不同酿酒酵母发酵的紫薯糯米酒香气成分分析

李纪涛，蒋一鸣，束俊霞，程丽萍，杨梦花，蒋和体*

不同酿酒酵母发酵的紫薯糯米酒香气成分分析

李纪涛，蒋一鸣，束俊霞，程丽萍，杨梦花，蒋和体*

（西南大学食品科学学院，重庆 400716）

以3 种不同酵母发酵的紫薯糯米酒为原料，运用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术对紫薯糯米酒的香气成分进行分析，并研究紫薯醪和糯米糖化醪的比例对酒品质的影响。结果表明，紫薯醪和糯米糖化醪的比例在3∶2～1∶1（m/m）时，酒的品质较好；紫薯糯米酒中的香气成分有酯类、醇类、醛、酮类和烷烃、烯烃类，3 种酵母发酵的酒样中共检测出香气成分73 种。果酒专用干酵母SY、酿酒酵母1383和酿酒酵母1596发酵的紫薯糯米酒中分别检测出55、54、55 种香气成分，其中相同的成分有38种，3 种紫薯糯米酒中相对含量最高的香气成分都是异戊醇，其相对含量分别为17.67%、17.84%和18.63%。

酵母；紫薯糯米酒；气相色谱-质谱；香气成分

紫薯，又称紫心甘薯、紫肉甘薯，为番薯属植物，是一类集营养、保健和色素于一体的甘薯品种[1]。紫薯除具有普通甘薯的营养成分外，还富含花青素和矿质元素硒等重要营养成分[2-3]。研究表明，花青素具有抗氧化[4-5]、清除自由基[6]、抗炎症[7]、抗突变[8]以及改善肝脏中脂肪酸含量[9-11]等作用。糯米中含有丰富的蛋白质，其蛋白质的氨基酸组成配比比较合理[12]，而由其发酵制作的糯米酒不仅营养丰富，而且具有促进血液循环、提高免疫力、助于新陈代谢等功效[13]，并且其淀粉含量很高，经糖化后可以产生大量的还原糖，当和紫薯混合发酵时无需添加任何糖分即可达到所需要的酒精体积分数。紫薯糯米酒是以紫薯和糯米为原料经发酵而成的低度酒，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，使紫薯糯米酒富有鲜艳色泽的同时又增加了保健功能。

目前国内外关于紫薯酒的研究日益增多，大多集中在紫薯酒的加工工艺和功能性质上，如紫甘薯酒发酵工艺条件的优化[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，而对紫薯酒香气成分的研究相对较少，尤其是不同酵母对紫薯酒香气成分的影响。本实验以3 种酵母发酵的紫薯糯米酒为材料，采用顶空固相微萃取（headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）和气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技术对紫薯糯米酒中的香气成分进行分析比较，为紫薯糯米酒的香气特征研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯，渝紫7号，取自四川省开江县紫薯基地，鲜薯主要成分含量：淀粉19.67%、蛋白质1.69%、脂肪0.19%、粗纤维0.74%、水分69.43%、总灰分0.77%、花色苷43.2 mg/100 g。

糯米 市购；果酒酵母1383、果酒酵母1596 中国食品发酵工业研究所；果酒专用干酵母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） 诺维信生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

HH.BLL.600-S恒温培养箱 上海跃进医疗器械厂；HWT-10C恒温水浴摇床 天津市恒澳科技发展有限公司；FA2004A电子天平 上海精天电子仪器厂；酒精计河北省武强县同辉仪表厂；QP2010气相色谱-质谱联用仪日本岛津公司；手动固相微萃取进样器 美国铂金-埃尔默公司；100 μm PDMS萃取头 美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯糯米酒的发酵工艺流程

酿酒酵母预处理：果酒专用干酵母的活化，取干酵母粉1 g，加入到20 g质量分数5%的糖水中，在38 ℃条件下，搅拌活化15～30min，至水中出现大量的小气泡即可[14]；酵母1383和酵母1596的扩大培养，先将斜面保存的酿酒酵母菌种放于28 ℃的培养箱中活化1～2 d，然后在超净工作台内，把斜面菌种接种至10 mL经灭菌后的紫薯糯米混合汁中于28 ℃条件下摇床培养24 h，再将培养的酵母菌加入到100 mL的灭菌后的紫薯糯米汁中培养24 h，即可使用。

工艺操作要点：由于糯米淀粉含量较高，若和紫薯共同液化、糖化，需消耗大量的酶制剂，不太经济，且酶解后的糖化醪中酶液味道较重，故本实验中糯米糖化使用甜酒曲糖化。将紫薯洗干净，隔水蒸煮至无硬心，然后用刀切碎，按1∶1的料液比打浆[17]；调节pH值为6.0，添加质量分数0.15%的α-淀粉酶，在60 ℃条件下液化3 h；调节pH值为4.5，添加质量分数0.1%的糖化酶，在60 ℃条件下糖化3 h。将糯米淘洗干净，浸泡18～20 h至手捏米粒即碎，隔水蒸煮至外硬内软无夹心，将蒸好的米饭取出后立即用干净的冷开水淋冷至30 ℃左右，滤去多余水，然后添加质量分数0.4%的甜酒曲搅拌均匀，于28 ℃恒温培养箱中搭窝放置24～36 h[12]。然后将2 种醪液混合均匀，分别按质量分数0.04%、10%的接种量加入处理过的干酵母和酵母液，在25 ℃条件下发酵7 d，倒罐，15 ℃陈酿20 d，过滤、杀菌后即可得成品酒。

1.3.2 紫薯醪和糯米糖化醪比例的选择

将紫薯醪和糯米糖化醪分别按照3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2（m/m）的比例混合，分别添加质量分数0.04%已活化过的果酒专用干酵母SY，在25 ℃条件下，发酵7 d，比较发酵酒的酒精体积分数、花色苷含量、总酸含量、还原糖含量和口感。

1.3.3 紫薯糯米酒品质指标的测定方法

分别采用pH示差法[18]、酒精计法[19]、电位滴定法[19]、直接滴定法[19]测定紫薯糯米酒中花色苷含量、酒精体积分数、总酸含量和还原糖含量。

1.3.4 紫薯糯米酒香气成分萃取

采用HS-SPME法。取主发酵结束后的酒样6 mL加入到20 mL萃取瓶中，加入1.0 g NaCl，密封好后插入经老化的萃取针，置于45 ℃水浴中，待放稳后推出萃取针头，顶空萃取40 min后将萃取头插入GC-MS进样口，解吸5 min[20]。

1.3.5 紫薯糯米酒香气成分的GC-MS分析[21]

1.3.5.1 气相色谱条件

色谱柱为DB-5MS（30 mm×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度250 ℃；升温程序：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；载气（He）流速1.00 mL/min，压力53.5 kPa，进样量1 μL；不分流。

1.3.5.2 质谱条件

电离方式：电子电离（electron ionization，EI）源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；采集模式：全扫描；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围m/z 35～500；扫描速率769u/s；质谱图利用NIST 05谱库进行检索。

2 结果与分析

2.1 紫薯醪和糯米糖化醪不同配比发酵酒中主要成分比较

图1 不同配方紫薯糯米酒中主要成分比较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对发酵酒中主要成分含量的影响结果见图1。结果表明，随着紫薯醪比例的增大和糯米糖化醪比例的减少，发酵结束时酒精体积分数、花色苷含量有上升趋势，总酸含量有下降趋势，而还原糖含量表现为先降低后上升的趋势。通过对发酵后酒的口感和色泽方面的评定表明，随着紫薯醪的减少，发酵出的酒液酸味降低，糯米酒的风味逐渐增强，当糯米糖化醪的比例过高时，酒的苦味表现明显，同时酒液的色泽逐渐变浅。综合考虑，当紫薯醪和糯米糖化醪的比例在3∶2～1∶1时较为理想，此时发酵出的酒风味良好、酒精体积分数和花色苷含量都能达到要求（即酒精体积分数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风格且糯米酒的苦味不明显，同时色泽鲜红亮丽。

2.2 不同酵母发酵的紫薯糯米酒中香气成分GC-MS分析

图2 果酒专用干酵母发酵的紫薯糯米酒香气成分的GC-MS总离子流图Fig.2 Total ion current chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and rice wine fermented with alcohol active dry yeast

图3 酿酒酵母1383发酵的紫薯糯米酒香气成分的GC-MS总离子流图Fig.3 Total ion current chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and rice wine fermented with Saccharomyces cerevisiae 1383

图4 酿酒酵母1596发酵的紫薯糯米酒香气成分的GC-MS总离子流图Fig.4 Total ion current chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and rice wine fermented with Saccharomyces cerevisiae 1596

将紫薯醪和糯米糖化醪按1∶1进行配比，按1.3.1节中的方法进行发酵。3 种酵母发酵的紫薯糯米酒通过GC-MS测定分析，其香气成分的GC-MS总离子流图和各香气成分相对含量的鉴定结果见图2～4和表1所示。

表1 不同酵母发酵的紫薯糯米酒主要香气成分Table 1 Aroma components in purple sweet potato and rice wines fermented with different yeasts

续表1

从表1可以看出，采用HP-SPME和GC-MS技术检测并经过谱库（NIST）进行初步检索，结合相关文献可初步定性3 种酵母发酵的紫薯糯米酒酒样中共鉴定出73 种香气成分，这些成分主要是醇类11 种、酯类29 种、醛、酮类12 种、酸类2 种、烷烃、烯烃类15 种、酚、醚类2 种以及其他类2 种。

在果酒专用干酵母SY酿造的紫薯糯米酒中，共检测出55 种香气成分，占总峰面积的95.11%。其中，醇类27.06%、酯类56.63%、酸类0.11%、醛、酮类6.28%以及烷烃、烯烃类2.94%。其主体香气成分为异戊醇、棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、癸酸乙酯、2-辛醇、月硅酸乙酯、油酸乙酯和肉豆蔻酸乙酯，相对含量分别为17.67%、14.83%、7.43%、7.08%、6.34%、5.94%、5.81%和4.75%。

在酿酒酵母1383酿造的紫薯糯米酒中，共检测出54 种香气成分，占总峰面积的94.24%。其中，醇类28.75%，酯类50.05%，醛、酮类4.8%以及烷烃，烯烃类2.2%。其主体香气成分为异戊醇、棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、2-甲基苯并呋喃、油酸乙酯、2-辛醇和苯乙醇，相对含量分别为17.84%、14.64%、8.31%、7.42%、6.75%、6.44%和4.12%。

在酿酒酵母1596酿造的紫薯糯米酒中，共检测出55 种香气成分，占总峰面积的95.29%。其中，醇类29.74%，酯类48.17%，酸类0.06%，醛、酮类9.04%以及烷烃、烯烃类2.11%。其主体香气成分为异戊醇、棕榈酸乙酯、2-辛醇、1-[5-（3-呋喃基）]-2-戊酮、亚油酸乙酯、油酸乙酯、2-甲基苯并呋喃和癸酸乙酯，相对含量分别为18.63%、12.63%、7.44%、6.92%、6.87%、5.3%、4.7%和4.61%。

2.3 不同酵母发酵的紫薯糯米酒中主要呈香物质分类比较

图5 不同酵母发酵的紫薯糯米酒香气成分类型及相对含量Fig.5 Chemical classes and contents of aroma components in purple sweet potato and rice wine fermented with different yeasts

紫薯糯米酒中种香气成分按化合物结构分为醇类，酯类，酸类，醛、酮类，烷烃，烯烃类，酚、醚类和其他类，各类香气物质的相对含量见图5，可以看出，不同酵母发酵的紫薯糯米酒中，醇类和酯类物质的相对含量较高，这说明在酒中醇类和酯类物质是紫薯糯米酒香气的重要组成成分；3 种酒样中，酯类、醛、酮类及其他类物质的相对含量差别较为明显，如果酒专用干酵母SY发酵的酒样中酯类物质的相对含量相比酿酒酵母1383和1596发酵的酒样分别高13.15%和17.56%，而醇类、酸类、烷烃、烯烃类以及酚、醚类等香气成分的相对含量差异较小。

2.3.1 醇类香气物质比较

由表1可知，3 种紫薯糯米酒中共检测出醇类物质11 种，3 种酒共有4 种，相同的醇类较少，但是3 种酒样中含量较高的醇类组分都是异戊醇、2-辛醇、苯乙醇，说明这3 种醇类物质是紫薯糯米酒中的主要物质之一，并且含量最高的都是异戊醇，其中酵母1596发酵的酒样中相对含量最高，达到了18.63%，异戊醇具有苦杏仁和涩味。而从图5可以看出，酿酒酵母1596所发酵的酒样中醇类物质含量最高，这是说明酿酒酵母1596总体产醇能力要优于其他2 种酵母。研究表明，少量的高级醇能够赋予果酒优雅的香气，如苯乙醇具有诱人的茉莉花香和玫瑰香，给人以柔和愉悦的感觉[22]，同时这些物质又是其他香气物质的良好溶剂；芳香醇类由于阈值一般很低，所以其香气值（浓度/阈值）很高，对总体香气的形成有不可忽视的作用[23]。

2.3.2 酯类香气物质比较

由表1和图5可知，3 种紫薯糯米酒中共检测出酯类物质29 种，3 种酒共有22 种，3 种酵母中，果酒专用干酵母SY发酵的紫薯糯米酒中酯类组分相对含量最高，达到了56.63%，酿酒酵母1383次之，酿酒酵母1596最低，说明果酒专用干酵母SY总体产酯能力要优于另外2 种酵母。相对含量较高的几种酯类物质如棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、癸酸乙酯、油酸乙酯、月桂酸乙酯和辛酸乙酯为3 种酒样所共有，但其相对含量差异较大，如果酒专用干酵母SY发酵酒样中月桂酸乙酯的相对含量远高于其他2 种酵母发酵的酒样。大多数酯类具有花、果香气[24]，对丰富紫薯糯米酒的香气质量贡献较大，如辛酸乙酯具有令人愉快的花果香气、杏子香气；癸酸乙酯具有葡萄的香气；棕榈酸乙酯呈微弱果香和奶油香气等。

2.3.3 酸类香气物质比较

由图5可以看出，酸类物质相对含量将醇类和酯类相比明显较少，只有果酒专用干酵母SY和酵母1596发酵的紫薯糯米酒中检测出了酸类，各1 种，分别是月桂酸和壬酸，相对含量分别为0.11%和0.06%，而酵母1383发酵的酒中未检测出酸类。虽然3 种酒样中含量较少，甚至酿酒酵母1383发酵的酒中未检测到，但酸类物质对紫薯糯米酒感官质量也有积极的贡献，如月桂酸具有月桂油香。

2.3.4 醛、酮类香气物质比较

3 种酒样中共检测出醛、酮类物质12 种，3 种酒共有的有4 种，3 种酒样中含量较高的醛、酮类物质都是1-[5-（3-呋喃基）]-2-戊酮，其相对含量分别为2.54%、3.76%、6.92%，果酒专用干酵母SY发酵的酒样中特有的桂皮醛相对含量也较高，酵母1383所发酵的酒样中大马士酮相对含量也远高于其他2 种酒样。紫薯糯米酒中醛、酮类物质的存在对其香气有一定的贡献，如桂皮醛具有特殊的肉桂芳香气味，大马士酮具有类似玫瑰的香气，果酒专用活性干酵母SY发酵酒中的壬醛具有玫瑰样的花香。

2.3.5 烷烃、烯烃类香气物质比较

由表1可以看出，3 种酵母发酵的紫薯糯米酒中检测出的烷烃、烯烃类物质虽然种类较多，分别为12、11、9 种，但是其相对含量较少，分别为2.94%、2.2%、2.11%，并且各种物质相对含量差别不大，故其对不同酵母发酵的紫薯糯米酒香气影响较小。

2.3.6 其他类香气物质比较

在3 种紫薯糯米酒种还检测出2 种酚、醚类，2 种其他类物质。在酵母1383和酵母1596发酵的酒样中都检测出了2-甲基苯并呋喃，且其相对含量较高，而果酒专用干酵母SY发酵的酒样中未检出。其他的一些香气成分相对含量较低，但有些物质也具有一些特殊的香气，对紫薯糯米酒有一定的贡献，如果酒专用干酵母SY发酵酒样中检测出的玫瑰醚具有清甜的花香气息。

3 结 论

采用HS-SPEM法与GC-MS联用技术分析不同酵母发酵的紫薯糯米酒的香气成分，3 种酵母发酵的酒样中共检测出香气成分73 种，其中在果酒专用干酵母SY、酿酒酵母1383和酿酒酵母1596发酵的紫薯糯米酒中共检测出香气成分55、54、55 种，3 种酒样中共有香气成分38 种，用色谱峰面积归一化定量计算出各香气成分在3 种酒样中的相对含量。由分析可知，3 种酒样香气的差异主要表现在香气成分组成和相对含量上；各个酒样中主体香气成分中有5 种相同，分别为异戊醇、棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、2-辛醇和油酸乙酯，对应的相对含量果酒专用干酵母SY为17.67%、14.83%、7.43%、6.34%和5.81%，酿酒酵母1383为17.84%、14.64%、8.31%、6.44%和6.75%，酿酒酵母1596为18.63%、12.63%、6.87%、7.44%、5.3%，主体香气成分大部分相同说明三者使用相同原料酿造的酒在香气成分组成上的一致性，而其相对含量以及各酒样特有香气成分的差异又说明紫薯糯米酒发酵时酵母的不同对其香气的形成具有重要作用；由于紫薯糯米酒的各种香气成分的含量、感觉阈值以及相互作用共同决定其最终的香气特征，特征组分的鉴定还需要人体嗅觉感官分析的参与或相关技术如气相色谱-嗅觉测量技术才能够完成。

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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

李纪涛（1989—），男，硕士研究生，研究方向为现代食品加工理论与技术。E-mail：lijitao8943@126.com

*通信作者：蒋和体（1963—），男，教授，博士，研究方向为农产品加工。E-mail：jheti@126.com