添加桑葚辅料发酵对紫薯酒中花青素含量和风味的影响

向欣，吴正云*，王尤强，张文学

1. 四川大学轻工科学与工程学院（成都 610065）；2. 四川红土地农业开发有限公司（达州 635000）

紫薯富含花青素（anthocyanins）、膳食纤维、矿物质元素、类黄酮、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、抑制癌细胞增殖、抗菌等多种生物活性[1-3]*。以紫薯为原材料酿酒，能保留浓厚的薯香和花青素等生物活性成分，广受消费者青睐。相关研究显示，葡萄酒中花青素含量范围在251.29～829.95 mg/L之间[4-6]*，而紫薯发酵酒花青素含量一般在67.34～564.6 mg/L之间[7-8]*。由于紫薯发酵酒产品中花青素含量相对偏低且风味较单一，试验探讨通过添加与紫薯花青素组成相似的桑葚[9-10]*辅料发酵，提高紫薯酒中花青素含量和风味品质的可能性。

1 材料与方法

1.1 发酵菌种

酿酒酵母BV818（SaccharomycescerevisiaeBV818，安琪酵母股份有限公司）：接种前配制5%葡萄糖溶液活化酵母，糖溶液体积为酵母质量的10倍，35 ℃下活化30 min。

1.2 主要材料、试剂与仪器

紫罗兰紫薯（云南红河产，购自成都盒马鲜生）；桑葚干（四川禾一天然药业有限公司）；糖化酶（50 000 U/g）、α-淀粉酶（10 000 U/g），均为河南星星食化生物科技公司；2-辛醇（内标，上海麦克林生化科技有限公司）。

气相-质谱联用仪（GC-MS，美国赛默飞世尔科技公司）；固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）装置（50/30 μm DVB/CAR/PEMS，美国Aigma-Aldrich公司）；色谱柱[VF-WAXms，安捷伦科技（中国）有限公司]；紫外分光光度计（UV1800，日本岛津公司）。

1.3 酿造工艺

挑选新鲜无腐烂的紫薯清洗、切块，高温蒸煮20 min使其蒸熟，冷却至室温，按照料液比1∶0.4（g/mL）添加蒸馏水打浆。打浆过程中分别添原料质量5%和10%的桑葚辅料；α-淀粉酶添加量0.15%，糖化酶添加量0.2%，在65 ℃条件下酶解2 h；酶解完成后进行压榨取汁，按比例添加13%白砂糖、0.025%焦亚硫酸钾、0.03%D-异抗坏血酸钠、0.2%柠檬酸进行成分调整，接种活化好的酿酒酵母，接种量0.1%。在25℃下恒温发酵7 d，纱布过滤后取样测定，将紫薯酒依次编号为CK，SS-5%和SS-10%，分别表示对照组、添加5%桑葚组、添加10%桑葚组。

1.4 理化指标的测定

参考GB/T 15038—2006《葡萄酒果酒分析方法》[11]*测定酒精度、pH、总酸等理化指标。还原糖含量测定采用3, 5-二硝基水杨酸（3, 5-dinitrosalicylicacid，DNS）比色法测定[12]*。花青素含量的测定采用比色法[13]*，以矢车菊素-3-葡萄糖苷表示紫薯酒中花青素含量。

1.5 挥发性成分的测定

1.5.1 顶空固相微萃取

取5 mL紫薯酒样品于20 mL萃取瓶中，加入10 μL内标2-辛醇（100 μg/L），在60 ℃恒温水浴平衡10 min，插入萃取头萃取45 min，进样口解析5 min进样分析[14]*。

1.5.2 GC程序

参考文献[14]稍做修改。VF-WAXms色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），分流比=1∶20，采用程序升温，40 ℃保持5 min，以4 ℃/min升至100 ℃，以6℃/min升至230 ℃，保持2 min，进样口温度250 ℃，检测器温度270 ℃。

1.5.3 MS程序

电离方式EI；电子能量70 eV；离子源温度250℃；溶剂延迟时间2 min；质谱扫描范围（m/z）50～450 amu。

1.5.4 定性定量方法

利用NIST14/NIST14s数据库进行检索，选取匹配度大于85的挥发性化合物，并确定化合物名称。根据目标化合物与内标物质峰面积之比计算目标化合物质量浓度，如式（1）所示。

式中：C为某挥发性物质含量，μg/L；Ac为内标物质量浓度，μg/L；Ais为内标物峰面积；Cis为某挥发性物质峰面积。

1.6 感官评价

由6名专业品评人员对紫薯酒进行综合感官评价，评分标准参考文献[15]，总分以100分计，每组去掉最高分和最低分，以平均值为最终得分。

2 结果与分析

2.1 添加桑葚辅料对紫薯酒发酵理化指标、花青素含量和感官品质的影响

紫薯酒的各项理化指标如表1所示。3种紫薯酒酒精度均高于10.97%vol，发酵结束后还原糖含量在3.81～5.71 g/L，根据国标规定[16]*均属于半干型果酒。添加5%和10%桑葚组酒精度高于对照组，与所添加桑葚辅料中的糖分有关。3种酒的总酸含量在6.46～8.38 g/L，均符合国家标准[16]*，其中添加桑葚组总酸含量显著高于对照组，可能与桑葚本身含有的酸类物质有关[17]*。

表1 紫薯酒发酵结束后理化指标

添加桑葚辅料的紫薯酒发酵过程中花青素含量变化见图1。随着干桑葚添加比例的增大，花青素含量升高；在发酵结束时，添加10%干桑葚组花青素含量为472.5 mg/L，添加5%干桑葚组花青素含量为384.7 mg/L，均高于对照组花青素含量338.9 mg/L。尽管添加10%干桑葚所得紫薯酒中花青素含量更高，但发酵液浓稠且成本较高。综合考虑，5%干桑葚添加量对于紫薯酒花青素含量有明显提升效果，可考虑用于实际生产中。

图1 3种紫薯酒发酵过程中花青素含量变化

3种紫薯酒感官评价结果如图2所示。紫薯酒感官评分总分由高到低为SS-5%＞CK＞SS-10%。适量的有机酸对果酒的色泽、香气和风味的平衡有着重要作用[18]*，添加桑葚发酵后紫薯酒中总酸含量提高，可为酒体带来酸爽的口感，有助于改善紫薯酒的香气和风味。添加5%桑葚组在色泽和滋味两方面有明显优势，其色泽均匀一致，酒体呈紫红色，具有紫薯酒特色且甜酸适度、香气怡人。对照组在香气上有一定优势，添加10%桑葚组紫薯酒色泽较深，澄清度欠佳，不具有紫薯酒典型风格，添加5%桑葚组发酵的紫薯酒色泽鲜亮，澄清透明，香气浓郁且具有紫薯酒的典型风格。

图2 3种紫薯酒的感官评价

2.2 添加桑葚辅料发酵对紫薯酒中挥发性成分的影响

利用GC-MS对3种紫薯酒中挥发性物质进行检测，在所有样品中共检测出35种挥发性成分，其中包括6种醇类、15种酯类、3种乙酸酯类、1种酸类、4种醛酮类、4种萜烯类、2种酚类和醚类（表3）。醇类物质含量占香气总量的55.1%～67.8%，酯类物质含量占6.5%～18.9%，乙酸酯类物质占8.6%～9.0%，酚类，醚类物质占11.2%～12.7%，此外还有微量酸类、醛酮类、萜烯类化合物。

醇类是构成紫薯酒风味的重要组分，添加5%和10%桑葚辅料组中，苯乙醇含量分别由19 364.83 μg/L增加至70 643.41和42 633.11 μg/L；与对照组相比，添加5%桑葚组异丁醇含量由554.543 μg/L上升为649.35 μg/L。酒体中高级醇类物质的浓度低于300 mg/L时，会赋予果酒水果香和花香[19]*，添加桑葚辅料发酵使紫薯酒中醇类物质含量增高，有助于丰富紫薯酒的香味。酯类物质是紫薯酒风味的重要贡献者，辛酸乙酯、癸酸乙酯被认为是紫薯酒中关键香气成分[20]*，添加5%桑葚发酵后，紫薯酒中辛酸乙酯、癸酸乙酯含量显著提升。添加5%和10%桑葚发酵后，乙酸乙酯的含量分别增加36.7%和73.9%。

基于3种紫薯酒样品挥发性成分的主成分分析结果见图3。前2个主成分解释了总方差的99.8%，分别为63.4%和36.4%。由图3（a）可知：添加5%桑葚辅料组位于PC1与PC2的正向端，周围挥发性成分种类丰富，与异丁醇、乙酸苯乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、α-松油醇、正己酸乙酯、4-萜品醇等香气成分等靠近；对照组位于PC1负向端与PC2正向端，主要与1-戊醇、月桂酸乙酯、棕榈酸乙酯、4-萜烯醇等成分靠近；添加10%桑葚辅料组位于PC1与PC2的负向端，其异戊醇、正丙醇、苯乙醇、苯甲醛、3-糠醛、2, 3-戊二酮等含量较高，是区别于其他酒样的主要原因。整体来看，月桂酸乙酯、棕榈酸乙酯、4-萜烯醇等挥发性成分构成对照组紫薯酒独特的风味；添加桑葚组紫薯酒中挥发性成分更为丰富，与辛酸乙酯、癸酸乙酯、正己酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、乙酸异戊酯、α-松油醇、芳樟醇等物质呈正相关性。

图3 3种紫薯酒挥发性香气成分的PCA散点图

以紫薯酒的挥发性成分含量为自变量，紫薯酒的感官评价属性为因变量，进行PLSR分析，其相关分析载荷结果见图4。载荷图中3个黑色圆圈分别表示方差贡献率为50%，75%和100%，绝大多数自变量和因变量均位于置信区间内，可以被模型较好地解释。变量投影重要性（variable importance for Projection，VIP）可以反映不同变量在模型区分效果中地重要程度，VIP值大于1.0的风味物质包括1-戊醇（F2）、异戊醇（F5）、2, 3丁二醇（F6）、丁二酸二乙酯（F10）、月桂酸乙酯（F12）、棕榈酸乙酯（F14）、乙酸乙酯（F22）、苯甲醛（F26）、芳樟醇（F30）、4-萜烯醇（F31）等17种，这些物质大多与添加5%和10%桑葚组靠近，对添加桑葚辅料组紫薯酒的风味贡献显著。

图4 三种紫薯酒感官评价与挥发性成分的相关性

结合PCA与PLSR模型分析，添加5%桑葚辅料组与苯乙醇（F3）、辛酸乙酯（F7）、癸酸乙酯（F9）、α-松油醇（F33）等风味成分有较好的关联性，2, 3-丁二醇（F6）、乙酸乙酯（F22）、苯甲醛（F27）、3-糠醛（F26）等风味物质与添加10%桑葚组靠近，醇类酯类物质赋予添加桑葚辅料组紫薯酒怡人的香气[21]*，增加紫薯酒风味物质的多样性；1-戊醇（F2）、月桂酸乙酯（F12）、棕榈酸乙酯（F14）、4-萜烯醇（F31）等7种风味物质与香气（G3）呈正相关，为对照组紫薯酒的风味做出了重要贡献，与袁杰彬等[22]*报道一致。

3 结论

添加桑葚辅料发酵后紫薯酒中花青素含量提升13.5%～39.4%，使紫薯酒色泽鲜亮。同时，添加桑葚辅料进行发酵，明显改变紫薯酒的挥发性成分含量，使香气成分中的乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯等风味物质含量增加。添加桑葚发酵后紫薯酒中总酸含量提高，可为酒体带来酸爽的口感，有助于改善紫薯酒的香气和风味，添加5%桑葚组感官评价得分最高，表现出香气浓郁和合适的口感。