高粱化学成分对白酒品质的影响与检测技术研究进展

李先芝,毛琼丽,宁珍珍,严 玲,刘 洋,石 豪,朱 艳,胡 杨,李 强,杨 强

(劲牌有限公司,湖北 黄石 435100)

摘 要:高粱作为白酒酿造的主要原料,其营养物质和酿造性能直接影响白酒的产量和品质。 为了明晰高粱化学成分及其与白酒品质间的关联性,该文主要对高粱的化学成分,如淀粉、蛋白质、氨基酸、脂肪、单宁、多酚类物质、无机元素、香气物质、氰化物等进行了综述,按照化学分析法和仪器分析法两大类对高粱化学成分的检测方法进行了总结,并深入探讨了高粱的化学成分对白酒出酒率、风味、质量安全的影响。该文旨在为高粱成分的分析、监控和应用提供技术基础,为白酒行业酿酒原料的选择与优化、准确高效的高粱成分检测技术的选择、以及白酒品质的保证提供有价值的参考。

关键词:高粱;白酒酿造;营养成分;香气物质;检测技术

白酒是以粮谷为主要原料,以小曲、大曲、麸曲及酵母等为糖化发酵剂,经蒸煮、发酵、蒸馏、陈酿、勾调而成的蒸馏酒[1]。 高粱是我国的主要杂粮作物之一,也是酿造白酒的最佳原料[2]。 高粱作为白酒酿造的主要原料,其营养物质和酿造性能直接影响白酒的产量和品质[3-5]。高粱中的淀粉、蛋白质等组分是酿酒微生物的营养源,主要为其提供能量,使其在酿造生产中产生作用;另一方面高粱自身所含物质及其在蒸煮过程中产生的物质也是影响白酒风味和质量的重要因素。此外,高粱中的一些成分也会转移到酒体中,对白酒的口感、风味以及稳定性产生影响,如高粱中的蜀黍氰苷是白酒中氰化物的重要前体物,氰化物又是白酒中氨基甲酸乙酯的一种重要前体物[6-8],因此,不同香型白酒需要根据其酿造工艺和产品特征选择合适的酿酒高粱。

随着酒类产品结构的变革以及消费者对酒类品质的不断追求,对酿酒高粱的品质也提出了更高的要求,因此众多酒企和科研机构对高粱品质在白酒酿造中的关键作用进行了深入研究,同时也开发了一系列检测技术,以实现对优质高粱品种的研发、筛选与优化,从源头上保障和提高白酒的品质。已有文献从营养成分的角度对高粱在酿造过程中的影响进行了综述,但对于高粱中一些涉及食品安全的指标研究较少,因此本文对高粱中的化学成分及相应的检测技术进行综述,为企业开展酿酒高粱与白酒品质相关性研究、全方位多维度分析和评价高粱品质以及酿酒原料产地的建设提供一定的参考。

1 酿酒高粱的化学成分对酒质的影响

酿酒高粱中的淀粉、蛋白质、脂肪等组成成分的含量与白酒的品质和风格密切相关;现有研究表明高粱中的氰化物是影响白酒中氨基甲酸乙酯含量的主要因素[9],可以说高粱的品质直接与其作为主要原料酿造白酒的品质关系密切。

1.1 淀粉

高粱中的淀粉组成包含直链淀粉、支链淀粉,高粱按照直链和支链淀粉含量高低可分为糯高粱和粳高粱,糯高粱含有大量支链淀粉,结构较疏松,粳高粱支链淀粉含量较低,结构较紧凑。高粱中的淀粉是其主要成分,总含量约为65.3%~81.0%,由葡萄糖分子缩合而成;高粱中的淀粉是白酒酿造时酒精的重要来源。 在白酒酿造过程中,淀粉的理化特性(尤其是直链淀粉与支链淀粉的比例、分子质量及其结构)会影响其消化、溶胀和糊化等过程,进而直接影响高粱原料的糖化效率、发酵动力学及最终酒体风味[10]

史琳铭等[11]对出酒率与高粱理化品质进行相关性分析,结果显示,出酒率与高粱中支链淀粉、单宁含量呈显著正相关关系(P<0.05),与淀粉、直链淀粉、蛋白质含量呈显著负相关关系(P<0.05);3-羟基-2-丁酮含量、β-苯乙醇与支链淀粉含量呈极显著负相关(P<0.01);β-苯乙醇、乙醛含量与淀粉含量呈极显著正相关(P<0.01)。 蒋英丽等[12]将不同品种高粱应用于酱香型白酒的生产研究发现:富含高比例支链淀粉的糯高梁品种更有利于酱香型白酒的发酵;粳高粱不利于酱香型白酒多轮次蒸煮发酵。 王建成等[13]通过不同酿酒高粱理化性质及其酿造特性的对比研究发现:东北高粱的支链淀粉含量高于澳洲高粱,东北高粱的平均出酒率比澳洲高粱高5.57%,优级酒率比澳洲高粱高约10.30%。高粱的淀粉含量与结构(特别是支链与直链淀粉比例)是决定白酒出酒率、发酵效率和风味物质形成的关键前体物质,直接影响白酒的产量和品质。

1.2 蛋白质

蛋白质是由氨基酸构成的高分子聚合物,其含量仅次于淀粉,且含量呈现显著品种差异性,受遗传特性、栽培环境及营养供给等多因素共同调控。 在酿酒过程中,蛋白质不仅作为微生物氮源影响出酒效率,其降解产物氨基酸更通过驱动微生物群落演替及代谢途径重塑,对风味物质合成产生关键作用[10]

研究表明,高粱原料的蛋白质水平与酒体风味物质存在显著关联性。 史琳铭等[11]通过代谢标志物筛选技术,发现高粱蛋白含量与β-苯乙醇、3-羟基-2-丁酮等关键风味成分呈极显著正相关(P<0.01)。亦有研究表明,酿酒用高粱中蛋白质含量与出酒率呈显著正相关(P<0.05)[14],但蛋白质含量过高,氨基酸则会生成较多的杂醇油,从而影响酒体的品质[15]

1.3 氨基酸

高粱籽粒中氨基酸的含量约为5%,主要氨基酸为亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸等。 在酿酒过程中,氨基酸是微生物生长繁殖必需的氮源,同时也是产香、产生甜味物质的前体物质[16-17],亮氨酸是杂醇油(异戊醇)的前体物质。向罗等[18]研究了不同质量浓度的外源氨基酸对液态法发酵白酒品质的影响,研究发现合理添加氨基酸,可明显提高液态发酵法白酒酒精、总酸、总酯的含量,有效调节高级醇产生。庄名扬[19]在研究中发现,白酒酒醅中天冬氨酸和谷氨酸等物质在发酵过程中,会与酒醅里的还原糖发生美拉德反应,从而产生呋喃、吡咯和吡嗪等物质,然而这些物质都是白酒中重要的微量风味物质。与此同时,成婷等[20]研究了氨基酸对酿造过程中高级醇生成的影响,苏氨酸的添加导致正丙醇、异丁醇、异戊醇和苯乙醇生成量显著降低,活性戊醇的生成量显著提高。氨基酸作为微生物必需的氮源及风味前体,通过直接参与发酵生成高级醇、酯类等风味物质,驱动美拉德反应产生呋喃等微量组分,共同塑造白酒的香气、口感和风味复杂度,其种类与含量显著调控白酒品质。

1.4 脂肪

脂肪在高粱中的含量较低,约为2%~6%,但其对白酒品质影响较大[21]。脂肪是高粱所含物质成分中最易氧化的物质,在酿酒蒸煮过程中,脂肪氧化降解形成二烯醛、β-烯醛、内酯、烷基呋喃、短链脂肪酸等风味活性物质并进入酒体[22];在整个酿造过程中,也会产生高级脂肪酸、有机酸,如油酸、亚油酸、棕榈酸等,赋予酒体独特香味。

研究表明,高粱中脂肪含量对白酒发酵过程及酒体品质具有显著影响。 蒋英丽等[23]指出,高粱籽粒脂肪分解产生的脂肪酸和有机酸不仅可以作为酯类化合物的前体合成风味化合物,而且分解代谢还会产生一些醛类和酮类物质,使酱香型白酒的风味更加丰富。但过量脂肪会引发多重负面效应:首先加速发酵体系产酸速率,导致酸度过高从而抑制微生物代谢活性,致使发酵效率降低约12%~15%;其次,脂肪降解产生的低分子醛酮类物质易引发酒体劣变;此外,高级脂肪酸酯(油酸乙酯、棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯)含量增加会显著提升酒体浊度[24]。 郭旭凯等[25]研究发现,脂肪含量与出酒率无显著相关性(P>0.05),但对酒体风味物质构成具有调控作用。研究推测其机理可能与脂肪通过调节微生物群落结构影响代谢产物分布有关,并提出脂肪与单宁存在协同效应——当二者保持适宜比例(约2.5∶1)且含量处于特定区间[脂肪(4.0±0.2)%、单宁(1.6±0.1)%]时,可显著改善酯化反应效率,促进呈香物质生成,进而提升白酒感官品质。 该研究同时强调,单纯降低脂肪含量并不利于品质优化,需注重脂肪-单宁体系的动态平衡。

1.5 单宁

在白酒酿造体系中,单宁既是重要的风味前体物质,亦是发酵进程的关键调控因子。单宁通过微生物代谢产生的酚类衍生物(如香草醛、4-乙基愈创木酚等)是构成白酒特征香气的重要呈香前体物质[26]。 值得注意的是,单宁对发酵微生物的调控作用具有显著浓度依赖性:当质量分数达2.0%时,可显著抑制黑曲霉(Aspergillus niger)等主要酿造真菌的菌丝生长速率(抑制率>65%);含量升至5.0%时则完全阻滞真菌增殖。 基于此,酿酒原料中单宁含量控制成为工艺优化的关键参数,适宜单宁含量(0.5%~1.5%)具有双向调控功能:既可选择性抑制芽孢杆菌等杂菌(抑制效率达32%~47%),又能通过酯化/氧化反应生成苯乙醇酯类等风味物质,使酒体呈现典型醇香特征。 但需警惕过量风险,蒋兰[27]通过感官评价结合高效液相色谱(high performance liquid chromatogram,HPLC)法分析发现,单宁含量>3.0%时会导致酒样中没食子酸等苦涩物质积累(增幅达215%),并显著降低己酸乙酯等有益酯类含量(P<0.05)。该研究进一步揭示,高粱中单宁的含量范围在0.5%~1.5%间适宜用来酿造白酒,与其分子螯合特性密切相关,通过络合金属离子干扰杂菌酶活性,同时为酵母代谢提供适度的氧化应激刺激。

单宁不仅影响基酒的产量,也影响着基酒的质量。 研究表明,单宁质量分数与出酒率及优质酒产出概率呈现非线性关联:当单宁质量分数≤1%时,出酒率与优质酒概率均处于较低水平;当质量分数提升至1%~1.2%时,两者均呈现显著提升趋势;而当质量分数≥1.3%时,虽出酒率有所下降,但优质酒概率实现指数级增长,显示出明显的阈值效应[28]。作为典型的多酚类化合物,单宁在酿造体系中表现出双重生物活性调控功能:其抑菌特性通过选择性抑制杂菌生长优化发酵微生态,从而提升出酒效率,同时作为前体物质,经微生物代谢转化生成丁香酸、丁香醛等芳香族化合物,这些特征性风味物质赋予中国白酒特有的色泽、香气与味觉层次[29-30]

1.6 多酚类物质

白酒酿造用高粱中存在多酚类物质,经过酒体后赋予白酒特殊的香气和味道,影响白酒的口感和风格,增加风味层次感,同时还具有抗氧化的作用。酚酸是酚类化合物,包括原儿茶酸、对香豆酸、咖啡酸、阿魏酸等,是食品中主要抗氧化物质的来源,其组成及含量对抗氧化活性起着决定性作用[31]。有研究报道,酚酸对冠心病、糖尿病、高血脂、痛风等都有一定的预防作用。因此,对白酒酿造原辅料中的酚酸进行定量有助于监控白酒的质量,提升白酒的品质[32]

高粱是含原花青素较多的谷类作物。黄朝晖等[33]研究结果表明:不同产地的高粱样品中总原花青素含量差异较大,以云贵川三省比较高,约占1.06%~4.00%。 原花青素是由黄酮类前体物黄烷-3-醇和黄烷-3,4-二醇二者聚合衍生的一大类多酚物质。 现代药理学研究表明,原花青素具有抗氧化、清除自由基活性、保护心血管、保护细胞、抗肿瘤活性、促进伤口愈合和组织修复活性、酶抑制活性、抗致突变活性、抗辐射活性、保健皮肤、减肥等诸多生理功能[34-37]

1.7 无机元素

白酒中的无机元素主要来源于原辅料及生产过程中发生的迁移现象,酿造高粱中的无机元素对白酒品质有着重要影响。高粱中的无机元素是多种微生物所必需的营养成分,是发酵过程中酶系的重要组成成分。此外,多种金属元素可以中和酒体杂味,其中钾元素与酒质的关系最为突出,可以使酒体更加老练,增加酒体醇厚感、甜度感;铜离子可以除新酒气,增加酒的老练感及酒体涩味;钠离子对酒体口感有不良影响,使得酒体香气变差,欠爽净;镁离子会造成酒体苦涩感;多种金属元素还作为催化剂,促进风味物质的形成,加快酒体老熟,提升酒体品质[38]。若含钙、镁盐过多,会引起酒沉淀并产生苦味;水中含铁过多使酒带铁腥味;铜离子过高时酒会显蓝色;氯离子浓度过高呈咸味;铜离子、锌离子过量时,具有收敛性苦味[39]

1.8 香气物质

高粱的香气活性物质较多,以酯类、醛类和酮类为主[40]。高粱中的香气物质对白酒风味的影响,一方面在蒸煮和发酵过程中会直接进入酒体,为白酒带来独特的香气;另一方面在发酵过程中香气物质可以转化为新的风味物质或其他风味物质的前体物质[41]。有研究者采用液液萃取结合气相色谱-质谱技术从酿酒高粱中检出37种挥发性风味物质,醛类15种、酮类4种、醇类8种、酯类6种、环类化合物3种,酸类1种;相对含量较高的化合物有2-庚烯醛(19.71%)、己醛(16.08%)、(Z)-2-癸烯醛(8.57%)和2-戊基呋喃(6.04%),同时还检出壬醛、1-辛烯-3-醇、γ-壬内酯等香气阈值较低的化合物[42]。有学者利用同时蒸馏萃取结合气相色谱-质谱技术分别对南北两个地区4种高粱的蒸煮香气及其特征风味物质进行分析,结果发现南方地区高粱蒸煮香气成分种类较北方高粱更加丰富,4-乙基愈创木酚、正己酸乙酯、壬醛被认为是南方地区高粱的特征风味物质(香气活度值>1),南方高粱在特征风味物质以及香气成分种类和含量上与白酒酿造所需风味物质更加契合[43]。 此外,高粱中的有机酸含量对白酒酿造过程中的微生物生长有重要调控作用,主要体现在提供碳源、调节pH、影响微生物的代谢途径、抑制有害微生物生长等方面。 如乙酸、乳酸等,可以被微生物分解利用,为微生物的生长提供能量和碳骨架,支持微生物的代谢活动;乳酸可以被乳酸菌代谢产生乳酸乙酯等风味物质,而乙酸则可以被醋酸菌代谢产生醋酸等风味物质;高粱中的有机酸含量和种类会影响微生物的代谢途径选择,进而影响白酒的风味和品质。

1.9 氰化物

氰化物为剧毒物质,可经呼吸道、消化道及皮肤等途径进入人体,中毒者轻则流涎、呕吐、腹泻,严重时可导致呼吸困难、全身抽搐、昏迷、甚至死亡[44-45]。氰化物是白酒中一类具有直接和间接潜在安全风险的内源性危害物,其监测与控制是白酒品质安全研究的重点。高粱原料可能是白酒酿造过程中氰化物主要的来源[46]

在清香型白酒生产中,高粱种类对白酒中氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)的含量影响极大,其中氰化物是主要的影响因素。有研究表明,白酒中EC与高粱中氰化物具有显著相关性(P<0.05),大茬酒EC含量的变异中有91.77%是由氰化物引起的,二茬酒EC含量的变异中有67.46%是由氰化物引起的[9]。 通过研究馏分酒中EC含量发现,在蒸馏过程中氰化物是EC生成的重要前体[47];也有研究表明白酒在储存时同样产生了大量EC,氰化物是贮存过程中生成EC的主要前体物质[48]。周韩玲等[6]研究发现,高粱中氰化物含量越少,白酒中氰化物含量越低,高粱中氰化物是导致白酒中EC产生的主要因素。 此外,在白酒酿造过程中,高粱籽粒中的蜀黍氰苷经β-葡萄糖苷酶酶解或高温裂解也会生成氰化物,由于氰化物的沸点较低,在蒸酒过程中极易进入到酒体中。研究酿酒高粱中蜀黍氰苷含量对于控制白酒中氰化物、EC含量具有重要意义。

2 酿酒高粱化学成分的检测方法

酿酒高粱的化学成分种类多,针对各化学成分含量的检测存在多种检测方法。 总的来说,这些检测技术可分为化学分析法和仪器分析法两大类,两者具有各自的特点与优势,可根据特定的分析需求选择合适的检测方法。

2.1 化学分析法

化学分析法主要基于特定化学反应及其计量关系进行定量检测。其核心优势在于原理直观、设备相对简单、成本较低,且在标准条件下具有较高的准确度,通过滴定、沉淀、显色等手段对高粱中的主要成分进行定量测定。如基于淀粉的水解反应进行总淀粉含量的测定,基于碘显色反应通过双波长分光光度法测定直/支链淀粉的含量[49];蛋白质分析中,用凯氏定氮法测定总蛋白含量,双缩脲比色法用于可溶性蛋白质的快速筛查;索氏提取法测定游离脂肪的含量,酸水解法则用于测定总脂肪的含量;利用与金属离子(如Fe3+)的络合显色反应进行单宁的比色定量(如香草醛法);福林酚比色法(基于磷钼钨酸还原显色)用于总酚含量的测定;氰化物经氯胺T衍生为氯化氰后进行比色或滴定定量等[50]。但化学分析方法存在显著的局限性:操作繁琐耗时,常涉及消解、水解、萃取等复杂前处理和多步反应;选择性不足,如凯氏法测定的是总氮而非纯蛋白氮,双缩脲法仅检测长肽链蛋白,比色法测定多酚含量易受还原性物质影响;主要用于总量测定,难以区分蛋白质、单宁、多酚等单体组分。此外,化学分析法常伴随大量化学试剂的使用,存在大量废液污染的风险等。

2.2 仪器分析法

仪器分析法基于目标物的物理或物理化学性质,借助现代精密分析仪器测定样品产生的特定信号(如光谱、色谱峰、质荷比等)进行定性和定量分析。 其优势主要在于:灵敏度高、选择性好、分析速度快、取样少等,尤其适用于微量/痕量成分和复杂基质的分析。 仪器法主要包括色谱法、光谱法、电化学法等。

2.2.1 色谱技术

色谱技术主要有高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)、液相色谱-质谱联用(liquid chromatograph mass spectrometry,LC-MS)、气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)、氨基酸分析仪等。 马桂娟等[51-52]利用HPLC技术实现单体多酚(阿魏酸、原花青素)的准确定量,而LC-MS具有更高选择性和灵敏度,尤其适用于复杂基质中痕量目标物的鉴定与定量。GC-MS主要适用于高粱中挥发性/半挥发性香气物质的分析检测,常与顶空固相微萃取等富集技术联用,如陈双等[53]基于瓶内蒸煮结合顶空固相微萃取与GC-MS技术在蒸熟高粱中鉴定出46种挥发性香气成分;吕佳慧等[54]采用C18固相萃取小柱吸附前体物质,酸水解释放风味物质,从高粱中鉴定出21种结合态香气物质,为高粱对白酒的风味贡献研究提供了新思路。此外,通过全自动氨基酸分析仪(茚三酮柱后衍生离子交换色谱仪)可实现17种氨基酸的含量测定,可用于粮食不同产地及品种的品质差异研究[55]

2.2.2 光谱技术

光谱技术主要有紫外-可见分光光度法、原子光谱、全自动脂肪测定仪等。 紫外-可见分光光度法常作为化学显色反应(如蛋白质双缩脲、单宁络合等)的定量检测手段。原子光谱主要用于无机元素分析,常用的检测方法有电感耦合等离子体-原子发射光谱法(electron coupled plasmaatomic emission spectrometry,ICP-AES)、电感耦合等离子体-质谱法(inductively coupled plasma-mass spectrometry,ICP-MS)、原子吸收分光光度法(atomic absorption spectrophotometry,AAS)等,其中AAS难以满足多元素同步分析需求;ICP-AES对超痕量元素检测灵敏度不足;ICP-MS灵敏度最高,适用于痕量或超痕量元素的测定,但易受基体效应和多原子离子干扰,需复杂校正流程。

近年来,一些新兴光谱技术(高光谱、近红外、太赫兹等)逐渐被引入到高粱化学成分的检测领域,如近红外光谱已被广泛用于高粱中直/支链淀粉[56]、蛋白质[57]、单宁[58]等含量的快速、无损测定,该方法具有高通量潜力,但易受样品黏度、密度等物理性质及仪器环境的散射信号、基底噪声等的干扰,需通过适当的预处理,提高待测组分与图谱的相关性,建立稳健的校正模型。对于混合样本(如不同品种高粱),将高光谱成像技术与算法优化相融合,可大大提高高粱中淀粉[59]、单宁[60]等成分含量的预测效率。 此外,张卓勇等[61]突破传统流程限制,将太赫兹光谱技术用于粮食中L-谷氨酸含量的无损快速检测,为粮食中氨基酸的快速准确定量提供了新方向。

2.2.3 电化学方法

电化学方法主要是利用物质的电化学性质,基于目标物在电极上的氧化还原反应或修饰电极的特异性识别进行含量测定,在高粱成分检测中也有一定应用。王艳等[62]利用普鲁兰酶可水解直链淀粉中α-1,6糖苷键的特性建立了一种快速定量稻米中直链淀粉含量的电化学检测方法。周彬彬等[63]结合分子探针和光谱技术,以萘酰胺重氮苯骨架,基于CN与水杨醛特异性识别后产生的电荷转移效应而引起的吸收光谱移动与颜色变化实现氰化物的精准定量,为新型检测策略开发提供了新方向。总体而言,电化学法具有仪器简单、便携的特点,但依赖复杂前处理,在复杂基质中选择性和准确性有待提高,易受物理性质干扰。

综上,化学分析方法与仪器分析方法构成了酿酒高粱化学成分检测的互补体系。 化学法具备设备简单、准确度高、成本低的优势,但流程繁琐且灵敏度受限。仪器法具有高灵敏、取样少、分析速度快等特点,但依赖复杂前处理与高成本维护。当前高光谱、近红外、太赫兹等无损检测技术也被引入高粱化学成分检测领域,将在高通量筛选和品质控制中扮演更重要的角色,但由于技术尚未完全成熟,其在实际应用中仍存在一定的局限性,模型稳健性和适用性范围是其持续优化的重点。化学法和仪器法在检测精度和效率上形成互补,在实际的研究工作中可根据检测目标、样品特性及实验条件灵活选择,未来技术发展将朝着无损快检、高灵敏度与特异性、多技术联用、自动化、智能化的方向发展。此外,还应关注分子结构与功能之间的相关性,逐渐从单纯的化学成分含量测定向深入表征分子结构(如淀粉链长分布、蛋白质组学、多酚/单宁聚合度与结构)转变,深入探究高粱化学成分与酿酒工艺特性与最终酒质之间的关联性,为酿造工艺的优化和白酒质量的提升提供坚实基础。

3 高粱中化学成分对酒质的影响

3.1 对出酒率的影响

高粱中淀粉和蛋白质的含量与出酒率呈正相关[64];淀粉中的直链淀粉和支链淀粉的比例会影响高粱的发酵性能;高粱中适量的多酚可以抑制一些有害微生物的生长,有助于白酒的发酵过程, 但多酚含量过高, 会钝化淀粉酶,增加糟醅黏度,影响发酵过程,降低出酒率;高粱中的氰化物在发酵过程中可能会抑制一些微生物的生长进而影响发酵过程。

3.2 对白酒风味的影响

高粱中蛋白质、氨基酸、脂肪、单宁、多酚等在发酵过程中会发生一系列化学反应产生酮类、醛类、醇类、酸类等风味物质,赋予白酒独特的香味,但有些成分含量过高反而会引起消极作用,例如脂肪含量高易导致酿造过程中脂肪酸氧化分解,产生不悦的酸败气味;单宁、多酚含量过高时,会使白酒带有苦涩味,此外氰化物的存在也会使白酒带有苦涩味,影响口感。 高粱中的香气物质主要以游离态和结合态两种形式存在[65],游离态香气物质通常是易挥发的小分子化合物,如壬醛、β-苯乙醇、反-2-辛烯醛等,在发酵过程中直接进入酒体,影响白酒的风味品质;而结合态的香气物质是风味物质前体物,在发酵过程中经热、酸或酶作用释放形成游离态风味成分进入酒体。

3.3 对白酒质量安全的影响

高粱作为重要的酿酒原料,其安全性问题值得高度关注。高粱中含有的氰苷类物质在发酵过程中可水解生成游离氰化物(如氢氰酸)。 尤为关键的是,这些氰化物在乙醇存在的条件下,可发生化学反应生成氨基甲酸乙酯(ethyl carbonate,EC)。 EC被国际癌症研究机构归类为2A类(很可能对人类致癌)致癌物,长期通过膳食暴露摄入,被证实与肝癌、肺癌等恶性肿瘤发病风险的增加存在关联[66]。 此外,氰化物本身即具有显著的急性毒性,可抑制细胞呼吸,对人体健康构成直接威胁,不当摄入可能引发中毒反应。另一方面,高粱在生长过程中可能从土壤或环境中富集铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)等重金属污染物[67]。 这些重金属具有慢性毒性和潜在的生物累积效应,可对人体多个系统(如神经、肾脏)造成损害。 因此,为确保以高粱为原料酿造的酒类产品的食用安全,必须对原料中氰化物的含量及其向EC转化的风险进行严格监控,并确保铅、汞、镉等重金属污染物的含量严格控制在国家食品安全标准规定的安全限量范围之内。

高粱中的化学成分对白酒品质的影响详见图1。由图1可知,高粱的化学成分是决定白酒品质的核心因素,其影响主要体现在:高粱中淀粉(含量>60%)的含量、结构及糊化特性直接影响白酒的出酒率及酒精生成效率,是酒体的基础;高粱中的蛋白质与氨基酸提供酵母生长所需氮源,在发酵和蒸馏过程中生成白酒的关键香气物质,赋予白酒复杂醇厚的风味特征;高粱中的单宁具有双重作用,可以抑制杂菌生长以保障发酵纯净, 在酿造过程中可转化为芳香化合物,贡献独特香气和醇厚感,过量则可能导致苦涩味;高粱中的脂肪参与白酒的香气物质生成,无机元素作为酶激活剂,影响发酵效率和微生物代谢。

图1 高粱化学成分对白酒品质的影响关系
Fig.1 Effect relationship of chemical components of sorghum on Baijiu quality

4 展望

高粱作为酿酒的关键原料,白酒企业始终致力于探索和研究如何筛选更为优质、安全的高粱这一重要课题。不同品种的高粱,其营养成分存在较大差异,单一品种的高粱难以契合生产需求。 白酒香型丰富多样,各香型白酒在酿造工艺上的差异从根本上决定了其对高粱种类和品质的不同需求,因此必须依据自身产品特色和生产工艺来筛选适宜的酿酒高粱,或是确定合适比例的混合高粱。同时,选取适宜的检测方法对高粱品质进行有效评估也尤为重要,这是保障白酒品质和自身特色的关键步骤。当前,针对不同品质高粱的酿酒性能已有一些研究成果,但大多局限于实验室范围,这主要是由于白酒酿造过程的复杂性,在实际生产过程中,工艺参数、发酵容器、气候等诸多因素都会对白酒的产量和质量产生影响,所以有关酿酒高粱特性与白酒品质的相关性研究最终还须立足于生产车间,在深入开展理论基础研究的同时,结合实际生产的结果,适当调整工艺参数,在生产过程中实现对白酒品质的有效调控,最终推动中国白酒酿造技术的创新发展与品质提升。

参考文献:

[1]牛姣,沈毅,张贵虎,等.白酒酿造原料与酒体品质关系的研究进展[J].食品与发酵工业,2023,49(3):322-328.

[2]罗宇翔,穆彪,陈娟,等.茅台酒用有机高粱产量和品质与原料基地气象条件的关系[J].西南师范大学学报:自然科学版,2011,36(5):119-164.

[3]邓青维.酱香型酒用糯高粱研究进展[J].中小企业管理与科技,2019(21):183,185.

[4]丁延庆,周棱波,汪灿,等.酱香型酒用糯高粱研究进展[J].生物技术通报,2019,35(5):28-34.

[5]程度,曹建兰,王珂佳,等.高粱对酱香型白酒品质影响的研究进展[J].食品科学,2022,43(7):356-364.

[6]周韩玲,安明哲,赵东,等.高粱中蜀黍氰苷与浓香型白酒中氰化物及氨基甲酸乙酯关系的研究[J].中国酿造,2022,41(10):25-29.

[7]VETTER.Plant cyanogenic glycosides[J].Toxicon,2000,38(1):11-36.

[8]FRANCISCO I A,PIMENTA P M H.Cyanogenic glycosides in plants[J].Brazil Arch Biol Technol,2000,43(5):487-492.

[9]刘迪,吕高奇,杨磊,等.高粱与清香型白酒中氨基甲酸乙酯含量的关系[J].中国酿造,2024,43(6):108-114.

[10]蒋力力,尹艳艳,杨军林,等.酿酒原料高粱对白酒品质影响的研究进展[J].中国酿造,2022,41(8):6-11.

[11]史琳铭,杜艳红,聂建光,等.不同品种高粱理化品质与清茬大曲白酒风味品质的相关性研究[J].食品工业科技,2024,46(2):231-238.

[12]蒋英丽,沈毅,程伟,等.不同品种高粱应用于酱香型白酒的生产研究[J].食品与发酵工业,2023,49(13):93-99.

[13]王建成,孔茂竹,谭冬,等.不同酿酒高粱理化性质及其酿造特性的对比研究[J].酿酒科技,2022(12):24-31.

[14]田新惠,唐玉明,任道群,等.酿酒高粱蛋白提取工艺优化及其亚基组成分析[J].食品工业,2018,39(3):48-51.

[15]盖得辰.蛋白质含量对高粱白酒品质的影响[D].太原:山西大学,2024.

[16]王程惠.黔地高粱品种对白酒酿造品质表达的研究[D].贵阳:贵州大学,2024.

[17]程度,曹建兰,王珂佳,等.高粱对酱香型白酒品质影响的研究进展[J].食品科学,2022,43(7):356-364.

[18]向罗,蒲叶,廖永红.外源氨基酸对液态发酵法白酒风味品质的影响[J].中国酿造,2024,43(4):74-80.

[19]庄名扬.白酒生产中的美拉德反应与工艺调控[J].酿酒科技,2010(4):56-58.

[20]成婷,邢爽,刘治国,等.关键氨基酸对酿酒酵母高级醇代谢的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(16):16-22.

[21]刘涵,敖宗华,王明,等.酿酒高粱的研究进展[J].酿酒科技,2016(6):105-107.

[22]张雪梅,张玲,高飞虎,等.重庆主栽酿酒糯高粱的品质特性[J].食品与发酵工业,2016,42(3):177-181,187.

[23]蒋英丽,沈毅,程伟,等.不同品种高粱应用于酱香型白酒的生产研究[J].食品与发酵工业,2023,49(13):93-99.

[24]袁蕊,敖宗华,丁海龙,等.高粱中脂肪酸和低分子有机酸气相色谱测定[J].酿酒,2011,38(4):42-43.

[25]郭旭凯,杨玲,张福耀,等.高粱子粒理化特性与清香型大曲白酒酿造关系的研究[J].中国酿造,2016,35(12):40-43.

[26]刘聪.山西老陈醋醋醅中微生物多样性分析及高粱单宁对真菌生长的影响[D].太原:山西大学,2019

[27]蒋兰.酿酒高粱淀粉含量测定及性质研究[D].重庆:重庆大学,2013.

[28]季树太,王佐民,郭书刚.酿酒高粱研究刍议[J].酿酒,2019,46(2):28-30.

[29]袁蕊,敖宗华,刘小刚,等.南北方几种高粱酿酒品质分析[J].酿酒科技,2011(12):33-36.

[30]李静心,刘虎军,程中亮,等.高粱营养品质对浓香型白酒酿造品质的影响[J].中国酿造,2025,44(4):41-48.

[31]陈林林,杨茜瑶,王玲,等.加工技术对食品中酚酸含量及抗氧化活性影响研究进展[J].中国调味品,2023,48(2):205-212.

[32]骆茂香,刘磊,陈雯,等.UPLC-MS/MS法测定酱香型白酒原辅料中非挥发性酚酸[J].食品安全导刊,2023(27):118-121,125.

[33]黄朝晖,陆平,孟宪军,等.不同产地高粱的原花青素含量测定及其抗氧化活性分析[J].食品工业科技,2008(9):140-142,144.

[34]赵万洲,陆茵,闫新琦,等.葡萄籽原花青素抗促癌作用的实验研究[J].中草药,2000,31(12):917-920.

[35]陆茵,孙志广,赵万洲,等.原花青素抗促癌物诱发H2O2释放及脂质过氧化[J].中国药理学通报,2001,17(5):562-565.

[36]BITO T,ROY S,SEN C K,et al.Pine bark extract pycnogenol downregulates IFN-gamma-induced adhesion of T cells to human keratinocytes by inhibiting inducible ICAM-1 expression[J].Free Rad Biol Med,2000,28(2):219-227.

[37]严玉霞,蒋建伟,林春兰,等.松树皮原花素的抗辐射作用[J].中国病理生理杂志,2002(7):102-104.

[38]贺叶琴,王兰,王茜,等.金属元素在汾酒中的作用及应用研究[J].食品科学,2009,30(11):124-130.

[39]张国强.水质对白酒的影响[J].酿酒,2005,32(4):1-4.

[40]吴幼茹,刘诗宇,樊晓璐,等.GC-O-MS分析5种酿酒原料中蒸煮香气成分[J].食品科学,2016,37(24):94-98.

[41]LIU C,FENG S,WU Q,et al.Raw material regulates flavor formation via driving microbiota in chinese liquor fermentation[J].Front Microbiol,2019,10:1520.

[42]胡娇,李松柏,宋廷富,等.液液萃取结合气质联用技术分析酿酒高粱中的香气成分[J].中国酿造,2024,43(7):229-232.

[43]扎西尼玛,马振兵,王永轶,等.同时蒸馏萃取结合GC-MS分析南北地区高粱蒸煮香气成分[J].中国酿造,2024,43(5):249-254.

[44]ODOEMELAM C S,PERCIVAL B,AHMAD Z,et al.Characterization of yellow root cassava and food products: Investigation of cyanide and β-carotene concentrations[J].BMC Res Notes,2020,13(1):333-337.

[45]KIRMAN C R,BELKNAP A M,WEBSTER A F,et al.Biomonitoring equivalents for cyanide[J].Regulat Toxicol Pharmacol,2018,97:71-81.

[46]朱晓春.白酒酿造过程中氰化物的含量分布规律研究[D].无锡:江南大学,2022.

[47]张庄英.白酒蒸馏和贮存过程中氨基甲酸乙酯的研究[D].无锡:江南大学,2014.

[48]高晓娟,王凤仙,李文硕,等.清香型白酒贮存过程中氨基甲酸乙酯变化研究[J].酿酒,2020,47(6):90-93.

[49]刘襄河,郑丽璇,郑丽勉,等.双波长法测定常用淀粉原料中直链淀粉、支链淀粉及总淀粉含量[J].广东农业科学,2013,40(18):97-100.

[50]刘诗宇,吴幼茹,付跃,等.顶空气相色谱法筛选低含量氰化物酿酒原料的研究[J].中国酿造,2016,35(10):157-161.

[51]马桂娟,朱燕燕.固相萃取HPLC法测定保健食品中的阿魏酸含量[J].吉林农业,2017(18):66-67.

[52]汪玉玲,陈星蓉,陆婷婷,等.保健品中原花青素含量检测方法的比较研究[J].检验检疫学刊,2019,29(3):9-14.

[53]陈双,陈华蓉,吴群,等.应用顶空固相微萃取-气相色谱质谱技术解析酿造用高粱蒸煮挥发性香气成分[J].食品与发酵工业,2017,43(4):201-207.

[54]吕佳慧,范文来,徐岩.基于酸水解法酿酒糯高粱与粳高粱结合态香气研究[J].食品与机械,2017,33(3):13-16,26.

[55]戚鹏飞,王月玲,邵长春,等.中药白扁豆氨基酸含量测定及主成分分析[J].甘肃中医药大学学报,2024,41(6):27-34.

[56]张北举,陈松树,李魁印,等.基于近红外光谱的高粱籽粒直链淀粉、支链淀粉含量检测模型的构建与应用[J].中国农业科学,2022,55(1):26-35.

[57]张华瑜,潘永东,柳小宁,等.利用近红外谷物分析仪快速检测青稞粗蛋白质含量研究[J].甘肃农业科技,2020(1):33-36.

[58]赵瑾熠,陈争光,衣淑娟.基于近红外光谱与高斯过程的高粱单宁含量快速检测[J].分析化学,2024,52(7):1028-1038.

[59]补友华,姜鑫娜,田建平,等.高光谱结合优化算法的多品种高粱混合的淀粉含量检测[J].中国粮油学报,2022,37(11):236-244.

[60]ZHANG J,LEI Y,HE L,et al.The rapid detection of the tannin content of grains based on hyperspectral imaging technology and chemometrics[J].J Food Compos Anal,2023,123:105604.

[61]张卓勇,陈泽炜.应用太赫兹频域光谱技术检测粮食中氨基酸含量的方法:CN201410648356.6[P].2017-10-20.

[62]王艳,程美佳,孙立瑞,等.纳米金普鲁兰酶生物传感器检测稻米中直链淀粉含量[J].分析试验室,2025,44(5):705-711.

[63]周彬彬,张继红,王芳斌,等.可视化分子探针的设计、合成及其对食品中氰化物的检测[J].食品科学,2017,38(12):304-309.

[64]蒋英丽,沈毅,程伟,等.不同品种高粱应用于酱香型白酒的生产研究[J].食品与发酵工业,2023,49(13):93-99.

[65]杨玉波,倪德让,林琳,等.高粱蒸煮风味物质香气活力研究[J].食品与发酵工业,2018,44(5):222-226.

[66]胡江涛,周钰人,牟薏,等.饮料酒中氨基甲酸乙酯的来源、检测及消减措施的研究现状[J].中国酿造,2025,44(9):8-13.

[67]杨应增,姜秀芳,郑豪,等.重金属胁迫对酒用高粱品种红缨子种子萌发的影响[J].种子科技,2024,42(15):13-19,42.

Research progress on the effect of sorghum chemical components on Baijiu quality and detection technology

LI Xianzhi,MAO Qiongli,NING Zhenzhen,YAN Ling,LIU Yang,SHI Hao,ZHU Yan,HU Yang,LI Qiang,YANG Qiang
(Jing Brand Co.,Ltd.,Huangshi 435100,China)

Abstract:Sorghum,as a primary raw material for Baijiu brewing,its nutritional components and brewing properties directly affect the yield and quality of Baijiu.To clarify the chemical composition of sorghum and its correlation with Baijiu quality, the chemical composition of sorghum, including starch, protein, amino acids, fats, tannins, polyphenols, inorganic elements, aromatic compounds, and cyanides was mainly reviewed.The detection methods of chemical composition for sorghums were categorized into two major categories:chemical analysis and instrumental analysis method,and the effect of chemical components of sorghum on liquor yield,flavor,quality and safety of Baijiu were deeply discussed.The aim of this study was to provide a technical foundation for the analysis,monitoring,and application of sorghum's chemical components,as well as to offer valuable references for the selection and optimization of raw materials in the Baijiu industry, the selection of accurate and efficient sorghum component detection techniques,and the assurance of Baijiu quality.

Key words:sorghum;Baijiu brewing;nutritional component;aroma component;detection technology

中图分类号:TS262.3

文章编号:0254-5071(2026)01-0021-07

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.01.004

引文格式:李先芝,毛琼丽,宁珍珍,等.高粱化学成分对白酒品质的影响与检测技术研究进展[J].中国酿造,2026,45(1):21-27.

收稿日期:2025-03-05

修回日期:2025-05-30

基金项目:湖北省自然科学基金黄石创新发展联合基金(2024AFD022)

作者简介:李先芝(1978-),女,正高级工程师,硕士,研究方向为质量控制。