高粱(Sorghum bicolor L.Moench)是我国重要的杂粮作物,按用途可分为4种类型:籽粒高粱、甜高粱、饲料高粱和帚高粱[1],而籽粒高粱主要用于酿酒,用量约占全国高粱产量的80%[2]。酒用高粱品种繁多,分布广泛,国外的酒用高粱主要来源于澳大利亚、美国、印度、尼日利亚等国家,国内的酒用高粱主要形成南北2个类群。北方产粳高粱为主,例如,吉杂系列、辽杂系列、晋杂系列等;南方产糯高粱为主,例如,红缨子系列、国窖红1号、青壳洋、泸糯系列等[1]。随着酱香白酒产业的发展,北方的糯高粱品种也随之增多。目前,作为茅台专用品种的红缨子高粱是国内推广面积最大的酒用高粱品种[3]。
酒用高粱是我国白酒生产使用最广泛的原料,也是酱香型、清香型及大部分浓香型白酒使用的单一原料,其品质影响着白酒的产量和质量。酒用高粱品质的研究亦成为白酒酿造领域的研究重点。不同品种的酒用高粱营养成分含量不同:酒用高粱籽粒中主要营养成分有淀粉、蛋白质、脂肪、单宁、香气物质等[1],南方糯高粱品种的支链淀粉、粗脂肪和单宁含量高于北方粳高粱,粗纤维含量普遍低于北方粳高粱,蛋白质含量差异不显著[1]。不同品种的酒用高粱酿造性能会有差异,酿造性能主要包括吸水性、溶解度、膨胀性、耐蒸煮性、糊化性等,主要受淀粉结构和支链淀粉含量的影响,与北方高粱相比,南方糯高粱溶解度与膨胀性低、更耐蒸煮、峰值黏度高、回生老化程度低、糊化温度低、凝胶形成能力强[1,2,4-5]。此外,酒用高粱品种还会影响微生物发酵效率、出酒率和风味物质生成[6-8]。近年来,随着分子生物学和组学技术的发展,酒用高粱品种与白酒风味关系的研究主要集中在白酒主要风味成分的组成和差异上,对于酒用高粱品种影响白酒风味的作用机制研究比较有限。本文通过阐明酒用高粱的营养成分对白酒风味的影响,探究酒用高粱品种对白酒风味物质的作用机理,为研究酒用高粱与白酒品质的内在联系提供理论支撑。
1 酒用高粱的营养成分代谢
不同品种酒用高粱的营养成分含量差异较大[1],这些营养成分为微生物的生长和代谢提供能量,影响着微生物的代谢活动和代谢产物,最终影响白酒风味物质的生成。酒用高粱中营养成分的代谢是影响风味化合物生成的重要原因[9]。
1.1 淀粉的代谢
淀粉是酒用高粱籽粒中的主要营养成分,其含量占63%～81%[7],由直链淀粉和支链淀粉组成。如图1所示,酒用高粱淀粉在以霉菌为主的微生物糖化作用下水解为还原糖(葡萄糖、果糖等),再经糖酵解途径转化为丙酮酸,并进一步代谢生成醇类、醛类、酯类等风味化合物[6,10]。微生物的糖代谢除生成乙醇外,在氨基酸不足时,通过葡萄糖Harris途径生成多种高级醇,适量的高级醇可促进酒体饱满、醇厚、口感协调[2,11]。醇类氧化及乳酸菌葡萄糖代谢产生醛类前体,进而氧化生成酸类,适量的酸类可以减少酒体辛辣味和苦涩度,增加后味和回甜感[12]。酸类作为前体物质进一步发酵生成白酒的主体香气物质酯类,比例协调的酯类使酒体具有甜美柔和的味道和浓郁的香味[13]。
图1 酒用高粱籽粒中淀粉在白酒酿造过程中主要代谢过程
Fig.1 Main metabolic process of starch in brewing sorghum during Baijiu brewing
酒用高粱籽粒中淀粉的结构和含量对白酒的发酵过程和生产有重要影响,淀粉中支链淀粉和直链淀粉的比例是影响出酒率和风味的关键因素[14-15]。支链淀粉占比80%以上的属于糯高粱,低于80%的属于粳高粱[1]。支链淀粉糊化效率高、微生物利用率强,可将出酒率提升5%～8%,并促进酯类(如乙酸乙酯)生成,赋予酒体醇厚感[6,8]。直链淀粉糊化效率低,会使微生物的代谢更慢,易导致乳酸乙酯积累,产生苦涩味[6,16-17]。最新研究发现,酒用高粱中淀粉含量与β-苯乙醇和乙醛含量呈显著正相关;支链淀粉含量与出酒率为显著正相关,与β-苯乙醇、3-羟基-2-丁酮含量呈显著负相关;直链淀粉含量与出酒率为显著负相关[18]。糯高粱金糯梁1号因支链淀粉优势,与北方粳高粱比,酯类物质占比提升12%。与北方粳高粱和杂交糯高粱相比,糯高粱泸州红1号代谢生成的总酸和己酸乙酯的产量分别提高了9.48%和23.86%,更利于提升浓香型白酒品质[19]。
1.2 蛋白质的代谢
蛋白质占酒用高粱营养成分的5%～20%,含量仅次于淀粉。蛋白质是由氨基酸组成的具有特定结构的有机大分子,酒用高粱中含有14 种氨基酸[2]。蛋白质作为微生物生长代谢的氮源,其水解生成的各类氨基酸作为白酒中重要风味物质的前体物质,影响酒体主要风味物质数量和种类[2]。如图2所示,酒用高粱中的蛋白质在微生物和酶的作用下水解生成氨基酸。在白酒酿造过程中,一方面,氨基酸通过Ehrlich途径,首先在酶的作用下生成α-酮酸,然后经脱羧作用生成醛类,最终转化为醇类、酸类和酯类等重要的风味化合物[6],例如,异戊醇、乙酸异戊酯、异戊酸乙酯、2-甲氧基-3-异丁基吡嗪均来源于亮氨酸,为酒体贡献香蕉味、苹果味、柿子味等果香;异丁醇来源于缬氨酸,为酒体贡献醇香;2-苯乙醇来源于苯丙氨酸,为酒体贡献玫瑰花香等[2, 6]。另一方面,氨基酸与还原糖发生美拉德反应,初期氨基酸的氨基与还原糖羰基端在高温条件下发生缩合反应生成Schiff碱,在酸的催化下经Amadori重排生成1-氨基-1-脱氧-2- 酮糖;中期通过3种路线:酸性条件下的Osulose路线、碱性条件下的还原酮路线和Strecker降解反应,分别形成呋喃类衍生物、吡咯类衍生物和醛酮及吡嗪类衍生物,赋予白酒焦香、坚果香等风味[2]。LIU等[20]对美国9个高粱品种的研究发现,粗蛋白含量与乙醇、甲醇浓度呈正相关,其中糯红高粱产生的平均乙醇浓度最高。酒用高粱中蛋白质含量和酒样中β-苯乙醇、3-羟基-2-丁酮含量显著正相关,与出酒率呈显著负相关[18]。但高粱籽粒中蛋白质含量过高,容易促进杂菌生长,生成生物胺、杂醇油等,使酒体产生杂味的化合物。
图2 酒用高粱籽粒中蛋白质在白酒酿造过程中主要代谢过程
Fig.2 Main metabolic process of protein in brewing sorghum during Baijiu brewing
1.3 脂质的代谢
酒用高粱籽粒中脂质含量为2%～6%。脂质通过氧化或者水解等方式生成多种风味物质的前体物质,由于脂质代谢生成的挥发性物质杂味大,对白酒的品质有较大影响[1]。在白酒高温酿造过程中,一方面脂质易氧化生成氢过氧化物,进一步降解生成醇类、醛类、酸类、烯类、呋喃类等重要风味成分[2];另一方面脂质易水解生成高级脂肪酸和低分子有机酸,如油酸、亚油酸、亚麻酸、肉豆蔻酸、棕榈酸等,在微生物的作用下,脂肪酸进一步生成相应的酯类,赋予酒体特殊的香味[2,6]。例如,油酸乙酯呈现脂肪味、油味,亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯具有降血压、预防动脉硬化和血栓等作用[2,13]。适量的脂肪可赋予酒体纯正的香味;但过多的脂肪不仅引起酸度升高,抑制微生物代谢,降低出酒率;还会生成小分子醛或酮类导致酒体酸败,产生邪杂气味[2,6]。因此,高粱籽粒中脂质含量要适中,最好不超过4%。研究表明,高粱籽粒中脂肪含量和乙酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯以及己酸含量呈负相关,脂肪含量偏高的美国高粱,发酵生成的乙酸和乙酸乙酯较少,使酒体香气单薄[18,21]。
1.4 单宁的代谢
高粱籽粒中的单宁主要分布在种皮上,其含量占营养成分的0.1%～4%[1]。单宁含量虽低,但在发酵过程中生成的酚类物质对白酒风味形成发挥着重要作用。一方面,酒用高粱籽粒中的单宁在微生物分泌的单宁酶作用下生成小分子酚类物质,例如,愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚等,赋予酒体独特的果香、瓜香、烟熏味等[2, 22];另一方面,单宁被催化反应生成缩酚酸、多元醇,在脱羧酶作用下生成挥发性酚类,再降解形成3-羟基-5-氧-己酸和5-氧-6-己酸甲酯等小分子物质,丰富酒体风味[2]。适量的单宁能够抑制杂菌生长,增加出酒率,促进酒体细腻醇香[18, 23]。过多的单宁会钝化酶的活性,降低出酒率[6];抑制蛋白质代谢,抑制酸类转化合成酯类,增加酒体酸味、涩味[24];生成4-甲基苯酚、4-乙基苯酚等异臭味酚,破坏酒体风味[22]。禹潇等[25]在小曲清香型白酒酿造过程中发现,当单宁含量为1.2%时,酒体中异丁醇、异戊醇、乙缩醛、糠醛等刺激性醇醛类含量显著减少,乙酸乙酯、辛酸乙酯和乳酸乙酯等花果香和甜香突出的酯类含量显著增加。此外,单宁与乙醛含量呈显著负相关,美国高粱的单宁含量较低,仅有0.43%,生产出的酒样中乙醛含量较高[18]。泸州红1号单宁含量达2.8%,其酿造的酒中醛类物质含量较普通品种高30%[6];与晋白3号高粱相比,晋杂22号高粱的单宁含量更高,发酵过程中产生的酯类风味物质更多[26]。
1.5 香气物质的产生
酒用高粱中的香气物质分为自身带有的香气和蒸煮过程中经非酶反应产生的香气,均对白酒风味物质形成具有重要意义[1]。如表1所示,酒用高粱中香气物质根据形式分为游离态和结合态。游离态的香气物质易挥发,能直接转移到酒体中赋予白酒香味[27];结合态香气物质以不挥发性的糖苷形式存在,通过酸解或酶解生成游离态香气物质,其含量可达游离态香气物质的2～8倍[28]。结合态香气物质酶解法更适用于酮类、酯类的释放,酸解法更适用于萜类、芳香族类的释放[6]。CAO等[29]在中国和加拿大选择了6个高粱品种,采用气相色谱-质谱法鉴定出34种游离香气化合物和28种结合香气化合物,游离香气化合物以醇类和芳香族为主,结合香气化合物以芳香族、酸、醛和酮为主,不同品种和区域的高粱中香气物质组成有差异。吕佳慧等[28]利用酶水解鉴定出38种结合态香气化合物,分别属于醇类、醛类、酮类、酯类、芳香族、萜类、硫化物、呋喃类和酸类化合物,醛酮类是含量最丰富的化合物,在粳、糯高粱中分别含32.29%和36.23%。酒用高粱在蒸煮后能够形成特有的“粮香”。杨玉波等[27]研究发现,高粱蒸煮后的重要香气成分有愈创木酚、苯乙醛、4-乙烯基愈创木酚等,为茅台酱香酒提供粮香、甜香、花香、焦糖香等重要香味。
表1 酒用高粱中主要香气物质
Table 1 Main aroma compounds in brewing sorghum
香气物质形式香气物质类别主要香气物质参考文献游离态醇类3-甲基-1-丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-辛烯-3-醇、2,3-丁二醇、4-甲基-1-戊醇、(E)-2-庚烯-1-醇、1-十二醇、6-甲基-5-庚烯-2-醇酯类己酸乙酯、乙酸乙酯、棕榈酸乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯酸类己酸、醋酸、戊酸醛酮类壬醛、癸醛、3-甲基丁醛、3-羟基-2-丁酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮芳香族苯酚、2-苯乙醇、4,6-二(1,1-二甲基乙基)-2-甲基苯酚、2-甲氧基苯酚、2-乙基苯酚、4-乙基苯酚、4-乙基-2-甲氧基苯酚、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚萜烯类香叶基丙酮杂环类四甲基吡嗪[29]结合态醇类1-辛醇、1-辛烯-3-醇、己醇、2-乙基已醇、十二醇异戊醇酯类己酸乙酯、棕榈酸乙酯、丁二酸二乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯酸类己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸醛酮类1-辛烯-3-酮、壬醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、辛醛、癸醛、(E)-2-辛烯醛、2-2-壬醛、(E)-2-癸烯醛、2-十一烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、己醛、庚醛、十二醛、2-辛酮、环己酮、2-壬酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-癸酮、2-十一酮、2-十二酮、3-十三酮、2-十四酮芳香族苯乙醛、苯酚、3,5-二甲基苯甲醛、2-苯乙醇、苯乙酮、苯甲醇、苯甲醛萜烯类β-大马酮、香叶基丙酮、脱氢-β-紫罗兰酮、D-樟脑、异佛尔酮杂环类四甲基吡嗪、2-戊基呋喃硫化物对甲硫基苯酚[28-29]
2 酒用高粱品种影响白酒风味的作用机制
不同酒用高粱品种中营养成分的差异会显著改变发酵过程中微生物群落的组成与功能,还会通过影响微生物群落的演替率来影响微生物相互作用,进而通过代谢网络调控风味前体物质的生成路径,最终影响白酒风味的复杂度与典型性[30]。
2.1 酒用高粱品种对微生物群落的调控
一方面不同品种的高粱中内生微生物存在差异[31];另一方面酒用高粱中的营养成分作为微生物代谢的养料,调控着微生物的代谢活动和相互作用。因此,酒用高粱品种的差异影响发酵过程中微生物相互作用和演替,使微生物群落的多样性、结构及其代谢产物发生变化[8, 32]。研究发现,不同的酒用高粱发酵过程中葡萄糖、果糖和阿拉伯糖等驱动白酒发酵微生物多样性和代谢多样性的关键糖类含量存在差异[33],氨基酸、碳水化合物等代谢途径相关基因的相对丰度差异显著[32],说明酒用高粱的品种影响了代谢模式。BIAN等[34]研究发现,澳大利亚高粱中的优势菌属是乳杆菌属(Lactobacillus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、片球菌属(Pediococcus)和不动杆菌属(Acinetobacter),而真菌的优势属是酿酒酵母属(Saccharomyces)、复膜孢酵母属(Saccharomycopsis)和皮肤皮状新丝孢酵母(Cutaneotrichosporon)。东北高粱中,优势菌属为乳杆菌属、芽孢杆菌属、片球菌属和肠杆菌属(Enterobacter),而酿酒酵母属和复膜孢酵母属是真菌优势属。澳大利亚高粱的细菌群落表现出更强的微生物相互作用,导致细菌网络更加复杂和紧密互连。LIU等[10]研究西凤酒的发酵谷物中微生物变化发现,佳县高粱中乳杆菌属的丰度高于晋糯3号;酿酒酵母属是佳县高粱中含量最丰富的真菌属,但其丰度在晋糯3号中含量较少。
酒用高粱中淀粉分子结构驱动微生物发生代谢偏好。支链淀粉占比更高的糯高粱因其疏松的胚乳结构,更易被霉菌糖化,促进产酯酵母的乙醇发酵效率;而直链淀粉占比高的粳高粱则因糊化困难导致糖化滞后,易引发产酸菌的过度繁殖,生成过量乙酸等刺激性物质[35]。研究表明,糯高粱和粳高粱发酵酒醅中微生物组成差异显著,例如,甲烷杆菌属(Methanobacterium)、己酸菌属(Caproiciproducens)、醋酸杆菌属(Acetobacter)和根霉属(Rhizopus)的丰度水平差异显著[8]。此外,霉菌有助于淀粉糖化,淀粉含量与曲霉之间显著负相关[10]。酒用高粱中的单宁具有抑菌和促菌的双效作用,可通过其含量影响发酵过程中的微生物群落[26]。单宁通过抑制杂菌(如大肠杆菌、腐败菌)的生长,同时促进耐单宁微生物(如毕赤酵母、乳酸菌)的增殖,优化菌群结构。例如,单宁含量>2%的泸州红1号高粱可显著提升窖泥中乳酸菌丰度,而乳酸菌代谢产生的乳酸乙酯是浓香型白酒的关键风味物质[6]。在清香型大曲白酒研究中发现,单宁含量对细菌种群差异的贡献率为22.39%,芽孢杆菌属、肠球菌属、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)与单宁含量呈显著负相关[23]。在中国黄酒的研究中发现,2种单宁含量不同的高粱发酵产生的微生物组成有差异,晋杂22号高粱中的优势菌属为芽孢杆菌属、魏斯氏菌属(Weissella)和类芽孢杆菌属(Paenibacillus);晋白3号高粱中的优势菌属为芽孢杆菌属、短芽孢杆菌属(Brevibacillus)和魏斯氏菌属[26]。
2.2 酒用高粱中微生物对白酒风味的调控
不同的酒用高粱品种发酵过程中微生物的组成和演替效率不同,进而影响微生物之间的相互作用及其代谢功能,最终影响着白酒风味特征[26, 30, 34]。大量研究表明,乳杆菌属、芽孢杆菌属、醋酸杆菌属、片球菌属、酿酒酵母属、威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces)、毕赤酵母属(Pichia)、根霉属、曲霉菌属(Aspergillus)等均是生成白酒风味物质的核心微生物[8, 36]。研究表明,糯高粱发酵糟醅中细菌 α 多样性明显高于非糯高粱品种,微生物互作复杂性较非糯高粱提高40%,芽孢杆菌属、乳杆菌属与醋酸杆菌属存在协同竞争关系,芽孢杆菌通过分泌淀粉酶加速支链淀粉降解,为乳杆菌属提供碳源,促进酯类前体的积累[8]。乳杆菌属不仅可以发酵糖产生乳酸,利用乳酸形成香气前体,从而增加白酒中的香气成分[37];还可以调节发酵环境的pH值,有效抑制部分腐败微生物的生长[38]。醋酸杆菌促进乙酸的产生,乙酸和乳酸可作为合成丁酸和己酸的底物;甲烷杆菌属和己酸菌属协同作用,促进己酸的生成;己酸、丁酸、乙酸和乳酸等有机酸通过酯化酶与乙醇反应,产生酸性乙酯,形成酯风味骨架成分丙酸乙酯[39]。与非糯高粱相比,糯红高粱中醋酸杆菌属、甲烷杆菌属和己酸菌属等含量较高,促进了酒体浓香风味的形成[8]。在关于西凤酒的研究中发现,吉杂127、晋杂34 和佳县高粱主要生成的风味成分为乙酸乙酯,而在冀酿2号、晋糯3号和辽杂19高粱主要生成的风味成分为乳酸乙酯;佳县高粱和晋糯3号高粱发酵产生的醋酸杆菌属、片球菌属和普雷沃氏菌属菌株(Prevotella_7)与4种酯类(乙酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯)和5种醇类(正丙醇、正丁醇、异丁醇、丁醇、异戊醇)呈显著正相关[10]。此外,相同的微生物群落与挥发性风味物质的相关性在不同高粱品种间可能呈现相反的作用。例如,在机糯粱2号高粱中,拟杆菌(Bacteroidetes)和地杆菌属(Geobacter)与己酸和乙酯呈正相关;在泸州红1号高粱中呈负相关。在金糯粱 1 号高粱中地杆菌属和辛酸、乙酯呈正相关,但在泸州红1号高粱中呈负相关[32]。
酵母菌可以在发酵过程中产生醛酯、苯乙醇、高级醇,以及包括乙酸乙酯在内的风味化合物[40]。霉菌产生的酶不仅将原料降解为可发酵的糖,产生的酯酶是形成白酒中存在的芳香族化合物的关键酶[41]。根霉菌不仅能产生α-淀粉酶水解淀粉和生产乙醇,还具有催化脂肪酸乙酯合成的能力[40, 42]。嗜热子囊菌能够产生水解酶和合成酯分子[43-44];红曲霉和丝孢酵母属具有甘油三酯生物催化剂作用,可催化甘油磷脂水解释放长链脂肪酸,然后在酯酶的催化下与乙醇产生长链脂肪酸乙酯[33, 45-46]。LIU等[10]研究发现,佳县高粱和晋糯3号高粱发酵酒醅中酿酒酵母属和根霉属与主要的4种酯类和5种醇类含量呈正相关。红糯高粱发酵产生的多数霉菌和酵母,例如,嗜热子囊菌属(Thermoascus)、红曲霉属(Monascus)、丝孢酵母属(Trichosporon)等与甘油磷脂呈正相关,与烯醇酮脂质、类黄酮、酯和酸等代谢物呈负相关[8]。粳高粱因直链淀粉与蛋白质的复合结构阻碍糖化,导致发酵前期碳氮比失衡,促使酵母通过氨基酸Ehrlich代谢途径生成异戊醇、异丁醇等杂醇油,其含量较糯高粱高18%,直接影响酒体刺喉感[6, 16]。因此,采用红糯高粱酿造出的白酒酒体更加浓香醇厚[8, 47]。
3 提升白酒品质的途径
3.1 合适酒用高粱品种的选择
酒用高粱品种的选择与不同香型白酒的酿造工艺息息相关,选对高粱品种成为酿造优质白酒的关键环节。例如,酱香白酒特殊的“12987”的生产工艺,需经历9次蒸煮、8次发酵、7次取酒,所以籽粒小、种皮厚、支链淀粉含量高、脂肪含量低、单宁含量适中的高粱品种更适合酿造酱香白酒,红缨子高粱正好符合这样的要求[1],研究表明使用红缨子糯高粱酿造的酱香型白酒具有最高的优酒率,达33.10%,且基酒总酯含量最高,使酒体风味更醇厚[48]。郎酒专用糯高粱富含高比例支链淀粉,更有利于酱香型白酒多轮次蒸煮发酵,出酒率和优酒率更高,当地的糯高粱品种是川南酱香型酒厂生产酿造的最优选择[49]。研究表明,选择糯白高粱酿造出的酒苦味、辛辣味等杂味较低,使小曲清香白酒酒体柔软度、和谐度、整体风格较好[50];新杂2号品种高粱具有淀粉损失率低、出酒率高、高级醇含量低、产酒香正、酯香好、尾净的特点,也适用于酿造小曲清香白酒[51]。与美国高粱相比,晋杂22号和东北高粱的支链淀粉和单宁含量更高,不仅提高了出酒率,还提升了清香型白酒主体香味物质乙酸乙酯的含量,使乙酸乙酯和乳酸乙酯的比值>1,让清香型白酒风格更典型[18]。与粳高粱相比,糯高粱不仅使小曲酒出酒率和主要风味物质更高[52],还让浓香型白酒中的鞘脂、2,5-二酮哌嗪和蛋氨酸衍生物的含量高1.21～1.71倍[53]。北方杂交粳高粱酒样中杂醇油含量较糯高粱高18%,易使酒体浑浊,口感苦涩短杂,要谨慎选择[16]。与山西粳高粱和东北粳高粱相比,安徽本地糯高粱更适合作为浓香型白酒的酿酒高粱原料[54]。佳县高粱虽是非糯高粱,因其总淀粉和单宁含量较高,不仅提高了出酒率,还提高了西凤酒的特征香气物质乙酸乙酯的含量,降低了乳酸乙酯的含量,佳县高粱是陕西省生产西凤酒的最佳原料[10]。此外,氨基甲酸乙酯是一种潜在的致癌物质,不同品种的酒用高粱对白酒中氨基甲酸乙酯含量有显著影响,选择氰化物含量较少的高粱品种可有效降低清香型白酒中氨基甲酸乙酯含量[55]。
3.2 酿造工艺的协同创新
高粱作为酿酒原料,在白酒酿造过程中,优化与高粱相关的工艺也能提高白酒生产品质。通过带压蒸煮、控制破碎率、多粮配比发酵、接种复合微生物等在原料方面酿造工艺上的优化,是潜在提升白酒品质的新路径。研究表明,通过带压蒸煮工艺优化,可使整粒高粱破皮率达90%,淀粉释放效率提升15%,将传统蒸煮工艺的24 h降为2 h,该工艺下酒醅总酸与乳酸乙酯含量增加,赋予浓香型白酒更浓郁的窖香与粮香[56]。酒用高粱破碎率会影响高粱的耐蒸煮性和微生物的组成,从而调控微生物代谢产物生成,并影响出酒率[57]。在浓香型白酒发酵过程中,细粉碎组表现出更高的淀粉降解效率,粗粉碎组窖池中微生物群落倾向于将淀粉转化为风味前体物质;细粉碎组显著提升糟醅微生物的α多样性[57]。酱香白酒坤沙工艺一般将高粱破碎20%～30%,利于提高出酒和提取风味物质[1];也有将整粒高粱进行发酵的,有效控制前2个轮次的出酒率,提高了优酒率,整体提升了酒的品质[58]。通过多粮配比优化,亦可提升白酒风味。在浓香型白酒原料中添加20%枳椇与酒用高粱协同发酵,可使特征性风味物质愈创木酚和苯乙醇含量增加15%～20%,同时酒体中总酚含量与抗氧化活性显著提升[59]。添加紫糯麦与酒用高粱协同发酵,可提高中长链脂肪酸酯、酸类、醇类的OAV,甲醇和氨基甲酸乙酯含量相对降低20.6%和39.9%,酒体香气更有层次感,口感更加醇和、悠长,安全系数更高[60]。最新研究发现,分别和同时接种植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、米根霉(Rhizopus oryzae)、米曲霉(Aspergillus oryzae)和嗜谷神经孢子菌(Neurospora sitophila)对高粱进行固态发酵,改变了酒用高粱籽粒多酚组成并增强多酚氧化酶、β-葡萄糖苷酶和纤维素酶的活性[61],这也是一条提升白酒品质的潜在路径。
4 结论与展望
酿造优质的白酒离不开优质的原料。不同酒用高粱品种自身香气物质和营养成分差异,影响发酵过程中微生物的组成和功能,从而调控白酒风味物质的生成,最终影响白酒的品质。在了解酒用高粱影响白酒风味形成的机制后,可通过选择更合适的高粱品种和优化酿造工艺进一步提升酿造白酒的品质。未来,需充分运用最新的分子生物学和组学技术,在以下几方面展开更深入的研究:一是建立基于基因组编辑的定向育种体系,利用CRISPR技术定向改造酒用高粱营养成分构成,例如改造淀粉合成相关基因,培育支链淀粉含量>95%的超级糯高粱品种;二是构建酒用高粱品种-微生物-风味三者的分子调控网络,解析其对微生物代谢通路的调控机制,开发基于核心功能菌群的合成微生物群落,实现风味前体物质的定向强化;三是结合生产实际,构建高粱品种-工艺参数-风味的调控网络,找到与高粱品种匹配的工艺参数,发挥最大生产潜力。
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