Mixolab測定五種釀酒用糧糊化特性的研究

（四川宜賓五糧液股份有限公司，四川宜賓 644000）

Mixolab混合試驗儀是一臺全自動、多功能、綜合性的粉質分析儀，也是一臺測定谷物粉團流變學和酶學特性的實驗儀器[1]。該儀器功能全面，一次測定可得到同時反映谷物的蛋白粉質特性和淀粉黏度特性的相關曲線，相當于粉質儀與黏度儀的聯合功能。如在攪拌力和溫度作用下的蛋白質弱化特性，升溫時的淀粉糊化特性，保溫時的淀粉熱糊化熱膠穩定性以及冷卻階段糊化淀粉的回生特性[2-4]。

Mixolab 混合試驗儀應用范圍廣泛，可用于軟麥、硬麥、大麥、黑麥、稻米、玉米、藜麥等等[5]。用戶可自定義實驗協議，適合檢測各種谷物，也可直接檢測生產線取得的面團。采用Mixolab無疑更能準確檢測出粉團產品的不足，從而彌補快速黏度儀檢測粉團糊化特性的不足，進一步豐富粉團品質的檢測方法。本實驗以小麥、大米、糯米、玉米、高粱粉為原料，對Mixolab 測定這5 種釀酒原料糊化特性進行了初步探索。目前對釀酒原料用5 種糧食的性質研究集中在淀粉支鏈占比、膨脹率、凍融穩定性及糊化回生等方面，小麥、大米、糯米、玉米、高粱的收儲驗收更是以感官為主[6]。本研究在梳理優化現有5 種糧食加工指標的基礎上，采用Mixolab混合試驗儀針對高粱、大米、糯米、小麥、玉米樣品的粉團流變學特性，建立穩定可靠的Mixolab 測定5 種釀酒用糧糊化特性的方法，為釀酒專用糧的性質選擇提供一條參考方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

原料：小麥、大米、糯米、玉米、高粱，市售。

超純水：濟南來寶醫療器械有限公司實驗室超純水機。

儀器設備：Mixolab 混合試驗儀，法國肖邦技術公司；101-1-BS 電熱恒溫鼓風干燥箱，上海躍進醫療器械廠；FA1104N 電子天平，上海精密科學儀器有限公司；Numigral-I 數粒儀，法國肖邦技術公司；FSJ-II 錘片式糧食試驗粉碎機，廣州航信科學儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 水分含量測定

5 種糧食的水分含量按照GB 5497—1985《糧食、油料檢驗水分測定法》中105 ℃恒重法測定。

1.2.2 Mixolab混合試驗儀標準程序[7]

面粉加水混合形成面團后，面團在恒溫、升溫及降溫過程中，揉面刀片（在恒定的轉速下）受到的扭矩隨時間的變化關系。在Chopin+標準協議中（見圖1），揉面刀速度80 r/min，被測定的面團重量為75 g，面團的稠度以1.1 N·m 為標準，即面團的最大扭矩（峰值）達到1.1 N·m（±0.05 N·m），相當于布拉本德粉質儀500 BU。其中，標準實驗的溫度控制分為以下3個過程：（1）恒溫過程：30 ℃恒溫8 min；（2）升溫過程：以4 ℃/min 的速度升溫到90 ℃，并保持7 min；（3）降溫過程：以4 ℃/min 的速度降溫到50 ℃，并保持5 min，整個測定過程共45 min?；谛ぐ罟镜臄祿Ｐ?，初始稠度最大值C1 用于測定吸水率，稠度最小值C2 表示在機械力和溫度下蛋白質的弱化度，糊化峰值黏度C3 表示淀粉糊化特性，最低黏度C4 表示淀粉糊化膠的穩定性，C3—C4 為黏度崩解值，回生終點黏度C5表示冷卻過程淀粉糊化膠的回生特性。

圖1 Chopin wheat+實驗協議的參數設定

1.2.3 針對5 種糧食不同特性的Mixolab 混合試驗儀測定參數優化

基于肖邦公司設定的標準程序，在規定條件下，本實驗以小麥、大米、糯米、玉米、高粱為實驗原料，分別對5 種釀酒用糧的粉團質量、目標扭矩C1值、揉面刀速度等程序參數進行優化試驗，尋找最適的單因素條件進行組合驗證。從而得出能夠表征5 種糧粉糊化過程中面筋弱化、淀粉糊化和淀粉回生的變化曲線。分別選取粉團質量75 g、80 g、85 g、90 g進行實驗；選擇50 r/min、60 r/min、70 r/min、80 r/min作為揉面刀的轉速進行試驗。

2 結果與分析

2.1 Mixolab 混合試驗儀測定小麥的糊化特性方法

小麥子粒含蛋白質13%以上，高的接近20%，并富含淀粉、脂肪和氨基酸、面筋質等多種營養成分，是釀酒原料中必不可少的成分。在Mixolab 混合試驗標準協議中，測定的小麥粉水分在7.5 %左右，設置吸水率為56%，選擇面團重量為75 g，目標扭矩以1.1 N·m 為標準，揉混轉速為80 r/min。小麥淀粉具有半結晶的顆粒結構，加水調漿加熱到一定溫度后，就會發生糊化。糊化是一個復雜的過程，通常伴隨黏度、透明度變化以及再結晶等現象。小麥粉特有的面筋屬性，具有很好的延展性和韌性，在升溫糊化過程中，面團組織網狀結構增大，在兩個攪拌刀上均勻攪拌，不會出現斷裂。在糊化的不同階段，表現出不同的特性。已糊化的小麥淀粉隨溫度的上升，內部結構變化，顆粒內出現網狀結構。達到糊化溫度以后，出現線狀結構，網狀結構和線狀結構是與淀粉結構中的支鏈淀粉密不可分的，說明小麥淀粉中存在部分分支結構。Mixolab混合試驗儀全面、科學、直接地表征小麥粉質量。

2.2 Mixolab 混合試驗儀測定大米的糊化特性方法

大米約含70 %的淀粉，含纖維素和半纖維素以及可溶性糖，粳米、秈米中含支鏈淀粉較多，易溶于水，可被淀粉酶完全水解，轉化為麥芽糖。在Mixolab 混合試驗中，測定大米粉水分在7%左右，設置吸水率為53%，選擇面團重量為90 g，目標扭矩為0.8 N·m，揉混轉速為80 r/min。面團重量和目標扭矩與Mixolab混合試驗儀標準程序相比有所改變，是因為大米面團升溫糊化作用，發生不可逆的膨脹，喪失其雙折性和結晶性。如果選擇75 g、80 g、85 g 作為面團重量，大米粉團又沒有小麥粉團特有的延展性和韌性，其吸水率、膨脹容積和伸長程度也沒有小麥粉作用大，會因為大米粉糊化時對揉面刀的強烈黏附而使兩個揉面刀之間的粉團斷裂，從而兩個揉面刀獨立旋轉，其間的扭矩值變為0。所以選擇90 g的粉團質量最適合用來測定其糊化特性。如果選擇目標扭矩為1.1 N·m，大米粉團高溫糊化作用就會導致面團太硬，吸水率太小，沒有粘黏性，兩個攪拌刀不能均勻攪拌，糊化出現斷裂。所以選擇0.8 N·m 作為目標扭矩，有利于在糊化升溫過程中較好的觀察到大米粉團結構的變化，從而更利于對比選擇糊化特性更好的品種。不同大米品種其糊化作用因直鏈淀粉含量、結晶度和支鏈淀粉結構等的不同而存在差異。一般來說，直鏈淀粉含量高、結晶度高、支鏈外鏈較長的淀粉晶體結構緊密，晶體溶解所需熱量大，導致糊化溫度較高。表現為直鏈淀粉越高，峰值黏度、崩解值越大，而最終黏度、回生值越大。

2.3 Mixolab 混合試驗儀測定糯米的糊化特性方法

糯米吸濕性強，容易吸收空氣中的水分，因此易發生品質劣變。糯米的淀粉脂肪和非淀粉脂肪含量都比較穩定，淀粉脂肪含量較低，約為0.2 %，但非淀粉脂肪含量很高，這是糯米比非糯米易于酸敗的原因。Mixolab 混合試驗儀測定糯米的糊化特性方法，可以為產品的加工，儲存提供一條參考方法。在Mixolab 混合試驗中，測定糯米粉水分在9%左右，設置吸水率為58%，選擇面團重量為80 g，目標扭矩以1.1 N·m 為標準，揉混轉速為80 r/min。80 g 的粉團質量最適合用來測定糯米粉糊化特性，沒有選擇像大米一樣90 g 作為粉團質量，是因為糯米粉在升溫過程中淀粉顆粒膨脹程度比大米更大，淀粉晶體熔融、顆粒脹大而使黏度突然上升，90 g的粉團質量容易出現溢出。沒有選擇75 g作為粉團質量，也是因為糯米粉不具有小麥粉特有的面筋屬性、延展性和韌性。粉團質量減少，升溫糊化容易出現斷裂。目標扭矩沒有改變，目標扭矩為1.1 N·m可獲得完整、光滑的流變學特性曲線；80 r/min的轉速可避免其粉團斷裂，將粉團均勻混合；糊化升溫過程中淀粉顆粒膨脹程度更大，能夠很好地反映糯米淀粉晶體熔融、顆粒脹、大而使黏度突然上升的情況。在保溫過程中，組成淀粉顆粒骨架的支鏈淀粉充分伸展，強度減弱，在高溫和機械剪切力的作用下顆粒破碎、崩解，使黏度下降，此時的黏度為保持黏度。降落值是峰值黏度與保持黏度的差值，可以用來描述淀粉顆粒的崩解程度，反映淀粉的熱糊穩定性。黏度曲線較為平坦、降落值較小的淀粉通常具有較好的黏度熱穩定性。到達保持黏度后，由于淀粉糊溫度下降，淀粉分子運動減慢并產生聚集，分子間作用力增強，淀粉糊的流動阻力增大，導致黏度又呈現上升趨勢，含直鏈淀粉較多的淀粉生成凝膠的過程通常極為迅速，因為直鏈淀粉分子的締合比支鏈淀粉分子容易得多。這一過程用回升值表示，反映了淀粉糊低溫下的老化趨勢或冷糊的穩定性。糯米幾乎全是支鏈淀粉，糯米峰值黏度、破損值較高，起糊溫度、最終黏度和回生值較低。糯米凝膠強度較小，不易老化。

2.4 Mixolab 混合試驗儀測定玉米的糊化特性方法

玉米所含淀粉全部為支鏈淀粉，有更好的黏性、膨脹性、吸油性和氣孔大等優良品質。在Mixolab 混合試驗儀中，測定玉米粉水分為7.5 %，設置吸水率為55 %。粉團重量為90 g，目標扭矩為0.8 N·m，揉混轉速為80 r/min。面團重量和目標扭矩與Mixolab 混合試驗儀標準程序相比有所改變，是因為玉米和大米糊化特性有所相似，面團升溫糊化作用，發生不可逆的膨脹，喪失其雙折性和結晶性。玉米粉團沒有小麥粉團特有的延展性和韌性，其吸水率、膨脹容積和伸長程度也沒有小麥粉作用大，如果面團重量沒有增加，目標扭矩沒有縮小，高溫糊化作用就會導致面團太硬，吸水率太少，沒有粘黏性，兩個攪拌刀不能均勻攪拌，糊化出現斷裂。玉米淀粉具有半結晶的顆粒結構，加水調漿加熱到一定溫度后，就會發生糊化。淀粉質食品的加工、貯存和食用中，淀粉的機械加工性能、口感以及老化特性等都與糊化特性密切相關。糊化是一個復雜的過程，通常伴隨黏度、透明度變化以及再結晶等現象。在糊化的不同階段，表現出不同的特性。在升溫過程中，由于熱能使淀粉發生降解，淀粉分子鏈變小，結晶結構發生了破壞，故淀粉的峰值黏度、熱糊黏度和最終黏度均有所降低。

2.5 Mixolab 混合試驗儀測定高粱的糊化特性方法

高粱是釀造白酒的主要原料，對高粱糊化特性探討將為潤糧蒸煮等生產工藝控制提供依據?；诒菊n題組在《Mixolab 測定高粱糊化特性的方法》[8]文章中，與其實驗設置相同，測定高粱粉水分為9.5 %左右，設置吸水率為70 %，選擇粉團重量為80 g，目標扭矩為0.5 N·m，揉混轉速為50 r/min。高粱粉黏性較低且受熱后黏附性較高，會因為高粱粉糊化時對揉面刀的強烈黏附而使兩個揉面刀之間的粉團斷裂，從而兩個揉面刀獨立旋轉，其間的扭矩值變為0，所以選擇80 g 的粉團質量最適合用來測定其糊化特性。在實驗過程中，粉團力矩值C1 總是在（0.50±0.05）N·m 上下波動。在未升溫的情況下，面對不同品種的高粱選擇穩定的C1 值，有利于在糊化升溫過程中較好的觀察到高粱粉團結構的變化，從而更利于對比選擇糊化特性更好的品種。由于高粱粉較為松散，受熱糊化后粉團黏附性增強但粉團結構成團性較差，較快的轉速容易導致兩個揉面刀之間的粉團斷裂，從而出現力矩為0 的現象。通過試驗對比，過高的轉速高粱粉團受熱糊化后結構容易受到沖擊出現斷裂，過低的轉速不利于糊化力矩的表征。因此，選擇50 r/min 作為揉面刀的轉速最適合高粱的糊化力矩表征。

2.6 優化形成的Mixolab混合試驗儀測定5種糧食糊化特性曲線

從圖2 可直觀的看到：30 ℃恒溫8 min 下5 種糧食粉團均能達到初始稠度最大值C1，小麥和糯米粉為1.10 N·m，大米和玉米為0.80 N·m，高粱為0.50 N·m。用于測定吸水率。以4 ℃/min 的速度升溫到90 ℃，先到稠度最小值C2 表示在機械力和溫度下蛋白質的弱化度，再到糊化峰值黏度C3 表示淀粉糊化特性。在90 ℃保持7 min，到達最低黏度C4 表示淀粉糊化膠的穩定性。以4 ℃/min 的速度降溫到50 ℃，并保持5 min，到達回生終點黏度C5 表示冷卻過程淀粉糊化膠的回生特性。整個測定過程共45 min，5 種釀酒原糧曲線流暢清晰，圖2即反映釀酒原糧粉的綜合流變學特性。為Mixolab混合試驗儀測定5 種糧食的糊化特性方法探究提供證明。

圖2 優化形成的Mixolab混合試驗儀測定5種糧食糊化特性曲線圖

2.7 5 種釀酒原料的糊化特性對白酒釀造的影響探究

中國白酒是以含淀粉或糖類的物質為主要原料,以曲為糖化發酵劑進行釀制。白酒的生產原料種類很多,包括高粱、小麥、玉米、大米、糯米等，不同原料其水分、淀粉、粗脂肪、半纖維、粗纖維、單寧、粗蛋白等的含量不同。白酒釀造對原料的品質有一定要求，原料是否適合釀酒體現在其淀粉含量高、蛋白質適中、脂肪含量低,并含適量單寧、灰分及粗纖維等方面。

為了探究各個釀酒谷物糊化特性對白酒釀造的影響，為白酒釀造中的應用提供參考依據。其中糊化特性的測定是白酒釀造工藝中間分析的一個重要測定指標,糊化特性直接影響原料利用率、產酒量及酒質。從圖2 可發現，釀酒不同作物的糊化特性有很大的差異。5 種釀酒谷物粉團在8 min 左右均能達到初始稠度最大值C1，小麥和糯米粉為1.10 N·m，大米和玉米為0.80 N·m，高粱為0.50 N·m。溫度升溫到90 ℃，先到稠度最小值C2，C1—C2 階段表示在機械力和溫度下蛋白質的弱化度，也就是面粉中蛋白特性的一個表現，蛋白主要跟釀酒谷物的加工工藝有關，穩定時間長，攪拌時間長。C2—C3 階段黏度上升的過程是和淀粉糊化相關的，β值的大小反映糊化速率的快慢。從圖2 可以看出，高粱糊化速率最快，小麥、玉米次之，大米、糯米最慢，從而也可以側面反映出釀酒的蒸煮時間快慢。C3表示釀酒谷物的黏度峰值，大小與淀粉的組成、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例及總淀粉都有關。還與淀粉的特性，是否含有淀粉酶，儲存狀態等等都有關，如果谷物在儲存過程中出現發芽，其淀粉酶含量會變高，淀粉酶的活性變強。C3 峰值的大小可以側面了解到綜合結果：糊化特性和酶的特性。基于當時的樣品而言，從圖2 的釀酒谷物的糊化特性可以看出，糯米的淀粉酶含量最大，總淀粉含量最高，大米和高粱次之，小麥和玉米淀粉酶最低。C3—C4 階段反映出淀粉酶水解淀粉過程，這一過程也反映出釀酒谷物在蒸煮的持續加熱狀態下，糊化結構不穩定，被進一步水解掉產生小分子糊精或者是單糖類，這一過程有快有慢，有大有小，大小就是C3 值減去C4 值，C4 表示低谷黏度，也叫保持黏度。C3-C4=黏度崩解值。其大小反映一個淀粉酶特性的特征值，崩解值大，淀粉酶活性高。崩解值大小也和粉碎有關，有破損淀粉產生，破損越多，淀粉結構暴露越多，受酶的影響越大。從圖2 可以看出，小麥含有的淀粉酶活性最高，玉米含有的淀粉酶活性次之，高粱和糯米再次之，大米最低。C3值、C4值、C5值除了跟淀粉特性有關，跟內原、外原淀粉酶、粉碎方法及破損的淀粉均有關。C5 值表示冷卻過程淀粉糊化膠的回生特性，這個階段糊化后的淀粉，降溫之后，遇冷的刺激就會發生直鏈淀粉分子的從新排布，排布過程會引起宏觀面團變硬，類似凝膠狀態的產生，檢測看見攪拌刀扭矩上升，主要反映的是直鏈淀粉回生的狀態，直鏈淀粉回生快慢會影響食品的儲存期長短。從圖2 中并不能明顯區分各個釀酒谷物加工之后儲存期的長短。

5 種釀酒原糧糊化特性曲線流暢清晰，圖2 反映的是釀酒原糧粉的綜合流變學特性。為Mixolab混合試驗儀測定5 種糧食的糊化特性方法探究提供證明。對白酒釀造的影響探究僅能從側面反映出蛋白特性，總淀粉的含量，以及淀粉酶和活性的大小，為白酒釀造中的應用提供參考依據。

2.8 不同產地、品種釀酒原糧的糊化特性分析

表1 為Mixolab 混合試驗儀測定5 種糧食糊化特性的數據結果，以不同品種糧食為實驗原料，測定好水分，預估好吸水率，固定好面團重量和揉混轉速，發現即便是不同品種的同種原料均能達到目標扭矩C1 值，從而可以更好的確定好吸水率。隨著加熱進行，和面缽中的和面團溫度上升，在攪拌力和溫度作用下的蛋白質發生弱化形成稠度谷值C2，不同原料稠度谷值不一樣，說明蛋白質弱化程度不一樣，從而反映出面筋的強度不一樣。隨著溫度繼續上升，各種原料淀粉發生糊化作用，當溫度達到設定值90 ℃時，面團達到糊化黏度峰值C3，各種糧食糊化黏度峰值不一，這跟它們所含的支鏈淀粉和直鏈淀粉含量有關。隨著溫度90 ℃繼續保持7 min，各種原料淀粉發生熱糊化穩定性變化，從而達到糊化黏度谷值C4，此值表示淀粉熱糊化膠的穩定性。穩定性不一還與淀粉酶的活化特性相關。隨著以4 ℃/min 的速度降溫到50 ℃，并保持5 min，各種糧食原料發生淀粉老化作用，達到回生終點值C5，此值表示溫度冷卻階段糊化淀粉的回生特性，與面粉各組分間的相互作用有關。此數據表為Mixolab 混合試驗儀測定5 種糧食的糊化特性方法探究提供證明。

表1 5種釀酒原糧糊化數據表

3 結論

綜上所述，Mixolab 對小麥、大米、糯米、玉米、高粱測定糊化特性的探究，得出方法參數為：小麥75 g 粉團質量，1.10 N·m目標扭矩，80 r/min揉混轉速。大米和玉米為90 g 粉團質量，0.80 N·m 目標扭矩；80 r/min 揉混轉速；糯米和高粱為80 g粉團質量；糯米為1.10 N·m 目標扭矩；高粱為0.50 N·m 目標扭矩，糯米揉混轉速為80 r/min；高粱揉混轉速為50 r/min。這些參數的探究對小麥、大米、糯米、玉米、高粱粉的揉混、糊化及回生特性的測定具有一定的針對性，對小麥、大米、糯米、玉米、高粱加工及生產過程中其品質測定的順利進行提供可靠的參考信息，為Mixolab 用于釀酒用原糧品質的篩選提供了一條應用依據。