马铃薯米酒营养成分和香气成分分析

梁 强，姚英政，曾诗琴，熊 伟，董 玲，宣 朴

（四川省农业科学院农产品加工研究所，四川 成都 610066）

米酒，又被称为醪糟、糯米酒、酒酿，是以糯米为主要原料，经浸泡、蒸煮、拌曲、发酵等工艺制成的低度酿造酒[1-2]。在酒曲中的酵母菌、细菌、霉菌等微生物的共同作用下[2]，蒸煮糊化后糯米中的淀粉、蛋白质、脂肪等大分子物质被降解成单糖（葡萄糖）、低聚糖、肽类、氨基酸、有机酸等小分子物质[1-3]，因此，米酒具有浓甜味、微酸味、乙醇体积分数低等特点[2]。以往研究多以各种形式向米酒中添加粗粮[4]（燕麦）、豆类[5]（红豆）、薯类[6-7]（紫薯、紫马铃薯）、水果[8]（芒果）、花卉[3]（茉莉、桂花、玫瑰）以及食药两用材[9-10]（蛹虫草、沙参），改善和丰富米酒的营养、口感、色泽、香气以及多样性。其中，对马铃薯米酒的研究主要集中在工艺对品质质量的影响[7,11]，而对马铃薯米酒的营养成分和香气成分的分析鲜有报道。马铃薯（Solanum tuberosumL.）含有丰富均衡的氨基酸、维生素、矿物质、膳食纤维、淀粉等营养元素[12]，将鲜马铃薯与糯米相结合酿造马铃薯米酒，可以最大限度保留马铃薯的营养成分，实现薯类与谷类优势互补，形成营养更加全面、风味更加独特的米酒产品。本实验以不同比例的鲜马铃薯与糯米酿造的马铃薯米酒为研究对象，分析鲜马铃薯对米酒中营养成分和挥发性香气成分的影响，旨在为筛选比例合适的马铃薯米酒配方提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜马铃薯（品种：大西洋）、糯米（产地：东北）市售；酒香型甜酒曲 安琪酵母股份有限公司。

2,6-二氯靛酚钠盐、L(＋)-抗坏血酸标准品（纯度≥99%） 上海源叶生物科技有限公司；氨基酸标准品（AAS18-1 mL）、正烷烃C10～C40（50 mg/L）美国Sigma公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

L-8900型全自动氨基酸分析仪 日本日立公司；Intuvo 9000-5977B GC-MSD气相色谱-质谱联用仪（带自动进样器PAL RSI 85） 安捷伦科技有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头 美国Supelco公司；Scout电子天平 奥克斯公司；DHG-9245A电热鼓风干燥箱、LRHS-150-II恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 马铃薯米酒酿造工艺流程

图 1 马铃薯米酒酿造工艺流程Fig. 1 Flow chart of potato-rice winemaking

工艺流程如图1所示，将鲜马铃薯洗净、去皮后切丁约1 cm3，沸水蒸6 min后冷却备用；糯米浸泡4 h后清洗至无浑浊，沸水蒸20 min后冷却备用；分别按照0∶100（纯米酒，简写YP1）、25∶75（25%马铃薯米酒，简写YP2）、50∶50（50%马铃薯米酒，简写YP3）、75∶25（75%马铃薯米酒，简写YP4）、100∶0（纯马铃薯，简写YP5）的比例称取蒸熟的鲜马铃薯和糯米（以1 400 g/份计），糯米饭冷却到约50 ℃时用210 mL凉开水（室温）拌散，再与熟马铃薯混合；当温度降至约37 ℃时拌入8 g酒曲，搅拌均匀后搭窝，在发酵容器底部和搭窝后样品表面撒入0.4 g酒曲，用双层封口膜密封后放入30 ℃恒温培养箱中发酵66 h；发酵结束后，将固液混合物灌装入500 mL带盖玻璃瓶中并封盖，在75 ℃恒温水浴中灭菌20 min，取出迅速冷却，并在-80 ℃保存直至分析。

1.3.2 基本营养成分的测定

粗蛋白含量测定：采用凯氏定氮法；粗纤维含量测定：采用酸碱水解法；还原糖含量测定（以葡萄糖计）：采用菲林试剂法；VC含量测定：采用2,6-二氯酚靛酚滴定法；乙醇体积分数测定：采用酒精计法；总酸含量测定（以乳酸计）：采用pH电位法；糖酸比测定：采用还原糖/总酸。具体操作参照AOAC方法[13]。

1.3.3 氨基酸的测定及其评分

采用自动分析仪法，参照Guo Liqiong等[14]的方法，其中，色氨酸样品处理采用10 mL 2.5 mol/L氢氧化钠溶液中水解。

根据联合国粮食与农业组织（Food and Agriculture Organization，FAO）/世界卫生组织（World Health Organization，WHO）氨基酸评分标准模式[15]计算：

式中：aa为实验样品中每100 g蛋白质中氨基酸质量/g；AA（FAO/WHO）为FAO/WHO评分标准模式中每100 g蛋白质中同种氨基酸质量/g。

1.3.4 香气成分的测定

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱方法测定马铃薯米酒中挥发性香气成分，参考Yang Yijin等[16]的方法，并略作修改。

顶空固相微萃取香气成分：取马铃薯米酒均匀混合物5 g加入到20 mL萃取瓶中，加入0.2 g NaCl摇匀，并密封好。采用自动萃取、进样程序：萃取前萃取针老化2 min，45 ℃保温，平衡5 min，顶空萃取30 min后进样，解吸5 min，进样后萃取针老化5 min。

气相色谱条件：DB-Wax色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；柱箱温度40 ℃；进样口温度250 ℃；氦气（He），流速1.00 mL/min；升温程序为初始柱温40 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升温至90 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min升温至130 ℃，保持2 min，最后10 ℃升至230 ℃，保持3 min；不分流。

质谱条件：电子电离源；离子源温度230 ℃；接口温度230 ℃；溶剂延长时间3 min；质量扫描范围m/z35～600；扫描速率781 u/s。

定性和定量分析：通过计算机谱库（NIST 14）进行初步检索，再与保留指数、标准质谱相对照并结合参考文献进行定性分析，运用峰面积归一法确定各香气成分的相对含量。

1.4 数据统计分析

每个样品测试重复3 次，结果表示为 ±s，均以湿质量计。SPSS软件（Version 18.0）用于不同值之间的方差分析和Tukey值检验，P＜0.05，差异显著。采用XLSTAT2010进行主成分分析[17]。OriginPro软件（Version 8.5.1）进行绘图。

2 结果与分析

2.1 基本营养成分分析

表 1 马铃薯米酒的基本营养成分含量Table 1 Proximate chemical composition of potato-rice wines

从表1可知，随着鲜马铃薯占比的增加，米酒中各营养成分含量发生显著性变化，粗纤维、总酸和VC的含量以及乙醇体积分数均显著增加，而粗蛋白、还原糖的含量和糖酸比都显著下降。粗纤维含量最高是纯马铃薯，达277.83 mg/100 g，接近为纯米酒中粗纤维含量的3 倍，表明鲜马铃薯与糯米相互搭配，可以有效地弥补传统米酒中膳食纤维。还原糖和总酸呈现相反的升降趋势，其中纯马铃薯中总酸含量最高（880.67 mg/100 g），纯米酒中还原糖最高（41.54%），两者共同使得糖酸比呈现下降趋势，表明添加鲜马铃薯可以改善米酒的酸甜口感。纯米酒中未检出VC，通过添加鲜马铃薯，可以显著增加其含量，其中75%马铃薯米酒含量最高，为3.95 mg/100 g。米酒的乙醇体积分数随马铃薯添加量的增加而升高，在75%时达到最高（3.34%），是纯米酒的5 倍之多，但远低于黄酒的乙醇体积分数[16]，这是由于马铃薯米酒发酵时间比黄酒短，大量的糖类物质尚未被转化为乙醇。粗蛋白含量最高（4.13%）为纯米酒，其随马铃薯添加量的增加而逐渐降低，这是因为鲜马铃薯中粗蛋白远低于糯米。因此，不同添加量的马铃薯米酒，可满足不同人群对营养素和口感的需求。

2.2 氨基酸分析及评分

表 2 马铃薯米酒的氨基酸含量Table 2 Amino acids composition of potato-rice wines mg/100 g

由表2可知，马铃薯米酒的氨基酸与粗蛋白质测定结果相吻合，且总体变化趋势一致，即总必需氨基酸、总非必需氨基酸和总氨基酸的含量均随马铃薯占比的增加而降低，总氨基酸含量最高为纯米酒（3 098.58 mg/100 g），最低为纯马铃薯（1 320.29 mg/100 g）。马铃薯米酒中含有8 种人体必需氨基酸，色氨酸随着鲜马铃薯占比的提高而显著增加，表明鲜马铃薯可以有效地补充米酒中色氨酸。然而，其余7 种必需氨基酸含量均随鲜马铃薯占比增加而降低，其中，鲜马铃薯添加量在0%～75%范围内的米酒，含量最高为亮氨酸，其次为缬氨酸，最低为色氨酸；纯马铃薯中含量最高为缬氨酸（85.70 mg/100 g），其次为赖氨酸，最低为蛋氨酸。同时，还检测出10 种非必需氨基酸，含量最高为谷氨酸，其次为天冬氨酸，如同其他食物蛋白质的氨基酸[18-19]；除纯马铃薯中含量最低的为胱氨酸（16.33 mg/100 g）外，其余米酒中含量最低的均为酪氨酸；此外，除纯马铃薯中酪氨酸最高外，几乎所有的非必需氨基酸的含量均随鲜马铃薯占比的提高而降低。

表 3 马铃薯米酒的氨基酸评分Table 3 Amino acid scores of potato-rice wines

由表3可知，鲜马铃薯添加量在0%～75%范围内的米酒中缬氨酸评分最高，其次是亮氨酸；而纯马铃薯为色氨酸，其次是缬氨酸；含硫氨基酸（蛋氨酸＋胱氨酸）的评分最低，被定义为限制性氨基酸。虽然鲜马铃薯在米酒中占比的增加使氨基酸含量降低，但却不同程度地提高了氨基酸评分，优化了氨基酸组成比例，使马铃薯米酒更加符合人体需求。

2.3 香气成分分析

表 4 马铃薯米酒的主要香气成分Table 4 Main aroma compounds identified in potato-rice wines

续表4

由表4可知，检测出马铃薯米酒样品中61 种挥发性香气成分，其中醇类18 种、酯类23 种、酸类8 种、醛酮类8 种、烯类3 种、其他类1 种，醇类和酯类为马铃薯米酒主要的香气成分类别。所有酒样中共有香气成分23 种。

纯米酒中共检测出34 种，其主体香气成分依次为异戊醇、异丁醇、苯乙醇、棕榈酸乙酯、正己醇、正己醛、乙酸、2-戊基呋喃，相对含量分别为25.43%、21.80%、9.39%、5.91%、4.88%、4.64%、4.03%、3.28%。25%马铃薯米酒中共检测出36 种，其主体香气成分依次为异戊醇、异丁醇、苯乙醇、乙酸异戊酯、乙酸、3-羟基-2-丁酮、棕榈酸乙酯、正己醇，相对含量分别为23.46%、20.02%、17.16%、7.03%、4.77%、3.80%、3.33%、3.26%。50%马铃薯米酒中共检测出36 种，其主体香气成分依次为异戊醇、异丁醇、乙酸异戊酯、苯乙醇、棕榈酸乙酯、正己醇、丁酸乙酯，相对含量分别为25.76%、19.91%、13.54%、6.86%、5.55%、4.59%、3.12%。75%马铃薯米酒中共检测出46 种，其主体香气成分依次为苯乙醇、异戊醇、乙酸异戊酯、异丁醇、辛酸乙酯、正己醇、己酸乙酯、3-羟基-2-丁酮、癸酸乙酯，相对含量分别为16.43%、14.18%、11.70%、9.79%、8.21%、4.86%、4.38%、3.97%、3.38%。纯马铃薯中共检测出48 种，其主体香气成分依次为辛酸乙酯、苯乙醇、乙酸异戊酯、己酸乙酯、异戊醇、异丁醇、正己醇、癸酸乙酯、乙酸己酯，相对含量分别为16.10%、11.20%、10.04%、9.47%、8.47%、7.13%、5.28%、3.65%、3.26%。

2.4 主要香气物质分类比较分析

由表4可知，醇类物质是马铃薯米酒样品中主要挥发性香气成分，共检测到18 种，其中在所有样品中均检测到的共有成分9 种。随着鲜马铃薯添加量的增加，米酒中醇类物质的数量先增加后降低，从10 种（纯米酒）增加到18 种（75%马铃薯米酒）；同样地，相对含量也先升高后降低，25%马铃薯米酒升到最高（68.78%），纯马铃薯降到最低（41.77%）。鲜马铃薯添加量在0%～50%范围内，米酒中醇类物质的相对含量以异戊醇最高，而75%马铃薯米酒和纯马铃薯为苯乙醇，表明鲜马铃薯可提高苯乙醇在醇类物质中的比重，异丁醇和正己醇的含量也较高，说明它们是马铃薯米酒的特征香味成分之一，且均属于饱和脂肪醇[20]，可赋予米酒甜香、水果香、花香、青草香以及玫瑰花香等气味[16,21-27]。同时，还含有以2,3-丁二醇为代表的酒类中极少数呈香的多元醇[20]，它呈果香和花香[23]。鲜马铃薯还为米酒带来更多的醇类香气成分，如1-壬醇[28]（青草香）、正癸醇[23]（果香、花香和甜香）、正庚醇[27-29]（芳香、醇香和果香）。

酯类物质是所有香气成分中最多的种类，共检测到23 种，其中共有成分7 种。米酒中酯类物质的数量随着鲜马铃薯添加量的提高而增加，从9 种（纯米酒）增加到13 种（75%马铃薯米酒）；相对含量也具有相同的趋势，由13.58%（纯米酒）提升到36.44%（75%马铃薯米酒）。鲜马铃薯添加量在25%～75%范围内，米酒样品中酯类物质的相对含量以乙酸异戊酯为最高，而纯米酒和纯马铃薯分别为棕榈酸乙酯和辛酸乙酯。酯类物质以乙酯类和乙酸类的饱和酯类物质[20]为主，乙酸酯类化合物的数量和相对含量都随鲜马铃薯占比的提高而显著增加，而乙酯类化合物的数量没有显著性变化、相对含量却显著改变，它们呈现水果香、花香、甜香以及香蕉香、白兰地香、奶油香、月桂油香和椰子香等[20-27]。

酸类物质的种类和相对含量与醇类和酯类物质相比明显减少，共检测到8 种，其中共有成分2 种。鲜马铃薯对酸类物质的数量影响较小，但对种类影响较大；对酸类物质的相对含量具有显著的影响，呈现先降低后升高的趋势，相对含量从6.18%（纯米酒）降低至3.3%（75%马铃薯米酒）。酸类物质以挥发性的饱和脂肪酸[20]为主，以乙酸为代表，它是所有样品中相对含量最高的酸类物质，不仅是香气物质，也是重要的酸味物质[20-27]，正己酸具有辛辣、腐臭、蜡和苦甜等气味[23]，丁酸具有奶酪、辛辣、腐臭[23,28-29]。

在所有样品中共检测到醛酮类物质8 种，其中共有成分4 种。随着鲜马铃薯添加量的增加，对醛酮类物质的数量和相对含量有明显的影响，大体呈先降低后升高的趋势，从种类数量看，纯米酒与75%马铃薯米酒最多（7 种），50%马铃薯米酒最少（5 种）；而就相对含量看，从8.44%（纯米酒）减少至3.41%（50%马铃薯米酒），再提升至6.22%（75%马铃薯米酒）。醛酮类物质相对含量最高的分别为正己醛和3-羟基-2-丁酮，分别呈青草[29-30]和甜香、脂肪（黄油香）[22,24,29]。除此之外，壬醛具有青草、柑橘香和肥皂味[29-30]，苯乙酮具有花香和水果香[28]，它们共同一起赋予米酒特有的香气。

还检测到烯类物质3 种、其他物质1 种，其中共有成分1 种。添加鲜马铃薯对烯类物质的种类无明显变化；但相对含量具有显著性变化，大体呈现先升高后降低的趋势，相对含量从1.08%（纯米酒）提高至2.17%（50%马铃薯米酒）。β-石竹烯是所有米酒样品中唯一共有的且相对含量最高的烯类物质，具有辛香、木香和甜香[31-32]；2-戊基呋喃是唯一的其他物质，且相对含量较高，它随着鲜马铃薯的增加而减少，相对含量从纯米酒的3.28%减少至不能检出（75%马铃薯米酒），具有果香、青香[21]，对丰富米酒香气具有重要的贡献。

2.5 香气物质主成分分析

如图2A所示，第1主成分贡献率为54.96%，第2主成分贡献率为22.24%，第3主成分贡献率为14.07%，前3 个主成分累计贡献率为91.27%。如图2B所示，第1主成分贡献率为56.07%，第2主成分贡献率为21.59%，第3主成分贡献率为16.06%，前3 个主成分累计贡献率为93.72%。从图2可知，在三维空间中，米酒样品之间有明显的区分和分类，说明全部和共有的香气物质都可用于区分不同马铃薯添加量的米酒，它们都具有各自的特征香气物质组合。第1主成分以添加50%鲜马铃薯为界限，添加量低于50%的米酒位于负半轴，高于50%的米酒位于正半轴，表明鲜马铃薯添加量对米酒的香气物质具有较大的影响，且在添加量为50%时对米酒整体香气具有明显的分水岭效应；第2主成分均将马铃薯米酒与纯米酒、纯马铃薯很好地区分开，其中纯米酒和纯马铃薯位于负半轴，马铃薯米酒位于正半轴，表明鲜马铃薯添加与否也对米酒的香气物质具有较大的影响；第3主成分对5 个样品有明显区分，但是未能有效的分类。

图 2 马铃薯米酒中61 种香气成分（A）和23 种共有香气成分（B）的主成分分析Fig. 2 PCA of 61 aroma compounds (A) identified in potato-rice wines and 23 aroma compounds common to all wine samples (B)

3 结 论

鲜马铃薯可显著提高米酒中粗纤维、VC、总酸的含量以及乙醇体积分数，并显著降低粗蛋白、氨基酸、还原糖的含量以及糖酸比。纯马铃薯中粗纤维含量约是纯米酒的3 倍；75%马铃薯米酒中VC含量可从0 mg/100 g增加到3.95 mg/100 g，乙醇体积分数可提高至3.34%且是纯米酒5 倍之多；25%～50%马铃薯米酒的酸甜口感更佳。富含8 种必需氨基酸和10 种非必需氨基酸，鲜马铃薯占比在0%～75%范围内的米酒，非必需氨基酸中谷氨酸含量最高、酪氨酸最低，必需氨基酸中亮氨酸含量最高、色氨酸最低，色氨酸与其他氨基酸不同，其含量显著增加；缬氨酸评分最高，含硫氨基酸（蛋氨酸＋胱氨酸）为限制性氨基酸；鲜马铃薯可不同程度地优化米酒的氨基酸组成比例，使其更加符合人体健康需要。

鲜马铃薯可改变米酒中的挥发性香气物质的种类和相对含量。鉴定出61 种挥发性香气成分，其中共有成分23 种，主体香气成分有异戊醇、异丁醇、苯乙醇、正己醇、棕榈酸乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、乙酸、正己醛、3-羟基-2-丁酮、β-石竹烯和2-戊基呋喃。纯米酒34 种、25%马铃薯米酒36 种、50%马铃薯米酒36 种、75%马铃薯米酒46 种、纯马铃薯48 种，鲜马铃薯添加量在0%～50%范围内相对含量最高的香气成分为异戊醇，而75%马铃薯米酒为苯乙醇。醇类和酯类物质是香气成分的主体，它们的种类总数与相对含量总和分别占整体的67%和80%以上，远超过酸类、醛酮类、烯类及其他类的香气成分。通过主成分分析，在三维空间中可直观地将马铃薯米酒样品区分和分类，表明鲜马铃薯添加与否及添加量对米酒中挥发性香气成分的种类和相对含量都有较大的影响，形成特有的香气物质组合。

综上，随着鲜马铃薯在米酒中占比的增加，马铃薯米酒的营养成分和挥发性香气成分均发生了显著性变化。鲜马铃薯不仅可均衡米酒的营养成分，也能改善和调节口感，更能丰富香气成分，所以可根据不同营养素需求、口感和香气特征，选择不同添加量的马铃薯米酒。但对马铃薯米酒的微量元素和功能性成分，以及挖掘更多的香气成分、定量分析、感觉阈值和各成分之间的相互协调作用，还需要进一步研究。