馬鈴薯發酵酒發酵工藝優化及其香氣成分分析

楊 莉，葉 英，陳碧欽，羅貞媛，劉 娜，文和明，李華健

（1.普洱學院，生物與化學學院，云南普洱 665000；2.廣南縣農業技術推廣服務中心，云南廣南 663300；3.文山州農業科學院，云南文山 663000）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.） 屬于茄科茄屬植物，是世界上僅次于小麥、稻谷和玉米的第四大糧食作物，具有十分重要的經濟和戰略地位[1-2]。馬鈴薯營養豐富，因其含有人體必需氨基酸（尤其是第一限制性氨基酸- 賴氨酸），以及高淀粉、高膳食纖維、低脂肪含量，深受消費者喜愛，并且是生物活性化合物和抗氧化劑的良好來源，包括酚酸類（含量為49～1 400 mg/kg DM，其中主要為綠原酸）和抗壞血酸，多食馬鈴薯可提高血液和組織的抗氧化水平，對抗氧化應激，降低膽固醇，有助于降低心血管疾病等多種疾病的風險[3]。此外，馬鈴薯還含有豐富的維A6、維B1、維B2、維B6、葉酸、鉀、鎂、鐵和類胡蘿卜素等，在預防疾病和美容養顏等方面應用潛力巨大[4-5]。

在《農業部關于推進馬鈴薯產業開發的指導意見》 （農發[2016]1 號） 文件中指出：積極推進馬鈴薯產業開發，意義十分重大[6]。我國作為馬鈴薯生產大國，在馬鈴薯精深加工方面卻相對滯后，產品附加值較低，加工產品單一，是制約我國馬鈴薯加工業發展的主要原因之一[7-8]。據報道，我國的馬鈴薯有50%以上用于鮮食，用于加工的僅占15%左右，還有10%～15%由于滯銷、貯藏不當、病害等導致腐爛，造成巨大的經濟損失[9-10]。目前，對馬鈴薯酒的研究主要集中在釀造工藝優化及在釀酒過程中將馬鈴薯作為輔料添加對酒品質的影響上，如何正文[11]、林巧等人[12]、蒙羅紅等人[13]、王健等人[14]對馬鈴薯酒發酵工藝條件進行了優化，梁強等人[15]的研究表明，在米酒釀造過程中，適量添加馬鈴薯（25%～50%）可增加米酒中的粗纖維、維C、總酸含量和乙醇體積分數，并減少粗蛋白、氨基酸和還原糖含量，降低糖酸比，起到均衡營養、改善口感、豐富香氣成分的作用；姚立華等人[16]也認為馬鈴薯是一種新型的釀酒輔料，能提高黃酒的營養價值。對馬鈴薯發酵酒的香氣成分分析還鮮有報道。張佳笑等人[5]認為酒曲包含多種微生物，用其發酵釀酒可賦予發酵酒特有的風味和口感，制得的發酵酒營養豐富，天然健康，還具有一定的食療功效。為不斷開發新產品，拓寬馬鈴薯產業發展渠道，促進提質增效，本研究以馬鈴薯為原料，進行單因素試驗、正交試驗，選出馬鈴薯發酵酒的最佳工藝條件，運用氣相色譜-質譜技術（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 進行香氣成分分析，以期為馬鈴薯發酵酒的開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.），購自普洱市思茅區大興超市；白酒酒曲（酵母、根霉、復合酶制劑），安琪酵母有限責任公司提供；α - 淀粉酶，濟南萬豐有限公司提供。

1.2 儀器與設備

C21-IHO1KJ 型電磁爐，浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司產品；HPX-B80 型恒溫培養箱，廣東美的生活電器制造有限公司產品；CX-12000 型電子秤，東莞南城長協電子制造廠產品；JC-6800 型氣相色譜質譜聯用儀，江蘇天瑞儀器股份有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯發酵酒的釀造工藝

采用張佳笑等人[5]的方法釀造馬鈴薯酒，釀造工藝如下：新鮮馬鈴薯→清洗去皮→切塊蒸制→打漿→液化→糖化→過濾→滅菌→接曲→發酵→殺菌→冷卻→馬鈴薯酒。

1.3.2 馬鈴薯發酵酒單因素試驗

（1） 料液比對馬鈴薯發酵酒的影響。馬鈴薯漿液（熟化馬鈴薯∶水） 的配比為1∶2，1∶4，1∶5，1∶7（g∶mL），酒曲添加量為0.7%，α - 淀粉酶添加量為0.7%，并于30 ℃條件下發酵，發酵時間為48 h，觀察不同料液比發酵對酒品質的影響，確定最佳料液比。

（2） α - 淀粉酶添加量對馬鈴薯發酵酒的影響。將等量的馬鈴薯漿液中分別添加0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%的α - 淀粉酶，并添加0.7%的酒曲，于30 ℃條件下發酵48 h，確定最佳α - 淀粉酶的添加量。

（3） 酒曲添加量對馬鈴薯發酵酒的影響。將等量的馬鈴薯漿液中分別添加0.3%，0.5%，0.7%，0.9%的酒曲，并添加0.7%的α - 淀粉酶，于30 ℃條件下發酵48 h，觀察酒曲添加量對酒品質的影響，確定最佳酒曲添加量。

（4） 發酵溫度對馬鈴薯發酵酒的影響。將等量的馬鈴薯漿液中，添加0.7%的酒曲和α - 淀粉酶，分別于25，30，34，38 ℃條件下發酵48 h，觀察發酵溫度對酒品質的影響，確定最佳發酵溫度。

（5） 發酵時間對馬鈴薯發酵酒的影響。將等量的馬鈴薯漿液中添加0.7%的酒曲和α - 淀粉酶，并于30 ℃條件下分別發酵24，36，48，60 h，觀察不同發酵時間對馬鈴薯發酵酒品質的影響，確定最佳的發酵時間。

1.3.3 馬鈴薯發酵酒正交試驗優化

在單因素試驗的基礎上，采用正交設計助手軟件以馬鈴薯酒料液比（A）、α - 淀粉酶添加量（B）、酒曲添加量（C）、發酵時間（D） 設計四因素三水平正交試驗，進行感官評定選出最優工藝配方。

1.4 感官評定標準

參照張佳笑等人[5]的方法，請專業人員對產品進行感官評分，根據評定標準分別對馬鈴薯酒的色澤、香氣、口感和風味進行評分。

感官評定標準[5]見表1。

表1 感官評定標準

1.5 香氣成分分析

（1） 香氣成分的提取。利用頂空固相微萃取法（Headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）對香氣物質進行富集。稱取試樣1 g 于250 mL 頂空提取瓶→10.0 mL 沸水→60 ℃水浴平衡5.0 min→DVB/CAR/PDMS 提取頭（取樣前于250 ℃下在GCMS 進樣口中陳化30 min） →人工固相微萃取手柄→60 ℃水浴提取60 min→氣相GC-MS 進樣口進行解吸附[17]。

（2） GC 條件。DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進樣口和輸送線的溫度分別為280～270 ℃，載氣為氦→無分流進樣。加熱步驟：于60 ℃條件下維持3.0 min→以4.0 ℃/min 的速度升至280 ℃→并維持2.5 min→60.5 min 的分析。

（3） MS狀態。電子離子源，溫度為220 ℃，70 eV電離能，33～600 U 的質量掃描范圍。

（4） 定性和定量分析。依據王慧君等人[6]的研究，對樣品中揮發性物質進行了定性和定量分析。

1.6 統計分析

所有試驗至少重復3 次，采用軟件SPSS 20.0 進行數據分析，測定結果均以平均值±標準差來表示。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯發酵酒單因素試驗

2.1.1 料液比對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

料液比對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響見圖1。

圖1 料液比對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

由圖1 可知，感官評分先增加而后減小，在料液比為1∶5（g∶mL） 時感官評分最高為88.6 分，此時馬鈴薯酒色澤和品質良好，酒香氣濃郁。當料液比超過1∶5（g∶mL） 時，可溶性固形物較多，由于α - 淀粉酶量不變，漿液水解不完全，出現酸味，品質降低，影響其口感。故馬鈴薯最佳料液比為1∶5（g∶mL）。

2.1.2 α - 淀粉酶添加量對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

將不同添加量的α - 淀粉酶添加到馬鈴薯漿液中，觀察同一階段α - 淀粉酶對發酵馬鈴薯酒品質的影響。

α - 淀粉酶添加量對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響見圖2。

圖2 α - 淀粉酶添加量對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

由圖2 可知，當添加量為0.1%，0.3%，0.5%時，感官評分逐漸降低酒體品質表現為偏酸，有異味，口感較差；當α - 淀粉酶添加量為0.7%時，馬鈴薯酒色澤均勻、酒體清澈、酒香味濃郁、無異味，感官評分最佳為87.7 分；當α - 淀粉酶的添加量大于0.7%時，馬鈴薯酒色澤混濁、有異味，口感反而下降[18]。因此，確定α- 淀粉酶的添加量為0.7%。

2.1.3 酒曲添加量對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

酒曲添加量對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響見圖3。

圖3 酒曲添加量對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

稱取不同的酒曲（0.30%，0.50%，0.70%，0.90%，1.10%） 進行發酵，密封后放置于30 ℃條件下發酵。由圖3 可知，馬鈴薯酒的感官得分隨著酒曲添加量增加先升高而后降低，在添加0.7%的酒曲時，感官得分最高達86.7 分，口感醇香、無酸味。當酒曲量太多時，產生異味，在進行發酵時添加酒曲過少會影響發酵的品質，達不到預期的發酵效果。因此，確定酒曲最適添加量為0.7%。

2.1.4 不同發酵溫度對產品感官評分的影響

發酵溫度對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響見圖4。

圖4 發酵溫度對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

向滅菌后的馬鈴薯漿液加入酒曲，分別放入溫度為25，30，34，38 ℃的培養箱中發酵。由圖4 可知，隨著發酵溫度的升高感官評分先升高后降低，在30 ℃感官評分最佳為85.8 分，此時發酵酒色澤均勻一致，無雜質，無異味，滋味較好。當發酵溫度在25 ℃時無異味，口味較淡，可能是由于是溫度太低抑制了微生物的生長，導致微生物代謝太慢[19]；當發酵溫度大于30 ℃時，馬鈴薯酒酸味明顯，且有異味。因此，確定馬鈴薯酒的最佳發酵溫度為30 ℃。

2.1.5 不同發酵時間對產品感官評分的影響

發酵時間對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響見圖5。

圖5 發酵時間對馬鈴薯發酵酒感官評分的影響

由圖5 可知，隨著發酵時間的延長，感官評分呈先增加后減小的趨勢，發酵時間過短，酒的香氣不夠濃郁，口感差；發酵時間過長會使酒產生濃郁的酒香，無苦澀味[20]。因此，確定馬鈴薯酒最佳發酵時間為48 h。

2.2 正交試驗評定結果

在單因素試驗基礎上，以料液比（A）、α - 淀粉酶添加量（B）、酒曲添加量（C）、發酵時間（D）為4 個單因素進行正交試驗。

正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果

由表2 可知，影響馬鈴薯酒感官的因素主次順序為D＞B＞A＞C，即發酵時間＞α - 淀粉酶添加量＞料液比＞酒曲添加量，最佳組合是A1B2C2D2，此時馬鈴薯發酵酒的色澤均勻，有濃郁的酒香味，無雜質，無異味，無酸味，口感最佳。Zhao S D 等人[21]的研究也表明發酵時間對馬鈴薯作為輔料添加釀酒對酒品質影響較大。由于正交試驗理論最優水平A1B2C2D2與實際最優水平A1B2C3D3不一致，為判斷這2 個組合有無顯著性差異，對2 組試驗進一步比較驗證。

正交試驗因素水平設計見表3。

表3 正交試驗因素水平設計/分

由表3 可知，組合A1B2C2D2略高，即料液比1∶4（g∶mL），α - 淀粉酶添加量0.7%，酒曲添加量0.7%，發酵時間48 h 的馬鈴薯發酵酒評分最高，色澤透亮、酒香氣濃郁、口感最佳。

2.3 香氣成分指標檢測結果

馬鈴薯酒中的香氣成分見表4。

表4 馬鈴薯酒中的香氣成分

由表4 可知，馬鈴薯酒香氣成分有6 類29 種物質，主要包括有機酸3 種、11 種酯類、1 種酚類、8 種醇類、5 種烴類、1 種呋喃類。其中，乙酸乙酯、乙醇、辛酸辛酯、異辛酸、苯乙醇、丁二酸二乙酯、異戊醇相對含量較高，是馬鈴薯發酵酒揮發性物質的主要成分，與林巧[17]、李水玲[22]的研究結果相似。

醇類物質主要在糖發酵和酵母代謝中產生，表現為甜香、花果香，是酒中重要的呈味物質[18]。馬鈴薯酒中醇類物質共檢測出8 種化合物，其中，苯乙醇含量較高，是由酵母利用糖或由苯丙氨酸代謝產生的高級醇，可賦予馬鈴薯酒豐富的風味，還具有抑菌作用[23]。α - 松油醇可賦予馬鈴薯發酵酒檸檬味和丁香味，使其具有特殊的香氣[24-25]。

酯類是構成酒香氣和呈味的主要成分，對酒的風味有影響。馬鈴薯酒中檢測出酯類化合物有11 種，香氣成分中占比最大，是馬鈴薯酒的主要風味成分。其中酯類以辛酸乙酯、乙酸乙酯、丁二酸二乙酯為主，可以賦予馬鈴薯酒清香、果香味等[26]。其中辛酸乙酯感官表現為脂肪、奶油、蘑菇、椰子、水果、白蘭地酒味[27]；乙酸乙酯具有菠蘿甜果味，是甜酒中較為常見的一種香氣物質[28]，促使酒體醇和，與其他香味成分相互影響、相互協調，使馬鈴薯酒香味優美、醇厚[29]。

有機酸類主要物質為異辛酸、乙酸，酒中的酸類物質能帶給酒體結構感，其中的辛酸具有奶酪味、澀味，對酒的整體結構具有很重要的作用，而乙酸則是影響酒體質量的一個比較重要的因素，賦予酒體醋味[30]。除醇類、酯類、有機酸外，還有烴類、呋喃類，這些物質的存在豐富了酒體風味[31]。

3 結論

根據單因素試驗和正交試驗的結果分析，得到了馬鈴薯酒在30 ℃發酵溫度下最佳的發酵工藝配方，即料液比為1∶5（g∶mL），淀粉酶添加量為0.7%，酒曲添加量為0.7%，發酵時間為48 h。在此最優發酵條件下得到的馬鈴薯酒光澤透亮、無雜質、無異味、氣味濃郁、無酸味。

利用GC-MS法對馬鈴薯酒香氣成分進行分析，得到香味物質6 類29 種，主要包括3 種有機酸、11 種酯類、1 種酚類、8 種醇類、5 種烴類、1 種呋喃類。其中乙酸乙酯、乙醇、辛酸辛酯、異辛酸、苯乙醇、丁二酸二乙酯、異戊醇相對含量較高，是馬鈴薯發酵酒揮發性物質的主要成分。