Effect of physicochemical quality of rice on the production of Xiaoqu light-flavor Baijiu
中国白酒是以粮谷为原料，经发酵、蒸馏、陈酿、勾调而成的酒精饮料[1]。白酒香味物质复杂多样，以醇、醛、酸、酯为主，其组成决定酒质优劣[2]。在生产中，白酒香味物质的组成受酿酒原料、生产技术、气候环境等多种因素的影响[3-6]，其中酿酒原料是源头要素[7]。白酒酿造的主要原料包括高粱、大米、糯米、小麦、玉米等类型，不同类型以及同类型不同品种原料的理化组分存在差异，影响白酒香味物质的形成[7]。解析原料理化品质对白酒生产的影响是合理选择原料以及培育优质原料品种的重要基础。
水稻是中国最主要的粮食作物，也是酿造白酒的重要原料，可单独也能与其他原料配伍用于白酒生产[7]。稻米品质的评价体系包括淀粉、脂肪、蛋白质、垩白度、粒长、长宽比等指标[8-9]。根据直连淀粉含量的高低，可将目前的酿酒稻米分为高直链淀粉和低直链淀粉含量两类。以往研究针对不同酿酒稻米品种的挥发性物质组成、糖化糊化性能等进行了比较[10-13]，然而在大生产条件下，不同酿酒稻米的酒质差异及其与理化品质的关系还有待进一步解析。
清香型白酒是白酒的主要香型之一，以乙酸乙酯为主体香，其酿造周期短、工艺相对简单[14]，是评价原料酿酒效果的理想模型。本研究以两种不同类型的5个稻米品种为材料酿造清香型白酒，揭示其白酒的酒质差异及其与理化品质的关系，以期为优质酿酒稻米品种的选育改良及其推广提供理论依据。
1.1.1 供试稻米品种
供试稻米品种：千乡优珍酿（QXY）、旌康优珍酿（JKY）、德优珍酿（DY）、品香优香占（PXA）、品香优9205（PXY），以上品种组合由本研究所选育。稻米于2022年9月收割于四川省泸州市泸县。根据直连淀粉含量高低将5个稻米品种分两类，各品种稻米基本理化指标见表1。
表1 供试稻米的主要理化指标
Table 1 Main physicochemical indexes of test rice
注：淀粉含量为精米中的测定结果，脂肪为糙米中测定结果。垩白是稻米胚乳中白色不透明的部分，为胚乳淀粉粒之间存在空隙引起透光性改变所致。垩白度是稻米中垩白部位的面积占米粒投影面积的百分比，对稻米食用品质具有一定影响[15]。
脂肪/%低直链淀粉类型 品种 粒长/mm长/宽比垩白粒率/%垩白度/%直链淀粉/%蛋白质/%淀粉/%高直链淀粉PXY PXA QXY JKY DY 6.6 6.8 5.7 5.7 5.7 3.2 3.7 2.1 2.3 2.3 48 46 98 95 93 16.2 14.7 41.7 40.2 42.3 13.4 13.7 22.6 23.1 23.0 7.3 7.0 7.5 6.6 6.7 77.5 76.6 78.0 76.8 78.1 3.5 3.5 2.9 2.7 2.6
1.1.2 试剂
气相色谱检测所用内标物质的标准品（纯度＞98%）：美国Sigma-Aldrich公司；酿造试验所用的小曲（发酵剂）：四川省彭州华西曲药厂。
Agilent 8890气相色谱仪、CP97723A毛细管色谱柱（50 m×0.25 mm×0.2 μm）：美国Agilent公司；XPR205D5/AC电子分析天平：瑞士Mettler Toledo公司；HH-M8恒温水浴锅：江苏新春兰科学仪器有限公司；H03-B磁力搅拌器：上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司。
1.3.1 酿造试验
酿造试验在泸州市泸县本研究所清香型白酒产业化示范基地进行。每种稻米用3个不锈钢槽车发酵，每个槽车投入稻米、小曲质量分别为300 kg、0.75 kg，发酵期7 d，发酵结束后，将酒醅上甑蒸馏取酒，并取100 mL酒样供试，共15份酒样。在酿造过程中，不同稻米的起始发酵温度在20.10～22.20 ℃，最高温度34.60～39.20 ℃，结束温度25.80～28.90 ℃。
1.3.2 酒样香味物质测定
气相色谱条件：载气为高纯氮气（N2）（纯度99.999%）；流速为1 mL/min；最高柱箱温度220 ℃；进样量1 μL；柱温程序35 ℃保持8 min；2.5 ℃/min升高到40 ℃；5 ℃/min升到120 ℃；10℃/min到210℃保持15min。用无菌蒸馏水将酒样的酒精度稀释为60.5%vol，采用气相色谱仪检测香味物质的含量。
定性定量方法：根据保留时间定性，用叔戊醇（375mg/L）、乙酸正戊酯（282 mg/L）、乙基正丁酸（360 mg/L）作内标进行定量。
1.3.3 酒样感官评价
由四川广汉金雁酒业有限公司、四川省东圣酒业股份有限公司、四川凤凰酒业有限公司的4名国家级酒质评委根据GBT 10781.2—2022《白酒质量要求第2部分：清香型白酒》和GB/T 33404—2016《白酒感官品评导则》对每个品种的三个平行酒样进行尝评并打分定等级，描述酒样的总体风味特征。
1.3.4 数据统计
采用主成分分析（principal component analysis，PCA）和置换多元方差分析表征酒样香味物质的结构组成及其差异，通过PAST 3.0软件完成[16]。白酒产量、香味物质含量的多重比较分析以及线性回归分析等均由SPSS 20.0完成。数值由平均值±标准差表示。图片制作通过GraphPad Prism 8.0完成。
由图1可知，不同稻米品种的出酒率在51.68%～62.02%之间，品种间无显著差异（P＞0.05）。一般认为，酿酒原料支链淀粉含量与出酒率具有正相关关系，其原因是支链淀粉比直链淀粉更易被分解利用[17-18]。但在大生产酿造条件下，支、直链淀粉含量不同的原料酿造出酒率常无差异[19-20]。李秋涛等[19]认为，原料的糊化程度是影响出酒率的主要因素，只要糊化够彻底，原料直、支链淀粉的含量对出酒率无影响，提示酿酒工艺对白酒生产具有的重要影响。
图1 不同品种稻米的出酒率
Fig.1 Baijiu yield of different varieties of rice
由图2可知，5种酒样共检出25种挥发性香味物质，包括8种酯、10种醇、4种酸和3种醛。对酒样共有的15种挥发性香味物质进行分析发现，不同品种稻米酒样均以异戊醇、异丁醇和乙酸乙酯的含量较高，正己醇、异戊酸和丁酸乙酯含量较低。酿酒界素有“高粱产酒香、大米产酒净”的经验之谈[11]。与本课题组在相同色谱条件下分析的不同高粱品种清香型白酒进行比较，发现异戊醇是稻米酒样中含量最高的物质（800～1 140 mg/L），但在高粱酒样中未检出[3]；而在不同高粱品种酒样中普遍存在的正戊醇（20～40 mg/L）[3]，仅在PXY和JKY两个稻米品种的个别酒样中检出并且含量较低，仅为2 mg/L。
图2 不同品种稻米酒样挥发性香味物质含量测定结果
Fig.2 Determination results of the volatile flavor compounds contents in Baijiu samples brewed with different varieties of rice
异戊醇和正戊醇是白酒中的一类杂醇油物质，含量过高会造成口感苦涩短杂并引起头痛，降低饮后舒适度[21-23]。但适量的高级醇能使酒体醇厚丰满，具有衬托酯香的作用[24]。异戊醇的风味特点为香蕉果香，略带酸味，是果酒和米酒最重要的挥发性香味物质[25-26]。然而，目前很难界定白酒中某一香味物质绝对含量的合理范围，因为除绝对含量外，风味物质之间具有相互作用，其组成结构对人体的感知也具有重要影响[27]。此外，目前在酒中检测出很多“手性”物质，包括乳酸乙酯、乳酸、2-甲基丁醇等[28]。手性物质具有不对称中心，具有不同的构型，对酒体风味产生不同的影响[28]。因此，不同品种稻米酒样挥发性香味物质组成有明显区别，除含量外，将来的研究还需对白酒中风味物质的结构及其对酒质的影响投入更多的关注。
酒样挥发性香味物质的主成分分析结果见图3。由图3可知，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）的累计方差贡献率为89.46%，已提取到原始数据的绝大部分信息。分别以稻米品种和类型分组进行置换多元方差分析，由图3a可知，5个品种稻米酒样挥发性香味物质结构的差异不显著（P＞0.05），PCA不能将其区分。由图3b可知，高、低直链淀粉稻米酒样挥发性香味物质结构的差异达显著水平（P＜0.05），PCA可将它们进行区分。以P＜0.05为依据，通过t检验分析结果表明，两类高粱酒样中有11个挥发性香味物质的含量具有显著差异，不同类型稻米酒中含量具有差异的挥发性香味物质测定结果见表2。
图3 酒样挥发性香味物质的主成分分析结果
Fig.3 Results of principal component analysis of volatile aroma substances in Baijiu samples
a：以品种分组；b：以类型分组。
表2 不同品种稻米酒中差异挥发性香味物质
Table 2 Differential volatile aroma substances detected in Baijiu samples brewed with different varieties of rice
注：同行不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
化合物异戊醇异丁醇2-甲基丁醇β-苯乙醇仲丁醇正己醇己酸乙酯乙酸异戊酯辛酸乙酯丁酸乙酯异戊酸含量/（mg·L-1）高直链淀粉 低直链淀粉1031.00±63.17a 796.60±71.63a 244.20±20.66a 43.44±8.75a 4.44±4.21a 4.44±0.53a 17.67±0.87a 38.89±6.86a 9.67±1.41a 4.44±1.51a 4.66±0.50a 906.30±116.10b 668.30±75.52b 216.50±26.83b 31.17±4.58b 0±0b 4±0b 15.67±0.52b 22.50±2.74b 5.33±0.52b 2.66±1.37b 3±0b
由表2可知，这11种差异风味物质在高直链淀粉稻米酒样的含量均显著高于低直链淀粉品种（P＜0.05）。其中，丁酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯在酒中具有良好的水果香，仲丁醇、2-甲基丁醇具有麦芽香，正己醇具有青草香，异丁醇为葡萄酒香[24，28]，异戊醇为香蕉果香略带酸味[25-26]，β-苯乙醇具有玫瑰香味，是米香型白酒的主体香味物质[29]。在上述物质中，丁酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、异戊酸和异丁醇被认为是影响小曲清香型白酒风味的主要因子[24]。
根据尝评鉴定，酒样的感官等级及感官特征描述见表3。由表3可知，高直链淀粉稻米酒样的感官评价优于低直链淀粉稻米品种。
表3 酒样感官特征
Table 3 Sensory characteristics of Baijiu samples
注：1表示酒质最优，5为最差。
类型 品种 感官特征 感官等级低直链淀粉高直链淀粉PXY PXA DY JKY QXY清香突出，放香大，有醇厚感，涩味苦味明显清香纯正，味醇和，略显闷，尾较净清香纯正，味醇和，甜味明显，尾净，舒适清香突出较纯正，味较醇和，有甜感，尾净清香突出，放香大，有甜感，尾净54123
以稻米理化指标为自变量，差异挥发性香味物质（表2）含量为因变量进行回归分析，结果见表4。由表4可知，总体上垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量与差异挥发性香味物质均呈正相关，粒长、长宽比、蛋白质、脂肪与差异挥发性香味物质呈负相关（P＜0.05）。从数量上看，与直链淀粉、脂肪含量相关的差异挥发性香味物质最多，均为10个，与蛋白质、淀粉相关的物质较少，分别是3个和1个。结果表明，稻米不同理化指标对酒体挥发性香味物质含量的影响具有显著性（P＜0.05）。
表4 稻米理化指标对差异挥发性香味物质含量的回归分析
Table 4 Regression analysis of physicochemical indexes of rice to differential volatile flavor compounds
注：表中数值为回归方程斜率，正值代表正相关、负值代表负相关。“*”表示影响显著（P＜0.05）；“**”表示影响极显著（P＜0.01）。下同。
化合物 粒长 长宽比 垩白粒率 垩白度 直链淀粉 蛋白质 淀粉 脂肪丁酸乙酯己酸乙酯乙酸异戊酯辛酸乙酯仲丁醇异丁醇β-苯乙醇2-甲基丁醇异戊醇正己醇异戊酸-0.17*-0.33**-0.04**-0.18**-0.08*-0.01*-0.04**-0.22*-0.39**-0.05**-0.21**-0.09*—-0.05**————0.04*— —— —-0.01*—-0.01*-0.01*-0.50**-0.60**8.07*16.20**2.10**8.88**-3.71*0.17**1.78**—0.13*—24.58**4.17*8.40**1.10**4.69**1.91*0.09**0.93**—0.07*—12.93**1.53*3.09**0.39**1.71**0.69*0.03**0.32*0.10*0.03*—4.63**——— —-0.13*-0.24**-0.03**-0.14**—-0.01**-0.02*-0.01*-0.01**-0.46*-0.36**
以稻米理化指标为自变量，酒样挥发性香味物质的PC1数值及酒样感官评分为因变量为进行回归分析，回归结果见表5。由表5可知，稻米的粒长、长宽比、垩白粒率、垩白度对酒样香味物质的PC1数值具有显著影响（P＜0.05），说明它们对酒样挥发性香味物质的整体组成结构具有影响。粒长、长宽比、蛋白质、脂肪对酒样感官评分具有负影响，垩白粒率、垩白度对感官评分为正影响，其中蛋白质和脂肪对感官评分的影响达到显著水平（P＜0.05）。尽管粒长、长宽比、垩白粒率、垩白度对酒样感官评分的影响不显著（P＞0.05），但结合表4可知，它们对酒体香味物质的组成结构具有显著影响（P＜0.05）。综合以上三种回归分析的结果可知，粒长、长宽比、蛋白质、脂肪是酒样感官评分的负向影响因子，垩白粒率、垩白度是正向影响因子。
表5 稻米理化指标对酒样挥发性香味物质主成分1及感官评分的回归分析
Table 5 Regression analysis of physicochemical indexes of rice to the principal component 1 of volatile components and sensory score of Baijiu samples
注：表中数值为回归方程斜率，正值代表正相关、负值代表负相关。“ns”表示影响不显著（P＞0.05）；“*”表示影响显著（P＜0.05）。
粒率 垩白度 直链淀粉 蛋白质 淀粉 脂肪PC1感官评分指标 粒长 长宽比 垩白0.25*-0.34ns 0.28*-0.33ns 0.28*16.20ns 0.27*9.26ns 0.26ns 3.46ns 0.00ns-0.31*0.06ns 0.11ns 0.22ns-0.34*
一般认为，原料蛋白质经微生物代谢和美拉德反应生成的高级醇、醛酮、内酯等风味物质是影响酒质的重要因素；脂肪氧化产生的脂肪酸、有机酸，如亚油酸、棕榈酸等可赋予酒体独特的香味[7，18]。但过高的蛋白质和脂肪含量对白酒生产具有不利影响，蛋白含量过高易滋生杂菌，产酸升高，生成生物胺、杂醇油等物质，使酒体产生邪杂味。脂肪含量过高会使发酵过程的酸度增加，抑制微生物生长降低出酒率，并引起酒体酸败浑浊[7，18]。
垩白是稻米胚乳中白色不透明的部分，为胚乳淀粉粒之间存在空隙引起透光性改变所致。垩白度是稻米中垩白部位的面积占米粒投影面积的百分比[15]。研究表明，稻米的垩白度与米饭形态及其口感呈显著负相关[15]。因此，食用优质稻选育的重要方向之一就是降低垩白度。有研究探讨了酿酒稻米的品质指标，认为酿造优质白酒的稻米应满足垩白粒率≥72.8%，垩白度≥18.91%的要求[30]。
本研究以整粒稻米进行酿造，发现粒长和长宽比对酒质口感有显著影响，其可能的原因是原料形态会影响发酵状态，造成酒质口感的差异。研究表明，对原料进行适当的切割降低物理大小更有利于提升发酵的效果[31]。这可能在一定程度上支撑垩白度及垩白米率对酒质的正面影响。
本研究对两个不同类型（以直链淀粉高低分类）的5个稻米品种开展小曲清香型白酒大生产酿造试验，发现不同稻米品种的出酒率无显著差异（P＞0.05）；酒样香味物质的结构组成以及感官风味因稻米类型的不同具有显著差异（P＜0.05）；稻米的粒长、长宽比、蛋白质、脂肪对酒样感官评分呈负影响，垩白粒率、垩白度对酒样感官评分呈正影响。研究结果初步揭示了稻米理化品质对小曲清香型白酒生产的影响，后续将对其中一些影响酒质的关键指标予以进一步验证。
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