不同发酵方法酿造西瓜醋的挥发性成分分析

张义杰，谷　云，祁勇刚，李诗瑶，白　烨，陈　洋，高　冰（.湖北省食品质量安全监督检验研究院，湖北 武汉 430000；.湖北工业大学 食品与制药工程学院，湖北 武汉 430068；3.武汉市鑫宏食品酿造科研所，湖北 武汉 43005）

不同发酵方法酿造西瓜醋的挥发性成分分析

张义杰1，谷云2，3，祁勇刚2，3，李诗瑶1，白烨2，陈洋2，高冰2*
（1.湖北省食品质量安全监督检验研究院，湖北 武汉 430000；2.湖北工业大学 食品与制药工程学院，湖北 武汉 430068；3.武汉市鑫宏食品酿造科研所，湖北 武汉 430051）

采用顶空固相微萃取-气质联用技术，对液态醋酸发酵（Liquid）和固态醋酸发酵（Solid）2种发酵方法酿造的西瓜醋的挥发性成分进行了测定与分析。根据Nist08数据库检索、定性和挥发性成分匹配度等方法，分别鉴定出42种和27种挥发性成分，分别占各自总挥发性成分的91.65%和92.31%。2种方法制备西瓜醋中，都含有醇类、醛类、酸类、酯类、烃类和呋喃类物质，醇类、醛类、酸类和酯类是西瓜醋中主要的挥发性成分。液态醋酸发酵中含有2种酮类物质，固态醋酸发酵中没有；液态醋酸发酵比固态醋酸发酵多15种挥发性成分，更有效的保留了西瓜中的挥发性成分。

西瓜醋；挥发性成分；发酵方法；固相微萃取；气质联用

西瓜（Citrullus lanatus）是夏季炎热季节最好的解暑水果，且具有极高的营养价值。目前，我国的西瓜一般是直接食用。在夏季，西瓜大量上市季节，总会由于天气变化、西瓜本身成熟度或保藏难题，导致大量西瓜滞销、丢弃，瓜农损失惨重。目前，果醋市场被看好，并逐渐在软饮料市场占有一席之地［1-5］。西瓜糖分含量高，适宜酿造果醋，可以解决西瓜大量上市滞销、保藏难问题。缪杰［6］研究了西瓜醋，以西瓜皮、破损西瓜、大米为原料，采用固态发酵工艺，酿制了保健型西瓜醋，并对产品进行了质量分析。吴光明等［7］以西瓜为原料，采用固定化酵母进行酒精发酵、采用液体发酵法生产西瓜醋，并研究了2次发酵的工艺参数，对产品进行了技术指标分析。李西腾［8］以西瓜为原料，采用固定化醋酸菌技术制备了西瓜醋，得出发酵工艺的具体参数，也对西瓜醋的技术指标进行了分析测定。有关西瓜醋的研究基本都是针对西瓜醋的发酵工艺进行了研究，并分析产品技术参数［9-12］，少见有对西瓜醋的挥发性成分进行测定、分析。为了探索和比较液态发酵法和固态发酵法酿造的西瓜醋香气成分的优劣，特以西瓜为原料，分别在醋酸发酵阶段采用固态发酵和液态发酵两种方法制备西瓜醋，采用顶空固相微萃取（solid-phasemicro-extraction，SPME）和气质联用（gaschromatographymassspectrometry，GC-MS）［13-14］分析两种发酵方式制备的成品挥发性成分，确定更好的发酵工艺，酿造风味优良的西瓜醋。

1　材料与方法

1.1料与试剂

1.1.1料

西瓜：市售，去皮取汁，汁液总糖为10°Bx；麸皮、谷壳：市售。

1.1.2剂

C5-C26正构烷烃标样：美国AccuStandard公司；乙酸乙酯、苯乙醇（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；乙酸（色谱纯）：美国Sigma公司。

1.1.3种与培养基

安琪酿酒高活性干酵母、安琪生香酿酒高活性干酵母：安琪酵母公司；沪酿AS1.01：购自广东省微生物研究所菌种保藏中心；醋酸菌活化培养基：葡萄糖1%、酵母膏1%、琼脂2%，115℃灭菌15min后冷却至50℃加入1%碳酸钙和体积分数3%乙醇。

醋酸菌液体种子培养基：葡萄糖1%、酵母膏1%、115℃灭菌15min后冷却至50℃加入体积分数4%乙醇。

1.2器与设备

手动SPME进样器、75μm CAR-PDMS、100μm PDMS萃取头：美国Supelc公司；HP6890-5973气相色谱-质谱联用仪：美国Agilent公司；PC-420磁力恒温搅拌器：美国Corning公司；HRN32手持折射仪：德国托摩根公司；SW-CJ-2D净化工作台：广州瑞智科学仪器有限公司；LHS-250SC型智能型恒温恒湿箱：上海浦东荣丰科学仪器有限公司；大型SLY-2112B型立式双层大容量恒温培养摇床：金坛市盛蓝仪器制造有限公司；YM系列A型立式压力蒸汽灭菌器：上海三申医疗器械有限公司；200L自制醋酸发酵速酿塔，包括手动淋浇装置、200 L自制带假底醋酸固态发酵罐：南京汇科生物工程设备有限公司。

1.3法

1.3.1瓜醋的酿造工艺流程及操作要点

操作要点：

西瓜榨汁：添加白砂糖，调整糖度至12°Bx，混合均匀；

加酵母：按说明书活化安琪酿酒高活性干酵母和安琪生香酿酒高活性干酵母；

酒精发酵：将活化好的酵母菌，加入调好糖度的西瓜汁，混合均匀，33℃保温、密封，开始酒精发酵，酒精度不再上升时，发酵结束，得酒醪；

种子液制备：按照工业用醋酸菌培养步骤［15］，制备醋酸菌种子液；

固态醋酸发酵（solid）：将40 kg麸皮和50 kg谷壳混合均匀加入到带假底醋酸固态发酵罐内，35℃保温，接着均匀撒入制备好的醋酸菌种子液500m L，2 h后，加入酒醪，开始发酵，每隔24 h翻醅，每当醅温达到40℃，将假底的醋液从罐顶淋下降温，总酸含量不变时，发酵结束；

液态醋酸发酵（liquid）：玉米芯蒸煮灭菌后，移至醋酸发酵速酿塔内，留有距塔顶20 cm高的空间，36℃保温，接着均匀撒入制备好的醋酸菌种子液500m L，2 h后，加入酒醪，开始发酵，每隔4 h，将假底的醋液从塔顶淋下，总酸含量不变时，发酵结束；

陈酿：醋酸发酵结束，将假底的醋液取出，移至陈酿罐中陈酿24 h，分析测定。

1.3.2样品处理

将5m L醋样品置于15m L样品瓶中，加入2.5 g氯化钠，将SPME萃取头通过瓶盖插入到样品的顶空部分，退出纤维头，50℃顶空吸附40m in，搅拌转速250 r/m in，萃取完成后抽回纤维头，从样品瓶中拔出萃取头，再将萃取头插入气相色谱进样口进行解吸。

1.3.3器条件

色谱条件：DB-1701色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm），载气He，流速1m L/m in，不分流，进样口温度250℃。柱温：起始温度32℃，以3℃/min升温至120℃，再以10℃/min升温至250℃，保持10min。进样量5μL。

质谱条件：接口温度250℃，离子源温度230℃，电离方式为电子电离（electron ionization，EI），电子能量70 eV，四级杆温度150℃，传输线温度280℃，扫描质量范围33～450 amu。

1.3.4标测定

糖度使用HRN32手持折射仪；酒精度采用GB/T13662—2008《黄酒》中的酒精度测定方法测定；酸度采用GB 18187—2000《酿造食醋》中总酸的测定方法测定。

1.3.5据处理

定量分析采用峰面积归一化法。通过HP-Chemstation System增强型数据分析工作站Nist08标准谱库自动检索各组分质谱数据，按照标准谱图及保留指数对机检结果进行核对和确认。列举了匹配度大于70%的鉴定结果并比较。

2　结果与分析

2.1态和液态醋酸发酵酿造的西瓜醋的挥发性风味成分分析

固态和液态2种发酵方法所得的西瓜醋的挥发性风味成分的GC-MS总离子流色谱图见图1。对所有成分经谱库检索和其他方法核实，从实验制备的2种发酵西瓜醋中分别鉴定出46种挥发性化合物，结果见表1。

图1（A）和表1的结果显示，固态醋酸发酵酿造的西瓜醋中，共检测出匹配度大于70%的挥发性成分42种，占总挥发性成分的91.65%。其中醇类5种、醛类8种、酮类2种、酸类5种、酯类11种、烃类9种、其他2种，各类成分分别占总挥发性成分的百分比为15.65%、1.82%、0.77%、33.82%、30.89%、7.27%和1.43%。含量超过1%的挥发性成分有：乙醇（1.84%）、苯乙醇（11.63%）、顺-3-壬烯醇（1.34%）、乙酸（31.54%）、苯乙酸（1.32%）、乙酸乙酯（9.49%）、乙酸异戊酯（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%）。

图1　固态（A）和液态（B）发酵酿造西瓜醋挥发性成分的GC-MS总离子流色谱图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种不同发酵方法酿造西瓜醋挥发性成分的GC-MS分析结果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

续表

从图1（B）和表1可以得出，液态发酵酿造的西瓜醋中，共检测出匹配度大于70%的挥发性成分27种，占总挥发性成分的92.31%。其中醇类3种、醛类5种、酸类5种、酯类9种、烃类4种、其他1种，各类成分分别占总挥发性成分的百分比为：12.24%、1.95%、26.38%、50.50%、1.58%和0.11%。含量超过1%的挥发性成分有：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%）、乙酸异丁酯（1.42%）、乙酸异戊酯（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态和液态两种发酵方法酿造的西瓜醋的挥发性风味成分对比分析

采用液态醋酸发酵方法酿造西瓜醋，整个醋酸发酵过程只需要72 h即可完成（总酸含量恒定），而采用固态发酵方法酿造，则需要7～8 d完成（总酸含量恒定），发酵方法的不同可能对西瓜醋的挥发性成分产生一定的影响。从表1可以看出，2种发酵方法酿造西瓜醋挥发性成分差异较大，固态发酵挥发性成分有42种，而液态发酵挥发性成分只有27种。二者相同的成分共有23种，其中醇类3种（乙醇、1-己醇、苯乙醇），醛类3种（辛醛、糠醛、3，5-二甲基-苯甲醛），酸类5种（乙酸、2-氨基-6-甲基-苯甲酸、己酸、辛酸、苯乙酸），酯类7种（乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯），烃类4种（六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、3-乙基苯酚、2，4-二叔丁基苯酚），其他1类（2-戊基-呋喃）。

在两种发酵方法中，液态发酵中含有的壬醛、癸醛、丁酸乙酯和乳酸乙酯在固态发酵中没有检测到，壬醛、癸醛为西瓜中含有的醛类物质［16］，证明固态发酵方法保留了西瓜中的2种醛类挥发性成分，而它们在液态发酵方法中可能转化或者挥发了；丁酸乙酯和乳酸乙酯是固态发酵酿制醋中含有的2种酯类物质，由于固态发酵是半封闭发酵，且发酵周期长（是液态发酵的2.5倍）在发酵过程中会混入乳酸菌、芽孢杆菌，从而产生更多的非西瓜挥发性成分。液态发酵方法制备的西瓜醋，醋酸发酵时间为仅为3 d，相比于固态发酵方法，可以更多的保留西瓜中原有的挥发性成分。醇类2种（1-辛醇、顺-3-壬烯醇）、醛类4种（己醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛、苯甲醛）、酯类4种（乙酸己酯、己酸辛酯、丙位壬内酯、丙位辛内酯）、烃类3种（3-己烯、2-戊烯、3-甲基-6-环己烯）、其他1种（2，3-二甲基萘）等液态发酵中含有的挥发性成分皆为西瓜风味的主要贡献物质［17］，而在固态发酵中为检测到，可能已挥发或转化。

2种方法酿造的西瓜醋中，含量较高的相同挥发性成分为：苯乙醇（液态发酵11.63%、固态发酵10.16%）、乙酸乙酯（9.49%、9.57%）、乙酸异戊酯（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%），其中液态发酵特有的主要成分有：顺-3-壬烯醇1.34%、苯乙酸1.32%、戊酸乙酯1.24%、丙位辛内酯0.93%、3-己烯1.29%、2-戊烯2.58%、2-戊基-呋喃1.24%，在固态发酵中，2-氨基-6-甲基-苯甲酸1.36%、乳酸乙酯1.88%、乙酸异丁酯1.42%、己酸乙酯8.43%。其中，顺-3-壬烯醇有强烈新鲜的青叶香气；苯乙酸有甜润飞蜜香香气；戊酸乙酯具有苹果香气；乙酸异丁酯具有类似复盆子香气；己酸乙酯有菠萝香气；苯乙醇具有玫瑰香气；乙酸异戊酯有新鲜的果香气；乙酸苯乙酯蜂蜜香气，这些物质对西瓜醋风味形成具有重要作用。表1中出现的六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷可能来自色谱柱流失成分，而不是西瓜醋中应该有的挥发性成分。

3　结论

采用顶空固相微萃取和气质联用技术测定了液态发酵和固态发酵2种发酵方法酿造才西瓜醋中的挥发性成分，分别从2种西瓜醋中检测出42和27种挥发性成分，占各自总挥发性成分的91.65%和92.31%。2种方法制备西瓜醋中，都含有醇类、醛类、酸类、酯类、烃类和呋喃类物质，其中醇类、醛类、酸类和酯类是西瓜醋中主要的挥发性成分。

液态发酵中含有2种酮类物质固态发酵中没有；液态发酵比固态发酵多15种挥发性成分，更有效的保留了西瓜中的挥发性成分，且其发酵周期短，相对更节约生产成本，因此，选用液态发酵方法酿造西瓜醋更为合适。

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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

武汉市产业创新服务平台项目（201220837301）

张义杰（1986-），男，助理工程师，硕士，研究方向为发酵食品。

高冰（1963-），男，高级工程师，本科，研究方向为食品发酵工艺与设备。