酿酒制曲专用小麦淀粉品质特性研究

王海容，王永锋，朱国军，唐绍培，王 瑶，韦胜利，牛 娜，马翎健*

（1.西北农林科技大学 农学院，陕西 杨凌 712100；2.河南黄泛区地神种业有限公司，河南 周口 466632；3.贵州珍酒酿酒有限公司，贵州 遵义 563000）

中国白酒是全世界最具特色的蒸馏酒，有上千年的酿造历史[1]。酿造白酒的原料种类丰富，主要包括高粱、大米、糯米、玉米和小麦。小麦在酿酒中既是制曲原料也是酿造原粮[2]。小麦作为酿酒原料，在酿造过程中用量达20%[3]。白酒作为我国的传统产业，需求量逐年增加使得白酒产量逐年增高，因此各酿酒企业对优质酿酒小麦的需求甚为迫切。

酿酒小麦主要可以分为酿酒原粮小麦和酿酒制曲小麦两大类。酿酒原粮小麦作为酿酒的基料，主要是将淀粉质原料经水解为葡萄糖后，发酵产生酒精，淀粉含量越高，出酒率越高[4]。淀粉的水解速率与淀粉特性密切相关[5-6]。不同来源的原料的淀粉性质存在差异，其酿造特性也存在差异[7]。目前对酿酒小麦的研究主要集中在酿酒原粮小麦方面，包括酿酒小麦培育[8]、酿酒小麦在酿造过程中的作用[9-10]、不同酿酒原料对酒质的影响[11-12]，不同的酿酒小麦淀粉特性具有差异对白酒品质的影响等方面。研究表明，高支链淀粉含量小麦对比高直链淀粉含量小麦具有较高的出酒率[13]，淀粉糊化温度、回生值低的小麦蒸粮时有利于节约能源[14]，不同的小麦淀粉特性不同，自然对酿酒品质的影响也不同[15]。酿酒制曲小麦，既是酿酒微生物的培养基，又是白酒中醇类物质、酯类物质、酸类物质、羰类物质的重要贡献者，在酿酒过程中作用重大，制曲小麦要求的淀粉特性也与酿酒原粮小麦不尽相同，但鲜有酿酒制曲专用小麦淀粉品质特性方面的研究报道。

本研究对12种常用酿酒制曲小麦的淀粉含量、淀粉特性进行比较研究，旨在分析酿酒制曲小麦淀粉品质特点，以期为酿酒制曲小麦的品质研究、品种选育、优质生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酿酒制曲小麦（茅曲1号、泛麦5号、泛麦8号、川麦93、禾美988、紫麦19、天民184、天民198、鄂麦596、绵麦367、荃麦725、南良麦）：由河南黄泛区地神种业有限公司提供；总淀粉含量检测试剂盒、直链淀粉检测试剂盒：北京Solarbio公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

TA-Q2000差示扫描量热（differential scanning calorimetry，DSC）仪：美国TA仪器公司；RVA-4500快速黏度仪：瑞典波通公司；Infinite M200pro全波长多功能酶标仪：瑞士Tecan 帝肯公司；UV-2450紫外分光光度计：日本岛津公司；5810R型离心机：德国Eppendorf公司；DK-S14电热恒温水浴锅：上海森信实验仪器有限公司；DW-40L262低温冰箱：青岛海尔特种电器有限公司；PH140A干燥培养箱：上海百典仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 淀粉提取

小麦的淀粉提取方法参考SONG L J等[16]的研究方法。具体操作如下：称取10 g面粉，按照面粉∶水=5∶2（g∶mL）制作面团，用双蒸水反复清洗面团，清洗出的淀粉乳液过200目筛至另一干净烧杯中，静置4 h后倒掉上层液，下层沉淀置于50 mL离心管，室温以7 000 r/min离心5 min。待离心完成后倒掉上层液，刮掉下层沉淀表面黄色物质，加入20 mL的2 mol/L氯化钠以7 000 r/min离心5 min，弃上清，重复三次，再加入20 mL的2%十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）以7 000 r/min离心5 min，弃上清，重复3次，每次离心后下层沉淀表面出现的杂质都需刮干净。然后加入20 mL双蒸水以7 000 r/min离心5 min，弃上清，重复3次，最后将提取的淀粉沉淀置于35 ℃的烘箱干燥2 d，干燥后研磨过100目筛，装袋备用。

1.3.2 淀粉含量测定

利用淀粉含量检测试剂盒对12种酿酒制曲小麦的总淀粉含量、直链淀粉含量进行测定。支链淀粉含量=总淀粉含量-直链淀粉含量。

1.3.3 淀粉的糊化特性

准确称取3.0 g小麦淀粉至样品罐，使用黏度仪对待测淀粉样品进行测定，获得糊化温度、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度，并获得衍生参数：破损值（峰值黏度-谷值黏度）及回生值（最终黏度-谷值黏度），具体操作参考YANG Q H等[17]的研究方法。

1.3.4 淀粉的热力学参数测定

首先称取3 mg的小麦淀粉，精准放置于坩埚中，加入9 μL去离子水混合，加盖后于4 ℃冰箱中保存10 h。使用差示扫描量热仪测试样品的热力学参数，以空坩埚为对照，具体操作如下：首先调制实验仪器所需的气压，然后开启仪器设置实验参数：使仪器加热至30 ℃时，以10 ℃/min的速率加热至100 ℃。通过最后的测试曲线分析记录淀粉糊化起始温度、峰值温度、终止温度和糊化焓[18]。

1.3.5 淀粉透明度测定

将待测小麦淀粉配制成1 g/mL的淀粉乳，水浴锅升温至95 ℃，将样品放入水浴30 min，待样品冷却至室温后，使用分光光度计以蒸馏水为对照，在波长620 nm处测定其透光率[19]。

1.3.6 淀粉冻融稳定性测定

将20 mL质量分数为3%的淀粉乳沸水浴加热糊化15 min，待其冷却至室温后，将样品于-18 ℃条件下冷冻24 h，自然解冻后以4 000 r/min离心20 min，去除上清液，称取沉淀物质量，析水率参考文献[20]计算，其计算公式如下：

1.3.7 溶解度和膨胀度的测定[21]

称取小麦淀粉0.2 g（m1），将其置于50 mL的离心管，加入蒸馏水配制成2%的淀粉乳，设置温度梯度50 ℃、70 ℃、90 ℃，在3种温度下分别加热搅拌30 min，然后分别以4 000 r/min离心10 min，将上层清液烘干至质量恒定，称定上层清液质量（m2），计算淀粉的溶解度；称量离心管中剩余沉淀物质量（m3），计算淀粉的膨胀度。其计算公式如下：

1.3.8 数据分析

数据均采用Microsoft Office Excel 2016、SPSS 26.0和Origin 2022b进行处理、分析。

2 结果与分析

2.1 酿酒制曲小麦籽粒淀粉含量分析

在小麦籽粒各项组分中，淀粉含量占比最大，淀粉含量高低对食品加工及酿造过程意义重大[23-24]。支链淀粉高的原料所酿的白酒具有绵长、软甜的特点，而直链淀粉越高，淀粉结构紧密，可使蒸煮糊化时间越长，粮香比较浓郁[19]。12种酿酒制曲小麦的籽粒淀粉含量测定结果见表1。

表1 12种酿酒制曲小麦淀粉含量Table 1 Starch contents of 12 kinds of Daqu-making wheat

由表1可知，制曲小麦之间总淀粉含量、直链淀粉和支链淀粉含量存在差异，2/3的材料总淀粉含量大于60%、支链淀粉含量占比大于70%。部分材料绵麦367、荃麦725、南良麦的总淀粉含量小于60%，但支链淀粉含量占比均大于72%，直链淀粉与支链淀粉的比值均小于1∶2。泛麦5号的总淀粉含量最低，为58.71%；天民184的总淀粉含量最高，为65.37%；川麦93支链淀粉含量占比最低，为68.17%；鄂麦596支链淀粉占比最高，为75.04%。结果表明，不同酿酒制曲小麦淀粉含量差异较大，但淀粉总含量普遍较高，平均支链淀粉含量占总淀粉含量的70%以上。

2.2 酿酒制曲小麦淀粉糊化特性分析

12种酿酒制曲小麦淀粉糊化特性测定结果见表2。由表2可知，各制曲小麦淀粉糊化参数差异显著（P＜0.05）。南良麦与禾美988淀粉受热膨胀范围最大，淀粉糊化峰值黏度显著高于其他酿酒小麦（P＜0.05）。

表2 12种酿酒制曲小麦淀粉的糊化特性Table 2 Pasting properties of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

淀粉糊化谷值黏度可反映高温条件下淀粉的抗剪切能力，对食品加工有重要影响，谷值黏度越小，淀粉抗剪切能力越强[25]。酿酒小麦的谷值黏度小于2 000 cP的材料占比58.33%，分别为：茅曲1号、泛麦8号、川麦93、禾美988、天民198、绵麦367、南良麦。破损值反应淀粉的抗加热能力，体现淀粉糊的热稳定性，破损值越小，淀粉抗加热能力越强[18]。酿酒制曲小麦中破损值低于2 000 cP的材料占比66.67%，分别为：茅曲1号、泛麦5号、川麦93、紫麦19、天民184、鄂麦596、绵麦367、荃麦725，这8种制曲小麦淀粉热稳定性更好。回生值反应淀粉冷却稳定性，体现淀粉糊的回生程度，回生值越小，淀粉冷糊稳定性越强[26]。12种制曲小麦只有4种即泛麦8号、川麦93、天民184和绵麦367的淀粉回生值显著低于其他制曲小麦（P＜0.05），说明这4种制曲小麦冷却后不易回生。本研究中，川麦93和绵麦367相比较其他10种制曲小麦，谷值黏度、破损值和回生值均低于2 000 cP，表现出较强的抗剪切能力和稳定性。

2.3 酿酒制曲小麦淀粉的热特性

在水热过程中，淀粉吸水膨胀后，分子内及分子间的氢键往往会被切断，随后淀粉分子扩散，在这个过程中能量的变化用DSC曲线描述，主要参数包括起始温度、峰值温度、终止温度以及热焓值，各酿酒制曲小麦的淀粉热力学参数指标见表3。由表3可知，起始温度为59.40～61.79 ℃，峰值温度为63.04～65.66 ℃，终止温度为75.88～83.88 ℃，热焓值为7.07～13.90 J/g。淀粉溶解过程所需能量情况可由热焓值反映，热焓值越大，所需能量越多[27]，较高的起始温度、峰值温度、终止温度体现淀粉的结晶结构更加稳定[28]。较高的热焓值及糊化温度，会使淀粉糊化黏度增大，最终使白酒酿造操作过程增加难度。由表3可知，泛麦8号和天民184的热焓值显著高于其他品种（P＜0.05），说明这两个品种淀粉糊化时所需能量最多；泛麦5号的热焓值最低，为7.07 J/g，说明泛麦5号淀粉糊化时所需能量最少。本研究中，不同材料之间差异显著（P＜0.05），茅曲1号、泛麦5号、禾美988、紫麦19、天民198的热焓值较低，其余材料的热焓值超过了10 J/g。

表3 12种酿酒制曲小麦淀粉热力学参数Table 3 Thermodynamic parameters of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.4 酿酒制曲小麦淀粉透明度

淀粉透明度的大小通常用透光率表示，透光率越大，淀粉的透明度越大。淀粉的透明度能够影响食品的色泽外观[29-30]，12种制曲小麦的淀粉透明度测定结果见图1。

图1 12种酿酒制曲小麦的淀粉透明度Fig.1 Transparency of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

由图1可知，12种制曲小麦的淀粉透明度为12.60%～22.00%，荃麦725、天民198的淀粉透明度显著高于其他制曲小麦（P＜0.05），分别为22.00%、19.77%；川麦93的淀粉透明度最低，为12.60%；泛麦5号、泛麦8号、川麦93、紫麦19、天民184、鄂麦596、绵麦367这7个材料之间透明度无显著差异（P＞0.05），为12%～15%。

2.5 酿酒制曲小麦淀粉冻融稳定性

淀粉的冻融稳定性可以衡量淀粉在加工过程和运输过程中，承受淀粉糊冷冻和解冻过程引发的不良物理变化的能力[31]，直接影响淀粉加工食品的风味、口感及质地，同时影响淀粉发酵的稳定性。淀粉的析水率可以表示淀粉的冻融稳定性，析水率越低，冻融稳定性越好。12种酿酒小麦的淀粉析水率测定结果见图2。由图2可知，天民198、绵麦367的淀粉析水率显著高于其余10种酿酒小麦（P＜0.05），绵麦367的淀粉析水率较高，说明其淀粉冻融稳定性最差；天民184的淀粉析水率最低，说明天民184淀粉冻融稳定性最好。超过1/2的酿酒制曲小麦淀粉析水率＜50%，分别为：茅曲1号、泛麦5号、泛麦8号、川麦93、禾美988、紫麦19、天民184，相对其余5种酿酒制曲小麦淀粉冻融稳定性较好。

图2 12种酿酒制曲小麦的淀粉析水率Fig.2 Precipitation rates of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.6 酿酒制曲小麦淀粉溶解度

淀粉的溶解度表现淀粉颗粒在水中加热过程中溶出能力[32]。而各个品种的基因型不同，对淀粉组成和淀粉结构有决定性作用[33]，从而影响淀粉特性。12种酿酒制曲小麦淀粉的溶解度测定结果见表4。由表4可知，各个制曲小麦品种在温度为50～70 ℃时，淀粉的溶解度呈现缓慢增加的状态，溶解度均小于5%；在70～90 ℃时，淀粉的溶解度呈现快速增加的状态。各个品种在不同加热温度下的淀粉溶解度有显著差异（P＜0.05），其中禾美988淀粉溶解度在三个温度梯度下均较高，当加热温度上升为90 ℃时，泛麦8号、川麦93、禾美988、紫麦19的淀粉溶解度快速增加，明显高于其他8种制曲小麦，天民184和鄂麦596在各温度梯度下的淀粉溶解度均较低。

表4 12种酿酒制曲小麦淀粉的溶解度Table 4 Solubility of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.7 酿酒制曲小麦淀粉膨胀度分析

淀粉的溶解度和膨胀度反应出水分子与其的相互作用能力，从而影响白酒发酵[19]。12种酿酒制曲小麦淀粉的膨胀度测定结果见表5。由表5可知，12种酿酒制曲小麦的淀粉膨胀程度随着温度的升高快速增加。在温度上升到90 ℃时，所有制曲小麦的淀粉膨胀度超过了13 g/g，其中荃麦725的膨胀度在50 ℃和90 ℃时，显著高于其他11种制曲小麦（P＜0.05），分别为2.83 g/g、17.22 g/g；天民184、鄂麦596、绵麦367的膨胀度在高温90 ℃显著低于其他酿酒小麦（P＜0.05），分别为13.92 g/g、13.52 g/g、13.68 g/g，不同的制曲小麦在各温度梯度下淀粉膨胀度存在明显差异，可能与淀粉来源、形态、结构等因素相关[34]。

表5 12种酿酒制曲小麦淀粉的膨胀度Table 5 Swelling power of 12 kinds of Daqu-making wheat starch

2.8 酿酒制曲小麦籽粒淀粉各指标相关性分析

淀粉的理化性质受到淀粉的组成、结晶区域、颗粒形状影响[35]，对酿酒制曲小麦的籽粒淀粉含量及特性进行相关性分析，结果见图3。由图3可知，淀粉中支链淀粉含量与淀粉的析水率、谷值黏度呈显著正相关（P＜0.05），与淀粉破损值呈极显著负相关（P＜0.01），而糊化最终黏度与淀粉中支链淀粉含量呈极显著正相关（P＜0.01）；酿酒制曲小麦淀粉中支链淀粉含量越高使淀粉的冻融稳定性及淀粉抗剪切能力越差，淀粉的抗加热能力越强，这有可能是受到支链淀粉的结构、链长影响[36]。

图3 12种酿酒制曲小麦籽粒淀粉各指标的相关性分析结果Fig.3 Correlation analysis results of grain starch various indexes of 12 kinds of Daqu-making wheat

淀粉析水率与淀粉溶解度及糊化峰值黏度呈显著负相关（P＜0.05），表明淀粉冻融稳定性越好会使淀粉受热溶解程度变大、糊化膨胀范围变广。淀粉的膨胀度、溶解度与破损值呈显著正相关（P＜0.05），说明淀粉受热溶解度、膨胀度越大，淀粉糊的热稳定性越差。淀粉膨胀度与淀粉糊化峰值黏度、析水率及糊化温度呈显著正相关（P＜0.05），这可能是因为当受热温度接近淀粉的糊化温度时，淀粉微晶束结构开始松动，使淀粉颗粒吸收周围水分能力增强，膨胀势不断增大[37]。热力学参数与淀粉糊化回生值之间均呈极显著负相关（P＜0.01），说明品种间这一特征变化趋势相似。

2.9 酿酒制曲小麦籽粒淀粉各指标聚类分析

对12种酿酒制曲小麦的淀粉含量及特性进行系统聚类分析，方法选择组间联接，数据分析之前先进行标准化，结果见图4。由图4可知，在平方欧氏距离20.0处，12种酿酒小麦被聚为4大类。类群I包括泛麦8号、川麦93、天民198、绵麦367四个品种，类群II包括泛麦5号、紫麦19、禾美988、南良麦、茅曲1号，类群III包括天民184、鄂麦596，类群IV包括荃麦725。

图4 12种酿酒制曲小麦籽粒淀粉性状聚类分析结果Fig.4 Cluster analysis results of grain starch characteristics of 12 kinds of Daqu-making wheat

通过对12种酿酒制曲小麦进行聚类分析发现，类群1的制曲小麦的淀粉破损值、回生值及谷值黏度低于其他类群，类群2的热焓值、起始温度较低，类群3的总淀粉含量、淀粉中支链淀粉占比较高，透明度、溶解度、膨胀度较低。类群4的荃麦725的淀粉透明度、膨胀度较高。

2.10 讨论

酿造生产中小麦籽粒总淀粉含量及淀粉中直链淀粉含量与支链淀粉的比例会影响出酒率的高低及酒的品质[38]。同种作物不同品种之间，淀粉含量、组分及淀粉特性差异较大[22]。本研究中12种酿酒制曲小麦淀粉含量差异较大，但淀粉总含量普遍较高，支链淀粉含量占总淀粉含量的70%以上。淀粉中支链淀粉含量越高，淀粉糊化后不易回生，稳定性越好[39-40]。酿酒小麦不同淀粉性状相关性表明，淀粉中支链淀粉含量与淀粉糊热稳定性呈极显著正相关（P＜0.01），与淀粉糊冻融稳定性呈显著负相关（P＜0.05）。

田新惠等[41]对不同酿酒高粱的淀粉理化性质研究发现，白酒发酵与淀粉的透明度、溶解度和膨胀度有直接关系。本研究结果表明酿酒制曲小麦淀粉理化特性间关联度强，淀粉的透明度与淀粉膨胀度及糊化温度呈显著正相关（P＜0.05），淀粉冻融稳定性与溶解度、糊化峰值黏度均呈显著正相关（P＜0.05），淀粉的膨胀度、淀粉溶解度两者呈极显著正相关（P＜0.01），这两个指标与淀粉破损值呈显著正相关（P＜0.05），淀粉热力学参数均与淀粉回生值呈极显著负相关（P＜0.01）。

小麦淀粉糊热稳定性在酿酒制曲中非常重要。淀粉溶解过程所需能量情况可由热焓值反映，热焓值越大即所需能量越多，同时淀粉糊化温度越高，淀粉糊的黏度越大，会造成酿造过程操作难度增加[19]。

制曲小麦的淀粉含量与淀粉品种特性与曲块的形成、酿酒微生物种群的生长、发酵底物的发酵差异及最终酿酒品质的形成都有明显的影响，了解酿酒制曲小麦材料之间淀粉品质构成、内在结构、理化特性等方面的差异和形成机理，将会为酿酒制曲小麦的品质研究、品种选用以及优质生产提供理论依据。

3 结论

12种酿酒制曲小麦平均支链淀粉含量占总淀粉含量的70%以上，酿酒小麦之间淀粉特性差异明显。不同淀粉性状相关性表明，各淀粉品质指标之间关联性强，淀粉中支链淀粉含量与淀粉糊热稳定性呈极显著正相关（P＜0.01），淀粉的膨胀度、淀粉溶解度两者呈极显著正相关（P＜0.01），淀粉热力学参数均与淀粉回生值呈极显著负相关（P＜0.01）。

基于17个淀粉品质指标，通过聚类分析将12种酿酒小麦分为4大类，第I类泛麦8号、川麦93、天民198、绵麦367淀粉糊化稳定性优于其他类群；第II类泛麦5号、紫麦19、禾美988、南良麦、茅曲1号热焓值、起始温度较低；第III类天民184、鄂麦596总淀粉含量、淀粉中支链淀粉占比高于其他类群；第IV类荃麦725淀粉透明度、膨胀度相对其他类群较好。