不同發酵方法釀造西瓜醋的揮發性成分分析

張義杰，谷　云，祁勇剛，李詩瑤，白　燁，陳　洋，高　冰（.湖北省食品質量安全監督檢驗研究院，湖北 武漢 430000；.湖北工業大學 食品與制藥工程學院，湖北 武漢 430068；3.武漢市鑫宏食品釀造科研所，湖北 武漢 43005）

不同發酵方法釀造西瓜醋的揮發性成分分析

張義杰1，谷云2，3，祁勇剛2，3，李詩瑤1，白燁2，陳洋2，高冰2*
（1.湖北省食品質量安全監督檢驗研究院，湖北 武漢 430000；2.湖北工業大學 食品與制藥工程學院，湖北 武漢 430068；3.武漢市鑫宏食品釀造科研所，湖北 武漢 430051）

采用頂空固相微萃取-氣質聯用技術，對液態醋酸發酵（Liquid）和固態醋酸發酵（Solid）2種發酵方法釀造的西瓜醋的揮發性成分進行了測定與分析。根據Nist08數據庫檢索、定性和揮發性成分匹配度等方法，分別鑒定出42種和27種揮發性成分，分別占各自總揮發性成分的91.65%和92.31%。2種方法制備西瓜醋中，都含有醇類、醛類、酸類、酯類、烴類和呋喃類物質，醇類、醛類、酸類和酯類是西瓜醋中主要的揮發性成分。液態醋酸發酵中含有2種酮類物質，固態醋酸發酵中沒有；液態醋酸發酵比固態醋酸發酵多15種揮發性成分，更有效的保留了西瓜中的揮發性成分。

西瓜醋；揮發性成分；發酵方法；固相微萃取；氣質聯用

西瓜（Citrullus lanatus）是夏季炎熱季節最好的解暑水果，且具有極高的營養價值。目前，我國的西瓜一般是直接食用。在夏季，西瓜大量上市季節，總會由于天氣變化、西瓜本身成熟度或保藏難題，導致大量西瓜滯銷、丟棄，瓜農損失慘重。目前，果醋市場被看好，并逐漸在軟飲料市場占有一席之地［1-5］。西瓜糖分含量高，適宜釀造果醋，可以解決西瓜大量上市滯銷、保藏難問題。繆杰［6］研究了西瓜醋，以西瓜皮、破損西瓜、大米為原料，采用固態發酵工藝，釀制了保健型西瓜醋，并對產品進行了質量分析。吳光明等［7］以西瓜為原料，采用固定化酵母進行酒精發酵、采用液體發酵法生產西瓜醋，并研究了2次發酵的工藝參數，對產品進行了技術指標分析。李西騰［8］以西瓜為原料，采用固定化醋酸菌技術制備了西瓜醋，得出發酵工藝的具體參數，也對西瓜醋的技術指標進行了分析測定。有關西瓜醋的研究基本都是針對西瓜醋的發酵工藝進行了研究，并分析產品技術參數［9-12］，少見有對西瓜醋的揮發性成分進行測定、分析。為了探索和比較液態發酵法和固態發酵法釀造的西瓜醋香氣成分的優劣，特以西瓜為原料，分別在醋酸發酵階段采用固態發酵和液態發酵兩種方法制備西瓜醋，采用頂空固相微萃取（solid-phasemicro-extraction，SPME）和氣質聯用（gaschromatographymassspectrometry，GC-MS）［13-14］分析兩種發酵方式制備的成品揮發性成分，確定更好的發酵工藝，釀造風味優良的西瓜醋。

1　材料與方法

1.1料與試劑

1.1.1料

西瓜：市售，去皮取汁，汁液總糖為10°Bx；麩皮、谷殼：市售。

1.1.2劑

C5-C26正構烷烴標樣：美國AccuStandard公司；乙酸乙酯、苯乙醇（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；乙酸（色譜純）：美國Sigma公司。

1.1.3種與培養基

安琪釀酒高活性干酵母、安琪生香釀酒高活性干酵母：安琪酵母公司；滬釀AS1.01：購自廣東省微生物研究所菌種保藏中心；醋酸菌活化培養基：葡萄糖1%、酵母膏1%、瓊脂2%，115℃滅菌15min后冷卻至50℃加入1%碳酸鈣和體積分數3%乙醇。

醋酸菌液體種子培養基：葡萄糖1%、酵母膏1%、115℃滅菌15min后冷卻至50℃加入體積分數4%乙醇。

1.2器與設備

手動SPME進樣器、75μm CAR-PDMS、100μm PDMS萃取頭：美國Supelc公司；HP6890-5973氣相色譜-質譜聯用儀：美國Agilent公司；PC-420磁力恒溫攪拌器：美國Corning公司；HRN32手持折射儀：德國托摩根公司；SW-CJ-2D凈化工作臺：廣州瑞智科學儀器有限公司；LHS-250SC型智能型恒溫恒濕箱：上海浦東榮豐科學儀器有限公司；大型SLY-2112B型立式雙層大容量恒溫培養搖床：金壇市盛藍儀器制造有限公司；YM系列A型立式壓力蒸汽滅菌器：上海三申醫療器械有限公司；200L自制醋酸發酵速釀塔，包括手動淋澆裝置、200 L自制帶假底醋酸固態發酵罐：南京匯科生物工程設備有限公司。

1.3法

1.3.1瓜醋的釀造工藝流程及操作要點

操作要點：

西瓜榨汁：添加白砂糖，調整糖度至12°Bx，混合均勻；

加酵母：按說明書活化安琪釀酒高活性干酵母和安琪生香釀酒高活性干酵母；

酒精發酵：將活化好的酵母菌，加入調好糖度的西瓜汁，混合均勻，33℃保溫、密封，開始酒精發酵，酒精度不再上升時，發酵結束，得酒醪；

種子液制備：按照工業用醋酸菌培養步驟［15］，制備醋酸菌種子液；

固態醋酸發酵（solid）：將40 kg麩皮和50 kg谷殼混合均勻加入到帶假底醋酸固態發酵罐內，35℃保溫，接著均勻撒入制備好的醋酸菌種子液500m L，2 h后，加入酒醪，開始發酵，每隔24 h翻醅，每當醅溫達到40℃，將假底的醋液從罐頂淋下降溫，總酸含量不變時，發酵結束；

液態醋酸發酵（liquid）：玉米芯蒸煮滅菌后，移至醋酸發酵速釀塔內，留有距塔頂20 cm高的空間，36℃保溫，接著均勻撒入制備好的醋酸菌種子液500m L，2 h后，加入酒醪，開始發酵，每隔4 h，將假底的醋液從塔頂淋下，總酸含量不變時，發酵結束；

陳釀：醋酸發酵結束，將假底的醋液取出，移至陳釀罐中陳釀24 h，分析測定。

1.3.2樣品處理

將5m L醋樣品置于15m L樣品瓶中，加入2.5 g氯化鈉，將SPME萃取頭通過瓶蓋插入到樣品的頂空部分，退出纖維頭，50℃頂空吸附40m in，攪拌轉速250 r/m in，萃取完成后抽回纖維頭，從樣品瓶中拔出萃取頭，再將萃取頭插入氣相色譜進樣口進行解吸。

1.3.3器條件

色譜條件：DB-1701色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm），載氣He，流速1m L/m in，不分流，進樣口溫度250℃。柱溫：起始溫度32℃，以3℃/min升溫至120℃，再以10℃/min升溫至250℃，保持10min。進樣量5μL。

質譜條件：接口溫度250℃，離子源溫度230℃，電離方式為電子電離（electron ionization，EI），電子能量70 eV，四級桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，掃描質量范圍33～450 amu。

1.3.4標測定

糖度使用HRN32手持折射儀；酒精度采用GB/T13662—2008《黃酒》中的酒精度測定方法測定；酸度采用GB 18187—2000《釀造食醋》中總酸的測定方法測定。

1.3.5據處理

定量分析采用峰面積歸一化法。通過HP-Chemstation System增強型數據分析工作站Nist08標準譜庫自動檢索各組分質譜數據，按照標準譜圖及保留指數對機檢結果進行核對和確認。列舉了匹配度大于70%的鑒定結果并比較。

2　結果與分析

2.1態和液態醋酸發酵釀造的西瓜醋的揮發性風味成分分析

固態和液態2種發酵方法所得的西瓜醋的揮發性風味成分的GC-MS總離子流色譜圖見圖1。對所有成分經譜庫檢索和其他方法核實，從實驗制備的2種發酵西瓜醋中分別鑒定出46種揮發性化合物，結果見表1。

圖1（A）和表1的結果顯示，固態醋酸發酵釀造的西瓜醋中，共檢測出匹配度大于70%的揮發性成分42種，占總揮發性成分的91.65%。其中醇類5種、醛類8種、酮類2種、酸類5種、酯類11種、烴類9種、其他2種，各類成分分別占總揮發性成分的百分比為15.65%、1.82%、0.77%、33.82%、30.89%、7.27%和1.43%。含量超過1%的揮發性成分有：乙醇（1.84%）、苯乙醇（11.63%）、順-3-壬烯醇（1.34%）、乙酸（31.54%）、苯乙酸（1.32%）、乙酸乙酯（9.49%）、乙酸異戊酯（3.98%）、乙酸苯乙酯（13.49%）、戊酸乙酯（1.24%）、3-己烯（1.29%）、2-戊烯（2.58%）、2，4-二叔丁基苯酚（1.27%）、2-戊基-呋喃（1.24%）。

圖1　固態（A）和液態（B）發酵釀造西瓜醋揮發性成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig．1 Total ion chromatogram of GC-MS for volatile arom atic com ponents in waterm elon vinegar w ith solid（A）and liquid（B）ferm entation

表1　2種不同發酵方法釀造西瓜醋揮發性成分的GC-MS分析結果Tab le 1 Analytical results of GC-MS for vola tile arom atic com ponents in waterm elon vinegar w ith two different ferm entation processes

續表

從圖1（B）和表1可以得出，液態發酵釀造的西瓜醋中，共檢測出匹配度大于70%的揮發性成分27種，占總揮發性成分的92.31%。其中醇類3種、醛類5種、酸類5種、酯類9種、烴類4種、其他1種，各類成分分別占總揮發性成分的百分比為：12.24%、1.95%、26.38%、50.50%、1.58%和0.11%。含量超過1%的揮發性成分有：乙醇（1.95%）、苯乙醇（10.16%）、乙酸（43.43%）、2-氨基-6-甲基-苯甲酸（1.36%）、乙酸乙酯（9.57%）、乳酸乙酯（1.88%）、乙酸異丁酯（1.42%）、乙酸異戊酯（3.97%）、乙酸苯乙酯（23.94%）、己酸乙酯（8.43%）、2，4-二叔丁基苯酚（1.19%）。

2.2態和液態兩種發酵方法釀造的西瓜醋的揮發性風味成分對比分析

采用液態醋酸發酵方法釀造西瓜醋，整個醋酸發酵過程只需要72 h即可完成（總酸含量恒定），而采用固態發酵方法釀造，則需要7～8 d完成（總酸含量恒定），發酵方法的不同可能對西瓜醋的揮發性成分產生一定的影響。從表1可以看出，2種發酵方法釀造西瓜醋揮發性成分差異較大，固態發酵揮發性成分有42種，而液態發酵揮發性成分只有27種。二者相同的成分共有23種，其中醇類3種（乙醇、1-己醇、苯乙醇），醛類3種（辛醛、糠醛、3，5-二甲基-苯甲醛），酸類5種（乙酸、2-氨基-6-甲基-苯甲酸、己酸、辛酸、苯乙酸），酯類7種（乙酸乙酯、乙酸異丁酯、乙酸異戊酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯），烴類4種（六甲基環三硅氧烷、八甲基環四硅氧烷、3-乙基苯酚、2，4-二叔丁基苯酚），其他1類（2-戊基-呋喃）。

在兩種發酵方法中，液態發酵中含有的壬醛、癸醛、丁酸乙酯和乳酸乙酯在固態發酵中沒有檢測到，壬醛、癸醛為西瓜中含有的醛類物質［16］，證明固態發酵方法保留了西瓜中的2種醛類揮發性成分，而它們在液態發酵方法中可能轉化或者揮發了；丁酸乙酯和乳酸乙酯是固態發酵釀制醋中含有的2種酯類物質，由于固態發酵是半封閉發酵，且發酵周期長（是液態發酵的2.5倍）在發酵過程中會混入乳酸菌、芽孢桿菌，從而產生更多的非西瓜揮發性成分。液態發酵方法制備的西瓜醋，醋酸發酵時間為僅為3 d，相比于固態發酵方法，可以更多的保留西瓜中原有的揮發性成分。醇類2種（1-辛醇、順-3-壬烯醇）、醛類4種（己醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛、苯甲醛）、酯類4種（乙酸己酯、己酸辛酯、丙位壬內酯、丙位辛內酯）、烴類3種（3-己烯、2-戊烯、3-甲基-6-環己烯）、其他1種（2，3-二甲基萘）等液態發酵中含有的揮發性成分皆為西瓜風味的主要貢獻物質［17］，而在固態發酵中為檢測到，可能已揮發或轉化。

2種方法釀造的西瓜醋中，含量較高的相同揮發性成分為：苯乙醇（液態發酵11.63%、固態發酵10.16%）、乙酸乙酯（9.49%、9.57%）、乙酸異戊酯（3.98%、3.97%）、乙酸苯乙酯（13.49%、23.94%）、2，4-二叔丁基苯酚（1.27%、1.19%），其中液態發酵特有的主要成分有：順-3-壬烯醇1.34%、苯乙酸1.32%、戊酸乙酯1.24%、丙位辛內酯0.93%、3-己烯1.29%、2-戊烯2.58%、2-戊基-呋喃1.24%，在固態發酵中，2-氨基-6-甲基-苯甲酸1.36%、乳酸乙酯1.88%、乙酸異丁酯1.42%、己酸乙酯8.43%。其中，順-3-壬烯醇有強烈新鮮的青葉香氣；苯乙酸有甜潤飛蜜香香氣；戊酸乙酯具有蘋果香氣；乙酸異丁酯具有類似復盆子香氣；己酸乙酯有菠蘿香氣；苯乙醇具有玫瑰香氣；乙酸異戊酯有新鮮的果香氣；乙酸苯乙酯蜂蜜香氣，這些物質對西瓜醋風味形成具有重要作用。表1中出現的六甲基環三硅氧烷、八甲基環四硅氧烷、十甲基環五硅氧烷可能來自色譜柱流失成分，而不是西瓜醋中應該有的揮發性成分。

3　結論

采用頂空固相微萃取和氣質聯用技術測定了液態發酵和固態發酵2種發酵方法釀造才西瓜醋中的揮發性成分，分別從2種西瓜醋中檢測出42和27種揮發性成分，占各自總揮發性成分的91.65%和92.31%。2種方法制備西瓜醋中，都含有醇類、醛類、酸類、酯類、烴類和呋喃類物質，其中醇類、醛類、酸類和酯類是西瓜醋中主要的揮發性成分。

液態發酵中含有2種酮類物質固態發酵中沒有；液態發酵比固態發酵多15種揮發性成分，更有效的保留了西瓜中的揮發性成分，且其發酵周期短，相對更節約生產成本，因此，選用液態發酵方法釀造西瓜醋更為合適。

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Analysisof volatile components inwatermelon vinegar by different fermentation process

ZHANG Yijie1，GU Yun2，3，QIYonggang2，3，LIShiyao1，BAIYe2，CHEN Yang2，GAO Bing2*
（1.HuibeiProvincial Institute forFood Supervision and Test，Wuhan 430000，China；2.Collage ofFood and PharmaceuticalEngineering，HuibeiUniversity of Technology，Wuhan 430068，China；3.Wuhan Xinhong Institute for Food Fermentation，Wuhan 430051，China）

Volatilearomatic componentsof two kindsofwatermelon vinegarby liquid-state fermentation and solid-state fermentation were determ ined and analyzed by HS-SPME combined with GC-MS.According to Nist08 database searching，qualitative analysisand volatile componentsmatching，42 and 27 kindsof volatile componentswere identified，which accounted for 91.65%and 92.31%of total volatile components.Thewatermelon vinegars fermented by two processesboth had alcohols，aldehydes，acids，esters，hydrocarbonsand furans，meanwhile，themain volatile componentswere alcohol，aldehyde，acids and esters.Therewere two kinds of ketones in liquid-state fermented vinegar，butnot in solid-state fermented vinegar.The liquid-state fermented vinegar contained 15 kindsof volatile componentsmore than solid-state fermented one did，the formerweremore effective to retain thevolatile components in watermelon.

watermelon vinegar；volatilearomatic components；fermentation process；SPME；GC-MS

O657．63

0254-5071（2016）01-0156-05

10．11882/j．issn．0254-5071．2016．01．035

2015-10-21

武漢市產業創新服務平臺項目（201220837301）

張義杰（1986-），男，助理工程師，碩士，研究方向為發酵食品。

高冰（1963-），男，高級工程師，本科，研究方向為食品發酵工藝與設備。