基于不同萃取条件马铃薯酒香气成分的研究*

林 巧 范力瑞 刘军华 李 成 杨 军 蔡 利 舒一梅

1（凉山州天美益农业科技有限公司，四川西昌 615000）

2（西昌学院，四川西昌 615000）

3（西昌希望饲料公司，四川西昌 615000）

白酒是中国的传统饮料酒，有着五千年以上的历史渊源和深厚的文化底蕴。白酒依据香型分为酱香型、米香型、浓香型、清香型等香型。影响白酒香气特征的成分主要是酯、酸、醇等挥发性物质。浓香型白酒的特征香气成分是己酸乙酯，酱香型白酒的特征香气成分是乳酸乙酯，米香型白酒的特征香气成分是苯乙醇和乙酸乙酯，清香型白酒的特征香气成分是乙酸乙酯。

马铃薯又叫洋芋，富含多种维生素和优质淀粉，具有抗衰老、抗氧化的作用。为了更好地利用马铃薯，也为了丰富我国的酒文化，推进我国酒文化和食品行业的发展，展开对马铃薯白酒的研究。

近几十年的研究表明，GC-MS 技术已被广泛用于酒类新发现组分的定性研究。在分析白酒香气成分时可以采用直接进样的方式，但是由于绝大多数影响酒的香气挥发性物质含量较低，所以在利用GC-MS 技术检测之前，应先对微量成分进行浓缩富集。目前，国内外对酒中香气物质的提取大多采用固相萃取、液液萃取、固相微相萃取和搅拌棒萃取等方法。对于这些处理方法，考虑到试验条件和经费等各个方面的因素，选用液液萃取法对马铃薯酒进行萃取。液液萃取法是根据相似相溶的原理进行分离提取。

1 材料与方法

1.1 材料

马铃薯酒，由西昌学院发酵与酿造工艺实训实验室提供。

1.2 试剂

乙酸、甲醇、甲酸、丙三醇、正丁醇，均为分析纯，由农业科学学院提供；51 种白酒标样，上海睿析有限责任公司。

1.3 仪器与设备

GC-MS 3100 台式气相色谱（四级） 质谱联用仪，北京东西分析仪器有限责任有限公司；CP-WAX 57CB 色谱柱，安捷伦有限责任公司；玻璃棒、分液漏斗、锥心瓶、烧杯、移液枪。

1.4 检测方法

1.4.1 萃取剂种类对香气成分的影响

为了考察不同溶剂对马铃薯酒香气成分的影响，分别取2 mL 的乙酸、甲酸、甲醇、正丁醇、丙三醇与1 mL 马铃薯酒进行萃取，萃取时间为15 min，其他条件均相同。用GC-MS 技术检测得到香气成分的总离子流图，峰个数较多且峰形、离子丰度较好为最佳萃取溶剂。

GC 条件：氦气流量1 mL/min；分流比20∶1；进样口温度220 ℃；进样量1 μL；程序升温：起始柱温50 ℃保持1 min，然后以6 ℃/min 的速率升温至250 ℃，保持10 min。MS 条件：离子源为化学惰性离子源（Inert），电离方式EI，电子能量70 eV；离子源温度230 ℃，溶剂延迟：4 min。

1.4.2 萃取剂用量对香气成分的影响

为了考察不同溶剂用量对马铃薯酒香气成分的影响，试验取5 mL 马铃薯酒分别与2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL 的溶剂进行萃取，其他条件均相同。用GC-MS 技术检测得到香气成分的总离子流图，选出峰个数较多且峰形、离子丰度较好的为最佳萃取溶剂用量，其他条件同1.4.1。

1.4.3 萃取时间对香气成分的影响

为了考察不同萃取时间对马铃薯酒香气成分的影响，试验取5 mL 马铃薯酒用优化后的溶剂种类和用量分别萃取5 min、10 min、15 min、20 min、25 min。用GC-MS 技术检测得到萃取物香气成分的总离子流图，综合考虑出峰数量和时间，选定萃取时间，其他条件同1.4.1。

1.4.4 柱流速对香气成分的影响

在最佳萃取条件下处理样品，考察柱流速对马铃薯酒香气成分的影响。采用GC-MS 技术进行测定时，分别调整载气压力为50 kPa、60 kPa、70 kPa，经进样检测得到香气成分的总离子流图，选出峰个数较多且峰形、离子丰度较好的为最佳柱流速，其他条件同1.4.1。

1.4.5 分流比对香气成分的影响

在最佳萃取条件下处理样品，采用GC-MS 技术进行测定时，分别调整分流比为20∶1、25∶1、30∶1，经进样检测得到总离子流图，选出峰个数较多且峰形、离子丰度较好的为最佳分流比，其他条件同1.4.1。

1.4.6 升温程序对香气成分的影响

在最佳萃取条件下，采用GC-MS 技术进行测定时，选取不同的升温程序：①柱温50 ℃（1 min）to 250 ℃at6 ℃/min（10 min）；②柱温：80 ℃（8 min）to 230 ℃at5 ℃/min（30 min）；③35 ℃（3 min）→4 ℃/min→60 ℃→10 ℃/min→130 ℃→15 ℃/min→210 ℃进行试验，经进样检测得到总离子流图，选出峰个数较多且峰形、离子丰度较好的为最佳升温条件，其他条件同1.4.1。

1.4.7 香气成分检测

选用在最佳萃取条件下处理的酒样，然后用GC-MS 技术在最佳检测条件下测得该酒样的香气成分，得到总离子流图，然后对酒的香气成分进行分析。

1.4.8 感官评价

对不同陈酿时间的马铃薯酒进行感官评价，评价标准由风格、口味、色泽、香气4 个要素构成，即马铃薯酒评定论域X=（风格、口味、色泽、香气），对每个因素的评估按照好、中等、差3 个等级评定，即马铃薯酒评语论域Y=（好、中等、差）。采用强制决定法确定各个品质因素的权重分别为风格（0.256）、口味（0.215）、色泽（0.115）、香气（0.414），即A=（0.256，0.215，0.115，0.414）。马铃薯酒感官评价标准如表1 所示。

表1 马铃薯酒感官评价标准

2 结果与分析

2.1 萃取剂种类对香气成分的影响结果

用不同萃取剂萃取1 mL 马铃薯酒，萃取时间为15 min，用GC-MS 检测出峰个数，结果如图1所示。

由图1 可知，萃取剂不同得到峰个数不同，其中峰个数最多的是正丁醇，最少的是丙三醇。其中，正丁醇与甲酸差异显著，甲酸与乙酸、甲醇差异不显著，甲酸与丙三醇差异显著，甲醇与丙三醇差异显著。这可能因为正丁醇与马铃薯酒中的香气物质在结构上比其他萃取剂更相似，相似度越高表明马铃薯酒在该溶液中的溶解度越大即萃取效果越好。

2.2 萃取剂用量对香气成分的影响结果

不同正丁醇用量萃取马铃薯酒得到的峰个数如图2 所示。

图1 不同萃取剂的类型对香气成分的影响

图2 不同萃取剂用量对香气成分的影响

由图2 可知，4 mL 正丁醇与10 mL 正丁醇的萃取效果差异不显著，4 mL 正丁醇与2 mL 正丁醇差异显著，10 mL 正丁醇与2 mL 正丁醇的差异不显著，2 mL 正丁醇与8 mL 正丁醇、6 mL 正丁醇差异不显著。比较柱形图可见，当增加正丁醇的用量时，提取出成分有增多的趋势。当选取4 mL 正丁醇时满足分析要求。

2.3 萃取时间对香气成分的影响结果

分别用4 mL 正丁醇对5 mL 马铃薯酒萃取不同时间，用GC-MS 检测可得到总离子流图，并对其出峰个数进行分析和处理，结果如图3 所示。

由图3 可知，萃取时间15 min 与萃取时间20 min 差异显著，萃取时间20 min 与萃取时间5 min、25 min、10 min 差异不显著，萃取时间为15 min 时，萃取马铃薯酒得到的峰个数最多，所以马铃薯酒的最佳萃取时间为15 min。

2.4 柱流速对香气成分的影响结果

选取最佳萃取剂种类、萃取剂用量和萃取时间萃取马铃薯酒即用4 mL 正丁醇萃取5 mL 马铃薯酒15 min 后，将酒样用GC-MS 检测时改变其柱流速即载气压力，得到总离子流图，分析出峰情况，结果如图4 所示。

由图4 可知，载气压力为60 kPa 与50 kPa 差异显著，载气压力为50 kPa 与70 kPa 差异不显著。峰个数随着载气压力的增加而增加，当载气压力为60 kPa 时峰个数最多。如果增大载气压力会减少酒样在固定相中的滞留量，那么样品与色谱柱相互作用和分离时间就变短，提取出来的香气成分也会减少。因此，载气压力为60 kPa 时为最佳检测条件。

2.5 分流比对香气成分的影响结果

在最佳萃取条件下处理酒样，然后用GC-MS检测时改变其分流比，得到总离子流图，分流比对出峰个数的影响结果如下页图5 所示。

由图5 可知，分流比20∶1 与分流比为25∶1差异显著，分流比25∶1 与分流比30∶1 差异显著，随着分流比不断增加峰个数不断减少；这是因为如果样品浓度高就需要增大分流比，否则峰型不好，样品浓度较低时可以通过溶剂延迟消除溶剂峰。由于逐渐增大分流比时出峰个数逐渐减小，说明萃取后酒样浓度不是很高，所以分流比为20∶1为最佳检测条件。

图3 不同萃取时间对香气成分的影响

图4 不同柱流速对香气成分的影响

2.6 升温程序对香气成分的影响结果

在最佳萃取条件下处理酒样，然后用GC-MS进行检测时改变其升温程序得到总离子流图，升温程序对出峰个数的影响结果如图6 所示。

由图6 可知，在升温程序①条件下峰个数最多，升温程序①与升温程序②差异显著，升温程序②与升温程序③差异显著。一般来说，升温程序越快，峰型越窄，越容易被检测到。本试验采用了3种升温程序，最终确定升温程序①检测效果最佳，所以升温程序①是最佳检测条件。

2.7 香气成分检测

在最佳萃取条件下萃取马铃薯酒后得到酒样，在最佳检测条件下用GC-MS 检测酒样，即用4 mL正丁醇萃取5 mL 马铃薯酒15 min，然后GC-MS 检测时使其柱流速（即载气压力为60 kPa） 分流比为20：1，升温程序为①。得到TIC 图谱如图7 所示。

图6 不同升温程序对香气成分的影响

图5 不同分流比对香气成分的影响

图7 最佳香气成分分析的TIC 图谱

由图7 可知，马铃薯酒的香气成分有十几种，但是有效峰的个数有12 种，结果分析如表2 所示。

由表2 可知，马铃薯酒中的香气成分有12 种，其中酯类最多，醇类和烃类其次，最少的是酸类。在51 中白酒标样中的是异戊醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、己酸、丁二酸二乙酯、庚酸乙酯，其中浓度最高的是乙酸乙酯。在整个马铃薯酒中面积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气物质，所以马铃薯酒属于清香型白酒。

为了更好地分析马铃薯酒中的香气成分，将各个香气成分的面积百分比也就是相对百分含量进行分类，并将各个种类的香气物质进行总结，结果如图8 所示。

由表2 和图8 可知，在检测出的12 个组分中含酯类化合物有5 种，相对含量占所有香气成分的60%；醇类化合物3 种，相对含量占所有香气成分的37.6%，酸类化合物1 种，相对含量占所有香气成分的0.4%，烃类化合物及其他物质有3 种，相对含量占所有香气成分的2%。

其中酯主要来自于马铃薯酒的发酵过程，由上图可知酯类化合物是马铃薯酒中含量最大的一类物质，有5 种共约占总成分的42%。该马铃薯酒中酯类含量最多的是乙酸乙酯，约占总香气成分的37%，天然存在于菠萝、草莓等水果中，有菠萝香、水果香、苹果香；其次是丁二酸二乙酯，约占总香气成分的15%，具有微弱的令人愉快的香气，还有水果香、花香、花粉香；辛酸乙酯，约占总香气的3%，具有白兰地酒香味。

表2 马铃薯酒的香气成分

图8 各类香气成分的相对含量和种类数量

马铃薯酒香气成分含量排在第2 位的是醇类化合物，约占总含量的2/5。植物中蛋白质、糖类和氨基酸经过发酵，最终大部分生成醇类化合物。马铃薯酒中浓郁的香气成分就是由浓度合适的高级醇所带来的，但如果浓度过高的话，不仅味道难闻，还容易头晕，该马铃薯酒的高级醇是苯乙醇，约占总香气成分的35%，具有柔和、愉悦而持久的玫瑰香气以及多种花草的香气。

马铃薯酒中酸含量最低，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%，对马铃薯酒整体香气风格影响不明显。

其他组分有烷烃类等共有3 种，相对含量占总香气的比例较少，合计大约为3%，其混合物提升了该马铃薯酒的香气，虽然含量较少，但是缺少它，香味就没有这么丰富。单个组分对马铃薯酒的香气成分的影响不大。

2.8 感官评价

由10 人组成评价小组，在一定的试验条件下对每种马铃薯酒样按其质量特性逐一进行单因素评价，评定结果见表3。

将表3 中的各酒质量因素各等级所得到的票数折算成赞成的比率，联合各酒样所有因素的评价结果，得到形如Rj的模糊矩阵：

其中j=1，2，3，4，5，6 为样品编号，一行表示1 个因素，一共有4 个因素；R11、R12、R13表示第1 个评价因素评价等级为好、中等、差3 个因素所得票数折算成的赞成比率。R21、R22、R23表示第2 个评价因素评价等级为好、中等、差3 个因素所得票数折算成的赞成比率。以此类推可得各个样品的Rj。如1 号样品的Rj如下：

按照模糊变换原理：B=A·Rj，所以对j 号样品的综合评价结果为B=A·Rj；所以1 号样品综合评价结果：

由此可知，按照此方法可以算出各个不同发酵时间样品的综合评判结果B1如表4 所示。

由表4 可知，1 号酒样与第2 号酒样获得好的综合评判结果是一样的，但是1 号酒样获得差的综合评判结果比2 号少，所以1 号酒样的感官评价是最好的。

从感官评价过程可以看出应用模糊数据数学评价食品的感官质量是可行的和有优越性的，还有很强的程序性。6 号马铃薯酒的陈酿时间为30 天，每30 天采1 次样，共采集了6 个样，1 号陈酿时间最长。从分析结果可以看出，在第1 次采样时，马铃薯酒缺乏马铃薯香，微有异香；在第2 次采样时，马铃薯酒有微微的马铃薯香，酒味较清淡；在第3次采样时，马铃薯酒有马铃薯香，但醇香浓香较差或者醇香不明显。由此可见，随着采样次数的增加，马铃薯酒渐渐有马铃薯香，醇香愈来愈浓郁。所以1 号酒样即陈酿时间为180 天的马铃薯酒在综合评判中获得最好评价。

表3 不同发酵时间的马铃薯酒感官评定结果

3 结论

为考察不同萃取条件对马铃薯酒香气成分的影响，对萃取剂种类、萃取剂用量、萃取时间进行了优化，每一个设置了5 个梯度进行试验，并在萃取后使用GC-MS 设备检测香气成分。试验结果表明，最佳萃取条件为：4 mL 正丁醇萃取5 mL 马铃薯酒，萃取时间15 min。

试验对质谱条件柱流速、分流比、升温程序进行了优化，对每一个因素设置了3 个梯度。结果表明，最佳质谱条件为：柱流速即载气压力60 kPa、分流比20∶1、升温程序起始柱温50 ℃保持1 min，以6 ℃/min 的速率升温至250 ℃保持10 min，此条件下检测出马铃薯酒的香气成分最多。

将得到的总离子流图进行分析，找出每个香气成分并进行分类，马铃薯酒香气成分主要分为酯类、酸类、醇类、烃类及其他，其中酯类的相对含量最高，酸类含量最低。在12 种香气物质中相对含量最高的是乙酸乙酯，对51 种白酒标样用GC-MS 技术进行检测得出14 种香气成分，并做出标准曲线，算出异戊醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、己酸、丁二酸二乙酯、庚酸乙酯的浓度，其中乙酸乙酯的浓度最高，由于乙酸乙酯是清香型白酒的香气特征物质，说明马铃薯酒是清香型白酒。

对制不同陈酿时间的马铃薯酒进行感官评价，在进行感官评价时采用模糊数学综合评价方法，然后用归一法进行综合排序，在一定范围内，发现陈酿时间越长，酒的香气越浓郁，品质越好。因此陈酿6 个月的马铃薯酒在感官评价中最优。