玫瑰香型格瓦斯工艺优化及香气成分分析

刘婷，温慧，丁鹏泽，满都拉，陈忠军，孙子羽

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古呼和浩特010018）

格瓦斯是一种以面包屑为原料通过传统发酵方式发酵而成的饮料。它含有丰富的维生素以及人体所需的各类氨基酸，具有面包的香气和各种发酵醇香[1]，还具有多种功效，不仅能够提高人体消化和吸收能力，还可以有效地改善人体肠胃环境[2-3]。格瓦斯不仅有啤酒的风格特征，还具有口感独特、酒精度低等特点，适合所有年龄段的消费者[4]，是现代饮料市场极具潜力的一款饮品。

玫瑰花是一种具有强还原性，抗氧化活性和美容养颜等特性的蔷薇属多年生常绿或落叶性灌木[5-6]。玫瑰花瓣中含有大量的花青素、挥发性油脂、多酚类、多糖类、黄酮类物质，以及各种维生素、膳食纤维、生物碱、氨基酸、微量元素等，具有较高的营养价值和医用价值[7-10]。其中的花青素是天然安全的食用色素，多酚类物质则是一种重要的抗氧化物质[11-12]，因此，近年来玫瑰花被广泛应用在食品工业中。

目前，食用花卉应用于格瓦斯生产中的研究相对较少。本试验在格瓦斯已有技术基础上加以创新，以玫瑰花为辅料，研制出一款新型的具有玫瑰香型的谷物发酵类含气功能性饮料。并通过气相色谱-质谱联用技术检测玫瑰香型格瓦斯中香气成分。为改善玫瑰香型格瓦斯的风味，提高玫瑰香型格瓦斯的品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大麦芽：北京市双桥燕京中药饮片厂；焦香麦芽：维耶曼特种麦芽有限公司；玫瑰花：桐乡市同福华星杭白菊制品厂；酒花：新疆方睿啤酒原料制品有限责任公司。

1.2 仪器与设备

PB-10 精密电子pH 计：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；Trace 1300、ISQ 型气相色谱-质谱联用仪：美国赛默飞世尔科技公司；SPME 装置：上海安谱实验科技股份有限公司；SPME 萃取头：美国Supelco 公司。

1.3 工艺流程

1.4 玫瑰香型格瓦斯单因素试验及其优化

分别固定大麦芽与焦香麦芽的质量比为9 ∶1，料水比 1 ∶8（g/mL），菌种添加量 2%，接种比例（酵母菌与乳酸菌体积比）3 ∶2，玫瑰浸提液添加量12%、发酵时间16 h。依次改变主要影响因素，菌种添加量（1%、1.5%、2%、2.5%、3%）、接种体积比例（1 ∶1、4 ∶3、3 ∶2、5 ∶3、5 ∶2）、发酵时间（4、8、12、16、20 h）、玫瑰浸提液添加量（12%、14%、16%、18%、20%）。

1.5 发酵过程中的优化

1.5.1 酒花的添加量

加酒花的目的一是产生酒花香，二是为了格瓦斯饮料的泡沫做贡献，酒花含有α-酸和β-酸为格瓦斯提供一定的苦味并起到防腐作用[13]。综合考虑酒花的香气、苦味及起泡性，采用0.2%的添加量，添加至糖化过程中。

1.5.2 柠檬酸的添加

柠檬酸根据花青素在试验过程中的损失情况，酌情添加柠檬酸，用来减少玫瑰的色泽与营养成分的流失，增强花青素的稳定性。

1.5.3 玫瑰花浸提

干玫瑰花粉碎，得到玫瑰粉。玫瑰粉与蒸馏水料水比为 1 ∶90（g/mL），在 30 ℃下水浴浸提 30 min。由于花青素在pH 值超过5 的条件下极其不稳定，而在低pH 值下，呈现稳定状态，因此选择pH4.5 为玫瑰浸提的最优 pH 值[14]。

1.6 主因素最佳配方的正交试验

在单因素试验基础上，为了确定玫瑰香型格瓦斯配方的最佳用量，对影响格瓦斯质量的4 个主要因素选用L9（34）正交设计表进行正交试验，每个因素设3个水平，由感官鉴评所得分数获得最佳配方。主要因素见表1。

表1 L9（34）正交试验水平因素表Table 1 L9（34）Level factor of orthogonal test

1.7 感官评定标准

从样品的色泽、状态、香气、口感和风格上对玫瑰香型格瓦斯饮料品质做出评定，选20 名感官评定人员（10 男10 女）对其各项指标进行打分，具体评分标准见表2。

1.8 气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析玫瑰香型格瓦斯的香气成分

1.8.1 色谱条件

色谱柱DB-5MS，进样口温度250 ℃，载气He，流速1.0 mL/min。采用程序升温方式，升温程序以50 ℃保持 1 min，以 2 ℃/min 升至 100 ℃保持 3 min，然后以4 ℃/min 升至220 ℃在此温度下保持10 min，不分流进样[15-17]。

表2 玫瑰香型格瓦斯感官评定表Table 2 The score of highland rose kvass sensory

1.8.2 质谱条件

质谱选择检测器以0.72 scans/s，速度扫描m/z 50～m/z 550。

1.8.3 萃取条件

所有冻存样品解冻后，60 ℃水浴下平衡10 min，萃取头顶空吸附30 min 后，在GC 进样口释放1 min。离子源温度230 ℃；离子源，EI；电子能量70 eV。

1.8.4 香气成分分析

质谱数据经与 Meanlib、NISTDemo 和 Wiley Library 进行初步检索，并结合相关文献进行定性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

对影响玫瑰香型格瓦斯质量的4 个主要单因素结果进行分析。

2.1.1 菌种添加量

原料中不同的菌种添加量对发酵后格瓦斯中残糖和pH 值的影响如图1。

图1 不同菌种添加量对残糖含量和pH 值的影响Fig.1 Effect of different strain addition amount on reducing sugar content and pH

由图1 可知，随着菌种添加量的增加，残糖含量先减小后增加，而酸度的变化也极为明显，当菌种添加量为2.5%时pH 值最高，此时糖度高酸度低，口感过甜。菌种添加量为2%时格瓦斯糖酸比例合适，口味柔和，为最佳菌种添加量。

2.1.2 接种比例

原料中不同酵母菌与乳酸菌的接种比例对发酵后格瓦斯中残糖和pH 值的影响如图2。

图2 不同接种比例对残糖含量和pH 值的影响Fig.2 Effect of different inoculation ratio on reducing sugar content and pH

由图2 可知，当接种比例不同，残糖含量也有明显差异。随着酵母菌与乳酸菌接种比例的增加，残糖含量先减小后增加。当选择酵母菌与乳酸菌体积比为5 ∶3（体积比）时，酸度最为适宜，产品酸甜适口，故选用5 ∶3（体积比）为最佳接种比例。

2.1.3 发酵时间

原料中不同发酵时间对发酵后格瓦斯中残糖和pH 值的影响如图3。

图3 不同发酵时间对残糖含量和pH 值的影响Fig.3 Effect of different fermentation time on reducing sugar content and pH

由图3 可知，随着发酵时间的进行，产品残糖含量逐渐降低，酸度呈现递增趋势，当时间达到16 h 时，口感适宜，风味协调，为最佳发酵时间。

2.1.4 玫瑰浸提液添加量

原料中不同玫瑰浸提液添加量对发酵后格瓦斯中残糖和pH 值的影响如图4。

图4 不同玫瑰浸提液添加量对残糖含量和pH 值的影响Fig.4 Effect of different rose extract addition on reducing sugar content and pH

由图4 可知，随着玫瑰浸提液添加量的增加，残糖含量逐渐降低，当添加量为20%时，糖度较低。根据试验结果可知，当玫瑰浸提液添加量为18%时，产品的色泽、口感、香气更符合大众口味。

2.2 调配

因玫瑰含有单宁等苦涩物质，浸提后会使成品有苦涩味道，通过反复试验，可知加入1%白砂糖会使苦涩被冲淡，在浸提过程中，加入0.1%柠檬酸，会使浸提更完全。

2.3 正交试验最佳配方的确定

根据单因素试验结果，对影响玫瑰香型格瓦斯质量的4 个主要因素即菌种添加量、接种比例、发酵时间、玫瑰浸提液添加量进行正交试验。结果见表3。

表3 玫瑰香型格瓦斯正交试验表Table 3 Orthogonal test table of rose-like aroma kvass

由表3 中R 值可知，影响玫瑰格瓦斯感官评分的因素主次关系为：菌种添加量（A）＞接种比例（B）＞玫瑰浸提液添加量（D）＞发酵时间（C），由K 值可知各因素的最佳水平为：菌种添加量（2%）、接种体积比（酵母菌 ∶乳酸菌）（2 ∶1，体积比）、发酵时间（16 h）、玫瑰浸提液添加量（18%）。此工艺条件下玫瑰格瓦斯的感官评分为93 优于正交试验中的最高分组合A2B3C1D2，所以最终选择A2B3C2D3为最优条件，即玫瑰香型格瓦斯的最佳配方为：菌种添加量2%，接种比例2 ∶1，发酵时间16 h，玫瑰浸提液添加量18%。

2.5 玫瑰香型格瓦斯香气物质的的GC-MS分析

玫瑰香型格瓦斯香气成分的鉴定结果如表4。

表4 玫瑰香型格瓦斯香气成分的鉴定结果Table 4 Identification of aromatic components in rose-like aroma kvass

续表4 玫瑰香型格瓦斯香气成分的鉴定结果Continue table 4 Identification of aromatic components in rose-like aroma kvass

续表4 玫瑰香型格瓦斯香气成分的鉴定结果Continue table 4 Identification of aromatic components in rose-like aroma kvass

图5 香气成分比例图Fig.5 Percentages of volatile aroma compounds in rose-like aroma kvass

玫瑰香型格瓦斯的香气成分结果见表4。可初步定性玫瑰香型格瓦斯的香气物质有92 种，占总峰面积的97.5%。由图5 可知，检测到的醇类物质种类最多，含22 种，所占比例也最高，占到总含量的65.83%；其次为酯类物质，检测到21 种，占到总含量的10.23%；醛类物质有14 种，占总含量的6.73%；有机酸检测到13 种，占总含量的6.53%，酚类和酮类物质分别占香气物质总含量的4.86%、1.69%；烃类共有11 种，但其含量只占到总含量的1.06%；其他香气物质占香气总含量的0.36%。

从香气分析结果可知，玫瑰香型格瓦斯基本香气的形成过程中，苯乙醇，异戊醇、辛酸乙酯、丁香酚、1-辛醇、木焦油醇、橙花醇、壬醛、香茅醇、己酸乙酯、1-庚醇、甲基丁香酚、正癸酸、癸酸乙酯等对于香气的形成具有重要的作用。醇类中含量最高的是苯乙醇，占总香气物质含量的37.81%。苯乙醇含有诱人的玫瑰香和茉莉花香，可以给人以柔和愉悦的感觉[18-19]，是玫瑰香型格瓦斯的主要香气物质。酯类中主要的香气物质是辛酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯，相关资料表明：格瓦斯中的酯类物质以乙酯类化合物为主[20]，与本试验结果相符。丁香酚、壬醛、正癸酸是酚类、醛类、酸类中主要的香气物质。这些香气物质对玫瑰香型格瓦斯都具有重要贡献。为玫瑰香型格瓦斯的进一步研究提供了科学依据。

3 结论

玫瑰香型格瓦斯最佳方案：原料配比为大麦芽与焦香麦芽质量比 9 ∶1、料水比 1 ∶8（g/mL）、菌种添加量2%、接种体积比（酵母菌∶乳酸菌）2 ∶1、发酵时间 16 h、玫瑰浸提液添加量18%，同时添加糖化酶2%、酒花0.2%、白砂糖1%、柠檬酸0.1%。

通过GC-MS 分析玫瑰香型格瓦斯的香气成分，初步检测出92 种香气成分，占总峰面积的97.5%，其中相对含量较高的香气物质为：苯乙醇37.81%、异戊醇13.25%、辛酸乙酯3.43%、丁香酚3.16%、1-辛醇2.88%、木焦油醇1.73%、橙花醇1.69%、壬醛1.49%、香茅醇1.48%、己酸乙酯1.38%、1-庚醇1.39%、甲基丁香酚1.36%、正癸酸1.33%、癸酸乙酯1.16%等。