小麦是全球广泛种植的粮食作物之一[1],在我国是仅次于水稻的第二大粮食作物[2]。除了作为主食,小麦还是食品工业和畜牧业的关键原料。随着白酒产业的发展,酿酒专用小麦的需求不断上升,全年需酿酒专用小麦约7.729×106 t[3],酿酒专用小麦因此成为近年来的研究热点。酿酒专用小麦是指适合用于制曲和酿酒的小麦原粮,具有高粉质、易糊化、蒸煮效果好等特点[3]。酿酒专用小麦主要可以分为制曲专用小麦和酿酒发酵专用小麦两大类。制曲专用小麦作为制曲的核心原料,是酿酒微生物生长的基础,并为白酒带来独特的风味,其品质对酒的产量和口感有着决定性的影响。酿酒发酵专用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]。但我国白酒产业的现状仍是“酒强粮弱”,对酿酒专用小麦的生长特性、酿造性能不明,栽培技术不匹配,未建立酿酒专用小麦的品质标准和质量评价体系。本文通过探究酿酒专用小麦的品质、酿造性能及其影响因素,以期为酿酒专用小麦的品种选育、产业发展以及在白酒酿造过程中的应用提供理论依据和参考。
1 酿酒专用小麦的品质
酿酒发酵专用小麦的品质,直接影响白酒的产量和品质;酿酒制曲专用小麦的品质是影响大曲品质的关键因素,最终影响白酒生产的质量。研究表明,无论是外观品质还是营养品质都会影响大曲质量和后续白酒生产的品质[5]。
1.1 酿酒专用小麦的外观品质
酿酒专用小麦的外观品质有色泽气味、千粒重、容重、不完善粒、发芽率、软质率、硬度、胚乳质地等。不同品种酿酒专用小麦的外观品质差异如表1所示。根据《酿酒专用小麦 T/MYZX001—2021》团体标准,酿酒专用小麦质量要求:具有小麦固有的色泽和气味,薄皮、颗粒饱满、无虫蛀、无霉变、无变质,容重≥750 g/L,不完善粒≤6%,酿酒发酵小麦软质率≥75%,发芽率≥50%;制曲小麦软质率≥85%,发芽率≥60%。软质麦的胚乳质地较为松散,粉质高,易压成片状,制成的曲块松紧适宜,曲中微生物易繁衍,有利于大曲的发酵生香,保障大曲的质量,因此多数酒厂选用软质小麦作为制曲酿酒的原料[6]。硬度指数与小麦其他的品质特性显著相关,是评估小麦整体品质的关键参数[7]。根据国家标准《GB1351—2008 小麦》,籽粒硬度指数<45%的小麦称为软质小麦[8]。千粒重是衡量小麦生长状态和籽粒大小的关键指标,而容重则能间接体现籽粒的饱满程度、均匀度以及胚乳的质地结构。研究表明酿酒专用小麦的角质率小于70%,硬度指数小于45%,千粒重38.32～69.41 g,容重均大于780 g/L[9],且粉质率、容重等参数与大曲感官评分显著正相关[5]。因此,酿酒专用小麦的外观品质参数和大曲的质量参数紧密相关。
表1 不同品种酿酒专用小麦的外观品质差异
Table 1 Differences in appearance quality of different brewing wheat varieties
产区品种(系)千粒重/g容重/(g/L)硬度指数/%参考文献四川省川麦 9340.61810.0033.98[9]四川省绵麦 36749.43809.040.77[9]四川省南良麦38.67784.6744.56[9]四川省川麦10450.6814.653.9[5]四川省西科麦8号50.5786.554.2[5]四川省蜀麦167150.0759.149.3[5]四川省蜀麦83050.0756.4347.60[10]四川省绵麦90249.2758.9750.08[10]河南省泛麦5号38.32804.3341.54[9]河南省泛麦8号45.96818.0034.85[9]河南省茅曲1号47.36786.6725.55[9]河南省禾美 98840.77796.0029.68[9]河南省郑麦13645.1833 —[11]河南省郑麦11346.779263.2[12]河南省信麦 116840.478463.8[12]河南省豫农51643.7791 —[13]江苏省扬麦1345.380060.0[12]江苏省扬麦1540.579666.5[12]安徽省紫麦43.73805.6739.82[9]安徽省荃麦 72541.14805.0036.71[9]湖北省鄂麦 59649.43806.3332.71[9]湖北省天民 18440.48792.6735.44[9]湖北省天民 19849.61802.3339.66[9]
注：—表示未检测(下同)。
1.2 酿酒专用小麦的营养品质
酿酒专用小麦的营养品质主要指小麦籽粒中淀粉、蛋白质、湿面筋、脂肪等多种营养成分的含量。这些成分的组成比例直接反映了小麦营养品质的优劣,并影响小麦在酿酒过程中的性能表现(表2)。
表2 不同品种酿酒专用小麦的营养品质差异
Table 2 Differences in nutritional quality of different brewing wheat varieties
产区品种(系)淀粉/%蛋白质/%湿面筋/%参考文献四川省川麦 9360.2812.2227.53[9]四川省绵麦 36759.5213.527.36[9]四川省南良麦59.5914.4730.56[9]四川省川麦10468.4010.824.8[5]四川省西科麦8号68.7010.524.4[5]四川省蜀麦167168.9010.223.9[5]四川省蜀麦83062.1311.8124.81[10]四川省绵麦90260.4111.5624.88[10]四川省川麦70168.3611.1927.73[30]四川省蜀麦213466.4712.1128.33[30]四川省中科麦219868.6111.8929.21[30]四川省川麦70267.5311.8329.33[30]四川省川辐酿1号68.9711.0727.02[30]四川省绵麦91667.5811.7327.47[30]四川省川麦80968.2211.7227.18[30]四川省中科糯麦 216668.7211.9529.01[30]四川省川育6268.4611.7929.13[30]四川省川麦185168.1511.2326.98[30]四川省川农32(CK)68.7511.3727.71[30]河南省泛麦5号58.7112.2524.49[9]河南省泛麦8号62.5214.0527.95[9]河南省茅曲1号62.3813.8828.72[9]河南省禾美 98860.7013.2524.47[9]河南省郑麦136—13.4832.5[11]河南省郑麦113—12.731.4[12]河南省信麦 1168—11.929.3[12]河南省豫农516—13.332.9[13]江苏省扬麦13—12.531.2[12]江苏省扬麦15—11.228.6[12]安徽省紫麦 1963.3513.2526.78[9]安徽省荃麦 72558.8813.7927.96[9]湖北省鄂麦 59660.3113.3627.69[9]湖北省天民 18465.3714.0529.59[9]湖北省天民 19863.7613.3727.41[9]
1.2.1 淀粉
淀粉是酿酒专用小麦的主要成分,含量为60%～70%[14],酿酒专用小麦作为酿酒的原料之一,主要是将小麦中的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]。淀粉根据结构分为直链淀粉和支链淀粉,支链淀粉和直链淀粉的比例不同会使淀粉的特性产生差异,支链淀粉的占比越高,淀粉更易吸水膨胀,被糊化,不易老化,黏性强[14],有利于提升酒精产量[4, 15],改善白酒品质[16]。淀粉的理化特性有透明度、冻融稳定性、析水率、溶解度、膨胀度、糊化等[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[17]。
1.2.2 蛋白质
酿酒专用小麦籽粒中蛋白质是仅次于淀粉的第二大组成部分,含量达10%以上。蛋白质在酿酒过程中主要被微生物和酶类降解为可溶性的小分子化合物,并通过其中的氨基化合物与还原糖化合物之间发生美拉德反应,有利于白酒产生香气[18-19]。但发酵时蛋白质含量过高而产生的杂菌和酸类使酿出的白酒品质较差[20],让酒产生邪味影响口感,产生更多的杂醇油不利于人体代谢[21]。制曲小麦籽粒中蛋白质的含量与大曲发酵温度息息相关,为达到“前缓、中挺、后缓落”的温度要求[22],“前缓”阶段要求小麦籽粒中蛋白质含量不能过高,让发酵温度缓慢上升,为有益微生物的生长和繁殖提供适宜的温度条件;“后缓落”阶段则要求小麦籽粒中蛋白质含量不能太低,要减缓发酵后期温度的下降速度,生成更多的大曲香味物质[3]。因此,制曲小麦的蛋白质含量要适中,一般要求10%～12%左右[21, 23]。
1.2.3 湿面筋
湿面筋是指面粉加水后,蛋白质与水结合形成面团,面团中的麦谷蛋白吸水膨胀并相互连接,形成网络结构,包裹住其他成分。水洗后,淀粉和易溶于水的蛋白质被冲走,留下的麦谷蛋白和紧密结合的麦醇溶蛋白即为湿面筋[24]。湿面筋不仅有较强的弹性和延展性[25],还有非常强的黏着力,这使得小麦成为最适合制曲的原料,在酿酒过程中,湿面筋的特性也有利于微生物的繁殖和酶的产生。同时湿面筋中谷蛋白的网络结构提高了曲块的黏结性和透气性,有利于微生物的生长和代谢。小麦籽粒中湿面筋含量与蛋白质含量和淀粉中支链淀粉占比呈正相关[7, 26]。按国家标准GB/T17320—2013《小麦品种品质分类》,小麦籽粒按照用途可分为强筋小麦、中强筋小麦、中筋小麦和弱筋小麦。强筋小麦蛋白质含量≥14%,湿面筋含量≥30%;弱筋小麦的粗蛋白质含量<12.5%,湿面筋含量<26%。安明哲等[17]通过对酿酒小麦的流变学特性进行研究发现,酿酒发酵专用小麦多用弱化低、糊化黏度低的强筋小麦,制曲小麦则多用弱化高、糊化黏度高的弱筋小麦。目前,酒企在制曲时选用的软质小麦,其品质特性与弱筋小麦非常接近。
1.2.4 脂肪
酿酒专用小麦籽粒中籽粒中脂肪含量较少,一般不超过3%[27]。发酵时,脂肪被微生物和酶分解成脂肪酸等化合物,为微生物的生长提供养料,并丰富了大曲和白酒的香味[28]。小麦籽粒中脂肪含量不宜过高。当脂肪含量过高时,会加速发酵过程中酸的生成,导致成品曲带有酸败味;而较低的脂肪含量有助于减缓发酵过程中酸度的增长,减少不良风味物质的产生,对酵母的生长更为有利,并能保持酒质的纯净与优质[27]。此外,脂肪转化力体现了制曲发酵过程中微生物及酶降解原料中的脂肪的能力,也是反映大曲复合曲香物质的重要指标之一[28]。
研究发现,酿酒专用小麦的各种品质特性并不是孤立存在的,而是相互关联的,共同影响小麦在酿酒过程中的表现。其中,硬度指数与湿面筋含量、吸水率、沉降值、蛋白质含量和粉质参数呈正相关[29];粒重与支链淀粉占比呈显著正相关,而与角质率、硬度指数、直链淀粉含量呈显著负相关;淀粉含量与硬度指数、角质率、沉降值及直链淀粉含量呈负相关,与支链淀粉含量呈正相关;湿面筋含量、蛋白质含量以及沉降值三者之间呈显著的正向关系[14]。这些相关性的研究对于理解和控制小麦在酿酒过程中的品质至关重要。
2 影响酿酒专用小麦品质的因素
2.1 品种选择
品种特性是影响小麦原料品质和加工品质的重要的因素[5, 31]。由表1和表2可以看出,不同品种的酿酒专用小麦由于其遗传背景和生长环境的差异,在外观品质和营养品质上存在差异[32]。张向前等[33]研究表明在相同的施肥条件和同一生态区域下,不同弱筋小麦品种的产量和品质有显著的差异。由于品种的差异,酿酒专用小麦和普通小麦所制大曲在风味物质的种类和含量上均有差异[34],不同品种的制曲专用小麦对大曲化学参数和感官指标均有显著影响[5]。目前,茅台、五粮液、泸州老窖等国内知名的酒企在酿酒制曲的过程中,选择了泛麦8号、郑麦113、绵麦902、扬麦15、川麦41等软质小麦品种[3, 29, 35],并建立酿酒专用小麦基地。但现有酿酒专用小麦的种质资源较为匮乏,加大酿酒专用小麦品种选育和改良力度,完善酿酒专用小麦品种品质评价体系,成为推动行业发展重要一环。
2.2 栽培条件
栽培条件包括播期、土壤、气候和肥料等,这些因素直接影响小麦的品质。有研究证实,小麦籽粒的品质并非仅由遗传因素决定,栽培条件对其也会产生显著性影响[14, 36],地域差异对弱筋小麦的产量以及关键的品质指标如蛋白质、湿面筋、硬度指数、沉淀值等均产生显著的影响。[33]。在小麦外观品质方面,小麦千粒重是由微效多基因控制的数量性状,干旱条件对其影响显著[37];角质率会受土壤质地、灌溉次数和氮肥的用量的影响[38];硬度和容重也受到栽培管理措施影响[39-40]。在小麦营养品质方面,温度、水分、光照、土壤等因素是影响小麦蛋白质的重要因素,干燥、少雨、适宜的温度和土壤肥力有助于小麦籽粒中蛋白质的积累[12, 41-42];适量增加氮肥的施用量可增加小麦籽粒中总淀粉和蛋白质的含量,减少脂肪含量,优化淀粉的黏度[27, 43]。研究表明,环境显著影响淀粉糊化特性,其中纬度升高、积温和日照时长增加可提淀粉高糊化特性,而降雨量增加则可能降低其特性[44-45]。不同的小麦栽培条件不同,郑麦113的最佳播种期在10月下旬至11月上旬,纯氮施用量建议在180～240 kg/hm2[35];而绵麦112的适宜播期在10月26日至11月,纯氮施用量建议在150～225 kg/hm2[46]。因此,不同小麦品种应配套相应的标准化栽培技术,这样才能提高收获小麦的品质。
3 酿酒专用小麦品质对酿造性能的影响
酿酒专用小麦含有丰富的淀粉、适量的蛋白质及其他营养成分,为微生物的生长提供了必要的物质基础,并产生白酒香味成分的前体物质[27]。酿酒专用小麦作为制曲的原粮,其品质必然会影响到大曲中微生物区系组成以及大曲质量[32, 47-48],最终影响白酒产量和质量[49]。微生物发酵、出酒率以及风味物质含量等是评价酿酒专用小麦酿造性能的重要指标。
3.1 对微生物发酵的影响
小麦的品质和成分直接影响到发酵过程中微生物群落的结构和功能,从而影响发酵效率和产物的生成[32]。小麦中的淀粉作为其主要贮藏多糖,为微生物和酶代谢提供了关键的碳源[28]。若碳源不足,微生物生长受限、代谢减缓,甚至导致菌体衰老和自溶;若碳源过多,微生物代谢活动过于旺盛,大量有机酸的生成降低了pH值[27]。蛋白质为微生物和酶代谢提供了重要的氮源,若氮源不足,则抑制菌体生长繁殖;若氮源过剩,则导致细胞增殖过快,影响代谢产物的有效积累,而氮源在代谢过程中产生过多的碱性物质会升高发酵液的pH值,对微生物代谢活动不利[27]。小麦面筋的高黏性和特殊的网状膜结构,有利于微生物的生长繁殖[50]。为保持微生物群落较高的丰度水平,要求酿酒专用小麦含具有蛋白质含量适宜、淀粉含量较高,且易蒸煮糊化等特点[27]。
3.2 对出酒率的影响
小麦的出酒率是指单位小麦所能生产的酒精量,是衡量酿酒专用小麦经济效益的重要指标。在白酒酿造的过程中,淀粉首先分解成大量的葡萄糖分子,然后发酵形成酒精,所以酿酒专用小麦中淀粉含量影响出酒率的高低。淀粉含量越高,出酒率越高[14],直链淀粉含量和支链淀粉含量的比例也是影响出酒率的因素,支链淀粉占比越高,淀粉进行糊化后更稳定,不容易回生,出酒率和白酒品质均有提高[16, 43]。此外,可降解糖的含量与乙醇的产量呈正相关,该相关性大于淀粉总含量与乙醇产量之间的相关性[51],因此,更确切的说,小麦生成的可降解糖的含量影响出酒率[52]。除了淀粉对出酒率的影响外,刘琼等[53]研究还发现小麦的粉质率越高,出酒率越高;而脂肪含量越低,出酒率越高。
3.3 对风味物质的影响
白酒中的风味物质主要由酯类、醇类、醛类、酮类、酸类等成分组分,淀粉含量、糊化特性对总酸、总酯的形成具有重要影响[43],提高支链淀粉含量占比能改善白酒风味[15, 54]。蛋白质在发酵过程中被降解为氨基酸、铵态氮等物质,一方面为微生物的生长繁殖提供原料,另一方面成为大曲复合曲香的前驱物质,也是白酒呈香呈味物质来源之一[28]。但是在白酒酿造过程中,过高的蛋白质含量会导致发酵过程中产生的杂菌增多,酸类物质增加,使酿制的白酒酒质变差[20];而适中的蛋白质含量为酿酒酵母等发酵微生物提供最佳的生长条件,保持酶的活力,提升白酒品质,酿出香气优雅浓郁、口感醇厚而绵甜的优质白酒[19]。
4 问题与展望
4.1 主要问题
随着我国白酒产业的发展和对酿酒原粮质量需求的提升,酿酒专用小麦的需求越来越大,对其品质要求越来越高。目前酿酒专用小麦产业发展存在诸多问题:a)酿酒专用小麦的研究相对滞后,品种资源缺乏、基础薄弱,优质酿酒小麦品种较少。b)酿酒专用小麦的品质研究主要集中于外观和营养品质,制曲品质(香气、糖化力、液化力、发酵力等)和酿酒品质(色泽、香味、甜味、苦味、涩味、风味等)研究较少,小麦品质研究成果与酿酒行业实际品质需求指标脱节,导致产业链上下游供需不对称。c)酿酒专用小麦的质量标准和品质评价体系不完善,不能针对性地指导酿酒专用小麦品种培育。d)酿酒专用小麦种植条件具有差异性,受传统种植方式和种植规模的影响,目前酿酒专用小麦很少配套相应的栽培技术。
4.2 建议
综合以上问题,可从以下3方面着手,促进酿酒专用小麦产业发展。首先加大酿酒专用小麦育种研发力度,扩大品种资源收集和鉴定的范围,利用现代分子生物学和基因工程技术,结合酿酒行业对小麦品质的需求,挖掘与酿酒品质密切相关的基因,培育出酿造性能更优的酿酒专用小麦新品种。其次,联合酿酒企业共同攻关,明确制曲专用小麦和酿酒发酵专用的小麦的制曲品质和酿酒品质要求,深入研究小麦酿造品质,完善酿酒专用小麦的质量标准和品质评价体系的制定。最后,进一步加强酿酒专用小麦配套的标准化种植技术研究,并加大配套的种植技术的推广,提高酿酒专用小麦的生产质量。从以上3方面发力,促进酿酒专用小麦产业向着品种更优良、生产更保障、品质更匹配的方向可持续的发展。
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