发酵工艺对海棠果蒸馏酒挥发性香气成分的影响

王兴凯，孙玉霞*，赵新节

（1.山东省农业科学院 农产品研究所 山东省农产品精深加工技术重点实验室 农业部新食品资源加工重点实验室，山东 济南 250100；2.齐鲁工业大学（山东省科学院）生物工程学院，山东 济南 250353）

海棠果树具有抗寒冷、抗干旱、抗涝的优点，而且在盐碱地适应性也较好。原产我国西北、华北、东北及长江以南等地，类型有很多[1]。海棠果实是一种纯正的天然保健珍品，具有解毒生津，止渴降火，利尿、健胃、助消化的作用，对小儿尿道炎也有特效；果实可压榨制汁，果渣可制酱，根具有明显的降低血清胆固醇的作用[2-6]。目前，海棠果多以观赏和绿化为主，果肉却被白白扔掉或者取海棠果种籽进行砧木苗的繁育，其实海棠果实是酿造高品质果酒的良好原料。现在人们的生活水平越来越高，营养高、口感好的保健果酒受到大家的青睐[7]。刘殿锋等[8]分析海棠果酒香气成分，发现乙酸乙酯、丁二酸二乙酯、正己酸乙酯、异戊醇、苯乙醇等是海棠果酒特有芳香的主要贡献者。陶银华[9]筛选出用于海棠果酒发酵的酵母，所产海棠果酒酸度低，酒精度高，澄清度良好，发酵能力强，口感柔和，香味浓郁。常启龙等[10]研究发现，海棠果酒发酵的最佳工艺条件为糖度15%、酵母接种量0.3%、发酵温度25℃。目前，对海棠果酒的研究主要集中在对海棠果发酵酒的研究，尚未发现对海棠果蒸馏酒的研究。

海棠果蒸馏酒是用海棠果作为原料，发酵后进行蒸馏，经过储存陈酿得到海棠果蒸馏酒。蒸馏酒品质评判的一个重要感官指标是香气物质。试验采用气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技术检测海棠果蒸馏酒的香气物质，对其芳香化合物进行分析，为海棠果蒸馏酒的生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

海棠果：采自临沂市河东区；乙醇（色谱纯）、氯化钠（分析纯）、4-甲基-2-戊醇（纯度98%）：美国Aldrich公司；酵母（EC1118）：上海康禧食品饮业有限公司；ROHAVIN果胶酶（30 000 U/g）：上海鼎唐国际贸易有限公司。

1.2 仪器与设备

JA2003N电子天平：上海佑科仪器仪表有限公司；STAR A211台式pH计：Thermo Scientific；C-MAG HS7磁力搅拌器：德国IKA公司；jq-1000万用电炉：南京楚水电子科技有限公司；AH-2光电显微镜：日本OLYMPUS公司；57328-U DVB/CAR/PDMS复合萃取头：美国Supelco公司；PAL RSI85 SPME进样器：美国CTC公司；DB-WAX毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）：美国J&W公司；7890B气相色谱仪、5977A质谱仪：安捷伦科技（中国）有限公司；紫铜双釜蒸馏器：烟台诚达蒸馏设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理方法

选取新鲜、健康、成熟的海棠果用水洗净，然后采用不同的发酵方式（表1）发酵海棠果酒，发酵温度为20℃，连续3天比重无变化视为发酵结束。将发酵完成的海棠果发酵酒用双釜蒸馏器进行蒸馏，弃去酒头和酒尾，收取酒精度＞60%vol的蒸馏酒用于实验，4℃保存待测。

表1 海棠果不同发酵方式Table 1 Different fermentation methods of crabapple fruit

1.3.2 理化指标的测定

总酸含量的测定：采用电位滴定法，具体参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》；还原糖含量的测定：采用3,5-二硝基水杨酸法；可溶性固形物含量的测定：使用手持折光仪测定[11]；维生素C含量的测定：参考曹建康等[12]的方法。参考《食品化学及分析实验指导书》中方法计算出汁率和果核比，计算公式如下：出汁率=果汁质量/果肉总质量×100%；果核比=果核质量/果实总质量×100%。

1.3.3 海棠果蒸馏酒香气成分分析[13-14]

顶空固相微萃取（headspace-solidphasemicroextraction，HS-SPME）方法对样品进行预处理，萃取头为50/30 um DVB/CAR/PDMS（Supelco）。准备15 mL萃取瓶，加入8 mL样品，加入1.5 g氯化钠，再加入10 μL 4-甲基-2-戊醇作为内标。将萃取瓶置于固相微萃取工作台上，磁力搅拌速度为100 r/min，35℃预热10 min。固相微萃针插入萃取瓶，将萃取头推出，顶空萃取30 min。样品萃取达到平衡之后再缩回萃取头，然后迅速将萃取针插入气相色谱仪的进样口，推出萃取头的同时启动气相色谱仪采集数据，高温解析5 min后将萃取头缩回，拔出。

色谱柱升温程序：先40℃保持8 min，然后以5℃/min升至70℃，此状态下保持3 min。再以5℃/min升至230℃，保持2 min。设定进样器250℃，检测器220℃，无分流进样。离子源温度200℃；电子电离（electron ionization，EI）源，电子能量70 eV；全扫描模式。

定性分析：采用美国国家标准与技术研究院（national institute of standards and technology，NIST11），结合文献进行人工谱图解析，确定挥发性物质的各化学成分。

定量分析：采用内标法进行定量。

1.3.4 感官分析

采用感官定量描述分析。感官评定人员评定海棠果蒸馏酒的果香、醇香、酯香、甜香、圆润度和持久性。等级设为“0～10”，数字越高强度越高。最后收集信息进行统计分析。

1.3.5 数据处理

试验结果均进行3次平行试验，取其平均值，采用Excel，SPSS进行数据整理，采用Origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 海棠果原料的基本理化指标

海棠果原料的基本理化指标见表2。

表2 海棠果原料基本理化指标Table 2 Basic physicochemical indicators of crabapple raw materials

由表2可知，海棠果出汁率较高，达到65.00%；果肉丰富，果核比达到20.07%；还原糖含量为72.33 g/L；总酸含量为7.38 g/L；维生素C含量为1.76 mg/100 g；可溶性固形物含量为12.60%。

2.2 酿造工艺对海棠果蒸馏酒中挥发性物质的影响

海棠果蒸馏酒香气物质种类和含量测定结果见图1，具体物质含量测定结果见表3。

图1 不同酿造工艺处理海棠果蒸馏酒香气物质种类和含量Fig.1 Types and contents of aroma substances in crabapple distilled wine treated by different brewing process

由图1及表3可知，采用GC-MS从海棠果蒸馏酒中共鉴定出126种香气成分，其中主要成分有68种，包括35种酯类、9种醇类、4种酸类、7种醛酮类、5种烷类、4种萜烯类和4种其他成分。带果肉发酵的海棠果蒸馏酒中，共检测出65种香气成分；澄清果汁发酵的海棠果蒸馏酒中，共检测出45种香气成分。含量较高的香气成分为苯乙醇、异戊醇、异丁醇、己醇、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯和乙酸乙酯。果胶酶的加入使海棠果蒸馏酒的香气成分发生改变，酸类物质总量降低，而酯类、烷类和醛酮类总量增加，4种蒸馏酒醇类物质总量差异不大，只是带果肉发酵的海棠果蒸馏酒含量略低于其他组，最低含量为136.39 mg/L。

表3 不同酿造工艺处理海棠果蒸馏酒香气物质成分和含量Table 3 Aroma substances components and contents in crabapple distilled wine treated by different brewing process

续表

2.2.1 不同酿造工艺处理对海棠果蒸馏酒中酯类成分的影响

酯类物质具有花香和果香，在海棠果蒸馏酒中是一类重要的香气物质，给海棠果蒸馏酒带来果香、菠萝香、苹果香、甜香和花香。醇类和乙酰辅酶A反应生成酯类物质[16-17]。4组不同酿造工艺处理的海棠果蒸馏酒中酯类含量最高的为H2酒样，达到992.29 mg/L。

4组不同酿造工艺处理的海棠果蒸馏酒中，辛酸乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、苯乙酸乙酯和月桂酸乙酯是含量较多的几种酯类。辛酸乙酯有清凉水果香、橙子花香及玫瑰花香。H2酒样的辛酸乙酯含量最高，为488.31 mg/L，带果肉蒸馏酒中的辛酸乙酯含量总体高于澄清果汁蒸馏酒中的，加入果胶酶会增加辛酸乙酯含量。己酸乙酯有强烈菠萝香气、苹果香气和香蕉香气，有涩感。Q2己酸乙酯含量最高，为105.31 mg/L。若乙酸乙酯的含量＞200mg/L，会给海棠果蒸馏酒带来不好的溶剂味道，在此次研究中，果胶酶的加入增加了乙酸乙酯的含量，但最高＜200 mg/L，不会对海棠果蒸馏酒带来令人不愉快的溶剂味道。乙酸异戊酯主要给海棠果蒸馏酒带来甜味和类似香蕉的气味。H2酒样中乙酸异戊酯含量最高，为21.24mg/L。苯乙酸乙酯在澄清果汁蒸馏酒中含量远远低于带果肉蒸馏酒，果胶酶的加入增加了苯乙酸乙酯含量。癸酸乙酯具有椰子的果香味。癸酸乙酯含量最高的是H2酒样，为16.6mg/L，澄清果汁不加果胶酶处理的蒸馏酒中没有检测到癸酸乙酯，加入果胶酶会增加癸酸乙酯的含量。酒样中乙酸异戊酯在不加果胶酶的带果肉处理蒸馏酒中没有检测到，其主要带来甜味、果味和类似香蕉的气味。酒样中十四酸乙酯、月桂酸甲酯、辛酸丙酯、苯甲酸乙酯、棕榈酸甲酯和异戊酸乙酯在澄清果汁发酵中均未能检测到。

2.2.2 不同酿造工艺处理对海棠果蒸馏酒中醇类成分的影响

海棠果蒸馏酒中含量较高的醇类物质有异戊醇、苯乙醇、正己醇、异丁醇等，其中异戊醇的含量最高。异戊醇阈值为14.5 mg/L，具有果香味，4组不同酿造工艺处理的海棠果蒸馏酒中，检测到异戊醇含量最高的是H1酒样，为140.56 mg/L。苯乙醇具有玫瑰香和茉莉花香，还有一定的杀菌作用。C6醇类物质具有植物味和青草气息，其阈值为1.1 mg/L，海棠果蒸馏酒中C6醇类物质含量最高的是己醇，H2酒样中含量最高，为30.78 mg/L；Q1酒样中正己醇含量最低为15.59 mg/L。异丁醇往往带来溶剂味、酒精味和生青味，阈值为75 mg/L[18]。

4组不同酿造工艺处理的海棠果蒸馏酒中异丁醇含量都低于阈值，含量最高的是H1酒样，为10.99 mg/L，带果肉处理中加入果胶酶降低了异丁醇的含量，果胶酶的添加能有效地减少杂醇油如异丁醇的生成，并能促进果汁中香气物质的释放。丙醇具有酒精味和成熟的果香，有较高的阈值30.6 mg/L[18]，4组酒样异丁醇含量都低于阈值。

酒中高级醇的含量＜300 mg/L时，会促进香气的复杂性；但当高级醇的含量＞400 mg/L时，就会对酒的香气产生不良影响[19]。本试验中，4组不同酿造工艺处理的海棠果蒸馏酒中高级醇的总量都在＜300 mg/L，所以不会对海棠果蒸馏酒的风味产生消极影响。

2.2.3 不同酿造工艺处理对海棠果蒸馏酒中酸类成分的影响

乙酸具有酸味和辛辣刺激的味道，4组不同酿造工艺处理的海棠果蒸馏酒中，只有H2酒样中检测到了乙酸，为1.9 mg/L，含量较低，所以不会给海棠果蒸馏酒带来不良风味。海棠果蒸馏酒中含有中链脂肪酸，如辛酸和癸酸等。Q1酒样中辛酸和癸酸含量最高，分别为15.58mg/L和15.68mg/L。

2.2.4 不同酿造工艺对发酵海棠果蒸馏酒中其他成分的影响

酯类、醇类和脂肪酸类等是海棠果蒸馏酒的重要的香气物质，除此之外，如醛类、酮类、萜烯类、烷类和挥发性酚类物质等香气成分也存在于海棠果蒸馏酒中。醛酮类物质在海棠果蒸馏酒酿造的过程中可能产生，海棠果本身可能也具有；Q2酒样中苯甲醛含量最高，为37.69 mg/L，其具有特殊的杏仁香气，H1酒样中含量最低，为32.56 mg/L。萜烯类的感官阈值非常低，对海棠果蒸馏酒的香气组成起着不可忽视的作用[20]，虽然它们含量较低，但是会给海棠果蒸馏酒带来特征风味，一般来说，烷烃对海棠果蒸馏酒香气没有贡献。

2.2.5 海棠果蒸馏酒中主要香气OAV值

风味活性值（odour activity value，OAV）用于评价挥发性香气化合物对酒香气的贡献，当OAV值＞1时，该化合物对酒风味有突出贡献。海棠果蒸馏酒中OAV值＞1的主要香气成分OAV值如表4所示。

表4 海棠果蒸馏酒中的香气成分的OAVTable 4 OAV value of aroma components in crabapple distilled wine

由表4可知，共有20种挥发性香气化合物OAV值＞1，主要以酯类为主，共有13种酯类，月桂酸乙酯、己酸乙酯、乙酸异戊酯OAV值较高，其中H2酒样中的月桂酸乙酯、乙酸异戊酯、癸酸乙酯、苯乙酸乙酯、壬酸乙酯、苯甲酸乙酯、乙酸苯乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯OAV值最高，分别为404.36、226.13、14.79、33.21、1.97、3.76、4.73、25.40、94.79，己酸乙酯OAV值仅次于Q2酒样，为671.79；Q2酒样的己酸乙酯、乙酸乙酯、己酸异戊酯的OAV值最大，分别为1 903.31、1.22、14.99。醇类中只有辛醇的OAV值＞1，Q2酒样辛醇的OAV值最大，为4.18；酸类中只有癸酸的OAV值＞1，Q1酒样癸酸的OAV值最大，为1.14；醛类中只有苯甲醛的OAV值＞1，Q2酒样苯甲酸的OAV值最大，为8.97。

2.3 不同酿造工艺处理对海棠果蒸馏酒感官评价

海棠果蒸馏酒感官分析结果见图2。从图2可知，4种不同酿造工艺处理对海棠果蒸馏酒感官具有明显差异。H1酒样酯香明显，香味略差；Q1酒样香气清淡干净，浓郁度不足；H2酒样香气浓郁，果香明显，也具有酯香，口感较圆润饱满；Q2酒样具有明显的甜香，香气简单、纯净。

图2 不同酿造工艺处理海棠果蒸馏酒的感官分析Fig.2 Sensory analysis of crabapple distilled wine treated by different brewing process

3 结论

采用4种不同发酵工艺处理获得海棠果蒸馏酒，利用GC-MS对其香气成分进行定性、定量检测，结果表明，海棠果蒸馏酒中有68种主要的挥发性香气成分，其中主要是醇类9种、酯类35种，除此之外，还有酸类4种、醛酮类7种、烯萜类4种、烷类5种和其他类4种。其中主体香气物质为异戊醇、辛酸乙酯、月桂酸乙酯、正己酸乙酯、乙酸乙酯和乙酸异戊酯，其他挥发性化合物虽然含量较低，但对海棠果蒸馏酒的香气也具有很大的贡献。

澄清果汁发酵的海棠果蒸馏酒中检测出的香气成分总量低于带果肉发酵的海棠果蒸馏酒，分别为45种和65种香气成分，说明果肉和果皮在海棠果蒸馏酒香气的形成中具有重要作用，带果肉发酵的海棠果蒸馏酒可能会拥有更丰富的花香、果香和酒香。加入果胶酶后，香气成分中酸类的含量都有所降低，酯类和醛酮类的含量都会有所增加，果胶酶的加入对海棠果蒸馏酒也具有很明显的影响，其蒸馏酒中芳香物质种类多、含量高，香气更加浓郁、醇厚。4组不同发酵工艺处理的海棠果蒸馏酒，醇类含量最高的为189.69mg/L；酸类含量最高的为33.74 mg/L；酯类含量最高的为992.29 mg/L；萜烯、醛酮和其他成分含量较低，但其阈值也很低，对海棠果酒的香气组成仍有很大的贡献。