李英杰,何員江,向生遠(yuǎn),李 瑞,龔利娟,任 勇,馬振兵*
(1.四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院,四川 宜賓 644000;2.四川省釀酒專用糧工程技術(shù)研究中心,四川 宜賓 644000;3.綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/廳市共建作物特色資源創(chuàng)制及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 綿陽 621023)
大曲是中國白酒固態(tài)發(fā)酵過程中的糖化發(fā)酵劑,為白酒發(fā)酵提供了重要的原料、微生物和酶[1-2]。在釀造白酒過程中,大曲一般是在酒胚(一種發(fā)酵谷物的混合物)冷卻后加入,混合均勻,然后在入窖池發(fā)酵。在發(fā)酵過程中,大曲含有豐富的水解酶和微生物菌群,使谷物糖化和發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行。在白酒產(chǎn)生的過程中,淀粉被水解為葡萄糖,葡萄糖再轉(zhuǎn)化為乙醇。這個過程是連續(xù)的、漸進(jìn)的,涉及各種微生物和酶。液化活性、糖化活性、發(fā)酵能力、產(chǎn)醇能力是反映大曲品質(zhì)的生化指標(biāo)。大曲的液化活性和糖化活性與酶有關(guān),而發(fā)酵能力和產(chǎn)醇能力則與微生物密切有關(guān)[3]。
酒曲分為紅曲、小曲、大曲和麥曲[4]。大曲和麥曲以軟質(zhì)小麥為主要原料,其中麥曲主要用于米酒的釀造,而大曲則多用于濃香型、醬香型白酒以及清香型白酒的釀造。大曲形成的曲塊形狀較大,含有豐富的微生物和酶類物質(zhì),其質(zhì)量受小麥品種影響[5-6]。制曲原料是微生物富集和生長的能量來源,同時(shí)也是白酒風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生的主要源頭。已有相關(guān)研究表明,原料是大曲菌群的重要來源[7-8],不同的谷物顯著影響微生物的變化和風(fēng)味特征[9]。LIU C等[10]研究表明,無殼大麥中的糖譜影響風(fēng)味微生物菌群的產(chǎn)生和調(diào)控發(fā)酵過程中風(fēng)味物質(zhì)的形成。
根據(jù)傳統(tǒng)制曲經(jīng)驗(yàn)表明,原料的品質(zhì)是影響大曲質(zhì)量和白酒品質(zhì)的主要因素之一,軟質(zhì)小麥因具有較高的淀粉含量,適宜的蛋白質(zhì)和脂肪,是大曲生產(chǎn)的首選原料。與硬質(zhì)小麥制曲相比,軟質(zhì)小麥制曲更有利于所制大曲產(chǎn)生香氣,從而保證了高質(zhì)量高溫大曲的生產(chǎn),利于制優(yōu)質(zhì)酒。在白酒釀造過程中,淀粉含量越高,微生物生長越旺盛,出酒率越高[11-12]。但是出酒率不單是與總淀粉含量相關(guān),直鏈淀粉含量和支鏈淀粉含量的比例也是影響出酒率的關(guān)鍵因素,支鏈淀粉含量越高,淀粉進(jìn)行糊化以后穩(wěn)定性更好,不易回生,出酒率越高,酒質(zhì)越好[13-14]。白酒原糧中的蛋白質(zhì)含量過高,易造成發(fā)酵過程中雜菌的產(chǎn)生,以及酸類物質(zhì)的堆積,使釀制的白酒酒質(zhì)變差[15]。因此小麥的理化品質(zhì)不僅影響大曲的質(zhì)量,而且會影響白酒產(chǎn)量和質(zhì)量。因此有必要對小麥的粗脂肪含量、直鏈淀粉及支鏈淀粉等品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行研究。
隨著白酒產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,釀酒產(chǎn)業(yè)對小麥原料的需求還在持續(xù)增加[16-17],研究不同小麥品種的制曲理化品質(zhì),對篩選新的制曲小麥品種資源和滿足白酒生產(chǎn)對優(yōu)質(zhì)制曲小麥的需求具有重要意義。綿麥902具有矮稈抗倒、抗病性強(qiáng)、軟質(zhì)率高以及產(chǎn)量高等諸多突出優(yōu)點(diǎn),被列入了五糧液釀酒專用糧基地主導(dǎo)品種且已投入實(shí)際生產(chǎn)[18],因此本研究以制曲小麥綿麥902為參照,對收集的6個新的小麥品種的制曲理化品質(zhì)進(jìn)行檢測,并對其進(jìn)行相關(guān)性分析及聚類分析,為制曲小麥新品種的選擇提供理論依據(jù)和品種參考。
綿麥902、綿麥903、綿麥905、綿麥907、綿麥916、綿麥161和MR1101:綿陽農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院;硫酸銅、硫酸鉀、酚酞、硼酸、氫氧化鈉、葡萄糖、甲基紅、溴甲酚綠、乙酸鉛、碘化鉀、碘、麝香草酚藍(lán)、氫氧化鉀、亞鐵氰化鉀、酒石酸鉀鈉、溴酚蘭(均為分析純):上海阿拉丁生化科技股份有限公司;無水乙醇、石油醚、鹽酸、硫酸、冰乙酸、乳酸原液:成都市科隆化學(xué)品有限公司。
TGL-16臺式高速冷凍離心機(jī):四川蜀科儀器有限公司;DS-HXT9型烘箱:蘇州吳江市東晟電熱設(shè)備制造廠;TQ-300粉碎機(jī):永康市天祺盛世工貿(mào)有限公司;PR224ZH/E型電子分析天平:奧豪斯股份有限公司;CWJ-Ⅱ型谷物硬度計(jì):浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司;HH-2恒溫水浴鍋:常州普天儀器制造有限公司;GHCS-1000型谷物電子容重器:遼寧賽亞斯科技有限公司;SOX406脂肪測定儀、SH220F型石墨消解儀、K1100全自動凱氏定氮儀:濟(jì)南海能儀器股份有限公司;UV-5100B紫外可見分光光度計(jì):上海元析儀器有限公司;UPH-I-60L型超純水機(jī):四川優(yōu)普超純科技有限公司;GM2200型面筋洗滌儀:波通瑞華科學(xué)儀器(北京)有限公司;電子游標(biāo)卡尺:桂林廣陸數(shù)字測控股份有限公司。
1.3.1 樣品處理使用TQ-300粉碎機(jī)將7種小麥粉碎,過80目篩,得到
小麥粉。
1.3.2 理化指標(biāo)的測定
水分含量:參考GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》方法通過恒重法測定[19];硬度指數(shù):參考GB/T 21304—2007《小麥硬度測定硬度指數(shù)法》進(jìn)行測定[20];粒長、粒寬:利用電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量,隨機(jī)取待測小麥樣品,重復(fù)20次并取平均值[21];容重:參考GB/T 5498—2013《糧油檢驗(yàn)容重測定》方法進(jìn)行測定[22];粗蛋白含量:參考GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》方法通過用全自動凱氏定氮儀進(jìn)行測定[23];總淀粉含量:參考GB 5009.9—2023《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測定》方法通過用酸水解方法測定[24];直鏈淀粉和支鏈淀粉含量:參考GB 7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直鏈淀粉測定法》方法進(jìn)行測定[25];粗脂肪含量:參考GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》方法通過用脂肪測定儀進(jìn)行測定[26];游離還原糖含量:參考GB 5009.7—2016《食品中還原糖的測定》方法中的第三法進(jìn)行測定[27];濕面筋含量:參考GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉面筋含量第2部分:儀器法測定濕面筋》方法進(jìn)行測定[28];沉降值:參考GB/T 21119—2007《小麥 沉降指數(shù)測定法Zeleny試驗(yàn)》方法進(jìn)行測定[29]。
1.3.3 數(shù)據(jù)處理
相關(guān)性分析和聚類分析均使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,使用Origin 2021軟件進(jìn)行圖表的制作。
小麥的粒型是影響破碎程度的重要因素之一,在大曲生產(chǎn)過程中,首先需要將小麥進(jìn)行浸泡和破碎處理,達(dá)到心爛皮不爛的狀態(tài),對7種小麥的粒型進(jìn)行分析,結(jié)果見圖1。由圖1可知,綿麥905的粒長最長,為8.02 cm,綿麥161粒長最短,為6.70 cm,除MR1011外,其余品種均與綿麥902具有顯著差異(P<0.05)。綿麥916粒寬最寬,為4.17 cm,綿麥903粒寬最窄,為3.52 cm,綿麥905、綿麥907與綿麥902粒寬無顯著性差異(P>0.05),其余品種與綿麥902粒寬均具有顯著性差異(P<0.05)。
圖1 不同品種小麥籽粒長度和寬度比較Fig.1 Comparison of grain length and width among different wheat varieties
不同品種小麥在水分、容重、總淀粉、支鏈淀粉、粗蛋白、粗脂肪和游離還原糖含量均具有一定差異,對大曲微生物的富集和生長、風(fēng)味物質(zhì)的形成產(chǎn)生影響。對7個小麥品種的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析,結(jié)果見表1。
表1 不同品種小麥籽粒品質(zhì)分析Table 1 Analysis of grain quality among different wheat varieties
由表1可知,所有品種的水分含量均在12.5%以下,符合儲藏標(biāo)準(zhǔn)[30]。綿麥903的容重最大,為828.33 g/L,綿麥916與綿麥902的容重基本一致,為730.67 g/L,與其他小麥品種具有顯著差異(P<0.05)。綿麥907的粗脂肪含量最高,為2.06%,綿麥916最低,為1.54%,綿麥903、905和MR1101與綿麥902相比,粗脂肪含量無顯著差異(P>0.05)。綿麥903的游離還原糖最高,為2.2 g/100 g,其余各品種與綿麥902相比,游離還原糖含量均呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。綜上所述,這些研究結(jié)果表明綿麥903在容重和游離還原糖含量方面表現(xiàn)出較高水平。綿麥907具有最高的粗脂肪含量,而綿麥916則具有最低的粗脂肪含量。總體而言,不同品種之間的理化特性存在顯著差異,突顯了它們在麥芽生產(chǎn)中的獨(dú)特特點(diǎn)。
研究表明,較高的總淀粉含量會提供更多的碳源供曲霉菌進(jìn)行代謝,從而促進(jìn)其生長和繁殖,加快發(fā)酵速度,并增加酒精和香氣化合物的產(chǎn)量,使得最終產(chǎn)品具有更濃郁的風(fēng)味。糧食中的支鏈淀粉含量越高,越有利于微生物的利用,進(jìn)而提高出酒率[31]。7個小麥品種的淀粉及淀粉組分分析見表2。
表2 不同品種小麥淀粉組分含量分析Table 2 Analysis of starch component contents among different wheat varieties
由表2可知,總淀粉含量最高的是綿麥907,為71.03%,最低是綿麥905,為66.56%,綿麥907、綿麥916和MR1101與綿麥902相比,總淀粉含量無顯著差異(P>0.05)。支鏈淀粉占比最高的是綿麥902,為82.91%,最低的是MR1101,為79.43%,其余小麥品種的支鏈淀粉占比均在80%以上,其中綿麥903、綿麥905、綿麥907和綿麥161與綿麥902相比,無顯著差異(P>0.05)。直鏈淀粉最高和最低的分別為MR1101(20.57%)和綿麥902(17.1%)。綜上所述,在7個小麥品種中,綿麥907具有較高的總淀粉含量,而綿麥905具有較低的總淀粉含量,支鏈淀粉在各品種中均占較大比例。
在白酒發(fā)酵的過程中,糧食中蛋白質(zhì)含量的高低對于所釀白酒的質(zhì)量和口感都會有一定的影響,過高的蛋白質(zhì)含量可能會導(dǎo)致發(fā)酵過程中產(chǎn)生過多的氨基酸,進(jìn)而增加氨基酸代謝產(chǎn)物的生成,對酒品口感產(chǎn)生不利影響。另一方面,如果蛋白質(zhì)含量太低,可能會導(dǎo)致發(fā)酵過程中酵母菌缺少必要的氮源,影響發(fā)酵效率和產(chǎn)物的質(zhì)量。最佳的蛋白質(zhì)含量范圍會因具體的白酒類型和生產(chǎn)工藝而有所不同,由于綿麥902已在實(shí)際生產(chǎn)中獲得不錯反響,所以在這里以綿麥902的蛋白質(zhì)含量數(shù)據(jù)為對照,進(jìn)而與其余小麥品種比較分析。7個小麥品種的蛋白品質(zhì)分析結(jié)果見表3。
表3 不同品種小麥蛋白品質(zhì)比較分析Table 3 Comparative analysis of protein quality among different wheat varieties
由表3可知,綿麥903粗蛋白含量最高,為12.55%,MR1101粗蛋白含量最低,為7.92%,各品種的粗蛋白含量與綿麥902相比均呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。濕面筋含量最高的是綿麥903,為25.55%,最低的為MR1101,為13.25%,除綿麥903外,其余品種與綿麥902相比,濕面筋含量均呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。沉降值最高的是綿麥903,為36.58 g/L,最低的為MR1101,為15.54 g/L,各品種與綿麥902相比,沉降值均呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。綜上所述,在7個小麥品種中,綿麥903的粗蛋白含量最高,與之相對,MR1101的粗蛋白含量最低。濕面筋含量和沉降值也存在品種間的差異,其中綿麥903的濕面筋含量和沉降值最高,而MR1101的濕面筋含量和沉降值最低。
7種不同品種小麥籽粒品質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果見圖2。由圖2可知,直鏈淀粉與支鏈淀粉含量呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)性(P<0.01),這是由于高直鏈淀粉含量會導(dǎo)致其快速降解,減少可利用的直鏈淀粉并降低支鏈淀粉的降解速度,相反,高支鏈淀粉含量會降低酶降解直鏈淀粉的效率。此外,濕面筋含量與直鏈淀粉呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與支鏈淀粉和粗蛋白呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。這是因?yàn)闈衩娼畹男纬膳c淀粉和蛋白質(zhì)的互相作用方式不同所致。具體來說,直鏈淀粉降解產(chǎn)生可溶性糖分,增加了濕面筋中蛋白質(zhì)與糖分的交聯(lián)作用,從而降低濕面筋的形成;而支鏈淀粉和粗蛋白則能促進(jìn)濕面筋的形成,增加了濕面筋的含量。另外,硬度指數(shù)與粗蛋白和濕面筋呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),這主要是由于它們對大曲發(fā)酵中微生物的生長和代謝產(chǎn)物的影響。類似地,粗蛋白與直鏈淀粉呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與支鏈淀粉呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。這可能是由于粗蛋白與淀粉在大曲中的來源和代謝方式不同所導(dǎo)致的。具體而言,當(dāng)直鏈淀粉含量高時(shí),可溶性蛋白質(zhì)含量也相對較高;而當(dāng)支鏈淀粉含量高時(shí),酶需要更多時(shí)間和能量來降解,從而釋放更多可溶性蛋白質(zhì),可溶性蛋白質(zhì)含量也相對較低。不過,粗脂肪與各指標(biāo)之間并不存在顯著性關(guān)聯(lián),這可能與種植環(huán)境和種植模式有關(guān)。
圖2 不同品種小麥籽粒品質(zhì)的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis of grain quality among different wheat varieties
將7種小麥籽粒品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,結(jié)果見圖3。由圖3可知,7種小麥籽粒總共可分為3類,第一類為綿麥902、綿麥905、綿麥161和綿麥907;第二類為綿麥916和MR1101,第三類為綿麥903。與已用于生產(chǎn)的曲麥綿麥902相比,綿麥905、綿麥161和綿麥907在籽粒品質(zhì)上更具有制曲優(yōu)勢,可作為制曲候選品種。
圖3 不同品種小麥籽粒品質(zhì)聚類分析Fig.3 Cluster analysis of grain quality among different wheat varieties
在小麥加工過程中,選擇適合的小麥品種以及控制加工條件對于產(chǎn)品質(zhì)量的保證非常重要。通過多項(xiàng)理化指標(biāo)實(shí)驗(yàn),對四川地區(qū)的7個不同品種小麥進(jìn)行了制曲性能比較。相較于基準(zhǔn)品種綿麥902,綿麥905、綿麥161和綿麥907在多個指標(biāo)上表現(xiàn)出了類似甚至更好的性能。聚類分析進(jìn)一步證實(shí)了綿麥905、綿麥161、綿麥907和綿麥902在制曲方面具有顯著優(yōu)勢。因此綿麥905、綿麥161和綿麥907是具有前景的制曲候選品種。研究結(jié)果為選擇優(yōu)質(zhì)曲麥品種提供了重要的理論依據(jù)和參考價(jià)值。