2.1.5 不同种类稻米黄酒酿造的差异性
黄酒酿造的主要原料为糯米、粳米、籼米等。除酿造工艺外，不同产地、种类和加工精度的稻米原料酿酒在风味上存在较大差异。将有关稻米的特性、品质与黄酒酿造的关系进行探讨，从而更好地利用糯米、粳米、籼米酿酒，提高黄酒品质和出酒率。
以4种不同稻米为原料对其酿酒相关性能进行探究，采用相同工艺进行酿酒实验，探究不同种类稻米的浸米特性、发酵性能及发酵结束时酒液的挥发性风味物质，寻求不同种类稻米黄酒酿造的差异性以及粳糯米的酿酒优势，建立稻米酿酒原料特性与黄酒品质之间的关系；同时研究不同种类稻米与不同类型黄酒的酿造关系，可为黄酒生产中原料的选择及生产工艺的优化提供依据。
2.1.5.1 不同种类稻米的理化特性分析
（1）不同种类稻米的吸水率差异性分析
不同种类稻米在25℃条件下的吸水率情况如图2-2所示。4种稻米整体吸水曲线一致，初始阶段吸水率急剧上升，40min左右时达到最大值，此后虽有波动但基本稳定。吸水率的相对大小在整个过程中没有变化，依次为粳糯米>籼糯米>粳米>籼米。吸水稳定后粳糯米的吸水率高达42.60%，籼糯米为36.46%，而粳米和籼米的吸水率相差无几，均在25%左右。
图2-2 不同种类稻米的吸水率
稻米的吸水溶胀是一个有限的可逆润胀过程，水分子只是简单地进入淀粉颗粒的非结晶部分，与游离的亲水基相结合，慢慢地吸收少量的水分，产生极限的膨胀。稻米的主要成分是淀粉，与籼米和粳米不同的是，糯米中的淀粉几乎全是支链淀粉。支链淀粉所具有的高度分支结构，使其在冷水中极易与溶剂水分子以氢键结合，保持高度有序的水合淀粉粒状态。吸水率的相对大小和支链淀粉含量有很大一致性，支链淀粉含量越高，吸水率越大。
（2）浸米前后稻米特性的差异性分析
不同种类稻米粉在浸米前后的颗粒形貌扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）结果见图2-3，分别为未浸米和浸米4天的微观结构。
图2-3 浸米前后稻米粉的微观结构（2400×）A1—粳米粉，未浸米；A2—粳米粉，浸米4天；B1—粳糯米粉，未浸米；B2—粳糯米粉，浸米4天；C1—籼米粉，未浸米；C2—籼米粉，浸米4天；D1—籼糯米粉，未浸米；D2—籼糯米粉，浸米4天
稻米的主要成分是稻米淀粉，稻米淀粉颗粒多数以复合淀粉粒的形式存在，20～60个淀粉小颗粒形成一个稻米淀粉的复粒，淀粉粒径在2～8μm。浸米前的稻米粉颗粒形态在不同种类之间没有明显的差别。颗粒形貌呈多面体，棱角尖锐突出，多为比较平整的多边形平面，部分颗粒表面少有凹陷，尤其粳糯米和籼糯米更为明显。其中粳糯米粉的颗粒形貌为5μm左右的不规则颗粒。
浸米4天后，淀粉复粒形态表面的颗粒感和多边形平面的尖锐棱角明显消失，特别是粳糯米和籼糯米，整个表面变得不规则，结构松散，呈现土坡和丘陵的形貌。有研究表明长期浸泡在水中会引起原料糯米化学成分、物理性质、颗粒表面和横切面显微结构的变化。由图2-2可知粳糯米和籼糯米的吸水率较高，浸米后形貌的不同可能是由不同种类稻米吸水后颗粒膨胀产生吸水率差异引起的。米粒的形态结构对后期黄酒酿造有很大影响，中心柔软疏松有利于后期蒸米过程中糊化、微生物侵入和酶的作用。
（3）糊化特性
采用RVA手段来分析不同种类稻米粉的糊化特性。图2-4是4种稻米浸米前后的糊化特性曲线，可以发现不同种类稻米粉的糊化特性有显著差异，而且浸米工艺显著地影响了稻米粉的糊化特性。
从图2-4可以看出，不同种类稻米的黏度变化曲线有很大差异。浸米4天后与未浸米的样品相比其糊化黏度曲线发生明显变化，浸米工艺显著地影响了稻米粉的糊化特性。浸米前后4种稻米粉的糊化温度比较均为：粳糯米<籼糯米<粳米<籼米。与浸米前相比，粳糯米和籼糯米两种糯米的糊化黏度曲线变化更明显，4种稻米浸米4天后的糊化温度均有所降低，在3℃左右，其中籼米降低程度最大，为3.1℃。浸米工艺有利于淀粉糊化，从而使稻米更容易蒸煮。
图2-4 浸米前后不同种类稻米粉的糊化特性曲线
（a）籼米和籼糯米浸米前后糊化特性曲线；（b）粳米和粳糯米浸米前后糊化特性曲线
除籼米外，几种浸米4天后稻米粉的糊化黏度均显著升高，其中粳糯米浸米后的糊化黏度升高最大，峰值黏度从1770×10-3Pa·s升高到3510×10-3Pa·s。与其他几种稻米不同的是，粳糯米经浸米后其峰值黏度、低谷黏度、终值黏度和崩解值、回生值均呈现上升的趋势。除粳糯米外，其他3种米浸米4天后其终值黏度和回生值均有所降低。回生值即峰值黏度与低谷黏度之差，也称淀粉的老化，它表示面粉糊逐渐冷却时发生的直链淀粉和脂质的复合重组回生，从而引起黏度的增加。浸米前后4种稻米粉回生值的大小均为粳糯米<籼糯米<粳米<籼米，这说明糯米蒸饭后更不易老化回生。淀粉是稻米胚乳的主要成分，其糊化特性对蒸饭的特性有很大影响。在清酒中的研究表明米饭粒的老化回生与其酶解率密切相关，直链淀粉含量越高越容易老化，越不利于清酒的酿造。
2.1.5.2 浸米过程中米浆水的动态变化
（1）浸米过程中pH的变化分析
浸米是黄酒生产的前端工艺，主要是为了使稻米吸水膨胀以利于蒸煮，同时使米饭酸化，使黄酒发酵在初始阶段即获得一定的初始酸度，从而抑制杂菌的生长繁殖，保证酵母菌的正常发酵。浸米效果的优劣将直接影响黄酒的品质。浸泡过程中主要的变化是稻米吸水膨胀、主要成分分解、稻米及浆水酸度的变化等。由图2-5可知，4种稻米米浆水的pH变化趋势基本一致，0～1天时先缓慢下降，第2天时米浆水的pH值下降幅度明显增大，到第4天米浆水的pH基本趋于平稳。浸米初始，4种稻米的米浆水pH值为6.48～6.80，随着浸米的进行，从开始时的近中性逐渐下降至低于4.0，其中粳糯米的米浆水pH最低（pH=3.44）。在浸米过程中，pH不断下降，标志微生物的生长繁殖和有机酸的积累。米浆水pH的降低主要是由乳酸杆菌发酵而产生乳酸，乳酸杆菌主要来源于周围环境微生物菌群和从原料米带入。对不同种类稻米浸泡24h后所得的米浆水进行理化指标分析，浸米24时后pH值在6.2～6.5。在相同温度下浸米，米的种类会影响米浆水的成分。原料米的不同是引起浸米初始阶段pH值差异的主要因素。
图2-5 浸米过程中米浆水的动态
（a）浸米过程pH的变化；（b）浸米过程氨基酸态氮的变化；（c）浸米过程还原糖的变化；（d）浸米过程总酸的变化
（2）浸米过程中总酸的变化分析
浸米时，米粒表面的微生物利用溶解的糖分、蛋白质、维生素等营养物质进行生长繁殖。黄酒浸米过程中多种微生物能够共同生长。米浆水中的优势菌群乳酸菌属代谢产生乳酸，使米浆水酸度增加，4种稻米浸米过程中总酸含量先缓慢上升、后迅速增加，第4天后趋势减缓。第1天米浆水的酸度没有明显变化，从第2天起，缸里不断冒出小气泡，米浆水总酸含量有明显上升。和其他种类稻米相比，粳糯米的米浆水总酸上升最快，浸米结束时总酸含量达到最高值3.52g/L。姬中伟等在浸米时间对黄酒品质的影响研究中也发现糯米所得米浆水总酸含量高于粳米和籼米。究其原因，一方面是和原料带入的微生物有关，不同种类的米在同样条件下浸米，其米浆水总酸和米浆水中微生物是不同的。另一方面是由于不同稻米淀粉的结构有很大差异。粳糯米和籼糯米支链淀粉含量较高，高度分支化的支链淀粉更易和水结合。在对不同种类稻米水结合力的研究中发现，糯米的水结合力高于粳米和籼米。从前面电镜扫描图也可以看出糯米在浸米过程中更易膨胀，结构松散，淀粉内部溶出物增加，使得米浆水中的有机物含量增加，从而更有利于微生物的生长。而有机酸是乳酸菌代谢的主要产物，乳酸菌的数量与米浆水的酸度有着直接关系。故粳糯米的米浆水总酸较高。浸米后期总酸增加趋势减缓，主要原因是当酸度增加到一定限度时，乳酸菌的生长受到抑制，从而导致乳酸菌生长和产酸速度减慢。另一方面，随着浸米时间的延长，米浆水中有机物的含量逐渐下降，不利于微生物的生长繁殖。
（3）浸米过程中氨基酸态氮的变化分析
在浸米过程中，米浆水的组成发生着复杂的变化。稻米本身及微生物的蛋白酶在水溶液中不断将米表皮的蛋白质分解成氨基酸等。如图2-5所示，除粳糯米外，其他3种稻米的米浆水氨基酸态氮指标在整个浸米过程中呈现虽略有波动但逐步上升的趋势。粳糯米的氨基酸态氮在0～2天时下降，而后又逐步上升，最后仍高于浸米初期的氨基酸态氮值。粳糯米的氨基酸态氮在整个浸米过程中高于其他3种稻米。米浆水中大部分乳酸杆菌能分泌少量的酸性蛋白酶，有微弱分解蛋白质为胨和多肽的能力；而绝大部分乳酸杆菌如干酪乳酸杆菌、短乳酸杆菌、植物乳酸杆菌等具有较强酸性内肽酶、氨肽酶、羧肽酶、寡肽酶活力，能分解胨和多肽为氨基酸等，提供给乳酸杆菌生长所需营养，从而促进发酵产生大量氨基酸。酿酒原料中粳糯米的蛋白质含量相对较高，以上原因使得粳糯米的氨基酸态氮整体水平较高。同时，粳糯米米浆水的氨基酸态氮值呈现“凹形”的变化趋势，主要是因为浸米初期粳糯米的米浆水中微生物尤其是乳酸菌属生长繁殖较快，代谢消耗氨基酸的速度高于蛋白质溶出和氨基酸产生的速度；而后期随着微生物代谢的减缓，氨基酸态氮又呈现逐渐上升的趋势。
（4）浸米过程中还原糖的变化分析
浸米过程中稻米吸水溶解出部分淀粉，经米粒本身含有和微生物产生的淀粉酶作用生成糖，为米浆水中的微生物所利用，从图2-5中可知，浸米过程中米浆水的还原糖含量整体呈现先上升后下降的趋势。浸米初期，还原糖含量在0.50～0.60g/L之间，随后还原糖含量不断上升，在第2天达到最高值；从第3天起，米浆水中的还原糖呈现逐渐下降的趋势。原因是随着稻米的不断吸水膨胀，微生物产酶渗入稻米颗粒，尤其是淀粉酶类对淀粉分子有所降解，而且浸泡也会导致稻米的破、断和损伤，从而增加固形物的溶出。在浸米引起的糯米理化特性改变及其对油果（Yukwa，韩国传统膨化食品）的品质影响研究中也发现，水的长期浸泡使得糯米的纤维基质出现很多空洞，表面结构松散，甚至使得一些单个淀粉颗粒释放出来；而这些浸泡引起的结构变化，可能会允许颗粒表面和内部进入更多的水，从而影响稻米的浸米特性。
从第3天起，米浆水中的还原糖含量随着微生物的生长繁殖，尤其是乳酸菌属代谢产酸不断消耗而逐渐降低。另外可能是随着浸米时间的延长，米粒中的淀粉溶出减少，进一步加剧了还原糖含量的降低。而粳米的米浆水中还原糖含量在整个浸米过程中呈现一直降低的趋势，可能原因是直链淀粉相对较高，淀粉颗粒的结构越致密牢固导致蛋白质与淀粉的结合越紧密，不易于吸水溶胀，且粒形呈椭圆形，整个浸米过程中米粒基本完整，使得溶出物减少。总之，淀粉结构的不同会影响稻米吸水性、淀粉溶胀能力等，引起米浆水中有机物含量产生差异，从而使得微生物的生长繁殖有所不同，进一步引起米浆水中各个理化指标的差异。
2.1.5.3 浸米结束时米浆水中游离氨基酸、有机酸的含量
（1）浸米结束时米浆水中游离氨基酸含量分析
米浆水是黄酒生产浸米工序中的副产物。在黄酒生产过程中，其米浆水产生量较大。米浆水中含有丰富的淀粉、蛋白质、糖类、有机酸，其中氨基酸多达18种。此外米浆水中还有大量对酿酒有益的乳酸菌、酵母等。由于米浆水中含有大量含氮物质，米浆水的外排将导致水体富营养化。另外，米浆水中的氨基酸可通过饭带入酒醪中，可提供给酵母利用，从而有利于黄酒风味的改善。浸米结束时，采用高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）对4种稻米的米浆水中氨基酸含量进行测定分析，结果如图2-6所示。
图2-6 米浆水中游离氨基酸的含量
4种稻米的米浆水中氨基酸种类丰富，共同的氨基酸种类有12种，其中苯丙氨酸、异亮氨酸、γ-氨基丁酸和精氨酸4种氨基酸均占到总量的60%以上，而在粳米中则高达78.56%。氨基酸总含量的高低依次是粳糯米>粳米>籼米>籼糯米；粳糯米与其他3种稻米的氨基酸总量均具有显著性差异（p<0.05）。另外，粳糯米的蛋白质含量高于其他3种稻米，且浸米过程中氨基酸态氮也高于其他种类稻米。米浆水中氨基酸主要是由米表皮的蛋白质分解成氨基酸，不同种类稻米的米浆水中氨基酸含量的差异可能主要是由稻米中的蛋白质含量差异引起的。
（2）浸米结束时米浆水中有机酸含量分析
米浆水中的优势菌群是乳酸菌属，在整个浸米过程中代谢产生乳酸，从而使稻米酸化，保证后期发酵的正常进行。浸米结束时采用HPLC对米浆水中的有机酸进行分析，结果如图2-7所示。
图2-7 米浆水中有机酸的含量
从图2-7可知，不同种类稻米的米浆水中有机酸总含量有很大差异，粳糯米的米浆水中有机酸总含量最高，为7.36g/L；其次是籼糯米；籼米最低，为3.39g/L。浸米结束时米浆水酸度要求大于0.3g/100mL（以琥珀酸计），4种米浆水的有机酸含量均符合浸米的酸度要求。4种稻米的米浆水中有机酸主要是乳酸，其次是乙酸，柠檬酸在粳糯米的米浆水中含量较高，而在籼米中未检出。产生这种差异的原因可能是粳糯米的米浆水中还原糖和氨基酸等含量都较高，为微生物尤其是乳酸菌属的生长繁殖提供了更多的营养成分，从而代谢产生更多的有机酸，有利于后期发酵的正常进行。
2.1.5.4 不同浸米时间的米饭中挥发性成分的差异性
（1）浸米2h米饭的挥发性风味物质含量分析
为探究不同种类稻米蒸饭挥发性成分的差异性，以及对比分析浸米工艺对米饭挥发性风味物质的影响，相同条件下测定4种稻米浸米2h米饭的挥发性成分。吸水率特性曲线及相关研究表明，4种稻米浸米2h时米粒持水已基本达到稳定。4种稻米浸米2h后沥干稻米表面水分，蒸饭后对米饭的挥发性风味物质进行分析。所有的米饭样品共检测到86种挥发性成分，包括19种醛酮类化合物、25种烷烃类化合物、13种醇类化合物、11种酯类化合物、6种酚类化合物、7种杂环类化合物以及5种其他类化合物。不同种类稻米的米饭挥发性成分在各类化合物中各有不同，虽然烃类化合物占到总挥发性成分的46%以上，但因烃类化合物对风味贡献较小，故不作风味物质含量统计，结果如图2-8。
图2-8 浸米2h米饭挥发性成分组成
从图2-8可以看出，非烃类的物质多为饱和状态，以醛类、醇类、醚类和酯类为主。浸米2h后粳糯米的米饭挥发性成分含量最高，其次是籼糯米，籼米和粳米的含量最低。4种稻米蒸饭的挥发性化合物组成基本一致，酚类化合物含量最高，主要化合物是3，5-二叔丁基邻苯二酚和对乙烯基愈创木酚；蒸饭中对乙烯基愈创木酚的含量为籼米>粳米>籼糯米>粳糯米，且籼米中的该物质含量与其他种类稻米具有显著性差异（p<0.05）。4种米饭挥发性风味物质中含量最高的酚类化合物没有显著性差异。杂环类化合物也占有很大的比重，主要是2-戊基呋喃和吲哚，其中粳糯米饭中的2-戊基呋喃的含量（1.95μg/100g）远高于其他3种稻米，吲哚的含量也处于最高水平。吲哚是米饭挥发性风味物质中重要风味成分。
（2）浸米4天米饭的挥发性风味物质含量分析
浸米4天的米饭样品共检测到82种挥发性成分，包括13种醛酮类化合物、13种烷烃类化合物、19种醇类化合物、15种酯类化合物、9种酚类化合物、8种酸类化合物、4种杂环类化合物以及1种其他类化合物。不同种类稻米的米饭挥发性成分在各类化合物中各有不同，结果如图2-9。
图2-9 浸米4天米饭挥发性成分组成
浸米4天籼糯米的米饭挥发性成分含量最高，其次是粳糯米。挥发性成分主要是酯类化合物、酸类化合物和醇类化合物。粳糯米的杂环类化合物含量最高，而籼糯米的酯类化合物远高于其他3种稻米。经过浸米工艺，4种稻米米饭的非烃类挥发性化合物总含量均增加，其中酚类化合物和醛酮类化合物显著降低，而酸类化合物和酯类化合物含量增加。酸类化合物主要是丁酸类化合物，在籼糯米中达到20.90μg/100g；酯类化合物主要是丁酸酯类化合物，包括丁酸丁酯、丁酸己酯、丁酸异戊酯和丁酸乙酯等。这是因为浸米过程中米粒进行了一定程度的发酵，酸类化合物增加。经过浸米工艺米饭中的醇类化合物有所增加。另外，醇类化合物中的苯乙醇含量增加了1倍，尤其是粳糯米，从67.59μg/100g上升到175.26μg/100g，增加了159.30%；而籼糯米因生成了大量的丁酸苯乙酯，其苯乙醇含量基本不变。