不同釀酒酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒香氣成分分析

李紀(jì)濤，蔣一鳴，束俊霞，程麗萍，楊夢花，蔣和體*

不同釀酒酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒香氣成分分析

李紀(jì)濤，蔣一鳴，束俊霞，程麗萍，楊夢花，蔣和體*

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

以3 種不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒為原料，運(yùn)用頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對紫薯糯米酒的香氣成分進(jìn)行分析，并研究紫薯醪和糯米糖化醪的比例對酒品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，紫薯醪和糯米糖化醪的比例在3∶2～1∶1（m/m）時，酒的品質(zhì)較好；紫薯糯米酒中的香氣成分有酯類、醇類、醛、酮類和烷烴、烯烴類，3 種酵母發(fā)酵的酒樣中共檢測出香氣成分73 種。果酒專用干酵母SY、釀酒酵母1383和釀酒酵母1596發(fā)酵的紫薯糯米酒中分別檢測出55、54、55 種香氣成分，其中相同的成分有38種，3 種紫薯糯米酒中相對含量最高的香氣成分都是異戊醇，其相對含量分別為17.67%、17.84%和18.63%。

酵母；紫薯糯米酒；氣相色譜-質(zhì)譜；香氣成分

紫薯，又稱紫心甘薯、紫肉甘薯，為番薯屬植物，是一類集營養(yǎng)、保健和色素于一體的甘薯品種[1]。紫薯除具有普通甘薯的營養(yǎng)成分外，還富含花青素和礦質(zhì)元素硒等重要營養(yǎng)成分[2-3]。研究表明，花青素具有抗氧化[4-5]、清除自由基[6]、抗炎癥[7]、抗突變[8]以及改善肝臟中脂肪酸含量[9-11]等作用。糯米中含有豐富的蛋白質(zhì)，其蛋白質(zhì)的氨基酸組成配比比較合理[12]，而由其發(fā)酵制作的糯米酒不僅營養(yǎng)豐富，而且具有促進(jìn)血液循環(huán)、提高免疫力、助于新陳代謝等功效[13]，并且其淀粉含量很高，經(jīng)糖化后可以產(chǎn)生大量的還原糖，當(dāng)和紫薯混合發(fā)酵時無需添加任何糖分即可達(dá)到所需要的酒精體積分?jǐn)?shù)。紫薯糯米酒是以紫薯和糯米為原料經(jīng)發(fā)酵而成的低度酒，其既具有糯米酒的保健功能又融入了紫薯花色苷的功能成分，使紫薯糯米酒富有鮮艷色澤的同時又增加了保健功能。

目前國內(nèi)外關(guān)于紫薯酒的研究日益增多，大多集中在紫薯酒的加工工藝和功能性質(zhì)上，如紫甘薯酒發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化[14]、紫薯酒抗氧化活性研究[15]、富含花青素紫薯酒的相似成分和感官分析[16]等，而對紫薯酒香氣成分的研究相對較少，尤其是不同酵母對紫薯酒香氣成分的影響。本實驗以3 種酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒為材料，采用頂空固相微萃?。╤eadspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）和氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術(shù)對紫薯糯米酒中的香氣成分進(jìn)行分析比較，為紫薯糯米酒的香氣特征研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯，渝紫7號，取自四川省開江縣紫薯基地，鮮薯主要成分含量：淀粉19.67%、蛋白質(zhì)1.69%、脂肪0.19%、粗纖維0.74%、水分69.43%、總灰分0.77%、花色苷43.2 mg/100 g。

糯米 市購；果酒酵母1383、果酒酵母1596 中國食品發(fā)酵工業(yè)研究所；果酒專用干酵母SY、安琪甜酒曲湖北安琪酵母股份有限公司；α-淀粉酶（＞4 000 U/g）、糖化酶（＞105U/g） 諾維信生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH.BLL.600-S恒溫培養(yǎng)箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；HWT-10C恒溫水浴搖床 天津市恒澳科技發(fā)展有限公司；FA2004A電子天平 上海精天電子儀器廠；酒精計河北省武強(qiáng)縣同輝儀表廠；QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀日本島津公司；手動固相微萃取進(jìn)樣器 美國鉑金-埃爾默公司；100 μm PDMS萃取頭 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯糯米酒的發(fā)酵工藝流程

釀酒酵母預(yù)處理：果酒專用干酵母的活化，取干酵母粉1 g，加入到20 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的糖水中，在38 ℃條件下，攪拌活化15～30min，至水中出現(xiàn)大量的小氣泡即可[14]；酵母1383和酵母1596的擴(kuò)大培養(yǎng)，先將斜面保存的釀酒酵母菌種放于28 ℃的培養(yǎng)箱中活化1～2 d，然后在超凈工作臺內(nèi)，把斜面菌種接種至10 mL經(jīng)滅菌后的紫薯糯米混合汁中于28 ℃條件下?lián)u床培養(yǎng)24 h，再將培養(yǎng)的酵母菌加入到100 mL的滅菌后的紫薯糯米汁中培養(yǎng)24 h，即可使用。

工藝操作要點：由于糯米淀粉含量較高，若和紫薯共同液化、糖化，需消耗大量的酶制劑，不太經(jīng)濟(jì)，且酶解后的糖化醪中酶液味道較重，故本實驗中糯米糖化使用甜酒曲糖化。將紫薯洗干凈，隔水蒸煮至無硬心，然后用刀切碎，按1∶1的料液比打漿[17]；調(diào)節(jié)pH值為6.0，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%的α-淀粉酶，在60 ℃條件下液化3 h；調(diào)節(jié)pH值為4.5，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的糖化酶，在60 ℃條件下糖化3 h。將糯米淘洗干凈，浸泡18～20 h至手捏米粒即碎，隔水蒸煮至外硬內(nèi)軟無夾心，將蒸好的米飯取出后立即用干凈的冷開水淋冷至30 ℃左右，濾去多余水，然后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%的甜酒曲攪拌均勻，于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中搭窩放置24～36 h[12]。然后將2 種醪液混合均勻，分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%、10%的接種量加入處理過的干酵母和酵母液，在25 ℃條件下發(fā)酵7 d，倒罐，15 ℃陳釀20 d，過濾、殺菌后即可得成品酒。

1.3.2 紫薯醪和糯米糖化醪比例的選擇

將紫薯醪和糯米糖化醪分別按照3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2（m/m）的比例混合，分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%已活化過的果酒專用干酵母SY，在25 ℃條件下，發(fā)酵7 d，比較發(fā)酵酒的酒精體積分?jǐn)?shù)、花色苷含量、總酸含量、還原糖含量和口感。

1.3.3 紫薯糯米酒品質(zhì)指標(biāo)的測定方法

分別采用pH示差法[18]、酒精計法[19]、電位滴定法[19]、直接滴定法[19]測定紫薯糯米酒中花色苷含量、酒精體積分?jǐn)?shù)、總酸含量和還原糖含量。

1.3.4 紫薯糯米酒香氣成分萃取

采用HS-SPME法。取主發(fā)酵結(jié)束后的酒樣6 mL加入到20 mL萃取瓶中，加入1.0 g NaCl，密封好后插入經(jīng)老化的萃取針，置于45 ℃水浴中，待放穩(wěn)后推出萃取針頭，頂空萃取40 min后將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口，解吸5 min[20]。

1.3.5 紫薯糯米酒香氣成分的GC-MS分析[21]

1.3.5.1 氣相色譜條件

色譜柱為DB-5MS（30 mm×0.25 mm，0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；升溫程序：35 ℃保持3 min，以10 ℃/min升至110 ℃，保持3 min，再以5 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，最后以7 ℃升至230 ℃，保持6 min；載氣（He）流速1.00 mL/min，壓力53.5 kPa，進(jìn)樣量1 μL；不分流。

1.3.5.2 質(zhì)譜條件

電離方式：電子電離（electron ionization，EI）源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；采集模式：全掃描；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 35～500；掃描速率769u/s；質(zhì)譜圖利用NIST 05譜庫進(jìn)行檢索。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯醪和糯米糖化醪不同配比發(fā)酵酒中主要成分比較

圖1 不同配方紫薯糯米酒中主要成分比較Fig.1 Comparative contents of alcohol, anthocyanin, total acids and reducing sugars in the wines fermented from purple sweet potato pulp and sacchrified stick rice pulp with different ratios

紫薯醪和糯米糖化醪不同配比對發(fā)酵酒中主要成分含量的影響結(jié)果見圖1。結(jié)果表明，隨著紫薯醪比例的增大和糯米糖化醪比例的減少，發(fā)酵結(jié)束時酒精體積分?jǐn)?shù)、花色苷含量有上升趨勢，總酸含量有下降趨勢，而還原糖含量表現(xiàn)為先降低后上升的趨勢。通過對發(fā)酵后酒的口感和色澤方面的評定表明，隨著紫薯醪的減少，發(fā)酵出的酒液酸味降低，糯米酒的風(fēng)味逐漸增強(qiáng)，當(dāng)糯米糖化醪的比例過高時，酒的苦味表現(xiàn)明顯，同時酒液的色澤逐漸變淺。綜合考慮，當(dāng)紫薯醪和糯米糖化醪的比例在3∶2～1∶1時較為理想，此時發(fā)酵出的酒風(fēng)味良好、酒精體積分?jǐn)?shù)和花色苷含量都能達(dá)到要求（即酒精體積分?jǐn)?shù)14%、花色苷含量30 mg/100 g以上），成品酒兼具紫薯酒和糯米酒的風(fēng)格且糯米酒的苦味不明顯，同時色澤鮮紅亮麗。

2.2 不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒中香氣成分GC-MS分析

圖2 果酒專用干酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒香氣成分的GC-MS總離子流圖Fig.2 Total ion current chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and rice wine fermented with alcohol active dry yeast

圖3 釀酒酵母1383發(fā)酵的紫薯糯米酒香氣成分的GC-MS總離子流圖Fig.3 Total ion current chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and rice wine fermented with Saccharomyces cerevisiae 1383

圖4 釀酒酵母1596發(fā)酵的紫薯糯米酒香氣成分的GC-MS總離子流圖Fig.4 Total ion current chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and rice wine fermented with Saccharomyces cerevisiae 1596

將紫薯醪和糯米糖化醪按1∶1進(jìn)行配比，按1.3.1節(jié)中的方法進(jìn)行發(fā)酵。3 種酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒通過GC-MS測定分析，其香氣成分的GC-MS總離子流圖和各香氣成分相對含量的鑒定結(jié)果見圖2～4和表1所示。

表1 不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒主要香氣成分Table 1 Aroma components in purple sweet potato and rice wines fermented with different yeasts

續(xù)表1

從表1可以看出，采用HP-SPME和GC-MS技術(shù)檢測并經(jīng)過譜庫（NIST）進(jìn)行初步檢索，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)可初步定性3 種酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒酒樣中共鑒定出73 種香氣成分，這些成分主要是醇類11 種、酯類29 種、醛、酮類12 種、酸類2 種、烷烴、烯烴類15 種、酚、醚類2 種以及其他類2 種。

在果酒專用干酵母SY釀造的紫薯糯米酒中，共檢測出55 種香氣成分，占總峰面積的95.11%。其中，醇類27.06%、酯類56.63%、酸類0.11%、醛、酮類6.28%以及烷烴、烯烴類2.94%。其主體香氣成分為異戊醇、棕櫚酸乙酯、亞油酸乙酯、癸酸乙酯、2-辛醇、月硅酸乙酯、油酸乙酯和肉豆蔻酸乙酯，相對含量分別為17.67%、14.83%、7.43%、7.08%、6.34%、5.94%、5.81%和4.75%。

在釀酒酵母1383釀造的紫薯糯米酒中，共檢測出54 種香氣成分，占總峰面積的94.24%。其中，醇類28.75%，酯類50.05%，醛、酮類4.8%以及烷烴，烯烴類2.2%。其主體香氣成分為異戊醇、棕櫚酸乙酯、亞油酸乙酯、2-甲基苯并呋喃、油酸乙酯、2-辛醇和苯乙醇，相對含量分別為17.84%、14.64%、8.31%、7.42%、6.75%、6.44%和4.12%。

在釀酒酵母1596釀造的紫薯糯米酒中，共檢測出55 種香氣成分，占總峰面積的95.29%。其中，醇類29.74%，酯類48.17%，酸類0.06%，醛、酮類9.04%以及烷烴、烯烴類2.11%。其主體香氣成分為異戊醇、棕櫚酸乙酯、2-辛醇、1-[5-（3-呋喃基）]-2-戊酮、亞油酸乙酯、油酸乙酯、2-甲基苯并呋喃和癸酸乙酯，相對含量分別為18.63%、12.63%、7.44%、6.92%、6.87%、5.3%、4.7%和4.61%。

2.3 不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒中主要呈香物質(zhì)分類比較

圖5 不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒香氣成分類型及相對含量Fig.5 Chemical classes and contents of aroma components in purple sweet potato and rice wine fermented with different yeasts

紫薯糯米酒中種香氣成分按化合物結(jié)構(gòu)分為醇類，酯類，酸類，醛、酮類，烷烴，烯烴類，酚、醚類和其他類，各類香氣物質(zhì)的相對含量見圖5，可以看出，不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒中，醇類和酯類物質(zhì)的相對含量較高，這說明在酒中醇類和酯類物質(zhì)是紫薯糯米酒香氣的重要組成成分；3 種酒樣中，酯類、醛、酮類及其他類物質(zhì)的相對含量差別較為明顯，如果酒專用干酵母SY發(fā)酵的酒樣中酯類物質(zhì)的相對含量相比釀酒酵母1383和1596發(fā)酵的酒樣分別高13.15%和17.56%，而醇類、酸類、烷烴、烯烴類以及酚、醚類等香氣成分的相對含量差異較小。

2.3.1 醇類香氣物質(zhì)比較

由表1可知，3 種紫薯糯米酒中共檢測出醇類物質(zhì)11 種，3 種酒共有4 種，相同的醇類較少，但是3 種酒樣中含量較高的醇類組分都是異戊醇、2-辛醇、苯乙醇，說明這3 種醇類物質(zhì)是紫薯糯米酒中的主要物質(zhì)之一，并且含量最高的都是異戊醇，其中酵母1596發(fā)酵的酒樣中相對含量最高，達(dá)到了18.63%，異戊醇具有苦杏仁和澀味。而從圖5可以看出，釀酒酵母1596所發(fā)酵的酒樣中醇類物質(zhì)含量最高，這是說明釀酒酵母1596總體產(chǎn)醇能力要優(yōu)于其他2 種酵母。研究表明，少量的高級醇能夠賦予果酒優(yōu)雅的香氣，如苯乙醇具有誘人的茉莉花香和玫瑰香，給人以柔和愉悅的感覺[22]，同時這些物質(zhì)又是其他香氣物質(zhì)的良好溶劑；芳香醇類由于閾值一般很低，所以其香氣值（濃度/閾值）很高，對總體香氣的形成有不可忽視的作用[23]。

2.3.2 酯類香氣物質(zhì)比較

由表1和圖5可知，3 種紫薯糯米酒中共檢測出酯類物質(zhì)29 種，3 種酒共有22 種，3 種酵母中，果酒專用干酵母SY發(fā)酵的紫薯糯米酒中酯類組分相對含量最高，達(dá)到了56.63%，釀酒酵母1383次之，釀酒酵母1596最低，說明果酒專用干酵母SY總體產(chǎn)酯能力要優(yōu)于另外2 種酵母。相對含量較高的幾種酯類物質(zhì)如棕櫚酸乙酯、亞油酸乙酯、癸酸乙酯、油酸乙酯、月桂酸乙酯和辛酸乙酯為3 種酒樣所共有，但其相對含量差異較大，如果酒專用干酵母SY發(fā)酵酒樣中月桂酸乙酯的相對含量遠(yuǎn)高于其他2 種酵母發(fā)酵的酒樣。大多數(shù)酯類具有花、果香氣[24]，對豐富紫薯糯米酒的香氣質(zhì)量貢獻(xiàn)較大，如辛酸乙酯具有令人愉快的花果香氣、杏子香氣；癸酸乙酯具有葡萄的香氣；棕櫚酸乙酯呈微弱果香和奶油香氣等。

2.3.3 酸類香氣物質(zhì)比較

由圖5可以看出，酸類物質(zhì)相對含量將醇類和酯類相比明顯較少，只有果酒專用干酵母SY和酵母1596發(fā)酵的紫薯糯米酒中檢測出了酸類，各1 種，分別是月桂酸和壬酸，相對含量分別為0.11%和0.06%，而酵母1383發(fā)酵的酒中未檢測出酸類。雖然3 種酒樣中含量較少，甚至釀酒酵母1383發(fā)酵的酒中未檢測到，但酸類物質(zhì)對紫薯糯米酒感官質(zhì)量也有積極的貢獻(xiàn)，如月桂酸具有月桂油香。

2.3.4 醛、酮類香氣物質(zhì)比較

3 種酒樣中共檢測出醛、酮類物質(zhì)12 種，3 種酒共有的有4 種，3 種酒樣中含量較高的醛、酮類物質(zhì)都是1-[5-（3-呋喃基）]-2-戊酮，其相對含量分別為2.54%、3.76%、6.92%，果酒專用干酵母SY發(fā)酵的酒樣中特有的桂皮醛相對含量也較高，酵母1383所發(fā)酵的酒樣中大馬士酮相對含量也遠(yuǎn)高于其他2 種酒樣。紫薯糯米酒中醛、酮類物質(zhì)的存在對其香氣有一定的貢獻(xiàn)，如桂皮醛具有特殊的肉桂芳香氣味，大馬士酮具有類似玫瑰的香氣，果酒專用活性干酵母SY發(fā)酵酒中的壬醛具有玫瑰樣的花香。

2.3.5 烷烴、烯烴類香氣物質(zhì)比較

由表1可以看出，3 種酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒中檢測出的烷烴、烯烴類物質(zhì)雖然種類較多，分別為12、11、9 種，但是其相對含量較少，分別為2.94%、2.2%、2.11%，并且各種物質(zhì)相對含量差別不大，故其對不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒香氣影響較小。

2.3.6 其他類香氣物質(zhì)比較

在3 種紫薯糯米酒種還檢測出2 種酚、醚類，2 種其他類物質(zhì)。在酵母1383和酵母1596發(fā)酵的酒樣中都檢測出了2-甲基苯并呋喃，且其相對含量較高，而果酒專用干酵母SY發(fā)酵的酒樣中未檢出。其他的一些香氣成分相對含量較低，但有些物質(zhì)也具有一些特殊的香氣，對紫薯糯米酒有一定的貢獻(xiàn)，如果酒專用干酵母SY發(fā)酵酒樣中檢測出的玫瑰醚具有清甜的花香氣息。

3 結(jié) 論

采用HS-SPEM法與GC-MS聯(lián)用技術(shù)分析不同酵母發(fā)酵的紫薯糯米酒的香氣成分，3 種酵母發(fā)酵的酒樣中共檢測出香氣成分73 種，其中在果酒專用干酵母SY、釀酒酵母1383和釀酒酵母1596發(fā)酵的紫薯糯米酒中共檢測出香氣成分55、54、55 種，3 種酒樣中共有香氣成分38 種，用色譜峰面積歸一化定量計算出各香氣成分在3 種酒樣中的相對含量。由分析可知，3 種酒樣香氣的差異主要表現(xiàn)在香氣成分組成和相對含量上；各個酒樣中主體香氣成分中有5 種相同，分別為異戊醇、棕櫚酸乙酯、亞油酸乙酯、2-辛醇和油酸乙酯，對應(yīng)的相對含量果酒專用干酵母SY為17.67%、14.83%、7.43%、6.34%和5.81%，釀酒酵母1383為17.84%、14.64%、8.31%、6.44%和6.75%，釀酒酵母1596為18.63%、12.63%、6.87%、7.44%、5.3%，主體香氣成分大部分相同說明三者使用相同原料釀造的酒在香氣成分組成上的一致性，而其相對含量以及各酒樣特有香氣成分的差異又說明紫薯糯米酒發(fā)酵時酵母的不同對其香氣的形成具有重要作用；由于紫薯糯米酒的各種香氣成分的含量、感覺閾值以及相互作用共同決定其最終的香氣特征，特征組分的鑒定還需要人體嗅覺感官分析的參與或相關(guān)技術(shù)如氣相色譜-嗅覺測量技術(shù)才能夠完成。

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Analysis of Aroma Composition of Purple Sweet Potato and Rice Wine Fermented With Different Yeast Starters

LI Ji-tao, JIANG Yi-ming, SHU Jun-xia, CHENG Li-ping, YANG Meng-hua, JIANG He-ti*
(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)

This study analyze the aroma components of purple sweet potato and rice wine fermented with three different yeast starters, alcohol active dry yeast and Saccharomyces cerevisiae 1383 and 1596. The analysis was carried out using automatic static headspace-solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry. Moreover, the effect of mass ratio between purple sweet potato pulp and sacchrified sticky rice pulp on wine quality was studied. The results showed that the best mass ratio between purple sweet potato pulp and sacchrified sticky rice pulp was in the range of 3:2-1:1; the aroma of purple sweet potato and rice wine was composed mainly of esters, alcohols, aldehydes, ketones, and alkyl vinyl. Totally 73 aroma components were identified, including 55, 54 and 55 components individually observed in the wines fermented with alcohol active dry yeast, and Saccharomyces cerevisiae 1383 and 1596, respectively, and 38 aroma components were common to the three wines. The most predominant aroma compound in these three wines was pentanol with relative contents of 17.67%, 17.84% and 18.63%, respectively.

yeast strain; purple sweet potato and rice wine; gas chromatography-mass spectrometry; aroma composition

TS262.7

A

1002-6630（2014）16-0202-06

10.7506/spkx1002-6630-201416039

2013-11-19

李紀(jì)濤（1989—），男，碩士研究生，研究方向為現(xiàn)代食品加工理論與技術(shù)。E-mail：lijitao8943@126.com

*通信作者：蔣和體（1963—），男，教授，博士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：jheti@126.com