釀酒專用高粱研究進展

陳科，鄭佳，李楊華，龔利娟*，陳玉章，彭濤

1.四川輕化工大學生物工程學院（宜賓 644000）；2.四川省釀酒專用糧工程技術研究中心（宜賓 644000）；3.宜賓五浪液股份有限公司（宜賓 644000）

俗話說“好糧出好酒”[1]。糧食的選擇對于酒的風味和口感有很重要的影響，因此，糧食和酒存在緊密相連的關系。“糧為酒之肉，曲為酒之骨，水為酒之血，技為酒之魂?！庇纱丝梢姡Z食在酒中的重要性[2]。從一粒種子到一滴美酒，是一個復雜的系統工程，只有種好糧，才能釀出美酒。由于高粱產香的特征，高粱是中國最重要的釀酒原料，并且在經濟發展中占有重要地位，其許多優質名酒都是由高粱為主要原料釀制而成[3]。

高粱按照直鏈和支鏈淀粉含量高低可分為糯高粱和粳高粱。糯高粱含有大量支鏈淀粉，結構較疏松，粳高粱支鏈淀粉含量較低，結構較緊湊，高粱含有一定的單寧、花青素等成分，其產生的衍生物酚類化合物賦于白酒獨特的芳香風味[4]。

鑒于此，以釀酒專用糧的酒糧關系綜合評述，重點探討釀酒專用高粱的產業現狀、理化品質、育種、釀酒工藝、白酒風味特征，旨在提高白酒品質要求，對酒文化產業發展提供重要的理論支撐意義。

1 釀酒專用高粱的產業現狀

酒企的原料增供與原糧基地擴張舉措，其瞄準的是“釀酒專用糧”。釀酒專用糧是給“微生物吃的”，和口糧的標準不一樣[5]。近年來，隨著釀酒原料特性與白酒品質相關性的研究越來越多，“專用糧”的概念也越來越深入人心，但仍存在缺乏統一的釀酒專用糧技術標準、優質專用糧品種稀缺、缺乏對當地優質品種的開發利用與保護等瓶頸問題。市場上存在釀酒原料品種繁多、質量參差不齊、優質品種少且品種退化嚴重等現象，這嚴重影響釀酒專用糧產業和中國傳統白酒產業的高質量發展。

充足的釀酒專用糧供給是實現打造世界級白酒產業集群的源動力。隨著釀造工藝和機械化水平的提升，白酒行業進入長期不缺酒，但是缺少用優質專用糧釀造優質酒的年代。據調查了解，原糧供應外購較多，除少數企業擁有一定規模釀酒原料生產基地外，其余企業糧食供給主要依靠外購或國外進口。隨著白酒產業產量的快速發展提升，對專用高粱的需求量也逐年增加，但傳統高粱品種的產量有限，抗逆性較差且各酒企對其依賴型較強，擴大種植面積是當前各酒企滿足自身高粱需求量和保持企業高速發展的有效途徑。建立釀酒專用糧生產基地是建設農業現代化產業體系、助推優質川酒產業振興發展的關鍵支撐[6]。

隨著“釀酒專用糧”概念的興起，釀酒專用糧產業在各個名優白酒企業得到大力發展。貴州茅臺在2000年就開始推動有機高粱基地建設，實施“公司+基地+農戶”的三級管理模式。2010年，茅臺新建有機原料基地2萬畝（1畝=666.67 m2），累計達40萬畝（1畝=666.67 m2）。瀘州老窖在川南地區建設釀酒用有機高粱基地，其“國窖1573”等高端酒品需要釀造的原糧均來源于有機高粱基地的“糯紅高粱”，并且通過最嚴謹的篩選和最考究的工藝步驟。據五糧液集團的“十三五”戰略規劃明確表示，解決其釀酒原料的來源和質量保障的根本措施是建設符合發展要求的專用糧基地等。

2 釀酒專用高粱的理化品質研究

2.1 品質要求

研究發現，釀造優質白酒需要釀酒高粱籽粒總淀粉含量高，可提高出酒率，支鏈淀粉含量高，可使發酵過程中易達到柔熟、收汗等工藝標準，適量的蛋白質含量可為釀酒微生物提供營養成分，少量的脂肪含量能減少酒體中的雜邪味，適量的單寧含量能抑制雜菌生長繁殖，并賦予酒體獨特香味[7]。張文毅等[8]研究表明，在糯高粱育種研究上，應需較高的淀粉含量，較低的蛋白質和脂肪含量，適量的單寧含量為宜。丁國祥等[9]研究表明，釀造優質白酒，其產量和風味特征除了與獨特的優良生態條件和釀造工藝有關外，高粱的品質也是至關重要的因素。研究發現，高粱淀粉與蛋白質極顯著負相關，淀粉與單寧、賴氨酸含量顯著負相關，單寧與蛋白質、賴氨酸含量極顯著負相關。因此，淀粉與蛋白質、單寧含量一同提高很難。釀酒專用高粱應保證淀粉含量高、蛋白質和脂肪含量適中、單寧含量適量提高等要求[10]。

2.1.1 淀粉含量高

高粱中的淀粉含量一般在60%～70%范圍內，支鏈淀粉占總淀粉的90%以上最為合適[9]。研究表明，高粱中淀粉含量越高，出酒率就越多[11]。高粱淀粉含量的多少主要與高粱品種及種植區域等有直接關系[12]。糯高粱支鏈淀粉含量很高，并且有些糯高粱全為支鏈淀粉，其蒸煮后的高粱顆粒具有較小的裂口，在悶水狀態下淀粉損失較少，糖化過程中發酵效果好，淀粉利用率高，因此糯高粱更符合釀造白酒的工藝要求[13]。

2.1.2 蛋白質含量適中

適量的蛋白質有利于酒體風味的形成，生成醇類、酯類、酸類等芳香組分。但是，過量的蛋白質會導致發酵過程中的雜菌大量生長，不利于有益微生物的生長和代謝，會使酒體產生雜邪味[14]。

2.1.3 單寧含量適量提高

在中國，高粱品種中近一半的品質單寧含量低于1.0%，約四成品種的含量基于1.0%～1.5%，一成的品種高于1.5%。然而，高粱單寧含量在釀酒市場的發展下隨著時間的推移而顯著提升[15]。高粱中的單寧為復雜曲高分子多元酚類化臺物，在發酵過程中適量的單寧含量能有效抑制有害微生物的生長繁殖，單寧還可以產生衍生物多元酚類衍生物，賦予白酒特殊的香味[16]。研究發現，高粱中的單寧含量在0.5%～1.5%范圍內較好[17]。

2.1.4 脂肪含量宜低

脂肪含量過多，容易在發酵時發生脂肪酸氧化分解，從而導致產生低分子酮類或醛類，形成酸敗現象，因此易在酒體中有邪雜氣味生成，從而影響酒體的純凈度[18]。研究發現，脂肪含量一般低于4%較好[19]。

2.1.5 玻璃質宜少

宋高友等[20]發現若玻璃質多，高粱籽粒硬度就越大，導致吸水率慢，糊化溫度變高，從而不利于糖化發酵，出酒率變低。因此玻璃質越少，釀酒效果越好。

2.1.6 外觀品質好

高粱籽粒外觀為金黃色或者紅褐色，籽粒大小均勻，無蟲蛀，無霉爛，外皮薄的籽粒，含水量低于14%的籽粒品質最好[21]。

2.2 理化差異性

釀酒專用高粱中的淀粉、蛋白質、脂肪、單寧等組成成分的含量與白酒的品質和風格有密切相關性，并且不同高粱品種的組成成分及淀粉特性上有一定差異性[22]。不同高粱品種因種植產地的不同也是影響其品質的重要因素。楊乾華等[23]對南北方不同品種高粱進行差異分析，得出北方高粱的支鏈淀粉、單寧含量低于南方高粱的結論。唐玉明[24]通過對四川與北方高粱的品質差異進行比較分析研究，北方高粱無論粳糯高粱，單寧含量普遍較低于四川高粱，支鏈淀粉占總淀粉的比例也較四川高粱偏低。毛祥等[25]對5種常用釀酒高粱進行研究分析，釀酒高粱的組成成分含量及其淀粉特性都存在差異性，并其對釀酒過程有著非常重要的影響。

2.3 淀粉研究現狀

2.3.1 分子結構

直鏈淀粉和支鏈淀粉在結構和性質上都存在本質上的差異。直鏈淀粉主要為線性，d-葡萄糖吡喃氨基殘基由α-(1→4)鍵延伸，少量的分支由α-(1→6)鍵延伸。在不同高粱淀粉中直鏈淀粉的聚合度（DP）約1 150～1 390[26]。研究發現，3個高粱基因型的直鏈淀粉分子量在6.4×106～11×106之間[27]。支鏈淀粉是淀粉的主要成分，比直鏈淀粉大，它由(1→4)-α-D-葡萄糖殘基的線性鏈組成，其分支大概有5%～6%通過(1→6)-α鏈連接。支鏈淀粉的鏈長分布與淀粉的功能特性有關，因此支鏈淀粉的鏈長分布可能會影響淀粉的消化特性[28]。由于支鏈淀粉結構復雜，分子量也巨大，因此支鏈淀粉的分子結構也影響淀粉的溶脹和糊化[29]。

2.3.2 顆粒結構

通過使用顯微鏡技術觀察的高粱淀粉顆粒結構，其大小不均勻，顆粒大多為球形和多邊形，表面有凹痕和孔隙，少數為卵圓狀和球狀，表面光滑[30]。高粱淀粉顆粒結構的差異與高粱品種和種植產地的不同有著很大的影響。蔣蘭[31]通過對南北高粱淀粉顆粒進行觀察得出，南方高粱顆粒的粒徑較小于北方高粱，而南方高粱淀粉顆粒棱角較為光滑，細孔較之與北方高粱更多。田曉紅等[32]通過對我國20種高粱淀粉的微觀結構進行對比研究，結果表明，高粱淀粉顆粒多數為不規則形狀，表面內凹，顆粒較大，其淀粉顆粒粒徑在5～20 μm之間。閆松顯等[33]研究表明不同釀酒高粱品種的果皮厚度、淀粉粒徑長度存在顯著差異，因此其高粱的微觀形態影響品質的關鍵因素。然而，各種淀粉顆粒結構環境因素會影響顆粒狀的形態，如較高的生長溫度會導致更小的顆粒尺寸[34]。

2.3.3 晶型結構

X射線衍射法和傅里葉變換紅外光譜是研究淀粉結晶性質和特點的常用方法。淀粉結晶度大小直接影響其糊化性質，進而對淀粉產品應用產生很大影響[35]。

淀粉顆粒是一種具有結晶性聚合物結構，淀粉顆粒按照X射線衍射圖可以分為A、B、C這3種晶型，然而，高粱淀粉的晶型結構被認定為A型[36-37]。一般認為淀粉的結晶度受到支鏈淀粉的影響[38]。研究發現紅纓子高粱淀粉結晶度比普通白高粱高，其由于含有較高的支鏈淀粉含量，因此形成較多的雙螺旋結構，導致結晶度升高[39]。

2.3.4 片層結構

小角度散射技術在淀粉科學中最重要的成就是對天然淀粉顆粒中半晶體生長環的層狀結構的定量分析[40]。如圖1所示，通過小角度散射技術探測淀粉顆粒結構到晶體結構研究之間的片層結構[41]，但仍缺少高粱淀粉的片層結構研究。

圖1 淀粉顆粒各層級結構

3 釀酒專用高粱的育種研究

隨著專用糧產業的發展，育種由最開始的單一的以食用為目標，逐漸向釀造等方面轉變，并逐步成為育種主體。探究高產、優質、抗病蟲性強、抗倒伏、適應性廣的專用糧育種技術逐漸成為新時期專用糧產業發展的重要目標。

國內有多家機構育種出優良品種，如宜賓市農業科學院高粱研究所育成“宜糯紅2號”“宜糯紅7號”[42-43]，遼寧農業科學院高粱研究所育成“遼糯11號”[44]，四川省農業科學研究院水稻高粱研究所所育成“金糯粱1號”“川糯粱2號”[45-46]等適宜于各生態區種植優質品種，為釀酒專用糧的大面積提高生產及產業化經營發展奠定基礎。

4 釀酒專用高粱的釀酒工藝研究

釀造白酒的原料來源較廣，但是不同原料釀造出的白酒的產酒量和酒體風格各有不同，白酒品質可能因原料的品種及產地的不同，釀造出的白酒在香型、口感、風格和產酒率方面都有很大差異，因為白酒釀造的工藝十分復雜，所以要釀造出優質白酒會受到諸多因素的影響。

不同高粱品種具有不同的糊化特性，主要因其淀粉組成、結構、性質不同。通過對南北方高粱蒸煮品質對比分析研究表明，北方高粱在吸水率、黏稠度和糊化率等指標方面均低于南方高粱，而糯高粱釀造性能較好于粳高粱[47]。影響高粱糊化效果的主要因素有粉碎度、潤糧工藝和蒸煮時間。原料的粉碎度是非常關鍵的一步，原料的粉碎度對理化性質、入窖糟醅的感官以及產酒量有直接的影響[48]。馮興垚等[49]研究表明，糯高粱為最高的糊化率為53.9%，其最佳蒸煮條件：潤糧水量為糧重的60%，潤糧時間140 min，蒸煮時間40 min。淀粉的組成、結構和性質的不同，從而具有不同的糊化特性，一般支鏈淀粉含量越高，其吸水率、膨脹率和糊化率都越大。何誠等[50]研究發現，蒸煮后的糯高粱吸水率、膨脹率、膠稠度、糊化率和糊化溫度等都比粳性高粱高，因此粳糯高粱蒸煮品質存在顯著差異。

5 釀酒專用高粱的白酒風味特征研究

白酒主要以高粱等糧食為主要原料，經蒸煮、糖化、發酵、蒸餾、陳釀、勾兌等六大步驟而制作而成的蒸餾酒產品[51]。水、乙醇和微量成分物質是白酒中主要的組成成分，其中水和乙醇占比達98%，微量成分物質只占2%左右，但占比極低的微量成分物質對白酒的品質和風格起決定性作用[52]。

白酒的品質和風味與其中所含的特征性風味成分關系密切，通過研究白酒中特征性風味化合物的組成可有效鑒別白酒類別，更好地分析不同類型白酒的差異性[53]。白酒富含多種多樣的風味化合物，如酯類（如乙酸乙酯和乳酸乙酯）、有機酸（如蘋果酸、乳酸和乙酸）芳香族化合物、內酯類、酚類和萜烯類等[54]。王鵬等[55]通過對3種濃香型貢酒的風味組成分析研究發現，文王貢酒中含有較高的高級醇、有機酸及乙酸乙酯，甲酸乙酯的含量突出的是迎駕貢酒，而古井貢酒中的己酸乙酯的含量較高。近年來，白酒風味物質檢測常用的儀器有氣相色譜質譜（GC-MS）、氣相火焰離子化檢測器（GC-FID）、氣相色譜-火焰光度檢測器（GC-FPD）法、氣相色譜-嗅聞-質譜（GC-O-MS）法、氣相色譜-嗅聞儀（GC-O）聯用技術等[56-57]。并且氣相-質譜聯用技術（GC-MS）和氣相色譜-嗅聞聯用（GC-O）技術在白酒風味物質研究方面被廣泛使用，可分別用于檢測白酒揮發性化合物和鑒定香氣活性化合物。孫細珍等[58]采用GC-MS從粳和糯2種高粱小曲白酒中共檢測出166種和148種香氣成分，采用GC-O從2種小曲白酒中鑒定出57種香氣活性物質，并且兩種小曲香氣成分存在顯著差異。

風味特征是白酒品質必不可少的組成部分，也是決定白酒口感、香氣和風格[59]。不同高粱品種因品質差異而導致香味物質成分也存在一定差異。陳翔等[60]研究發現不同的原料有著不同的酒體風味，白酒的組分含量也有差異的結果。田殿梅[61]研究表明不同的高粱品種因其品質（成分的差異）的不同，導致其發酵過程中的水分、溫度、酸度、酒精的生成、微生物的變化、揮發物的變化及風味物質的產生等都存在很大的差異，從而使其所釀造的基酒的品質也出現差異，進而使得產酒量及香味物質成分發生改變。隨著發展進步，白酒釀造的發酵器也在不斷改良升級，不同發酵容器對發酵過程、出酒率和出酒品質的影響存在一定差異性。陳晉芳[62]和馬蓉等[63]根據發酵情況、出酒率及出酒品質的進行綜合比較分析得出，不銹鋼罐和陶缸比石窖更適釀造大曲清香型白酒。

6 展望

釀酒專用糧越來越深入人心，隨著白酒產業產量的快速發展，對專用高粱的需求量也逐漸增加，建設專用高粱基地是實現有效供給釀酒原料，是確保白酒特色和品質的保障，促進原料轉化，實現專用高粱的自給自足和全方位溯源，降低原糧運輸成本，助力企業節能降本，助力鄉村振興。對于優質釀酒專用高粱品種的選擇提供理論支撐，實現優質釀酒專用高粱品種引種和培育，建立適宜高效的種植栽培模式，從而提高白酒品質要求，對酒文化產業發展具有重要的理論意義。

就高粱淀粉而言，對于高粱淀粉的研究仍不夠深入，缺少針對高粱淀粉的分子結構、顆粒結構、晶體結構及片層結構的細致研究。在釀酒工藝方面已開展部分研究，但存在缺乏實際生產應用的問題，如在釀酒生產上如何提高高粱淀粉的利用率及如何縮短蒸煮時間等方面還需重點關注，其勢必成為釀酒行業的研究關注熱點。

7 結語

綜上所述，研究高粱物理特性、組分組成、釀造特性有助于建立高粱原料于白酒品質之間的關系，根據原料品質特性調整生產工藝更能發揮原料特性，提升白酒品質，也能為釀酒高粱新品種選育提供理論依據，對穩步提高白酒的產量和品質具有重要意義。