劉 瓊 楊洪坤 陳艷琦 吳東明 黃秀蘭 樊高瓊,*

施氮量對糯和非糯小麥原糧品質、釀酒品質及揮發(fā)性風味物質的影響

劉 瓊1,2,3楊洪坤1,2陳艷琦1,2吳東明1,2黃秀蘭1,2樊高瓊1,2,*

1西南作物基因資源發(fā)掘與利用國家重點實驗室, 四川成都 611130;2農業(yè)農村部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室, 四川成都 611130;3四川省內江市市中區(qū)龍門鎮(zhèn)人民政府農業(yè)綜合服務中心, 四川內江 641000

為研究不同施氮量對糯和非糯小麥原糧品質及釀酒品質的影響, 明確釀酒專用小麥高產優(yōu)質生產的適宜氮肥用量。于2019、2020連續(xù)2年在四川省成都市大邑縣, 以綿麥902 (非糯性)和中科紫糯麥168 (糯性)為材料, 設置6個施氮量(0、45、90、135、180和225 kg hm–2), 分析其對小麥原糧品質、釀酒品質和揮發(fā)性風味物質的影響。結果表明: 綿麥902產量、粉質率、灰分含量更高; 中科紫糯麥168硬度、容重、蛋白質、脂肪含量相對較高, 總淀粉和支鏈淀粉含量更高、直支比更低, 除稀澥值比綿麥902高以外, 其余RVA特征參數(shù)均更低。增加施氮量顯著提高小麥產量, 兩品種產量均在225 kg hm–2達最大值。粉質率和容重隨施氮量增加而降低, 硬度指數(shù)和蛋白質隨施氮量增加而升高; 脂肪和灰分含量在135 kg hm–2、總淀粉和支鏈淀粉含量在90～135 kg hm–2內較高, 峰值黏度、低谷黏度在135 kg hm–2后顯著下降。兩品種的出酒率年際間不同, 2019年綿麥902的出酒率要顯著高于中科紫糯麥168, 2020年則相反, 推測與2020年灌漿期雨水較多, 中科紫糯麥168籽粒硬度指數(shù)下降、粉質率上升有關; 在90～135 kg hm–2施氮范圍內兩品種出酒率相對較高。綿麥902所釀制的白酒總酸、總酯含量不高, 雜醇油含量也相對更低; 中科紫糯麥168與之相反, 但雜醇含量仍在安全范圍(≤0.2 g 100 mL–1)。兩年度綿麥902所釀白酒的總酸含量均在90 kg hm–2處理下最高, 2020年中科紫糯麥168的總酸含量則在135 kg hm–2處理下最高。就總酯和雜醇油而言, 兩品種的總酯含量在135 kg hm–2處理下相對較低, 雜醇油含量在90 kg hm–2下最低。與2019年相比, 2020年兩品種的總酸、總酯含量顯著降低, 這可能與該年度籽粒灌漿期降水較多, 總淀粉、支鏈淀粉含量下降有關。中科紫糯麥168揮發(fā)性風味物質的種類和數(shù)量更多, 整體釀酒特性要優(yōu)于綿麥902。綿麥902的揮發(fā)性風味物質數(shù)量在90 kg hm–2處理最高, 綜合評分最高, 中科紫糯麥168的揮發(fā)性風味物質數(shù)量在225 kg hm–2處理最高, 綜合評分最高。相關性分析和通徑分析表明: 總淀粉含量和支鏈淀粉含量與總酸、總酯含量呈極顯著正相關關系, 大多數(shù)淀粉理化指標通過直鏈淀粉、糊化溫度等在總酯形成過程中起正向間接作用。研究認為, 小麥出酒率受環(huán)境、粉質率影響, 淀粉含量、組分、糊化特性對總酸、總酯的形成具有重要影響, 酯類物質是揮發(fā)性風味物質主要成分, 受品種因素影響較大。90～135 kg hm–2施氮量下, 糯和非糯小麥淀粉含量、組分和糊化特性較好, 釀制白酒揮發(fā)性風味物質較多, 是適宜釀酒小麥高產優(yōu)質的適宜施氮量。

施氮量; 糯小麥; 非糯小麥; 原糧品質; 釀酒品質; 揮發(fā)性風味物質

西南地區(qū)是我國主要白酒生產帶, 四川也從戰(zhàn)略高度提出打造白酒金三角, 提升川酒核心競爭力。促進白酒提檔升級亟需加強釀酒專用糧生產基地建設, 品種和栽培技術創(chuàng)新更是穩(wěn)定原糧品質的重要一環(huán)。出酒率、酸酯類物質和揮發(fā)性風味物質的種類和含量是評價釀酒品質的重要指標。小麥作為釀酒原糧之一, 研究小麥原糧品質與釀酒品質及揮發(fā)性風味物質間的關系, 對于對接千億級白酒產業(yè)需求, 采取合理栽培措施提質增效, 促進小麥釀酒專用性和提升附加值、發(fā)展區(qū)域經濟具有重要意義[1]。

釀酒主要是將糧食中的淀粉經過發(fā)酵產生酒精的過程, 因而小麥的淀粉品質必然對釀酒品質有重要影響。前人研究認為糯小麥更加適合釀酒, 原因是糯小麥不含直鏈淀粉或直鏈淀粉含量極低, 具有黏度高, 膨脹勢大, 易糊化, 糊化溫度低, 抗回生能力強的特點, 糖化效果要優(yōu)于普通小麥, 能夠提高出酒率和改善白酒風味[2-10]。對于白酒風味的研究, 則集中在風味物質成分鑒定方面。仲婧宇等[11]運用毛細管柱氣相色譜技術, 使用內標法定量, 建立了毛細管氣相色譜同時測定白酒中的甲醇和雜醇油、乙酸乙酯和己酸乙酯的分析方法; Fan等[12-13]發(fā)現(xiàn)洋河大曲中對香氣貢獻最大的脂肪酸為己酸和丁酸, 酯類化合物為己酸乙酯、丁酸乙酯和戊酸乙酯, 醇類化合物為2-丁醇、異戊醇、2-戊醇和己醇, 五糧液和劍南春中則為異戊醇; Pino[14]發(fā)現(xiàn)不同酒齡朗姆酒的揮發(fā)性物質中存在異丁醇、2-壬醇、3-己醇等高級醇。但酒企在小麥原糧選擇上使用更多的是普通小麥即非糯小麥, 在高梁選擇上則趨向糯高粱。關于糯和非糯小麥的釀酒特性還需要進一步論證。同時, 就不同企業(yè)而言, 對小麥原糧標準要求也有差異, 如宜賓五糧液酒(濃香型)規(guī)定小麥籽粒淀粉干基≥75%[15], 貴州茅臺白酒(醬香型)則要求小麥粗淀粉含量≥60%, 粗蛋白含量≥10%[16]。小麥原糧品質對釀酒特性及風味的影響也需要進一步研究。

增施氮肥是提升小麥產量, 增加蛋白質含量的重要栽培措施[17-26], 也會影響到淀粉的含量和組分、粒度分布, 進而改變其糊化特性和晶體特征[27-29]。目前釀酒的研究多集中在釀酒微生物、糖化發(fā)酵、釀酒品質及揮發(fā)性風味物質鑒定等方面[12-14,30-33], 有關淀粉理化特性對釀酒適宜度及風味的影響未知?；诖? 本研究選擇糯和非糯2種類型小麥, 研究不同施氮量對其原糧品質、釀酒品質和揮發(fā)性風味物質的影響, 以期為四川省生產優(yōu)質釀酒專用小麥提供合理的氮肥管理措施。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2019、2020連續(xù)2年在四川省成都市大邑縣同一塊試驗田(30.58°N, 103.53°E)進行, 屬于川西平原麥區(qū), 亞熱帶濕潤氣候。兩年度小麥生育期降雨量分別為99.4 mm和452.4 mm, 平均氣溫分別為11.6℃、11.7℃, 小麥生育期氣象條件見圖1, 試驗地種植制度為冬小麥-水稻輪作。供試土壤(0～ 20 cm)基礎理化性狀如表1所示。

1.2 試驗材料

供試材料為綿麥902 (非糯性, 弱筋, 春性, 綿陽市農業(yè)科學研究院提供)和中科紫糯麥168 (糯性, 中弱筋, 春性, 中國科學院成都生物研究所提供)。供試肥料為尿素(N 46.2%)、過磷酸鈣(P2O512.5%)和氯化鉀(K2O 60%)。

表1 試驗地土壤基礎地力(0～20 cm)

圖1 小麥生育期氣溫和降雨量

1.3 試驗設計

本試驗采用二因素裂區(qū)設計, 主區(qū)為小麥品種; 副區(qū)為氮水平, 施氮量分別為0 (N0)、45 (N45)、90 (N90)、135 (N135)、180 (N180)和225 (N225) kg hm–2, 每個處理3次重復, 小區(qū)面積20 m2(4 m×5 m)。磷肥和鉀肥用量均為75 kg hm–2。各處理將氮肥45 kg hm–2(N0除外)與磷肥、鉀肥一起施入作基肥, 剩余氮肥于四葉一心時(2年追肥時葉齡一致)施入。采用旋耕條播, 行距20 cm, 基本苗225×104株hm–2。病蟲害防治參照當?shù)毓芾響T例進行。

1.4 測定項目和方法

1.4.1 籽粒淀粉含量及組分、面粉RVA譜特征參數(shù)

將收獲的籽粒自然晾干水分至12.5%以下, 每個樣品袋中放入防蟲藥后裝進小型糧食儲藏密封倉,后熟2個月后磨粉, 測定總淀粉含量和直鏈淀粉含量, 以及面粉RVA譜特征參數(shù)[34]。總淀粉含量采用蒽酮–硫酸比色法[35]; 直鏈淀粉含量參照GB7648- 1987[36]測定, 支鏈淀粉含量為兩者的差值。

1.4.2 產量、其他原糧品質指標 于小麥成熟期收獲1 m2調查有效穗數(shù), 并隨機取30穗調查穗粒數(shù)。按小區(qū)人工收獲籽粒并脫粒, 自然晾干后稱重測產量(以13%標準水分換算)。采用H2SO4消煮, 凱氏定氮法測定蛋白質含量, 蛋白質含量(%)=含氮量(%)×5.7[37]; 粗脂肪含量參照GB 5009.6-2016采用索氏抽提法測定[38]; 灰分含量參照GB 5009.4-2016測定[39]。粉質率用感官檢驗法進行測定: 玻璃狀透明體占本籽粒截面1/2以上的小麥定義為角質粒, < 1/2的小麥為粉質粒。粉質粒的總數(shù)占所取樣品粒數(shù)的百分數(shù)即小麥粉質率, 軟質小麥粉質率不低于70%[40]。硬度指數(shù)參照GB/T 21304-2007采用硬度指數(shù)測定儀(金科牌, 型號JYDX 100×40)測定[41]。容重參照GB/T 5498-2013用谷物容重測定儀(農奧牌, 型號GHCS-1000 AP)測定[42]。

1.4.3 釀酒流程 參照趙國君等[6]的方法進行實驗室小規(guī)模釀酒(奧尼亞牌發(fā)酵蒸釀一體機, 型號JB5A, 5 L), 采用固態(tài)培菌、熟料發(fā)酵、固態(tài)蒸餾的方法, 此法與四川傳統(tǒng)小曲酒生產工藝接近。具體步驟如下: (1) 泡糧: 稱取1000 g小麥, 加入蒸餾水淹沒約5 cm, 泡糧12 h, 泡糧完畢沖去灰渣酸水。蒸糧: 待蒸糧水充分沸騰, 充滿蒸汽時開始計時, 蒸至軟硬適中, 糧粒裂口率85%以上, 約2 h。(2) 攤涼、下曲: 將蒸好的糧食刮平、攤涼, 40℃下曲(彭州市華西酒曲廠, 華西牌淀粉質原料小曲法白酒酒曲),下曲量: 1000×0.35%=3.5 g。糖化培菌: 攪拌均勻后, 30℃恒溫糖化培菌24 h。(3) 發(fā)酵: 糖化培菌24 h后, 30℃恒溫密閉發(fā)酵7 d。(4) 蒸餾: 發(fā)酵完畢, 蒸餾出酒。

1.4.4 白酒出酒率、總酸、總酯、雜醇油含量的測定 用精密酒精計(創(chuàng)紀美牌, 型號CJM-091)測樣品酒精度, 并根據(jù)其酒精度計算出酒率(以60度白酒濃度為標準), 出酒率=出酒量/糧食用量?？偹嵊弥泻偷味ǚy定, 含量以乙酸含量計; 總酯的測定采用皂化-中和滴定法, 含量以乙酸乙酯含量計[43]。分析樣品在520 nm的光吸收值, 根據(jù)標準曲線推算雜醇油含量[43]。

1.4.5 白酒揮發(fā)性風味物質測定 使用島津氣質聯(lián)用儀(島津, 型號GCMS-QP 2010Ultra)對2019年的樣品進行風味物質測定。樣品處理: 本次試驗測定樣為白酒, 稱取混勻后的樣品約3.00 g, 于10.0 mL頂空瓶中, 60℃水浴平衡5 min, 頂空萃取。儀器條件: 色譜柱: Rtx-WAX (30 m × 0.32 mm × 0.25 μm); 進樣口溫度: 240℃; 程序升溫: 初始柱溫45℃, 保持3 min; 以3℃ min–1升溫至180℃, 保持3 min; 再以12℃ min–1升溫至220℃, 保持3 min。載氣: 高純氦, 柱流量: 1.67 mL min–1。進樣方式: 頂空萃取針手動進樣。電離方式: 電子轟擊電離源(EI); 離子源溫度: 200℃; 接口溫度: 240℃; 檢測方式: 離子全掃描; 溶劑延遲: 3 min。

1.5 統(tǒng)計分析

運用Microsoft Excel 2013處理數(shù)據(jù); 用Origin 2018作圖; 用DPS7.05進行Pearson相關分析和差異顯著性檢驗(LSD法), 用SPSS 27對揮發(fā)性風味物質的組分和相對含量進行主成分因子分析后, 根據(jù)變量的載荷系數(shù)來反映白酒中揮發(fā)性風味成分對各主成分的影響程度, 載荷系數(shù)絕對值越大則表明該變量對主成分的貢獻也越大, 由此統(tǒng)計出白酒中最具代表性的各類風味物質成分。

2 結果與分析

2.1 施氮量對糯和非糯小麥淀粉含量及組分、直支比的影響

由表2可知, 品種因素是影響淀粉含量及組分、直支比的首要因子, 施氮量也顯著或極顯著影響直鏈淀粉含量、直支比; 品種和施氮量對直支比的影響在2個年度下互作效應顯著。綿麥902的直鏈淀粉含量、直支比更高, 中科紫糯麥168的總淀粉、支鏈淀粉含量更高。但與2019年相比, 2020年兩品種的總淀粉含量及組分、直支比均出現(xiàn)不同程度的下降。低氮(N45、N90)下的總淀粉含量和支鏈淀粉含量相對較高, 綿麥902的直支比有隨施氮量增加而增加的趨勢, 在N45下的直支比最低, 但由于中科紫糯麥168直鏈淀粉含量相對較低, 故施氮量對其直支比沒有顯著影響。

表2 施氮量對糯和非糯小麥淀粉含量及組分的影響

同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。*:< 0.05,**:< 0.01。M902: 綿麥902; Z168: 中科紫糯麥168。表中N0、N45、N90、N135、N180、N225表示施氮量分別為0、45、90、135、180、225 kg hm–2。

Different lowercase letters following data within the same column of same variety mean significant differences among treatments at< 0.05.*:< 0.05,**:< 0.01. M902: Mianmai 902; Z168: Zhongkezimuomai 168; V: wheat variety; N: nitrogen application rate. N0, N45, N90, N135, N180, and N225in the table indicate that the nitrogen application rates are 0, 45, 90, 135, 180, and 225 kg hm–2, respectively.

2.2 施氮量對糯和非糯小麥淀粉RVA譜特征參數(shù)的影響

由表3可知, 品種因素是影響小麥淀粉RVA譜特征參數(shù)的主導因素, 施氮量也顯著或極顯著影響峰值黏度、稀懈值、最終黏度、回升值、峰值時間。品種×施氮量的互作效應在峰值黏度、低谷黏度和最終黏度上表現(xiàn)顯著或極顯著。綿麥902有更高的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回升值、峰值時間和糊化溫度, 中科紫糯麥168則具有更高的稀懈值。2020年綿麥902除糊化溫度外, 其余參數(shù)較2019年出現(xiàn)不同程度下降, 中科紫糯麥168的稀澥值、峰值時間、糊化溫度也有下降, 但低谷黏度、最終黏度、回生值出現(xiàn)不同程度的增加。

表3 施氮量對糯和非糯小麥淀粉RVA譜特征參數(shù)的影響

表中縮寫和處理同表2。同一品種同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。*:< 0.05;**:< 0.01。

Abbreviations and treatments in the table are the same as those given in Table 2. Different lowercase letters following data within same column of same variety mean significant differences among treatments at< 0.05.*:< 0.05;**:< 0.01.

隨施氮量增加, 兩小麥品種的峰值黏度、低谷黏度、稀澥值、最終黏度和回生值均先升后降, 其中綿麥902的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回生值在達N180處理后顯著下降, 與N225處理差異顯著(2020年則在達N135后顯著下降, 與N180處理差異顯著); 中科紫糯麥168的峰值黏度、低谷黏度、稀澥值、最終黏度則在達N135處理后顯著下降, 與N180、N225處理差異顯著(2020年峰值黏度、低谷黏度、峰值時間、糊化溫度在達N135后有所下降, 與N180處理差異不顯著)。

2.3 施氮量對糯和非糯小麥產量、其他原糧品質的影響

從圖2可知, 兩年度綿麥902產量略高于中科紫糯麥168, 主要在于綿麥902穗粒數(shù)和千粒重相對更高。施氮量極顯著影響小麥產量, 兩品種的有效穗、穗粒數(shù)、產量均隨施氮量增加而增加, 在N225達最大值, 千粒重則先升后降, 在N45值較大。

脂肪、灰分、粉質率、硬度指數(shù)和容重受品種因素影響達顯著或極顯著, 施氮量雖然也有影響, 但不如品種因素對其影響顯著。品種×施氮量的互作效應因年際不同在粉質率、硬度指數(shù)、容重上存在顯著性差異。綿麥902的粉質率和灰分含量高, 中科紫糯麥168的蛋白質和脂肪含量高、硬度和容重高。相比2019年, 2020年綿麥902和中科紫糯麥168的蛋白質、脂肪、灰分、粉質率均有所上升, 其中綿麥902的脂肪含量和中科紫糯麥168的粉質率上升得最多, 分別增加了578.13%和2958.82%, 硬度指數(shù)則分別下降了3.18%和3.99%。

圖中縮寫和處理同表2。相同品種圖柱上不同小寫字母表示不同施氮水平間有顯著差異(< 0.05);*和**分別表示在< 0.05和< 0.01水平差異顯著。

Abbreviations and treatments in the diagram are the same as those given in Table 2. Different lowercase letters on the same variety column indicated that there were significant differences among different nitrogen levels at< 0.05.*and**indicate significant differences at< 0.05 and< 0.01, respectively.

隨施氮量增加, 兩品種小麥的蛋白質含量均先降后升, 在N225達最大值; 灰分超過N135處理后有降低的趨勢, 中科紫糯麥168各處理間差異不顯著(2020年N180、N225除外); 粉質率隨施氮量增加有降低的趨勢; 硬度指數(shù)有升高的趨勢, 但N90和N135處理間兩品種的硬度指數(shù)差異不顯著。綿麥902的脂肪含量2019年在N180達最大值, 各處理間差異不顯著, 2020年則在N225達最大值, 與N135、N180差異不顯著; 中科紫糯麥168的脂肪含量2019年在N225達最大值, 與N135處理差異不顯著, 2020年則在N180達最大值, 與N90處理差異不顯著。容重隨施氮量增加而降低, 中科紫糯麥168各處理間差異不顯著。

2.4 施氮量對糯和非糯小麥出酒率、總酸、總酯及雜醇油含量的影響

由圖3可知, 出酒率和雜醇油含量主要受品種因素的影響, 總酸、總酯含量主要受施氮量的影響。品種×施氮量的互作效應在出酒率、總酸、總酯、雜醇油達顯著或極顯著。中科紫糯麥168的總酸、總酯、雜醇油含量均顯著高于綿麥902。2020年兩品種的總酸、總酯含量均有所下降, 綿麥902的總酸、總酯含量分別下降了32.36%和46.54%, 中科紫糯麥168的總酸、總酯含量分別下降了46.22%和50.51%。

2019年綿麥902出酒率高于中科紫糯麥168, 出酒率隨施氮量增加有降低的趨勢, 在N90和N135處理出酒率較高; 2020年綿麥902的出酒率則低于中科紫糯麥168, 與上年度相比下降了2.53個百分點,分別在N135和N90出酒率最高。適宜的施氮量會提高總酸含量, 兩品種的總酸含量均在N90處理下較高(中科紫糯麥168在2020年例外, 在N135處理下最高)。兩年度兩品種總酯含量變化規(guī)律則與總酸相反, 以N135處理下含量較低, 與N180和N225處理差異顯著。兩品種雜醇油含量均在N90處理下最低, 與N135處理差異顯著。

圖3 施氮量對糯和非糯小麥出酒率、總酸、總酯及雜醇油含量的影響

圖中縮寫和處理同表2。相同品種圖柱上不同小寫字母表示不同施氮水平間有顯著差異(< 0.05);*和**分別表示在< 0.05和< 0.01水平差異顯著。

Abbreviations and treatments in the diagram are the same as those given in Table 2. Different lowercase letters on the same variety column indicated that there were significant differences among different nitrogen levels at< 0.05.*and**indicate significant differences at< 0.05 and< 0.01, respectively.

2.5 施氮量對糯和非糯小麥揮發(fā)性風味物質的影響

由圖4可知, 檢測出的揮發(fā)性風味物質主要為酸、酯、醇、醛、酮五類物質, 按具體組分數(shù)量排序依次為: 酯類＞醇類＞醛類＞酮類＞酸類。中科紫糯麥168的揮發(fā)性風味物質數(shù)量高于綿麥902, 主要是因為每一類組分數(shù)量均高于綿麥902。綿麥902的風味物質數(shù)量在N90處理最高, 其次為N225處理, 中科紫糯麥168的風味物質數(shù)量在N225處理最高, 其次為N135處理; 就酸類、酯類、醇類、醛類、酮類物質數(shù)量而言, 兩品種小麥在N90～N135處理較高。研究發(fā)現(xiàn), 兩小麥酯類代表成分有較大不同(表4), 綿麥902主要為9-十六酸乙酯、十四酸乙酯、乙酸2-苯基乙酯等, 中科紫糯麥168主要為(Z, Z, Z)-9,12,15-十八碳三烯酸乙酯、十八酸乙酯、正癸酸異丁酯等, 其他風味物質成分如醇、酸、酮、醛則大同小異。

2.6 糯和非糯小麥揮發(fā)性風味物質的PCA分析和綜合評價

由表5所示, 2個品種均提取了特征值大于1的5個成分, 將提取的載荷平方和進行旋轉后, 綿麥902所得到的前3個成分的特征值分別是19.4、13.2、5.8 (中科紫糯麥168分別為23.7、19.4、12.7), 前3個成分累計方差百分比為83.702% (中科紫糯麥168為75.374%)。即表明前3個主成分已經包含了綿麥902和中科紫糯麥168白酒揮發(fā)性風味物質成分的絕大部分信息。根據(jù)主成分評價得分模型將各施氮量處理的白酒揮發(fā)性風味物質含量進行綜合評分(表6)可知, 綿麥902綜合排名第1位的是N90處理, 其次為N225、N180處理, 中科紫糯麥168綜合排名第一位的是N225處理, 其次是N135、N90處理, 說明在這些處理下有利于風味物質的生成, 所含風味物質的數(shù)量和含量較多。

圖4 施氮量對糯和非糯小麥揮發(fā)性風味物質的影響

表4 白酒主要揮發(fā)性風味物質組分及旋轉后因子載荷系數(shù)

(續(xù)表4)

表5 主成分因子分析特征值與旋轉載荷平方和

表6 揮發(fā)性風味物質主成分得分和綜合得分

表中N0、N45、N90、N135、N180、N225表示施氮量分別為0、45、90、135、180、225 kg hm–2。902: 綿麥902; 168: 中科紫糯麥168。

N0, N45, N90, N135, N180, and N225in the table indicate that the nitrogen application rates are 0, 45, 90, 135, 180, and 225 kg hm–2, respectively. 902: Mianmai 902; 168: Zhongkezimuomai 168.

2.7 原糧品質與釀酒品質的相關性分析

相關分析表明(表7), 總淀粉和支鏈淀粉與總酸、總酯極顯著正相關, 除稀澥值與總酸極顯著正相關、與總酯相關性不顯著外, 峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回生值、峰值時間、糊化溫度均與出酒率、總酸、總酯負相關。蛋白質與總酸極顯著負相關, 脂肪與出酒率極顯著正相關, 與總酸、總酯極顯著負相關, 灰分、粉質率均與總酸、總酯極顯著負相關, 容重與總酸顯著正相關, 與總酯極顯著正相關。

2.8 淀粉理化指標對總酯含量影響的通徑分析

通徑分析表明(表8), 總淀粉、支鏈淀粉與總酯含量極顯著正相關, 直支比對總酯形成的貢獻最大, 為0.527, 其次是總淀粉, 為0.290; 總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、稀澥值、最終黏度、回生值、糊化溫度等對總酯的形成具有正向直接通徑作用, 但以直鏈淀粉最大, 其次為糊化溫度。另外大多數(shù)淀粉理化指標通過直鏈淀粉、糊化溫度在總酯形成過程中起正向間接作用來促進總酯的形成。

樣本量為兩年度2個品種3個重復。相關系數(shù)臨界值:0.05= 0.232,0.01= 0.302。*和**分別表示在(< 0.05)和(< 0.01)水平上差異顯著。

Sample size indicates three repetitions of two varieties for two years. The critical value of correlation coefficient:0.05= 0.232,0.01= 0.302.*and**indicate significant differences at< 0.05 and< 0.01, respectively.

3 討論

3.1 小麥淀粉品質主要受環(huán)境、品種因素影響, 90～135 kg hm–2施氮量下糯和非糯小麥淀粉含量、組分和糊化特性較好

品種、環(huán)境、栽培措施是影響小麥品質的3個方面。本試驗中, 影響淀粉品質的優(yōu)先順序為環(huán)境>品種>施氮量。2020年同一品種的總淀粉和直鏈淀粉含量均低于2019年, 這可能與該年小麥遭遇極端低溫, 灌漿期降雨量較多有關。前人研究也認為灌漿期小麥籽粒遇水, 淀粉發(fā)生降解, 淀粉品質會下降[44-45]。

糯小麥由于基因、及在個體中同時純合或缺失導致籽粒不含直鏈淀粉或直鏈淀粉含量很低(<2%)[46-48]。在本試驗中, 與綿麥902相比, 中科紫糯麥168為糯性小麥, 其直鏈淀粉含量極低, 支鏈淀粉含量極高, 糊化時間短、糊化溫度低, 與張敏等[28]、潘志芬等[5]研究基本一致; 除稀澥值外, 其余RVA特征參數(shù)均低于綿麥902。糯麥基因缺失后, 淀粉的種類和顆粒大小與非糯麥相比有較大不同, 蛋白質結構及基質間可能形成復合物, 進而對淀粉的糊化特性、吸水率產生影響[5,49-50]。

施氮量會影響小麥淀粉組分和糊化特性, 但不同筋力型小麥研究結果不同, 不同區(qū)域的研究結果也有不同。如姜東等[45]認為, 適量施氮能有效提高中筋品種小麥籽粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量; 而蔡瑞國等[19]發(fā)現(xiàn), 適量施氮能提高強筋和弱筋小麥籽粒中的支鏈淀粉含量, 降低直鏈淀粉含量。馬冬云等[29]認為隨施氮水平增加, 總淀粉峰值黏度、低谷黏度、最終黏度總體呈增加趨勢, 增施氮肥有利于改善小麥淀粉糊化特性。王公卿等[18]認為隨施氮量增加, 淀粉峰值黏度、低谷黏度、終結黏度、稀懈值呈逐漸增大趨勢, 但追氮量過大也將導致淀粉特性變劣?？梢? 施氮量對淀粉組分和糊化特性的影響存在區(qū)域差異。

同時, 施氮量對淀粉組成、糊化特性的影響在糯和非糯小麥上又有區(qū)別。張敏等[28]研究發(fā)現(xiàn)在0～300 kg hm–2施氮范圍內, 非糯小麥籽粒直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量均隨施氮量增加先降后升; 糯小麥的直鏈、支鏈和總淀粉含量則先升后降, 增施氮肥能顯著提高小麥籽粒淀粉的峰值黏度和低谷黏度。在本試驗中, 施氮量顯著影響糯和非糯小麥直鏈淀粉含量、直支比和RVA譜特征參數(shù)值。兩年度兩品種的總淀粉和支鏈淀粉含量在90～135 kg hm–2內較高, 超過135 kg hm–2后出現(xiàn)下降的趨勢。糯和非糯小麥的峰值黏度、低谷黏度、稀澥值、最終黏度和回生值隨施氮量增加均先升后降, 但峰值黏度、低谷黏度在達135 kg hm–2后開始下降, 淀粉特性變劣, 與張敏等[28]、馬冬云等[29]結果不一致, 王公卿等[18]研究結論一致。也反映出施氮量對糯和非糯小麥淀粉含量、組分、糊化特性的影響存在區(qū)域差異。本文研究結果表明糯和非糯小麥淀粉含量、組分和糊化特性較好的施氮量范圍集中在90～135 kg hm–2。

3.2 小麥出酒率受環(huán)境、粉質率影響,淀粉含量、組分、糊化特性對總酸、總酯的形成具有重要影響

釀酒主要是將糧食中的淀粉經過發(fā)酵產生酒精的過程。酸類物質是重要的協(xié)調成分或調和成分, 酯類物質是香氣的主體成分, 醇類物質是白酒風味中醇甜和助香的來源[12-13]。就釀酒品質而言, 原糧的出酒率、總酸、總酯、雜醇油含量是相對重要的指標[2,6,43], 而這些指標與淀粉的含量及組分、糊化特性等存在密切聯(lián)系[2,5]。

前人研究表明小麥籽粒淀粉含量及組分會影響出酒率, 原料中支鏈淀粉含量高、直支比低, 泡糧吸水速度快, 糖化溫度高的小麥(如糯小麥), 出酒率、總酸、總酯含量要高于普通小麥, 可以改善白酒品質[2,6-7]。在本試驗中, 就出酒率而言, 2019年綿麥902顯著高于中科紫糯麥168, 2020年則相反, 中科紫糯麥168的出酒率有較大提升。2020年中科紫糯麥168的粉質率較2019年增幅較大, 硬度指數(shù)則下降了3.99%, 推測粉質率的提升與該年度灌漿期雨水較多有關。前人研究認為粉質率升高后, 小麥玻璃質含量降低, 結構變得松散, 促進淀粉吸水、糊化,提高白酒釀制過程淀粉顆粒與釀酒介質的接觸面積,有利于釀酒產量穩(wěn)定[40]。因而, 本研究認為, 相比淀粉含量和組分, 年際不同和粉質率的高低對出酒率的影響更大。

總酸、總酯、雜醇油也是釀酒品質的重要指標。有研究表明總酸與白酒香氣強度、香氣協(xié)調性正相關性最強, 其次是總酯; 總酸含量越多, 總酯越多, 香氣越好, 滋味與典型性亦越好, 白酒的總體質量越好[51]。也有研究表明淀粉糖化溫度高, 可促進發(fā)酵體系中微生物、酶的種類和數(shù)量的變化, 有利于產生更多的酸類物質[6]; 淀粉含量高, 較易水解為還原糖, 在發(fā)酵開始時還原糖含量和利用速率比普通小麥高, 對后續(xù)的發(fā)酵有利, 也有利于生成更多酯類物質[7]; 適宜的雜醇油含量及各種風味物質之間的恰當比例則可使酒體豐滿圓潤、口感柔和協(xié)調、味道獨特[52-53], 過高的雜醇油則會影響酒的口感, 導致產品辛辣苦澀, 對人體神經系統(tǒng)有刺激和麻醉作用[54]。高蛋白質含量易使雜醇含量偏高, 淀粉在糖化時多糖水解速度快且糖積累大, 從而導致酮酸生成速度較快, 生成量較多[6]。

本試驗中, 綿麥902所釀制的白酒具有雜醇油含量低的優(yōu)點, 但總酸、總酯含量不高; 中科紫糯麥168所釀白酒具有總酸、總酯更高的特點, 雜醇含量稍多一些, 但在安全范圍(≤0.2 g 100 mL–1), 整體釀酒特性要優(yōu)于綿麥902。但2020年兩品種總酸、總酯含量較2019年有顯著降低。相關性分析表明總淀粉含量和支鏈淀粉含量與總酸、總酯含量呈極顯著正相關關系, 2020年兩品種小麥總酸、總酯含量的下降可能與總淀粉、支鏈淀粉含量下降有關。通徑分析也表明淀粉的含量和組分對總酸、總酯的形成具有重要影響, 大多數(shù)淀粉理化指標通過直鏈淀粉、糊化溫度等在總酯形成過程中起正向間接作用。

另外, 就施氮量而言, 本試驗條件下兩年度2個品種總酸含量在90 kg hm–2下較高, 隨施氮量增加先升后降, 總酯含量在135 kg hm–2下相對較低, 變化規(guī)律與總酸相反, 這可能與不同施氮量下白酒酒精度不同, 導致酒中酸、酯類物質出現(xiàn) “酸增酯減”的變化規(guī)律有關[55]。

3.3 酯類物質是揮發(fā)性風味物質主要成分,受品種因素影響較大,適宜施氮量可提升白酒風味

白酒中揮發(fā)性風味物質主要來源于發(fā)酵過程中釀酒原料間發(fā)生的“美拉德反應”[56], 即氨基化合物和還原糖化合物之間發(fā)生反應。酯類是具有芳香的化合物, 主要呈現(xiàn)出花香和果香, 在構成各白酒典型性中起著關鍵作用[57], 其種類和含量是白酒中最豐富的一類家族。本試驗中, 中科紫糯麥168的揮發(fā)性風味物質總數(shù)量和酸、酯、醇、醛、酮五類物質均高于綿麥902。同時, 兩品種所釀制白酒酯類物質占比最多、含量較高, 與前人關于酯類風味物質的研究結論一致[32-33]。但兩品種小麥酯類代表成分有較大不同, 綿麥902的十六酸乙酯(棕櫚酸乙酯)含量較高, 中科紫糯麥168的油酸乙酯和亞油酸乙酯含量較高。研究認為三大高級脂肪酸(油酸、亞油酸、棕櫚酸)及其乙酯的存在會導致酒體渾濁[52], 實際生產中要注意控制酒中三大高級脂肪酸及其乙酯含量。相比而言, 中科紫糯麥168酯類物質多, 三大不利脂肪酸少, 釀酒風味更佳。

PCA分析采用降維思想, 將原來眾多變量通過降維、降噪轉化為幾個綜合指標用于反應原來變量的信息, 常用于白酒揮發(fā)性風味成分的評價[58-59]。本試驗中, PCA分析表明, 綿麥902綜合排名第1位的是90 kg hm–2處理, 其次為225 kg hm–2、180 kg hm–2處理, 中科紫糯麥168綜合排名第1位的是225 kg hm–2處理, 其次是135 kg hm–2、90 kg hm–2處理, 說明在這些施氮處理下有利于白酒風味物質的生成,所含風味物質的數(shù)量和含量較多。不同施氮量下糯麥和非糯麥的總酸、總酯含量與風味物質的規(guī)律存在差異, 可能是由于施氮量影響了小麥的淀粉含量及組分、糊化特性, 在蒸煮、發(fā)酵過程中, 風味物質的形成又受多方面因素綜合影響, 原料中基本組分及非基本組分在各類生物酶的直接或間接催化下進行生物合成、發(fā)生非酶促化學反應和熱降解反應所引起的[33]。

4 結論

綜合來看, 通過降低施氮量(≤135 kg hm–2)可以提高糯和非糯小麥的淀粉含量, 改善淀粉直支比和糊化特性, 選用總淀粉和支鏈淀粉含量高的小麥品種或充分利用糯小麥優(yōu)良的釀酒特性和普通弱筋小麥合理搭配用于釀酒, 有利于改善淀粉品質, 提高出酒率、協(xié)調總酸、總酯、揮發(fā)性風味物質的含量, 降低雜醇油含量, 改善白酒品質。在90～135 kg hm–2施氮范圍內, 綿麥902和中科紫糯麥168的蛋白質等氨基化合物含量可能較適宜, 總淀粉、支鏈淀粉含量較高, 淀粉易糊化, 所需糊化溫度更低、時間更短, 所釀白酒出酒率和總酸含量較高, 雜醇油含量較低, 有利于產生更多揮發(fā)性風味物質, 是適宜釀酒的施氮量。

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Effect of nitrogen application rate on grain quality, wine quality and volatile flavor compounds of waxy and no-waxy wheat

LIU Qiong1,2,3, YANG Hong-Kun1,2, CHEN Yan-Qi1,2, WU Dong-Ming1,2, HUANG Xiu-Lan1,2, and FAN Gao-Qiong1,2,*

1State Key Laboratory of Crop Gene Exploration and Utilization in Southwest China, Ministry of Science and Technology, Chengdu, 611130 Sichuan, China;2Southwest Key Laboratory of Crop Physiological Ecology and Tillage, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Chengdu 611130, Sichuan, China;3Longmen Town People’s Government Agricultural Comprehensive Service Center, Shizhong District, Neijiang City, Sichuan Province, Neijiang 641000, Sichuan, China

In order to study the effects of different nitrogen application rates on the quality of waxy and non-waxy wheat and brewing quality, the suitable nitrogen application rate for high yield and high-quality production of wheat for brewing was determined. Mianmai 902 (non-waxy) and Zhongkezinuomai 168 (waxy) were used as the experimental materials in Dayi County, Chengdu City, Sichuan Province, in 2019 and 2020. Six nitrogen application rates (0, 45, 90, 135, 180, and 225 kg hm–2) were set to analyze their effects on the quality of wheat raw grain, brewing quality, and volatile flavor compounds. The results showed that the yield, flour quality rate, and ash content of Mianmai 902 were higher. Zhongkezinuomai 168 had higher hardness, bulk density, protein, and fat content, higher total starch and amylopectin content, lower straight branch ratio, and lower RVA characteristic parameters except that breakdown value was higher than that of Mianmai 902. Increasing nitrogen application rate significantly increased wheat yield, and the yield of both varieties reached the maximum at 225 kg hm–2. Silty rate and bulk density decreased with the increase of nitrogen application rate, while hardness index and protein content increased. Fat and ash content were higher in 135 kg hm–2, the total starch and amylopectin content were higher in 90–135 kg hm–2, peak viscosity and trough viscosity decreased significantly after 135 kg hm–2. The wine yield of the two varieties was higher in the range of 90–135 kg hm–2nitrogen application, but the inter-annual difference was different. The wine yield of Mianmai 902 was significantly higher than that of Zhongkezinuomai 168 in 2019, and the opposite was true in 2020. We speculated that it was related to the more rain at filling stage in 2020, the decrease of grain hardness index and the increase of silty rate of Zhongkezinuomai 168. The content of total acid and total ester in liquor brewed by Mianmai 902 was not high, and the content of fusel oil was relatively low. Zhongke-zinuomai 168 was the opposite, but the fusel content was still in the safe range (≤ 0.2 g 100 mL–1). The total acid content of liquor produced by Mianmai 902 was the highest under the treatment of 90 kg hm–2in the two years, and the total acid content of Zhongkezinuomai 168 was the highest under the treatment of 135 kg hm–2in 2020. In terms of total ester and fusel oil, the total ester content of the two varieties was relatively low under 135 kg hm–2treatment, and the fusel oil content was the lowest under 90 kg hm-2treatment. Compared with 2019, the contents of total acid and total ester of the two varieties decreased significantly in 2020, which may be related to more precipitation at grain filling stage and the decrease of total starch and amylopectin contents. Zhongkezinuomai 168 had more kinds and quantities of volatile flavor substances, and its overall brewing characteristics were better than that of Mianmai 902. The number of volatile flavor compounds of Mianmai 902 was the highest at 90 kg hm–2, and the comprehensive score was the highest. The number of volatile flavor compounds of Zhongke Zinuomai 168 was the highest at 225 kg hm–2, and the comprehensive score was the highest. Correlation analysis and path analysis showed that total starch content and amylopectin content were significantly positively correlated with the total acid and total ester content. Most starch physicochemical indexes played a positive indirect role in the formation of the total ester through amylose and gelatinization temperature. The results showed that the wine yield of wheat was affected by interannual factors and flour quality rate. Starch content, composition, and gelatinization characteristics had important effects on the formation of total acid and total ester, esters were the main components of volatile flavor substances, greatly affected by variety factors. Under the nitrogen application rate of 90–135 kg hm–2, waxy and non-waxy wheat had better starch content, composition and pasting properties, and more volatile flavor substances in liquor-making, which was suitable for high yield and high quality of liquor-making wheat.

nitrogen rate; waxy wheat; no-waxy wheat; grain quality; wine quality; volatile flavor compounds

2023-02-10;

2023-02-27.

10.3724/SP.J.1006.2023.21038

通信作者(Corresponding author):樊高瓊, E-mail: fangao20056@126.com

E-mail: 1362241703@qq.com

2022-05-30;

本研究由四川省十四五重點研發(fā)項目(2021YFYZ0002)和四川省科技支撐計劃項目(2021YJ0504)資助。

This study was supported by the 14th Five-Year Key Research and Development Program of Sichuan Province (2021YFYZ0002) and the Sichuan Province Science and Technology Support Program (2021YJ0504).

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail//11.1809.S.20230224.1901.006.html

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