不同品种糯高粱的品质分析

陈 科，赵雅欣，龚利娟*，彭 涛，马振兵

（1.四川轻化工大学 生物工程学院，四川 宜宾 644005；2.四川省酿酒专用粮工程技术研究中心，四川 宜宾 644007）

中国酿酒界关于白酒原料“高粱香、玉米甜、糯米绵、大米净、小麦糙”的经典概括充分说明酿造原料的选择是区分白酒品质和风格的关键因素，即不同的酿酒原料可以对应不同的发酵产物[1]。实践表明，高粱酿造白酒既具有出酒率高、香正甘洌、醇厚浓郁等优点还具备独特的酿造优势，现已被成为最优的白酒酿造原料[2-3]。

俗话说：“好酒离不开好粮”，正确认识不同高粱品种在品质特性方面差异对挑选适宜酿造白酒高粱原料具有重要意义[4-6]。有研究表明，不同品种酿酒高粱淀粉的组成以及理化性质存在较大差异[7-8]，虽然南北方高粱的总淀粉和蛋白质含量较为接近，但南方高粱单宁含量更高，其直链淀粉和角质率却更低[9]。同时，不同高粱间的理化差异尤其是对应的淀粉特性差异会对白酒酿造酒体的产量及风味特征产生影响。一般淀粉含量与白酒出酒率呈正相关，同时与直链、支链淀粉含量高低也紧密相连，较高的支链淀粉不仅有利于后期蒸煮糊化，而且对于出酒率、挥发性风味物质产生都有积极的影响，并且可促进白酒品质的提升[10-11]。

目前，对于高粱的组成成分及淀粉特性的系统研究较少。因此，本研究选取7种不同种类糯高粱籽粒为研究对象，对其组成成分及淀粉特性进行比较研究，并针对组成成分与淀粉糊化特性进行相关性分析，为酿酒糯高粱品种的筛选提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

糯高粱G1、G2：辽宁省；糯高粱G3、G4、G5、G6、G7：四川省。

1.1.2 试剂

氢氧化钠、硼酸、酚酞、硫酸铜、硫酸钾、单宁酸、氨溶液、二甲基甲酰胺、柠檬酸铁铵（均为分析纯）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；硫酸、盐酸、石油醚（均为分析纯）：成都市科隆化学品有限公司。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

HH-2恒温水浴锅：常州普天仪器制造有限公司；UV-5100B紫外可见分光光度计：上海元析仪器有限公司；SHJ-4A恒温磁力搅拌水浴锅：常州同宇仪器制造有限公司；TGL-16台式高速冷冻离心机：四川蜀科仪器有限公司；DPCZ-Ⅲ直链淀粉测定仪：浙江托普云农科技股份有限公司；DS-HXT9电热鼓风干燥箱：上海-恒科学仪器有限公司；TQ-300粉碎机；永康市天祺盛世工贸有限公司；K1100全自动凯氏定氮仪、S0X406脂肪测定仪：济南海能仪器股份有限公司；PX124ZH/E电子分析天平：奥豪斯股份有限公司；S-3400N扫描电子显微镜：苏州科帝斯怀特工业设备有限公司；DSC800差示扫描量热（differential scanning calorimeter，DSC）仪：上海群弘仪器设备有限公司；RVA-4500快速黏度分析仪（rapid visco analyzer，RVA）：上海瑞玢国际贸易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糯高粱籽粒组成成分测定

水分含量：根据国标GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》中的恒重法测定[12]。蛋白质含量：根据国标GB5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》采用全自动凯氏定氮仪测定[13]。粗脂肪含量：根据国标GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》采用脂肪测定仪测定[14]。单宁含量：根据国标GB/T 15686—2008《高粱 单宁含量的测定》测定[15]。总淀粉含量：根据国标GB 5009.9—2023《食品中淀粉的测定》中的酸水解方法测定[16]。支链淀粉和直链淀粉含量：根据国标GB 7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直链淀粉测定法》测定[17]。

1.3.2 糯高粱籽粒淀粉特性分析

淀粉颗粒微观形态观察：参照田新慧等[18]的方法采用扫描电子显微镜观察糯高粱籽粒淀粉颗粒微观形态。

淀粉的提取：根据高菲等[19]的方法稍作改进。分别均匀称取150 g高粱样品，将高粱样品洗净后，加300 mL 0.25%NaOH溶液，在4 ℃条件下浸泡24 h。取出后用清水反复清洗其中杂质和劣质颗粒，并将其浸泡到300 mL 6%NaOH溶液中，在水浴温度为55 ℃条件下水浴20 min。取出用大量清水反复揉搓并清洗种皮，使高粱籽粒呈现白色为止，再加约300 mL清水用组织捣碎机打磨成浆液，浆液先后经100目、200目筛子过筛。过筛的浆液在1 500 r/min条件下离心10 min，倒掉上清液，去除掉上层灰白色的非淀粉物质，将下层淀粉取出摊放在培养皿中，静置30 min，再轻刮掉上层灰色物质，最后把培养皿放入40 ℃的烘箱内12 h。将其粉碎后即得到高粱淀粉样品，用密封袋干燥保存。

热特性的测定：参照GONZALEZ L C等[20]的方法稍作改进。称取干燥高粱淀粉样品约3 mg于铝制坩埚中，加入3∶1的去离子水，加盖密封平衡放置2 h，采用DSC仪测定，扫描温度范围为20～100 ℃，加热速率为10 ℃/min，以密封的空铝坩埚作为空白对照。记录糯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，糊化过程中吸收的热量（ΔH）参数，将上述的参数进行分析与比较。

回生特性的测定：参照KONG X L等[21]的方法稍作改进。准确称取（3.00±0.1）g干燥高粱淀粉样品，置于铝罐中，加入（25.0±0.1）mL的超纯水，用搅拌器上下多次搅动，使其分散均匀，采用RVA仪测定。

1.3.3 数据处理及分析

每个试验重复3次，结果用“平均值±标准差”表示；采用SPSS Statistics 27对.0数据进行处理并聚类分析；采用Origin 2022软件绘图。

2 结果与分析

2.1 7种糯高粱组成成分分析

7种糯高粱的组成成分测定结果见表1。

表1 不同品种糯高粱籽粒组成成分测定结果Table 1 Determination results of grains composition of different varieties of glutinous sorghum

由表1可知，水分、蛋白质、淀粉、支链淀粉差异性小，变异系数为1.74%～5.47%，属于轻度变异；脂肪、单宁、直链淀粉差异性大，变异系数为12.53%～54.62%，属于中度变异。为了明确7种糯高粱组成成分之间的差异性，进一步进行聚类分析，结果见图1。

图1 基于籽粒组成成分不同品种糯高粱聚类分析结果Fig.1 Cluster analysis results based on grains compositions of different varieties of glutinous sorghum

由图1可知，7种糯高粱可分为A、B两大类，G1、G2和G6组成A类，G3、G4、G5和G7组成B类。结合表1可知，糯高粱籽粒水分含量介于10.46%～12.14%之间，均符合高粱籽粒的储存要求（水分含量＜14%），但不同糯高粱籽粒水分含量存在一定差异，分析原因可能是由高粱籽粒储存条件或者高粱本身种植因素等所致[22]。

糯高粱籽粒蛋白质含量为9.26%～10.54%，脂肪含量为4.19%～5.33%，除样品G5的脂肪含量外，B类糯高粱籽粒的蛋白质及脂肪含量均显著高于A类（P＜0.05）。在酿酒过程中，高粱中蛋白质含量并非越多越好，过量的蛋白质会阻碍原料的糖化及发酵，容易使酒体产生邪杂味[23-24]。有研究发现，酿酒高粱蛋白质含量在8%～10%较适宜[25]，因此，本研究糯高粱蛋白质含量基本符合。此外，过量的脂肪含量在发酵过程中容易发生脂肪酸氧化分解，从而产生低分子醛类或酮类，造成酸败现象，生成邪杂气味，影响酒体的纯净度[26]。一般酿酒高粱的脂肪含量不应超过4%[27]，但郭旭凯等[25]研究发现脂肪和单宁含量有一定的协同作用，如果脂肪含量较高，同时也有较高的单宁含量，能进一步提升白酒的香味和口感。而糯高粱籽粒单宁含量为0.80%～1.43%，B类糯高粱籽粒单宁含量整体高于A类，其中B类中糯高粱G7籽粒单宁含量最高，为1.43%，A类中糯高粱G2籽粒单宁含量最低，为0.80%。适量的单宁不仅抑制发酵过程中杂菌的生长，而且还能产生香兰酸、丁香酸等酚类芳香物质，给白酒增香，但单宁含量过高，则会影响白酒发酵的正常进行，导致酒体香味不足和口感苦涩，反之则会导致酒体口感寡淡等不良影响[28]。有研究发现，高粱单宁含量一般在0.5%～1.5%酿造出来的酒风味较好[29]，本研究所有糯高粱均符合该要求。

糯高粱籽粒淀粉含量为66.68%～70.57%，支链淀粉含量占比均＞94%，且B类糯高粱籽粒支链淀粉含量占比显著高于A类糯高粱（P＜0.05）。B类中糯高粱G4籽粒支链淀粉含量占比最高，为98.71%，A类中糯高粱G1籽粒占比最低，为94.50%。高粱的直链淀粉和支链淀粉含量对白酒品质等也有很大影响，支链淀粉含量越高，淀粉越容易糊化，蒸煮时间越短，其做酿造的酒品质较绵甜、淡雅[8]。

综合7种糯高粱籽粒的组成成分分析发现，B类糯高粱籽粒的组成成分指标优于A类。由于不同品种高粱籽粒淀粉含量、结构、性质等的不同，具有不同的糊化特性，因此需要对高粱淀粉特性进行综合分析，以此筛选出适用的糯高粱品种。

2.2 7种糯高粱淀粉特性分析

2.2.1 籽粒淀粉颗粒微观形态观察

淀粉颗粒的微观结构决定了淀粉的性质，高粱籽粒内部结构对淀粉的性质及其应用有至关重要的影响[30]。通过扫描电子显微镜观察7种糯高粱籽粒内部的淀粉颗粒，结果见图2。

图2 不同品种糯高粱淀粉颗粒微观形态扫描电镜图Fig.2 Microscopic morphology of different varieties of glutinous sorghum starch by scanning electron microscopy

由图2可知，A类糯高粱的淀粉颗粒整体以不规则的椭圆形为主，部分颗粒表面呈内凹状且粗糙；B类糯高粱淀粉颗粒主要是以圆形和不规则形状为主，部分颗粒表面较为光滑。糯高粱籽粒的淀粉颗粒粒径均在5～23 μm范围之间，B类糯高粱淀粉颗粒比A类糯高粱淀粉颗粒略小，且大小不均，高菲等[31]研究发现，淀粉颗粒粒径小，成糊温度较高，由此推论B类糯高粱较A类糯高粱品种成糊温度高。

2.2.2 淀粉热特性

7种糯高粱淀粉热特性参数见表2。由表2可知，B类糯高粱淀粉的起始糊化温度为73.60～74.33 ℃，终止温度为84.07～84.37 ℃，热焓值为14.42～15.34 J/g，除糯高粱G6的起始温度外，B类糯高粱淀粉的起始温度、终止温度、热焓值均高于A类糯高粱，说明B类糯高粱淀粉需要在较高的温度下才能糊化，且所需热量也更高。为了明确糯高粱的组成成分对淀粉热特性的影响关系，进一步对糯高粱组成成分与热特性的相关性进行分析，结果见表3。

表2 不同品种糯高粱籽粒淀粉热特性参数Table 2 Thermal characteristic parameters of grains starch of different varieties of glutinous sorghum

表3 不同品种糯高粱籽粒淀粉热特性与组成成分之间的相关性分析结果Table 3 Results of correlation analysis between starch thermal characteristics and grains composition of different varieties of glutinous sorghum

由表3可知，淀粉的热特性参数主要与淀粉含量呈相关性，且起始温度、终止温度及热焓值与淀粉含量呈显著负相关性（P＜0.05，P＜0.01），但与支链淀粉含量呈显著正相关性，说明支链淀粉含量越高，所需要加热的糊化温度就越高，这与ZHU F[32]的结果一致。

2.2.3 淀粉糊化回生特性

7种糯高粱淀粉的糊化回生特性参数见表4，其与组成成分之间的相关性见表5。由表4可知，不同品种糯高粱淀粉的糊化回生特性具有明显的差异。淀粉糊化过程中，当体系温度高于淀粉起始糊化温度时，淀粉晶体崩解，开始吸水溶胀，黏度快速升高，并逐渐达到峰值。峰值黏度反映淀粉颗粒的膨胀程度或结合水的能力[33]，A类糯高粱淀粉的峰值黏度（338.08～376.25 RVU）显著高于B类糯高粱（281.25～311.25 RVU）（P＜0.05），说明A类糯高粱籽粒蒸煮糊化过程更易膨胀、易破裂。有研究发现，支链淀粉含量较高的高粱，峰值黏度也相对较高[34]，但由表5可知，峰值黏度与支链淀粉含量呈现极显著负相关（P＜0.01），说明导致淀粉糊化差异的因素除了与支链淀粉含量有关，还与其支链淀粉的结构如链长的分配、聚合度等有关，以及与NaOH溶液提取淀粉过程中残留物的影响有关[35]。

表4 不同品种糯高粱籽粒淀粉回生特性参数Table 4 Retrogradation characteristic parameters of grains starch of different varieties of glutinous sorghum

表5 不同品种糯高粱籽粒淀粉回生特性与组成成分之间的相关性分析结果Table 5 Correlation analysis between starch retrogradation characteristics and grains composition of different varieties of glutinous sorghum

衰减值表示淀粉颗粒的热糊稳定性，衰减值越大，淀粉的热糊稳定性越低，黏度下降明显[33]。回生值与淀粉的短期回生有关，回生值越高，冷糊稳定性越低，凝胶性越强，越易老化[33]。由表4可知，A类糯高粱淀粉衰减值（189.00～233.25 RVU）、回生值（32.88～39.46 RVU）及最终黏度（175.33～182.46 RVU）均高于B类糯高粱（143.00～186.54 RVU，16.67～31.92 RVU，153.29～169.00 RVU），表明A类糯高粱籽粒在膨胀后其淀粉颗粒强度小，热糊稳定性较低，在冷却过程中黏滞度回生趋势较大，不利于后期糖化，这可能与高直链淀粉含量有关（表5）。

糊化温度表示着淀粉糊化的难易程度，糊化温度越低，淀粉越易糊化，高粱蒸煮效率越高[33]。由表4可知，B类糯高粱淀粉的糊化温度（80.33～83.15 ℃）高于A类糯高粱籽粒（78.48～80.05 ℃），有研究发现，直链淀粉含量很少的糯高粱，当支链淀粉外链较长时，其可能形成较致密的双螺旋结构，从而导致较高的糊化温度[36]。由表5可知，糊化温度与支链淀粉、蛋白质、脂肪和单宁含量呈正相关，且与支链淀粉、脂肪和单宁含量正相关性显著（P＜0.05，P＜0.01），这与WANG S J等[37]的研究结果一致，说明糊化温度不仅由支链淀粉含量、淀粉颗粒形状和淀粉分子间的结合紧密程度决定，还与蛋白质、脂肪等非淀粉物质的含量有关。

3 结论

不同糯高粱籽粒的主要组成成分含量及淀粉特性存在一定差异，淀粉糊化特性受高粱支链淀粉含量的影响最大。在7种糯高粱的组成成分中，高粱水分含量均低于14%，符合储存条件。通过聚类分析将7种糯高粱分为A（G1、G2、G6）、B（G3、G4、G5、G7）两个大类。B类糯高粱有较高的支链淀粉含量（97.53%～98.71%），水分（10.46%～12.14%）、蛋白质（9.26%～10.54%）和单宁（1.06%～1.43%）含量均较适宜，但脂肪含量（4.22%～5.33%）略高。B类糯高粱淀粉颗粒略小，部分表面较为光滑，其虽具有较高的起始糊化温度（73.60～74.33 ℃）、终止温度（84.07～84.37 ℃）和热焓值（14.42～15.34 J/g），但具有较低的峰值黏度（281.25～311.25 RVU）、衰减值（189.00～233.25 RVU）和回生值（32.88～39.46 RVU），因此，B类糯高粱较A类糯高粱品种具有更好的糊化特性。综合主要组成成分含量及淀粉特性初步筛选B类糯高粱更适用于酿造。