马铃薯发酵酒发酵工艺优化及其香气成分分析

2024-03-21陈碧钦罗贞媛文和明李华健

农产品加工 2024年3期

杨莉，叶英，陈碧钦，罗贞媛，刘娜，文和明，李华健

（1.普洱学院，生物与化学学院，云南普洱 665000；2.广南县农业技术推广服务中心，云南广南 663300；3.文山州农业科学院，云南文山 663000）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）属于茄科茄属植物，是世界上仅次于小麦、稻谷和玉米的第四大粮食作物，具有十分重要的经济和战略地位[1-2]。马铃薯营养丰富，因其含有人体必需氨基酸（尤其是第一限制性氨基酸- 赖氨酸），以及高淀粉、高膳食纤维、低脂肪含量，深受消费者喜爱，并且是生物活性化合物和抗氧化剂的良好来源，包括酚酸类（含量为49～1 400 mg/kg DM，其中主要为绿原酸）和抗坏血酸，多食马铃薯可提高血液和组织的抗氧化水平，对抗氧化应激，降低胆固醇，有助于降低心血管疾病等多种疾病的风险[3]。此外，马铃薯还含有丰富的维A6、维B1、维B2、维B6、叶酸、钾、镁、铁和类胡萝卜素等，在预防疾病和美容养颜等方面应用潜力巨大[4-5]。

在《农业部关于推进马铃薯产业开发的指导意见》（农发[2016]1 号）文件中指出：积极推进马铃薯产业开发，意义十分重大[6]。我国作为马铃薯生产大国，在马铃薯精深加工方面却相对滞后，产品附加值较低，加工产品单一，是制约我国马铃薯加工业发展的主要原因之一[7-8]。据报道，我国的马铃薯有50%以上用于鲜食，用于加工的仅占15%左右，还有10%～15%由于滞销、贮藏不当、病害等导致腐烂，造成巨大的经济损失[9-10]。目前，对马铃薯酒的研究主要集中在酿造工艺优化及在酿酒过程中将马铃薯作为辅料添加对酒品质的影响上，如何正文[11]、林巧等人[12]、蒙罗红等人[13]、王健等人[14]对马铃薯酒发酵工艺条件进行了优化，梁强等人[15]的研究表明，在米酒酿造过程中，适量添加马铃薯（25%～50%）可增加米酒中的粗纤维、维C、总酸含量和乙醇体积分数，并减少粗蛋白、氨基酸和还原糖含量，降低糖酸比，起到均衡营养、改善口感、丰富香气成分的作用；姚立华等人[16]也认为马铃薯是一种新型的酿酒辅料，能提高黄酒的营养价值。对马铃薯发酵酒的香气成分分析还鲜有报道。张佳笑等人[5]认为酒曲包含多种微生物，用其发酵酿酒可赋予发酵酒特有的风味和口感，制得的发酵酒营养丰富，天然健康，还具有一定的食疗功效。为不断开发新产品，拓宽马铃薯产业发展渠道，促进提质增效，本研究以马铃薯为原料，进行单因素试验、正交试验，选出马铃薯发酵酒的最佳工艺条件，运用气相色谱-质谱技术（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）进行香气成分分析，以期为马铃薯发酵酒的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯（Solanum tuberosumL.），购自普洱市思茅区大兴超市；白酒酒曲（酵母、根霉、复合酶制剂），安琪酵母有限责任公司提供；α - 淀粉酶，济南万丰有限公司提供。

1.2 仪器与设备

C21-IHO1KJ 型电磁炉，浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司产品；HPX-B80 型恒温培养箱，广东美的生活电器制造有限公司产品；CX-12000 型电子秤，东莞南城长协电子制造厂产品；JC-6800 型气相色谱质谱联用仪，江苏天瑞仪器股份有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯发酵酒的酿造工艺

采用张佳笑等人[5]的方法酿造马铃薯酒，酿造工艺如下：新鲜马铃薯→清洗去皮→切块蒸制→打浆→液化→糖化→过滤→灭菌→接曲→发酵→杀菌→冷却→马铃薯酒。

1.3.2 马铃薯发酵酒单因素试验

（1）料液比对马铃薯发酵酒的影响。马铃薯浆液（熟化马铃薯∶水）的配比为1∶2，1∶4，1∶5，1∶7（g∶mL），酒曲添加量为0.7%，α - 淀粉酶添加量为0.7%，并于30 ℃条件下发酵，发酵时间为48 h，观察不同料液比发酵对酒品质的影响，确定最佳料液比。

（2） α - 淀粉酶添加量对马铃薯发酵酒的影响。将等量的马铃薯浆液中分别添加0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%的α - 淀粉酶，并添加0.7%的酒曲，于30 ℃条件下发酵48 h，确定最佳α - 淀粉酶的添加量。

（3）酒曲添加量对马铃薯发酵酒的影响。将等量的马铃薯浆液中分别添加0.3%，0.5%，0.7%，0.9%的酒曲，并添加0.7%的α - 淀粉酶，于30 ℃条件下发酵48 h，观察酒曲添加量对酒品质的影响，确定最佳酒曲添加量。

（4）发酵温度对马铃薯发酵酒的影响。将等量的马铃薯浆液中，添加0.7%的酒曲和α - 淀粉酶，分别于25，30，34，38 ℃条件下发酵48 h，观察发酵温度对酒品质的影响，确定最佳发酵温度。

（5）发酵时间对马铃薯发酵酒的影响。将等量的马铃薯浆液中添加0.7%的酒曲和α - 淀粉酶，并于30 ℃条件下分别发酵24，36，48，60 h，观察不同发酵时间对马铃薯发酵酒品质的影响，确定最佳的发酵时间。

1.3.3 马铃薯发酵酒正交试验优化

在单因素试验的基础上，采用正交设计助手软件以马铃薯酒料液比（A）、α - 淀粉酶添加量（B）、酒曲添加量（C）、发酵时间（D）设计四因素三水平正交试验，进行感官评定选出最优工艺配方。

1.4 感官评定标准

参照张佳笑等人[5]的方法，请专业人员对产品进行感官评分，根据评定标准分别对马铃薯酒的色泽、香气、口感和风味进行评分。

感官评定标准[5]见表1。

表1 感官评定标准

1.5 香气成分分析

（1）香气成分的提取。利用顶空固相微萃取法（Headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）对香气物质进行富集。称取试样1 g 于250 mL 顶空提取瓶→10.0 mL 沸水→60 ℃水浴平衡5.0 min→DVB/CAR/PDMS 提取头（取样前于250 ℃下在GCMS 进样口中陈化30 min） →人工固相微萃取手柄→60 ℃水浴提取60 min→气相GC-MS 进样口进行解吸附[17]。

（2） GC 条件。DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样口和输送线的温度分别为280～270 ℃，载气为氦→无分流进样。加热步骤：于60 ℃条件下维持3.0 min→以4.0 ℃/min 的速度升至280 ℃→并维持2.5 min→60.5 min 的分析。

（3） MS状态。电子离子源，温度为220 ℃，70 eV电离能，33～600 U 的质量扫描范围。

（4）定性和定量分析。依据王慧君等人[6]的研究，对样品中挥发性物质进行了定性和定量分析。

1.6 统计分析

所有试验至少重复3 次，采用软件SPSS 20.0 进行数据分析，测定结果均以平均值±标准差来表示。

2 结果与分析

2.1 马铃薯发酵酒单因素试验

2.1.1 料液比对马铃薯发酵酒感官评分的影响

料液比对马铃薯发酵酒感官评分的影响见图1。

图1 料液比对马铃薯发酵酒感官评分的影响

由图1 可知，感官评分先增加而后减小，在料液比为1∶5（g∶mL）时感官评分最高为88.6 分，此时马铃薯酒色泽和品质良好，酒香气浓郁。当料液比超过1∶5（g∶mL）时，可溶性固形物较多，由于α - 淀粉酶量不变，浆液水解不完全，出现酸味，品质降低，影响其口感。故马铃薯最佳料液比为1∶5（g∶mL）。

2.1.2 α - 淀粉酶添加量对马铃薯发酵酒感官评分的影响

将不同添加量的α - 淀粉酶添加到马铃薯浆液中，观察同一阶段α - 淀粉酶对发酵马铃薯酒品质的影响。

α - 淀粉酶添加量对马铃薯发酵酒感官评分的影响见图2。

图2 α - 淀粉酶添加量对马铃薯发酵酒感官评分的影响

由图2 可知，当添加量为0.1%，0.3%，0.5%时，感官评分逐渐降低酒体品质表现为偏酸，有异味，口感较差；当α - 淀粉酶添加量为0.7%时，马铃薯酒色泽均匀、酒体清澈、酒香味浓郁、无异味，感官评分最佳为87.7 分；当α - 淀粉酶的添加量大于0.7%时，马铃薯酒色泽混浊、有异味，口感反而下降[18]。因此，确定α- 淀粉酶的添加量为0.7%。

2.1.3 酒曲添加量对马铃薯发酵酒感官评分的影响

酒曲添加量对马铃薯发酵酒感官评分的影响见图3。

图3 酒曲添加量对马铃薯发酵酒感官评分的影响

称取不同的酒曲（0.30%，0.50%，0.70%，0.90%，1.10%）进行发酵，密封后放置于30 ℃条件下发酵。由图3 可知，马铃薯酒的感官得分随着酒曲添加量增加先升高而后降低，在添加0.7%的酒曲时，感官得分最高达86.7 分，口感醇香、无酸味。当酒曲量太多时，产生异味，在进行发酵时添加酒曲过少会影响发酵的品质，达不到预期的发酵效果。因此，确定酒曲最适添加量为0.7%。

2.1.4 不同发酵温度对产品感官评分的影响

发酵温度对马铃薯发酵酒感官评分的影响见图4。

图4 发酵温度对马铃薯发酵酒感官评分的影响

向灭菌后的马铃薯浆液加入酒曲，分别放入温度为25，30，34，38 ℃的培养箱中发酵。由图4 可知，随着发酵温度的升高感官评分先升高后降低，在30 ℃感官评分最佳为85.8 分，此时发酵酒色泽均匀一致，无杂质，无异味，滋味较好。当发酵温度在25 ℃时无异味，口味较淡，可能是由于是温度太低抑制了微生物的生长，导致微生物代谢太慢[19]；当发酵温度大于30 ℃时，马铃薯酒酸味明显，且有异味。因此，确定马铃薯酒的最佳发酵温度为30 ℃。

2.1.5 不同发酵时间对产品感官评分的影响

发酵时间对马铃薯发酵酒感官评分的影响见图5。

图5 发酵时间对马铃薯发酵酒感官评分的影响

由图5 可知，随着发酵时间的延长，感官评分呈先增加后减小的趋势，发酵时间过短，酒的香气不够浓郁，口感差；发酵时间过长会使酒产生浓郁的酒香，无苦涩味[20]。因此，确定马铃薯酒最佳发酵时间为48 h。

2.2 正交试验评定结果

在单因素试验基础上，以料液比（A）、α - 淀粉酶添加量（B）、酒曲添加量（C）、发酵时间（D）为4 个单因素进行正交试验。

正交试验结果见表2。

表2 正交试验结果

由表2 可知，影响马铃薯酒感官的因素主次顺序为D＞B＞A＞C，即发酵时间＞α - 淀粉酶添加量＞料液比＞酒曲添加量，最佳组合是A1B2C2D2，此时马铃薯发酵酒的色泽均匀，有浓郁的酒香味，无杂质，无异味，无酸味，口感最佳。Zhao S D 等人[21]的研究也表明发酵时间对马铃薯作为辅料添加酿酒对酒品质影响较大。由于正交试验理论最优水平A1B2C2D2与实际最优水平A1B2C3D3不一致，为判断这2 个组合有无显著性差异，对2 组试验进一步比较验证。

正交试验因素水平设计见表3。

表3 正交试验因素水平设计/分

由表3 可知，组合A1B2C2D2略高，即料液比1∶4（g∶mL），α - 淀粉酶添加量0.7%，酒曲添加量0.7%，发酵时间48 h 的马铃薯发酵酒评分最高，色泽透亮、酒香气浓郁、口感最佳。

2.3 香气成分指标检测结果

马铃薯酒中的香气成分见表4。

表4 马铃薯酒中的香气成分

由表4 可知，马铃薯酒香气成分有6 类29 种物质，主要包括有机酸3 种、11 种酯类、1 种酚类、8 种醇类、5 种烃类、1 种呋喃类。其中，乙酸乙酯、乙醇、辛酸辛酯、异辛酸、苯乙醇、丁二酸二乙酯、异戊醇相对含量较高，是马铃薯发酵酒挥发性物质的主要成分，与林巧[17]、李水玲[22]的研究结果相似。

醇类物质主要在糖发酵和酵母代谢中产生，表现为甜香、花果香，是酒中重要的呈味物质[18]。马铃薯酒中醇类物质共检测出8 种化合物，其中，苯乙醇含量较高，是由酵母利用糖或由苯丙氨酸代谢产生的高级醇，可赋予马铃薯酒丰富的风味，还具有抑菌作用[23]。α - 松油醇可赋予马铃薯发酵酒柠檬味和丁香味，使其具有特殊的香气[24-25]。

酯类是构成酒香气和呈味的主要成分，对酒的风味有影响。马铃薯酒中检测出酯类化合物有11 种，香气成分中占比最大，是马铃薯酒的主要风味成分。其中酯类以辛酸乙酯、乙酸乙酯、丁二酸二乙酯为主，可以赋予马铃薯酒清香、果香味等[26]。其中辛酸乙酯感官表现为脂肪、奶油、蘑菇、椰子、水果、白兰地酒味[27]；乙酸乙酯具有菠萝甜果味，是甜酒中较为常见的一种香气物质[28]，促使酒体醇和，与其他香味成分相互影响、相互协调，使马铃薯酒香味优美、醇厚[29]。

有机酸类主要物质为异辛酸、乙酸，酒中的酸类物质能带给酒体结构感，其中的辛酸具有奶酪味、涩味，对酒的整体结构具有很重要的作用，而乙酸则是影响酒体质量的一个比较重要的因素，赋予酒体醋味[30]。除醇类、酯类、有机酸外，还有烃类、呋喃类，这些物质的存在丰富了酒体风味[31]。