菊芋酒釀酒酵母的選擇及發(fā)酵工藝

羅　騰，　張寶善*，　崔田田，　劉莎莎，　孫肖園（.陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安70062；2.陜西省果蔬深加工技術(shù)研究中心，陜西西安70062）

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菊芋酒釀酒酵母的選擇及發(fā)酵工藝

羅騰1，2，張寶善*1，2，崔田田1，劉莎莎1，孫肖園1
（1.陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安710062；2.陜西省果蔬深加工技術(shù)研究中心，陜西西安710062）

摘要：以菊芋為原料對(duì)菊芋酒的釀造工藝及香氣成分進(jìn)行初步研究。通過(guò)3種酵母菌對(duì)菊粉液體發(fā)酵的比較實(shí)驗(yàn)，確定菊芋酒最佳的釀造菌種。并通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，探索菊芋酒的最佳生產(chǎn)工藝。采用頂空固相微萃?。℉S-SPME）與氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）對(duì)菊芋酒主要香氣成分進(jìn)行分析。結(jié)果表明：1）菊芋酒的最佳釀造酵母為實(shí)驗(yàn)室篩選的產(chǎn)菊粉酶酵母K.marxianus X2；2）當(dāng)以產(chǎn)品的酒精度為衡量指標(biāo)時(shí)，最佳發(fā)酵工藝條件為：主發(fā)酵溫度30℃，酵母接種體積分?jǐn)?shù)5%，菊芋汁糖度22°Bx；當(dāng)以產(chǎn)品的感官品質(zhì)為衡量指標(biāo)時(shí)，最佳發(fā)酵工藝條件為：主發(fā)酵溫度28℃，酵母接種體積分?jǐn)?shù)為6%，菊芋汁糖度20°Bx；3）從菊芋酒中共鑒定出40種香味物質(zhì)，含量相對(duì)較多的主體香氣物質(zhì)是乙酸戊酯、己酸乙酯及辛酸乙酯。選出了一株可以直接用于菊芋釀酒發(fā)酵的酵母菌種，獲得色、香、味俱佳的菊芋酒。

關(guān)鍵詞：菊芋酒；酵母菌；發(fā)酵工藝；香氣成分

菊芋（Jerusalem artichoke）又稱洋姜、鬼子姜，為菊科向日葵屬多年生草本植物，地下形成塊莖。菊芋塊莖味甘、性平、無(wú)毒、營(yíng)養(yǎng)豐富，在我國(guó)大部分地區(qū)都有分布。一般鮮菊芋塊莖中含水79.8%，碳水化合物16.6%，蛋白質(zhì)1%，脂肪1%，粗纖維0.6%，灰分2.8%，還有一定量的維生素，其中碳水化合物中78%為菊粉（菊糖）[1]。菊粉是由D-果糖經(jīng)β（1→2）糖苷鍵連接而成的線性果聚糖，在菊粉酶的作用下可水解為易于乙醇發(fā)酵的果糖[2]。另外，菊芋具有耐寒、耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)沙、適應(yīng)性廣、繁殖性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)各地均有分布。目前，菊芋產(chǎn)品加工主要集中在初級(jí)產(chǎn)品加工，如泡菜、醬菜等，深加工只限于菊粉的提取和燃料乙醇，其他產(chǎn)品如高果糖漿、低聚果糖等只停留在試驗(yàn)階段[3-7]。應(yīng)菊芋產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，開(kāi)發(fā)深加工產(chǎn)品，挖掘其巨大的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值，特別是具有保健功能的產(chǎn)品具有重要意義。

目前菊芋發(fā)酵研究主要集中在菊芋發(fā)酵生產(chǎn)工業(yè)乙醇。而對(duì)發(fā)酵酒類產(chǎn)品研究甚少。所以深入研究菊芋發(fā)酵生產(chǎn)酒工藝條件，開(kāi)發(fā)低成本、高附加值酒類產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景，也符合我國(guó)釀酒業(yè)的“限制糧食酒，發(fā)展非糧食酒”的發(fā)展方向。

作者通過(guò)選擇一株可直接用于菊芋酒發(fā)酵的酵母菌種并對(duì)菊芋酒發(fā)酵工藝進(jìn)行研究，分析菊芋酒的主要香氣成分，為菊芋酒生產(chǎn)提供技術(shù)理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1材料新鮮菊芋：市售；菊粉（相對(duì)分子質(zhì)量約4 000）：青海威德生物技術(shù)有限公司；檸檬酸、抗壞血酸：江蘇歌得諾貝生物化工有限公司；其他試劑均為分析純。

1.1.2酵母菌菌種安琪白酒酵母（S.cerevisiae）、安琪果酒酵母SY：市售；酵母菌K.marxianus X2：從菊芋的表皮經(jīng)分離、純化獲得，經(jīng)形態(tài)和生理生化鑒定為酵母菌并保藏于作者所在實(shí)驗(yàn)室。

1.1.3培養(yǎng)基活化培養(yǎng)基：葡萄糖20 g，酵母浸粉5 g，蛋白胨3 g，KH2PO42 g，（NH4）2SO42 g。蒸餾水1 000 mL，pH 6.0，121℃滅菌20 min。

1.1.4種子培養(yǎng)基菊粉30 g，酵母浸10 g，蛋白胨5 g，KH2PO43 g，（NH4）2SO45 g，蒸餾水1 000 mL，pH 6.0，121℃滅菌20 min。

1.1.5菊芋汁發(fā)酵培養(yǎng)基新鮮菊芋水提濃縮得到的菊芋汁。

1.2儀器與設(shè)備

XSZ-4G生物顯微鏡：重慶光學(xué)儀器廠；SPH-250型生化培養(yǎng)箱：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；AR2140電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；BCN-1360型超凈工作臺(tái)：北京東聯(lián)哈爾儀器有限公司；WS108型手持折光儀：上海測(cè)維光電技術(shù)有限責(zé)任公司；UV-160紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：日本日立公司；PHs-3c精密pH計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；氣相色譜（TRACE1300，Thermo Fisher Scientific，USA）質(zhì)譜聯(lián)用儀：（ISQ，Thermo Fisher Scientific，USA）；頂空固相微萃?。℉S－SPME）裝置SPME手動(dòng)進(jìn)樣手柄及PDMS萃取頭（50/30 μm）：美國(guó)SUPELCO公司。

1.3方法

1.3.1菊芋酒釀造工藝流程

1.3.2原料的處理

1）菊芋汁的制備：新鮮菊芋經(jīng)水洗，破碎，按料水比1∶2加入自來(lái)水，加熱至85℃浸提30 min，過(guò)濾獲上清液，備用。

2）菊芋汁的濃縮：使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在水浴鍋溫度為55℃，轉(zhuǎn)速為45 r/min，真空度為-0.095 MPa的條件下將菊芋汁濃縮至表觀糖濃度為30°Bx，4℃冷藏備用。

1.3.3成分調(diào)整調(diào)整糖度：在不同的糖度下，酵母菌的活性不同。為了找出菊芋酒的最佳發(fā)酵糖度，將濃縮菊芋汁的表觀糖度梯度調(diào)整控制在16～24°Bx，自然pH值。滅菌后裝灌密封，迅速冷卻。

1.3.4主發(fā)酵在發(fā)酵醪液中加入一定量酵母進(jìn)行主發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程中每天攪動(dòng)3～4次，當(dāng)發(fā)酵醪液面泡沫逐漸下沉，酒液澄清，主發(fā)酵結(jié)束，時(shí)間為10 d。

1.3.5后發(fā)酵分離主發(fā)酵酒液的酒腳，進(jìn)行后發(fā)酵。在后發(fā)酵過(guò)程中，酵母重新分布，對(duì)殘?zhí)抢^續(xù)利用，發(fā)酵速度較緩慢，發(fā)酵溫度控制在20～25℃，經(jīng)15～20 d后，發(fā)酵醪液殘還原糖質(zhì)量濃度小于4 g/L，后發(fā)酵結(jié)束，乙醇度達(dá)11%左右，分離酒腳，進(jìn)入陳釀階段。

1.3.6陳釀過(guò)濾后原酒進(jìn)行密封陳釀，時(shí)間為1～2個(gè)月，陳釀溫度在20℃以下。酒液盡可能滿罐保存，以減少氧氣接觸，避免酒的氧化。

1.3.7過(guò)濾、澄清將陳釀的酒液除去酒腳，并加入明膠和單寧[8]，靜置過(guò)濾，得到金黃色的澄清菊芋酒。

1.3.8灌裝、滅菌將過(guò)濾、澄清后的果酒分裝于

玻璃瓶中，密封后在70℃下水浴殺菌30 min。

1.3.9菊芋酒發(fā)酵條件的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1）發(fā)酵菌種的選擇：將3種酵母保藏菌種，接種到種子培養(yǎng)基中活化24 h，使活化菌數(shù)量達(dá)到1.0×107cfu/mL，按照10%的接種體積分?jǐn)?shù)接種到裝有150 mL的20%菊粉發(fā)酵液的發(fā)酵培養(yǎng)基中，置于30℃發(fā)酵，觀察發(fā)酵情況，每天測(cè)定乙醇的產(chǎn)率，發(fā)酵結(jié)束后測(cè)定發(fā)酵液酶活力和總糖利用率。另做一組杜氏小管試驗(yàn)觀察氣體的充盈情況，確定最佳的釀造菌種。

2）不同接種體積分?jǐn)?shù)對(duì)酵母菌乙醇發(fā)酵影響：在發(fā)酵醪表觀糖濃度20°Bx、發(fā)酵溫度30℃，自然pH為4.8，分別在接種體積分?jǐn)?shù)為4%、5%、6%、7%、8%的條件下進(jìn)行主發(fā)酵。測(cè)定不同接種體積分?jǐn)?shù)下發(fā)酵的菊芋酒的乙醇度與總糖利用率，以確定較為適宜的接種體積分?jǐn)?shù)。

3）不同發(fā)酵溫度對(duì)酵母菌乙醇發(fā)酵影響：在發(fā)酵醪表觀糖濃度20°Bx，酵母接種體積分?jǐn)?shù)6%，自然pH為4.8，分別在24、26、28、30、32℃的溫度條件下進(jìn)行主發(fā)酵。測(cè)定不同溫度下發(fā)酵的菊芋酒的乙醇度與總糖利用率，以確定較為適宜的發(fā)酵溫度。

4）初始底物濃度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響：在發(fā)酵溫度30℃，酵母接種體積分?jǐn)?shù)6%，自然pH為4.8，分別在16、18、20、22、24°Bx的表觀糖濃度條件下進(jìn)行主發(fā)酵，測(cè)定不同糖度下發(fā)酵的菊芋酒的乙醇度與總糖利用率，以確定較為適宜的底物濃度。

1.3.10菊芋酒釀造工藝條件的正交試驗(yàn)優(yōu)化以單因素試驗(yàn)確定菊芋酒釀造過(guò)程中主要影響因素的水平取值范圍，以乙醇度和感官質(zhì)量評(píng)分為指標(biāo)進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而優(yōu)化釀造工藝條件。

1.3.11菊芋酒香氣物質(zhì)的萃取實(shí)驗(yàn)采用頂空固相微萃取法（head space solid -phase microextractions，HS-SPME）。取酒樣10 mL于20 mL萃取瓶中，加1 g NaCl，插入經(jīng)老化的萃取頭（250℃老化1 h），50℃條件下頂空萃取50 mim，將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口，解析5 min[9]。

1.3.12品質(zhì)鑒定

1）培養(yǎng)基或發(fā)酵液總糖含量測(cè)定：取1 mL培養(yǎng)基或發(fā)酵上清液，加入50 mL體積分?jǐn)?shù)5%的HCl，70℃水浴酸解1 h。完成后流水迅速冷卻至室溫，用2 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH值至中性，并定容至100 mL。采用DNS法測(cè)定其中還原糖含量，即為總糖含量[10]。

2）總糖利用率的測(cè)定：總糖利用率=（起始總糖-剩余總糖）/起始總糖

3）乙醇度測(cè)定：參照GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》測(cè)定。菌體總數(shù)的測(cè)定：血球計(jì)數(shù)法測(cè)定?？扇苄怨绦挝餃y(cè)定（表觀糖度）：用手持折光儀測(cè)。酸度：酸堿滴定法[11]。pH值：用酸度計(jì)法。

4）菊粉酶酶活力測(cè)定：取1 mL發(fā)酵液，加入底物濃度為2.0%、pH值為5.4的菊粉溶液4 mL，55℃酶解10 min，DNS法測(cè)定其中的還原糖生成量。1 mL發(fā)酵液每分鐘水解底物生成1 μmol還原糖所需的酶量為一個(gè)酶活力單位[12]。

1.3.13感官評(píng)定[13]因?yàn)榫沼缶茮](méi)有本身的專業(yè)評(píng)價(jià)細(xì)則，作者結(jié)合葡萄酒和清酒的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)自行定制了菊芋酒的感官評(píng)價(jià)細(xì)則，外觀20，香氣30，滋味30，典型性20。按照表1中的標(biāo)準(zhǔn)由10名專業(yè)技術(shù)人員對(duì)菊芋酒進(jìn)行綜合感官評(píng)分，取其平均值作為評(píng)分結(jié)果，滿分為100分。

表1　感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of Jerusalem artichoke wine product

1.3.14菊芋酒香氣成分GC-MS分析

1）色譜條件：色譜柱HP-INNOWAX石英毛細(xì)血管色譜柱（60 m×0.32 mm×0.25 um，Agilent，USA）；程序升溫：40℃，保留10 min，4℃/min，升至200℃，保留10 min。載氣為氦氣，流速1.00 mL/min。不分流進(jìn)樣。

2）質(zhì)譜條件：EI電離源，電子能量70 eV，離子源為250℃，接口為250℃，質(zhì)量掃描范圍45～500 amu。

3）香氣成分分析：分析結(jié)果運(yùn)用計(jì)算機(jī)譜庫(kù)（NIST/WILEY）進(jìn)行初步檢索及資料分析，并結(jié)合已有的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行定性分析[14]。

2　結(jié)果與分析

2.1 3種酵母發(fā)酵菊芋酒的性能實(shí)驗(yàn)

從圖1可以看出，3株酵母菌的乙醇增加都比較緩慢和平穩(wěn)，原因是菊芋中的發(fā)酵糖主要是菊糖（多糖），酵母菌不能直接利用。所以酵母在發(fā)酵的過(guò)程中需要產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，來(lái)分解這些多糖來(lái)進(jìn)行發(fā)酵[15]。3株酵母都是進(jìn)行邊分解多糖邊發(fā)酵產(chǎn)生乙醇?？梢悦黠@看出K.marxianus X2在發(fā)酵過(guò)程中乙醇產(chǎn)率明顯高于其他酵母。K.marxianus X2在發(fā)酵第8～10天乙醇度變化局勢(shì)不明顯趨于平緩，主發(fā)酵結(jié)束，進(jìn)入后發(fā)酵階段。從表2可見(jiàn)，發(fā)酵完成后，K.marxianus X2的菊粉酶酶活為60.2 U/mL，總糖利用率為86.31%，發(fā)酵液乙醇度為10.6°，為3種酵母菌中最高。杜氏管充滿氣體的時(shí)間為31 h，起酵時(shí)間也最短。因此菌株K.marxianus X2更適合用于菊芋酒的發(fā)酵，是較優(yōu)良的菌種。

圖1　3種酵母發(fā)酵能力比較試驗(yàn)Fig. 1 Comparison of fermentation ability of 3 kinds yeast

表2　實(shí)驗(yàn)發(fā)酵結(jié)果Table 2 Experimental results in fermentation

比較圖1和表2，釀酒酵母乙醇發(fā)酵能力與其菊粉酶活正相關(guān)。菊粉酶活越高，發(fā)酵液乙醇體積分?jǐn)?shù)越高，且乙醇發(fā)酵速度也越快。原因可能是同步糖化發(fā)酵過(guò)程中，菊粉需經(jīng)菊粉酶水解成果糖，再被釀酒酵母利用發(fā)酵乙醇，因此酵母菌的菊粉酶活是乙醇發(fā)酵速度的限制性因素[16]。綜上所述，選擇K.marxianus X2作為菊芋酒的發(fā)酵菌種。

2.2單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1發(fā)酵溫度對(duì)菊芋酒發(fā)酵的影響圖2是溫度對(duì)釀酒酵母K.marxianus X2乙醇發(fā)酵的影響。發(fā)酵溫度對(duì)乙醇發(fā)酵和酵母的繁殖有著重要的影響，溫度高酵母代謝旺盛，發(fā)酵速度快。溫度過(guò)低酵母繁殖慢，發(fā)酵速度也相對(duì)較慢。由圖2可知，在24～30℃范圍內(nèi)，隨著發(fā)酵溫度的升高，總糖利用率和乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加顯著（p＜0.05），在溫度高于30℃，以后乙醇體積分?jǐn)?shù)和總糖利用率開(kāi)始顯著下降（p＜0.05）。當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)32℃時(shí)，最終乙醇體積分?jǐn)?shù)大幅度下降，發(fā)酵液中殘?zhí)且裁黠@增多。原因可能是24℃和26℃的溫度過(guò)低，酵母代謝繁殖慢，發(fā)酵速度變慢，導(dǎo)致成品酒的酒度降低，另一方面原因是溫度過(guò)低誘導(dǎo)酶菊粉酶的活性比較低，菊粉不能很好地被酶解成還原糖被利用。而30℃是發(fā)酵相對(duì)適宜的溫度，酵母發(fā)酵速度快，不但可供雜菌生長(zhǎng)的還原糖迅速減少，而且較快上升的乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)雜菌有抑制作用，另一方面誘導(dǎo)酶菊粉酶的活性也相應(yīng)的增高，有更多的還原糖產(chǎn)生被利用[17]，因此成品酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)較高。根據(jù)上述結(jié)果，確定發(fā)酵的較佳溫度水平為30℃左右。

圖2　發(fā)酵溫度對(duì)菊芋酒的乙醇度和總糖利用率的影響Fig. 2 Effect of fermentation temperature on alcohol and total sugar utilization of Jerusalem artichoke wine

2.2.2接種體積分?jǐn)?shù)對(duì)乙醇發(fā)酵的影響酵母接種體積分?jǐn)?shù)對(duì)菊芋酒的發(fā)酵具有較大的影響。在不同的接種體積分?jǐn)?shù)條件下，酵母將還原糖轉(zhuǎn)化為乙醇的量是不同的。接種體積分?jǐn)?shù)小，酵母的生物量不夠，原料轉(zhuǎn)化為乙醇速度慢，易污染雜菌；接種體積分?jǐn)?shù)過(guò)大，酵母自身生長(zhǎng)繁殖會(huì)消耗發(fā)酵液中大量的糖分，乙醇產(chǎn)量反而降低[18]。從圖3可以看出，總糖利用率隨著酵母接種體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。在接種體積分?jǐn)?shù)為4%～6%之內(nèi)乙醇體積分?jǐn)?shù)顯著增加（p＜0.05），在6%時(shí)達(dá)到最高；當(dāng)接種體積分?jǐn)?shù)大于6%時(shí)，酵母菌繁殖過(guò)旺，本身需要消耗大量糖分，乙醇體積分?jǐn)?shù)反而降低。綜合上述，確定酵母最佳接種體積分?jǐn)?shù)為6%左右為宜。

圖3　酵母接種體積分?jǐn)?shù)對(duì)菊芋酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)和總糖利用率的影響Fig. 3　 Effect of yeast inoculum amount on alcohol and total sugar utilization of Jerusalem artichoke wine

2.2.3初始底物濃度對(duì)乙醇發(fā)酵的影響初始底物濃度，對(duì)發(fā)酵酒最終的乙醇度和品質(zhì)有重要的影響，圖4是菊芋汁中起始糖度對(duì)釀酒酵母K.marxianus X2乙醇發(fā)酵的影響，糖作為乙醇發(fā)酵最重要的底物，初始糖含量對(duì)乙醇發(fā)酵的最終乙醇產(chǎn)量呈正相關(guān)，但繼續(xù)增加底物濃度，乙醇體積分?jǐn)?shù)增加局勢(shì)明顯放緩，而總糖的利用率卻隨著起始總糖度的增加而逐漸下降，殘?zhí)橇考眲∩仙?。由圖4可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)在表觀糖度小于20°Bx時(shí)隨糖度的增加而顯著增加（p＜0.05），總糖利用率也相對(duì)較高；當(dāng)起始糖度高于20°Bx之后，雖然乙醇度仍在增加，可其增加速率明顯下降，而總糖利用率卻顯著降低（p＜0.05）。造成這種現(xiàn)象的原因可能有2種：1）發(fā)酵時(shí)間不夠長(zhǎng)，較多的糖需較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)代謝轉(zhuǎn)化；2）釀酒酵母K.marxianus X2所產(chǎn)生的菊粉酶活力還不夠高，不能迅速將更多的菊糖轉(zhuǎn)換成可利用糖[19]。根據(jù)以上結(jié)果，確定最佳初始底物濃度為20°Bx左右。

圖4　菊芋汁表觀糖度對(duì)菊芋酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)和總糖利用率的影響Fig. 4　 Jerusalem artichoke juice apparent sugar on alcohol and total sugar utilization of Jerusalem artichoke wine

2.3正交試驗(yàn)結(jié)果

以主發(fā)酵溫度、干酵母接種量和菊芋汁糖度為因素，進(jìn)行三因素三水平的L9（33）正交試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果所選擇每個(gè)因素的三個(gè)水平見(jiàn)表3，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3　發(fā)酵條件優(yōu)化試驗(yàn)方案Table 3 Factors and levels of orthogonal test for the main fermentation technology optimization

表4　發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)Table 4 Results of orthogonal test and range analyses

根據(jù)表4的極差分析結(jié)果可知，發(fā)酵工藝條件中影響產(chǎn)品乙醇度的因素極差大小排序?yàn)镃＞A＞B，即菊芋汁濃度＞發(fā)酵溫度＞酵母接種體積分?jǐn)?shù)，與表5方差分析結(jié)果一致。表5更加深入分析出三個(gè)因素對(duì)結(jié)果影響的程度，C影響顯著，A、B影響不顯著，說(shuō)明菊芋汁濃度是影響產(chǎn)品乙醇體積分?jǐn)?shù)的主要因素，而發(fā)酵溫度和酵母接種體積分?jǐn)?shù)對(duì)產(chǎn)品乙醇體積分?jǐn)?shù)影響較小。表4結(jié)果表明，以乙醇體積分?jǐn)?shù)為指標(biāo)發(fā)酵條件的最佳組合為A2B1C3，即主發(fā)酵溫度為30℃，酵母接種體積分?jǐn)?shù)為5%，菊芋汁糖度為22°Bx。由于正交試驗(yàn)中沒(méi)有此發(fā)酵條件組合，對(duì)此發(fā)酵條件進(jìn)行三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)品乙醇體積分?jǐn)?shù)為11.6%，所得菊芋酒感官評(píng)分的平均值為84。

表5　乙醇度正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 5 Analysis of variance for alcohol degree

從表4的極差分析結(jié)果可以看到，發(fā)酵工藝條件中影響產(chǎn)品感官品質(zhì)的因素極差大小排序?yàn)锳＞C＞B，即發(fā)酵溫度＞菊芋汁濃度＞酵母接種體積分?jǐn)?shù)，與表6的方差分析結(jié)果一致。表6方差分析結(jié)果表明，A、C均對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響極顯著，B對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響顯著，說(shuō)明菊芋汁濃度、主發(fā)酵溫度和酵母接種體積分?jǐn)?shù)都是影響產(chǎn)品感官品質(zhì)的主要因素。表4結(jié)果分析表明，以感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)發(fā)酵條件的最佳組合為A1B2C2，即主發(fā)酵溫度為28℃、酵母接種體積分?jǐn)?shù)為6%、菊芋汁濃度為20°Bx。按優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)組合進(jìn)行了驗(yàn)證釀造試驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)品乙醇體積分?jǐn)?shù)為11.3%，所得菊芋酒感官評(píng)分的平均值為87。

表6　菊芋酒感官指標(biāo)正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 6 Analysis of variance for sensory evaluation score

2.4果酒主要香氣成分分析

采用SPME-GC-MS對(duì)菊芋酒中的香氣成分進(jìn)行檢測(cè)，得到可揮發(fā)性香氣成分總離子流圖，見(jiàn)圖5。在本次試驗(yàn)條件下共測(cè)得40種化合物，前10種高豐度物質(zhì)的定性和定量鑒定結(jié)果見(jiàn)表7。該10種物質(zhì)占總化合物的68.37%；其中酯類3種，醇類2種，酸類2種，酮、烷氫和烯氫類各1種。

相關(guān)資料研究表明：發(fā)酵酒香氣的主體香氣物質(zhì)為四大酯類（乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯與乙酸乙酯）與兩大醇類（異戊醇與異丁醇），其他揮發(fā)性化合物只是對(duì)主要香氣物質(zhì)的修飾和補(bǔ)充[20]。如表7所示，在菊芋酒高豐度香氣成分中有乙酸戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯被檢出。從香氣分析結(jié)果可知，菊芋酒基本香氣的形成過(guò)程中，乙酸戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯具有重要的作用。

圖5　菊芋酒揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig. 5 GC-MS total ion chromatogram of Jerusalem artichoke wine

表7　菊芋酒主要揮發(fā)性成分分析Table 7 Identification of aromatic components in Jerusalem artichoke wine

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究獲得色、香、味俱全與具有獨(dú)特風(fēng)味的菊芋酒。從產(chǎn)品的乙醇度考慮，發(fā)酵條件的最佳組合為：主發(fā)酵溫度為30℃，干酵母接種體積分?jǐn)?shù)為5%，菊芋汁糖度為22°Bx。從產(chǎn)品感官品質(zhì)考慮，發(fā)酵條件的最佳組合為：即主發(fā)酵溫度為28℃、干酵母接種體積分?jǐn)?shù)為6%、菊芋汁濃度為20°Bx。

采用頂空固相微萃取法對(duì)菊芋酒的香氣成分進(jìn)行提取，并利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)香氣成分進(jìn)行了分析和鑒定，共檢測(cè)出40種香氣物質(zhì)，相對(duì)含量高的高豐度香氣成分有10種，該10種物質(zhì)占總峰面積的68.37%；丙酮1.28%、己酸乙酯1.95%、正十一烷9.58%、乙酸戊酯1.02%、正戊醇22.87%、辛酸乙酯2.11%、苯乙烯3.42%、正己酸1.02%、苯乙醇17.56%、辛酸4.9%。

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Research on Selection of Yeasts and Fermentation Technology of Jerusalem artichoke Wine

LUO Teng1，2，ZHANG Baoshan*1，2，CUI Tiantian1，LIU Shasha1，SUN Xiaoyuan1
（1. College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi'an 710062，China；2. The Fruit and Vegetable Processing Technology Research Center in Shaanxi Province，Xi'an 710062，China）

Abstract：The preliminary study on aroma compositions and fermented processes for Jerusalem artichoke wine was carried out using J. artichoke（Helianthus tuberosus L.）tubers as raw materials. Through comparing three kinds of yeasts on J. artichoke liquid fermentation experiments，the optimal yeast was selected. Then a single-factor and with two orthogonal-factor models were used to explore the optimal technology. Head Space Solid-Phase Micro-Extractions（HS-SPME）and Gas Chromatography-Mass Spectrometer（GC-MS）were used to determine the dominated aromas and flavor profiles of wine. The results were shown as follows：1）K.marxianus X2 was the best active inulinase.2）The optimal conditions were 30℃，5% inoculum dose，and 22°Bx inulin when the yields of ethanol used as indexes，whereas the better conditions were 28℃，6% inoculum dose，andbook=212,ebook=10521°Bx inulin when the sensory quality of products as the scale index.3）Forty aromas and flavor components were characterized in J. artichoke wine，in which amyl acetates，ethyl hexanoates，and ethyl caprylates were dominated. A strain directly used for J. artichoke wine fermentation was elected to obtain the color，flavor and taste of J. artichoke wine.

Keywords：Jerusalem artichoke wine，yeast，fermentation technology，aroma -active components

*通信作者：張寶善（1968—），男，甘肅張掖人，農(nóng)學(xué)博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事食品微生物及食品發(fā)酵方面的研究。E-mail：baoshan2@snnu.edu.cn

基金項(xiàng)目：陜西師范大學(xué)中央高校科研發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目（GK201405006）；西安市科技計(jì)劃項(xiàng)目（SF1234-2）。

收稿日期：2014-09-08

中圖分類號(hào)：TS 261.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673—1689（2016）02—0211—08