1、分析与检测2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)261DOI:10 13995/j cnki 11 1802/ts 031972引用格式:李涛，周颖，张军，等 基于顶空固相微萃取-气相色谱-质谱和主成分分析法研究不同发酵原料对草莓酒香气成分的影响 J 食品与发酵工业，2023，49(5):261 268 LI Tao，ZHOU Ying，ZHANG Jun，et al Effect of different fermentationmaterials on aroma components of strawberry wines based on HS-SPME-GC-MS and
2、PCAJ Food and Fermentation Indus-tries，2023，49(5):261 268基于顶空固相微萃取-气相色谱-质谱和主成分分析法研究不同发酵原料对草莓酒香气成分的影响李涛，周颖，张军*，杨梅，冯翰杰，张顺屹，杜晴云(天津农学院 食品科学与生物工程学院，天津，300392)摘要以草莓为原料，研究不同发酵原料(去梗草莓和带梗草莓)对草莓酒基本理化指标、香气成分和感官特性的影响。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱和主成分分析方法对草莓汁及草莓酒进行香气成分分析。结果表明:2 种草莓酒的理化指标均符合国标要求，其中带梗发酵草莓酒中总酸和总酚含量较高，与去梗发酵草莓酒相
3、比差异显著。草莓酒样品中共检测出 40 种香气化合物，其中共有成分 24 种，去梗发酵草莓酒中酯类物质含量最高，为 65 35%;带梗发酵草莓酒中醇类物质含量最高，为 68 80%。主成分分析显示，2 种不同原料酿造的草莓酒香气风格差异区分明显，辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸异戊酯和正己酸乙酯是去梗发酵草莓酒的主要香气成分，异戊醇和苯乙醇是带梗发酵草莓酒的主要香气成分。感官评价结果显示，去梗发酵草莓酒香气浓郁、果香细腻，具有较好的色泽和典型性，感官评分较高。去梗发酵草莓酒酯类物质含量较高，香气以草莓香和果香为主，酒体轻盈，口感清爽，适用于草莓酒的酿造，而带梗发酵草莓酒总酸和总酚含量较高，香气复杂，酒
4、体略粗糙，有苦涩味。关键词草莓酒;顶空固相微萃取-气相色谱-质谱;香气成分;主成分分析;感官评价第一作者:李涛硕士研究生和周颖硕士研究生为共同第一作者(张军教授为通信作者，E-mail:zjaiwa163 com)基金项目:中央引导地方科技发展专项(21ZYCGSN00410);天津市特支计划青年拔尖人才项目(TJTZJHQNBJC-1-19);天津市技术创新引导专项(21YDTPJC00910)收稿日期:2022-04-13，改回日期:2022-06-01草莓是蔷薇科多年生草本植物，果实呈鲜红色，香气浓郁，富含维生素、花色苷和酚类物质，具有防便秘、抗氧化及预防心脑血管疾病等功效，被誉为“水果
5、皇后”1 2。果酒是以水果为原料，经调整成分，酒精发酵等工艺酿制而成，其营养丰富、色泽诱人，适量饮用有助于身体健康3。以草莓为原料酿造的草莓果酒，既可以丰富果酒市场，提高草莓的利用率和附加值，也可以解决草莓不耐储藏、货架期短等问题。目前国外关于草莓酒的研究少有报道，而国内对草莓酒的研究主要集中在酿造工艺的优化4 和酵母菌种的筛选5 等方面。跟葡萄酒相比，草莓酒的发酵工艺还不成熟，市面上草莓酒的种类较少。不同发酵工艺对果酒的香气品质有很大的影响。周雪艳等6 发现不同发酵方式(清汁发酵、浊汁发酵、带渣发酵、加酶带渣发酵)对鸭梨酒的香气成分种类及其含量具有显著影响，青汁发酵的鸭梨酒品质更优。傅力等7
6、 以赛买提杏为原料，采用杏汁和杏浆2 种不同发酵方式进行发酵，结果表明杏汁发酵的杏酒酒体柔和丰满，感官品质较好，而杏浆发酵的酒口感较粗糙。顶空固相微萃取(head space solid-phase micro-extraction，HS-SPME)技术作为样品前处理方法，具有操作简单、高效、成本低等优点8，该技术常与 GC-MS 联用，用于快速分析物质中的挥发性成分，目前在生命科学、食品、药品、化工、香精油等方面具有广泛应用9。香气是评价果酒感官品质的重要指标，决定着产品的风格与典型性，其受原料品种、发酵方式、酵母种类、澄清工艺、储藏条件等因素影响10。叶文斌等11 采用 HS-SPME-G
7、C-MS 对东方草莓酒挥发性香味成分进行分离和鉴定，共鉴定出 32 种香气物质，其中异戊醇、2-甲基丙醇、正丙醇、乙缩醛二乙醇、乳酸乙酯、乙酸乙酯等物质为草莓酒的主要香气成分。时宽芹12 通过 HS-SPME-GC-MS 方法分析了法兰地草莓酒的挥发性成分及含量，样品中共检测出 78 种香气物质，其中酯类和醇类含量最多，乙酸异戊酯、乙酸己酯、辛酸乙酯和乙醛的气味活性值较高，对草莓酒风味有重要贡献。食品与发酵工业FOOD AND FEMENTATION INDUSTIES2622023 Vol.49 No.5(Total 473)本研究以红颜草莓为原料，采用 HS-SPME-GC-MS 和主成分
8、分析方法对草莓汁及草莓酒进行香气成分分析，研究 2 种不同发酵原料(去梗草莓和带梗草莓)对草莓酒基本理化指标、香气成分和感官特性的影响，以期为进一步研究草莓酒的工艺优化及香气成分分析提供理论依据。1材料与方法1 1材料与试剂草莓，2021 年 4 月中旬采于北京欣宝莱科技有限公司，总糖质量浓度为 108 g/L，总酸质量浓度为6 25 g/L(以酒石酸计)，挑选成熟度好、无污染无破损的新鲜红颜品种草莓为原料。果胶酶(食品级)、DL-酒石酸，河南万邦实业有限公司;F15 酵母、焦亚硫酸钾(食品级)，法国 Laffort公司;白砂糖，北京糖业烟酒集团有限公司;福林-酚试剂，天津市光复精细化工研究所
9、;2-辛醇(色谱纯)，上海泰坦科技股份有限公司;NaCl、NaOH、HCl、葡萄糖等试剂均为国产分析纯，上海国药集团试剂有限公司。1 2仪器与设备GC-7890 气相色谱质谱联用仪，美国安捷伦科技有限公司;HH 系列数显型恒温水浴锅，江苏科研仪器有限公司;HPX-250 生化培养箱，上海跃进医疗器械有限公司;雷磁 pHS-25 型 pH 计，上海仪电科学仪器股份有限公司;电子天平，天津天马衡基仪器有限公司;L4 紫外可见分光光度计，上海佑科仪器仪表有限公司;手动破碎机，宜仟家酿酒设备有限公司。1 3实验方法1 3 1发酵工艺流程及操作要点草莓清洗轻度破碎草莓果浆调整成分接种酵母酒精发酵皮渣分离
10、清汁发酵结束发酵倒灌澄清除菌过滤装瓶测定指标草莓果浆的制备:挑选成熟度好、无污染无破损的新鲜草莓，清水冲洗，去梗发酵先去除草莓果梗及萼片，带梗发酵直接破碎入罐，得到草莓果浆。调整成分:添加100 mg/L 焦亚硫酸钾防止氧化，30 min 后加入40 mg/L 果胶酶，用白砂糖调整总糖质量浓度为 200 g/L，酒石酸调整总酸质量浓度为7.5 g/L(以酒石酸计)。接种酵母:酵母的接种量为 0 2 g/L。将称量好的酵母按料液比 1 10(g mL)加入蒸馏水，在 37 恒温水浴锅中活化25 min，然后倒入发酵罐中搅拌均匀。酒精发酵:发酵温度为 18，每隔 24 h 测一次温度和比重(相对密
11、度)，当果肉接近无色时，皮渣分离。清汁发酵:分离完皮渣的草莓清汁继续酒精发酵，当连续 2 次比重不再变化时，发酵结束。倒罐澄清:倒罐，去除酒泥，加入 100 mg/L 焦亚硫酸钾终止发酵，4 条件下自然澄清，1 个月后过滤装瓶。1 3 2基本理化指标的测定总酸(以酒石酸计)采用指示剂法测定;挥发酸(以乙酸计)采用滴定法测定;pH 值采用 pH 计测定;游离及总 SO2采用直接碘量法测定;还原糖(以葡萄糖计)采用斐林试剂法测定;乙醇体积分数采用密度瓶法测定;总酚采用福林酚比色法测定13。所有指标均重复测定 3 次。1 3 3挥发性香气成分的测定14 香气成分萃取:分别吸取 10 mL 酒样放于
12、20 mL顶空瓶中，加入 2 g NaCl(可促进挥发性香气成分挥发)和 10 L 2-辛醇内标(质量浓度为 500 g/L)，置于恒温磁力搅拌加热平台上，45 预热 10 min。待顶空瓶中样品香气达到饱和之后，将萃取头伸入顶空瓶中，45 吸附 40 min 后拔出，插入气相色谱进样口，230 热解析 3 min。最后进行数据采集分析。色谱条件:色谱柱为 DB-WAX 毛细管色谱柱(60 m 0 25 mm 0 25 m);载气 He(纯度为99.999%)，流速为 1 mL/min;手动进样;进样口温度230;升温程序:起始柱温 35 (保持 3 min)，以6 /min 升 温 至 15
13、0(保 持 1min)，再 以12 /min 升温至 230(保持 3 min)。质谱条件:电子电离源(electron ionization，EI)，电子能量 70 eV;扫描范围 m/z 20 550;离子源温度230;接口温度 230。草莓汁挥发性香气成分的测定方法同草莓酒。1 3 4香气成分分析15 定性:通过查阅相关文献和计算机谱库(NIST/Wiley)检索，对 GC-MS 分析得到的质谱数据进行定性(匹配度 800，最大值为 1 000)。定量:采用半定量法，以 2-辛醇(质量浓度为500 g/L)作为内标物，对草莓酒和草莓汁样品中各香气成分进行定量，计算如公式(1)所示:分析与
14、检测2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)263X/(gL1)=A A0(1)式中:X，各香气物质的质量浓度，g/L;A，酒样中测得香气物质的峰面积;，2-辛醇的质量浓度，g/L;A0，2-辛醇的峰面积。1 3 5感官评价在标准品尝室中，由 7 名经过专业培训的品尝员组成感官分析品尝小组，参照 GB/T 150382006葡萄酒、果酒通用分析方法 对草莓酒进行感官分析。1 4数据处理用 SPSS 26 0 进行显著性和主成分分析，Excel2021 和 Origin 2021 进行统计分析。2结果与分析2 1发酵原料对草莓酒理化指标的影响由表 1 可知，2 种不同原料酿造的草莓酒还原
15、糖质量浓度均小于 4 g/L，按照 GB/T 150372006葡萄酒 理化指标规定，属于干型果酒。酒样中总酸质量浓度均大于 8 g/L，pH 在 3 4 3 6，带梗发酵草莓酒中总酸含量较高，pH 值较低，可能是由发酵过程中草莓果梗及萼片中的酸类物质释放到酒中所致。起始糖度一样，而带梗发酵草莓酒中的酒精体积分数显著高于去梗发酵草莓酒，可能是果梗的加入提高了乙醇的转化率所致。从总酚质量浓度来看，带梗发酵草莓酒中含量较高，为(272 5 0 01)mg/L，是去梗发酵草莓酒的 1 34 倍，据报道，酚类物质主要存在于果梗、果皮和种子中，随着酒精发酵的进行会进入果酒中，赋予果酒收敛感和苦涩味16。
16、乙酸对果酒 风 味 品 质 的 影 响 是 负 面 的，研 究 发 现，乙酸质量浓度在200 700mg/L较为适宜，而高于700 mg/L 时，会使果酒产生酸败感和溶剂味17。如表 1 所示，2 种草莓酒中挥发酸质量浓度(以乙酸计)均小于 1 2 g/L，符合国标 GB/T 150372006葡萄酒 要求，总 SO2含量和游离 SO2含量也符合 GB27602014食品安全国家标准 食品添加剂使用标准 限量要求。表 1草莓酒的理化指标Table 1Physicochemical indexes of strawberry wines理化指标去梗发酵草莓酒带梗发酵草莓酒还原糖质量浓度/(gL1)373 008a2 85 007b总酸质量浓度/(gL1)834 001b9 01 002apH359 001a3 45 001a酒精体积分数/%1118 002b11 64 001a总酚质量浓度/(mgL1)2036 006b272 5 001a挥发酸质量浓度/(gL1)058 002a0 54 001a总 SO2质量浓度/(mgL1)117 001a117 8 012a游离 SO2质量浓度/