藜麥人參果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析

孔趙萌，楊希娟，2，黨 斌，2，張 杰，2，張文剛，2，遲德釗，2

（1.青海大學 農(nóng)林科學院，青海 西寧 810016；2.青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，青海省農(nóng)林科學院，青海西寧 810016）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.） 是藜科藜屬一年生雙子葉植物，原產(chǎn)于南美安第斯地區(qū)，在當?shù)鼐哂杏凭玫氖秤煤驮耘鄽v史[1]，引入我國后在山西、吉林、甘肅、青海、內(nèi)蒙古等多個地區(qū)均有種植。藜麥是FAO 確認唯一可以滿足人體基本營養(yǎng)需要的單體植物[2]，被譽為“超級谷物”“太空糧食”“全營養(yǎng)食品”[3]。藜麥氨基酸組成與比例均衡，且富含多酚、植酸、皂苷、甜菜堿等生物活性物質(zhì)，具有預防糖尿病、抑制肥胖、降低血糖、增強碳水化合物及脂肪代謝、抗氧化及抗癌活性[4]，是滿足現(xiàn)代社會健康飲食需求的重要谷物。目前，藜麥已被用于加工餅干、主食、麥片、八寶粥、乳酸飲料、代餐棒、酵素、黃酒及特膳食品等，市場開發(fā)前景廣闊[5]。

人參果（Solanum muricatum Aiton） 又名香瓜茄、金參果，屬加茄科茄屬多年生半木質(zhì)化草本植物，原產(chǎn)南美安第斯山麓，1985 年首次由華南植物園從新西蘭引入我國[6]。人參果營養(yǎng)價值極高，可食率達95%以上，具有低糖和高蛋白特征，而且富含鈣、硒等多種微量元素及維C、SOD、大量抗氧化酚類物質(zhì)，有“生命火種”“補鈣新秀”“防癌之王”等之稱[7]。人參果的利用包括果汁、含乳飲料、保健飲料、果酒、果醋、果醬、罐頭等[8]。人參果具有多種功效，但收獲期集中，易發(fā)生腐爛變質(zhì)，造成資源的大量浪費，開展人參果綜合利用研究有助于提高其經(jīng)濟價值[9]。

我國是酒類消費大國，隨著社會發(fā)展，消費者對于酒的營養(yǎng)和保健功能需求不斷增加[10]。以營養(yǎng)豐富、功能性強的健康糧果原料創(chuàng)制發(fā)酵酒可以賦予酒抗氧化、抗衰老、殺菌等多種功效[11]，是緩解該問題的途徑之一。前期研究顯示，采用單一藜麥經(jīng)液化法釀制黃酒風味欠佳，因此通過藜麥- 人參果復配發(fā)酵可能提升酒綜合品質(zhì)并能以果代糧、節(jié)約原糧[12]。發(fā)酵酒香氣主要由醛類、醇類、酯類、酮類和萜烯類等[13]多類揮發(fā)性物質(zhì)組成，是評價酒品質(zhì)的關(guān)鍵指標之一，可采用頂空固相微萃?。⊿olid Phase Micro-extraction，SPME） 結(jié)合氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS） 進行鑒定分析[14]。以青藜2 號藜麥和人參果為原料，發(fā)酵制作復配酒產(chǎn)品，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化得到最佳工藝條件，并對藜麥人參果酒特征香氣成分進行鑒定，以期為藜麥和人參果資源的開發(fā)利用及功能酒新產(chǎn)品開發(fā)提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青藜2 號，青海省農(nóng)林科學院作物所提供；人參果，市售；耐高溫α - 淀粉酶（4 000 U/g）、糖化酶（10 000 U/g），均為食品級，邢臺萬達生物工程公司提供。

LRH-150 型生化培養(yǎng)箱，上海齊欣科學儀器有限公司產(chǎn)品；FW200 型高速中藥粉碎機，天津華鑫儀器廠產(chǎn)品；AL204 型萬分之一分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；DL-5M 型低速冷凍離心機，湖南長沙湘儀離心機儀器有限公司產(chǎn)品；N4S 型紫外線可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 藜麥人參果酒工藝流程

藜麥預處理→人參果預處理→藜麥人參果漿液→液化→糖化→滅酶→接種→發(fā)酵→澄清→過濾→灌裝殺菌→成品酒。酵母活化

1.2.2 發(fā)酵條件優(yōu)化

以感官評價、總酚含量及酒精度為指標，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化藜麥人參果酒發(fā)酵條件。單因素包括藜麥與人參果質(zhì)量比（1∶3，1∶2，1∶1，2∶1，3∶1）、糖度（15，20，25，30，35°Brix）、活性干酵母接種量（2%，4%，6%，8%，10%）、發(fā)酵溫度（20，24，28，32，36 ℃）、發(fā)酵時間（3，5，7，9，11 d），固定條件為藜麥與人參果質(zhì)量比2∶1，糖度20 °Brix，活性干酵母接種量4%，發(fā)酵溫度25 ℃，發(fā)酵時間7 d。根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇適宜參數(shù)水平，設計L9（34）正交試驗優(yōu)化，獲得藜麥人參果酒發(fā)酵最佳工藝參數(shù)。

正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計

1.2.3 指標測定

（1） 酒精度。根據(jù)文獻[15]使用酒精計法。

（2） 感官評價。參考國標GB 15037—2005 對葡萄酒感官分級評價方法進行改良后制作感官評價標準。為保證感官評定的可靠性和客觀性，由10 位專業(yè)技術(shù)人員組成評分小組，所有評分小組成員具有一定的專業(yè)知識、良好的感覺敏銳性及基本的感官評定知識與技巧[16]。所有樣品均采用3 位隨機數(shù)編碼，樣品在室溫下進行品評，對藜麥人參果果酒的色澤、氣味、口感、典型性這4 個評定指標，依照感官評價標準去掉最高值及最低值進行綜合評分。

感官評價標準見表2。

（3） 揮發(fā)性香氣成分。參考文獻方法[17]并加以修改測定。色譜系統(tǒng)采用GC-MS QP2020，色譜柱型號為SH-Rxi-5 Sil MS。SPME 條件：采用HS/SPME對果酒香味物質(zhì)進行萃取，取7.5 mL 藜麥人參果酒樣品于15 mL 頂空瓶中，加入NaCl 0.3 g，密封，混勻，將萃取頭插入頂空瓶，于45 ℃下平衡20 min，吸附萃取30 min。

GC/MS 條件：將萃取頭插入氣相色譜進樣口，解析6 min。采用梯度升溫程序，起始溫度為50 ℃，保持2 min，以3 ℃/min 升溫速率升至80 ℃，再以5 ℃/min 升溫速率升至230 ℃，保持6 min，進樣口溫度240 ℃，載氣為He，流速為1.33 mL/min，不分流進樣。采用EI 電離源，電子能量為70 eV，質(zhì)譜掃描范圍45～650 m/z。通過NIST05.L 圖譜庫檢索，用面積歸一化法計算各香氣成分的相對百分含量[18]。

表2 感官評價標準

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理均采用SPSS 19.0 數(shù)據(jù)分析軟件，采用Origin 8.5 及Excel 軟件進行圖表繪制，所有試驗均平行試驗3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵單因素試驗結(jié)果

發(fā)酵單因素試驗結(jié)果見圖1。

由圖1（a） 可知，藜麥與人參果質(zhì)量比為2∶1時感官最佳，而質(zhì)量比為1∶1 時酒精度達到最高（9.6%Vol），與報道的單一人參果酒[9]和藜麥黃酒[19]酒精度相當。由圖1（b） 可知，當酵母接種量4%時感官品質(zhì)最佳，增加至6%以后酒精度已趨于穩(wěn)定。由圖1（c） 可知，糖度25 °Birx 時酒精度和感官評分均達到最高值，產(chǎn)品酒香醇厚濃郁。由圖1（d） 可知，發(fā)酵溫度24 ℃時酒滋味與香氣最好，酒體金黃澄亮，20～28 ℃范圍內(nèi)酒精度略有升高，最高酒精度11.2%Vol，當溫度繼續(xù)升高后酒精度顯著下降。溫度影響酵母活性，適宜溫度可提升感官品質(zhì)，高于24 ℃后雖然酵母活力增強，但可能使香氣損失增加、風味下降[20]。由圖1（e） 可知，發(fā)酵7 d 時酒精度達到最高值（10.9%Vol），9 d 時感官評價最佳（84.33 分）。隨著發(fā)酵時間延長，酒精含量增加，但過長時間使糖分減少、發(fā)酵變緩，香氣損失增加。綜合考查酒精度和感官指標，選擇質(zhì)量比2∶1，接種量4%，發(fā)酵時間9 d，發(fā)酵溫度28 ℃，糖度25 °Birx為最優(yōu)單因素條件，此時產(chǎn)品感官評分和酒精度均處于較優(yōu)水平。

在單因素試驗基礎上，綜合選擇接種量、糖度、溫度、時間因素的較優(yōu)水平，設計L（934）正交試驗，確定藜麥人參果酒最佳發(fā)酵工藝條件。

正交試驗結(jié)果見表3，驗證試驗結(jié)果見表4。

圖1 發(fā)酵單因素試驗結(jié)果

表3 正交試驗結(jié)果

表4 驗證試驗結(jié)果

由表3 可知，以感官評分為指標，正交試驗極差（R） 為B＞C＞A＞D，最優(yōu)工藝條件為A1B2C1D1，即接種量4%，糖度15 °Brix，發(fā)酵溫度20 ℃，發(fā)酵時間7 d。以酒精度為指標，各因素極差（R） 依次為B＞C＞A＞D，最優(yōu)工藝條件參數(shù)組合為A3B3C3D3，即接種量4%，糖度25 °Brix，發(fā)酵溫度32 ℃，發(fā)酵時間9 d。分別進行驗證試驗，結(jié)果顯示組合1（A1B2C1D1）和組合2（A3B3C3D3） 酒精精度分別為10.9%Vol 和11.2%Vol），感官評分分別為86.28 分和89.11 分。組合2 酒精度最高，酒體醇厚，酒精度高于已開發(fā)藜麥黃酒[20]，且其感官評分也處于最優(yōu)水平，因而選擇組合2 作為研究最佳發(fā)酵工藝參數(shù)。

2.2 香氣分析

藜麥人參果果酒SPME-GC/MS 分析結(jié)果見表5。

由表5 可知，藜麥人參果酒香氣包括醇類、酸類、酯類、醛類、酚類和胺類等化合物，共鑒定出41 種揮發(fā)性物質(zhì)，占總峰面積的75.32%，其中最豐富的均為酯類（17 種），其次為醇類（4 種）、酸類（5 種） 和烷烴類（6 種），酒的香氣種類較高于杜妹玲等人[21]報道的藜麥啤酒。苯乙醇（27.04%～42.41%） 和乙酸異戊醇酯（4.31%～14.45%） 是酒中相對含量最高的醇和酯，其中苯乙醇與報道的藍靛果酒、青棗果酒一致，但因原料不同酯類一般差異較大[22-23]。醇類含量鑒定出4 種，占總峰面積的45.09%，主要是苯乙醇、異戊醇和己醇。苯乙醇呈現(xiàn)清甜的玫瑰樣花香，存在于蘋果、草莓、梨等水果中，具有殺菌作用，其純品也常用于香精香料中[24]。鑒定出的芳香醇具有芳香氣味，微溶于水，是一些芳香瑰油的主要成分，常用于合成藥物和香料的原料[25]。醇類物質(zhì)主要由原料藜麥和人參果中糖類、蛋白質(zhì)的發(fā)酵降解產(chǎn)生，主要呈現(xiàn)酒香、花香、水果香、甜香等風味，適量的高級醇可以賦予酒體優(yōu)雅的香氣特征，同時醇類也有助于其他揮發(fā)性風味化合物的溶解，醇類香氣閾值一般較低，對復合香氣的構(gòu)成有較大貢獻[26]。酸類有5 種，占總峰面積的4.54%，主要是己酸、2 - 甲基丁酸和異戊酸。己酸可賦予酒體干酪香、辛辣味等。酸類整體呈現(xiàn)出水果香味，閾值較高，對酒體的口感和后味有一定影響，可以起到助香、減少刺激、緩沖平衡及減緩酯類物質(zhì)水解的輔助作用[26]。酯類在藜麥人參果酒中有17 種，占總峰面積的14.99%。酯類物質(zhì)是酒體中種類最多的香氣，主要包括辛酸乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯、乙酸異戊醇酯等，對藜麥人參果酒特征風味有重要貢獻。例如，辛酸乙酯具有類似杏子的香氣、甜酒香，癸酸乙酯帶類似白蘭地的香韻，月桂酸乙酯具有花果香氣，棕櫚酸乙酯帶有微弱果香、奶油香等。酯類一般認為是由酵母的生物合成及醇與游離酸反應形成，大部分可以賦予酒體怡人的果香、花香、草本香和酒香，使酒體風味變的果香濃郁、酒香醇和香氣協(xié)調(diào)[21]。醛類含量有4 種，占總峰面積的3.15%。醛類賦予藜麥人參果酒中的水果香。檢測出的香葉基丙酮、大馬酮和二氫- 2 - 甲基-3（2H）-噻吩酮有助于豐富藜麥人參果酒的香氣特征。

綜上所述，酯類、酸類和醛類相對含量較高，對藜麥人參果酒的獨特香氣貢獻較大，其中苯乙醇（42.41%）、己醇（2.60%）、異戊醇（4.66%）、己酸（1.84%）、2 - 甲基丁酸（1.22%）、乙酸異戊醇酯（4.31%）、己酸乙酯（1.29%）、癸酸乙酯（1.86%）、辛酸乙酯（1.74%）、乙酸苯乙酯（1.22%）、壬醛（1.33%） 等可能是構(gòu)成酒體風味的關(guān)鍵揮發(fā)性化合物。結(jié)合驗證試驗酒精度及感官評定結(jié)果，選擇組合2 為黎麥人參果酒最優(yōu)工藝組合。

3 結(jié)論

在單因素試驗基礎上，對藜麥人參果酒發(fā)酵工藝條件進行正交試驗優(yōu)化并鑒定了成品酒香氣。結(jié)合酒精度和感官評分確定的酒最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為藜麥與人參果質(zhì)量比2∶1，糖度25 °Brix，接種量4%，發(fā)酵溫度32 ℃，發(fā)酵時間9 d，影響因素依次為糖度、溫度、酵母接種量和發(fā)酵時間。最優(yōu)條件下藜麥人參果酒色澤金黃澄亮、口感醇厚協(xié)調(diào)、藜麥和人參果典型風味突出，酒精度為11.2%Vol。藜麥人參果酒中共鑒定出41 種香氣成分，其中相對含量較高的化合物為苯乙醇（42.41%）、己醇（2.60%）、異戊醇（4.66%）、己酸（1.84%）、2 - 甲基丁酸（1.22%）、乙酸異戊醇酯（4.31%）、己酸乙酯（1.29%）、癸酸乙酯（1.86%）、辛酸乙酯（1.74%）、乙酸苯乙酯（1.22%）、壬醛（1.33%）。藜麥和人參果酒在香氣、感官品質(zhì)和酒精度上均優(yōu)于單一藜麥黃酒與人參果果酒，復配發(fā)酵在結(jié)合藜麥與人參果兩者健康優(yōu)勢的同時，可有效提升酒的品質(zhì)。

表5 藜麥人參果果酒SPME-GC/MS 分析結(jié)果