基于不同萃取條件馬鈴薯酒香氣成分的研究*

林 巧 范力瑞 劉軍華 李 成 楊 軍 蔡 利 舒一梅

1（涼山州天美益農(nóng)業(yè)科技有限公司，四川西昌 615000）

2（西昌學(xué)院，四川西昌 615000）

3（西昌希望飼料公司，四川西昌 615000）

白酒是中國的傳統(tǒng)飲料酒，有著五千年以上的歷史淵源和深厚的文化底蘊。白酒依據(jù)香型分為醬香型、米香型、濃香型、清香型等香型。影響白酒香氣特征的成分主要是酯、酸、醇等揮發(fā)性物質(zhì)。濃香型白酒的特征香氣成分是己酸乙酯，醬香型白酒的特征香氣成分是乳酸乙酯，米香型白酒的特征香氣成分是苯乙醇和乙酸乙酯，清香型白酒的特征香氣成分是乙酸乙酯。

馬鈴薯又叫洋芋，富含多種維生素和優(yōu)質(zhì)淀粉，具有抗衰老、抗氧化的作用。為了更好地利用馬鈴薯，也為了豐富我國的酒文化，推進我國酒文化和食品行業(yè)的發(fā)展，展開對馬鈴薯白酒的研究。

近幾十年的研究表明，GC-MS 技術(shù)已被廣泛用于酒類新發(fā)現(xiàn)組分的定性研究。在分析白酒香氣成分時可以采用直接進樣的方式，但是由于絕大多數(shù)影響酒的香氣揮發(fā)性物質(zhì)含量較低，所以在利用GC-MS 技術(shù)檢測之前，應(yīng)先對微量成分進行濃縮富集。目前，國內(nèi)外對酒中香氣物質(zhì)的提取大多采用固相萃取、液液萃取、固相微相萃取和攪拌棒萃取等方法。對于這些處理方法，考慮到試驗條件和經(jīng)費等各個方面的因素，選用液液萃取法對馬鈴薯酒進行萃取。液液萃取法是根據(jù)相似相溶的原理進行分離提取。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯酒，由西昌學(xué)院發(fā)酵與釀造工藝實訓(xùn)實驗室提供。

1.2 試劑

乙酸、甲醇、甲酸、丙三醇、正丁醇，均為分析純，由農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院提供；51 種白酒標(biāo)樣，上海睿析有限責(zé)任公司。

1.3 儀器與設(shè)備

GC-MS 3100 臺式氣相色譜（四級） 質(zhì)譜聯(lián)用儀，北京東西分析儀器有限責(zé)任有限公司；CP-WAX 57CB 色譜柱，安捷倫有限責(zé)任公司；玻璃棒、分液漏斗、錐心瓶、燒杯、移液槍。

1.4 檢測方法

1.4.1 萃取劑種類對香氣成分的影響

為了考察不同溶劑對馬鈴薯酒香氣成分的影響，分別取2 mL 的乙酸、甲酸、甲醇、正丁醇、丙三醇與1 mL 馬鈴薯酒進行萃取，萃取時間為15 min，其他條件均相同。用GC-MS 技術(shù)檢測得到香氣成分的總離子流圖，峰個數(shù)較多且峰形、離子豐度較好為最佳萃取溶劑。

GC 條件：氦氣流量1 mL/min；分流比20∶1；進樣口溫度220 ℃；進樣量1 μL；程序升溫：起始柱溫50 ℃保持1 min，然后以6 ℃/min 的速率升溫至250 ℃，保持10 min。MS 條件：離子源為化學(xué)惰性離子源（Inert），電離方式EI，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃，溶劑延遲：4 min。

1.4.2 萃取劑用量對香氣成分的影響

為了考察不同溶劑用量對馬鈴薯酒香氣成分的影響，試驗取5 mL 馬鈴薯酒分別與2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL 的溶劑進行萃取，其他條件均相同。用GC-MS 技術(shù)檢測得到香氣成分的總離子流圖，選出峰個數(shù)較多且峰形、離子豐度較好的為最佳萃取溶劑用量，其他條件同1.4.1。

1.4.3 萃取時間對香氣成分的影響

為了考察不同萃取時間對馬鈴薯酒香氣成分的影響，試驗取5 mL 馬鈴薯酒用優(yōu)化后的溶劑種類和用量分別萃取5 min、10 min、15 min、20 min、25 min。用GC-MS 技術(shù)檢測得到萃取物香氣成分的總離子流圖，綜合考慮出峰數(shù)量和時間，選定萃取時間，其他條件同1.4.1。

1.4.4 柱流速對香氣成分的影響

在最佳萃取條件下處理樣品，考察柱流速對馬鈴薯酒香氣成分的影響。采用GC-MS 技術(shù)進行測定時，分別調(diào)整載氣壓力為50 kPa、60 kPa、70 kPa，經(jīng)進樣檢測得到香氣成分的總離子流圖，選出峰個數(shù)較多且峰形、離子豐度較好的為最佳柱流速，其他條件同1.4.1。

1.4.5 分流比對香氣成分的影響

在最佳萃取條件下處理樣品，采用GC-MS 技術(shù)進行測定時，分別調(diào)整分流比為20∶1、25∶1、30∶1，經(jīng)進樣檢測得到總離子流圖，選出峰個數(shù)較多且峰形、離子豐度較好的為最佳分流比，其他條件同1.4.1。

1.4.6 升溫程序?qū)ο銡獬煞值挠绊?/p>

在最佳萃取條件下，采用GC-MS 技術(shù)進行測定時，選取不同的升溫程序：①柱溫50 ℃（1 min）to 250 ℃at6 ℃/min（10 min）；②柱溫：80 ℃（8 min）to 230 ℃at5 ℃/min（30 min）；③35 ℃（3 min）→4 ℃/min→60 ℃→10 ℃/min→130 ℃→15 ℃/min→210 ℃進行試驗，經(jīng)進樣檢測得到總離子流圖，選出峰個數(shù)較多且峰形、離子豐度較好的為最佳升溫條件，其他條件同1.4.1。

1.4.7 香氣成分檢測

選用在最佳萃取條件下處理的酒樣，然后用GC-MS 技術(shù)在最佳檢測條件下測得該酒樣的香氣成分，得到總離子流圖，然后對酒的香氣成分進行分析。

1.4.8 感官評價

對不同陳釀時間的馬鈴薯酒進行感官評價，評價標(biāo)準(zhǔn)由風(fēng)格、口味、色澤、香氣4 個要素構(gòu)成，即馬鈴薯酒評定論域X=（風(fēng)格、口味、色澤、香氣），對每個因素的評估按照好、中等、差3 個等級評定，即馬鈴薯酒評語論域Y=（好、中等、差）。采用強制決定法確定各個品質(zhì)因素的權(quán)重分別為風(fēng)格（0.256）、口味（0.215）、色澤（0.115）、香氣（0.414），即A=（0.256，0.215，0.115，0.414）。馬鈴薯酒感官評價標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 馬鈴薯酒感官評價標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取劑種類對香氣成分的影響結(jié)果

用不同萃取劑萃取1 mL 馬鈴薯酒，萃取時間為15 min，用GC-MS 檢測出峰個數(shù)，結(jié)果如圖1所示。

由圖1 可知，萃取劑不同得到峰個數(shù)不同，其中峰個數(shù)最多的是正丁醇，最少的是丙三醇。其中，正丁醇與甲酸差異顯著，甲酸與乙酸、甲醇差異不顯著，甲酸與丙三醇差異顯著，甲醇與丙三醇差異顯著。這可能因為正丁醇與馬鈴薯酒中的香氣物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上比其他萃取劑更相似，相似度越高表明馬鈴薯酒在該溶液中的溶解度越大即萃取效果越好。

2.2 萃取劑用量對香氣成分的影響結(jié)果

不同正丁醇用量萃取馬鈴薯酒得到的峰個數(shù)如圖2 所示。

圖1 不同萃取劑的類型對香氣成分的影響

圖2 不同萃取劑用量對香氣成分的影響

由圖2 可知，4 mL 正丁醇與10 mL 正丁醇的萃取效果差異不顯著，4 mL 正丁醇與2 mL 正丁醇差異顯著，10 mL 正丁醇與2 mL 正丁醇的差異不顯著，2 mL 正丁醇與8 mL 正丁醇、6 mL 正丁醇差異不顯著。比較柱形圖可見，當(dāng)增加正丁醇的用量時，提取出成分有增多的趨勢。當(dāng)選取4 mL 正丁醇時滿足分析要求。

2.3 萃取時間對香氣成分的影響結(jié)果

分別用4 mL 正丁醇對5 mL 馬鈴薯酒萃取不同時間，用GC-MS 檢測可得到總離子流圖，并對其出峰個數(shù)進行分析和處理，結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，萃取時間15 min 與萃取時間20 min 差異顯著，萃取時間20 min 與萃取時間5 min、25 min、10 min 差異不顯著，萃取時間為15 min 時，萃取馬鈴薯酒得到的峰個數(shù)最多，所以馬鈴薯酒的最佳萃取時間為15 min。

2.4 柱流速對香氣成分的影響結(jié)果

選取最佳萃取劑種類、萃取劑用量和萃取時間萃取馬鈴薯酒即用4 mL 正丁醇萃取5 mL 馬鈴薯酒15 min 后，將酒樣用GC-MS 檢測時改變其柱流速即載氣壓力，得到總離子流圖，分析出峰情況，結(jié)果如圖4 所示。

由圖4 可知，載氣壓力為60 kPa 與50 kPa 差異顯著，載氣壓力為50 kPa 與70 kPa 差異不顯著。峰個數(shù)隨著載氣壓力的增加而增加，當(dāng)載氣壓力為60 kPa 時峰個數(shù)最多。如果增大載氣壓力會減少酒樣在固定相中的滯留量，那么樣品與色譜柱相互作用和分離時間就變短，提取出來的香氣成分也會減少。因此，載氣壓力為60 kPa 時為最佳檢測條件。

2.5 分流比對香氣成分的影響結(jié)果

在最佳萃取條件下處理酒樣，然后用GC-MS檢測時改變其分流比，得到總離子流圖，分流比對出峰個數(shù)的影響結(jié)果如下頁圖5 所示。

由圖5 可知，分流比20∶1 與分流比為25∶1差異顯著，分流比25∶1 與分流比30∶1 差異顯著，隨著分流比不斷增加峰個數(shù)不斷減少；這是因為如果樣品濃度高就需要增大分流比，否則峰型不好，樣品濃度較低時可以通過溶劑延遲消除溶劑峰。由于逐漸增大分流比時出峰個數(shù)逐漸減小，說明萃取后酒樣濃度不是很高，所以分流比為20∶1為最佳檢測條件。

圖3 不同萃取時間對香氣成分的影響

圖4 不同柱流速對香氣成分的影響

2.6 升溫程序?qū)ο銡獬煞值挠绊懡Y(jié)果

在最佳萃取條件下處理酒樣，然后用GC-MS進行檢測時改變其升溫程序得到總離子流圖，升溫程序?qū)Τ龇鍌€數(shù)的影響結(jié)果如圖6 所示。

由圖6 可知，在升溫程序①條件下峰個數(shù)最多，升溫程序①與升溫程序②差異顯著，升溫程序②與升溫程序③差異顯著。一般來說，升溫程序越快，峰型越窄，越容易被檢測到。本試驗采用了3種升溫程序，最終確定升溫程序①檢測效果最佳，所以升溫程序①是最佳檢測條件。

2.7 香氣成分檢測

在最佳萃取條件下萃取馬鈴薯酒后得到酒樣，在最佳檢測條件下用GC-MS 檢測酒樣，即用4 mL正丁醇萃取5 mL 馬鈴薯酒15 min，然后GC-MS 檢測時使其柱流速（即載氣壓力為60 kPa） 分流比為20：1，升溫程序為①。得到TIC 圖譜如圖7 所示。

圖6 不同升溫程序?qū)ο銡獬煞值挠绊?/p>

圖5 不同分流比對香氣成分的影響

圖7 最佳香氣成分分析的TIC 圖譜

由圖7 可知，馬鈴薯酒的香氣成分有十幾種，但是有效峰的個數(shù)有12 種，結(jié)果分析如表2 所示。

由表2 可知，馬鈴薯酒中的香氣成分有12 種，其中酯類最多，醇類和烴類其次，最少的是酸類。在51 中白酒標(biāo)樣中的是異戊醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、己酸、丁二酸二乙酯、庚酸乙酯，其中濃度最高的是乙酸乙酯。在整個馬鈴薯酒中面積百分比最高的也是乙酸乙酯，而乙酸乙酯是清香型白酒的特征香氣物質(zhì)，所以馬鈴薯酒屬于清香型白酒。

為了更好地分析馬鈴薯酒中的香氣成分，將各個香氣成分的面積百分比也就是相對百分含量進行分類，并將各個種類的香氣物質(zhì)進行總結(jié)，結(jié)果如圖8 所示。

由表2 和圖8 可知，在檢測出的12 個組分中含酯類化合物有5 種，相對含量占所有香氣成分的60%；醇類化合物3 種，相對含量占所有香氣成分的37.6%，酸類化合物1 種，相對含量占所有香氣成分的0.4%，烴類化合物及其他物質(zhì)有3 種，相對含量占所有香氣成分的2%。

其中酯主要來自于馬鈴薯酒的發(fā)酵過程，由上圖可知酯類化合物是馬鈴薯酒中含量最大的一類物質(zhì)，有5 種共約占總成分的42%。該馬鈴薯酒中酯類含量最多的是乙酸乙酯，約占總香氣成分的37%，天然存在于菠蘿、草莓等水果中，有菠蘿香、水果香、蘋果香；其次是丁二酸二乙酯，約占總香氣成分的15%，具有微弱的令人愉快的香氣，還有水果香、花香、花粉香；辛酸乙酯，約占總香氣的3%，具有白蘭地酒香味。

表2 馬鈴薯酒的香氣成分

圖8 各類香氣成分的相對含量和種類數(shù)量

馬鈴薯酒香氣成分含量排在第2 位的是醇類化合物，約占總含量的2/5。植物中蛋白質(zhì)、糖類和氨基酸經(jīng)過發(fā)酵，最終大部分生成醇類化合物。馬鈴薯酒中濃郁的香氣成分就是由濃度合適的高級醇所帶來的，但如果濃度過高的話，不僅味道難聞，還容易頭暈，該馬鈴薯酒的高級醇是苯乙醇，約占總香氣成分的35%，具有柔和、愉悅而持久的玫瑰香氣以及多種花草的香氣。

馬鈴薯酒中酸含量最低，只有己酸，己酸有酸臭和水果香，但是由于己酸的含量只有0.4%，對馬鈴薯酒整體香氣風(fēng)格影響不明顯。

其他組分有烷烴類等共有3 種，相對含量占總香氣的比例較少，合計大約為3%，其混合物提升了該馬鈴薯酒的香氣，雖然含量較少，但是缺少它，香味就沒有這么豐富。單個組分對馬鈴薯酒的香氣成分的影響不大。

2.8 感官評價

由10 人組成評價小組，在一定的試驗條件下對每種馬鈴薯酒樣按其質(zhì)量特性逐一進行單因素評價，評定結(jié)果見表3。

將表3 中的各酒質(zhì)量因素各等級所得到的票數(shù)折算成贊成的比率，聯(lián)合各酒樣所有因素的評價結(jié)果，得到形如Rj的模糊矩陣：

其中j=1，2，3，4，5，6 為樣品編號，一行表示1 個因素，一共有4 個因素；R11、R12、R13表示第1 個評價因素評價等級為好、中等、差3 個因素所得票數(shù)折算成的贊成比率。R21、R22、R23表示第2 個評價因素評價等級為好、中等、差3 個因素所得票數(shù)折算成的贊成比率。以此類推可得各個樣品的Rj。如1 號樣品的Rj如下：

按照模糊變換原理：B=A·Rj，所以對j 號樣品的綜合評價結(jié)果為B=A·Rj；所以1 號樣品綜合評價結(jié)果：

由此可知，按照此方法可以算出各個不同發(fā)酵時間樣品的綜合評判結(jié)果B1如表4 所示。

由表4 可知，1 號酒樣與第2 號酒樣獲得好的綜合評判結(jié)果是一樣的，但是1 號酒樣獲得差的綜合評判結(jié)果比2 號少，所以1 號酒樣的感官評價是最好的。

從感官評價過程可以看出應(yīng)用模糊數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)評價食品的感官質(zhì)量是可行的和有優(yōu)越性的，還有很強的程序性。6 號馬鈴薯酒的陳釀時間為30 天，每30 天采1 次樣，共采集了6 個樣，1 號陳釀時間最長。從分析結(jié)果可以看出，在第1 次采樣時，馬鈴薯酒缺乏馬鈴薯香，微有異香；在第2 次采樣時，馬鈴薯酒有微微的馬鈴薯香，酒味較清淡；在第3次采樣時，馬鈴薯酒有馬鈴薯香，但醇香濃香較差或者醇香不明顯。由此可見，隨著采樣次數(shù)的增加，馬鈴薯酒漸漸有馬鈴薯香，醇香愈來愈濃郁。所以1 號酒樣即陳釀時間為180 天的馬鈴薯酒在綜合評判中獲得最好評價。

表3 不同發(fā)酵時間的馬鈴薯酒感官評定結(jié)果

3 結(jié)論

為考察不同萃取條件對馬鈴薯酒香氣成分的影響，對萃取劑種類、萃取劑用量、萃取時間進行了優(yōu)化，每一個設(shè)置了5 個梯度進行試驗，并在萃取后使用GC-MS 設(shè)備檢測香氣成分。試驗結(jié)果表明，最佳萃取條件為：4 mL 正丁醇萃取5 mL 馬鈴薯酒，萃取時間15 min。

試驗對質(zhì)譜條件柱流速、分流比、升溫程序進行了優(yōu)化，對每一個因素設(shè)置了3 個梯度。結(jié)果表明，最佳質(zhì)譜條件為：柱流速即載氣壓力60 kPa、分流比20∶1、升溫程序起始柱溫50 ℃保持1 min，以6 ℃/min 的速率升溫至250 ℃保持10 min，此條件下檢測出馬鈴薯酒的香氣成分最多。

將得到的總離子流圖進行分析，找出每個香氣成分并進行分類，馬鈴薯酒香氣成分主要分為酯類、酸類、醇類、烴類及其他，其中酯類的相對含量最高，酸類含量最低。在12 種香氣物質(zhì)中相對含量最高的是乙酸乙酯，對51 種白酒標(biāo)樣用GC-MS 技術(shù)進行檢測得出14 種香氣成分，并做出標(biāo)準(zhǔn)曲線，算出異戊醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、己酸、丁二酸二乙酯、庚酸乙酯的濃度，其中乙酸乙酯的濃度最高，由于乙酸乙酯是清香型白酒的香氣特征物質(zhì)，說明馬鈴薯酒是清香型白酒。

對制不同陳釀時間的馬鈴薯酒進行感官評價，在進行感官評價時采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價方法，然后用歸一法進行綜合排序，在一定范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)陳釀時間越長，酒的香氣越濃郁，品質(zhì)越好。因此陳釀6 個月的馬鈴薯酒在感官評價中最優(yōu)。