紫薯糯米黃酒的發(fā)酵規(guī)律及其香氣成分分析

李紀(jì)濤，蔣和體，束俊霞，蔣一鳴，楊夢(mèng)花，程麗萍

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

紫薯糯米黃酒的發(fā)酵規(guī)律及其香氣成分分析

李紀(jì)濤，蔣和體*，束俊霞，蔣一鳴，楊夢(mèng)花，程麗萍

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

以紫薯、糯米為原料，跟蹤監(jiān)測(cè)紫薯糯米黃酒整個(gè)發(fā)酵過程中酒度、還原糖含量、酸度、花色苷含量等理化指標(biāo)的變化，并運(yùn)用頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)紫薯糯米黃酒主要香氣成分進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在整個(gè)紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中，發(fā)酵液酒度和總酸呈逐漸上升的趨勢(shì)；還原糖含量呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)；花色苷含量則呈逐漸降低的趨勢(shì)；從紫薯糯米黃酒中共檢測(cè)出香氣物質(zhì)60種，占整個(gè)峰面積的96.28%；紫薯糯米黃酒的主體香氣成分主要有異丁醇、棕櫚酸乙酯、2-辛醇、苯乙醇、辛酸乙酯、亞油酸乙酯和油酸乙酯等。

紫薯糯米黃酒，發(fā)酵規(guī)律，香氣成分，氣相色譜-質(zhì)譜

紫 薯（Purple sweet potato），因 其 表 皮 和 肉 質(zhì) 呈紫黑色，又名黑薯，是近幾年來發(fā)展起來的一種新型紅薯類[1]。紫薯除具有普通紅薯的營(yíng)養(yǎng)成分外，還富含硒元素和花青素，根據(jù)一些研究表明，花青素具有抗氧化、抗突變、抗腫瘤、預(yù)防心腦血管疾病、減輕肝機(jī)能障礙等多種生理功能[2-5]。黃酒是以稻米、玉米、小麥、小米等為主要原料，經(jīng)蒸煮、加曲、糖化、發(fā)酵等工序制成的釀造酒[6]，其具有色澤澄清透明、味道鮮爽可口、香氣醇厚醉人、酒精度低等特點(diǎn)[7]，并以其獨(dú)特的滋味著稱于世[8]。而以紫薯和糯米混合發(fā)酵的黃酒不僅具有傳統(tǒng)黃酒的風(fēng)味，且融入了紫薯花色苷的功能成分，使紫薯糯米黃酒具備傳統(tǒng)黃酒沒有的保健功效。

目前，對(duì)黃酒的研究大多集中在工藝優(yōu)化[9]、功能特性[10]以及釀酒原料的變換[11]上，而對(duì)黃酒發(fā)酵過程中主要成分的變化規(guī)律研究的較少。在本實(shí)驗(yàn)中，以紫薯、糯米為原料，將紫薯經(jīng)蒸煮、液化、糖化后和糯米生料混合進(jìn)行黃酒發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，由于采用的是糯米黃酒生料釀酒曲已含有糯米糖化酶，但其對(duì)紫薯淀粉的糖化效果較弱，故采用紫薯單獨(dú)蒸煮、糖化后再發(fā)酵的工藝，從而縮短紫薯糖化時(shí)間；而直接采用糯米生料發(fā)酵可簡(jiǎn)化黃酒生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，減少糯米的營(yíng)養(yǎng)成分損失；并通過對(duì)紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中成分的變化進(jìn)行跟蹤以及對(duì)成品黃酒的香氣成分進(jìn)行分析，以期為紫薯糯米黃酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫薯 渝紫7號(hào)，取自四川省開江縣紫薯基地；糯米 購(gòu)于重慶市北碚區(qū)永輝超市；黃酒生料釀酒曲 麗水力克生物科技有限公司；α-淀粉酶（＞4000U/g）、糖化酶（＞105U/g） 諾維信生物技術(shù)有限公司；其他試劑 均為分析純。

FA2004A電子天平 上海精天電子儀器廠；酒精計(jì) 河北省武強(qiáng)縣同輝儀表廠；PHS-3C pH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司；UV-2450紫外可見分光光度計(jì)、QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；手動(dòng)固相微萃取進(jìn)樣器 美國(guó)鉑金-埃爾默公司；100μm PDMS萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紫薯糯米黃酒工藝流程 紫薯→挑選、清洗→蒸煮（至無硬心）糊化→出鍋冷卻至30℃左右→破碎→加水打酵15d→倒罐除酒腳→陳釀→澄清→過濾→灌裝→殺菌→成品酒。工藝操作要點(diǎn)：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[12]；調(diào)節(jié)pH為6.0，添加0.15%的α-淀粉酶，在溫度為60℃條件下液化3h；調(diào)節(jié)pH為4.5，添加0.1%的糖化酶，在溫度為60℃的條件下糖化3h。將淘洗干凈的糯米和酶解后的紫薯醪混合均勻，按10%的接種量加入黃酒曲，在溫度為25℃下發(fā)酵7d，倒罐，15℃陳釀20d，過濾、殺菌后即可得成品酒。

1.2.2 紫薯糯米黃酒理化指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2.1 花色苷含量的測(cè)定 pH示差法[13]。

1.2.2.2 酒精度的測(cè)定 酒精計(jì)法[14]。

1.2.2.3 總酸的測(cè)定 電位滴定法[14]。

1.2.2.4 還原糖含量的測(cè)定 直接滴定法[14]。

1.2.3 紫薯糯米黃酒香氣成分分析

1.2.3.1 香氣物質(zhì)提取 采用頂空固相微萃取法（HS-SPME）。取主發(fā)酵結(jié)束后的酒樣6mL加入到20mL萃取瓶中，加入1.0g 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40min后將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口，解析5min[15]。

1.2.3.2 GC-MS條件 氣相色譜條件：色譜柱為DB-5MS（30mm×0.25mm，0.25μm）；進(jìn)樣口溫度250℃；升溫程序：35℃保持3min，以10℃/min升至110℃，保持3min，再以5℃/min升至150℃，保持2min，最后以7℃升至230℃，保持6min；載氣（He）：流速1.00mL/min，壓力53.5kPa，進(jìn)樣口溫度250℃，進(jìn)樣量1μL；進(jìn)樣口不分流。質(zhì)譜條件：電離方式EI；電子能量70eV；離子源溫度230℃；ACQ方式：Scan；四級(jí)桿溫度150℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 35～500；掃描速度769u/s[16]。

1.2.3.3 香氣成分分析 分析結(jié)果運(yùn)用計(jì)算機(jī)譜庫(kù)（NIST/WILEY）進(jìn)行初步檢索及資料分析，再結(jié)合文獻(xiàn)進(jìn)行人工圖譜解析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中酒精度的變化

圖1 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中酒精度的變化Fig.1 Change in alcohol content of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

由圖1可以看出，黃酒發(fā)酵過程中，酒精度隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而呈S型曲線增長(zhǎng)。發(fā)酵前6d，酒精度增長(zhǎng)緩慢；在發(fā)酵6～12d時(shí)，酒精度迅速上升；而發(fā)酵進(jìn)行到12d之后，酒精度幾乎不再增加。這主要是因?yàn)樵诎l(fā)酵過程中，所用的黃酒曲是復(fù)合酒曲，發(fā)酵前期，發(fā)酵液中的糯米淀粉還未液化、糖化，雖有紫薯醪存在，但發(fā)酵液糖含量較低，使得酒精度的增加較慢；而隨著糯米淀粉的大量糖化、液化，發(fā)酵液中糖濃度升高，發(fā)酵產(chǎn)物乙醇的反饋抑制也較小，這時(shí)酵母菌處于快速繁殖階段，對(duì)發(fā)酵液中糖的分解速度增快。而在發(fā)酵后期，發(fā)酵液中營(yíng)養(yǎng)匱乏及發(fā)酵產(chǎn)物乙醇對(duì)酵母產(chǎn)生抑制作用，且大量酵母細(xì)胞處于衰老階段，此時(shí)發(fā)酵基本結(jié)束，所以酒精度基本不再增加。

2.2 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中還原糖含量的變化

圖2 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中還原糖含量的變化Fig.2 Change of residual sugar of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

黃酒發(fā)酵過程中還原糖含量的變化如圖2所示，從圖2中可以看出發(fā)酵前4d還原糖含量隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢降低，隨后迅速升高到最高后再降低，14d后開始趨于平緩。還原糖含量的變化趨勢(shì)也可以間接的解釋出酒精的生成趨勢(shì)，開始時(shí)糯米淀粉未酶解，發(fā)酵液中還原糖含量較低，而隨著糯米淀粉的酶解，還原糖含量迅速升高，隨后酵母大量分解產(chǎn)生酒精又使得還原糖降低。整個(gè)過程中，糖一部分提供酵母生長(zhǎng)所需的能源，一部分生成酒精。

2.3 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中酸度的變化

圖3 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中總酸含量的變化Fig.3 Change of total acid of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

總酸含量可以反映酒的酸味，發(fā)酵過程中紫薯糯米黃酒總酸的變化如圖3所示。由圖3可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，紫薯糯米黃酒的酸度呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵诎l(fā)酵初期還原糖濃度較高，酵母和一部分產(chǎn)酸菌乳酸菌會(huì)迅速增殖，當(dāng)數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)，代謝旺盛，酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精和少量有機(jī)酸，產(chǎn)酸菌則產(chǎn)生大量有機(jī)酸，使總酸不斷上升，當(dāng)達(dá)到3.2g/L的濃度后，酸度和酒精度的升高抑制了產(chǎn)酸菌的活性，綜合作用下使總酸的含量穩(wěn)定在3.2g/L[17]。

2.4 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中花色苷含量的變化

圖4為紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中花色苷含量的變化曲線，從圖4中可以看出，發(fā)酵前8d，發(fā)酵液中花色苷含量急劇下降，在8～12d內(nèi)下降緩慢，而后趨于平緩，含量維持在12mg左右。發(fā)酵液中的花色苷主要來源于紫薯，而紫薯中的花色苷以矢車菊色素-3-葡萄糖和芍藥色素-3-葡萄糖的形式存在。由于紫薯的花色苷很不穩(wěn)定，在發(fā)酵過程中，可能被微生物所產(chǎn)生的酶所降解[18]。所以隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，花色苷含量總體呈下降趨勢(shì)。

2.5 紫薯糯米黃酒香氣成分的GC-MS分析

圖5所示為紫薯糯米黃酒香氣成分的GC-MS總離子流圖，各組分的分析鑒定結(jié)果如表1所示。經(jīng)計(jì)算機(jī)譜庫(kù)（NIST/WILEY）進(jìn)行初步檢索。保留相似度大于等于80的化合物，再結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，可初步定性紫薯糯米黃酒的香氣組分有60種，其占總峰面積的96.28%。其中，相對(duì)含量較高的香氣物質(zhì)主要為：異戊醇、棕櫚酸乙酯、2-辛醇、苯乙醇、辛酸乙酯、亞油酸乙酯、油酸乙酯、2-甲基苯并呋喃、肉豆蔻酸乙酯和1-[5-（3-呋喃基）]-2-戊酮等，其相對(duì)含量分別為：19.89%、10.39%、8.48%、6%、5.64%、4.82%、4.05%、3.77%、3.75%和3.65%。

圖4 紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中花色苷含量的變化Fig.4 Change of anthocyanins of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

圖5 紫薯糯米黃酒香氣成分的總離子流圖Fig.5 Total ion chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and glutinous rice wine

表1 紫薯糯米黃酒香氣成分的鑒定結(jié)果Table 1 Identification of aromatic components in purple sweet potato and glutinous rice wine

由表1可知，在紫薯糯米黃酒的香氣成分中，醇類6種、酯類25種、醛酮類10種、烷烴烯烴類15種以及其他類4種，相對(duì)含量分別為醇類35.07%、酯類

42.71%、醛酮類6.13%、烷烴烯烴類5.59%和其他類6.78%，其中醇類中相對(duì)含量比較高的成分有異戊醇（19.89%）、2-辛醇（8.48%）和苯乙醇（6%），酯類中相對(duì)含量比較高的成分主要有棕櫚酸乙酯（10.39%）、辛酸乙酯（5.64%）、亞油酸乙酯（4.82%）和油酸乙酯（4.05%）。從紫薯糯米黃酒香氣成分的鑒定結(jié)果可以看出，醇類和酯類物質(zhì)占的比例較高，相對(duì)含量達(dá)到了77.78%，這說明酒中醇類和酯類物質(zhì)對(duì)酒的香氣特征起著主要作用。

續(xù)表

從酒的香氣分析結(jié)果可知，紫薯糯米黃酒的香氣成分中含有較多的異戊醇、苯乙醇、棕櫚酸乙酯和辛酸乙酯，這些物質(zhì)在形成紫薯糯米黃酒基本香氣中具有重要的作用。發(fā)酵酒香氣的基本成分為揮發(fā)性物質(zhì)中的4大酯類（乙酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯和辛酸乙酯）和兩大醇類（異丁醇和異戊醇），其他的揮發(fā)性成分只是對(duì)上述物質(zhì)的修飾語補(bǔ)充[19]。而異戊醇是強(qiáng)的致香劑，使苦澀的氨基酸（亮氨酸）減少，對(duì)酒體口感有很大的改善；苯乙醇作為米香型酒的主體香味成分之一，具有蜜香玫瑰味的清雅香氣，落口有綿甜清爽之感[20]。紫薯糯米黃酒的香氣成分中異戊醇、辛酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯均被檢出。

3 結(jié)論

3.1 在紫薯糯米黃酒發(fā)酵過程中，黃酒的理化參數(shù)會(huì)隨著酵母菌的生長(zhǎng)繁殖而發(fā)生變化。對(duì)整個(gè)發(fā)酵過程中紫薯糯米黃酒的發(fā)酵規(guī)律研究結(jié)果表明：在發(fā)酵的前期，發(fā)酵液中酒精含量增加較為緩慢，隨后迅速增加，發(fā)酵后期，發(fā)酵液中酒精含量不再增加；發(fā)酵液中還原糖含量的變化趨勢(shì)為先下降后上升至最高值，隨后逐漸降低至4g/L后發(fā)酵過程結(jié)束；整個(gè)發(fā)酵過程中，發(fā)酵液中總酸含量呈現(xiàn)一直上升的趨勢(shì)；發(fā)酵前期發(fā)酵液中花色苷含量下將迅速，后期變化趨于平緩。

3.2 采用頂空固相微萃取（SPME）與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）分析紫薯糯米黃酒的香氣成分，初步鑒定出60種化合物，占總峰面積的96.28%，其中相對(duì)含量較高的香氣物質(zhì)為異丁醇（19.89%）、棕 櫚 酸 乙 酯（10.39%）、2- 辛 醇（8.48%）、苯 乙 醇（6%）、辛酸乙酯（5.64%）、亞油酸乙酯（4.82%）和油酸乙酯（4.05%）等。

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權(quán)威·核心·領(lǐng)先·實(shí)用·全面

Analysis of fermentation rule and aromatic composition in purple sweet potato and glutinous rice wine

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

Changes of alcohol degree，residual sugar，total acid and anthocyanins content were tracked during the whole fermentation of purple sweet potato and glutinous rice wine.Moreover，automatic static headspacesolid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry was used in the wine’s aromatic composition analysis.Results showed that alcohol degree and total acid tended to gradually increase，residual sugar content were decreased at early fermentation then increased and at last it decreased，and the content of anthocyanins were decreased gradually during the fermentative process.Sixty aroma-active compounds were identified from purple sweet potato and glutinous rice wine ，accounting for 96.28%of the total peak area.The major aroma-active compounds were isobutanol，ethyl palmitate，2-octanol，benzyl alcohol，ethyl caprylate，linoleic acid ethyl ester and ethyl oleate.

purple sweetpotato and glutinousrice wine ； fermentation rule ； aromatic composition ； gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）

TS262.7

A

1002-0306（2014）20-0221-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.20.040

2013-12-23

李紀(jì)濤（1989-），男，碩士研究生，研究方向：現(xiàn)代食品加工理論與技術(shù)。

* 通訊作者：蔣和體（1963-），男，博士，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。