摘要：為提升先糖化后發(fā)酵工藝生產高粱黍米黃酒的原料利用率和出酒率，該研究以黍米和高粱為原料，以大曲為糖化劑，以還原糖含量和多酚含量為評價指標，采用單因素試驗和響應面試驗對高粱黍米黃酒的糖化工藝進行了優(yōu)化。結果顯示，當料液比為1∶1.5、大曲添加量為10%、糖化溫度為60 ℃、糖化時間為24 h時，糖化液中還原糖含量、多酚含量達到最高，分別為（36.90±0.03） g/100 mL和（6.90±0.05） mg/10 mL。以最佳糖化工藝條件獲得的糖化液為發(fā)酵基質釀造的干型高粱黍米黃酒出酒率為260%。以上研究為高粱黍米黃酒的開發(fā)利用提供了數據和技術支撐。

關鍵詞：高粱；黍米；還原糖；多酚；糖化工藝；響應面法

中圖分類號：TS262.4""""""文獻標志碼：A"""""文章編號：1000-9973（2025）02-0141-07

Optimization of Saccharification Process of Sorghum and Millet Huangjiu Based on Response Surface Method

ZHANG Jing-jing^1，2， WANG Qi-hui^1，2， ZHAO Gang-guo^1，2， ZHAO Meng-ke^1，2，

REN Chao^1，2， WANG Min^1，2， ZHANG Wei^2，3， JIA Li-yan^1，2*

（1.College of Food Science and Engineering， Shanxi Agricultural University， Jinzhong 030801， China;

2.Shanxi Huangjiu Industry Technology Innovation Strategic Alliance， Jinzhong 030801， China;

3.Shanxi Yanmenshan Wine Industry Co.， Ltd.， Xinzhou 034200， China）

Abstract： In order to improve the utilization rate of raw materials and the yield of sorghum and millet Huangjiu produced by the process of saccharification followed by fermentation， the saccharification process of sorghum and millet Huangjiu is optimized by single factor test and response surface test with millet and sorghum as the raw materials， Daqu as the saccharification agent， reducing sugar content and polyphenol content as the evaluation indexes. The results show that when the solid-liquid ratio is 1∶1.5， the addition amount of Daqu is 10%， the saccharification temperature is 60 ℃， and the saccharification time is 24 h， the reducing sugar content and polyphenol content reach the highest of （36.90±0.03） g/100 mL and （6.90±0.05） mg/10 mL respectively. The yield of dry sorghum and millet Huangjiu brewed with the saccharification solution obtained under the optimal saccharification process conditions as the fermentation substrate is 260%. The above research has provided data and technical support for the development and utilization of sorghum and millet Huangjiu.

Key words： sorghum; millet; reducing sugar; polyphenol; saccharification process; response surface method

黃酒是我國的國酒^[1-2]，是以稻米、黍米、玉米、小麥等為主要原料，添加大曲和部分酶制劑、酵母等糖化發(fā)酵劑釀制而成的發(fā)酵酒^[3-4]，既可作為調味品^[5]，又可作為飲品。

高粱（sorghum）是世界上第五大谷類作物^[6-7]，具有抗旱、耐澇、高產穩(wěn)產的特性^[8-9]。高粱籽粒中不僅含有淀粉、蛋白質、脂肪等營養(yǎng)物質，而且含有多種功能成分，如原花青素、多酚、黃酮類物質等^[10]。以高粱為原料發(fā)酵食品，可能會賦予發(fā)酵食品功能性物質，使其具有保健功效^[11]。目前，高粱類發(fā)酵產品主要有白酒、食醋^[12]，在黃酒生產開發(fā)中應用較少，因此，研究與開發(fā)高粱類黃酒對于豐富黃酒品類、延長高粱產業(yè)鏈具有重要的意義。

黍米（millet）被列為五谷之一^[13]，營養(yǎng)價值高，富含人體需要的多種維生素^[14]。黍米中所含的棕櫚酸、油酸、亞油酸、異亞油酸等脂肪酸均有利于人體的生長發(fā)育^[15]。黍米中還含有多種米、麥中所缺乏的氨基酸，對調節(jié)機體代謝十分重要^[16]。

傳統(tǒng)黃酒釀造一般采用邊糖化邊發(fā)酵的方式，糖化效果不易控制，易導致原料利用率偏低^[17-18]、發(fā)酵時間長、出酒率低等問題^[19]。先糖化后發(fā)酵技術有利于原料中淀粉的充分糖化和糖化效果的控制，該技術在啤酒生產過程中得到廣泛應用^[20]，但在黃酒生產中應用較少。本課題組結合山西雜糧優(yōu)勢，以黍米和高粱為原料，采用先糖化后發(fā)酵工藝生產黃酒。以大曲為糖化劑，以還原糖含量和多酚含量為檢測指標，采用單因素試驗和響應面試驗對高粱黍米黃酒的糖化工藝進行優(yōu)化，確定最佳糖化條件，為高粱黍米黃酒的生產提供了技術支撐。

1"材料和方法

1.1"材料

黍米：山西雁門山酒業(yè)有限公司提供；大曲：山西某酒廠提供；晉糯3號高粱：山西農業(yè)大學高粱研究所提供。

1.2"試劑

沒食子酸標準品、福林酚：北京索萊寶科技有限公司；甲醛溶液：天津市大茂化學試劑廠，以上試劑均為分析純。

1.3"主要儀器與設備

LS-75H立式壓力蒸汽滅菌器"江陰濱江醫(yī)療設備有限公司；HPX-9272MB電熱恒溫培養(yǎng)箱"上海博迅實業(yè)有限公司；UV-1200紫外可見分光光度計"上海美譜達儀器有限公司；SC-3612低速離心機"安徽中科中佳科學儀器有限公司。

1.4"方法

1.4.1"操作要點

選用顆粒飽滿、無病蟲害、無雜物、無雜味、無霉變的黍米、高粱，將黍米進行清洗，高粱粉碎成4，6瓣；用占原料60%的沸水將高粱進行潤糝，潤糝12 h，將黍米進行浸泡并翻拌均勻；將黍米中的水分控干后倒入蒸鍋內，隨后將高粱轉入另一蒸鍋內，蒸飯，無白心即可，燜飯40～60 min。將蒸好的飯取出攤到涼米盤上，放涼至60 ℃，將大曲均勻地灑到放涼至60 ℃的蒸飯表面，翻拌均勻，加水，設置培養(yǎng)箱的溫度，將拌有大曲的蒸飯轉入培養(yǎng)箱中進行糖化。

1.4.2"還原糖含量的測定

還原糖含量的測定：采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）法對樣品中的還原糖含量進行測定^[21]。

1.4.3"多酚含量的測定

多酚含量的測定：采用福林酚法^[22]對黃酒中的多酚含量進行測定，總酚含量以沒食子酸計。

1.4.4"單因素試驗

將糖化時間、糖化溫度、大曲添加量、料液比（原料與水的比例）4個單因素作為關鍵控制因素，通過單因素試驗研究糖化工藝對還原糖含量和多酚含量的影響。

以黍米、高粱為原料，準確稱取黍米、高粱各100 g，先將黍米進行淘洗，淘洗至水清澈即可，浸泡水沒過黍米，高粱用沸水進行浸泡，12 h后將黍米水分瀝干，將黍米和高粱分別轉入蒸鍋內蒸熟，攤涼后將其分裝至500 mL錐形瓶中，在不同的糖化時間（0，3，6，9，12，15，18，21，24，27，30 h）、糖化溫度（50，55，60，65，70 ℃）、大曲添加量（6%、8%、10%、12%、14%）、料液比（1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3）的條件下進行糖化，測定糖化液中還原糖含量和多酚含量。

1.4.5"響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，確定影響高粱黍米黃酒糖化過程中還原糖含量和多酚含量的顯著因素。以還原糖含量和多酚含量為響應值，以糖化時間（A）、糖化溫度（B）、大曲添加量（C）和料液比（D）為考察因素，采用Design-Expert V8.0.6.1軟件設計響應面試驗，試驗因素與水平見表1。

1.4.6"數據處理和分析

采用Design-Expert V8.0.6.1軟件設計響應面試驗；采用Origin 64軟件繪制單因素分析圖；采用IBM SPSS Statistics 25軟件進行單因素顯著性分析。

1.4.7"高粱黍米黃酒最優(yōu)糖化工藝

以高梁、黍米為主要原料，對以最佳糖化工藝條件獲得的糖化液為發(fā)酵基質釀造的高粱黍米黃酒進行分析。

2"結果與分析

2.1"高粱黍米黃酒糖化工藝優(yōu)化單因素試驗結果與分析

2.1.1"糖化時間對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響

糖化時間對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響見圖1。

由圖1可知，在糖化過程中，還原糖含量呈先上升后下降的趨勢，大曲中的酶類將原料中的淀粉水解成糖類，糖化作用迅速，隨著糖化時間的延長，淀粉反應完全，糖化進行得比較徹底，因此醪液中還原糖含量有所下降^[23]；多酚含量隨著糖化時間的延長呈先升高后降低的趨勢，當糖化時間為24 h時，多酚含量達到最高，為（5.61±0.33） mg/10 mL；之后隨著糖化時間的延長，多酚含量開始降低，可能是多酚類化合物被氧化所致^[24]。綜合考慮，確定最佳糖化時間為24 h。

2.1.2"糖化溫度對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響

糖化溫度對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響見圖2。

由圖2可知，隨著糖化溫度的升高，糖化液中還原糖含量和多酚含量均呈先上升后下降的趨勢。當糖化溫度為60 ℃時，糖化液中還原糖含量最高，為（35.73±0.14） g/100 mL，多酚含量為（5.80±0.06） mg/10 mL，這可能是因為大曲中的酶在溫度較低時活性較低，影響糖化效果，溫度過高時，各種酶活力下降^[25-26]，糖化速率減慢，還原糖含量下降；多酚類物質在較高的溫度下會發(fā)生氧化、聚合，從而使多酚含量有所降低^[27]。

2.1.3"大曲添加量對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響

大曲添加量對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響見圖3。

由圖3可知，當大曲添加量為10%時，糖化液中還原糖含量和多酚含量最高，分別為（36.19±0.65） mg/100 mL和（6.17±0.24） mg/10 mL。隨著大曲添加量繼續(xù)增加，還原糖含量和多酚含量開始下降，這可能是因為在一定范圍內增加大曲添加量可以加快反應速率，但大曲增加到一定量時，反應底物被大量消耗，大曲中的酶與原料中的淀粉接觸的能力下降。因此，確定最佳大曲添加量為10%。

2.1.4"料液比對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響

糖化過程中過高的水分含量會降低糖化醪液的糖度，過低的水分含量會影響后期發(fā)酵的出酒量，且不利于人工操作^[28]。料液比對糖化過程中還原糖含量和多酚含量的影響見圖4。

和多酚含量均呈先上升后下降的趨勢。當料液比為1∶1.5時，糖化液中還原糖含量達到最高，為（36.42±0.49） g/100 mL，多酚含量為（6.67±0.03） mg/10 mL。隨著水添加量的繼續(xù)增加，糖化液變稀，濃度降低，還原糖含量和多酚含量下降^[29]。綜合考慮，確定最佳料液比為1∶1.5。

2.2"高粱黍米黃酒糖化工藝優(yōu)化響應面試驗結果與分析

2.2.1"響應面試驗結果和方差分析

根據單因素試驗結果，篩選出4個影響糖化過程中還原糖含量和多酚含量的顯著因素，以還原糖含量（R₁）和多酚含量（R₂）為評價指標，通過響應面試驗進一步確定高粱黍米黃酒糖化工藝條件，試驗設計和結果見表2，方差分析結果見表3。

采用Design-Expert V8.0.6.1軟件對模型進行多元回歸擬合，得出糖化液中還原糖含量（R₁）和多酚含量（R₂）對糖化時間（A）、糖化溫度（B）、大曲添加量（C）、料液比（D）的多元二次回歸方程：

R₁=36.70+0.56A+0.27B+0.93C-0.20D+0.51AB-1.23AC+0.12AD-1.05BC+1.18BD+0.32CD-3.82A²-4.40B²-1.90C²-3.49D²。

R₂=6.78+0.14A+0.096B+0.30C-0.086D+0.12AB+0.32AC+0.044AD-0.034BC+0.63BD-0.20CD-1.57A²-1.14B²-1.11C²-0.77D²。

由表3可知，還原糖含量和多酚含量的回歸模型均極顯著（P＜0.000 1），還原糖含量失擬項的P=0.272 2＞0.05，不顯著；多酚含量失擬項的P=0.761 5＞0.05，不顯著，表明模型可靠，試驗方法的可信度強^[30]。以還原糖含量為響應值，回歸模型的決定系數R²=0.997 1，校正決定系數R_Adj²=0.994 1；以多酚含量為響應值，回歸模型的決定系數R²=0.997 9，校正決定系數R_Adj²=0.995 8，表明模型的解釋度和相關性都較好，說明回歸方程能較好地擬合試驗結果，試驗設計可靠。由表3還可知，一次項A、B、C，交互項AB、AC、BC、BD及二次項A²、B²、C²、D²對糖化液中還原糖含量的影響極顯著（Plt;0.01）；一次項A、B、C、D，交互項AB、AC、BD、CD及二次項A²、B²、C²、D²對糖化液中多酚含量的影響極顯著（Plt;0.01）。

2.2.2"各因素間交互作用對糖化液中還原糖含量和多酚含量影響的響應面和等高線分析

糖化時間（A）、糖化溫度（B）、大曲添加量（C）、料液比（D）4個因素間交互作用對糖化液中還原糖含量（R₁）和多酚含量（R₂）影響的響應面圖和等高線圖見圖5和圖6。

響應面圖與等高線圖能反映因素之間的交互作用，圖形越陡峭表明兩者之間的交互作用越顯著。通過響應面圖與等高線圖可以快速找出試驗模型的最大響應值與最佳參數。由圖5和圖6可知，糖化時間（A）、糖化溫度（B）、大曲添加量（C）、料液比（D）對還原糖含量和多酚含量影響的等高線呈橢圓形，表明AB、AC、BC、BD的交互作用對還原糖含量的影響極顯著，CD的交互作用對還原糖含量的影響顯著；AB、AC、BD、CD的交互作用對多酚含量的影響極顯著。由圖5可知，AB、AC、BC、BD交互作用的響應面陡峭，且等高線呈明顯的橢圓形，表示AB、AC、BC、BD的交互作用對還原糖含量的影響極顯著（Plt;0.01）。CD交互作用的響應面陡峭，說明大曲添加量與料液比的交互作用對還原糖含量的影響顯著（Plt;0.05）；AD交互作用的響應面相對較平緩，說明糖化時間和料液比的交互作用對還原糖含量的影響不顯著（Pgt;0.05）。

由圖6可知，AB、AC、BD、CD交互作用的響應面陡峭，且等高線呈明顯的橢圓形，表示AB、AC、BD、CD的交互作用對多酚含量的影響極顯著（Plt;0.01）。AD、BC交互作用的響應面相對較平緩，說明AD、BC的交互作用對多酚含量的影響不顯著（Pgt;0.05）。

2.2.3"最優(yōu)糖化工藝參數的確定和驗證試驗

經過Design-Expert V8.0.6.1軟件分析得到高粱黍米黃酒的最佳糖化工藝參數為糖化時間24.17 h、糖化溫度60.09 ℃、大曲添加量10.34%、料液比1∶1.48，在此條件下模型預測得到的糖化液中還原糖含量為36.81 g/100 mL，多酚含量為6.81 mg/10 mL。為了方便實際操作，將最佳糖化工藝參數修正為糖化時間24 h、糖化溫度60 ℃、大曲添加量10%、料液比1∶1.5，在此條件下重復進行3組平行試驗，所得還原糖含量平均值為（36.90±0.03） g/100 mL，多酚含量平均值為（6.90±0.05） mg/10 mL，分別與還原糖含量預測值36.81 g/100 mL和多酚含量預測值6.81 mg/10 mL基本保持一致，所以利用該模型優(yōu)化高粱黍米黃酒糖化工藝條件是可行的。

2.2.4"高粱黍米黃酒糖化液

以本研究最佳糖化工藝條件獲得的糖化液為發(fā)酵基質釀造的干型高粱黍米黃酒總糖含量為11.2 g/L，酒精度為9.6%，總酸含量為5.3 g/L，出酒率為260%。采用先糖化后發(fā)酵的方式釀造高粱黍米黃酒有效地控制了發(fā)酵過程中的總酸含量，糖分得到了充分的利用，出酒率也得到了提高。

3"結論

以黍米和高粱為原料，以大曲為糖化劑，以還原糖含量和多酚含量為評價指標，采用單因素試驗和響應面試驗優(yōu)化得到高粱黍米黃酒最優(yōu)糖化工藝條件為糖化時間24 h、糖化溫度60 ℃、大曲添加量10%、料液比1∶1.5，在此最佳條件下，糖化液中還原糖含量為（36.90±0.03） g/100 mL，多酚含量為（6.90±0.05） mg/10 mL。以該糖化液為發(fā)酵基質釀造的干型高粱黍米黃酒總糖含量為11.2 g/L，酒精度為9.6%，總酸含量為5.3 g/L，出酒率為260%（以原料計）。

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