不同發(fā)酵方法釀造西瓜醋的揮發(fā)性成分分析

張義杰，谷　云，祁勇剛，李詩(shī)瑤，白　燁，陳　洋，高　冰（.湖北省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，湖北 武漢 430000；.湖北工業(yè)大學(xué) 食品與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；3.武漢市鑫宏食品釀造科研所，湖北 武漢 43005）

不同發(fā)酵方法釀造西瓜醋的揮發(fā)性成分分析

張義杰1，谷云2，3，祁勇剛2，3，李詩(shī)瑤1，白燁2，陳洋2，高冰2*
（1.湖北省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，湖北 武漢 430000；2.湖北工業(yè)大學(xué) 食品與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；3.武漢市鑫宏食品釀造科研所，湖北 武漢 430051）

采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)，對(duì)液態(tài)醋酸發(fā)酵（Liquid）和固態(tài)醋酸發(fā)酵（Solid）2種發(fā)酵方法釀造的西瓜醋的揮發(fā)性成分進(jìn)行了測(cè)定與分析。根據(jù)Nist08數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、定性和揮發(fā)性成分匹配度等方法，分別鑒定出42種和27種揮發(fā)性成分，分別占各自總揮發(fā)性成分的91.65%和92.31%。2種方法制備西瓜醋中，都含有醇類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)、酯類(lèi)、烴類(lèi)和呋喃類(lèi)物質(zhì)，醇類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)和酯類(lèi)是西瓜醋中主要的揮發(fā)性成分。液態(tài)醋酸發(fā)酵中含有2種酮類(lèi)物質(zhì)，固態(tài)醋酸發(fā)酵中沒(méi)有；液態(tài)醋酸發(fā)酵比固態(tài)醋酸發(fā)酵多15種揮發(fā)性成分，更有效的保留了西瓜中的揮發(fā)性成分。

西瓜醋；揮發(fā)性成分；發(fā)酵方法；固相微萃??；氣質(zhì)聯(lián)用

西瓜（Citrullus lanatus）是夏季炎熱季節(jié)最好的解暑水果，且具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。目前，我國(guó)的西瓜一般是直接食用。在夏季，西瓜大量上市季節(jié)，總會(huì)由于天氣變化、西瓜本身成熟度或保藏難題，導(dǎo)致大量西瓜滯銷(xiāo)、丟棄，瓜農(nóng)損失慘重。目前，果醋市場(chǎng)被看好，并逐漸在軟飲料市場(chǎng)占有一席之地［1-5］。西瓜糖分含量高，適宜釀造果醋，可以解決西瓜大量上市滯銷(xiāo)、保藏難問(wèn)題。繆杰［6］研究了西瓜醋，以西瓜皮、破損西瓜、大米為原料，采用固態(tài)發(fā)酵工藝，釀制了保健型西瓜醋，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了質(zhì)量分析。吳光明等［7］以西瓜為原料，采用固定化酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵、采用液體發(fā)酵法生產(chǎn)西瓜醋，并研究了2次發(fā)酵的工藝參數(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)指標(biāo)分析。李西騰［8］以西瓜為原料，采用固定化醋酸菌技術(shù)制備了西瓜醋，得出發(fā)酵工藝的具體參數(shù)，也對(duì)西瓜醋的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了分析測(cè)定。有關(guān)西瓜醋的研究基本都是針對(duì)西瓜醋的發(fā)酵工藝進(jìn)行了研究，并分析產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)［9-12］，少見(jiàn)有對(duì)西瓜醋的揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定、分析。為了探索和比較液態(tài)發(fā)酵法和固態(tài)發(fā)酵法釀造的西瓜醋香氣成分的優(yōu)劣，特以西瓜為原料，分別在醋酸發(fā)酵階段采用固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩種方法制備西瓜醋，采用頂空固相微萃取（solid-phasemicro-extraction，SPME）和氣質(zhì)聯(lián)用（gaschromatographymassspectrometry，GC-MS）［13-14］分析兩種發(fā)酵方式制備的成品揮發(fā)性成分，確定更好的發(fā)酵工藝，釀造風(fēng)味優(yōu)良的西瓜醋。

1　材料與方法

1.1料與試劑

1.1.1料

西瓜：市售，去皮取汁，汁液總糖為10°Bx；麩皮、谷殼：市售。

1.1.2劑

C5-C26正構(gòu)烷烴標(biāo)樣：美國(guó)AccuStandard公司；乙酸乙酯、苯乙醇（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙酸（色譜純）：美國(guó)Sigma公司。

1.1.3種與培養(yǎng)基

安琪釀酒高活性干酵母、安琪生香釀酒高活性干酵母：安琪酵母公司；滬釀AS1.01：購(gòu)自廣東省微生物研究所菌種保藏中心；醋酸菌活化培養(yǎng)基：葡萄糖1%、酵母膏1%、瓊脂2%，115℃滅菌15min后冷卻至50℃加入1%碳酸鈣和體積分?jǐn)?shù)3%乙醇。

醋酸菌液體種子培養(yǎng)基：葡萄糖1%、酵母膏1%、115℃滅菌15min后冷卻至50℃加入體積分?jǐn)?shù)4%乙醇。

1.2器與設(shè)備

手動(dòng)SPME進(jìn)樣器、75μm CAR-PDMS、100μm PDMS萃取頭：美國(guó)Supelc公司；HP6890-5973氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)Agilent公司；PC-420磁力恒溫?cái)嚢杵鳎好绹?guó)Corning公司；HRN32手持折射儀：德國(guó)托摩根公司；SW-CJ-2D凈化工作臺(tái)：廣州瑞智科學(xué)儀器有限公司；LHS-250SC型智能型恒溫恒濕箱：上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；大型SLY-2112B型立式雙層大容量恒溫培養(yǎng)搖床：金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司；YM系列A型立式壓力蒸汽滅菌器：上海三申醫(yī)療器械有限公司；200L自制醋酸發(fā)酵速釀塔，包括手動(dòng)淋澆裝置、200 L自制帶假底醋酸固態(tài)發(fā)酵罐：南京匯科生物工程設(shè)備有限公司。

1.3法

1.3.1瓜醋的釀造工藝流程及操作要點(diǎn)

操作要點(diǎn)：

西瓜榨汁：添加白砂糖，調(diào)整糖度至12°Bx，混合均勻；

加酵母：按說(shuō)明書(shū)活化安琪釀酒高活性干酵母和安琪生香釀酒高活性干酵母；

酒精發(fā)酵：將活化好的酵母菌，加入調(diào)好糖度的西瓜汁，混合均勻，33℃保溫、密封，開(kāi)始酒精發(fā)酵，酒精度不再上升時(shí)，發(fā)酵結(jié)束，得酒醪；

種子液制備：按照工業(yè)用醋酸菌培養(yǎng)步驟［15］，制備醋酸菌種子液；

固態(tài)醋酸發(fā)酵（solid）：將40 kg麩皮和50 kg谷殼混合均勻加入到帶假底醋酸固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)，35℃保溫，接著均勻撒入制備好的醋酸菌種子液500m L，2 h后，加入酒醪，開(kāi)始發(fā)酵，每隔24 h翻醅，每當(dāng)醅溫達(dá)到40℃，將假底的醋液從罐頂淋下降溫，總酸含量不變時(shí)，發(fā)酵結(jié)束；

液態(tài)醋酸發(fā)酵（liquid）：玉米芯蒸煮滅菌后，移至醋酸發(fā)酵速釀塔內(nèi)，留有距塔頂20 cm高的空間，36℃保溫，接著均勻撒入制備好的醋酸菌種子液500m L，2 h后，加入酒醪，開(kāi)始發(fā)酵，每隔4 h，將假底的醋液從塔頂淋下，總酸含量不變時(shí)，發(fā)酵結(jié)束；

陳釀：醋酸發(fā)酵結(jié)束，將假底的醋液取出，移至陳釀罐中陳釀24 h，分析測(cè)定。

1.3.2樣品處理

將5m L醋樣品置于15m L樣品瓶中，加入2.5 g氯化鈉，將SPME萃取頭通過(guò)瓶蓋插入到樣品的頂空部分，退出纖維頭，50℃頂空吸附40m in，攪拌轉(zhuǎn)速250 r/m in，萃取完成后抽回纖維頭，從樣品瓶中拔出萃取頭，再將萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口進(jìn)行解吸。

1.3.3器條件

色譜條件：DB-1701色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm），載氣He，流速1m L/m in，不分流，進(jìn)樣口溫度250℃。柱溫：起始溫度32℃，以3℃/min升溫至120℃，再以10℃/min升溫至250℃，保持10min。進(jìn)樣量5μL。

質(zhì)譜條件：接口溫度250℃，離子源溫度230℃，電離方式為電子電離（electron ionization，EI），電子能量70 eV，四級(jí)桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，掃描質(zhì)量范圍33～450 amu。

1.3.4標(biāo)測(cè)定

糖度使用HRN32手持折射儀；酒精度采用GB/T13662—2008《黃酒》中的酒精度測(cè)定方法測(cè)定；酸度采用GB 18187—2000《釀造食醋》中總酸的測(cè)定方法測(cè)定。

1.3.5據(jù)處理

定量分析采用峰面積歸一化法。通過(guò)HP-Chemstation System增強(qiáng)型數(shù)據(jù)分析工作站Nist08標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)自動(dòng)檢索各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)譜圖及保留指數(shù)對(duì)機(jī)檢結(jié)果進(jìn)行核對(duì)和確認(rèn)。列舉了匹配度大于70%的鑒定結(jié)果并比較。

2　結(jié)果與分析

2.1態(tài)和液態(tài)醋酸發(fā)酵釀造的西瓜醋的揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

固態(tài)和液態(tài)2種發(fā)酵方法所得的西瓜醋的揮發(fā)性風(fēng)味成分的GC-MS總離子流色譜圖見(jiàn)圖1。對(duì)所有成分經(jīng)譜庫(kù)檢索和其他方法核實(shí)，從實(shí)驗(yàn)制備的2種發(fā)酵西瓜醋中分別鑒定出46種揮發(fā)性化合物，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1（A）和表1的結(jié)果顯示，固態(tài)醋酸發(fā)酵釀造的西瓜醋中，共檢測(cè)出匹配度大于70%的揮發(fā)性成分42種，占總揮發(fā)性成分的91.65%。其中醇類(lèi)5種、醛類(lèi)8種、酮類(lèi)2種、酸類(lèi)5種、酯類(lèi)11種、烴類(lèi)9種、其他2種，各類(lèi)成分分別占總揮發(fā)性成分的百分比為15.65%、1.82%、0.77%、33.82%、30.89%、7.27%和1.43%。含量超過(guò)1%的揮發(fā)性成分有：乙醇（1.84%）、苯乙醇（11.63%）、順-3-壬烯醇（1.34%）、乙酸（31.54%）、苯乙酸（1.32%）、乙酸乙酯（9.49%）、乙酸異戊酯（3.98%）、乙酸苯乙酯（13.49%）、戊酸乙酯（1.24%）、3-己烯（1.29%）、2-戊烯（2.58%）、2，4-二叔丁基苯酚（1.27%）、2-戊基-呋喃（1.24%）。

圖1　固態(tài)（A）和液態(tài)（B）發(fā)酵釀造西瓜醋揮發(fā)性成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig．1 Total ion chromatogram of GC-MS for volatile arom atic com ponents in waterm elon vinegar w ith solid（A）and liquid（B）ferm entation

表1　2種不同發(fā)酵方法釀造西瓜醋揮發(fā)性成分的GC-MS分析結(jié)果Tab le 1 Analytical results of GC-MS for vola tile arom atic com ponents in waterm elon vinegar w ith two different ferm entation processes

續(xù)表

從圖1（B）和表1可以得出，液態(tài)發(fā)酵釀造的西瓜醋中，共檢測(cè)出匹配度大于70%的揮發(fā)性成分27種，占總揮發(fā)性成分的92.31%。其中醇類(lèi)3種、醛類(lèi)5種、酸類(lèi)5種、酯類(lèi)9種、烴類(lèi)4種、其他1種，各類(lèi)成分分別占總揮發(fā)性成分的百分比為：12.24%、1.95%、26.38%、50.50%、1.58%和0.11%。含量超過(guò)1%的揮發(fā)性成分有：乙醇（1.95%）、苯乙醇（10.16%）、乙酸（43.43%）、2-氨基-6-甲基-苯甲酸（1.36%）、乙酸乙酯（9.57%）、乳酸乙酯（1.88%）、乙酸異丁酯（1.42%）、乙酸異戊酯（3.97%）、乙酸苯乙酯（23.94%）、己酸乙酯（8.43%）、2，4-二叔丁基苯酚（1.19%）。

2.2態(tài)和液態(tài)兩種發(fā)酵方法釀造的西瓜醋的揮發(fā)性風(fēng)味成分對(duì)比分析

采用液態(tài)醋酸發(fā)酵方法釀造西瓜醋，整個(gè)醋酸發(fā)酵過(guò)程只需要72 h即可完成（總酸含量恒定），而采用固態(tài)發(fā)酵方法釀造，則需要7～8 d完成（總酸含量恒定），發(fā)酵方法的不同可能對(duì)西瓜醋的揮發(fā)性成分產(chǎn)生一定的影響。從表1可以看出，2種發(fā)酵方法釀造西瓜醋揮發(fā)性成分差異較大，固態(tài)發(fā)酵揮發(fā)性成分有42種，而液態(tài)發(fā)酵揮發(fā)性成分只有27種。二者相同的成分共有23種，其中醇類(lèi)3種（乙醇、1-己醇、苯乙醇），醛類(lèi)3種（辛醛、糠醛、3，5-二甲基-苯甲醛），酸類(lèi)5種（乙酸、2-氨基-6-甲基-苯甲酸、己酸、辛酸、苯乙酸），酯類(lèi)7種（乙酸乙酯、乙酸異丁酯、乙酸異戊酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯），烴類(lèi)4種（六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、3-乙基苯酚、2，4-二叔丁基苯酚），其他1類(lèi)（2-戊基-呋喃）。

在兩種發(fā)酵方法中，液態(tài)發(fā)酵中含有的壬醛、癸醛、丁酸乙酯和乳酸乙酯在固態(tài)發(fā)酵中沒(méi)有檢測(cè)到，壬醛、癸醛為西瓜中含有的醛類(lèi)物質(zhì)［16］，證明固態(tài)發(fā)酵方法保留了西瓜中的2種醛類(lèi)揮發(fā)性成分，而它們?cè)谝簯B(tài)發(fā)酵方法中可能轉(zhuǎn)化或者揮發(fā)了；丁酸乙酯和乳酸乙酯是固態(tài)發(fā)酵釀制醋中含有的2種酯類(lèi)物質(zhì)，由于固態(tài)發(fā)酵是半封閉發(fā)酵，且發(fā)酵周期長(zhǎng)（是液態(tài)發(fā)酵的2.5倍）在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)混入乳酸菌、芽孢桿菌，從而產(chǎn)生更多的非西瓜揮發(fā)性成分。液態(tài)發(fā)酵方法制備的西瓜醋，醋酸發(fā)酵時(shí)間為僅為3 d，相比于固態(tài)發(fā)酵方法，可以更多的保留西瓜中原有的揮發(fā)性成分。醇類(lèi)2種（1-辛醇、順-3-壬烯醇）、醛類(lèi)4種（己醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛、苯甲醛）、酯類(lèi)4種（乙酸己酯、己酸辛酯、丙位壬內(nèi)酯、丙位辛內(nèi)酯）、烴類(lèi)3種（3-己烯、2-戊烯、3-甲基-6-環(huán)己烯）、其他1種（2，3-二甲基萘）等液態(tài)發(fā)酵中含有的揮發(fā)性成分皆為西瓜風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)［17］，而在固態(tài)發(fā)酵中為檢測(cè)到，可能已揮發(fā)或轉(zhuǎn)化。

2種方法釀造的西瓜醋中，含量較高的相同揮發(fā)性成分為：苯乙醇（液態(tài)發(fā)酵11.63%、固態(tài)發(fā)酵10.16%）、乙酸乙酯（9.49%、9.57%）、乙酸異戊酯（3.98%、3.97%）、乙酸苯乙酯（13.49%、23.94%）、2，4-二叔丁基苯酚（1.27%、1.19%），其中液態(tài)發(fā)酵特有的主要成分有：順-3-壬烯醇1.34%、苯乙酸1.32%、戊酸乙酯1.24%、丙位辛內(nèi)酯0.93%、3-己烯1.29%、2-戊烯2.58%、2-戊基-呋喃1.24%，在固態(tài)發(fā)酵中，2-氨基-6-甲基-苯甲酸1.36%、乳酸乙酯1.88%、乙酸異丁酯1.42%、己酸乙酯8.43%。其中，順-3-壬烯醇有強(qiáng)烈新鮮的青葉香氣；苯乙酸有甜潤(rùn)飛蜜香香氣；戊酸乙酯具有蘋(píng)果香氣；乙酸異丁酯具有類(lèi)似復(fù)盆子香氣；己酸乙酯有菠蘿香氣；苯乙醇具有玫瑰香氣；乙酸異戊酯有新鮮的果香氣；乙酸苯乙酯蜂蜜香氣，這些物質(zhì)對(duì)西瓜醋風(fēng)味形成具有重要作用。表1中出現(xiàn)的六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷可能來(lái)自色譜柱流失成分，而不是西瓜醋中應(yīng)該有的揮發(fā)性成分。

3　結(jié)論

采用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)測(cè)定了液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵2種發(fā)酵方法釀造才西瓜醋中的揮發(fā)性成分，分別從2種西瓜醋中檢測(cè)出42和27種揮發(fā)性成分，占各自總揮發(fā)性成分的91.65%和92.31%。2種方法制備西瓜醋中，都含有醇類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)、酯類(lèi)、烴類(lèi)和呋喃類(lèi)物質(zhì)，其中醇類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)和酯類(lèi)是西瓜醋中主要的揮發(fā)性成分。

液態(tài)發(fā)酵中含有2種酮類(lèi)物質(zhì)固態(tài)發(fā)酵中沒(méi)有；液態(tài)發(fā)酵比固態(tài)發(fā)酵多15種揮發(fā)性成分，更有效的保留了西瓜中的揮發(fā)性成分，且其發(fā)酵周期短，相對(duì)更節(jié)約生產(chǎn)成本，因此，選用液態(tài)發(fā)酵方法釀造西瓜醋更為合適。

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Analysisof volatile components inwatermelon vinegar by different fermentation process

ZHANG Yijie1，GU Yun2，3，QIYonggang2，3，LIShiyao1，BAIYe2，CHEN Yang2，GAO Bing2*
（1.HuibeiProvincial Institute forFood Supervision and Test，Wuhan 430000，China；2.Collage ofFood and PharmaceuticalEngineering，HuibeiUniversity of Technology，Wuhan 430068，China；3.Wuhan Xinhong Institute for Food Fermentation，Wuhan 430051，China）

Volatilearomatic componentsof two kindsofwatermelon vinegarby liquid-state fermentation and solid-state fermentation were determ ined and analyzed by HS-SPME combined with GC-MS.According to Nist08 database searching，qualitative analysisand volatile componentsmatching，42 and 27 kindsof volatile componentswere identified，which accounted for 91.65%and 92.31%of total volatile components.Thewatermelon vinegars fermented by two processesboth had alcohols，aldehydes，acids，esters，hydrocarbonsand furans，meanwhile，themain volatile componentswere alcohol，aldehyde，acids and esters.Therewere two kinds of ketones in liquid-state fermented vinegar，butnot in solid-state fermented vinegar.The liquid-state fermented vinegar contained 15 kindsof volatile componentsmore than solid-state fermented one did，the formerweremore effective to retain thevolatile components in watermelon.

watermelon vinegar；volatilearomatic components；fermentation process；SPME；GC-MS

O657．63

0254-5071（2016）01-0156-05

10．11882/j．issn．0254-5071．2016．01．035

2015-10-21

武漢市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目（201220837301）

張義杰（1986-），男，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)榘l(fā)酵食品。

高冰（1963-），男，高級(jí)工程師，本科，研究方向?yàn)槭称钒l(fā)酵工藝與設(shè)備。