自然發酵與接種發酵燕麥醪糟的揮發性成分分析

劉紅微，張美莉

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018）

燕麥被譽為“九糧之尊”，富含蛋白質、不飽和脂肪酸、礦物質、維生素、酚類化合物及可溶性膳食纖維，豐富的營養成分賦予其良好的營養價值、藥用價值、美容價值、食用價值及飼用價值[1-3]。研究表明，燕麥能夠調節血脂、內皮細胞功能、血凝和纖維蛋白溶解性，提高機體免疫力，降低膽固醇，調節血糖，改善腸道菌群，降低血壓，對抗肥胖、慢性腎臟病、 紫外線[4-8]。近年來，由于燕麥的功能特性及保健功能，燕麥產品的開發備受關注，如以燕麥為原料的酒類、發酵乳、甜醅等。以燕麥為原料的食品日益增多，但對燕麥醪糟的相關研究較少。阿榮[8]的研究指出，雖然燕麥醪糟營養成分豐富，具有助消化、提高免疫力、降血糖、預防癌癥等功效，其口感不夠理想，進而開發新型燕麥發酵食品。燕麥醪糟的自然發酵由于經歷了高溫蒸煮糊化及高溫發酵，發酵體系中所包含的微生物較少，發酵時間較長。接種發酵指接入牧區醪糟分離菌、產香及產酒酵母，可縮短發酵時間，增加生產效率，豐富其香氣成分。揮發性香氣成分直接影響燕麥醪糟的風味及品質，目前2 種方式生產的燕麥醪糟揮發性香氣成分的差異性并未進行系統分析。本實驗以2 種方式生產燕麥醪糟，對比分析2 種發酵方式生產燕麥醪糟的揮發性香氣成分，以期明確接種發酵生產燕麥醪糟的可行性及為燕麥醪糟的工業化生產及品質評價提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粉、黍米粉及玉米芽粉均為市售；復合菌種由牧區醪糟分離菌和酵母菌組成；牧區醪糟分離菌由鄂爾多斯地區的牧區醪糟中分離得到；果酒酵母由湖北安琪酵母股份有限公司提供；馬克思克魯威酵母由內蒙古河套酒業集團股份有限公司技術中心實驗室提供；氯化鈉等試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

7890A/5975C氣相色譜-質譜聯用儀、G6580-CTC自動進樣器 美國Agilent公司；毛細管柱DB-Wax（30 m×0.25 mm，0.2 μm） 美國Varian公司；50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取頭、頂空進樣瓶（15 mL） 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及樣品制備

自然發酵要求蒸煮過篩的燕麥-黍米復合粉到糊化狀態，趁熱加入玉米芽粉，液化完畢55 ℃發酵72 h。

接種發酵要求蒸煮過篩的燕麥-黍米復合粉到糊化狀態，糊化狀態冷卻到65 ℃之后再加入玉米芽粉，待液化液冷卻至室溫，接種發酵劑，30 ℃發酵24 h后，50 ℃ 繼續發酵48 h。分別制作自然發酵、接種發酵的燕麥醪糟，發酵結束后取樣備檢，自然發酵和接種發酵均重復2 次。自然發酵、接種發酵制得燕麥醪糟樣品分別記為自然發酵組、接種發酵組。

1.3.2 揮發性成分分析

取8 mL醪糟樣品于20 mL頂空進樣瓶中，再加入2.5 g氯化鈉，四氟乙烯密閉瓶口，25 ℃置于超聲波清洗器中保持20 min，置于自動進樣裝置，50 ℃平衡45 min，將50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入進樣瓶中，250 ℃解吸5 min，進行氣相色譜-質譜檢測。

氣相色譜-質譜條件：RTX-WAX色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序[9]：起始溫度35 ℃，保持4 min；5 ℃/min升溫至150 ℃，保持2 min；3 ℃/min升溫至210 ℃，保持5 min。電子離子源；接口溫度200 ℃；電子能量70 eV；質量掃描范圍m/z 35～450；掃描速率909 u/s；光電倍增管電壓800 V。掃描方式全掃描，掃描范圍40～500 u。質譜庫NIST147、NIST27。

定性與定量：對檢測的揮發性成分與NIST質譜庫進行對比解析，根據匹配度初步確定各易揮發成分的結構，再結合實際成分進行定性。各香氣組分的相對含量以各色譜峰的峰面積與總峰面積之比表示[10-11]。

1.4 數據統計

采用Excel對數據進行整理，采用SPSS 25.0軟件進行方差分析及主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結果與分析

2.1 2 種發酵方式的燕麥醪糟各類揮發性成分

2 種發酵方式的燕麥醪糟揮發性成分分別為62、65 種，主要包括酯類、酸類、醇類、醛酮類、雜環類、烴類。如表1所示，接種發酵組燕麥醪糟的酯類、醇類、雜環類相對含量均顯著高于自然發酵組（P＜0.05），說明接種復合菌能夠有效促進醇類、雜環類成分的產生，酯類成分的合成；酸類物質顯著低于自然發酵組；醛酮類、烴類成分與自然發酵組無顯著差異。

表1 不同種類揮發性成分的差異Table 1 Comparison of types and relative contents of volatile components in two samples

接種發酵組燕麥醪糟發現65 種揮發性成分，其中，醇類成分11 種，達58.31%，相對含量最大，為第1類成分；酯類成分25 種，為第2類成分，相對含量20.70%；酸類成分12 種，相對含量16.75%，為第3類成分；雜環類成分6 種，相對含量1.07%，為第4類成分；醛酮類成分7 種，相對含量0.73%，為第5類成分；烴類成分4 種，相對含量0.61%，為第6類成分；醇類、酯類、酸類成分的相對含量達95.76%，是接種發酵組燕麥醪糟主要的揮發性成分。

自然發酵組燕麥醪糟發現62 種揮發性成分，酸類占比最大，可達61.94%，數量與接種組相同，為第1類成分；酯類成分23 種，相對含量18.89%，為第2類成分；醇類成分12 種，相對含量13.58%，為第3類成分；雜環類成分5 種，相對含量0.89%，為第4類成分；醛酮類成分6 種，相對含量0.75%，為第5類成分；烴類成分4 種，相對含量0.20%，為第6類成分。

2.2 2 種發酵方式的燕麥醪糟酯類成分的分析

表1顯示，2 種發酵方式燕麥醪糟酯類成分為第2類揮發性成分，大多數酯類擁有花香及果香，賦予燕麥醪糟獨特的香氣。酯類成分源于酵母菌的發酵及醇與酸的酯化反應，因其具有較小的閾值，在含量較低的情況下對香氣亦有較高的貢獻[12-13]。

由表2可知，自然發酵組燕麥醪糟酯類成分相對含量大于1%的為丁酸丁酯（3.34%）、己酸乙酯（4.85%）、丁酸己酯（3.59%）、辛酸乙酯（2.80%）、己酸己酯（1.32%）；接種發酵組酯類成分相對含量大于1%的有乙酸乙酯（5.26%）、己酸乙酯（5.55%）、辛酸乙酯（3.31%）、己酸己酯（1.46%）、丙位壬內酯（1.01%）；接種發酵組乙酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、丙位壬內酯的相對含量顯著高于自然發酵組，己酸己酯的相對含量與自然發酵組無顯著差異；自然發酵組燕麥醪糟的乙酸乙酯相對含量約為接種發酵組的3.4%。自然發酵組燕麥醪糟的苯丙酸乙酯相對含量為接種發酵組的80.0%，乙酸乙酯具有濃郁的果香、酒香，苯丙酸乙酯具有花香，可豐富接種組燕麥醪糟的香氣。

表2 酯類揮發性成分的差異Table 2 Comparison of relative contents of ester volatile components in two samples

2.3 2 種發酵方式的燕麥醪糟醇類成分

由表3可知，自然發酵組燕麥醪糟的醇類成分相對含量大于1%的為正丁醇（7.22%）、乙醇（5.04%）；接種發酵組燕麥醪糟醇類成分相對含量大于1%的有乙醇（48.02%）、苯乙醇（4.28%）、異戊醇（3.22%），且三者的相對含量均顯著高于自然發酵組；自然發酵組燕麥醪糟的乙醇相對含量約為接種發酵組的10.5%，為燕麥醪糟提供濃郁的酒味及合成酯類成分的前體物質，自然發酵組燕麥醪糟的苯乙醇相對含量約為接種發酵組的5.84%。自然發酵組燕麥醪糟的異戊醇相對含量約為接種發酵組的2.5%；相對含量較高的乙醇有酒味，相對含量較高的異戊醇具有花香、果香，苯乙醇具有好聞的玫瑰花香，為米香型酒的特征香氣成分之一。

表3 醇類揮發性成分的差異Table 3 Comparison of relative contents of alcohols in two samples

2.4 2 種發酵方式的燕麥醪糟酸類成分

由表4可知，接種發酵組燕麥醪糟酸類成分相對含量大于1%的有己酸（6.42%）、乙酸（5.60%）、辛酸（1.56%）、丁酸（1.06%）。自然發酵組燕麥醪糟的乙酸含量顯著低于接種發酵組，前者約為后者的50%，較高相對含量的乙酸賦予后者強烈的醋香；辛酸、丁酸的相對含量顯著低于自然發酵組，二者均有不同的臭味；己酸的相對含量與自然發酵組無顯著差異；自然發酵組燕麥醪糟酸類成分相對含量大于1%的為丁酸（35.79%）、己酸（6.16%）、乙酸（3.23%）、辛酸（1.71%），且丁酸的相對含量是酸類成分中最高的。

表4 酸類揮發性成分的差異Table 4 Comparison of relative contents of acids in two samples

2.5 2 種發酵方式的燕麥醪糟醛酮類成分

由表5可知，接種發酵組燕麥醪糟醛酮類成分有7 種，自然發酵組燕麥醪糟醛酮類成分有6 種；2 種發酵方式下，燕麥醪糟的醛酮類成分的相對含量均不足1%；接種發酵組燕麥醪糟己醛的相對含量顯著高于自然發酵組，2-庚烯醛的相對含量顯著低于自然發酵組，戊酮、苯甲醛、2-庚酮、糠醛的相對含量與自然發酵組無顯著差異。

表5 醛酮類揮發性成分的差異Table 5 Comparison of relative contents of carbonyl compounds in two samples

2.6 2 種發酵方式的燕麥醪糟雜環類成分

由表6可知，接種發酵組燕麥醪糟的雜環類成分有6 種，自然發酵組燕麥醪糟雜環類成分有5 種，2-正丙基呋喃在自然發酵組中未檢出；2 種發酵方式生產的燕麥醪糟雜環類成分的相對含量均未達到1%，接種發酵組2-正戊基呋喃的相對含量顯著高于自然發酵組，2 組中的其余成分均無顯著差異。

表6 雜環類揮發性成分的差異Table 6 Comparison of relative contents of heterocyclic compounds in two samples

2.7 2 種發酵方式的燕麥醪糟烴類成分

由表7可知，2 種發酵方式生產的燕麥醪糟烴類成分均無顯著差異，且相對含量均小于1%。

表7 烴類揮發性成分的差異Table 7 Comparison of relative contents of hydrocarbons in two samples

2.8 2 種發酵方式的燕麥醪糟揮發性成分的PCA

利用PCA進行自然發酵、接種發酵燕麥醪糟的揮發性風味差異、組間樣本差異性分析。2 種發酵方式燕麥醪糟的累計差異為99.75%，包含PC1（78.59%）、PC2（21.16%），結果如圖1a所示。各樣品之間差異明顯，可高效區分2 種發酵方式的燕麥醪糟樣品。

圖1 基于PCA解析不同接種方式下燕麥醪糟揮發性組分Fig. 1 PCA plots for two samples and volatile flavor components

2 種發酵方式燕麥醪糟的揮發性香氣組分降維至2 個不相關的PC，結果如圖1b所示。PC1中正影響揮發性香氣物質載荷系數大于0.9的為烴類（0.996）、雜環類（0.990）、醇類（0.984）、酯類（0.965），這4 類成分與PC1高度正相關。PC2中正影響揮發性香氣物質的為醛酮類（0.950）。

3 結 論

本實驗以2 種不同方式發酵的燕麥醪糟為研究對象，對比分析其揮發性香氣成分的差異性。得出以下結論：1）自然發酵與接種發酵燕麥醪糟的揮發性香氣成分分別為62、65 種，共發現6 類揮發性成分，分別為醇類、酯類、酸類、雜環類、醛酮類、烴類；2）PCA揭示了2 種發酵方式燕麥醪糟特征揮發性香氣的種類，烴類（0.996）、雜環類（0.990）、醇類（0.984）、酯類（0.965），這4 類成分與燕麥醪糟揮發性香氣高度正相關；3）可從風味角度區分2 種發酵方式，接種發酵組燕麥醪糟酯類、醇類、雜環類成分的相對含量均顯著高于自然發酵組，酸類成分顯著低于自然發酵組，醛酮類、烴類成分的相對含量與自然發酵組無顯著差異；4）接種發酵組燕麥醪糟具有不愉悅氣味的丁酸相對含量顯著低于自然發酵組，乙酸乙酯、乙醇、苯乙醇、異戊醇、乙酸的相對含量均高于自然發酵組，這些成分賦予燕麥醪糟愉悅的香氣，有效驗證接種發酵燕麥醪糟的可行性，為接種生產燕麥醪糟提供理論基礎。