三种商业酵母发酵的紫马铃薯酒香气成分分析

张蕊 王慧君 葛霞 田甲春 田世龙

摘要：在紫马铃薯水解液中，分别接种不同的商业酵母XR、VR5、QA23进行发酵，得到的3种发酵马铃薯酒采用顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术（HS-SPME/GC-MS）比较分析香气组分构成。结果表明，紫马铃薯酒中的香气成分主要有醇类、酯类、萜烯类、羰基类、酸类等，3种酵母发酵的酒样中共检测出香气成分96种，其中接种XR、VR5和QA23的紫马铃薯酒中共分离鉴定出83、76和89种香气成分，3种酒样中共有香气成分38种，3种紫马铃薯酒中相对含量最高的香气成分都是1-戊醇，其相对含量分别为23.98%、36.02%、30.34%。采用用QA23酵母作为菌种酿酒后，产生的酯类类型较另两种商业酵母多。

关键词：顶空固相微萃取；气相色谱质谱联用；紫马铃薯；原酒；香气成分

紫马铃薯原产南美洲，近年引进中国，在中国很多地区如甘肃、云南、浙江等地均有种植。紫马铃薯营养丰富，含有大量的碳水化合物、维生素、食用纤维、蛋白质和氨基酸等营养物质，还含有各种矿物质，特别是对生命体有益的钙、镁、钾、钠以及铜等微量元素的含量较高。此外，紫色马铃薯中抗氧化物的含量高于普通马铃薯，热量与淀粉含量低于普通马铃薯，其抗老化作用的酚类化合物的含量是普通马铃薯的2.2倍[1]，与葡萄中的含量相当，因而又称为“地下葡萄”，具有广阔的开发前景[2]。为了充分利用这一丰富资源，进一步提高紫马铃薯的附加值和利用率，基于其同时富含淀粉以及花色苷的特性酿出的马铃薯酒既具有葡萄酒的色泽又具有薯香，且还有抗氧化的保健功效[2]。

目前有关紫马铃薯的深加工研究主要集中在其花色苷的提取纯化[3-10]、全粉[11，12]及淀粉[13]的加工以及紫马铃薯饮料的工艺[14]研究方面，有关紫马铃薯酒的深加工还少有报道。香气是果酒食用品质最重要的评价指标之一[15]，本文以紫马铃薯为原料，分别使用三种不同的商业酵母来酿酒，采用顶空固相微萃取法，对紫马铃薯酒进行香气成分的富集，利用气相色谱-质谱联用仪对薯酒中的香气成分进行分析测定，鉴定比较不同酵母发酵的紫马铃薯酒中香气化合物组成，从而筛选出适宜酿造的酵母菌株，为酿制优质的紫马铃薯酒提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

“陇彩一号”紫马铃薯，甘肃省农业科学院生物技术研究所提供。

α-淀粉酶（≥4000u/g）、糖化酶（≥105u/g） 南京都莱生物技术有限公司；柠檬酸购于天津市光复科技发展有限公司，分析纯；无水氯化钙购于天津市凯通化学试剂有限公司，分析纯；商业酵母XR，法国Lamothe-Abiet公司；商业酵母Fermicru VR5，荷兰DSM Food Specialties公司；商业酵母QA23，法国Lallemand 公司。

TRACE1310型气相色谱-质谱联用仪，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；手动固相微萃取（SPME）进样器，美国Supelco公司；50?m/30?m CAR/DVB/PDMS（2cm）萃取头，美国Supelco公司；pH计PB-10，赛多利斯；HH-S4型数显恒温水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司；手持数显糖度计（PAL-1），日本Atago公司；旋光仪，上海仪电物理光学仪器有限公司知道；MH2000型调温型电热套，北京科伟永兴仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 制备工艺与操作

紫色马铃薯干粉→调浆→蒸煮糊化→调pH→α-淀粉酶酶解液化→调pH→糖化酶糖化→调pH→加商业酵母→发酵7天→紫马铃薯原酒。

将马铃薯洗净、切片、晒干后粉碎成细粉（淀粉含量62%），用70℃左右的水按1∶4的比例调浆，因为一般情况下此时的pH在淀粉酶作用范围内，所以可以不用调，然后加入0.02%无水氯化钙和10u/g的α-淀粉酶（按淀粉克数计），待温度升至90℃，保温70min。紧接着用柠檬酸调pH至4.0-4.5加入150u/g的糖化酶，在60℃下保温一定时间；酵母在添加前，在30℃下活化30min，添加量0.2g/L；发酵阶段每天定时测定酒体温度、重量和糖度，便于控制发酵温度和发酵进程。发酵温度一般控制在22-27℃之间，待糖度和重量近乎恒定时，即可判断为发酵结束。将发酵液过滤后用于测定。

1.2.2 香气物质分析

1.2.2.1 香气成分的富集。在装有磁力搅拌器的顶空瓶中加入5mL紫马铃薯原酒、1.5g NaCl在45℃下恒温搅拌30min后，用活化好的固相微萃取器吸附30min（使用前先将固相微萃取的萃取头在气相色谱仪的进样口老化1h），GC进样口解吸温度250℃，解吸时间10min，进行GC分析。

1.2.2.2 色谱-质谱条件。GC分析条件：色谱柱为Thermo DB-WAX （60 m×0.25 mm，0.5μm）；

升温程序：参照紫甘薯酒香气测定[16]并作修改。33℃保持1 min，以8℃/min升至110℃，保持2min，以6℃/min升至150℃，保持2min，以8℃/min升至230℃，保持6min；载气（He）流速1.00mL/min，压力53.5kPa，进样口温度 250℃；采用不分流方式进样。

MS分析条件：电离方式EI；电子能量70eV；离子源温度230℃；四级杆温度150℃；ACQ方式为Scan；质量扫描范围m/z50-450u。

1.2.2.3 定性方法。由GC-MS分析得到的质谱数据运用计算机谱库在（NIST/WILEY）进行初步检索及资料分析，再结合文献进行人工图谱解析。比对时要求匹配度>800（最大值为1000）。

2 结果与分析

2.1 接种XR、VR5、QA23酵母的原酒的香气构成分析

图1分别为3种酵母菌XR、VR5、QA23酿制的紫马铃薯酒的GC-MS总离子图。经过谱库检索比对，鉴定出的芳香化合物定性及半定量结果见表2。由表1中可以看出，接种XR的紫马铃薯酒中共分离鉴定出83种化合物，占总峰面积的83.11%；接种VR5的紫马铃薯酒中定性的物质共76种，占总峰面积的94.97%；接种QA23的紫马铃薯酒中共分离鉴定出89种化合物，占总峰面积的96.78%。3种酵母菌发酵的紫马铃薯酒中主要香气成分相同，都含有醇类、酯类、萜烯类、有机酸和羰基化合物等，但所占比例不同。由此可以看出，3种酵母菌酿造的紫马铃薯酒在香气成分的种类上既有相似之处，又具备各自特有的香气组分，从而构成不同酵母菌品种紫马铃薯酒风味的相似性与典型性。

2.2 不同酵母菌发酵的紫马铃薯酒主要香气成分比较

发酵阶段可产生高级醇、酯和有机酸等主要香气物质，挥发性香气成分对紫马铃薯酒的感官特征有重要影响，是酒体质量的重要组成部分。

2.2.1 醇类化合物

高级醇是酵母酒精发酵过程中氨基酸或糖代谢的产物，其含量受发酵条件、醪液理化指标及原料等因素的影响。在接种XR、VR5、QA23酵母菌发酵的紫马铃薯酒中共分离鉴定出33种醇类化合物，其中感官表现为苹果、香蕉、酵母、酒香香气[17]的1-戊醇相对含量均最高，分别为23.98%、36.02%、30.34%。1-戊醇是马铃薯酒特有的香气物质，紫甘薯酒中的主要醇类是异戊醇，占34.98%。而在许柏球等测的五粮液的香气中醇类物质占47.54%[18]。

2.2.2 酯类化合物

3种紫马铃薯酒中共检测出酯类物质29种，共有成分7种。大多数酯类具有花、果的芳香气味，可增加酒体香气的复杂性和典型性。从表可以看出，三种酒样共有的酯类为乙酸异戊酯、正己酸乙酯、辛酸乙酯、月桂酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、棕榈酸乙酯、甲酸庚酯，与杨雅利[16]等所做的紫甘薯酒的酯类物质基本一致。而QA23发酵的紫马铃薯酒中的酯类类型比较多，例如安息香酸乙酯、肉桂酸乙酯、乙酸-2-苯乙酯等均未在XR、VR5发酵的紫马铃薯酒中检测到。

2.3 萜烯类化合物

萜烯类组分感官阈值一般都非常低，所以其OAV（气味活性值）很高，对总体香气的形成有不可忽视的作用[19，20]。3种紫马铃薯酒中共检测出萜烯类物质9 种，共有成分为α-松油醇、雪松醇和β-大马士酮，它们都具有甜的、青香、花香、水果、玫瑰、木香、桂皮等香气。此外，XR、VR5发酵的紫马铃薯酒中还含有薄荷醇，具有清凉的薄荷味道；XR发酵的紫马铃薯酒中含有的香芹醇具有杉木的芳香等。尽管这些物质的含量较低，但对酒体香气依然具有一定的贡献。

2.4 羰基化合物

四大类呈香物质中，醛类的香味最为强烈，有助于酒品放香。紫马铃薯酒中的羰基化合物主要是醛和酮类，其中含量最高的是具有尖刺的、青香、木香、威士忌味道的乙缩醛，是由于紫马铃薯中的乙醛与水结合生成水合物，和醇则产生了缩醛，其柔和爽口，味甜带涩，似果香，香味文雅细致，有愉快感，尾净，刺激性没有乙醛大，3种紫马铃薯酒中乙缩醛在羰基类物质中的含量占了82.97%-91.56%。适量的醛类物质对紫马铃薯酒有明显的助香、提香作用，使酒体醇和、甜净，与其他香味成分互相影响，互相缓冲，互相协调，可构成紫马铃薯酒优美、醇厚的香味。

2.5 酸类化合物

酸类物质大部分来源于酵母菌和乳酸菌代谢的副产物。在3 种酒中检测到14 种酸，其中3种酸类物质是5种酒共有的。XR、VR5、QA23种酵母菌发酵的紫马铃薯酒中酸含量分别占到15.65%、13.1%、18.58%。酒中的酸带给酒体结构感，酸类物质中含量最高的成分为辛酸，辛酸具有奶酪味、涩味，对酒的整体结构具有很重要的作用。占总酸相对含量的42.52%-47.67%，远高于其他脂肪酸类香气化合物。而乙酸是影响酒质量的一个比较重要的因素，赋予酒体醋味，所以在发酵过程中要注意卫生，避免乙酸含量过高。

3 结论

采用HS-SPEM法与GC-MS联用技术分析3种酵母发酵的紫马铃薯酒的香气成分，3种酵母发酵的酒样中共检测出香气成分96 种，其中接种XR、VR5和QA23的紫马铃薯酒中共分离鉴定出83、76和89种香气成分，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种酵母酿制的马铃薯酒中，醇类、酯类、酸类和醛类均为影响香气的四大类主要化合物，酒样香气的差异主要表现在香气成分组成和相对含量上：不同酵母发酵的紫马铃薯酒中，各个酒样中主体香气成分中有5 种相同，分别为1-戊醇、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、月桂酸乙酯、乙缩醛，主体香气成分大部分相同说明3种酵母菌酿造的紫马铃薯酒在香气种类上具有相似性，而其相对含量以及各酒样特有香气成分的差异又说明不同的酵母在酿造过程中可形成不同的香气特性。

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