高粱（Sorghum bicolor）是一种按照C4途径对CO2进行固定的作物，作为抗旱作物的一种，它在农业生产中有着重要的地位[1-3]。随着人民生活水平的提高，高粱已不再是人们的日常食品，而是白酒的重要酿造原料[4]。
高粱因为自身组分组成和单宁的特殊存在，相对于其他原料出酒率更高、酒的口感更为醇厚浓郁[5]，在白酒酿造上独具优势，中国著名白酒茅台、五粮液、郎酒等都是以高粱作为主要原料酿造而成[6-7]。研究表明，糯红高粱含有较高的支链淀粉，更适合作为酿造白酒的原料[8-9]；刘茂柯等[6]研究发现，高粱的吸水率、润粮时裂口率与高粱酿造性能有直接关系。为了更加便利科学的筛选酿酒高粱品种，通过系统研究高粱农艺性状、组分含量及蒸煮特性，为酿酒高粱筛种提供一些理论依据，缩小酿造试验的规模。该研究通过对宿迁本地新选育的六种新高粱进行农艺性状、组分含量、蒸煮性质研究实验，以期获得优秀的适宜本地种植的酿酒高粱，为宿迁本地白酒产业提供更多的原料选择与经济发展。
1 材料与方法
1.1 原料及场地
迁深4号、6号、7号、8号、21号、34号高粱：宿迁农科院；支、直链淀粉标准品：德国默克公司；KOH（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
试验安排在宿迁市宿城区洋河镇闸西村，地处平原地带平均海拔20 m。气候属于暖温带季风气候区，光热资源优越，四季分明，气候温和。年均气温14.1 ℃，年均日照2 315 h，无霜期较长平均211 d，年均降水量892.3 mm。
1.2 仪器与设备
754N紫外可见分光光度计：上海奥普勒仪器有限公司；D-37520冷冻离心机：赛默飞世尔科技有限公司；CP313电子精密天平：奥豪斯仪器有限公司；DHG-9051A电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；DK-S24电热恒温水浴锅：上海精宏实验设备有限公司；SPX-250B-Z生化恒温培养箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂。
1.3 实验方法
1.3.1 农艺性状及产量
对高粱产量进行测定，并对其植株的穗长和穗粒数进行测量；用游标卡尺测定籽粒长、宽数据；用肉眼直接鉴别高粱籽粒外观颜色；容重测定：参照GB/T 5498—2013《粮油检验容重测定》方法；千粒质量测定：参照GB/T 5519—2018《谷物与豆类千粒重的测定》方法[10]。
1.3.2 高粱理化指标的测定
水分含量的测定：参照食品安全国家标准GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》方法；粗脂肪含量的测定：参照食品安全国家标准GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》方法；单宁、总淀粉及支链淀粉含量的测定：参照食品安全国家标准GB/T 15686—2008《高粱单宁含量的测定》方法。
1.3.3 吸水率测定
取6个100 mL烧杯并分别编号，各倒入50 mL水，通过电磁炉对烧杯进行沸水恒温水浴，分别放入4 g高粱籽粒样品，并持续加热1.5 h。将烧杯取出置于实验台上15 min，以双层干净的纱布过滤15 min，过滤后的固形物质量记为M，计算吸水率，其计算公式如下[11]：
1.3.4 糊化率测定
通过测定样品中葡萄糖含量间接测算出高粱的糊化率。采用斐林试剂法测定其还原糖含量，样品作3次重复，取平均值记为A。取相同质量的样品，在恒温水浴锅中加热回流3 h，测出总还原糖含量记为B，计算糊化率，其计算公式如下：
1.3.5 胶稠度测定
胶稠度的测定参照张霞[12]测定稻米胶稠度方法稍作改进。以200目过筛高粱粉为原料，取100 mg于试管中，滴入0.2 mL 0.025%麝香草酚蓝乙醇溶液并振荡，使溶液与高粱粉完全混匀，再滴入2 mL 0.2 mol/L KOH溶液混合均匀，以玻璃珠盖住管口，沸水浸没试管1/2～2/3位置加热8 min，取出玻璃珠，室温冷却5 min后再冰水浴20 min，测量高粱胶长度，判定高粱胶的稠度。
1.3.6 糊化温度测定
糊化温度参考唐玉明等[13]的方法。将各个高粱样品分别选取6颗完整的籽粒分散在培养皿中，加入17 g/L KOH溶液至将籽粒完全浸没，然后置于30 ℃恒温培养箱中静置24 h再对高粱籽粒进行长宽测定。根据长宽变化对籽粒进行评级：1级：籽粒无影响；2级：籽粒膨胀；3级：籽粒明显膨胀；4级：籽粒伸长；5级：籽粒分散；6级：籽粒完全分解。其碱消化率分数为6颗籽粒的平均分数，该值越小，其糊化温度越高。
1.3.7 耐蒸煮性测定
参照詹鹏杰等[14]的方法进行高粱籽粒耐蒸煮试验，采用锅式连续高温蒸煮的方法，每个处理取100粒高粱，首先将样品置于室温条件下浸泡12 h，浸泡结束后放入蒸锅内分别用大火蒸40min、60min、80min，然后统计出不同蒸煮时间籽粒种皮破裂情况，以种皮破裂数确定各高粱品种耐蒸煮性。
1.3.8 数据分析
通过单因素ANOVA检验对高粱生长状态、特征、组分含量和部分蒸煮性状进行分析，揭示各高粱品种间差异性，以上分析通过SPSS 26软件完成。实验图片制作通过Origin 2018绘制。
2 结果与分析
2.1 高粱农艺性状及产量
不同高粱的农艺形状测定结果见图1。
图1 不同高粱的产量（A）、穗长（B）及穗粒数（C）的测定结果
Fig.1 Determination results of different sorghum yield (A),ear length (B) and number of grains per ear (C)
不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同。
由图1可知，4号高粱在产量上有着最优秀的表现，达到11 724 kg/hm2，样品7号、21号和34号也有着较为优秀的表现，产量达7 500～9 000 kg/hm2，6和8号则低于6 000 kg/hm2。4号的穗长和穗粒数最佳，分别达到44.2 cm和4 341个，8号、21号和34号穗长表现相似，在39～41 cm之间，6号和7号穗长，在36 cm左右，7号、8号、21号和34号的穗粒数表现相似，在3 000～3 300个之间，6号最少，为1 810个穗粒数。穗粒数和穗长是影响高粱产量的关键因素，6号穗粒数偏低导致其产量较低，8号在穗长穗粒数都表现较好，但产量却偏低，原因为种植时植株发芽存活率较低导致其生长密度较低，即8号高粱不适宜本地种植，所以适宜本地种植的高粱为4号、7号、21号和34号。
2.2 籽粒特征分析
不同高粱品种籽粒特性测定结果见表1。由表1可知，高粱基本都为红褐色，但34号表现出独特的浅黄色。4号、6号、7号从容重、千粒质量和长宽等数据上都相近，且籽粒最为饱满，千粒质量＞30 g，容重指标方面，一级高粱、二级高粱和三级高粱的指标分别为≥740 g/L、≥720 g/L和≥690 g/L；其中8号和21号高粱容重在二级水平，千粒质量接近30 g。34号样品接近圆形小颗粒状，容重及千粒质量最低，仅有693.95 g/L和19.90 g，容重只有三级水平，千粒质量也只有其他样品的2/3。容重与高粱籽粒形态大小都是其内部结构的一些表现，容重大籽粒饱满的高粱内部松紧有致，玻璃质与粉质分布合理，而容重和形态偏小的高粱则玻璃质含量较高，籽粒硬度大不利于糖化发酵且玻璃质中含有较多蛋白质，发酵会产生较多杂醇油，影响白酒品质[15]。4号、6号、7号、8号、21号都为籽粒饱满的优质高粱，34号籽粒偏小在酿造性状上表现一般。
表1 不同高粱品种籽粒特性测定结果
Table 1 Determination results of grain characteristics of different sorghum varieties
注：不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），下同。
2.3 高粱水分含量
高粱中水分含量的测定结果见图2。由图2可知，6种高粱中，8号高粱含水量最高为12.49%，显著高于其他样品（P＜0.05）；其他5种高粱水分含量在11%～12%之间。对于高粱贮存条件而言，只要水分含量低于13%就可防止原料储存时发生霉变[16]，所以6种高粱均符合贮存条件。
图2 高粱水分含量的测定结果
Fig.2 Determination results of the moisture content of sorghum
2.4 高粱单宁含量
单宁含量影响着酿造白酒的口感与出酒率，少量单宁对发酵过程中有害微生物有一定的抑制作用，且能生成单宁衍生物—多元酚化合物，赋予高粱酒以特殊香味；但单宁有收敛作用，能凝固蛋白质，使之不能进行正常的糖化发酵[17]，此外，一定的单宁含量还可以在发酵过程中产生一些独特的风味物质，如丁香酸、阿魏酸、黄酮类化合物等，为白酒提供更多的风味与香气[18-19]。高粱中的单宁含量测定结果见图3。
图3 高粱单宁含量的测定结果
Fig.3 Determination results of the tannin content of sorghum
单宁含量≤1%时，出酒率较低，出优质酒率也较低；单宁含量在1%～1.2%时，出酒率高，出优质酒概率也高，当单宁含量≥1.3%时，出酒率降低，但优质酒概率大大提升[20]。含1.8%单宁的高粱发酵白酒，产酒率比不含单宁的略低，总酸总酯也偏低；当高粱籽粒中的单宁含量达3%时，就会对发酵过程产生不良影响，酸度上升，以致阻碍酵母的生命活动[21]。所以认为酿造高粱籽粒中单宁含量一般在0.5%～1.5%[22-23]。由图3可知，单宁含量最高的为4号和7号，分别为1.47%和1.45%，显著高于其他样品（P＜0.05），其次为6号、8号和34号，分别为1.35%、1.40%和1.35%，21号含量最低为1.23%，显著低于其他高粱样品（P＜0.05）。六种高粱单宁含量均符合酿造要求。
2.5 高粱脂肪含量
相较于其他组分，高粱中的脂肪较少，在固态发酵过程中，原料中的脂肪经微生物和生物酶的共同作用降解而溶出，使游离脂肪酸的含量增加，随后经蒸馏带入基酒中，使得酒中含有较丰富的多种不饱和脂肪酸。另一方面，少量的脂肪酸可以与乙醇在酶的催化作用下合成酯类化合物，同时由于酯化反应的可逆性，当酯化速率达到最大时，这些酯类化合物发生分解产生一些醇类和酸类物质，再经过一定的氧化还原反应，生成醛类和酮类物质，赋予白酒更多的风味物质[24]。高粱中脂肪含量的测定结果见图4。
图4 高粱脂肪含量的测定结果
Fig.4 Determination results of fat content of sorghum
由图4可知，7号和34号高粱脂肪含量最多，分别为4.00%和3.96%，显著高于其他高粱样品（P＜0.05），4号和6号其次，为3.86%和3.85%，8号和21号最少，为3.71%和3.53%。脂肪是生成有机酸的原料，但过多的脂肪也会影响酒的品质。脂肪含量过高会产酸过快，酒生杂味，对酒品质产生不良影响。研究发现，一般酿造高粱籽粒中脂肪含量不超过4%，且遇冷易显混浊[22]。六种高粱脂肪含量都都在4%以内，在产酸上不会存在异常，故六种高粱脂肪含量都符合酿酒条件。
2.6 高粱淀粉含量及支链淀粉含量
淀粉的糖化程度不仅影响着白酒的产量，对酒的色、香、味、体均有重大影响[25]。淀粉结构的差异也影响着白酒的发酵，直链淀粉可以影响原料的回生值，高比例的直链淀粉会导致原料蒸煮易老化，不利于微生物对原料中营养物质的利用，尤其是不利于以多轮次蒸煮发酵为特征的酱香型白酒的生产[26-27]；谷物籽粒中直链淀粉和支链淀粉的含量比例差异会呈现出不同的胚乳质地，进而影响发酵过程中原料的黏度、糊化特性等酿造性能[28]。不同高粱中淀粉含量的测定结果见表2。
表2 高粱淀粉含量测定结果
Table 2 Determination results of starch content of sorghum
由表2可知，4号和21号高粱有着较高的淀粉含量，分别为76.31%和76.03%，高于其他高粱样品，6号、8号、34号其次，为74%～76%间，7号淀粉含量最低为69.72%，显著低于其他高粱样品（P＜0.05）。4号、34号支链淀粉占比较高，分别为98.56%和97.5%，高于其他高粱样品，8号和21号其次，为96.01%和95.79%，6号和7号占比最低，显著低于其他高粱样品（P＜0.05），为88.78%和89.75%。淀粉含量与出酒率有着直接的关系，淀粉含量越高出酒率越高。其次，研究也证实了支链淀粉含量与出酒率之间存在着一定的正相关性，支链淀粉含量高的糯高粱其产酒率也高[29]。普通高粱的淀粉含量为60%～70%，在总淀粉含量上，4号、6号、8号、21号和34号5种高粱均为淀粉含量表现优异的品种，其中4号、8号、21号和34号支链淀粉含量也超过95%，支链淀粉分子由于分支较多，易吸水糊化，有利于微生物的生长，发酵形成更多的风味，表现出优秀的出酒特征。
2.7 不同高粱品种籽粒吸水率
高粱籽粒的吸水率测定结果见图5。
图5 高粱籽粒吸水率测定结果
Fig.5 Determination results of water absorption of sorghum grain
由图5可知，34号高粱吸水率最大，达到264.94%，显著高于其他高粱样品（P＜0.05），其次是4号达到134.44%。8号和21号吸水率均在120%左右，6号和7号最小，只有82.05%和102.56%。吸水率较高的高粱在高温润糁环节更易吸收足够多的水，为后期蒸煮糊化打好基础利于发酵产酒[29]。4号和34号吸水量最大，表现出良好的酿造特性。
2.8 不同高粱品种籽粒糊化率
不同高粱籽粒的糊化率测定结果见表3。由表3可知，在同等条件下，4号、8号和34号表现的更容易糊化，糊化率分别为47.59%、47.12%和52.67%；其他高粱也只是略微低一些，都在41%～44%之间。一般来说，越容易糊化的高粱，其生产中消耗的能量较少，也更利于窖池中的微生物利用，最终糟醅中残留淀粉更少，出酒率更高[19]。所以4号、8号和34号具有更好的糊化和酿造特性。
表3 高粱籽粒糊化率测定结果
Table 3 Determination results of gelatinization rates sorghum grain
表4 高粱籽粒碱消等级测定结果
Table 4 Determination results of alkali elimination grade of sorghum grain
2.9 不同高粱品种籽粒胶稠度
高粱籽粒胶稠度测定结果见图6。
图6 高粱籽胶稠度测定结果
Fig.6 Determination results of gel consistency of sorghum grain
由图6可知，在胶稠度测定试验中，4号、8号、34号胶稠度较大，分别达到61 mm、53.8 mm和46.5 mm，高于另外3种高粱样品；21号其次，为41 mm；6号和7号较低，为24 mm和33.5 mm。胶稠度与支链淀粉含量有着直接关系，胶稠度越大，支链淀粉含量越高，在蒸煮过程中容易糊化形成胶体溶液，微生物利用更容易[11]。所以4号、8号、34号在胶稠度试验中表现出优秀的酿造性能。
2.10 不同高粱品种籽粒糊化温度
糊化温度是通过高粱籽粒的碱消等级来反映[11]，但通过碱消等级值大小可以直观了解每个高粱糊化温度的大小与区间，相较于直接测定更加方便，等级越小糊化温度越高。碱消等级1～3级对应糊化温度＞74 ℃，但糊化温度过高对高粱糖化发酵并不有利[30]，以红缨子高粱为例，其糊化温度为70.3～75.8 ℃，碱消等级在3左右，4号、8号和21号碱消等级分别为2.66、3.08和2.58，更接近红缨子糊化温度区间，糊化温度相较于6号、7号和34号更低，更利于白酒发酵。
2.11 不同高粱品种籽粒耐蒸煮性
不同类型高粱品种在不同的蒸煮时间段其耐蒸煮性不同，以蒸煮时种皮破裂数为耐蒸煮性依据，结果见图7。由图7可知，在蒸煮时间40 min时，4号和8号已经有接近20个种皮破裂籽粒，6号有12个破裂籽粒，7号、21号和34号种皮破裂数在10个以下。随着蒸煮时间的延长，各种高粱籽粒破裂数都在缓步上升，蒸煮时间80 min时，4号和8号已经有接近30个破裂籽粒，6号和7号在15个左右，21号和34号依旧在10个以下。对比发现4号和8号最易蒸煮，21号和34号最耐蒸煮。易蒸煮高粱容易在白酒酿造步骤糊化过程中达到原料处理条件较易，表现出其处理节能性，适合步骤简单的白酒发酵工艺，耐蒸煮高粱虽然在糊化条件中不占优势，但耐蒸煮性使其能进行更复杂的多步骤白酒发酵工艺，所得白酒香气更足，口感更佳。
图7 六种高粱籽粒蒸煮后种皮破裂情况
Fig.7 Breakage of seed coat of six sorghum grains after cooking
3 结论
该研究对本地新选育的六种高粱从农艺性状、组分含量、蒸煮特性等多方面进行系统的测定分析与对比。结果表明，宿迁本地新引入的迁深4号高粱在农艺性状、组分含量和蒸煮性状上都表现优秀，其产量达到近12 000 kg/hm2，籽粒饱满，单宁、脂肪、淀粉和支链含量为1.47%、3.86%、76.31%和98.56%，都在高品质白酒发酵高粱组分含量区间，蒸煮性状上也表现优秀，其吸水率、糊化率和胶稠度都较高，且有着合适的糊化温度与易蒸煮性状。21号具有糊化率偏低、34号具有籽粒偏小等劣势，但综合品质上21号和34号也是良好的酿酒高粱品种。6号和7号在蒸煮性状上表现一般，且6号和8号产量也只有4号的一半不到。所以，新引入的六种高粱中4号、21号和34号为表现最佳的酿酒高粱品种，其中4号表现最优。但以上性质仅从理论酿酒性状表现上进行分析对比，筛选优质酿酒高粱种还需结合实际发酵和酒品质对比分析来补充证明，后续还需进行发酵与酒品质分析试验的补充。
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