不同品種甘蔗及處理方式對甘蔗酒風味的影響

王 東，張春梅，齊 星，孫子羽，陳忠軍，滿都拉

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 食品科學與工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

甘蔗主要生長在我國南方熱帶和亞熱帶地區(qū)[1]，廣西是我國也是全球最適合甘蔗生長的地區(qū)之一[2]，擁有豐富的甘蔗資源且占全國甘蔗種植面積的60%以上[3]。甘蔗（Saccharum officinarum）又稱薯蔗、糖蔗，禾本科甘蔗屬，是一年或者多年生的熱帶經(jīng)濟作物。甘蔗中含有豐富的糖分、水分，還含有對人體新陳代謝非常有益的各種維生素、有機酸及鈣、鐵、鋅、錳、磷等元素[4]，具有良好的營養(yǎng)價值和保健價值。甘蔗主要用于制糖，表皮一般為紫色和綠色。不同品種甘蔗中糖類、蛋白質(zhì)、纖維素、果膠等物質(zhì)的含量也有很大的區(qū)別，新臺糖22號、桂糖29號的含糖量分別為15.11%[5]、15.27%[6]，而黑皮甘蔗的含糖量不足12%[7]。含糖量不同也是影響酵母菌發(fā)酵的主要原因之一，甘蔗汁中糖類物質(zhì)及其他營養(yǎng)物質(zhì)是酵母乙醇發(fā)酵的主要原料[8]。但其中也含有一些抑制酵母生長的不利因素，如果膠質(zhì)、焦糖、黑色素組成的膠體物質(zhì)，會吸附在酵母細胞上從而抑制細胞的生長，同時還會在乙醇發(fā)酵時產(chǎn)生大量氣泡，影響發(fā)酵效率[9-10]。此外，帶渣發(fā)酵與不帶渣發(fā)酵對甘蔗蒸餾酒的風味也有影響，因為甘蔗渣的吸水性較強，帶渣發(fā)酵時可以加大發(fā)酵液含氧量有利于酵母生長，而且由于蔗渣的多孔纖維結構更利于發(fā)酵液的滲透，從而有利于在短時間內(nèi)細胞的快速增殖，且多孔組織也有利于增殖細胞的向外擴散[11]，因此降糖速率快，糖利用率較高。所以以甘蔗為原料釀造生產(chǎn)的甘蔗酒，不僅是一種營養(yǎng)全面、易于吸收的優(yōu)質(zhì)保健酒，而且還可以大大提高甘蔗深加工的附加值，同時降低能源浪費、促進經(jīng)濟發(fā)展。

目前市場上的甘蔗產(chǎn)品主要有甘蔗朗姆酒[12]、甘蔗果酒[13-14]、甘蔗果醋[15-16]、蔗糖、飼料、酒精等。其中以甘蔗為原料生產(chǎn)的蒸餾酒——朗姆酒約占國際市場份額的15%，在我國的一線城市，其銷售速度以每年30%～60%的比例增長[17]。鄒毅等[18]通過比較研究甘蔗酒、卡沙薩酒、朗姆酒發(fā)現(xiàn)，中國的甘蔗酒在原料處理、生產(chǎn)方式以及品質(zhì)、口感上尚有不足。另外，李敏杰等[19-20]對甘蔗酒的發(fā)酵工藝條件進行了研究，確定了以甘蔗為原料發(fā)酵制酒的最佳工藝參數(shù)，并取得了一定的成果。

在以甘蔗為原料釀造蒸餾酒時通常選擇含糖量高的甘蔗。但是，目前少有比較不同品種甘蔗和原料處理方式對甘蔗酒風味影響的研究，因此，本研究通過比較不同品種及原料處理方式下甘蔗蒸餾酒的風味，為進一步開發(fā)甘蔗資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

不同品種甘蔗（黑皮、新臺糖22號、桂糖29號）：廣西市售；安琪酵母：安琪酵母股份有限公司；偏重亞硫酸鉀、無水乙醇（均為分析純）：國藥試劑化學試劑有限公司；白酒混合標樣16組分：蘭州東立龍信息技術有限公司。

1.2 儀器與設備

GC-7900型氣相色譜分析儀：上海天美科學儀器有限公司；白酒專用色譜柱LZP-930：山東瑞德化工儀器有限公司；FA2104N電子分析天平：上海菁海儀器有限公司；A-103多功能榨汁攪拌機：江門市尚亮電器制造有限公司；HWS-12型電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司；FL-1封閉電爐：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；PHS-3C pH計：上海儀電科學儀器有限公司；BCD-249CF美菱冰箱：合肥美菱股份有限公司；帝伯仕20L201不銹鋼千斤頂壓榨機：煙臺帝伯仕自釀機有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 工藝操作要點

（1）甘蔗分選：選擇新鮮、表面光潔、且無病蟲害和霉變的甘蔗。

（2）破碎：分割成小塊狀的甘蔗用榨汁機破碎成細碎狀同時用保鮮膜對破碎好的甘蔗進行密封以防止水分流失。

（3）壓榨取汁：分批把破碎好的甘蔗放入濾袋中并用壓榨機進行取汁，其中帶渣發(fā)酵需要加入10%的壓榨后的甘蔗渣進行發(fā)酵。

（4）成分調(diào)配：為防止甘蔗汁氧化以及達到殺菌消毒的目的需加入100 mg/kg的偏重亞硫酸鉀。

（5）菌種活化：酵母使用時提前在35 ℃左右的溫水中活化，活化后在30 min內(nèi)拌入原料中。

（6）接種酵母：酵母按使用說明來添加酵母和原料的比例約為1∶200，具體添加量按1∶190進行添加。

（7）入罐發(fā)酵：把接種好安琪酵母的甘蔗汁或甘蔗汁渣[21-22]混合物倒入發(fā)酵罐中，并裝上單向閥在室溫中進行為期15 d的厭氧發(fā)酵，同時用電子分析天平監(jiān)測發(fā)酵過程中的質(zhì)量變化，當質(zhì)量平衡時結束發(fā)酵。

（8）蒸餾：發(fā)酵結束后，發(fā)酵液采用一次蒸餾法，餾液掐頭去尾。

（9）感官品評：參考朗姆酒感官要求和評分標準[23]，制定符合本文甘蔗酒的感官品評評分標準。取18個品評杯并做好標記。邀請品評員共10名進行感官品評，并按照相關感官品評標準評分（滿分100分），取3次品評結果的平均值作為最終品評分值。

（10）樣品準備：蒸餾后的甘蔗酒用2 mL的離心管做好標記分類留樣2 mL，每個樣品做3組平行，放入冰箱冷藏待使用。

1.3.3 理化指標測定

（1）糖度測定：用手持糖度計測定。

（2）pH值測定：用pH計直接測定。

（3）失重測定：開始發(fā)酵至終止發(fā)酵期間，每天測定發(fā)酵罐的質(zhì)量，計算質(zhì)量損失。

（4）酒精度測定：依據(jù)GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用試驗方法》[24]來測定發(fā)酵液蒸餾后餾出液的酒精度。

（5）甘蔗酒揮發(fā)性香氣成分測定

利用氣相色譜法（gas chromatography，GC）分析3種品種不帶渣與帶渣發(fā)酵甘蔗酒中的香氣成分。氣相色譜分析實驗條件如下：色譜柱LZP-930（30 m×0.32 mm，1.0 μm）；柱溫：以50 ℃保持6 min，再以8 ℃/min升溫至170 ℃，保持8 min；汽化溫度：220 ℃；檢測器：火焰離子化檢測器（flame ionization detector，F(xiàn)ID）；檢測器溫度：230 ℃；載氣：氮氣（N2）；進樣量為1 μL；內(nèi)標物：乙酸正丁酯。

樣品處理：用移液槍準確吸取1 mL樣品，加入體積分數(shù)為2%乙酸正丁酯內(nèi)標樣10 μL混合搖勻后進樣1 μL。

1.3.4 感官評定

選請了10位有經(jīng)驗學者進行感官評定并取平均值，評定標準見表1[25]。

表1 甘蔗酒感官品評標準Table 1 Sensory evaluation standards of sugarcane wine

續(xù)表

2 結果與分析

2.1 不同品種甘蔗帶渣與不帶渣處理對pH、糖度及蒸餾后酒精度的影響

2.1.1 不同品種甘蔗汁初始pH、糖度及不帶渣發(fā)酵后pH、糖度和蒸餾后酒精度

3種不同品種甘蔗汁發(fā)酵前各理化指標有較大區(qū)別，結果見圖1。由圖1可知，新臺糖22號甘蔗汁pH為5.38，糖度19.7°Bx，蒸餾后酒精度為36.9%vol。桂糖29號甘蔗汁發(fā)酵前pH為5.49，糖度為20.7°Bx，蒸餾后酒精度為31.5%vol。黑皮甘蔗汁發(fā)酵前pH為5.64，糖度為14.4°Bx，蒸餾后的酒精度為34.7%vol。

圖1 不同品種甘蔗汁初始pH值、糖度及不帶渣發(fā)酵后pH值、糖度和蒸餾后酒精度Fig.1 Initial pH,sugar content of different varieties of sugarcane juice and pH,sugar content after fermentation without slag and alcohol content after distillation

由圖1可知，3種甘蔗汁發(fā)酵液的初始pH值很相近，而發(fā)酵后的pH值都接近中性，雖然桂糖29號甘蔗汁發(fā)酵前后pH差值最大，產(chǎn)酸最多，但與新臺糖22號甘蔗汁的pH差值無明顯差距。說明pH對甘蔗蒸餾酒的風味沒有顯著影響。桂糖29號甘蔗汁的起始糖度最高，發(fā)酵結束后糖度差值也最大，說明可利用糖量最多，但糖的利用率較低，導致桂糖29號甘蔗酒酒精度低于其他甘蔗酒。

2.1.2 不同品種甘蔗汁初始pH、糖度及帶渣發(fā)酵后pH、糖度及蒸餾后酒精度

不同品種甘蔗帶渣發(fā)酵前各理化指標有很大不同，結果見圖2。由圖2可知新臺糖22號發(fā)酵前pH為5.57，糖度19.7°Bx，蒸餾后酒精度為37.0%vol。桂糖29號發(fā)酵前pH為5.56，糖度為20.7°Bx，蒸餾后酒精度為31.6%vol。黑皮品種甘蔗汁發(fā)酵前pH為5.53，糖度為16.3°Bx，蒸餾后酒精度為34.5%vol。

圖2 不同品種甘蔗汁初始pH值、糖度及帶渣發(fā)酵后pH值、糖度及蒸餾后酒精度Fig.2 Initial pH,sugar content of different varieties of sugarcane juice and pH,sugar content after fermentation with slag and alcohol content after distillation

由圖2可知，帶渣發(fā)酵后pH差值實驗結果與不帶渣發(fā)酵相似。桂糖29號甘蔗糖度差值高于新臺糖22號，但后者酒精度最高。其原因可能是桂糖29號的初始糖度較高，導致其發(fā)酵結束后的殘?zhí)呛枯^高，而這種高滲環(huán)境抑制了菌種的正常生長代謝，從而影響其產(chǎn)酒精能力。此外，黑皮帶渣發(fā)酵的糖度差值小于新臺糖22號帶渣發(fā)酵，其酒精度也低于前者，其原因可能是黑皮甘蔗的糖度較低，導致菌種在發(fā)酵后期沒有充足的營養(yǎng)物質(zhì)，酒精的產(chǎn)量就相應降低。

綜合以上結果可知不同的發(fā)酵方式對酒體的整體發(fā)酵會產(chǎn)生不同的影響，不帶渣發(fā)酵酒體的pH與帶渣發(fā)酵相比基本沒有差異，說明不同的發(fā)酵方式對酒體的pH基本沒有影響。但不帶渣發(fā)酵酒體發(fā)酵前后的糖度差值和酒精度要小于帶渣發(fā)酵，即帶渣發(fā)酵的糖利用率更高，說明不同的發(fā)酵方式會影響酵母對糖類的轉化效率和酒精產(chǎn)量，其原因可能是帶渣發(fā)酵酒體的氧氣含量更高，有利于酵母的生長繁殖，因此糖的利用率和酒精產(chǎn)量也隨之升高。

2.1.3 不同品種甘蔗不帶渣與帶渣發(fā)酵的失重變化

分別用265 g不同品種甘蔗汁進行不帶渣發(fā)酵以及加入甘蔗汁量的10%的甘蔗渣進行帶渣發(fā)酵15 d，質(zhì)量變化結果見圖3。新臺糖22號、桂糖29號、黑皮甘蔗不帶渣發(fā)酵結束后質(zhì)量分別為242.3 g、244.3 g、242.9 g，與發(fā)酵前質(zhì)量相比分別下降22.7 g、20.7 g、22.1 g。而3種甘蔗帶渣發(fā)酵結束后質(zhì)量分別為247.8 g、250.3 g、249.2 g，與發(fā)酵前質(zhì)量相比分別下降17.2 g、14.7 g、15.8 g。

圖3 甘蔗汁發(fā)酵前后質(zhì)量變化Fig.3 Weight change of sugarcane juice before and after fermentation

通過本項實驗發(fā)現(xiàn)帶渣發(fā)酵質(zhì)量下降的量普遍高于不帶渣發(fā)酵，其原因可能為蔗渣中含有較多的有益菌和活性物質(zhì)提高了甘蔗汁發(fā)酵液中的酒曲的利用率。在帶渣發(fā)酵中新臺糖22號甘蔗發(fā)酵液質(zhì)量下降最多，由此可知，新臺糖22號甘蔗品種中有益微生物最多，較適合制作甘蔗酒。

2.2 不同品種甘蔗不帶渣與帶渣發(fā)酵對甘蔗酒風味物質(zhì)含量的影響

2.2.1 甘蔗酒樣品氣相色譜

圖4 甘蔗酒16組分標樣成分氣相色譜分析色譜圖Fig.4 GC chromatogram of component analysis of standard sample of 16 components of sugarcane wine

圖5 甘蔗酒樣品香氣成分氣相色譜圖Fig.5 GC chromatogram of aroma component analysis of sugarcane wine samples

按照所設定的氣相色譜分析條件，分別測定白酒16組分標樣和三種品種不帶渣與帶渣發(fā)酵甘蔗酒中的成分，對照白酒16組分標樣（圖4）分析選出分離效果較好的（22號不帶渣發(fā)酵）甘蔗酒樣品（圖5），說明所設定的氣相色譜分析條件適用于本研究。

2.2.2 不同品種及處理方式對甘蔗酒醇類風味物質(zhì)的影響

圖6 不同品種及處理方式甘蔗汁發(fā)酵液中正丙醇（A）及正丁醇（B）的含量Fig.6 N-propanol alcohol (A) and n-butyl alcohol (B) contents in fermentation broth of sugarcane juice of different varieties and treatment methods

在果酒釀造過程中產(chǎn)生的高級醇主要是由蛋白質(zhì)和糖類的代謝產(chǎn)物轉換形成[25]，它是果酒香味物質(zhì)的主要組成成分。根據(jù)甘蔗蒸餾酒中主要酯類、醇類、醛類物質(zhì)含量不同，比較不帶渣發(fā)酵與帶渣發(fā)酵兩種原料處理方式下甘蔗酒的風味物質(zhì)含量，結果見圖6。

由圖6可知，不同原料及處理方式下的甘蔗汁帶渣和不帶渣發(fā)酵時酒體中醇類物質(zhì)的含量不同，桂糖29號帶渣發(fā)酵液的正丙醇含量為0.19 mg/mL，均高于其他處理組。但在新臺糖22號帶渣發(fā)酵液中正丁醇的含量為7.78 mg/mL，與其他處理組相比有較大差異，而在各發(fā)酵液中正己醇的含量與其他3種醇類物質(zhì)相比要低的多，綜上所述，不帶渣發(fā)酵酒體的正丙醇和正丁醇風味優(yōu)于帶渣發(fā)酵。

2.2.3 不同品種及處理方式對甘蔗酒醛類風味物質(zhì)的影響

圖7 不同品種及處理方式甘蔗汁發(fā)酵液中乙醛（A）及乙縮醛（B）的含量Fig.7 Acetaldehyde (A) and acetal (B) contents in fermentation broth of sugarcane juice of different varieties and treatment methods

根據(jù)甘蔗蒸餾酒中主要酯類、醇類、醛類物質(zhì)含量不同，比較不帶渣發(fā)酵與帶渣發(fā)酵兩種原料處理方式下甘蔗酒的風味物質(zhì)含量。由圖7可知，不同原料及處理方式下的甘蔗汁帶渣和不帶渣發(fā)酵時酒體中醛類物質(zhì)的含量不同，新臺糖22號帶渣發(fā)酵與桂糖29號帶渣發(fā)酵的甘蔗發(fā)酵液中乙醛含量分別0.39mg/mL和0.34 mg/mL，基本上沒有明顯差別。此外，桂糖29號帶渣發(fā)酵液中乙縮醛的含量為0.21 mg/mL，顯著高于不帶渣發(fā)酵和其他處理組（P＜0.05）。

2.2.4 不同品種及處理方式對甘蔗酒乙酸乙酯的影響

根據(jù)甘蔗蒸餾酒中主要酯類、醇類、醛類物質(zhì)含量不同，比較不帶渣發(fā)酵與帶渣發(fā)酵兩種原料處理方式下甘蔗酒的風味物質(zhì)含量，結果見圖8。由圖8可知，黑皮不帶渣發(fā)酵與帶渣發(fā)酵酒體乙酸乙酯含量分別1.71 mg/mL和1.37 mg/mL，兩種處理方式相差較小。新臺糖22號不帶渣發(fā)酵酒體中乙酸乙酯含量為1.26 mg/mL，明顯高于帶渣發(fā)酵的0.49 mg/mL。桂糖29號不帶渣發(fā)酵酒體中乙酸乙酯含量為0.94 mg/mL，明顯低于帶渣發(fā)酵的1.88 mg/mL，說明不帶渣發(fā)酵方式酒體的乙酸乙酯含量優(yōu)于帶渣發(fā)酵。

圖8 不同品種及處理方式甘蔗汁發(fā)酵液中乙酸乙酯的含量Fig.8 Ethyl acetate content in fermentation broth of sugarcane juice of different varieties and treatment methods

綜合以上結果，將新臺糖22號不帶渣發(fā)酵甘蔗酒、桂糖29號帶渣發(fā)酵甘蔗酒、黑皮不帶渣發(fā)酵甘蔗酒進行對比分析，得出新臺糖22號不帶渣發(fā)酵甘蔗酒酒體風味最佳。與朗姆酒相比，雖然本次研究的甘蔗酒的主要呈香物質(zhì)與朗姆酒基本相同，都有乙酸乙酯、正丙醇、正丁醇等高級醇類和酯類，但是口感、生產(chǎn)工藝上還有很大的差距，還需要進一步改進。

2.3 不同品種甘蔗不帶渣與帶渣發(fā)酵對甘蔗酒感官的影響

甘蔗汁發(fā)酵液的感官評分結果見圖9，新臺糖22號不帶渣發(fā)酵得到的感官評分為83.9分，帶渣發(fā)酵得分為79.9分；桂糖29號甘蔗不帶渣發(fā)酵得到的感官評分為74.6分；帶渣發(fā)酵得分為79.0分；黑皮甘蔗不帶渣發(fā)酵得到的感官評分為73.6分，帶渣發(fā)酵得分為71.1分。總體而言不帶渣發(fā)酵方式比帶渣發(fā)酵方式甘蔗酒在感官品質(zhì)上更受大眾喜愛，其中新臺糖22號品種甘蔗不帶渣發(fā)酵甘蔗酒感官評分最高，為83.9分。

圖9 甘蔗汁發(fā)酵液感官品評價Fig.9 Sensory evaluation of fermentation broth of sugarcane juice

3 結論

不同品種及原料處理方式對甘蔗蒸餾酒風味有顯著影響，帶渣發(fā)酵和不帶渣發(fā)酵之間風味物質(zhì)和高級醇的含量有很大不同。在氣相色譜分析中新臺糖22號不帶渣發(fā)酵甘蔗酒的香氣成分中乙酸乙酯等風味物質(zhì)的含量與其他幾種甘蔗酒相比有較大不同，乙酸乙酯具體含量為1.26mg/mL，顯著高于帶渣處理的0.49 mg/mL（P＜0.05），乙醛含量為0.37 mg/mL略低于帶渣處理0.39 mg/mL，二者沒有顯著差異（P＜0.05）。此外，新臺糖22號帶渣發(fā)酵酒中正丁醇的含量為0.07 mg/mL與不帶渣的7.78 mg/mL相比具有極顯著差異（P＜0.01）。感官評定中新臺糖22號不帶渣發(fā)酵甘蔗酒在本次研究中感官品評分也高于其他甘蔗酒。而且不帶渣發(fā)酵酒的酒體風味也優(yōu)于帶渣發(fā)酵酒，其酒體澄清透亮有光澤、無懸浮物、口感柔和、具有淡淡蔗香。此外，甘蔗與其他發(fā)酵原料相比具有成本低、來源廣等優(yōu)點，有較好的發(fā)展前景。