白酒作为世界6大蒸馏酒之一，其独特的固态发酵工艺构成区别于其他酒类的核心魅力。酒曲作为白酒酿造体系中关键原料之一，直接影响基酒品质[1]。酒曲中富含的多种微生物、水解酶和风味化合物，使其在白酒发酵过程中发挥糖化、发酵和生香功能[2]，酒曲的品质直接决定基酒产量、质量与风格[3]。
酱香型白酒以其“酱香突出、幽雅细腻、酒体醇厚、回味悠长”的独特风格而闻名[4-5]。这一风格的形成与其采用的高温大曲密切相关[6]。高温大曲以小麦为原料，经粉碎、加水拌料、踩制成形、入仓发酵、出仓储藏成熟等工艺制成[7]。曲块入仓后会经历长达40 d的高温发酵历程，并经历“入仓、一次翻曲、二次翻曲、出仓”等关键工序节点[8-9]。在此过程中，大量风味化合物和水解酶通过微生物代谢持续生成、积累并转化[10]，同时高温环境促进美拉德反应、氨基酸热解等复杂反应，生成吡嗪、呋喃等丰富的酱香前体物质[11-12]。出仓后的曲块还需经至少半年的陈化存储，使其微生物与酶的构成趋于稳定，风味进一步成熟[13]。由此可见，从原料到成品曲的每个环节均影响高温大曲品质。
由于高温大曲生产工艺复杂，其发酵过程易受诸多因素影响，包括生产环境、气候条件、发酵工艺、原料种类等[14-15]。作为高温大曲的唯一原料，小麦品质无疑是决定大曲品质的重要因素[6]。小麦主要成分包括蛋白质、淀粉和脂质等[6]，其中蛋白质能够在微生物和酶的作用下降解为氨基酸，进而参与美拉德反应，是酱香风味物质的重要来源[16]；淀粉作为微生物生长代谢的主要能量物质，其含量与结构显著影响大曲的发酵力[17]。此外，水分、容重与硬度等物理指标对制曲过程也存在显著影响[18-19]。小麦硬度指数过高，制曲时会导致曲块较紧；小麦硬度过低，则曲块软且不易保存水分[20-21]。而不同品种的小麦，其化学成分与物理特性存在天然差异，这种差异会通过影响制曲微生物群落及生化反应路径影响大曲品质[21]。
本研究通过检测9个品种小麦理化指标，利用主成分分析（principal component analysis，PCA）与聚类分析进行品质区分；采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）技术检测不同品种小麦及其制曲过程（包括入仓、一次翻曲、二次翻曲、出仓4个关键节点）中的挥发性风味化合物动态变化，检测出仓大曲理化指标，通过多元统计分析揭示小麦品质与大曲品质的内在联系，旨在探究不同小麦品种所制大曲的品质特征，并为酱香型白酒企业优选制曲小麦品种提供科学的数据支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
郑麦518、郑麦820、郑麦827、郑麦828、郑麦821、郑麦824、郑麦829、郑麦825、郑麦113（编号分别为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9）均采集自河南省，常温储存，于5 d内检测完毕。
高温大曲样品分别在大曲发酵过程的第0、8、16、40天采集（即入仓阶段、一次翻曲阶段、二次翻曲阶段和出仓阶段）。每次采样均从曲房的上、中、下层随机抽取9个平行样品进行粉碎混合，粉碎样本保存在 -80 ℃冰箱中，5 d内检测完毕。具体样品编号见表1。
表1 样品编号信息
Table1 Sample coding information
M3RM3YM3EM3CM3 M6RM6YM6EM6CM6 M7RM7YM7EM7CM7小麦样品入仓阶段一次翻曲阶段二次翻曲阶段出仓阶段M1RM1YM1EM1CM1 M2RM2YM2EM2CM2 M4RM4YM4EM4CM4 M5RM5YM5EM5CM5 M8RM8YM8EM8CM8 M9RM9YM9EM9CM9
甲醇、2-辛醇（均为色谱纯）、无水乙醇、氢氧化钠、盐酸、碘、碘化钾、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、无水乙醚、石油醚（均为分析纯） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
1.2 仪器与设备
FT-660全自动索氏提取仪 广州格丹纳仪器有限公司；HH.S11.8数显恒温水浴锅 江苏金怡仪器科技有限公司；UV-2600i紫外-可见分光光度计 岛津仪器（苏州）有限公司；101-3ES电热鼓风干燥箱 北京市永光明医疗仪器有限公司；K06A全自动凯氏定氮仪、X20A自动消化装置 上海晟声自动化分析仪器有限公司；HGT-1000A容重器 上海东方衡器有限公司；7890A GC-MS仪 安捷伦科技（中国）有限公司；JYDX100×40小麦硬度指数测定仪 杭州大吉光电仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 理化品质指标测定
小麦直链淀粉和支链淀粉含量测定：采用双波长比色法[22-23]；蛋白质含量测定：参考GB 5009.5—2025《食品 安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法；硬度指数测定：参考GB/T 21304—2007《小麦硬度测定硬度指数法》；容重测定：参考GB/T 5498—2013《粮油 检验 容重测定》；水分测定：参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》的恒重法； 大曲的水分含量、酸度与糖化力测定：参考QB/T 4257—2011《酿酒大曲通用分析方法》。
1.3.2 小麦及高温大曲挥发性风味化合物测定
采用HS-SPME-GC-MS法检测小麦及高温大曲挥发性风味化合物。
样品预处理：小麦及大曲样品经粉碎机粉碎并全部过10目样品筛，称取混匀试样0.5 g（精确至0.000 1 g），置于20 mL顶空瓶中，并加入100 μL 1.954 mg/L 2-辛醇，混合均匀密封。将装有样品的顶空进样瓶在60 ℃条件下平衡30 min，而后于60 ℃萃取55 min，并在200 ℃下解吸5 min。
GC条件：CP-Wax 57CB色谱柱（50 m×0.25 mm，0.20 μm），进样口温度200 ℃。升温程序为35 ℃保持8 min，以速率3 ℃/min升至80 ℃，保持1 min，以3 ℃/min 升至140 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升至180 ℃，最后以10 ℃/min升至210 ℃，保持10 min，210 ℃后运行5 min。载气为高纯氦气，流速1 mL/min，不分流进样。
MS条件：电子电离源，接口温度210 ℃，电子能量70 eV，四极杆温度150 ℃，离子源温度230 ℃，扫描范围m/z 30～350。
定性定量分析：与NIST 17谱库比对，采用正反匹配度大于800、点比大于80%的化合物作为初步定性结果，采用内标法进行定量分析。
1.4 数据分析
每组样品重复测定3次，使用Excel 2021软件整理数据，绘制散点图和柱状图。采用联川生物云平台（https://www.omicstudio.cn/home）、OmicStudio Tools（https://www.omicstudio.cn/tool）与SIMCA-P 14.1软件对风味数据进行PCA、偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis，PLS-DA）。
2 结果与分析
2.1 不同品种小麦理化指标及挥发性风味成分差异
2.1.1 不同品种小麦理化指标差异
小麦水分含量直接关系小麦的储藏稳定性与品质安全，若超出标准（GB 1351—2023《小麦》），可能诱发霉变和虫害问题[24]。由图1A可知，9种小麦样品的水分质量分数为8.22%～9.94%，变异系数为6.90%，水分含量均符合GB 1351—2023要求（小于12.50%）。
图1 不同品种小麦品质指标
Fig.1 Quality indicators of different wheat varieties
小麦硬度是其重要的品质指标之一，主要由籽粒硬度相关基因控制，性状表现为胚乳细胞中蛋白质基质和淀粉之间的结合紧密程度[25-26]。硬度不仅决定小麦的磨粉工艺，还对润麦时的加水量、出粉率、面粉颗粒大小以及食品加工特性有着显著影响[27]。由图1B可知，9种小麦硬度指数有较大差异，变异系数为7.93%，其中M4硬度指数最高（60.53%），M8硬度指数最低（46.61%）。硬度指数大于60%为硬质小麦，45%～60%为混合小麦，低于45%为软质小麦[25]。因此，除M4为硬质小麦外，其他样品均为混合小麦，未见软质小麦。研究表明，软质小麦更适于制作饼干及糕点等产品[28]；硬质小麦则更适用于制作面包、面条等食品[29]；而混合小麦作为中间类型，更适配酿酒制曲需求[28]。
小麦容重是小麦的质量与体积的比值，与籽粒饱满程度、胚乳含量相关，容重高的小麦籽粒饱满，胚乳含量高[26,30]。由图1C可知，9种小麦容重变异系数仅为0.53%，波动较小，无显著差异，其中M3容重最高（829.21 g/L），M4最低（815.25 g/L）。所有样品均符合DB52/T 868—2025《酱香型白酒酿酒用小麦》要求（大于750 g/L）。
蛋白质是小麦中含量仅次于淀粉的第2大营养成分，由一个或多个肽链组成，主要存储在小麦胚乳中[26]。在发酵过程中，蛋白质降解生成的氨基化合物是美拉德反应的基础原料，而酱香型白酒的关键香气物质吡嗪类化合物便是美拉德反应产物之一[31]。适中的蛋白质含量为微生物和酶代谢提供重要氮源，有助于微生物的生长和代谢活动[17]。此外，小麦中蛋白质含量越高，小麦粉的筋力与黏度则越大，曲坯也更易成型[32]。由图1D可知，9种小麦蛋白质量分数在11.62～15.13%之间，变异系数9.47%，差异较大。其中M6蛋白质量分数最高（15.13%），其次为M3（14.72%）和M8（13.11%），M2最低（11.62%）。
淀粉是小麦中含量最高的营养物质，质量分数一般在60%～70%之间[33]，淀粉也是白酒生产的基础原料和糖化发酵核心要素[34]。在白酒酿造过程中，淀粉含量越高，微生物生长越旺盛，出酒率越高[17]，但出酒率还与直链/支链比例相关[35]，支链淀粉吸水性强、易糖化，更有利于微生物的生长和繁殖，直链淀粉易老化回生，老化后的直链淀粉性质更稳定，不易被淀粉酶分解，因此含高支链淀粉的谷物是微生物发酵的优质原料[17,36]。由图1E 可知，本研究中小麦淀粉质量分数在65.69%～71.28%之间，变异系数为2.91%，波动较小；但支链淀粉含量变异系数为8.24%，波动明显。其中，M4总淀粉质量分数最高（71.28%），其次为M8（71.02%），且两者支链淀粉点比也较高，分别达60.44%和60.46%。
综上，9种小麦样品的水分、容重等基础指标均符合相关标准，不同品种小麦样品在硬度、蛋白质、支链淀粉等关键酿酒品质指标上存在明显差异，为不同小麦制曲性能的差异化表现奠定物质基础。其中M8小麦兼具适宜的硬度、较高的淀粉与支链淀粉含量，具有较高制曲应用潜力。
2.1.2 不同品种小麦理化指标PCA及聚类分析
为探究9种小麦综合品种差异，基于小麦理化指标进行PCA[37]。由图2A可知，PC1、PC2方差贡献率分别为46.08%、31.08%，累计方差贡献率为77.16%，能够代表原始数据的信息。与其他样品相比，样品M1、M5、M7与M9距离更近，几乎聚集在第2象限，其他样品较为离散，没有明显聚类现象。为进一步对样品分组，进行层次聚类分析。由图2B可知，9个样品大致被分为2组，分别为由M3、M6，M1、M7，M5、M9构成的第I组和M4与M2、M8构成的第Ⅱ组，此外，第I组中M3、M6与其他样品距离较远，单独构成一簇，同时与第I组内其他样品聚类相比，M3、M6组内样品间距离更远。总体而言，层次聚类分析与PCA结果相似。
图2 基于小麦理化指标的PCA（A）及聚类分析（B）
Fig.2 PCA (A) and cluster analysis (B) based on physicochemical indicators of wheat
2.1.3 不同品种小麦挥发性风味化合物差异
采用HS-SPME-GC-MS技术对不同品种小麦挥发性化合物进行检测，发现M7、M8和M9挥发性风味化合物含量整体较高，尤其在吡嗪类与酸类中表现突出；而M2、M3、M4挥发性风味化合物含量较低（图3A）。PCA结果显示，M8与M9较为聚集，M2、M3与M4分布较为集中，其他品种相对离散（图3B），说明M8与M9的挥发性化合物组成模式最为相似，M2、M3、M4的挥发性化合物组成也具有较高的相似度，而其他品种小麦的挥发性化合物组成各具特色，差异相对明显。进一步采用PLS-DA对差异性化合物进行筛选，模型经200次数据置换检验，Q2回归线与Y轴交点在负半轴，表明模型稳定可靠，不存在过拟合现象（图3C、D）。结合变量投影重要性（variable importance in projection，VIP）值及 方差分析P值筛选，异戊醇、异戊酸、壬醛、2,3,5-三甲基吡嗪、丁香烯与异戊醛是不同品种小麦间关键差异化合物（VIP≥1、P＜0.05）（图3E）。其中异戊醇VIP值最高（3.26），其次为异戊酸（2.74）和壬醛（1.55）。这3个化合物在不同品种小麦中的含量表现出显著差异，M7、M8和M9中的异戊酸和2,3,5-三甲基吡嗪含量显著高于其他品种；壬醛和异戊醇在M6中含量较高，分别达0.16 mg/kg和0.68 mg/kg。这些挥发性化合物的差异，可能是导致不同品种小麦风味特性各异的重要原因。
图3 不同品种小麦挥发性化合物差异性分析
Fig.3 Differential analysis of volatile compounds among different wheat varieties
2.2 不同品种小麦制曲过程中挥发性风味化合物含量差异
2.2.1 挥发性化合物含量动态变化
采用HS-SPME-GC-MS技术对不同品种小麦制曲过程中关键节点（入仓、一次翻曲、二次翻曲、出仓）挥发性化合物进行检测，结果见图4，随着发酵的进行，高温大曲中挥发性风味化合物含量持续积累，出仓阶段挥发性风味化合物含量显著高于入仓阶段（P＜0.05），此外，入仓到第1次翻曲阶段，挥发性化合物含量变化最为显著，其主要由于入仓到第1次翻曲期间是发酵过程中温度变化最剧烈的阶段，大曲内部会发生明显的物理及化学变化，大部分风味物质在这个阶段开始富集[38]。在大曲中检测出较多的吡嗪类化合物，其含量在整个发酵阶段呈现上升趋势。吡嗪类化合物通常具有类似烤面包、烤坚果、烤肉、烤土豆的烘焙香气，被认为是大曲焦香和烘焙香的主要来源[39]，大曲中的吡嗪类物质经发酵和蒸馏后会被带入酒体，也是酱香型白酒中重要的香气物质[40]。2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪被认为是酱香型白酒中“酱香”的主要贡献者[41]，二者在出仓阶段含量约点吡嗪类化合物的60%。醇类化合物是酯类化合物的前体物质之一，也是大曲中主要的风味物质[36]，大曲中醇类以异戊醇和苯乙醇为主，二者在出仓曲的醇类化合物中约点85%。醇类化合物含量在二次翻曲到出仓阶段呈下降趋势，这主要是由于高温大曲在发酵后期温度持续升高（达60 ℃）[42]，原产醇酵母菌因温度超过其最适生长范围而逐渐衰亡或活性受抑制，导致产醇基本停止[42-43]；与此同时，耐高温的细菌属和嗜热真菌的相对丰度大幅提升，成为优势菌群，其代谢重心从产醇转向产香，大量生成羰基类、吡嗪类等风味化合物[44]。其次，醇类作为重要的反应底物，在高温和微生物酶的作用下能够被转化成其他风味物质，从而被持续消耗。羰基类化合物主要包括醛类、缩醛类和酮类化合物。羰基类化合物含量在入仓到二次翻曲期间显著上升，说明醛类物质的产生可能与高温发酵密切相关。
图4 不同品种小麦及其高温大曲在发酵过程中挥发性化合物质含量变化
Fig.4 Variations in contents of volatile compounds in different wheat varieties and their corresponding high-temperature Daqu throughout fermentation
就同一阶段比较而言，入仓阶段与一次翻曲阶段9种小麦所制大曲挥发性化合物构成差异较小，到出仓阶段时差异最为显著。吡嗪类化合物含量在各样品之间波动较大（P＜0.05），到最终出仓阶段，M2所制大曲吡嗪类化合物含量显著低于同一阶段的其他样品。吡嗪类化合物由还原糖和氨基酸发生美拉德反应生成，大曲中的芽孢杆菌属能分泌α-淀粉酶和耐高温蛋白酶，参与大曲初期的淀粉分解与氨基酸积累，为美拉德反应提供底 物[21,45]，因此吡嗪化合物的含量与原料中淀粉含量与蛋白含量密切相关。而M2中蛋白质含量显著低于其他品种，可能是造成其吡嗪类物质含量较低的原因之一。
2.2.2 挥发性化合物PCA
为进一步探究9种小麦所制高温大曲挥发性化合物含量分布情况，对同一阶段的不同小麦所制高温大曲中挥发性风味化合物进行PCA，结果见图5。随着发酵的进行，不同阶段PC1与PC2分别累计贡献60.46%、64.92%、66.33%与71.24%的方差，表明随着发酵进程的推进，各样品之间离散程度增加。通过小麦理化品质聚类发现，M1与M7聚集在同一分支下，M5与M9聚集在同一分支下（图2B），在大曲发酵过程中，这2组样品之间距离不断缩短，最终分别聚集在第2象限和第4象限，说明小麦品种影响制曲过程中的挥发性风味化合物。此外，入仓曲与小麦的挥发性化合PCA结果相类似，均呈现M8与M9较为聚集，M2、M3与M4分布较为集中，其他品种相对离散的趋势（图3B和图5A）。这主要是由于入仓曲仅经过粉碎拌和，还未进行发酵，因此其风味构成与小麦原料相类似。
图5 高温大曲发酵过程中挥发性风味化合物PCA
Fig.5 PCA of volatile flavor compounds during high-temperature Daqu fermentation
2.2.3 出仓大曲显著差异挥发性风味化合物筛选
出仓是高温大曲发酵过程的最后阶段，为阐明不同小麦品种所制大曲的挥发性化合物差异，对9个出仓阶段大曲样品风味成分进行PLS-DA。作为一种有监督的多元统计分析，PLS-DA可消除不可控变量对数据的影响[46]。PLS-DA的分类模型适应度（
为95.3%，模型预测能力（Q2）达84.6%（图6A），表示模型拟合结果可接受。同时，经200次数据置换检验，Q2回归线与 Y轴交点在负半轴，表明模型稳定可靠，不存在过拟合现象（图6B）。基于PLS-DA计算每个化合物的VIP值，以VIP≥1、P＜0.05作为筛选标准，在不同品种小麦所制出仓大曲中共筛选得到显著差异挥发性风味化合物11种，包括6种吡嗪类物质（2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、 2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪）、3种醇类物质（异戊醇、2-甲基-1-丁醇、苯乙醇）和2种醛类物质（2-甲基丁醛、异戊醛）（图6C）。显著差异挥发性风味化合物大部分属于吡嗪类化合物，表明9种小麦理化品质差异显著影响高温大曲中生成吡嗪类物质含量。异戊醇与2-甲基-1-丁醇均属于高级醇，在白酒生产过程中大部分高级醇主要有2条合成途径：分别为Ehrlich途径和Harris途径。Ehrlich途径在酵母细胞内进行，由氨基酸脱氨生成α-酮酸，α-酮酸脱羧生成醛，最终还原为高级醇[47]。Harris途径是由糖代谢生成丙酮酸，丙酮酸与氨基酸发生转氨基作用，生成 α-酮酸以及另一种氨基酸，α-酮酸经脱羧后生成醛，醛最终被还原为高级醇[48]。因此原料中蛋白质含量差异会给高级醇的合成带来显著影响。
图6 出仓大曲显著差异挥发性风味化合物
Fig.6 Significantly differential volatile flavor compounds in Chucang Daqu
2.3 高温大曲理化指标差异
水分、酸度与糖化力是大曲的重要理化指标，也是大曲品质判别的重要参数。由图7A可知，不同小麦所制高温大曲水分质量分数在12.40%～14.91%之间，变异系数为5.48%，差异相对较小；酸度与糖化力分别在1.02～1.57 mmol/10 g与72.22～281.10 mg/（g·h）范围内波动，变异系数达15.25%、45.66%（图7B、C），大曲的酸度主要来源于产酸微生物形成的有机酸，酸性物质的积累可以为大曲微生物的生长提供适宜的环境，影响大曲微生物群落的形成[49]。除此之外，酸性环境对醇类、酯类与醛类等挥发性风味化合物的形成具有重要影响[50]，大曲酸度与大曲品质呈现正相关关系[46]；糖化力代表大曲中酶和微生物将淀粉转化为可发酵糖的能力，而小麦品种是影响大曲糖化力的主要因素之一[20,51]。 研究表明，来自小麦的EC 3.2.1.2可在高温大曲发酵及贮藏期间降解支链淀粉，以糖化力表征[51]，这可能是导致9种小麦所制大曲糖化力差异的原因之一。本研究中M8小麦所制高温大曲糖化力与酸度均为最高，代表着其在酿造过程中具有巨大潜力。
图7 出仓大曲理化指标
Fig.7 Physicochemical indicators of Chucang Daqu
2.4 小麦理化指标与高温大曲挥发性风味化合物及理化指标相关性分析
小麦作为发酵原料，其化学成分在制曲的固态发酵过程中，通过微生物代谢和一系列复杂的生化反应，直接或间接地转化为决定大曲最终品质的关键成分[7]。由 图8可知，小麦中支链淀粉、蛋白质含量分别与高温大曲糖化力、吡嗪类物质呈极显著正相关（P＜0.01）。小麦中的蛋白质在发酵过程中被微生物分泌的蛋白酶降解为氨基酸和多肽，氨基酸通过与还原糖发生美拉德反应生成吡嗪及其他含氮杂环化合物[16]。支链淀粉由于其高度分支化的结构，相比于直链淀粉，更易被微生物分泌的淀粉酶和糖化酶分解，从而被快速降解为糖类，而充足的糖分则为酵母的乙醇发酵提供丰富的底物[19-20]，这可能是小麦支链淀粉与高温大曲中醇类化合物含量呈现正相关的原因。此外，充足的碳源有利于高温大曲中微生物的生长代谢，会诱导微生物大量合成相应的酶（如α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶）以利用这些底物，从而提升高温大曲糖化力[30]。综合来看，小麦的理化品质通过复杂的生化反应网络，对高温大曲的最终挥发性化合物构成和理化指标产生深远的影响，这种影响不仅体现在单一成分的直接转化，更体现在多成分间的相互作用和协同效应。
图8 小麦理化指标与高温大曲挥发性风味化合物及理化指标的相关性分析
Fig.8 Correlation analysis between physicochemical indicators of wheat and volatile flavor compounds as well as physicochemical indicators of high-temperature Daqu
3 结 论
本研究明确了9个品种小麦的理化品质差异对高温大曲挥发性化合物组成及关键理化指标的调控作用，发现小麦品种间的品质差异主要体现在蛋白质与支链淀粉含量，二者也是造成大曲最终品质差异的核心内在因素。制曲过程中，吡嗪类化合物为不同品种小麦制曲的关键差异性风味物质，其含量与小麦蛋白质含量呈极显著正相关，这一关联与美拉德反应在大曲风味形成中的核心作用相吻合。同时，大曲的糖化力也受小麦支链淀粉含量的显著正向影响。本研究揭示了小麦理化品质影响高温大曲品质的内在规律，为制曲小麦的定向筛选及优质高温大曲的标准化生产提供了科学依据与实践指导。
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