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(guó)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(yùn)。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(guó)的酒文化，推進(jìn)我國(guó)酒文化和食品行業(yè)的發(fā)展，展開(kāi)對(duì)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(lèi)新發(fā)現(xiàn)組分的定性研究。在分析白酒香氣成分時(shí)可以采用直接進(jìn)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(cè)之前，應(yīng)先對(duì)微量成分進(jìn)行濃縮富集。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)于這些處理方法，考慮到試驗(yàn)條件和經(jīng)費(fèi)等各個(gè)方面的因素，選用液液萃取法對(duì)馬鈴薯酒進(jìn)行萃取。液液萃取法是根據(jù)相似相溶的原理進(jìn)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(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)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(tái)式氣相色譜（四級(jí)） 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(cè)方法

1.4.1 萃取劑種類(lèi)對(duì)香氣成分的影響

為了考察不同溶劑對(duì)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(jìn)行萃取，萃取時(shí)間為15 min，其他條件均相同。用GC-MS 技術(shù)檢測(cè)得到香氣成分的總離子流圖，峰個(gè)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(jìn)樣口溫度220 ℃；進(jìn)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(duì)香氣成分的影響

為了考察不同溶劑用量對(duì)馬鈴薯酒香氣成分的影響，試驗(yàn)取5 mL 馬鈴薯酒分別與2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL 的溶劑進(jìn)行萃取，其他條件均相同。用GC-MS 技術(shù)檢測(cè)得到香氣成分的總離子流圖，選出峰個(gè)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(shí)間對(duì)香氣成分的影響

為了考察不同萃取時(shí)間對(duì)馬鈴薯酒香氣成分的影響，試驗(yàn)取5 mL 馬鈴薯酒用優(yōu)化后的溶劑種類(lèi)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(cè)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(shí)間，選定萃取時(shí)間，其他條件同1.4.1。

1.4.4 柱流速對(duì)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(duì)馬鈴薯酒香氣成分的影響。采用GC-MS 技術(shù)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，分別調(diào)整載氣壓力為50 kPa、60 kPa、70 kPa，經(jīng)進(jìn)樣檢測(cè)得到香氣成分的總離子流圖，選出峰個(gè)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(duì)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(jìn)行測(cè)定時(shí)，分別調(diào)整分流比為20∶1、25∶1、30∶1，經(jīng)進(jìn)樣檢測(cè)得到總離子流圖，選出峰個(gè)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(jìn)行測(cè)定時(shí)，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(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)進(jìn)樣檢測(cè)得到總離子流圖，選出峰個(gè)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(cè)

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(cè)條件下測(cè)得該酒樣的香氣成分，得到總離子流圖，然后對(duì)酒的香氣成分進(jìn)行分析。

1.4.8 感官評(píng)價(jià)

對(duì)不同陳釀時(shí)間的馬鈴薯酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由風(fēng)格、口味、色澤、香氣4 個(gè)要素構(gòu)成，即馬鈴薯酒評(píng)定論域X=（風(fēng)格、口味、色澤、香氣），對(duì)每個(gè)因素的評(píng)估按照好、中等、差3 個(gè)等級(jí)評(píng)定，即馬鈴薯酒評(píng)語(yǔ)論域Y=（好、中等、差）。采用強(qiáng)制決定法確定各個(gè)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 馬鈴薯酒感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取劑種類(lèi)對(duì)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(shí)間為15 min，用GC-MS 檢測(cè)出峰個(gè)數(shù)，結(jié)果如圖1所示。

由圖1 可知，萃取劑不同得到峰個(gè)數(shù)不同，其中峰個(gè)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?yàn)檎〈寂c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(duì)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(gè)數(shù)如圖2 所示。

圖1 不同萃取劑的類(lèi)型對(duì)香氣成分的影響

圖2 不同萃取劑用量對(duì)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(jiàn)，當(dāng)增加正丁醇的用量時(shí)，提取出成分有增多的趨勢(shì)。當(dāng)選取4 mL 正丁醇時(shí)滿(mǎn)足分析要求。

2.3 萃取時(shí)間對(duì)香氣成分的影響結(jié)果

分別用4 mL 正丁醇對(duì)5 mL 馬鈴薯酒萃取不同時(shí)間，用GC-MS 檢測(cè)可得到總離子流圖，并對(duì)其出峰個(gè)數(shù)進(jìn)行分析和處理，結(jié)果如圖3 所示。

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

2.4 柱流速對(duì)香氣成分的影響結(jié)果

選取最佳萃取劑種類(lèi)、萃取劑用量和萃取時(shí)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(cè)時(shí)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(gè)數(shù)隨著載氣壓力的增加而增加，當(dāng)載氣壓力為60 kPa 時(shí)峰個(gè)數(shù)最多。如果增大載氣壓力會(huì)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(shí)間就變短，提取出來(lái)的香氣成分也會(huì)減少。因此，載氣壓力為60 kPa 時(shí)為最佳檢測(cè)條件。

2.5 分流比對(duì)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(cè)時(shí)改變其分流比，得到總離子流圖，分流比對(duì)出峰個(gè)數(shù)的影響結(jié)果如下頁(yè)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(gè)數(shù)不斷減少；這是因?yàn)槿绻麡悠窛舛雀呔托枰龃蠓至鞅?，否則峰型不好，樣品濃度較低時(shí)可以通過(guò)溶劑延遲消除溶劑峰。由于逐漸增大分流比時(shí)出峰個(gè)數(shù)逐漸減小，說(shuō)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(cè)條件。

圖3 不同萃取時(shí)間對(duì)香氣成分的影響

圖4 不同柱流速對(duì)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(jìn)行檢測(cè)時(shí)改變其升溫程序得到總離子流圖，升溫程序?qū)Τ龇鍌€(gè)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(gè)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(lái)說(shuō)，升溫程序越快，峰型越窄，越容易被檢測(cè)到。本試驗(yàn)采用了3種升溫程序，最終確定升溫程序①檢測(cè)效果最佳，所以升溫程序①是最佳檢測(cè)條件。

2.7 香氣成分檢測(cè)

在最佳萃取條件下萃取馬鈴薯酒后得到酒樣，在最佳檢測(cè)條件下用GC-MS 檢測(cè)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(cè)時(shí)使其柱流速（即載氣壓力為60 kPa） 分流比為20：1，升溫程序?yàn)棰?。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(duì)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(gè)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(lèi)最多，醇類(lèi)和烴類(lèi)其次，最少的是酸類(lèi)。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(gè)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(gè)香氣成分的面積百分比也就是相對(duì)百分含量進(jìn)行分類(lèi)，并將各個(gè)種類(lèi)的香氣物質(zhì)進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果如圖8 所示。

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

其中酯主要來(lái)自于馬鈴薯酒的發(fā)酵過(guò)程，由上圖可知酯類(lèi)化合物是馬鈴薯酒中含量最大的一類(lèi)物質(zhì)，有5 種共約占總成分的42%。該馬鈴薯酒中酯類(lèi)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(píng)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(lèi)香氣成分的相對(duì)含量和種類(lèi)數(shù)量

馬鈴薯酒香氣成分含量排在第2 位的是醇類(lèi)化合物，約占總含量的2/5。植物中蛋白質(zhì)、糖類(lèi)和氨基酸經(jīng)過(guò)發(fā)酵，最終大部分生成醇類(lèi)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(jí)醇所帶來(lái)的，但如果濃度過(guò)高的話(huà)，不僅味道難聞，還容易頭暈，該馬鈴薯酒的高級(jí)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(duì)馬鈴薯酒整體香氣風(fēng)格影響不明顯。

其他組分有烷烴類(lèi)等共有3 種，相對(duì)含量占總香氣的比例較少，合計(jì)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(méi)有這么豐富。單個(gè)組分對(duì)馬鈴薯酒的香氣成分的影響不大。

2.8 感官評(píng)價(jià)

由10 人組成評(píng)價(jià)小組，在一定的試驗(yàn)條件下對(duì)每種馬鈴薯酒樣按其質(zhì)量特性逐一進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表3。

將表3 中的各酒質(zhì)量因素各等級(jí)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(píng)價(jià)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(hào)，一行表示1 個(gè)因素，一共有4 個(gè)因素；R11、R12、R13表示第1 個(gè)評(píng)價(jià)因素評(píng)價(jià)等級(jí)為好、中等、差3 個(gè)因素所得票數(shù)折算成的贊成比率。R21、R22、R23表示第2 個(gè)評(píng)價(jià)因素評(píng)價(jià)等級(jí)為好、中等、差3 個(gè)因素所得票數(shù)折算成的贊成比率。以此類(lèi)推可得各個(gè)樣品的Rj。如1 號(hào)樣品的Rj如下：

按照模糊變換原理：B=A·Rj，所以對(duì)j 號(hào)樣品的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為B=A·Rj；所以1 號(hào)樣品綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：

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

由表4 可知，1 號(hào)酒樣與第2 號(hào)酒樣獲得好的綜合評(píng)判結(jié)果是一樣的，但是1 號(hào)酒樣獲得差的綜合評(píng)判結(jié)果比2 號(hào)少，所以1 號(hào)酒樣的感官評(píng)價(jià)是最好的。

從感官評(píng)價(jià)過(guò)程可以看出應(yīng)用模糊數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)食品的感官質(zhì)量是可行的和有優(yōu)越性的，還有很強(qiáng)的程序性。6 號(hào)馬鈴薯酒的陳釀時(shí)間為30 天，每30 天采1 次樣，共采集了6 個(gè)樣，1 號(hào)陳釀時(shí)間最長(zhǎng)。從分析結(jié)果可以看出，在第1 次采樣時(shí)，馬鈴薯酒缺乏馬鈴薯香，微有異香；在第2 次采樣時(shí)，馬鈴薯酒有微微的馬鈴薯香，酒味較清淡；在第3次采樣時(shí)，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(jiàn)，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(lái)愈濃郁。所以1 號(hào)酒樣即陳釀時(shí)間為180 天的馬鈴薯酒在綜合評(píng)判中獲得最好評(píng)價(jià)。

表3 不同發(fā)酵時(shí)間的馬鈴薯酒感官評(píng)定結(jié)果

3 結(jié)論

為考察不同萃取條件對(duì)馬鈴薯酒香氣成分的影響，對(duì)萃取劑種類(lèi)、萃取劑用量、萃取時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，每一個(gè)設(shè)置了5 個(gè)梯度進(jìn)行試驗(yàn)，并在萃取后使用GC-MS 設(shè)備檢測(cè)香氣成分。試驗(yàn)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(shí)間15 min。

試驗(yàn)對(duì)質(zhì)譜條件柱流速、分流比、升溫程序進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)每一個(gè)因素設(shè)置了3 個(gè)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(cè)出馬鈴薯酒的香氣成分最多。

將得到的總離子流圖進(jìn)行分析，找出每個(gè)香氣成分并進(jìn)行分類(lèi)，馬鈴薯酒香氣成分主要分為酯類(lèi)、酸類(lèi)、醇類(lèi)、烴類(lèi)及其他，其中酯類(lèi)的相對(duì)含量最高，酸類(lèi)含量最低。在12 種香氣物質(zhì)中相對(duì)含量最高的是乙酸乙酯，對(duì)51 種白酒標(biāo)樣用GC-MS 技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)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(shuō)明馬鈴薯酒是清香型白酒。

對(duì)制不同陳釀時(shí)間的馬鈴薯酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，在進(jìn)行感官評(píng)價(jià)時(shí)采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法，然后用歸一法進(jìn)行綜合排序，在一定范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)陳釀時(shí)間越長(zhǎng)，酒的香氣越濃郁，品質(zhì)越好。因此陳釀6 個(gè)月的馬鈴薯酒在感官評(píng)價(jià)中最優(yōu)。