藜麦人参果酒发酵工艺优化及香气成分分析

孔赵萌，杨希娟，2，党 斌，2，张 杰，2，张文刚，2，迟德钊，2

（1.青海大学 农林科学院，青海 西宁 810016；2.青海省青藏高原农产品加工重点实验室，青海省农林科学院，青海西宁 810016）

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.） 是藜科藜属一年生双子叶植物，原产于南美安第斯地区，在当地具有悠久的食用和栽培历史[1]，引入我国后在山西、吉林、甘肃、青海、内蒙古等多个地区均有种植。藜麦是FAO 确认唯一可以满足人体基本营养需要的单体植物[2]，被誉为“超级谷物”“太空粮食”“全营养食品”[3]。藜麦氨基酸组成与比例均衡，且富含多酚、植酸、皂苷、甜菜碱等生物活性物质，具有预防糖尿病、抑制肥胖、降低血糖、增强碳水化合物及脂肪代谢、抗氧化及抗癌活性[4]，是满足现代社会健康饮食需求的重要谷物。目前，藜麦已被用于加工饼干、主食、麦片、八宝粥、乳酸饮料、代餐棒、酵素、黄酒及特膳食品等，市场开发前景广阔[5]。

人参果（Solanum muricatum Aiton） 又名香瓜茄、金参果，属加茄科茄属多年生半木质化草本植物，原产南美安第斯山麓，1985 年首次由华南植物园从新西兰引入我国[6]。人参果营养价值极高，可食率达95%以上，具有低糖和高蛋白特征，而且富含钙、硒等多种微量元素及维C、SOD、大量抗氧化酚类物质，有“生命火种”“补钙新秀”“防癌之王”等之称[7]。人参果的利用包括果汁、含乳饮料、保健饮料、果酒、果醋、果酱、罐头等[8]。人参果具有多种功效，但收获期集中，易发生腐烂变质，造成资源的大量浪费，开展人参果综合利用研究有助于提高其经济价值[9]。

我国是酒类消费大国，随着社会发展，消费者对于酒的营养和保健功能需求不断增加[10]。以营养丰富、功能性强的健康粮果原料创制发酵酒可以赋予酒抗氧化、抗衰老、杀菌等多种功效[11]，是缓解该问题的途径之一。前期研究显示，采用单一藜麦经液化法酿制黄酒风味欠佳，因此通过藜麦- 人参果复配发酵可能提升酒综合品质并能以果代粮、节约原粮[12]。发酵酒香气主要由醛类、醇类、酯类、酮类和萜烯类等[13]多类挥发性物质组成，是评价酒品质的关键指标之一，可采用顶空固相微萃取（Solid Phase Micro-extraction，SPME） 结合气相色谱- 质谱联用法（GC-MS） 进行鉴定分析[14]。以青藜2 号藜麦和人参果为原料，发酵制作复配酒产品，通过单因素试验和正交试验优化得到最佳工艺条件，并对藜麦人参果酒特征香气成分进行鉴定，以期为藜麦和人参果资源的开发利用及功能酒新产品开发提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

青藜2 号，青海省农林科学院作物所提供；人参果，市售；耐高温α - 淀粉酶（4 000 U/g）、糖化酶（10 000 U/g），均为食品级，邢台万达生物工程公司提供。

LRH-150 型生化培养箱，上海齐欣科学仪器有限公司产品；FW200 型高速中药粉碎机，天津华鑫仪器厂产品；AL204 型万分之一分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海） 有限公司产品；DL-5M 型低速冷冻离心机，湖南长沙湘仪离心机仪器有限公司产品；N4S 型紫外线可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 藜麦人参果酒工艺流程

藜麦预处理→人参果预处理→藜麦人参果浆液→液化→糖化→灭酶→接种→发酵→澄清→过滤→灌装杀菌→成品酒。酵母活化

1.2.2 发酵条件优化

以感官评价、总酚含量及酒精度为指标，通过单因素试验和正交试验优化藜麦人参果酒发酵条件。单因素包括藜麦与人参果质量比（1∶3，1∶2，1∶1，2∶1，3∶1）、糖度（15，20，25，30，35°Brix）、活性干酵母接种量（2%，4%，6%，8%，10%）、发酵温度（20，24，28，32，36 ℃）、发酵时间（3，5，7，9，11 d），固定条件为藜麦与人参果质量比2∶1，糖度20 °Brix，活性干酵母接种量4%，发酵温度25 ℃，发酵时间7 d。根据单因素试验结果，选择适宜参数水平，设计L9（34）正交试验优化，获得藜麦人参果酒发酵最佳工艺参数。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

1.2.3 指标测定

（1） 酒精度。根据文献[15]使用酒精计法。

（2） 感官评价。参考国标GB 15037—2005 对葡萄酒感官分级评价方法进行改良后制作感官评价标准。为保证感官评定的可靠性和客观性，由10 位专业技术人员组成评分小组，所有评分小组成员具有一定的专业知识、良好的感觉敏锐性及基本的感官评定知识与技巧[16]。所有样品均采用3 位随机数编码，样品在室温下进行品评，对藜麦人参果果酒的色泽、气味、口感、典型性这4 个评定指标，依照感官评价标准去掉最高值及最低值进行综合评分。

感官评价标准见表2。

（3） 挥发性香气成分。参考文献方法[17]并加以修改测定。色谱系统采用GC-MS QP2020，色谱柱型号为SH-Rxi-5 Sil MS。SPME 条件：采用HS/SPME对果酒香味物质进行萃取，取7.5 mL 藜麦人参果酒样品于15 mL 顶空瓶中，加入NaCl 0.3 g，密封，混匀，将萃取头插入顶空瓶，于45 ℃下平衡20 min，吸附萃取30 min。

GC/MS 条件：将萃取头插入气相色谱进样口，解析6 min。采用梯度升温程序，起始温度为50 ℃，保持2 min，以3 ℃/min 升温速率升至80 ℃，再以5 ℃/min 升温速率升至230 ℃，保持6 min，进样口温度240 ℃，载气为He，流速为1.33 mL/min，不分流进样。采用EI 电离源，电子能量为70 eV，质谱扫描范围45～650 m/z。通过NIST05.L 图谱库检索，用面积归一化法计算各香气成分的相对百分含量[18]。

表2 感官评价标准

1.3 数据处理

数据处理均采用SPSS 19.0 数据分析软件，采用Origin 8.5 及Excel 软件进行图表绘制，所有试验均平行试验3 次。

2 结果与分析

2.1 发酵单因素试验结果

发酵单因素试验结果见图1。

由图1（a） 可知，藜麦与人参果质量比为2∶1时感官最佳，而质量比为1∶1 时酒精度达到最高（9.6%Vol），与报道的单一人参果酒[9]和藜麦黄酒[19]酒精度相当。由图1（b） 可知，当酵母接种量4%时感官品质最佳，增加至6%以后酒精度已趋于稳定。由图1（c） 可知，糖度25 °Birx 时酒精度和感官评分均达到最高值，产品酒香醇厚浓郁。由图1（d） 可知，发酵温度24 ℃时酒滋味与香气最好，酒体金黄澄亮，20～28 ℃范围内酒精度略有升高，最高酒精度11.2%Vol，当温度继续升高后酒精度显著下降。温度影响酵母活性，适宜温度可提升感官品质，高于24 ℃后虽然酵母活力增强，但可能使香气损失增加、风味下降[20]。由图1（e） 可知，发酵7 d 时酒精度达到最高值（10.9%Vol），9 d 时感官评价最佳（84.33 分）。随着发酵时间延长，酒精含量增加，但过长时间使糖分减少、发酵变缓，香气损失增加。综合考查酒精度和感官指标，选择质量比2∶1，接种量4%，发酵时间9 d，发酵温度28 ℃，糖度25 °Birx为最优单因素条件，此时产品感官评分和酒精度均处于较优水平。

在单因素试验基础上，综合选择接种量、糖度、温度、时间因素的较优水平，设计L（934）正交试验，确定藜麦人参果酒最佳发酵工艺条件。

正交试验结果见表3，验证试验结果见表4。

图1 发酵单因素试验结果

表3 正交试验结果

表4 验证试验结果

由表3 可知，以感官评分为指标，正交试验极差（R） 为B＞C＞A＞D，最优工艺条件为A1B2C1D1，即接种量4%，糖度15 °Brix，发酵温度20 ℃，发酵时间7 d。以酒精度为指标，各因素极差（R） 依次为B＞C＞A＞D，最优工艺条件参数组合为A3B3C3D3，即接种量4%，糖度25 °Brix，发酵温度32 ℃，发酵时间9 d。分别进行验证试验，结果显示组合1（A1B2C1D1）和组合2（A3B3C3D3） 酒精精度分别为10.9%Vol 和11.2%Vol），感官评分分别为86.28 分和89.11 分。组合2 酒精度最高，酒体醇厚，酒精度高于已开发藜麦黄酒[20]，且其感官评分也处于最优水平，因而选择组合2 作为研究最佳发酵工艺参数。

2.2 香气分析

藜麦人参果果酒SPME-GC/MS 分析结果见表5。

由表5 可知，藜麦人参果酒香气包括醇类、酸类、酯类、醛类、酚类和胺类等化合物，共鉴定出41 种挥发性物质，占总峰面积的75.32%，其中最丰富的均为酯类（17 种），其次为醇类（4 种）、酸类（5 种） 和烷烃类（6 种），酒的香气种类较高于杜妹玲等人[21]报道的藜麦啤酒。苯乙醇（27.04%～42.41%） 和乙酸异戊醇酯（4.31%～14.45%） 是酒中相对含量最高的醇和酯，其中苯乙醇与报道的蓝靛果酒、青枣果酒一致，但因原料不同酯类一般差异较大[22-23]。醇类含量鉴定出4 种，占总峰面积的45.09%，主要是苯乙醇、异戊醇和己醇。苯乙醇呈现清甜的玫瑰样花香，存在于苹果、草莓、梨等水果中，具有杀菌作用，其纯品也常用于香精香料中[24]。鉴定出的芳香醇具有芳香气味，微溶于水，是一些芳香瑰油的主要成分，常用于合成药物和香料的原料[25]。醇类物质主要由原料藜麦和人参果中糖类、蛋白质的发酵降解产生，主要呈现酒香、花香、水果香、甜香等风味，适量的高级醇可以赋予酒体优雅的香气特征，同时醇类也有助于其他挥发性风味化合物的溶解，醇类香气阈值一般较低，对复合香气的构成有较大贡献[26]。酸类有5 种，占总峰面积的4.54%，主要是己酸、2 - 甲基丁酸和异戊酸。己酸可赋予酒体干酪香、辛辣味等。酸类整体呈现出水果香味，阈值较高，对酒体的口感和后味有一定影响，可以起到助香、减少刺激、缓冲平衡及减缓酯类物质水解的辅助作用[26]。酯类在藜麦人参果酒中有17 种，占总峰面积的14.99%。酯类物质是酒体中种类最多的香气，主要包括辛酸乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯、乙酸异戊醇酯等，对藜麦人参果酒特征风味有重要贡献。例如，辛酸乙酯具有类似杏子的香气、甜酒香，癸酸乙酯带类似白兰地的香韵，月桂酸乙酯具有花果香气，棕榈酸乙酯带有微弱果香、奶油香等。酯类一般认为是由酵母的生物合成及醇与游离酸反应形成，大部分可以赋予酒体怡人的果香、花香、草本香和酒香，使酒体风味变的果香浓郁、酒香醇和香气协调[21]。醛类含量有4 种，占总峰面积的3.15%。醛类赋予藜麦人参果酒中的水果香。检测出的香叶基丙酮、大马酮和二氢- 2 - 甲基-3（2H）-噻吩酮有助于丰富藜麦人参果酒的香气特征。

综上所述，酯类、酸类和醛类相对含量较高，对藜麦人参果酒的独特香气贡献较大，其中苯乙醇（42.41%）、己醇（2.60%）、异戊醇（4.66%）、己酸（1.84%）、2 - 甲基丁酸（1.22%）、乙酸异戊醇酯（4.31%）、己酸乙酯（1.29%）、癸酸乙酯（1.86%）、辛酸乙酯（1.74%）、乙酸苯乙酯（1.22%）、壬醛（1.33%） 等可能是构成酒体风味的关键挥发性化合物。结合验证试验酒精度及感官评定结果，选择组合2 为黎麦人参果酒最优工艺组合。

3 结论

在单因素试验基础上，对藜麦人参果酒发酵工艺条件进行正交试验优化并鉴定了成品酒香气。结合酒精度和感官评分确定的酒最优发酵工艺条件为藜麦与人参果质量比2∶1，糖度25 °Brix，接种量4%，发酵温度32 ℃，发酵时间9 d，影响因素依次为糖度、温度、酵母接种量和发酵时间。最优条件下藜麦人参果酒色泽金黄澄亮、口感醇厚协调、藜麦和人参果典型风味突出，酒精度为11.2%Vol。藜麦人参果酒中共鉴定出41 种香气成分，其中相对含量较高的化合物为苯乙醇（42.41%）、己醇（2.60%）、异戊醇（4.66%）、己酸（1.84%）、2 - 甲基丁酸（1.22%）、乙酸异戊醇酯（4.31%）、己酸乙酯（1.29%）、癸酸乙酯（1.86%）、辛酸乙酯（1.74%）、乙酸苯乙酯（1.22%）、壬醛（1.33%）。藜麦和人参果酒在香气、感官品质和酒精度上均优于单一藜麦黄酒与人参果果酒，复配发酵在结合藜麦与人参果两者健康优势的同时，可有效提升酒的品质。

表5 藜麦人参果果酒SPME-GC/MS 分析结果