添加桑葚輔料發酵對紫薯酒中花青素含量和風味的影響

向欣，吳正云*，王尤強，張文學

1. 四川大學輕工科學與工程學院（成都 610065）；2. 四川紅土地農業開發有限公司（達州 635000）

紫薯富含花青素（anthocyanins）、膳食纖維、礦物質元素、類黃酮、多酚等生物活性成分，研究表明，紫薯花青素具有抗氧化、抗炎、抑制癌細胞增殖、抗菌等多種生物活性[1-3]*。以紫薯為原材料釀酒，能保留濃厚的薯香和花青素等生物活性成分，廣受消費者青睞。相關研究顯示，葡萄酒中花青素含量范圍在251.29～829.95 mg/L之間[4-6]*，而紫薯發酵酒花青素含量一般在67.34～564.6 mg/L之間[7-8]*。由于紫薯發酵酒產品中花青素含量相對偏低且風味較單一，試驗探討通過添加與紫薯花青素組成相似的桑葚[9-10]*輔料發酵，提高紫薯酒中花青素含量和風味品質的可能性。

1 材料與方法

1.1 發酵菌種

釀酒酵母BV818（SaccharomycescerevisiaeBV818，安琪酵母股份有限公司）：接種前配制5%葡萄糖溶液活化酵母，糖溶液體積為酵母質量的10倍，35 ℃下活化30 min。

1.2 主要材料、試劑與儀器

紫羅蘭紫薯（云南紅河產，購自成都盒馬鮮生）；桑葚干（四川禾一天然藥業有限公司）；糖化酶（50 000 U/g）、α-淀粉酶（10 000 U/g），均為河南星星食化生物科技公司；2-辛醇（內標，上海麥克林生化科技有限公司）。

氣相-質譜聯用儀（GC-MS，美國賽默飛世爾科技公司）；固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）裝置（50/30 μm DVB/CAR/PEMS，美國Aigma-Aldrich公司）；色譜柱[VF-WAXms，安捷倫科技（中國）有限公司]；紫外分光光度計（UV1800，日本島津公司）。

1.3 釀造工藝

挑選新鮮無腐爛的紫薯清洗、切塊，高溫蒸煮20 min使其蒸熟，冷卻至室溫，按照料液比1∶0.4（g/mL）添加蒸餾水打漿。打漿過程中分別添原料質量5%和10%的桑葚輔料；α-淀粉酶添加量0.15%，糖化酶添加量0.2%，在65 ℃條件下酶解2 h；酶解完成后進行壓榨取汁，按比例添加13%白砂糖、0.025%焦亞硫酸鉀、0.03%D-異抗壞血酸鈉、0.2%檸檬酸進行成分調整，接種活化好的釀酒酵母，接種量0.1%。在25℃下恒溫發酵7 d，紗布過濾后取樣測定，將紫薯酒依次編號為CK，SS-5%和SS-10%，分別表示對照組、添加5%桑葚組、添加10%桑葚組。

1.4 理化指標的測定

參考GB/T 15038—2006《葡萄酒果酒分析方法》[11]*測定酒精度、pH、總酸等理化指標。還原糖含量測定采用3, 5-二硝基水楊酸（3, 5-dinitrosalicylicacid，DNS）比色法測定[12]*。花青素含量的測定采用比色法[13]*，以矢車菊素-3-葡萄糖苷表示紫薯酒中花青素含量。

1.5 揮發性成分的測定

1.5.1 頂空固相微萃取

取5 mL紫薯酒樣品于20 mL萃取瓶中，加入10 μL內標2-辛醇（100 μg/L），在60 ℃恒溫水浴平衡10 min，插入萃取頭萃取45 min，進樣口解析5 min進樣分析[14]*。

1.5.2 GC程序

參考文獻[14]稍做修改。VF-WAXms色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），分流比=1∶20，采用程序升溫，40 ℃保持5 min，以4 ℃/min升至100 ℃，以6℃/min升至230 ℃，保持2 min，進樣口溫度250 ℃，檢測器溫度270 ℃。

1.5.3 MS程序

電離方式EI；電子能量70 eV；離子源溫度250℃；溶劑延遲時間2 min；質譜掃描范圍（m/z）50～450 amu。

1.5.4 定性定量方法

利用NIST14/NIST14s數據庫進行檢索，選取匹配度大于85的揮發性化合物，并確定化合物名稱。根據目標化合物與內標物質峰面積之比計算目標化合物質量濃度，如式（1）所示。

式中：C為某揮發性物質含量，μg/L；Ac為內標物質量濃度，μg/L；Ais為內標物峰面積；Cis為某揮發性物質峰面積。

1.6 感官評價

由6名專業品評人員對紫薯酒進行綜合感官評價，評分標準參考文獻[15]，總分以100分計，每組去掉最高分和最低分，以平均值為最終得分。

2 結果與分析

2.1 添加桑葚輔料對紫薯酒發酵理化指標、花青素含量和感官品質的影響

紫薯酒的各項理化指標如表1所示。3種紫薯酒酒精度均高于10.97%vol，發酵結束后還原糖含量在3.81～5.71 g/L，根據國標規定[16]*均屬于半干型果酒。添加5%和10%桑葚組酒精度高于對照組，與所添加桑葚輔料中的糖分有關。3種酒的總酸含量在6.46～8.38 g/L，均符合國家標準[16]*，其中添加桑葚組總酸含量顯著高于對照組，可能與桑葚本身含有的酸類物質有關[17]*。

表1 紫薯酒發酵結束后理化指標

添加桑葚輔料的紫薯酒發酵過程中花青素含量變化見圖1。隨著干桑葚添加比例的增大，花青素含量升高；在發酵結束時，添加10%干桑葚組花青素含量為472.5 mg/L，添加5%干桑葚組花青素含量為384.7 mg/L，均高于對照組花青素含量338.9 mg/L。盡管添加10%干桑葚所得紫薯酒中花青素含量更高，但發酵液濃稠且成本較高。綜合考慮，5%干桑葚添加量對于紫薯酒花青素含量有明顯提升效果，可考慮用于實際生產中。

圖1 3種紫薯酒發酵過程中花青素含量變化

3種紫薯酒感官評價結果如圖2所示。紫薯酒感官評分總分由高到低為SS-5%＞CK＞SS-10%。適量的有機酸對果酒的色澤、香氣和風味的平衡有著重要作用[18]*，添加桑葚發酵后紫薯酒中總酸含量提高，可為酒體帶來酸爽的口感，有助于改善紫薯酒的香氣和風味。添加5%桑葚組在色澤和滋味兩方面有明顯優勢，其色澤均勻一致，酒體呈紫紅色，具有紫薯酒特色且甜酸適度、香氣怡人。對照組在香氣上有一定優勢，添加10%桑葚組紫薯酒色澤較深，澄清度欠佳，不具有紫薯酒典型風格，添加5%桑葚組發酵的紫薯酒色澤鮮亮，澄清透明，香氣濃郁且具有紫薯酒的典型風格。

圖2 3種紫薯酒的感官評價

2.2 添加桑葚輔料發酵對紫薯酒中揮發性成分的影響

利用GC-MS對3種紫薯酒中揮發性物質進行檢測，在所有樣品中共檢測出35種揮發性成分，其中包括6種醇類、15種酯類、3種乙酸酯類、1種酸類、4種醛酮類、4種萜烯類、2種酚類和醚類（表3）。醇類物質含量占香氣總量的55.1%～67.8%，酯類物質含量占6.5%～18.9%，乙酸酯類物質占8.6%～9.0%，酚類，醚類物質占11.2%～12.7%，此外還有微量酸類、醛酮類、萜烯類化合物。

醇類是構成紫薯酒風味的重要組分，添加5%和10%桑葚輔料組中，苯乙醇含量分別由19 364.83 μg/L增加至70 643.41和42 633.11 μg/L；與對照組相比，添加5%桑葚組異丁醇含量由554.543 μg/L上升為649.35 μg/L。酒體中高級醇類物質的濃度低于300 mg/L時，會賦予果酒水果香和花香[19]*，添加桑葚輔料發酵使紫薯酒中醇類物質含量增高，有助于豐富紫薯酒的香味。酯類物質是紫薯酒風味的重要貢獻者，辛酸乙酯、癸酸乙酯被認為是紫薯酒中關鍵香氣成分[20]*，添加5%桑葚發酵后，紫薯酒中辛酸乙酯、癸酸乙酯含量顯著提升。添加5%和10%桑葚發酵后，乙酸乙酯的含量分別增加36.7%和73.9%。

基于3種紫薯酒樣品揮發性成分的主成分分析結果見圖3。前2個主成分解釋了總方差的99.8%，分別為63.4%和36.4%。由圖3（a）可知：添加5%桑葚輔料組位于PC1與PC2的正向端，周圍揮發性成分種類豐富，與異丁醇、乙酸苯乙酯、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、α-松油醇、正己酸乙酯、4-萜品醇等香氣成分等靠近；對照組位于PC1負向端與PC2正向端，主要與1-戊醇、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、4-萜烯醇等成分靠近；添加10%桑葚輔料組位于PC1與PC2的負向端，其異戊醇、正丙醇、苯乙醇、苯甲醛、3-糠醛、2, 3-戊二酮等含量較高，是區別于其他酒樣的主要原因。整體來看，月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、4-萜烯醇等揮發性成分構成對照組紫薯酒獨特的風味；添加桑葚組紫薯酒中揮發性成分更為豐富，與辛酸乙酯、癸酸乙酯、正己酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、乙酸異戊酯、α-松油醇、芳樟醇等物質呈正相關性。

圖3 3種紫薯酒揮發性香氣成分的PCA散點圖

以紫薯酒的揮發性成分含量為自變量，紫薯酒的感官評價屬性為因變量，進行PLSR分析，其相關分析載荷結果見圖4。載荷圖中3個黑色圓圈分別表示方差貢獻率為50%，75%和100%，絕大多數自變量和因變量均位于置信區間內，可以被模型較好地解釋。變量投影重要性（variable importance for Projection，VIP）可以反映不同變量在模型區分效果中地重要程度，VIP值大于1.0的風味物質包括1-戊醇（F2）、異戊醇（F5）、2, 3丁二醇（F6）、丁二酸二乙酯（F10）、月桂酸乙酯（F12）、棕櫚酸乙酯（F14）、乙酸乙酯（F22）、苯甲醛（F26）、芳樟醇（F30）、4-萜烯醇（F31）等17種，這些物質大多與添加5%和10%桑葚組靠近，對添加桑葚輔料組紫薯酒的風味貢獻顯著。

圖4 三種紫薯酒感官評價與揮發性成分的相關性

結合PCA與PLSR模型分析，添加5%桑葚輔料組與苯乙醇（F3）、辛酸乙酯（F7）、癸酸乙酯（F9）、α-松油醇（F33）等風味成分有較好的關聯性，2, 3-丁二醇（F6）、乙酸乙酯（F22）、苯甲醛（F27）、3-糠醛（F26）等風味物質與添加10%桑葚組靠近，醇類酯類物質賦予添加桑葚輔料組紫薯酒怡人的香氣[21]*，增加紫薯酒風味物質的多樣性；1-戊醇（F2）、月桂酸乙酯（F12）、棕櫚酸乙酯（F14）、4-萜烯醇（F31）等7種風味物質與香氣（G3）呈正相關，為對照組紫薯酒的風味做出了重要貢獻，與袁杰彬等[22]*報道一致。

3 結論

添加桑葚輔料發酵后紫薯酒中花青素含量提升13.5%～39.4%，使紫薯酒色澤鮮亮。同時，添加桑葚輔料進行發酵，明顯改變紫薯酒的揮發性成分含量，使香氣成分中的乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯等風味物質含量增加。添加桑葚發酵后紫薯酒中總酸含量提高，可為酒體帶來酸爽的口感，有助于改善紫薯酒的香氣和風味，添加5%桑葚組感官評價得分最高，表現出香氣濃郁和合適的口感。