甘薯酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析

陳 燕，李小惠，張惟廣

甘薯酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析

陳 燕，李小惠，張惟廣*

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715）

以甘薯為原料，經(jīng)去皮、打漿、液化、麥芽糖化后制得甘薯漿，并以甘薯漿為原料釀酒。在單因素優(yōu)化基礎(chǔ)上，選取發(fā)酵溫度、酵母添加量和發(fā)酵初始pH值為影響因素，以酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量為響應(yīng)值，應(yīng)用Box-Behnken試驗設(shè)計建立數(shù)學(xué)模型并進行響應(yīng)面分析。并用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對甘薯酒中的香氣成分進行檢測分析。結(jié)果表明：甘薯酒的最佳發(fā)酵工藝條件 為黃酒專用高活性干酵母添加量0.15%、發(fā)酵初始糖含量2 4%、發(fā)酵溫度21.5 ℃、發(fā)酵初始pH4.0。在此條件下，甘薯酒的酒精體積分?jǐn)?shù)為14.25%，總酯含量為372.41 mg/L；甘薯酒中共檢測出54 種香氣物質(zhì)，以醇類和酯類為主；酒體呈均勻的金黃色，具有甘薯的薯香味和麥芽的麥香味。

甘薯酒；工藝優(yōu)化；酒精體積分?jǐn)?shù)；總酯含量；香氣成分

甘薯營養(yǎng)豐富，除富含淀粉、可溶性多糖、維生素和氨基酸外，粗纖維及鈣、鐵、磷等礦物質(zhì)成分也很豐富[1]，具有預(yù)防心血管疾病、抗癌、維持視力、抗菌、抗氧化、提高免疫力等作用[2-3]。豐富的營養(yǎng)和藥用價值使甘薯受到越來越多人的青睞。但目前甘薯加工仍以傳統(tǒng)淀粉、粉絲等為主，占甘薯加工制品的70%～80%[4]，還有些用作飼料，利用價值不高。國外甘薯食品的開發(fā)已經(jīng)很多，如日本用甘薯加工出不用摻加任何果汁的飲料，不但有良好的口感、鮮美的色澤，其營養(yǎng)價值還很高，此外，日本燒酒的主要原料也是甘薯，有著醇甜柔和、自然協(xié)調(diào)、余味爽凈的特點，還具有促進血液循環(huán)、溶血栓等功效。國內(nèi)對甘薯的研究也日益增多，李佑稷等[5]用甘薯制得營養(yǎng)保健、風(fēng)味獨特的甘薯飲料，全亮等[6]用蘋果和甘薯釀造出兼具蘋果清香和甘薯香的果糧醋，黃建蓉等[7]以紫薯和麥芽為原料制備出麥芽香味、薯味濃郁的復(fù)合飲料，韓曉鵬等[8]用紫甘薯制得感官色澤酷似紅葡萄酒的紫甘薯紅酒等。因此，將甘薯作為釀酒原料可以使其得到更好地利用并增加附加值，具有 廣闊的市場前景。麥芽富含淀粉酶和蛋白酶等多種酶類，同時含有麥芽糖、麥芽三糖、葡萄糖、蔗糖、果糖、糊精等多種糖類物質(zhì)，以及含氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等多種含氮物質(zhì)[9]，是很好的植物類糖化劑。有研究表明，麥芽作為糖化劑比工業(yè)糖化酶制劑更能“純凈”發(fā)酵液的組分，使得酒的品質(zhì)更好[10]。

本實驗采用酶解后的甘薯漿為原料發(fā)酵，采用Box-Behnken試驗優(yōu)化得到制備甘薯酒的最優(yōu)釀造條件，在此條件下得到兼具薯香和麥芽清香的營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨特的甘薯酒，并對甘薯酒中的香氣成分進行檢測。實驗旨在為實現(xiàn)甘薯資源的開發(fā)利用及甘薯酒新產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選用市售新鮮、無病蟲害的甘薯；麥芽 永順麥芽公司；選用顆粒飽滿，無蟲害無霉變的麥芽，在高速粉碎機中粉碎后過60 目篩，備用。

α-淀粉酶（酶活力＞3 700 U/g） 北京奧博星生物技術(shù)有限公司；黃酒專用酒高活性干酵母、耐高溫釀酒高活性干酵母、果酒SY酵母、果酒RW酵母 安琪酵母股份有限公司；酵母D254、2323、K1 煙臺帝伯士有限公司；其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

QP2010型氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用儀 日本島津公司；固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）裝置（手動進樣器和50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭） 美國Supelco公司；722-P可見分光光度計 上海現(xiàn)科儀器有限公司；FW-177粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；SL602N型電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；PHS-3E酸度計 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；HH-W420數(shù)顯三用恒溫水箱 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；LHS-150SC恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；PSX-280A型手提高壓滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；PAL-1手持糖度儀 廣州市愛宕科學(xué)儀器有限公司；R2070飛利浦?jǐn)嚢铏C 飛利浦電子香港有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甘薯酒生產(chǎn)的基本工藝流程[11]

操作要點：將洗凈后的甘薯去皮后切片，蒸熟糊化30 min后冷卻，再與水按1∶2（m/V）比例打漿[12]，接著向甘薯漿中添加一定比例的α-淀粉酶進行液化，液化結(jié)束后滅酶；麥芽打粉后過60 目篩，再與水按1∶4（m/V）比例混合，于45 ℃水浴中糊化40 min[7]；將液化后的甘薯漿和糊化后的麥芽按設(shè)定比例混合均勻后進行糖化，糖化結(jié)束后滅酶；向糖化結(jié)束后的甘薯漿中（可溶性固形物含量（soluble solids content，SSC）為12.0%）添加已活化的酵母并在適宜條件下發(fā)酵；7 d主發(fā)酵完成后過濾、經(jīng)巴氏滅菌得到甘薯酒成品。

1.3.2 理化指標(biāo)的測定

酒精體積分?jǐn)?shù)測定：酒精計法[13]；總酸含量測定：酸堿中和滴定法，以酒石酸計；還原糖含量測定：3,5-二硝基水楊酸法[14]，以葡萄糖計；SSC測定：手持糖度儀；總酯含量測定：指示劑法[15]；干浸出物含量測定：參照GB/T 15038—2006《干浸出物測定方法》；細菌總數(shù)測定：參照GB/T 4789.2—2008《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》；大腸菌群測定：參照GB/T 4789.3—2008《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗 大腸菌群計數(shù)》。

1.3.3 干酵母的活化[16]

將一定量的干酵母，加入含葡萄糖5 g/100 mL的無菌糖水中，38 ℃攪拌活化約30 min，直至糖水中出現(xiàn)大量小氣泡為止。

1.3.4 感官評價[17]

表 1 甘薯酒感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of sweet potato wine

參考葡萄酒干酒的感官要求和評分標(biāo)準(zhǔn)，制定出適合甘薯酒的感官評分標(biāo)準(zhǔn)。采用觀察品嘗的方法，挑選10 位受過相關(guān)培訓(xùn)的感官評定人員參加品嘗實驗，并參照評分標(biāo)準(zhǔn)進行綜合打分，取平均分為最終感官評分值。甘薯酒評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.3.5 甘薯酒發(fā)酵條件的單因素試驗設(shè)計

1.3.5.1 發(fā)酵方式的確定

選用帶渣發(fā)酵和清汁發(fā)酵2 種發(fā)酵方式。調(diào)整糖化后的甘薯漿糖含量為22%，pH值為4.5，添加0.1%的黃酒專用高活性干酵母，22 ℃條件下發(fā)酵7 d。主發(fā)酵結(jié)束后過濾，測定并比較發(fā)酵液的酒精體積分?jǐn)?shù)、總酸含量、還原糖含量、SSC和總酯含量并結(jié)合感 官評分，確定最佳發(fā)酵方式。

1.3.5.2 酵母菌品種的確定

調(diào)整糖化后的甘薯漿糖含量為22%，pH值為4.5，分別添加0.1%的黃酒專用高活性干酵母、耐高溫高活性干酵母、果酒SY、果酒RW、K1、2323、D254，22 ℃條件下發(fā)酵7 d。主發(fā)酵結(jié)束后過濾，測定并比較發(fā)酵液的酒精體積分?jǐn)?shù)、總酸含量、還原糖含量、SSC和總酯含量并結(jié)合感官評分，確定最適釀酒酵母。

1.3.5.3 初始糖含量的確定

調(diào)整糖化后甘薯漿的糖含量分別為20%、22%、24%、26%、28%，pH值為4.5，添加0.1%的黃酒專用高活性干酵母，22 ℃條件下發(fā)酵7 d。主發(fā)酵結(jié)束后過濾，測定并比較發(fā)酵液的酒精體積分?jǐn)?shù)、還原糖含量、SSC和總酯含量并結(jié)合感官評分，確定最適初始糖含量。

1.3.5.4 發(fā)酵初始pH值的確定

調(diào)整糖化后的甘薯漿糖含量為22%，分別調(diào)節(jié)pH值為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，添加 0.1%的黃酒專用高活性干酵母，22 ℃條件下發(fā)酵7 d。主發(fā)酵結(jié)束后過濾，測定并比較發(fā)酵液的酒精體積分?jǐn)?shù)、還原糖含量、SSC和總酯含量并結(jié)合感官評分，確定最適發(fā)酵初始pH值。

1.3.5.5 酵母菌添加量的確定

調(diào)整糖化后的甘薯漿的糖含量為22%，pH值為4.5，分別添加0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的黃酒專用高活性干酵母，22 ℃條件下發(fā)酵7 d。主發(fā)酵結(jié)束后過濾，測定并比較發(fā)酵液的酒精體積分?jǐn)?shù)、還原糖含量、SSC和總酯含量并結(jié)合感官評分，確定最適酵母菌添加量。

1.3.5.6 發(fā)酵溫度的確定

調(diào)整糖化后甘薯漿的糖含量為22%，pH值為4.5，添加0.1%的黃酒專用高活性干酵母，分別在16、19、22、25、28、31 ℃條件下發(fā)酵7 d，主發(fā)酵結(jié)束后過濾，測定并比較發(fā)酵液的酒精體積分?jǐn)?shù)、還原糖含量、SSC和總酯含量并結(jié)合感官評分，確定最適發(fā)酵溫度。

1.3.6 甘薯酒發(fā)酵工藝優(yōu)化

在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用Design-Expert V8.0.6軟件，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理[18]，選擇發(fā)酵溫度、酵母添加量、發(fā)酵初始pH值這3 個影響甘薯酒發(fā)酵的主要因素為響應(yīng)變量，以酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量為響應(yīng)值進行響應(yīng)面優(yōu)化，進行三因素三水平試驗，因素水平設(shè)計見表2。

表 2 響應(yīng)面試驗因素水平設(shè)計Table 2 Factors and levels used in Box-Behnken design

1.3.7 甘薯酒香氣成分測定

采用頂空-SPME法對甘薯酒中的香氣成分物質(zhì)進行檢測。取8 mL甘薯酒樣于20 mL樣品瓶中，加入2 g NaCl后用聚四氟乙烯隔墊密封，45 ℃水浴中平衡10 min后將萃取針插入樣品瓶頂空部分吸附40 min，插入到GC進樣口熱解吸5 min，進行GC-MS分析[19]。

GC條件：DB-5MS石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進樣口溫度230 ℃；程序升溫：35 ℃保持4 min，以5 ℃/min升至55 ℃，保持2 min，再以8 ℃/min升至120 ℃，再以10 ℃/min升至230 ℃，保持4 min；載氣為氦氣，流速1 mL/min，壓力47.7 kPa；分流比5∶1，溶劑延遲3 min[20]。

MS條件：電子電離源；離子源溫度230 ℃；電子能量70 eV；接口溫度220 ℃；采集模式：全掃描；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 40～450；檢索譜庫為NIST質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫，掃描速率769 u/s。

1.3.7.1 香氣成分的定性分析[21]

由GC-MS分析所得的質(zhì)譜圖經(jīng)計算機自帶的NIST 08譜庫檢索，并結(jié)合保留指數(shù)（retention index，RI）進行定性，按公式（1）計算RI：

式中：tx、tn和tn+1分別為被分析組分、碳原子數(shù)處于n和n+1的正構(gòu)烷烴（tn＜tx＜tn+1）流出峰的保留時間/min[22]。1.3.7.2 香氣成分的定性定量分析

采用內(nèi)標(biāo)法（2-辛醇）進行半定量分析，確定甘薯酒中各香氣成分的含量。內(nèi)標(biāo)2-辛醇在萃取體系中質(zhì)量濃度為1.225 mg/L，校正因子為1，通過比較待測組分與內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值，按公式（2）計算出待測香氣成分的含量。

式中：f為各香氣成分對內(nèi)標(biāo)物的校正因子。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗的每組處理均重復(fù)3 次，結(jié)果以±s表示。采用Excel 2010對單因素試驗的數(shù)據(jù)進行處理，SPSS 17.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，方差分析法進行顯著性分析。Design-Expert V8.0.6軟件進行響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素處理對甘薯酒基本成分的影響2.1.1 發(fā)酵方式對甘薯酒基本成分的影響由表3可知，2 種發(fā)酵方式釀制甘薯酒的總酸差異不大，這與其相同的發(fā)酵條件有很大關(guān)系，帶渣發(fā)酵的酒精體積分?jǐn)?shù)較高于清汁發(fā)酵，且還原糖含量和SSC更低，說明帶渣發(fā)酵更徹底。此外，帶渣發(fā)酵總酯含量和感官評分更高，這是因為帶渣發(fā)酵能更多的保留甘薯和麥芽中的風(fēng)味成分，口感更加飽滿醇厚[23]。同時帶渣發(fā)酵的操作相比清汁發(fā)酵更簡單，更適合工業(yè)中規(guī)模化生產(chǎn)。故采用帶渣發(fā)酵的方式進行甘薯酒發(fā)酵。

表 3 發(fā)酵方式對甘薯酒品質(zhì)的影響Table 3 Quality attribute of sweet potato wines fermented by different methods

2.1.2 酵母菌品種對甘薯酒基本成分的影響

表 4 酵母品種對甘薯酒品質(zhì)的影響Table 4 Effect of different yeast inoculums on the quality of sweet potato wine

酵母對酒的品質(zhì)有很大的影響，不同酵母的發(fā)酵速率不同，且還原糖的利用程度也不一樣，從而發(fā)酵得到酒的風(fēng)味品質(zhì)有很大的差異[24]。由表4可知，7 種酵母菌在相同條件下進行發(fā)酵，酵母2323產(chǎn)酒精能力最弱，酒精體積分?jǐn)?shù)僅為12.1%，總酯含量也較低，感官評分得出風(fēng)味最差，其他6 種酵母的產(chǎn)酒能力相當(dāng)，但總酯和總酸含量有較大差異，其中黃酒干酵母的酒精體積分?jǐn)?shù)較高、總酯含量最高、還原糖含量和SSC較低，發(fā)酵最徹底，感官評分得出其品質(zhì)最好。故選擇黃酒干酵母作為甘薯酒酒精發(fā)酵的酵母。

2.1.3 發(fā)酵初始糖 含量對甘薯酒基本成分的影響

由表5可知，隨著初始糖含量的增加，酒精體積分?jǐn)?shù)也隨著上升。當(dāng)初始糖含量較低時，酵母可利用的可發(fā)酵性糖含量較少，發(fā)酵提前終止使得酒精體積分?jǐn)?shù)較低，不利于風(fēng)味物質(zhì)的積累；當(dāng)糖含 量過高時，高糖含量會對酵母菌產(chǎn)生基質(zhì)抑制作用，從而導(dǎo)致啟酵速率變慢[25]；糖含量高于28%時，由于發(fā)酵液滲透壓大，酵母的基質(zhì)抑制作用變強，不利于酵母的正常生長和代謝，糖轉(zhuǎn)化為酒精不完全，且高糖度發(fā)酵得到酒精體積分?jǐn)?shù)較高的酒，高酒精體積分?jǐn)?shù)對酵母會產(chǎn)生產(chǎn)物反饋抑制作用，導(dǎo)致還原糖高，口感變差[26]。故選擇24%為最適發(fā)酵初始糖含量。

表 5 初始糖含量對甘薯酒品質(zhì)的影響Table 5 Effect of initial sugar concentration on the quality of sweet potato wine

2.1.4 發(fā)酵初始pH值對甘薯酒基本成分的影響

表 6 發(fā)酵初始pH值對甘薯酒品質(zhì)的影響Table 6 Effect of initial pH on the quality of sweet potato wine

由表6可知，隨著發(fā)酵初始pH值的增加，甘薯酒的酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，SSC和還原糖含量為先減后增的趨勢，且當(dāng)發(fā)酵液初始pH值為4.0時甘薯酒的酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量均最高。當(dāng)發(fā)酵初始pH值較低時，在抑制雜菌生長的同時酵母菌的生長代謝也受到影響；而當(dāng)發(fā)酵初始pH值太高時，酒體容易感染雜菌且酵母菌的生長也會受到抑制，糖的轉(zhuǎn)化受到抑制從而酒精產(chǎn)量降低，風(fēng)味物質(zhì)積累 減少，品質(zhì)下降[27]。故確定pH 4.0為最適發(fā)酵初始pH值。

2.1.5 酵母添加量對甘薯酒基本成分的影響

表 7 酵母添加量對甘薯酒品質(zhì)的影響Table 7 Effect of inoculum size on the quality of sweet potato wine

由表7可知，當(dāng)酵母添加量低于0.2%時，甘薯酒的酒精體積分?jǐn)?shù)隨酵母菌添加量的增加而增大，超過0.2%時酒精體積分?jǐn)?shù)不增反減。酵母添加量過低時，發(fā)酵緩慢、易感染雜菌，原料利用不完全使得酒精含量低，SSC、還原糖量較高；而酵母添加量過大時，酵母菌短時間內(nèi)大量繁殖消耗發(fā)酵液中的糖，從而減少了用于酒精生產(chǎn)的底物，酒精含量降低[28]；此外，有害代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生會使得菌體的生長環(huán)境惡化，細胞解體，細胞成分溶解到酒中，酒的品質(zhì)下降[29]。故確定最適酵母添加量為0.15%。

2.1.6 發(fā)酵溫度對甘薯酒基本成分的影響

表 8 發(fā)酵溫度對甘薯酒品質(zhì)的影響Table 8 Effect of fermentation temperature on the quality of sweet potato wine

由表8可知，當(dāng)發(fā)酵溫度低于25 ℃時，總酯含量和酒精體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而增加，營養(yǎng)物質(zhì)利用較完全；發(fā)酵溫度高于25 ℃時，總酯含量和酒精含量隨著溫度的升高而降低。溫度較低時，發(fā)酵前期酵母菌代謝緩慢，無法充分利用甘薯漿中的糖分進行酒精發(fā)酵，酒精體積分?jǐn)?shù)較低，發(fā)酵時間長；而發(fā)酵溫度過高時，酵母菌快速繁殖，不易控制，衰老快，揮發(fā)性香氣較多，同時雜菌污染的可能性增加，不利于酒精的產(chǎn)生且酒的品質(zhì)也會下降[30]。故確定較佳發(fā)酵溫度為22 ℃。

2.2 甘薯酒發(fā)酵工藝參數(shù)的響應(yīng)面試驗優(yōu)化

2.2.1 工藝模型建立及其顯著性檢驗

結(jié)合單因素試驗結(jié)果，利用Design-Expert V8.0.6軟件，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理進行三因素三水平試驗，以酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面法進行優(yōu)化，得到甘薯酒最佳工藝條件，如表9所示。

通過Design-Expert V8.0.6軟件對表9的試驗結(jié)果進行多元回歸擬合后，確立了以酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量為目標(biāo)函數(shù)的二次多項回歸方程，結(jié)果見表10。2 個數(shù)學(xué)擬合模型Y1和Y2的P值均小于0.000 1，表明二次項方程模型極顯著；失擬項在0.05水平上均不顯著（P=0.218 5＞0.05和P=0.132 4＞0.05），表明試驗結(jié)果和數(shù)學(xué)模型擬合良好，可用這2 個模型推測試驗結(jié)果；模型的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.994 6和0.995 2，表明方程擬合程度較好。

表 9 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果Table 9 Results of Box-Behnken design

表 10 甘薯酒酒精體積分?jǐn)?shù)及總酯含量回歸模型擬合結(jié)果Table 10 Significance test of the fitted regression models

表 11 以酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量為響應(yīng)面結(jié)果的方差分析Table 11 Analysis of variance of the contents of alcohol and total ester with various fermentation parameters

為了檢驗方程的有效性，對上述回歸模型進行方差分析，如表11所示。各發(fā)酵因素間存在交互作用的影響而不是簡單的線性關(guān)系。其中，酒精體積分?jǐn)?shù)模型的一次項A極顯著，而B、C不顯著；交互項AB顯著，AC極顯著，BC不顯著；二次項A2、B2、C2均極顯著?？傰ツＰ偷囊淮雾桝極顯著，B、C均不顯著；交互項AB極顯著，AC顯著，BC不顯著；二次項A2、B2、C2均極顯著。F值的大小代表了各因素對酒精體積分?jǐn)?shù)影響的強弱，F(xiàn)值越大，說明影響作用越強[31]。因此，由F值的大小可以判斷，各因素對酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯的影響大小順序均為發(fā)酵溫度＞發(fā)酵初始pH值＞酵母添加量。

2.2.2 各因素交互作用的響應(yīng)面圖

圖 1 兩因素交互對酒精體積分?jǐn)?shù)及總酯含量影響的響應(yīng)面圖Fig. 1 Response surface plots showing the effects of various factors on the contents of alcohol and total ester

圖1 中較直觀地反映了任何2 個因素的交互影響，以及各因素對2 個響應(yīng)值的影響。響應(yīng)面坡度大表明因素對響應(yīng)值影響大，等高線密集呈橢圓形表示兩因素之間的交互作用比較顯著，而坡度平緩、等高線呈圓形則與之相反。由圖1可以看出，在交互作用對甘薯酒的酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量的影響中，發(fā)酵溫度和酵母添加量以及發(fā)酵溫度和發(fā)酵初始pH值的交互作用較為顯著。

2.2.3 驗證實驗結(jié)果

經(jīng)軟件分析得到以酒精體積分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值的最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度21.44 ℃、酵母添加量0.15%、發(fā)酵初始pH 3.99，以總酯含量為響應(yīng)值的最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度21.09 ℃、酵母添加量0.15%、發(fā)酵初始pH 3.99?？紤]到實際操作的可行性和兩組溫度間差異不大，將最優(yōu)工藝條件修正為發(fā)酵溫度21.5 ℃、酵母添加量0.15%、發(fā)酵初始pH值為4.0。在此工藝條件下進行3 次平行驗證實驗，取得平均值。實際得到甘薯酒酒精體積分?jǐn)?shù)為14.25%，與預(yù)測值14.28%相差0.03%，總酯含量為372.41 mg/L，與預(yù)測值372.53 mg/L相差0.12 mg/L，表明實際值與預(yù)測值均相差不大。以上結(jié)果說明該模型能較好反映甘薯酒發(fā)酵條件與酒精體積分?jǐn)?shù)和總酯含量的關(guān)系，因此采用響應(yīng)面法優(yōu)化甘薯酒發(fā)酵工藝的結(jié)果可靠。

2.3 甘薯酒的成分分析

2.3.1 甘薯酒香氣成分分析

表 12 甘薯酒中20 種主要香氣物質(zhì)Table 12 Twenty main aroma components of sweet potato wine

采用CG-MS對甘薯酒的香氣成分進行檢測并分析，共檢測出54 種香氣物質(zhì)，按照峰面積歸一化法定量，主要的香氣成分見表12。除烷烴外相對含量在0.1%以上的20 種香氣成分，這些物質(zhì)的相對含量之和占總香氣物質(zhì)的88.13%。

由表1 2可知，甘薯酒樣品中主要的香氣物質(zhì)是醇酯類物質(zhì)，醇類和酯類物質(zhì)含量分別為（22.78±0.91） mg/L和（8.33±1.09） mg/L。其中醇類物質(zhì)中以異戊醇、2-甲基丁醇和苯乙醇為主。酯類物質(zhì)中以辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯和月桂酸乙酯為主。異戊醇具有蘋果白蘭地香氣和辛辣味，苯乙醇具有玫瑰香、紫羅蘭香、茉莉花香、果香等多種風(fēng)味[32]，芳樟醇有著強烈的鈴蘭香氣。辛酸乙酯具有水果、白蘭地酒香味、蘑菇、椰子、奶油、脂肪味[33]，癸酸乙酯具有果香和白蘭地酒香，兩者結(jié)合使得本格燒酒具有很強的白蘭地酒味。此外，乙酸異戊酯具有水果香味，月桂酸乙酯具有花香、果香和肥皂香氣；乙酸苯乙酯具有蜜甜香、玫瑰和茉莉花香。這些醇類和酯類物質(zhì)賦予甘薯酒獨特的香氣特征。

2.3.2 甘薯酒理化成分分析

表 13 甘薯酒的主要理化成分分析Table 13 Analysis of main components of sweet potato wine

對優(yōu)化工藝條件制得的甘薯酒進行理化成分檢測，見表13。SO2含量為16.44 mg/L符合國家標(biāo)準(zhǔn)，細菌總數(shù)小于21 CFU/mL，大腸桿菌未檢出，其他致病菌未檢出。

2.4 感官指標(biāo)分析

色澤：金黃色，透明清亮，光澤度好；口味：清爽，醇厚豐滿，柔和怡人；香氣：甘薯薯香濃厚，麥芽清香，香氣協(xié)調(diào)且無異味；典型性：酒性協(xié)調(diào)，酒體完整，典型性突出。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗和Box-Behnken設(shè)計試驗，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化甘薯酒的發(fā)酵工藝條件，確定的優(yōu)化工藝條件參數(shù)為：帶渣發(fā)酵方式、發(fā)酵溫度21.5 ℃、黃酒專用高活性干酵母添加量0.15%、發(fā)酵初始pH 4.0。在此條件下發(fā)酵得到的甘薯酒酒精體積分?jǐn)?shù)為14.25%，總酯含量可達372.41 mg/L。在本實驗范圍內(nèi)建立的二次線性回歸模型準(zhǔn)確有效，可用來預(yù)測設(shè)定條件范圍內(nèi)及其周圍的甘薯酒發(fā)酵工藝參數(shù)，對實驗的擬合性較好，有一定的實用價值。成品甘薯酒中共檢測出54 種香氣成分，醇類以異戊醇、2-甲基丁醇和苯乙醇為主，酯類中辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯等居多，多種香氣成分的存在，賦予了甘薯酒獨特的香氣。發(fā)酵所得的甘薯酒，酒體呈金黃色，澄清透明，香氣濃郁，具有薯 香和麥香的混合香氣，口感綿延柔和，風(fēng)味獨特，是一種營養(yǎng)豐富的保健酒。

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Optimization of Fermentation of Sweet Potato Wine and Analysis of Aroma Components

CHEN Yan, LI Xiaohui, ZHANG Weiguang*
(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Sweet potato puree was obtained from sweet potato by peeling, pulping and liquefaction, and sacchari ed after addition of gelatinized malt for wine production. By one-factor-at-a-time method, fermentation temperature, inoculum size of yeast and initial pH were chosen as the major factors for further optimization by mathematical modeling usi ng Box-Behnken design and response surface analysis. The contents of alcohol and total esters were selected as response variables. The optimal fermentation conditions were determined as follows: initial sugar content, 24%; inoculum size of active dry yeast, 0.15%; and initial pH, 4.0. Under these optimal conditions, the contents of alcohol and total esters were 14.25% and 372.41 mg/L, respectively. Fifty-four aroma compounds were identi ed from sweet potato wine, mainly including alcohols and esters. The wine had a uniform golden color and itsavor was identical to that of both sweet potato and wheat malt.

sweet potato wine; process optimization; alcohol content; total esters; aroma components

10.7506/spkx1002-6630-201710026

TS261.4

A

1002-6630（2017）10-0155-07

陳燕, 李小惠, 張惟廣. 甘薯酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(10): 155-161. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201710026. http://www.spkx.net.cn

CH EN Yan, LI Xiaohui, ZHANG Weiguang. Optimization of fermentation of sweet potato wi ne and analysis of aroma c omponents[J]. Food Science, 2017, 38(10): 155-161. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201710026.http://www.spkx.net.cn

2016-08-18

陳燕（1990—），女，碩士研究生，研究方向為食品發(fā)酵工程。E-mail：chenyan0908@126.com*

張惟廣（1963—），男，副教授，碩士，研究方向為食品發(fā)酵工程。E-mail：470184967@qq.com