，浆水中的有机酸（大多为乳酸）主要来源于乳酸杆菌（Lactobacillus）发酵[14]。浆水中的乳酸杆菌的种类和比例，决定着发酵醪液中的乳酸杆菌的种类和比例。另外，米浆水可为黄酒发酵醪提供了丰富的风味前体成分，如氨基酸、乳酸、乙酸、酯类等物质，又经发酵、后熟等过程，促成了黄酒的风味丰富性与复杂性[10，14]。不同品种的米由于产地或化学性质不同，在同样条件下浸渍，浸米特性也是不同的。因此，研究不同谷物米浆水中的氨基酸和有机酸差异是十分必要的。

浸米结束时，黄酒酿造的六种谷物米浆水中的氨基酸含量和有机酸含量见图1。由图1A可知，六种谷物米浆水中共有14种氨基酸，其中谷氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸占氨基酸总量的70%以上，而粳大米浸泡水中这四种氨基酸的总量高达84.51%。红谷米浆水的总氨基酸含量最高（976.49 mg/L），其氨基酸含量与其他五种米浆水差异显著（P＜0.05），约为其他五种原料的米浆水中氨基酸含量1倍左右，其次是黍米、张杂谷、圆糯米、金米和粳大米。这可能是因为在浸泡过程中，微生物特别是乳酸杆菌在米浆水中快速繁殖，具有较强的酸性内肽酶与氨肽酶活力，可分解谷物蛋白质和多肽产生氨基酸[3]。这些酶随原料进入发酵醪，促进乳酸菌代谢产生大量氨基酸。红谷中的蛋白质含量高于其他五种谷物原料，导致不同米浆水间的氨基酸差异。

图1 六种酿造原料浸泡水中氨基酸（A）和有机酸（B）的含量Fig.1 Contents of amino acids (A) and organic acids (B) in soaking water of six brewing materials

有机酸是米浆水中酸度的主要存在形式，与乳酸菌的数量直接相关[21]。由图1B可知，不同酿造谷物浸泡水中的总有机酸含量显著不同（P＜0.05）。黍米的总有机酸含量最高（16.62 g/L），其次是张杂谷、粳大米和红谷，而金米的有机酸含量最低，仅为7.59 g/L。六种米浆水中的主要有机酸是乳酸，其次是乙酸。红谷中的乙酸、酒石酸和柠檬酸含量高于其他五种谷物浸泡水中的乙酸、酒石酸和柠檬酸含量。这可能与浸泡过程中红谷米浆水中多糖的分解和氨基酸含量的增加有关，提供微生物生长所需营养，相对应地，乳酸菌代谢得到的有机酸增多[3]。然而，过量的酸会抑制微生物的生长，从而影响产酸率。因此，黄酒生产上要控制好浸米的时间和温度。米浆水的质量是决定发酵能否顺利完成的一个关键因素[14]。

红谷米浆水中的氨基酸含量最高，但有机酸含量相对较低，这也可能与红谷浸泡期间营养成分损失量小而较少被微生物利用有关。红谷淀粉分子由于高度支化的树枝状结构，在浸米过程中更易吸水溶胀，有利于蒸煮和酸化，使黄酒在发酵初期达到一定的酸度。这种酸性可调节发酵醪液的pH，创造适合酵母菌生长的酸性环境，产生各种风味化合物[10，22]。红谷比其他谷物具有更高的蛋白质和脂肪含量，作为霉菌和酵母发酵的丰富碳、氮和微量元素来源，对发酵过程中氨基酸与有机酸的积累有很重要的作用。

2.4 蒸煮对不同酿造原料挥发性风味的影响

为探究浸米工艺对蒸煮米饭挥发性风味物质的影响，相同条件下测定6种浸米4 d后的蒸煮米饭的挥发性风味成分，结果见图2。

图2 六种酿造原料蒸饭中挥发性风味物质的种类（A）和含量（B）Fig.2 Types (A) and contents (B) of volatile flavor substances in steamed cereal of six brewing raw materials

由图2A可知，米饭挥发性化合物主要是烃、醛、酮、酸、酯、醇以及杂环化合物等，红谷、张杂谷、糯米、黍米、金米和粳大米蒸煮米饭中分别共检测出48种、55种、54种、54种、50种、69种风味物质，六种样品共检测出了165种挥发性成分，其中醇类14种，酯类35种，酸类11种，酚类8种，酮类16种，醛类6种。由图2B可知，醇类、酯类、酸类、酚类、酮类、醛类等6类风味物质分别占各自样品中总挥发性成分的88.85%、93.52%、87.65%、93.79%、94.82%和91.94%。浸米4 d后张杂谷的米饭挥发性成分含量最高，为222.35μg/100 g，其次是黍米、粳大米和金米，红谷和糯米的含量最低，分别为143.04 μg/100 g和80.55 μg/100 g。

烃类物质中虽然烷烃占多数，但是烷烃的阈值较高，赋予米饭的香气较少[23]；相反，醛类、酮类、酸类、醇类等非烃类化合物成为米饭香气的主要来源[24]。康东方等[25]认为醇类为米饭贡献甜味和花香，酯类贡献水果香味，酮类贡献甜味和轻微的酸味。六种大米蒸饭的挥发性化合物组成显著不同（P＜0.05）。醇类和酮类化合物含量最高，主要化合物是5-乙基-3-甲基庚-1-烯-4-醇、3-辛酮和L-薄荷酮，而粳大米中L-薄荷酮含量（1.50 μg/100 g）显著高于其他谷物（P＜0.05）。对于酯类物质，粳大米蒸饭香气含量较高，红谷蒸饭香气含量较低。但红谷中的吲哚乙酸酯、异戊酸异戊酯和草酸丁环己基甲酯含量高于其他酿酒原料。油卉丹[4]研究发现，浸米工艺能增加米饭中的的非烃类挥发性化合物，如酸类化合物。这是因为浸米过程中乳酸杆菌等微生物的生长繁殖，米粒进行了部分发酵，导致酸类物质积累。酸类化合物主要是丁酸，在红谷蒸饭中高达10.82 μg/100 g。米饭中对愈创木酚、苯酚、4-乙基-2-甲氧基苯酚、4-乙基苯酚这四种物质的含量相对较高，为红谷＞张杂谷＞粳大米＞圆糯米＞黍米＞金米，且红谷中的愈创木酚、4-乙基-2-甲氧基苯酚含量与其他种类谷物具有显著差异（P＜0.05）。杂环类和其他化合物含量较少，主要是萘、9-甲基吖啶、2-巯基-4-苯基噻唑和4-乙酰氧基吲哚，粳大米和糯米饭中的四种物质总量高于其他5种谷物。二氢-5-戊基-2（3H）-呋喃、2-乙酰基噻唑、7H-二苯并（a，g）咔唑和1-氨基蒽是红谷特有的香气成分，对米饭的风味有重要影响。酿酒原料品种不同，风味成分有较大差别[24]。蒸饭风味物质的差异可能导致黄酒品质的不同。蒸饭作为黄酒发酵的主体材料，醇、酮、酸类等香气物质对原料具有贡献香气的意义，这些物质可能在原料的黄酒发酵中起着独特的作用，一部分在酿造过程中转化成其他产物，一部分参与构成成品酒的风味质量，能给黄酒带来协调细腻的愉快香气[1]。

3 结论

本研究通过六种谷物的原料预处理实验，明确了不同酿酒原料的差异以及红谷的原料特色。结果表明，浸泡过程中六种谷物的颜色和质构指标变化趋势大体相似。浸泡4 d后，六种原料的红度和黄度都有不同程度的降低，粳大米的硬度、弹性和胶黏性浸泡期间显著高于其他原料（P＜0.05），而红谷的硬度和弹性相对较低，结构更加疏松。浸泡结束时不同原料浸泡水中的氨基酸和有机酸含量存在显著差异（P＜0.05），其中尤以红谷的氨基酸含量最高，以及乙酸、酒石酸等有机酸含量呈较高水平，有助于后期发酵中乙醇及酯类等风味物质的形成。

蒸煮处理后，不同品种谷物原料中的风味物质主要是醇、酸、酮和烃类化合物，其中张杂谷蒸饭的挥发性香气成分含量最高（222.35 μg/100 g），其次是黍米和粳大米蒸饭。红谷蒸饭的风味物质总量较低，但其酸类和酚类挥发性化合物的质量浓度最高，这为微生物的生长和繁殖提供了充足的营养，对黄酒香气的形成有促进作用。整体而言，与其他谷物相比，红谷作为一种新型酿酒原料在酿造方面存在一定优势，适合进一步发酵应用。