紫薯糯米黃酒的發酵規律及其香氣成分分析

李紀濤，蔣和體，束俊霞，蔣一鳴，楊夢花，程麗萍

（西南大學食品科學學院，重慶 400716）

紫薯糯米黃酒的發酵規律及其香氣成分分析

李紀濤，蔣和體*，束俊霞，蔣一鳴，楊夢花，程麗萍

（西南大學食品科學學院，重慶 400716）

以紫薯、糯米為原料，跟蹤監測紫薯糯米黃酒整個發酵過程中酒度、還原糖含量、酸度、花色苷含量等理化指標的變化，并運用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用技術對紫薯糯米黃酒主要香氣成分進行分析。結果表明：在整個紫薯糯米黃酒發酵過程中，發酵液酒度和總酸呈逐漸上升的趨勢；還原糖含量呈先下降后上升再下降的趨勢；花色苷含量則呈逐漸降低的趨勢；從紫薯糯米黃酒中共檢測出香氣物質60種，占整個峰面積的96.28%；紫薯糯米黃酒的主體香氣成分主要有異丁醇、棕櫚酸乙酯、2-辛醇、苯乙醇、辛酸乙酯、亞油酸乙酯和油酸乙酯等。

紫薯糯米黃酒，發酵規律，香氣成分，氣相色譜-質譜

紫 薯（Purple sweet potato），因 其 表 皮 和 肉 質 呈紫黑色，又名黑薯，是近幾年來發展起來的一種新型紅薯類[1]。紫薯除具有普通紅薯的營養成分外，還富含硒元素和花青素，根據一些研究表明，花青素具有抗氧化、抗突變、抗腫瘤、預防心腦血管疾病、減輕肝機能障礙等多種生理功能[2-5]。黃酒是以稻米、玉米、小麥、小米等為主要原料，經蒸煮、加曲、糖化、發酵等工序制成的釀造酒[6]，其具有色澤澄清透明、味道鮮爽可口、香氣醇厚醉人、酒精度低等特點[7]，并以其獨特的滋味著稱于世[8]。而以紫薯和糯米混合發酵的黃酒不僅具有傳統黃酒的風味，且融入了紫薯花色苷的功能成分，使紫薯糯米黃酒具備傳統黃酒沒有的保健功效。

目前，對黃酒的研究大多集中在工藝優化[9]、功能特性[10]以及釀酒原料的變換[11]上，而對黃酒發酵過程中主要成分的變化規律研究的較少。在本實驗中，以紫薯、糯米為原料，將紫薯經蒸煮、液化、糖化后和糯米生料混合進行黃酒發酵實驗，由于采用的是糯米黃酒生料釀酒曲已含有糯米糖化酶，但其對紫薯淀粉的糖化效果較弱，故采用紫薯單獨蒸煮、糖化后再發酵的工藝，從而縮短紫薯糖化時間；而直接采用糯米生料發酵可簡化黃酒生產工藝，提高生產效率，減少糯米的營養成分損失；并通過對紫薯糯米黃酒發酵過程中成分的變化進行跟蹤以及對成品黃酒的香氣成分進行分析，以期為紫薯糯米黃酒的工業化生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫薯 渝紫7號，取自四川省開江縣紫薯基地；糯米 購于重慶市北碚區永輝超市；黃酒生料釀酒曲 麗水力克生物科技有限公司；α-淀粉酶（＞4000U/g）、糖化酶（＞105U/g） 諾維信生物技術有限公司；其他試劑 均為分析純。

FA2004A電子天平 上海精天電子儀器廠；酒精計 河北省武強縣同輝儀表廠；PHS-3C pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司；數顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司；UV-2450紫外可見分光光度計、QP2010氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津公司；手動固相微萃取進樣器 美國鉑金-埃爾默公司；100μm PDMS萃取頭 美國Supelco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紫薯糯米黃酒工藝流程 紫薯→挑選、清洗→蒸煮（至無硬心）糊化→出鍋冷卻至30℃左右→破碎→加水打酵15d→倒罐除酒腳→陳釀→澄清→過濾→灌裝→殺菌→成品酒。工藝操作要點：將紫薯洗干凈，隔水蒸煮至無硬心，然后用刀切碎，按1∶1的料液比打漿[12]；調節pH為6.0，添加0.15%的α-淀粉酶，在溫度為60℃條件下液化3h；調節pH為4.5，添加0.1%的糖化酶，在溫度為60℃的條件下糖化3h。將淘洗干凈的糯米和酶解后的紫薯醪混合均勻，按10%的接種量加入黃酒曲，在溫度為25℃下發酵7d，倒罐，15℃陳釀20d，過濾、殺菌后即可得成品酒。

1.2.2 紫薯糯米黃酒理化指標的測定。

1.2.2.1 花色苷含量的測定 pH示差法[13]。

1.2.2.2 酒精度的測定 酒精計法[14]。

1.2.2.3 總酸的測定 電位滴定法[14]。

1.2.2.4 還原糖含量的測定 直接滴定法[14]。

1.2.3 紫薯糯米黃酒香氣成分分析

1.2.3.1 香氣物質提取 采用頂空固相微萃取法（HS-SPME）。取主發酵結束后的酒樣6mL加入到20mL萃取瓶中，加入1.0g NaCl，密封好后插入經老化的萃取針，置于45℃水浴中，待放穩后推出萃取針頭，頂空萃取40min后將萃取頭插入GC-MS進樣口，解析5min[15]。

1.2.3.2 GC-MS條件 氣相色譜條件：色譜柱為DB-5MS（30mm×0.25mm，0.25μm）；進樣口溫度250℃；升溫程序：35℃保持3min，以10℃/min升至110℃，保持3min，再以5℃/min升至150℃，保持2min，最后以7℃升至230℃，保持6min；載氣（He）：流速1.00mL/min，壓力53.5kPa，進樣口溫度250℃，進樣量1μL；進樣口不分流。質譜條件：電離方式EI；電子能量70eV；離子源溫度230℃；ACQ方式：Scan；四級桿溫度150℃；質量掃描范圍m/z 35～500；掃描速度769u/s[16]。

1.2.3.3 香氣成分分析 分析結果運用計算機譜庫（NIST/WILEY）進行初步檢索及資料分析，再結合文獻進行人工圖譜解析。

2 結果與分析

2.1 紫薯糯米黃酒發酵過程中酒精度的變化

圖1 紫薯糯米黃酒發酵過程中酒精度的變化Fig.1 Change in alcohol content of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

由圖1可以看出，黃酒發酵過程中，酒精度隨著發酵時間的延長而呈S型曲線增長。發酵前6d，酒精度增長緩慢；在發酵6～12d時，酒精度迅速上升；而發酵進行到12d之后，酒精度幾乎不再增加。這主要是因為在發酵過程中，所用的黃酒曲是復合酒曲，發酵前期，發酵液中的糯米淀粉還未液化、糖化，雖有紫薯醪存在，但發酵液糖含量較低，使得酒精度的增加較慢；而隨著糯米淀粉的大量糖化、液化，發酵液中糖濃度升高，發酵產物乙醇的反饋抑制也較小，這時酵母菌處于快速繁殖階段，對發酵液中糖的分解速度增快。而在發酵后期，發酵液中營養匱乏及發酵產物乙醇對酵母產生抑制作用，且大量酵母細胞處于衰老階段，此時發酵基本結束，所以酒精度基本不再增加。

2.2 紫薯糯米黃酒發酵過程中還原糖含量的變化

圖2 紫薯糯米黃酒發酵過程中還原糖含量的變化Fig.2 Change of residual sugar of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

黃酒發酵過程中還原糖含量的變化如圖2所示，從圖2中可以看出發酵前4d還原糖含量隨發酵時間的延長而緩慢降低，隨后迅速升高到最高后再降低，14d后開始趨于平緩。還原糖含量的變化趨勢也可以間接的解釋出酒精的生成趨勢，開始時糯米淀粉未酶解，發酵液中還原糖含量較低，而隨著糯米淀粉的酶解，還原糖含量迅速升高，隨后酵母大量分解產生酒精又使得還原糖降低。整個過程中，糖一部分提供酵母生長所需的能源，一部分生成酒精。

2.3 紫薯糯米黃酒發酵過程中酸度的變化

圖3 紫薯糯米黃酒發酵過程中總酸含量的變化Fig.3 Change of total acid of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

總酸含量可以反映酒的酸味，發酵過程中紫薯糯米黃酒總酸的變化如圖3所示。由圖3可知，隨著發酵時間的延長，紫薯糯米黃酒的酸度呈現出逐漸上升的趨勢。這是因為在發酵初期還原糖濃度較高，酵母和一部分產酸菌乳酸菌會迅速增殖，當數量達到一定程度時，代謝旺盛，酵母發酵產酒精和少量有機酸，產酸菌則產生大量有機酸，使總酸不斷上升，當達到3.2g/L的濃度后，酸度和酒精度的升高抑制了產酸菌的活性，綜合作用下使總酸的含量穩定在3.2g/L[17]。

2.4 紫薯糯米黃酒發酵過程中花色苷含量的變化

圖4為紫薯糯米黃酒發酵過程中花色苷含量的變化曲線，從圖4中可以看出，發酵前8d，發酵液中花色苷含量急劇下降，在8～12d內下降緩慢，而后趨于平緩，含量維持在12mg左右。發酵液中的花色苷主要來源于紫薯，而紫薯中的花色苷以矢車菊色素-3-葡萄糖和芍藥色素-3-葡萄糖的形式存在。由于紫薯的花色苷很不穩定，在發酵過程中，可能被微生物所產生的酶所降解[18]。所以隨發酵時間延長，花色苷含量總體呈下降趨勢。

2.5 紫薯糯米黃酒香氣成分的GC-MS分析

圖5所示為紫薯糯米黃酒香氣成分的GC-MS總離子流圖，各組分的分析鑒定結果如表1所示。經計算機譜庫（NIST/WILEY）進行初步檢索。保留相似度大于等于80的化合物，再結合相關文獻資料，可初步定性紫薯糯米黃酒的香氣組分有60種，其占總峰面積的96.28%。其中，相對含量較高的香氣物質主要為：異戊醇、棕櫚酸乙酯、2-辛醇、苯乙醇、辛酸乙酯、亞油酸乙酯、油酸乙酯、2-甲基苯并呋喃、肉豆蔻酸乙酯和1-[5-（3-呋喃基）]-2-戊酮等，其相對含量分別為：19.89%、10.39%、8.48%、6%、5.64%、4.82%、4.05%、3.77%、3.75%和3.65%。

圖4 紫薯糯米黃酒發酵過程中花色苷含量的變化Fig.4 Change of anthocyanins of purple sweet potato and glutinous rice wine during fermentation process

圖5 紫薯糯米黃酒香氣成分的總離子流圖Fig.5 Total ion chromatogram of aromatic components in purple sweet potato and glutinous rice wine

表1 紫薯糯米黃酒香氣成分的鑒定結果Table 1 Identification of aromatic components in purple sweet potato and glutinous rice wine

由表1可知，在紫薯糯米黃酒的香氣成分中，醇類6種、酯類25種、醛酮類10種、烷烴烯烴類15種以及其他類4種，相對含量分別為醇類35.07%、酯類

42.71%、醛酮類6.13%、烷烴烯烴類5.59%和其他類6.78%，其中醇類中相對含量比較高的成分有異戊醇（19.89%）、2-辛醇（8.48%）和苯乙醇（6%），酯類中相對含量比較高的成分主要有棕櫚酸乙酯（10.39%）、辛酸乙酯（5.64%）、亞油酸乙酯（4.82%）和油酸乙酯（4.05%）。從紫薯糯米黃酒香氣成分的鑒定結果可以看出，醇類和酯類物質占的比例較高，相對含量達到了77.78%，這說明酒中醇類和酯類物質對酒的香氣特征起著主要作用。

續表

從酒的香氣分析結果可知，紫薯糯米黃酒的香氣成分中含有較多的異戊醇、苯乙醇、棕櫚酸乙酯和辛酸乙酯，這些物質在形成紫薯糯米黃酒基本香氣中具有重要的作用。發酵酒香氣的基本成分為揮發性物質中的4大酯類（乙酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯和辛酸乙酯）和兩大醇類（異丁醇和異戊醇），其他的揮發性成分只是對上述物質的修飾語補充[19]。而異戊醇是強的致香劑，使苦澀的氨基酸（亮氨酸）減少，對酒體口感有很大的改善；苯乙醇作為米香型酒的主體香味成分之一，具有蜜香玫瑰味的清雅香氣，落口有綿甜清爽之感[20]。紫薯糯米黃酒的香氣成分中異戊醇、辛酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯均被檢出。

3 結論

3.1 在紫薯糯米黃酒發酵過程中，黃酒的理化參數會隨著酵母菌的生長繁殖而發生變化。對整個發酵過程中紫薯糯米黃酒的發酵規律研究結果表明：在發酵的前期，發酵液中酒精含量增加較為緩慢，隨后迅速增加，發酵后期，發酵液中酒精含量不再增加；發酵液中還原糖含量的變化趨勢為先下降后上升至最高值，隨后逐漸降低至4g/L后發酵過程結束；整個發酵過程中，發酵液中總酸含量呈現一直上升的趨勢；發酵前期發酵液中花色苷含量下將迅速，后期變化趨于平緩。

3.2 采用頂空固相微萃取（SPME）與氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）分析紫薯糯米黃酒的香氣成分，初步鑒定出60種化合物，占總峰面積的96.28%，其中相對含量較高的香氣物質為異丁醇（19.89%）、棕 櫚 酸 乙 酯（10.39%）、2- 辛 醇（8.48%）、苯 乙 醇（6%）、辛酸乙酯（5.64%）、亞油酸乙酯（4.82%）和油酸乙酯（4.05%）等。

[1]郝萍萍，黃玉蓮，張楷正，等.紫薯清酒的制備研究[J]. 釀酒科技，2011（10）：21-24.

[2]Choi S W，Chang E J，Ha T Y，et al.Antioxidative activity of acylate anthocyani isolated from fruit and vegetables[J].J Food Sci Nutr，1997，2（3）：191-196.

[3]Matsui T，Ebuchi S，Fukui K，et al.Anti-hyperglycemic effect of diacylated anthocyanin derived from Ipomoea batatas cultivar ayamurasaki can be achieved through the alpha-glucosidase inhibitory action[J].Agric Food Chem，2002，50（25）：7244-7248.

[4]李彥青，盧森權，黃詠梅. 紫色甘薯花青素的應用前景[J].安徽農業科學，2008，36（29）：12641-12642.

[5]Truong V，Deighton N，Thompson R T，et al.Characterization of Anthocyanins and Anthocyanidins in Purple-Fleshed Sweet potatoes by HPLC-DAD/ESI-MS/MS[J].Agric Food Chem ，2010，58（2）：404-410.

[6]羅濤，范文來，徐巖.中國黃酒中揮發性和不揮發性物質的研究現狀與展望[J]. 釀酒，2007，34（1）：44-48.

[7]楊國軍，潘興祥，李博斌.黃酒中無機元素來源及其與酒質關系研究[J]. 釀酒，2005，32（1）：45－49.

[8]胡普信. 中國黃酒科技與文化的現狀及發展[J]. 中國黃酒，2008（1）：10－15.

[9]蘭瑩，方組成，覃玉全，等. 糯米黃酒發酵工藝的優化[J]. 湖北農業科學，2012，51（13）：2825-2827.

[10]尚小利，惠明，田青.黍米黃酒的生產現狀及功能成分研究進展[J]. 釀酒科技，2011（1）：85-88.

[11]姚立華，何國慶，陳啟和.以馬鈴薯為輔料的黃酒發酵條件優化[J]. 農業工程學報，2006，22（12）：228-233.

[12]張村雪，朱渭兵，李志西，等.紫甘薯醋及其不同發酵階段產物的抗氧化活性[J].食品科學，2013，34（11）：88-93.

[13]Rapisarda P，Fallico B，Izzo R，et al.A simple and reliable method for determining anthocyanins in blood orange juices[J]. Agrochimica，1994，38（1-2）：157-164.

[14]全國食品工業標準化技術委員會釀酒分技術委員會.GB/ T15038-2006 中國標準書號[S].北京：中國標準出版社，2008.

[15]李銳，馮奎，吳婧.不同來源釀酒酵母對柑橘果酒香氣成分的影響[J]. 食品科學，2010，31（17）：206-213.

[16]鄧開野，黃小紅，白衛東.貯藏條件對荔枝酒香氣成分的影響[J]. 食品科學，2013，34（12）：304-307.

[17]趙梅，冷云偉，李鵬.黃酒發酵過程分析及關鍵點的控制[J]. 江蘇調味副食品，2009，26（5）：30-34.

[18]楊雅利，沈海亮，闞建全.紫色甘薯酒香氣成分分析和發酵規律[J]. 食品科學，2012，33（12）：242-246.

[19]師艷秋，辛秀蘭. 紅莓發 酵酒香氣 成分的GC-MS分 析[J].食品科學，2007，28（12）：420-422.

[20]鮑忠定，許榮年.黃酒香氣成分的分析[J].釀酒科技，1999，95（5）：65-67.

權威·核心·領先·實用·全面

Analysis of fermentation rule and aromatic composition in purple sweet potato and glutinous rice wine

LI Ji-tao，JIANG He-ti*，SHU Jun-xia，JIANG Yi-ming，YANG Meng-hua，CHENG Li-ping
（College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China）

Changes of alcohol degree，residual sugar，total acid and anthocyanins content were tracked during the whole fermentation of purple sweet potato and glutinous rice wine.Moreover，automatic static headspacesolid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry was used in the wine’s aromatic composition analysis.Results showed that alcohol degree and total acid tended to gradually increase，residual sugar content were decreased at early fermentation then increased and at last it decreased，and the content of anthocyanins were decreased gradually during the fermentative process.Sixty aroma-active compounds were identified from purple sweet potato and glutinous rice wine ，accounting for 96.28%of the total peak area.The major aroma-active compounds were isobutanol，ethyl palmitate，2-octanol，benzyl alcohol，ethyl caprylate，linoleic acid ethyl ester and ethyl oleate.

purple sweetpotato and glutinousrice wine ； fermentation rule ； aromatic composition ； gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）

TS262.7

A

1002-0306（2014）20-0221-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.20.040

2013-12-23

李紀濤（1989-），男，碩士研究生，研究方向：現代食品加工理論與技術。

* 通訊作者：蔣和體（1963-），男，博士，教授，研究方向：農產品加工。