糙米酒酿工艺优化与挥发性成分分析
糙米酒酿工艺优化与挥发性成分分析糙米酒酿工艺优化与挥发性成分分析苏佳佳1，杨 天1，佟恩杰2，赵雪莹1，何程豪1，杨 哪1,3，徐学明1,3,4，吴凤凤1,3,*（1.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；2.中粮麦芽（大连）有限公司，辽宁 大连 116000；3.江南大学 食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122；4.江南大学 粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡 214122）摘 要：通过单因素和正交试验，结合模糊数学感官评价法对糙米酒酿的制备工艺进行优化，并利用顶空固相微萃取、气相色谱-嗅闻-质谱联用结合偏最小二乘回归（partial least squares regression，PLSR）分析法对糙米酒酿和糯米酒酿的风味特性进行对比分析，以探究糙米酒酿风味组分与感官属性的相关性。结果表明：糙米酒酿的最佳制备工艺条件为：糙米浸泡时间8 h，蒸煮时间35 min，酒曲添加量0.4%，发酵温度35 ℃，恒温发酵时间60 h；此最佳工艺制得的糙米酒酿共鉴定出风味物质47 种，能被嗅闻识别的挥发性化合物有29 种，其中乙醇、丁酸乙酯、2-戊基呋喃、己醇、甲基庚烯酮、蘑菇醇等在分流稀释27 倍条件下仍能被嗅闻识别，为糙米酒酿主体香气成分；PLSR分析结果显示乙醇、丁酸乙酯等风味组分与糙米酒酿的酒香、果香、花香呈较强的正相关性，2-戊基呋喃、甲基庚烯酮、己醇、蘑菇醇等与米香呈较强的相关性。本研究结果为制备具有独特风味的糙米酒酿产品及其风味评价提供一定理论依据。关键词：糙米酒酿；工艺优化；风味；气相色谱-嗅闻-质谱；偏最小二乘回归分析法酒酿（甜米酒）是我国备受欢迎的固态发酵食品。传统酒酿通常以支链淀粉含量较高的精白糯米为原料，经蒸煮糊化，加入米根霉（酒曲）糖化发酵制备而成。微生物的自然发酵赋予了酒酿较高的营养价值：在适宜条件下，米根霉大量生长繁殖，进而分泌糖化酶、蛋白酶、酒化酶等各种酶类。淀粉在糖化酶的作用下分解生成葡萄糖、麦芽糖等，这些小分子还原糖是酒酿甜味的主要来源，小部分糖会在酒化酶的作用下被进一步转化生成乙醇等醇类物质。另一方面，蛋白质大分子在蛋白酶作用下降解为活性短肽和游离氨基酸，复杂的糖化发酵过程还产生了柠檬酸、葡萄糖酸、乳酸等有机酸类，使酒酿形成酸酸甜甜的口感，具有独特风味而深受消费者喜爱。糙米是稻谷垄谷仅脱去最外层稻壳的米粒，是典型的全谷物食品之一。由于保留了胚与糊粉层，其蛋白质、膳食纤维、微量元素等营养物质含量远高于精白米。糙米含有谷胱甘肽（glutathione，GSH）、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）、γ-谷维醇等活性功能因子，具有预防糖尿病、改善记忆、抗氧化、降血脂等作用。虽然糙米营养价值颇高，但直接蒸煮食用的口感粗糙，较硬难以咀嚼，且有糠味，因此难以被大众广泛接受，而将糙米制备成酒酿是开发糙米产品的优良途径。研究显示发酵能明显提升原料米γ-氨基酸的含量，以及提升抗氧化等功能特性。而对糙米酒酿的制备工艺的现有研究甚少，对于其风味的分析更是缺乏。本研究为开发风味独特的糙米酒酿产品，通过单因素和正交试验结合模糊数学感官评价法优化糙米酒酿的制备工艺，并采用气相色谱-嗅闻-质谱（gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry，GC-OMS）联用技术结合偏最小二乘回归（partial least squares regression，PLSR）分析法对糙米酒酿和糯米酒酿的挥发性成分进行对比分析，以期进一步探究糙米酒酿风味组分与感官属性的相关性。1 材料与方法1.1 材料与试剂糙米（糙糯米）、糯米（糙糯米碾后的精白糯米）江南农副产品批发市场有限公司；甜味型甜酒曲 安琪酵母股份有限公司；糖化酶 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；3,5-二硝基水杨酸、丙三醇、邻苯二甲酸氢钾、氢氧化钠、盐酸、碘、碘化钾、硫酸、硫代硫酸钠国药集团化学试剂有限公司。1.2 仪器与设备PQX型多段可编程人工气候箱 宁波东南仪器有限公司；TU-1900双光束紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；HWS24型电热恒温水浴 上海一恒科技有限公司；KQ-3OODE型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；CAR/PDMS萃取头 上海安普科学仪器有限公司；QP2010SE/MS气相色谱-质谱联用仪（配DB-Wax毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm））日本岛津公司。1.3 方法1.3.1 工艺流程糙米→除杂→清洗→浸泡→蒸煮→冷却→拌曲→搭窝→糖化发酵→灭酶→成品糙米酒酿健全系统规范的转化机制。积极开展军民融合标准化研究论证，规范完善国标、军标和行标协调互补的标准体系，特别对卫星导航、信息技术、重型装备、交通设施等重点领域的建设项目和重要产品的设计及生产，要打破军用和民用的壁垒，深入推进军工技术与民用技术相互辐射、优势互补，最大限度实现军地资源共享和技术相互转化。 1.3.2 浸泡吸水规律的测定称取糙米20 份，每份20 g，浸泡在含有足量蒸馏水的容器中，气候箱中静置（温度25 ℃，相对湿度60%），每隔20 min取样一次，沥干米粒表面的水分，将米粒平铺在吸水纸上，静置60 s，立即称质量，按下式计算浸泡含水量：近几年我省保护的得到了很快的发展，特别是远郊的农民纷纷加入保护的蔬菜生产的队伍里来，丰富了城市菜篮子和市民的餐桌。又块到一年一度的保护地生产的时候了，特别是黄瓜、番茄、辣椒、茄子等果类蔬菜育苗的时间了。只有培育出健壮的菜苗，才是蔬菜丰产丰收的基础。那么如何培育出壮苗哪，选择好育苗设施、掌握好不同品种育苗温度是关键问题。下面给出育苗设施及不同品种的苗期温度，供大家参考。 http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/42a3667a00ba85f4bdf67356eb7b6114.jpg式中：RW为浸泡含水量/%；M0为未浸泡米质量20 g；W为原料米含水量/%；Mt为浸泡后第t次称取的糙米质量/g。1.3.3 蒸煮糊化度测定酶水解法，在原料米蒸煮过程中，每隔5 min取样，取样后立即放入-40 ℃冰箱冷冻，经冷冻干燥，样品粉碎过100 目筛，经索式抽提器提净脂肪，通过酶水解法进行糊化度测定。1.3.4 糙米酒酿单因素试验探究酒曲添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、发酵温度（26、29、32、35、38 ℃）、发酵时间（24、36、48、60、72、84 h）各因素对糙米酒酿品质的影响，测定还原糖、总酸含量等指标及并进行感官评定。教师提问：图5、图6均是利用显性父本和隐性母本杂交，如将图5中XWYw更换为XWYW，即更换为野生型红眼雌果蝇，遗传图解如图7所示。教师引导学生分析，学生此时恍然大悟，图6、图7才是验证假说的关键性实验。 1.3.5 正交优化试验在单因素试验的基础上，分析选取影响试验结果显著的酒曲添加量、发酵温度、发酵时间3 个因素，进行L9（33）正交试验，以还原糖、总酸含量及感官评分为评定指标，对糙米酒酿的发酵工艺进行进一步优化。正交试验设计因素与水平见表1。表 1 正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels used for orthogonal array designhttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/ba72f44b8c95e772201ae6a15b5d665e.jpg&q=30 水平 因素A酒曲添加量/% B发酵温度/℃ C发酵时间/h 1 0.2 29 60 2 0.4 32 72 3 0.6 35 84
1.3.6 总酸含量测定采用酸碱中和滴定法，取样品酒液置于锥形瓶，加蒸馏水以一定比例稀释，以酚酞作为指示剂，先以邻苯二甲酸氢钾标定氢氧化钠，再用标定后的氢氧化钠滴定样品，当到达滴定终点时，指示剂显红色，根据消耗碱液的体积计算总酸含量。1.3.7 还原糖含量测定采用3,5-二硝基水杨酸法，显色剂用量为2 mL，显色时间为5 min，在540 nm波长下测定各样品吸光度。1.3.8 模糊数学感官评价在我国，电网调度系统虽然已基本实现了自动化，但是自动化的电网调度系统也是会出现故障的。故障一旦发生，如果没有应急响应机制的话或者导致电网的大面积瘫痪，或者会造成电网调度的误操作，从而产生安全事故。 感官评价小组由12 名经过感官评定分析专业培训且有一定评价经验的人员组成（6 名男性，6 名女性），于特定的感官评定室中各自独立进行评价。糙米酒酿的品质评价需要综合考虑多方面的因素，包括香气、滋味、色泽、适口性和外观，所有的评价指标分为4 个等级：优秀、良好、中等、较差，各等级对应的评分为90、80、70、60 分。综合感官评定标准如表2所示。表 2 综合感官评定标准
Table 2 Criteria for sensory evaluation of rice winehttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/1ec7e7281b40f764f2f06f3515cd4019.jpg&q=30 项目 优秀 良好 中等 较差香气 有醇正酒酿发酵的香味 有酒酿香味，气味较淡 无香味，无异味 有异味或刺激性气味滋味 酸甜适中，滋味愉悦 偏酸或偏甜，滋味尚佳 过酸或过甜 滋味奇怪，难以接受色泽 酒液清澈透明，稍带黄色 酒液稍有混浊 酒液混浊 酒液混沌，有异物外观 醪糟完整，整体协调 醪糟较完整，尚协调 醪糟米粒松散 醪糟整体结构破坏严重适口性 余味绵长，有吸引力 适口，余味较有吸引力 适口，余味一般 不适口，余味不佳
1.3.8.1 确定评价指标权重表 3 评价指标权重分布
Table 3 Weight distribution of sensory attributes for comprehensive evaluationhttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/73d553946d65b5fdf69a2b6ba1507468.jpg&q=30 项目 香气 滋味 色泽 外观 适口性 得分 权重香气 / 1 7 6 0 14 0.12滋味 11 / 12 12 4 39 0.33色泽 5 0 / 4 1 10 0.08外观 6 0 8 / 2 16 0.13适口性 12 8 11 10 / 41 0.34
以上5 个指标对糙米酒酿品质都有一定的影响，综合评价无法平等进行比较，需根据影响的大小，采用数学方式确定各指标的权重。将各指标之间进行两两比较，如果重要程度较大则记为1，否则为0，指标自身不进行比较。所有指标的权重之和等于1。评价结果如表3所示。增能理论的另一个核心观念是“增能”或翻译成“增强权能”。对于什么是“增强权能”不同学者的看法也是存在差别的。 1.3.8.2 建立模糊综合评价模型1）利用微生物的生理生化特征和分子生物学鉴定，获取的石油烃降解菌分别为球形赖氨酸芽孢杆菌、弯曲芽胞杆菌、门多萨假单胞菌、产碱假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、产碱假单胞菌. 从1979年世界气候大会到2015年巴黎气候大会,中国的气候外交路线可划分为“跟随者”“参与者”“引领者”三个阶段,坚定发展中国家立场,落实减排目标责任,争取发展权益,有力地推动了全球气候治理进程。 将评价指标用集合A表示，则A=（a1，a2...am）=（香气，滋味，色泽，外观，适口性），B为等级的集合，B=（b1，b2...bn）=（优秀，良好，中等，较差），权重的集合为U，U=（u1，u2...um）=（0.12，0.33，0.08，0.13，0.34）。根据A集、B集合建立如下模糊关系矩阵：http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/b17a8d856f6c049198f9b549eeaa8fbf.jpg
式中：R表示每个样品的等级评分集合，r为每一指标对应的等级评分，rij＝ʃj（Xi）表示第i个评价隶属于该项目中的j等级，i=1,2…m，j=1,2…n。每个样品的评判结果向量转化为矩阵U和R的乘积，设为Y，则：Y＝U×R＝（y1，y2…ym）。样品的感官综合评分H等于评判结果向量Y乘以各等级对应评分，最终得出各样品综合评分结果。1.3.9 糙米酒酿风味物质分析香气萃取：采用顶空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）。准确称取4.00 g酒酿样品于20 mL顶空瓶中，置于60 ℃水浴中平衡10 min。插入经老化的萃取头（250 ℃老化30 min）顶空吸附萃取30 min，将萃取头插入GC-MS进样口，解吸10 min。值得更多医院借鉴的管理节能方面，首先是智能化管理，包括能耗监管系统的应用，楼宇自控在空调、照明等的应用；其次是定期巡查、督促节能工作开展；最后是通过组织节能宣传活动，发起节能倡议等方式，深入进行节能宣传，实现全员参与的最佳状态。 色谱条件：采用DB-Wax（30 m×0.25 mm，0.25 μm）毛细管柱；载气高纯He（99.999%），流速1.00 mL/min。进样口温度250 ℃。升温程序：初始温度为45 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min的速率升至230 ℃，保持4 min。质谱条件：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度240 ℃。嗅闻条件：样品中的挥发性成分在潮湿的空气推动下以40 mL/min的速率泵入嗅吸口，由3 位经验丰富的小组成员对分流部分进行闻香分析，记录每个挥发性香气成分的保留时间、强度和香气描述。以3 名感官评价员评定的平均值为最终结果。3)AR与营销广告设计的结合，可以把相关旅游产品植入AR数据中，方便游客实现一站式服务的体验，把乐趣与营销转化更好地结合。 1.3.10 风味物质与感官属性相关性分析香气属性细分为酒香、米香、果香、花香、异味5 个指标，对各样品分别进行感官定量分析，以GC-O-MS鉴定的发酵不同阶段样品各风味物质含量为X变量，各感官属性得分为Y变量，采用PLSR研究糙米酒酿风味物质与感官属性的相关性。1.4 数据处理应用Origin 2017软件进行数据图形化处理，采用Xcalibur软件处理GC-MS数据，未知化合物经计算机检索并与NIST谱库（107 k Compounds）及Wiley谱库（320 k Compounds，version 6.0）进行匹配，结合文献查阅进行图谱解析。使用The Unscrambler X 10.4分析软件进行PLSR分析。试点成功不到一年，2017年初扬州市委市政府即提出了高宝邵伯湖“三退三还”工作构想。渔管办随之提出无证养殖全部退出，持证养殖邵伯湖、宝应湖全部退出，高邮湖沿岸1公里退出，2～3公里进行养殖生态化改造。 2 结果与分析2.1 最佳浸泡时间、蒸煮时间的确定http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/2280164b7c2357bb0a9cb5a7333710eb.jpg&p=674x614&q=30 图 1 浸泡时间（a）、蒸煮时间（b）对糙米酒酿品质影响曲线图
Fig. 1 Effect of soaking time (a) and cooking time (b) on the quality of brown rice wine
浸泡吸水能够促进原料米蒸煮过程中的热量传递，保证米粒中淀粉颗粒充分糊化，但是长时间的浸泡会促进微生物的生长繁殖。由图1a可看出，糙米在浸泡前期迅速吸水增重，浸泡后期增速放缓，由于纤维素、木质素和果胶等物质组成的糙米皮层的存在，浸泡8 h左右其含水量才趋于稳定，饱和浸泡含水量在36.83%左右，由此可以确定糙米最佳浸泡时间为8 h。原料米蒸煮实则是淀粉颗粒吸水膨胀，晶体熔解的过程，但蒸煮不仅可以促进淀粉的糊化，同时也能对原料起到一定的灭菌作用，为后期起发酵糖化作用的米根霉快速生长繁殖创造有利条件。蒸煮时间过短无法充分熟化，过长则会导致米粒软烂，不利于拌曲搭窝发酵。由图1b可知，随蒸煮时间的延长，糙米糊化度呈逐渐上升趋势，但由于皮层的存在，糙米的糊化度随时间的增速显著慢于糯米，5～10 min增速缓慢，10～30 min时，糊化度从18.34%快速增加至94.95%，后增速放缓，逐渐趋于稳定。为保证充分糊化，确定糙米酒酿制备所需的最佳蒸煮时间为35 min。2.2 酒曲添加量对糙米酒酿品质的影响http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/eb73eaa37292fc202c9fd726ab357cc5.jpg&p=716x326&q=30 图 2 酒曲添加量对酒酿品质的影响
Fig. 2 Effect of the amount of koji added on rice wine quality
酒曲是糙米糖化发酵成糙米酒酿的关键，其所含的主要菌种为米根霉，米根霉经活化增殖，分泌各种酶类。还原糖是糖化酶作用于淀粉的产物，可间接表征糖化作用效果。在复杂的有氧发酵过程中，一部分糖会转换为乳酸、延胡索酸等有机酸，是酒酿形成酸口感的主要原因。由图2可知，在酒曲添加量为0.2%～0.8%时，随着酒曲添加量的增加，还原糖含量呈增长趋势，此时酒曲添加越多，产糖能力越强，糖化效果越好。当酒曲添加量提高至0.8%～1%时，表观还原糖含量不再增加反而下降。由图可知，随酒曲添加量增大，总酸始终呈增长趋势，因此在0.2%～1%添加范围内，米根霉的产酸能力随酒曲添加量增加而增强。酒曲添加量过少，会导致菌种的适应期与对数期过长，进而增加酒酿被其他菌污染的几率；过多的酒曲添加量虽然能够缩短发酵期，但是菌种数量剧增会产生过多的代谢废物，影响酒酿品质，故而有“曲多易坏酒”之称，由实验结果可知，在酒曲添加量为0.4%左右的酒酿整体感官评分较高。2.3 发酵温度对糙米酒酿品质的影响http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/ec03b868d0d4a3d809c4db964b7bd5f3.jpg&p=750x354&q=30 图 3 发酵温度对酒酿品质的影响
Fig. 3 Effect of fermentation temperature on rice wine quality
发酵温度直接影响米根霉的生长代谢情况，温度过低或者过高都不利于糖化发酵作用。由图3可知，在26～35 ℃范围内，随着发酵温度的升高，还原糖质量浓度开始呈上升趋势，从204 mg/mL升高到296.4 mg/mL，表明糖化产还原糖的能力逐渐增强，当到达35～38 ℃时，还原糖含量有所下降。总酸含量随着发酵温度升高呈增长趋势。感官实验显示，32 ℃左右的糙米酒酿品质较好。2.4 发酵时间对糙米酒酿品质的影响http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/6dc64cfde399a5051b6f1880aae51a7c.jpg&p=692x314&q=30 图 4 发酵时间对酒酿品质的影响
Fig. 4 Effect of fermentation time on rice wine quality
如图4所示，由于根霉菌具有较强的产酸能力，总酸含量随着发酵时间的延长呈逐步增长趋势。随着发酵时间延长，还原糖生成量逐渐增多，24～36 h还原糖增速较大，后逐级放缓，72 h时达到315.1 mg/mL。72 h之后，由于微生物大量繁殖，原料米中淀粉已大部分糖化完全，此时微生物代谢消耗糖的速度已超过其糖化产糖的速度，故而随发酵时间再延长，表观还原糖含量开始下降，这与刘昭明等的研究结果相似。经感官评定分析，经过72 h左右的恒温发酵制备的糙米酒酿品质较好。2.5 正交试验结果表 4 正交试验结果及极差分析Table 4 Orthogonal array design with range analysis of experimental resultshttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/854d291b5546ad4f291e50edc9eadc5c.jpg&q=30 试验号 A酒曲添加量感官评分1 1 1 1 314.54 5.6 76.97 2 1 2 2 328.67 6.9 78.13 3 1 3 3 337.41 9.2 77.88 4 2 1 2 333.37 7.0 78.04 5 2 2 3 331.36 7.6 79.05 6 2 3 1 347.50 5.5 80.40 7 3 1 3 263.42 6.0 70.98 8 3 2 1 344.14 7.2 79.46 9 3 3 2 334.05 8.0 78.36 B发酵温度C发酵时间还原糖质量浓度/（mg/mL）总酸质量浓度/（mg/mL）还原糖质量浓度k1 326.87 303.78 335.39 k2 337.41 334.72 332.03 k3 313.87 342.99 310.73 R 23.54 39.21 24.66总酸质量浓度k1 7.2 6.2 6.1 k2 6.7 7.2 7.3 k3 7.1 7.6 7.6 R 0.5 1.4 1.5感官评分k1 77.66 75.33 78.94 k2 79.16 78.88 78.18 k3 76.27 78.88 75.97 R 2.89 3.55 2.97
从表4可知，各因素对酒酿品质的影响程度不同，各因素对还原糖影响大小顺序为发酵温度＞发酵时间＞酒曲添加量，对总酸影响顺序为发酵时间＞发酵温度＞酒曲添加量，对感官评分影响顺序为发酵温度＞发酵时间＞酒曲添加量，这与郑焕芹等研究的糯米酒酿品质影响因素排序一致。通过模糊数学感官评定结合还原糖含量、总酸值的综合衡量，最终确定糙米酒酿最优发酵工艺参数组合为A2B3C1。由此可知：糙米经过8 h的浸泡，蒸煮35 min，冷却至室温，添加0.4%的酒曲，搭窝，在35 ℃的发酵温度下，恒温发酵60 h制备得到的糙米酒酿最佳。免疫球蛋白A（IgA）肾病是以肾小球系膜区的IgA沉积为特征的一种肾小球肾炎。IgA肾病为导致终末期肾衰局常见原因，目前尚未有效治疗手段。相关研究显示，进展性的IgA肾病的血管紧张素Ⅱ活性增高，因此应用血管紧张素转化酶抑制剂降低血管紧张素Ⅱ活性对于IgA肾病具有一定作用。为证实以上观点，笔者进行以下研究。现报告如下。 干旱分区的指标与分区的等级单位有密切关系。一般高等级分区如全国一级干旱分区，以反映影响干旱及其灾害的地带性自然因素为主要依据；低等级分区主要以反映非地带和社会因素的综合作用为主导指标,较常用的是以反映水利条件和农业生产状况为主的社会因素指标来进行划分。 Three randomized trials have indicated a participation rate for FIT approximately 60%, higher than that of the gFOBT, while the reported overall participation rate in the FIT studies ranges widely from 17%-77%. 2.6 糙米与糯米酒酿风味对比分析http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/425ad76a5aaf23b7d06465171854c741.jpg&p=618x626&q=30 图 5 糯米酒酿（a）和糙米酒酿（b）GC-MS总离子流图图
Fig. 5 Total ion current chromatograms of glutinous rice wine (a) and brown rice wine (b)
表 5 糙米酒酿和糯米酒酿中的挥发性成分GS-MS鉴定结果
Table 5 GS-MS identification of volatile components in brown rice wine and glutinous rice winehttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/1a1f0f7b740bdcbc80384b67fa6d9def.jpg&q=30 序号 保留时间化合物名称保留指数相对含量/%糯米酒酿 糙米酒酿醇类1 4.62 乙醇 1 003 19.13 28.66 2 9.8 丁醇 1 095 0.28 0.4 3 10.46 异戊醇 1 106 14.05 12.48 4 11.56 戊醇 1 182 0.4 0.8 5 14.23 己醇 1 291 3.33 5.43 6 15.5 丙炔醇 1 301 0.18 ND 7 15.71 1-甲基-1-己醇 1 332 ND 0.01 8 16.18 (S)-(＋)-4-甲基-1-己醇 1 362 ND 0.28 9 16.66 蘑菇醇 1 392 1.6 0.98 10 16.81 庚醇 1 403 0.11 0.36 11 17.35 己炔醇 1 454 ND 0.03 12 18.16 反式-2-戊烯醇 1 653 ND 0.08 13 19.29 正辛醇 1 666 0.17 0.42 14 19.7 2,3-丁二醇 1 670 0.22 0.5 15 20.56 癸烯醇 1 723 ND 0.01 16 21.61 糠醇 1 748 1.8 ND 17 21.64 天竺葵醇 1 827 ND 0.21 18 22.5 紫丁香醇 1 878 0.07 0.08
续表5http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/09161eb467eb2525fa84e34cdcff7039.jpg&q=30 注：ND.未检出。下同。相对含量/%糯米酒酿 糙米酒酿19 22.92 3-甲硫基丙醇 1 946 ND 0.02 20 23.86 正癸醇 1 985 ND 0.03 21 25.49 2-丁基-1-辛醇 2 038 0.19 ND 22 25.65 D-香茅醇 2 091 ND 0.02 23 25.81 苯甲醇 2 157 0.14 0.12 24 26.34 苯乙醇 2 192 ND 0.45 25 29.05 柏木醇 2 291 ND 0.03酯类26 3.63 乙酸乙酯 978 0.11 0.43 27 6.43 丁酸乙酯 1 045 0.09 0.45 28 17.22 7-壬酸甲酯 1 432 ND 0.04 29 24.29 苯乙酸乙酯 2 019 ND 0.06 30 26.01 3-羟基己酸乙酯 2 068 ND 0.02 31 28.09 肉豆蔻酸乙酯 2 201 1.39 1.12 32 28.7 戊酸乙酯 2 235 ND 0.14 33 29.78 棕榈酸乙酯 2 305 3.95 0.2 34 32.31 硬脂酸乙酯 2 324 0.28 0.08 35 33.14 亚油酸乙酯 2 358 0.99 0.98酮类36 12.43 3-羟基-2-丁酮 1 223 0.27 ND 37 12.8 羟丙酮 1 231 0.24 ND 38 15.13 2-壬酮 1 294 ND 0.14 39 15.58 3-辛烯-2-酮 1 312 ND 0.05 40 15.95 5-乙基-2-庚酮 1 348 ND 0.26 41 19.56 甲基庚烯酮 1 667 ND 0.47 42 26.69 香叶基丙酮 2 195 0.07 0.05 43 28.57 二羟基丙酮 2 240 2.04 ND醛类44 7.4 己醛 1 077 1.08 0.18 45 13.36 2-庚烯醛 1 245 0.19 ND 46 16.93 糠醛 1 421 1.7 ND 47 18.73 (E)-壬烯醛 1 659 0.12 0.08 48 19.59 5-甲基糠醛 1 668 0.32 ND 49 20.79 β-环柠檬醛 1 725 ND 0.01 50 23.63 2-十一烯醛 1 972 ND 0.02 51 24.72 (E,E)-2,4-癸二烯醛 2 020 0.25 0.03 52 27.45 甘油醛 2 198 1.35 ND酸类53 20.91 丁酸 1 730 0.11 ND 54 21 十八烷酸 1 740 ND 0.07 55 21.91 异戊酸 1 851 ND 0.22 56 25.33 己酸 2 029 0.13 ND 57 29.47 壬酸 2 298 0.04 0.02烯烃类58 20.27 β-石竹烯 1 678 0.19 0.13呋喃类59 11.06 2-戊基呋喃 1 152 0.16 0.52序号 保留时间化合物名称保留指数
对酒酿复杂风味的诠释需要风味化合物分子层面的数据。由图5、表5可知，传统的糯米酒酿的总风味物质36 种，且以醇、酯类为主，这与高莹莹等的研究结果相吻合。醇类物质有14 种，乙醇相对含量较高，达到了19.13%，其次为异戊醇，相对含量为14.05%，然后是己醇，相对含量为3.33%。酯类物质共6 种，最高的酯类物质棕榈酸乙酯，相对含量为3.95%。醛类物质7 种，含量最高的是糠醛，相对含量为1.70%。酸类物质3 种，己酸含量最高，相对含量为0.13%。酮类物质4 种，含量最高的是二羟基丙酮，相对含量为2.04%。呋喃类1 种，为2-正戊基呋喃。萜烯类1 种，为β-石竹烯。糙米酒酿的总风味物质47 种，同样以醇、酯类为主，但比糯米酒酿的风味要更加丰富。其中醇类物质22 种，乙醇相对含量较高，达到了28.66%，其次为异戊醇，相对含量为12.48%，之后为己醇，相对含量为5.43%。酯类物质共10 种，最高的酯类物质为肉豆蔻酸乙酯，相对含量为1.12%。醛类物质5 种，含量最高的是己醛，相对含量为0.18%。酸类物质3 种，异戊酸含量最高，相对含量为0.22%。酮类物质5 种，含量最高的是甲基庚烯酮，相对含量为0.47%。呋喃类1 种，为2-正戊基呋喃。萜烯类1 种，为β-石竹烯。http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/df185d112936074a138993a406a1f80c.jpg&p=660x834&q=30 图 6 糙米酒酿与糯米酒酿香风味属性感官定量分析（A）及风味化合物种类分布（B）
Fig. 6 Quantitative analysis of sensory flavor properties (A) and distribution (B) of flavor compounds
GC-MS从分子水平对两者的风味进行了分析对比，宏观上的风味感官分析则更为直观。由图6可知，两者的风味整体分布相似，糙米酒酿与糯米酒酿的米香味与酒香味均较为突出，花香与果香较弱，两者均无明显异味。酒香属性上，糙米酒酿强于糯米酒酿，可能是糙米酒酿中醇类物质比糯米酒酿多所致。感官定量分析得到糙米酒酿的丰富度强于糯米酒酿，这与GC-MS鉴定所得糙米酒酿的总风味物质多于糯米酒酿的结果相照应。2.7 糙米与糯米酒酿关键风味物质分析气味是影响酒酿品质的重要因素之一，宜人的气味可以激发食欲，为进一步探究各种挥发性化合物对酒酿气味的贡献程度，实验用HS-SPME法快速富集样品中的风味物质，采用分流进样法，通过GC-O嗅闻辨别结合GC-MS定量分析，得到对整体风味有贡献的气味活性物质。表 6 挥发性成分对风味贡献程度GC-O-MS鉴定结果
Table 6 GS-O-MS identification of the contribution of volatile components to the flavor of rice winehttp://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/da04b6e4e6e80781f8186405294fffd7.jpg&q=30 注：分流比表示该风味物质能被嗅闻鉴定对应的最大分流稀释倍数。序号 保留指数 化合物 风味描述 分流比糯米酒酿 糙米酒酿1 1 003 乙醇 酒味，微甘 27 27 2 1 045 丁酸乙酯 甜果香 27 27 3 1 077 己醛 苹果香 9 9 4 1 095 丁醇 酒味 9 1 5 1 106 异戊醇 异味 27 9 6 1 152 2-戊基呋喃 豆香 27 27 7 1 223 3-羟基-2-丁酮 奶香 3 ND 8 1 231 羟丙酮 芳香 1 ND 9 1 667 甲基庚烯酮 新鲜的青香 ND 27 10 1 291 己醇 水果香 27 27 11 1 392 蘑菇醇 蘑菇香 9 27 121 403 庚醇 芳香 ND 1 131 421 糠醛 异味 9 ND 14 1 666 正辛醇 柠檬味 3 9 15 1 678 β-石竹烯 丁香 9 9 16 1 723 癸烯醇 玫瑰香 ND 1 17 1 725 β-环柠檬醛 花香 ND 1 18 1 740 十八烷酸 牛油香 ND 1 19 1 827 天竺葵醇 玫瑰香 ND 9 20 1 851 异戊酸 甜润的果香 1 3 21 1 972 2-十一烯醛 脂肪香 ND 1 22 1 985 正癸醇 甜花香 ND 1 23 2 019 苯乙酸乙酯 蜂蜜香 ND 3 24 2 020(E,E)-2,4-癸二烯醛 强烈的鸡油香 3 3 252 029 己酸 臭味 3 ND 26 2 091 D-香茅醇 新鲜玫瑰香 ND 1 27 2 157 苯甲醇 芳香 3 1 28 2 068 3-羟基己酸乙酯 水果香气 ND 1 29 2 192 苯乙醇 玫瑰样花香 ND 1 30 2 195 香叶基丙酮 麦麸香 1 1 31 2 201 肉豆蔻酸乙酯 鸢尾油香 9 1 32 2 235 戊酸乙酯 苹果香 ND 1 33 2 298 壬酸 淡椰香 ND 1
由表6可知，糯米酒酿能被嗅闻鉴定的化合物有19 种，而糙米酒酿能被嗅闻鉴定的挥发性化合物则有29 种，因此糙米酒酿的气味丰富度比传统糯米酒酿要高。随着分流稀释倍数增加，能被嗅闻识别的风味化合物逐渐减少，在糙米酒酿进样气体量分流稀释到27 倍时，乙醇、丁酸乙酯、2-戊基呋喃、甲基庚烯酮、己醇、蘑菇醇6 种风味化合物仍旧能被嗅闻到。由此可知，乙醇、丁酸乙酯、2-戊基呋喃、甲基庚烯酮、己醇、蘑菇醇等对糙米酒酿风味贡献较大，是糙米酒酿的关键风味物质。对照组糯米酒酿风味主要贡献的化合物为乙醇、丁酸乙酯、2-戊基呋喃、己醇和异戊醇。进一步可知，乙醇、丁酸乙酯、2-戊基呋喃、己醇为糙米酒酿和糯米酒酿共有的关键风味物质。2.8 发酵各阶段糙米酒酿的风味变化分析http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/64b1c7ef80138a887c320c0d19e5f5c1.jpg&p=640x770&q=30 图 7 发酵过程中5 种香气属性感官定量分析（A）及风味化合物种类分布（B）
Fig. 7 Sensory quantitative analysis of five aroma attributes of rice wine during fermentation (A) and distribution of flavor compounds (B)
对糙米酒酿发酵不同时段气味属性进行定量感官分析，并对GC-O鉴定的发酵各阶段有风味贡献的化合物进行分类汇总。由图7可知，发酵全过程中无明显异味，发酵初期，米香最为明显，酒香、果香、花香均最弱，随着发酵时间的延长，酒香逐渐增强突出，发酵成熟后的花香与果香味明显强于发酵初期，而米香则随着发酵进程呈减弱趋势。从整体上看，醇、酯、醛、酸类等风味化合物随糙米酒酿发酵时间延长种类逐渐丰富。2.9 风味物质与感官属性相关性分析GC-O是一种从复杂混合物中鉴别气味成分的有用方法，但它没有显示出风味物质与香气的相关性。因此本研究采用PLSR对发酵不同时间糙米酒酿GC-O-MS检测出的34 种挥发性组分和5 种感官属性进行相关性分析。优化的PLSR模型包含2 个主成分，由图8可知，两个主成分对X变量解释方差为87%，对Y变量的解释方差为91%，大部分变量均位于r2为0.5和1.0的椭圆之间，说明该模型能很好地解释糙米酒酿的酒香、花香、果香、米香、异味与其挥发性风味物质的相关性。http://rtt.5read.com/pdgpath/format?f=c446e09566e9e7abe03a5e29ad32008e/f490da09e760d0da0686bb997821a7a1.jpg&p=752x716&q=30 图 8 糙米酒酿香气属性与风味物质之间的相关性分析载荷图
Fig. 8 Loading plot showing the correlation between the aroma attributes and flavor substances of brown rice wine
由图8可知，大部分风味物质分布在椭圆左右两侧，丁酸、3-羟基己酸乙酯等个别风味物质位于r2为0.5椭圆以内，表明不是所有的挥发性组分都对糙米酒酿的气味有贡献作用。乙醇、丁酸乙酯、D-香茅醇、肉豆蔻酸乙酯、异戊酸、苯乙醇等21 种风味物质与酒香、花香、果香同位于载荷图的左侧，说明这21 种风味物质与这3 个感官属性呈正相关。PLSR模型性质表明分布越近，相关性越强，图8显示乙醇、己醛、天竺葵醇、D-香茅醇、戊酸乙酯等与酒香、果香属性分布较近，由此可判定乙醇、己醛、天竺葵醇、D-香茅醇、戊酸乙酯等风味物质含量的增加是引起糙米酒酿的酒香、果香风味增强的主要因素；与花香属性相关性较强的风味物质是丁酸乙酯，通过改善丁酸乙酯的含量可以增强酒酿花香感官特征。己醇、2-戊基呋喃、苯乙醇、香叶基丙酮、壬醛等11 种风味物质和米香、异味属性同位于荷载图的右侧，呈正相关；甲基庚烯酮、2-戊基呋喃、蘑菇醇、壬醛等分布在米香属性周围，表明了在发酵过程中，甲基庚烯酮、2-戊基呋喃等风味物质含减少是导致酒酿的米香逐渐减弱的主要因素。异味属性周围的风味物质不多，只有β-石竹烯对异味有一定的贡献作用，整体香气无明显异味。3 结 论本研究优化了糙米酒酿的制备工艺，实验得出：经过8 h浸泡，蒸煮35 min，添加0.4%的酒曲，在35 ℃恒温发酵60 h制备得到的糙米酒酿最佳。与传统糯米酒酿相对比，糙米酒酿的风味物质种类更加丰富。经优化工艺制备得到的糙米酒酿的总风味物质有47 种，能被GC-O鉴定的挥发性化合物有29 种，其中乙醇、丁酸乙酯、2-戊基呋喃、己醇、甲基庚烯酮、蘑菇醇等在分流稀释27 倍条件下仍能被嗅闻识别，为糙米酒酿主体香气成分。进一步的PLSR分析结果显示乙醇、丁酸乙酯等风味组分与糙米酒酿的酒香、果香、花香呈较强的正相关，是糙米酒酿酒香、果香、花香属性的主体呈香物质；2-戊基呋喃、甲基庚烯酮、己醇、蘑菇醇等与米香呈较强的正相关，是糙米酒酿米香属性的主体呈香物质。参考文献： CAI H Y, ZHANG T, ZHANG Q, et al. Microbial diversity and chemical analysis of the starters used in traditional Chinese sweet rice wine. 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Optimization of Brewing Process for Sweet Rice Wine from Brow Rice and Analysis of Its Volatile ComponentsSU Jiajia1, YANG Tian1, TONG Enjie2, ZHAO Xueying1, HE Chenghao1, YANG Na1,3, XU Xueming1,3,4, WU Fengfeng1,3,*
(1. School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;2. COFCO Malt (Dalian) Co. Ltd., Dalian 116000, China;3. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;4. National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)Abstract: The preparation of sweet rice wine from brown rice was optimized using single factor and orthogonal array design methods for higher comprehensive sensory evaluation scores as calculated by fuzzy mathematics. Headspace solid phase microextraction (HS-SPME) coupled with gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry (GC-O-MS) and partial least squares regression (PLSR) were used to compare the flavor characteristics of brown rice wine with those of glutinous rice wine, and the correlation between flavor components and sensory attributes of brown rice wine was explored.The results showed that the optimum preparation conditions were determined as follows: soaking time of brown rice 8 h,cooking time 35 min, adding 0.4% koji, and fermentation at 35 ℃ for 60 h. A total of 47 flavor substances were identified in the brown rice wine prepared under the optimized conditions; 29 of these could be smelled and recognized. At a split ratio of 27, ethanol, ethyl butyrate, 2-pentylfuran, methylheptenone, hexanol, and mushroom alcohol could still be sniffed and recognized as the main aroma of brown rice wine. PLSR analysis showed that the flavor components such as ethanol and ethyl butyrate had a strongly positive correlation with the winy, fruity and floral aroma of the rice wine, while 2-pentylfuran,methylheptenone, hexanol, and mushroom alcohol had a strong correlation with the rice aroma. These results provide a theoretical basis for the preparation and flavor evaluation of brown rice wine with unique flavor.Keywords: brown rice wine; process optimization; aroma; gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry;partial least squares regression analysis
收稿日期：2019-04-18基金项目：“十三五”国家重点研发计划重点专项（2018YFD0400604）第一作者简介：苏佳佳（1995—）（ORCID: 0000-0002-7808-5986），女，硕士研究生，研究方向为食品组分与物性。E-mail: 15700084624@163.com*通信作者简介：吴凤凤（1984—）（ORCID: 0000-0002-0305-2565），女，副教授，博士，研究方向为食品组分与物性。E-mail: 770630969@qq.comDOI:10.7506/spkx1002-6630-20190418-239中图分类号：TS261.4文献标志码：A文章编号：1002-6630（2020）08-0177-09引文格式：苏佳佳, 杨天, 佟恩杰, 等. 糙米酒酿工艺优化与挥发性成分分析. 食品科学, 2020, 41(8): 177-185. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190418-239. http://www.spkx.net.cnSU Jiajia, YANG Tian, TONG Enjie, et al. Optimization of brewing process for sweet rice wine from brow rice and analysis of its volatile components. Food Science, 2020, 41(8): 177-185. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190418-239. http://www.spkx.net.cn
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