自然发酵与接种发酵燕麦醪糟的挥发性成分分析

刘红微，张美莉

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

燕麦被誉为“九粮之尊”，富含蛋白质、不饱和脂肪酸、矿物质、维生素、酚类化合物及可溶性膳食纤维，丰富的营养成分赋予其良好的营养价值、药用价值、美容价值、食用价值及饲用价值[1-3]。研究表明，燕麦能够调节血脂、内皮细胞功能、血凝和纤维蛋白溶解性，提高机体免疫力，降低胆固醇，调节血糖，改善肠道菌群，降低血压，对抗肥胖、慢性肾脏病、 紫外线[4-8]。近年来，由于燕麦的功能特性及保健功能，燕麦产品的开发备受关注，如以燕麦为原料的酒类、发酵乳、甜醅等。以燕麦为原料的食品日益增多，但对燕麦醪糟的相关研究较少。阿荣[8]的研究指出，虽然燕麦醪糟营养成分丰富，具有助消化、提高免疫力、降血糖、预防癌症等功效，其口感不够理想，进而开发新型燕麦发酵食品。燕麦醪糟的自然发酵由于经历了高温蒸煮糊化及高温发酵，发酵体系中所包含的微生物较少，发酵时间较长。接种发酵指接入牧区醪糟分离菌、产香及产酒酵母，可缩短发酵时间，增加生产效率，丰富其香气成分。挥发性香气成分直接影响燕麦醪糟的风味及品质，目前2 种方式生产的燕麦醪糟挥发性香气成分的差异性并未进行系统分析。本实验以2 种方式生产燕麦醪糟，对比分析2 种发酵方式生产燕麦醪糟的挥发性香气成分，以期明确接种发酵生产燕麦醪糟的可行性及为燕麦醪糟的工业化生产及品质评价提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

燕麦粉、黍米粉及玉米芽粉均为市售；复合菌种由牧区醪糟分离菌和酵母菌组成；牧区醪糟分离菌由鄂尔多斯地区的牧区醪糟中分离得到；果酒酵母由湖北安琪酵母股份有限公司提供；马克思克鲁威酵母由内蒙古河套酒业集团股份有限公司技术中心实验室提供；氯化钠等试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

7890A/5975C气相色谱-质谱联用仪、G6580-CTC自动进样器 美国Agilent公司；毛细管柱DB-Wax（30 m×0.25 mm，0.2 μm） 美国Varian公司；50/30 μm二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取头、顶空进样瓶（15 mL） 美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程及样品制备

自然发酵要求蒸煮过筛的燕麦-黍米复合粉到糊化状态，趁热加入玉米芽粉，液化完毕55 ℃发酵72 h。

接种发酵要求蒸煮过筛的燕麦-黍米复合粉到糊化状态，糊化状态冷却到65 ℃之后再加入玉米芽粉，待液化液冷却至室温，接种发酵剂，30 ℃发酵24 h后，50 ℃ 继续发酵48 h。分别制作自然发酵、接种发酵的燕麦醪糟，发酵结束后取样备检，自然发酵和接种发酵均重复2 次。自然发酵、接种发酵制得燕麦醪糟样品分别记为自然发酵组、接种发酵组。

1.3.2 挥发性成分分析

取8 mL醪糟样品于20 mL顶空进样瓶中，再加入2.5 g氯化钠，四氟乙烯密闭瓶口，25 ℃置于超声波清洗器中保持20 min，置于自动进样装置，50 ℃平衡45 min，将50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头插入进样瓶中，250 ℃解吸5 min，进行气相色谱-质谱检测。

气相色谱-质谱条件：RTX-WAX色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序[9]：起始温度35 ℃，保持4 min；5 ℃/min升温至150 ℃，保持2 min；3 ℃/min升温至210 ℃，保持5 min。电子离子源；接口温度200 ℃；电子能量70 eV；质量扫描范围m/z 35～450；扫描速率909 u/s；光电倍增管电压800 V。扫描方式全扫描，扫描范围40～500 u。质谱库NIST147、NIST27。

定性与定量：对检测的挥发性成分与NIST质谱库进行对比解析，根据匹配度初步确定各易挥发成分的结构，再结合实际成分进行定性。各香气组分的相对含量以各色谱峰的峰面积与总峰面积之比表示[10-11]。

1.4 数据统计

采用Excel对数据进行整理，采用SPSS 25.0软件进行方差分析及主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 结果与分析

2.1 2 种发酵方式的燕麦醪糟各类挥发性成分

2 种发酵方式的燕麦醪糟挥发性成分分别为62、65 种，主要包括酯类、酸类、醇类、醛酮类、杂环类、烃类。如表1所示，接种发酵组燕麦醪糟的酯类、醇类、杂环类相对含量均显著高于自然发酵组（P＜0.05），说明接种复合菌能够有效促进醇类、杂环类成分的产生，酯类成分的合成；酸类物质显著低于自然发酵组；醛酮类、烃类成分与自然发酵组无显著差异。

表1 不同种类挥发性成分的差异Table 1 Comparison of types and relative contents of volatile components in two samples

接种发酵组燕麦醪糟发现65 种挥发性成分，其中，醇类成分11 种，达58.31%，相对含量最大，为第1类成分；酯类成分25 种，为第2类成分，相对含量20.70%；酸类成分12 种，相对含量16.75%，为第3类成分；杂环类成分6 种，相对含量1.07%，为第4类成分；醛酮类成分7 种，相对含量0.73%，为第5类成分；烃类成分4 种，相对含量0.61%，为第6类成分；醇类、酯类、酸类成分的相对含量达95.76%，是接种发酵组燕麦醪糟主要的挥发性成分。

自然发酵组燕麦醪糟发现62 种挥发性成分，酸类占比最大，可达61.94%，数量与接种组相同，为第1类成分；酯类成分23 种，相对含量18.89%，为第2类成分；醇类成分12 种，相对含量13.58%，为第3类成分；杂环类成分5 种，相对含量0.89%，为第4类成分；醛酮类成分6 种，相对含量0.75%，为第5类成分；烃类成分4 种，相对含量0.20%，为第6类成分。

2.2 2 种发酵方式的燕麦醪糟酯类成分的分析

表1显示，2 种发酵方式燕麦醪糟酯类成分为第2类挥发性成分，大多数酯类拥有花香及果香，赋予燕麦醪糟独特的香气。酯类成分源于酵母菌的发酵及醇与酸的酯化反应，因其具有较小的阈值，在含量较低的情况下对香气亦有较高的贡献[12-13]。

由表2可知，自然发酵组燕麦醪糟酯类成分相对含量大于1%的为丁酸丁酯（3.34%）、己酸乙酯（4.85%）、丁酸己酯（3.59%）、辛酸乙酯（2.80%）、己酸己酯（1.32%）；接种发酵组酯类成分相对含量大于1%的有乙酸乙酯（5.26%）、己酸乙酯（5.55%）、辛酸乙酯（3.31%）、己酸己酯（1.46%）、丙位壬内酯（1.01%）；接种发酵组乙酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、丙位壬内酯的相对含量显著高于自然发酵组，己酸己酯的相对含量与自然发酵组无显著差异；自然发酵组燕麦醪糟的乙酸乙酯相对含量约为接种发酵组的3.4%。自然发酵组燕麦醪糟的苯丙酸乙酯相对含量为接种发酵组的80.0%，乙酸乙酯具有浓郁的果香、酒香，苯丙酸乙酯具有花香，可丰富接种组燕麦醪糟的香气。

表2 酯类挥发性成分的差异Table 2 Comparison of relative contents of ester volatile components in two samples

2.3 2 种发酵方式的燕麦醪糟醇类成分

由表3可知，自然发酵组燕麦醪糟的醇类成分相对含量大于1%的为正丁醇（7.22%）、乙醇（5.04%）；接种发酵组燕麦醪糟醇类成分相对含量大于1%的有乙醇（48.02%）、苯乙醇（4.28%）、异戊醇（3.22%），且三者的相对含量均显著高于自然发酵组；自然发酵组燕麦醪糟的乙醇相对含量约为接种发酵组的10.5%，为燕麦醪糟提供浓郁的酒味及合成酯类成分的前体物质，自然发酵组燕麦醪糟的苯乙醇相对含量约为接种发酵组的5.84%。自然发酵组燕麦醪糟的异戊醇相对含量约为接种发酵组的2.5%；相对含量较高的乙醇有酒味，相对含量较高的异戊醇具有花香、果香，苯乙醇具有好闻的玫瑰花香，为米香型酒的特征香气成分之一。

表3 醇类挥发性成分的差异Table 3 Comparison of relative contents of alcohols in two samples

2.4 2 种发酵方式的燕麦醪糟酸类成分

由表4可知，接种发酵组燕麦醪糟酸类成分相对含量大于1%的有己酸（6.42%）、乙酸（5.60%）、辛酸（1.56%）、丁酸（1.06%）。自然发酵组燕麦醪糟的乙酸含量显著低于接种发酵组，前者约为后者的50%，较高相对含量的乙酸赋予后者强烈的醋香；辛酸、丁酸的相对含量显著低于自然发酵组，二者均有不同的臭味；己酸的相对含量与自然发酵组无显著差异；自然发酵组燕麦醪糟酸类成分相对含量大于1%的为丁酸（35.79%）、己酸（6.16%）、乙酸（3.23%）、辛酸（1.71%），且丁酸的相对含量是酸类成分中最高的。

表4 酸类挥发性成分的差异Table 4 Comparison of relative contents of acids in two samples

2.5 2 种发酵方式的燕麦醪糟醛酮类成分

由表5可知，接种发酵组燕麦醪糟醛酮类成分有7 种，自然发酵组燕麦醪糟醛酮类成分有6 种；2 种发酵方式下，燕麦醪糟的醛酮类成分的相对含量均不足1%；接种发酵组燕麦醪糟己醛的相对含量显著高于自然发酵组，2-庚烯醛的相对含量显著低于自然发酵组，戊酮、苯甲醛、2-庚酮、糠醛的相对含量与自然发酵组无显著差异。

表5 醛酮类挥发性成分的差异Table 5 Comparison of relative contents of carbonyl compounds in two samples

2.6 2 种发酵方式的燕麦醪糟杂环类成分

由表6可知，接种发酵组燕麦醪糟的杂环类成分有6 种，自然发酵组燕麦醪糟杂环类成分有5 种，2-正丙基呋喃在自然发酵组中未检出；2 种发酵方式生产的燕麦醪糟杂环类成分的相对含量均未达到1%，接种发酵组2-正戊基呋喃的相对含量显著高于自然发酵组，2 组中的其余成分均无显著差异。

表6 杂环类挥发性成分的差异Table 6 Comparison of relative contents of heterocyclic compounds in two samples

2.7 2 种发酵方式的燕麦醪糟烃类成分

由表7可知，2 种发酵方式生产的燕麦醪糟烃类成分均无显著差异，且相对含量均小于1%。

表7 烃类挥发性成分的差异Table 7 Comparison of relative contents of hydrocarbons in two samples

2.8 2 种发酵方式的燕麦醪糟挥发性成分的PCA

利用PCA进行自然发酵、接种发酵燕麦醪糟的挥发性风味差异、组间样本差异性分析。2 种发酵方式燕麦醪糟的累计差异为99.75%，包含PC1（78.59%）、PC2（21.16%），结果如图1a所示。各样品之间差异明显，可高效区分2 种发酵方式的燕麦醪糟样品。

图1 基于PCA解析不同接种方式下燕麦醪糟挥发性组分Fig. 1 PCA plots for two samples and volatile flavor components

2 种发酵方式燕麦醪糟的挥发性香气组分降维至2 个不相关的PC，结果如图1b所示。PC1中正影响挥发性香气物质载荷系数大于0.9的为烃类（0.996）、杂环类（0.990）、醇类（0.984）、酯类（0.965），这4 类成分与PC1高度正相关。PC2中正影响挥发性香气物质的为醛酮类（0.950）。

3 结 论

本实验以2 种不同方式发酵的燕麦醪糟为研究对象，对比分析其挥发性香气成分的差异性。得出以下结论：1）自然发酵与接种发酵燕麦醪糟的挥发性香气成分分别为62、65 种，共发现6 类挥发性成分，分别为醇类、酯类、酸类、杂环类、醛酮类、烃类；2）PCA揭示了2 种发酵方式燕麦醪糟特征挥发性香气的种类，烃类（0.996）、杂环类（0.990）、醇类（0.984）、酯类（0.965），这4 类成分与燕麦醪糟挥发性香气高度正相关；3）可从风味角度区分2 种发酵方式，接种发酵组燕麦醪糟酯类、醇类、杂环类成分的相对含量均显著高于自然发酵组，酸类成分显著低于自然发酵组，醛酮类、烃类成分的相对含量与自然发酵组无显著差异；4）接种发酵组燕麦醪糟具有不愉悦气味的丁酸相对含量显著低于自然发酵组，乙酸乙酯、乙醇、苯乙醇、异戊醇、乙酸的相对含量均高于自然发酵组，这些成分赋予燕麦醪糟愉悦的香气，有效验证接种发酵燕麦醪糟的可行性，为接种生产燕麦醪糟提供理论基础。