玫瑰香型格瓦斯工藝優(yōu)化及香氣成分分析

劉婷，溫慧，丁鵬澤，滿都拉，陳忠軍，孫子羽

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018）

格瓦斯是一種以面包屑為原料通過傳統(tǒng)發(fā)酵方式發(fā)酵而成的飲料。它含有豐富的維生素以及人體所需的各類氨基酸，具有面包的香氣和各種發(fā)酵醇香[1]，還具有多種功效，不僅能夠提高人體消化和吸收能力，還可以有效地改善人體腸胃環(huán)境[2-3]。格瓦斯不僅有啤酒的風格特征，還具有口感獨特、酒精度低等特點，適合所有年齡段的消費者[4]，是現(xiàn)代飲料市場極具潛力的一款飲品。

玫瑰花是一種具有強還原性，抗氧化活性和美容養(yǎng)顏等特性的薔薇屬多年生常綠或落葉性灌木[5-6]。玫瑰花瓣中含有大量的花青素、揮發(fā)性油脂、多酚類、多糖類、黃酮類物質(zhì)，以及各種維生素、膳食纖維、生物堿、氨基酸、微量元素等，具有較高的營養(yǎng)價值和醫(yī)用價值[7-10]。其中的花青素是天然安全的食用色素，多酚類物質(zhì)則是一種重要的抗氧化物質(zhì)[11-12]，因此，近年來玫瑰花被廣泛應用在食品工業(yè)中。

目前，食用花卉應用于格瓦斯生產(chǎn)中的研究相對較少。本試驗在格瓦斯已有技術(shù)基礎上加以創(chuàng)新，以玫瑰花為輔料，研制出一款新型的具有玫瑰香型的谷物發(fā)酵類含氣功能性飲料。并通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測玫瑰香型格瓦斯中香氣成分。為改善玫瑰香型格瓦斯的風味，提高玫瑰香型格瓦斯的品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大麥芽：北京市雙橋燕京中藥飲片廠；焦香麥芽：維耶曼特種麥芽有限公司；玫瑰花：桐鄉(xiāng)市同福華星杭白菊制品廠；酒花：新疆方睿啤酒原料制品有限責任公司。

1.2 儀器與設備

PB-10 精密電子pH 計：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；Trace 1300、ISQ 型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國賽默飛世爾科技公司；SPME 裝置：上海安譜實驗科技股份有限公司；SPME 萃取頭：美國Supelco 公司。

1.3 工藝流程

1.4 玫瑰香型格瓦斯單因素試驗及其優(yōu)化

分別固定大麥芽與焦香麥芽的質(zhì)量比為9 ∶1，料水比 1 ∶8（g/mL），菌種添加量 2%，接種比例（酵母菌與乳酸菌體積比）3 ∶2，玫瑰浸提液添加量12%、發(fā)酵時間16 h。依次改變主要影響因素，菌種添加量（1%、1.5%、2%、2.5%、3%）、接種體積比例（1 ∶1、4 ∶3、3 ∶2、5 ∶3、5 ∶2）、發(fā)酵時間（4、8、12、16、20 h）、玫瑰浸提液添加量（12%、14%、16%、18%、20%）。

1.5 發(fā)酵過程中的優(yōu)化

1.5.1 酒花的添加量

加酒花的目的一是產(chǎn)生酒花香，二是為了格瓦斯飲料的泡沫做貢獻，酒花含有α-酸和β-酸為格瓦斯提供一定的苦味并起到防腐作用[13]。綜合考慮酒花的香氣、苦味及起泡性，采用0.2%的添加量，添加至糖化過程中。

1.5.2 檸檬酸的添加

檸檬酸根據(jù)花青素在試驗過程中的損失情況，酌情添加檸檬酸，用來減少玫瑰的色澤與營養(yǎng)成分的流失，增強花青素的穩(wěn)定性。

1.5.3 玫瑰花浸提

干玫瑰花粉碎，得到玫瑰粉。玫瑰粉與蒸餾水料水比為 1 ∶90（g/mL），在 30 ℃下水浴浸提 30 min。由于花青素在pH 值超過5 的條件下極其不穩(wěn)定，而在低pH 值下，呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，因此選擇pH4.5 為玫瑰浸提的最優(yōu) pH 值[14]。

1.6 主因素最佳配方的正交試驗

在單因素試驗基礎上，為了確定玫瑰香型格瓦斯配方的最佳用量，對影響格瓦斯質(zhì)量的4 個主要因素選用L9（34）正交設計表進行正交試驗，每個因素設3個水平，由感官鑒評所得分數(shù)獲得最佳配方。主要因素見表1。

表1 L9（34）正交試驗水平因素表Table 1 L9（34）Level factor of orthogonal test

1.7 感官評定標準

從樣品的色澤、狀態(tài)、香氣、口感和風格上對玫瑰香型格瓦斯飲料品質(zhì)做出評定，選20 名感官評定人員（10 男10 女）對其各項指標進行打分，具體評分標準見表2。

1.8 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析玫瑰香型格瓦斯的香氣成分

1.8.1 色譜條件

色譜柱DB-5MS，進樣口溫度250 ℃，載氣He，流速1.0 mL/min。采用程序升溫方式，升溫程序以50 ℃保持 1 min，以 2 ℃/min 升至 100 ℃保持 3 min，然后以4 ℃/min 升至220 ℃在此溫度下保持10 min，不分流進樣[15-17]。

表2 玫瑰香型格瓦斯感官評定表Table 2 The score of highland rose kvass sensory

1.8.2 質(zhì)譜條件

質(zhì)譜選擇檢測器以0.72 scans/s，速度掃描m/z 50～m/z 550。

1.8.3 萃取條件

所有凍存樣品解凍后，60 ℃水浴下平衡10 min，萃取頭頂空吸附30 min 后，在GC 進樣口釋放1 min。離子源溫度230 ℃；離子源，EI；電子能量70 eV。

1.8.4 香氣成分分析

質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)與 Meanlib、NISTDemo 和 Wiley Library 進行初步檢索，并結(jié)合相關(guān)文獻進行定性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

對影響玫瑰香型格瓦斯質(zhì)量的4 個主要單因素結(jié)果進行分析。

2.1.1 菌種添加量

原料中不同的菌種添加量對發(fā)酵后格瓦斯中殘?zhí)呛蚿H 值的影響如圖1。

圖1 不同菌種添加量對殘?zhí)呛亢蚿H 值的影響Fig.1 Effect of different strain addition amount on reducing sugar content and pH

由圖1 可知，隨著菌種添加量的增加，殘?zhí)呛肯葴p小后增加，而酸度的變化也極為明顯，當菌種添加量為2.5%時pH 值最高，此時糖度高酸度低，口感過甜。菌種添加量為2%時格瓦斯糖酸比例合適，口味柔和，為最佳菌種添加量。

2.1.2 接種比例

原料中不同酵母菌與乳酸菌的接種比例對發(fā)酵后格瓦斯中殘?zhí)呛蚿H 值的影響如圖2。

圖2 不同接種比例對殘?zhí)呛亢蚿H 值的影響Fig.2 Effect of different inoculation ratio on reducing sugar content and pH

由圖2 可知，當接種比例不同，殘?zhí)呛恳灿忻黠@差異。隨著酵母菌與乳酸菌接種比例的增加，殘?zhí)呛肯葴p小后增加。當選擇酵母菌與乳酸菌體積比為5 ∶3（體積比）時，酸度最為適宜，產(chǎn)品酸甜適口，故選用5 ∶3（體積比）為最佳接種比例。

2.1.3 發(fā)酵時間

原料中不同發(fā)酵時間對發(fā)酵后格瓦斯中殘?zhí)呛蚿H 值的影響如圖3。

圖3 不同發(fā)酵時間對殘?zhí)呛亢蚿H 值的影響Fig.3 Effect of different fermentation time on reducing sugar content and pH

由圖3 可知，隨著發(fā)酵時間的進行，產(chǎn)品殘?zhí)呛恐饾u降低，酸度呈現(xiàn)遞增趨勢，當時間達到16 h 時，口感適宜，風味協(xié)調(diào)，為最佳發(fā)酵時間。

2.1.4 玫瑰浸提液添加量

原料中不同玫瑰浸提液添加量對發(fā)酵后格瓦斯中殘?zhí)呛蚿H 值的影響如圖4。

圖4 不同玫瑰浸提液添加量對殘?zhí)呛亢蚿H 值的影響Fig.4 Effect of different rose extract addition on reducing sugar content and pH

由圖4 可知，隨著玫瑰浸提液添加量的增加，殘?zhí)呛恐饾u降低，當添加量為20%時，糖度較低。根據(jù)試驗結(jié)果可知，當玫瑰浸提液添加量為18%時，產(chǎn)品的色澤、口感、香氣更符合大眾口味。

2.2 調(diào)配

因玫瑰含有單寧等苦澀物質(zhì)，浸提后會使成品有苦澀味道，通過反復試驗，可知加入1%白砂糖會使苦澀被沖淡，在浸提過程中，加入0.1%檸檬酸，會使浸提更完全。

2.3 正交試驗最佳配方的確定

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，對影響玫瑰香型格瓦斯質(zhì)量的4 個主要因素即菌種添加量、接種比例、發(fā)酵時間、玫瑰浸提液添加量進行正交試驗。結(jié)果見表3。

表3 玫瑰香型格瓦斯正交試驗表Table 3 Orthogonal test table of rose-like aroma kvass

由表3 中R 值可知，影響玫瑰格瓦斯感官評分的因素主次關(guān)系為：菌種添加量（A）＞接種比例（B）＞玫瑰浸提液添加量（D）＞發(fā)酵時間（C），由K 值可知各因素的最佳水平為：菌種添加量（2%）、接種體積比（酵母菌 ∶乳酸菌）（2 ∶1，體積比）、發(fā)酵時間（16 h）、玫瑰浸提液添加量（18%）。此工藝條件下玫瑰格瓦斯的感官評分為93 優(yōu)于正交試驗中的最高分組合A2B3C1D2，所以最終選擇A2B3C2D3為最優(yōu)條件，即玫瑰香型格瓦斯的最佳配方為：菌種添加量2%，接種比例2 ∶1，發(fā)酵時間16 h，玫瑰浸提液添加量18%。

2.5 玫瑰香型格瓦斯香氣物質(zhì)的的GC-MS分析

玫瑰香型格瓦斯香氣成分的鑒定結(jié)果如表4。

表4 玫瑰香型格瓦斯香氣成分的鑒定結(jié)果Table 4 Identification of aromatic components in rose-like aroma kvass

續(xù)表4 玫瑰香型格瓦斯香氣成分的鑒定結(jié)果Continue table 4 Identification of aromatic components in rose-like aroma kvass

續(xù)表4 玫瑰香型格瓦斯香氣成分的鑒定結(jié)果Continue table 4 Identification of aromatic components in rose-like aroma kvass

圖5 香氣成分比例圖Fig.5 Percentages of volatile aroma compounds in rose-like aroma kvass

玫瑰香型格瓦斯的香氣成分結(jié)果見表4?？沙醪蕉ㄐ悦倒逑阈透裢咚沟南銡馕镔|(zhì)有92 種，占總峰面積的97.5%。由圖5 可知，檢測到的醇類物質(zhì)種類最多，含22 種，所占比例也最高，占到總含量的65.83%；其次為酯類物質(zhì)，檢測到21 種，占到總含量的10.23%；醛類物質(zhì)有14 種，占總含量的6.73%；有機酸檢測到13 種，占總含量的6.53%，酚類和酮類物質(zhì)分別占香氣物質(zhì)總含量的4.86%、1.69%；烴類共有11 種，但其含量只占到總含量的1.06%；其他香氣物質(zhì)占香氣總含量的0.36%。

從香氣分析結(jié)果可知，玫瑰香型格瓦斯基本香氣的形成過程中，苯乙醇，異戊醇、辛酸乙酯、丁香酚、1-辛醇、木焦油醇、橙花醇、壬醛、香茅醇、己酸乙酯、1-庚醇、甲基丁香酚、正癸酸、癸酸乙酯等對于香氣的形成具有重要的作用。醇類中含量最高的是苯乙醇，占總香氣物質(zhì)含量的37.81%。苯乙醇含有誘人的玫瑰香和茉莉花香，可以給人以柔和愉悅的感覺[18-19]，是玫瑰香型格瓦斯的主要香氣物質(zhì)。酯類中主要的香氣物質(zhì)是辛酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯，相關(guān)資料表明：格瓦斯中的酯類物質(zhì)以乙酯類化合物為主[20]，與本試驗結(jié)果相符。丁香酚、壬醛、正癸酸是酚類、醛類、酸類中主要的香氣物質(zhì)。這些香氣物質(zhì)對玫瑰香型格瓦斯都具有重要貢獻。為玫瑰香型格瓦斯的進一步研究提供了科學依據(jù)。

3 結(jié)論

玫瑰香型格瓦斯最佳方案：原料配比為大麥芽與焦香麥芽質(zhì)量比 9 ∶1、料水比 1 ∶8（g/mL）、菌種添加量2%、接種體積比（酵母菌∶乳酸菌）2 ∶1、發(fā)酵時間 16 h、玫瑰浸提液添加量18%，同時添加糖化酶2%、酒花0.2%、白砂糖1%、檸檬酸0.1%。

通過GC-MS 分析玫瑰香型格瓦斯的香氣成分，初步檢測出92 種香氣成分，占總峰面積的97.5%，其中相對含量較高的香氣物質(zhì)為：苯乙醇37.81%、異戊醇13.25%、辛酸乙酯3.43%、丁香酚3.16%、1-辛醇2.88%、木焦油醇1.73%、橙花醇1.69%、壬醛1.49%、香茅醇1.48%、己酸乙酯1.38%、1-庚醇1.39%、甲基丁香酚1.36%、正癸酸1.33%、癸酸乙酯1.16%等。