自然發(fā)酵與接種發(fā)酵燕麥醪糟的揮發(fā)性成分分析

劉紅微，張美莉

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

燕麥被譽為“九糧之尊”，富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)、維生素、酚類化合物及可溶性膳食纖維，豐富的營養(yǎng)成分賦予其良好的營養(yǎng)價值、藥用價值、美容價值、食用價值及飼用價值[1-3]。研究表明，燕麥能夠調(diào)節(jié)血脂、內(nèi)皮細(xì)胞功能、血凝和纖維蛋白溶解性，提高機(jī)體免疫力，降低膽固醇，調(diào)節(jié)血糖，改善腸道菌群，降低血壓，對抗肥胖、慢性腎臟病、 紫外線[4-8]。近年來，由于燕麥的功能特性及保健功能，燕麥產(chǎn)品的開發(fā)備受關(guān)注，如以燕麥為原料的酒類、發(fā)酵乳、甜醅等。以燕麥為原料的食品日益增多，但對燕麥醪糟的相關(guān)研究較少。阿榮[8]的研究指出，雖然燕麥醪糟營養(yǎng)成分豐富，具有助消化、提高免疫力、降血糖、預(yù)防癌癥等功效，其口感不夠理想，進(jìn)而開發(fā)新型燕麥發(fā)酵食品。燕麥醪糟的自然發(fā)酵由于經(jīng)歷了高溫蒸煮糊化及高溫發(fā)酵，發(fā)酵體系中所包含的微生物較少，發(fā)酵時間較長。接種發(fā)酵指接入牧區(qū)醪糟分離菌、產(chǎn)香及產(chǎn)酒酵母，可縮短發(fā)酵時間，增加生產(chǎn)效率，豐富其香氣成分。揮發(fā)性香氣成分直接影響燕麥醪糟的風(fēng)味及品質(zhì)，目前2 種方式生產(chǎn)的燕麥醪糟揮發(fā)性香氣成分的差異性并未進(jìn)行系統(tǒng)分析。本實驗以2 種方式生產(chǎn)燕麥醪糟，對比分析2 種發(fā)酵方式生產(chǎn)燕麥醪糟的揮發(fā)性香氣成分，以期明確接種發(fā)酵生產(chǎn)燕麥醪糟的可行性及為燕麥醪糟的工業(yè)化生產(chǎn)及品質(zhì)評價提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粉、黍米粉及玉米芽粉均為市售；復(fù)合菌種由牧區(qū)醪糟分離菌和酵母菌組成；牧區(qū)醪糟分離菌由鄂爾多斯地區(qū)的牧區(qū)醪糟中分離得到；果酒酵母由湖北安琪酵母股份有限公司提供；馬克思克魯威酵母由內(nèi)蒙古河套酒業(yè)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心實驗室提供；氯化鈉等試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、G6580-CTC自動進(jìn)樣器 美國Agilent公司；毛細(xì)管柱DB-Wax（30 m×0.25 mm，0.2 μm） 美國Varian公司；50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取頭、頂空進(jìn)樣瓶（15 mL） 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及樣品制備

自然發(fā)酵要求蒸煮過篩的燕麥-黍米復(fù)合粉到糊化狀態(tài)，趁熱加入玉米芽粉，液化完畢55 ℃發(fā)酵72 h。

接種發(fā)酵要求蒸煮過篩的燕麥-黍米復(fù)合粉到糊化狀態(tài)，糊化狀態(tài)冷卻到65 ℃之后再加入玉米芽粉，待液化液冷卻至室溫，接種發(fā)酵劑，30 ℃發(fā)酵24 h后，50 ℃ 繼續(xù)發(fā)酵48 h。分別制作自然發(fā)酵、接種發(fā)酵的燕麥醪糟，發(fā)酵結(jié)束后取樣備檢，自然發(fā)酵和接種發(fā)酵均重復(fù)2 次。自然發(fā)酵、接種發(fā)酵制得燕麥醪糟樣品分別記為自然發(fā)酵組、接種發(fā)酵組。

1.3.2 揮發(fā)性成分分析

取8 mL醪糟樣品于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，再加入2.5 g氯化鈉，四氟乙烯密閉瓶口，25 ℃置于超聲波清洗器中保持20 min，置于自動進(jìn)樣裝置，50 ℃平衡45 min，將50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入進(jìn)樣瓶中，250 ℃解吸5 min，進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜檢測。

氣相色譜-質(zhì)譜條件：RTX-WAX色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序[9]：起始溫度35 ℃，保持4 min；5 ℃/min升溫至150 ℃，保持2 min；3 ℃/min升溫至210 ℃，保持5 min。電子離子源；接口溫度200 ℃；電子能量70 eV；質(zhì)量掃描范圍m/z 35～450；掃描速率909 u/s；光電倍增管電壓800 V。掃描方式全掃描，掃描范圍40～500 u。質(zhì)譜庫NIST147、NIST27。

定性與定量：對檢測的揮發(fā)性成分與NIST質(zhì)譜庫進(jìn)行對比解析，根據(jù)匹配度初步確定各易揮發(fā)成分的結(jié)構(gòu)，再結(jié)合實際成分進(jìn)行定性。各香氣組分的相對含量以各色譜峰的峰面積與總峰面積之比表示[10-11]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行方差分析及主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟各類揮發(fā)性成分

2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟揮發(fā)性成分分別為62、65 種，主要包括酯類、酸類、醇類、醛酮類、雜環(huán)類、烴類。如表1所示，接種發(fā)酵組燕麥醪糟的酯類、醇類、雜環(huán)類相對含量均顯著高于自然發(fā)酵組（P＜0.05），說明接種復(fù)合菌能夠有效促進(jìn)醇類、雜環(huán)類成分的產(chǎn)生，酯類成分的合成；酸類物質(zhì)顯著低于自然發(fā)酵組；醛酮類、烴類成分與自然發(fā)酵組無顯著差異。

表1 不同種類揮發(fā)性成分的差異Table 1 Comparison of types and relative contents of volatile components in two samples

接種發(fā)酵組燕麥醪糟發(fā)現(xiàn)65 種揮發(fā)性成分，其中，醇類成分11 種，達(dá)58.31%，相對含量最大，為第1類成分；酯類成分25 種，為第2類成分，相對含量20.70%；酸類成分12 種，相對含量16.75%，為第3類成分；雜環(huán)類成分6 種，相對含量1.07%，為第4類成分；醛酮類成分7 種，相對含量0.73%，為第5類成分；烴類成分4 種，相對含量0.61%，為第6類成分；醇類、酯類、酸類成分的相對含量達(dá)95.76%，是接種發(fā)酵組燕麥醪糟主要的揮發(fā)性成分。

自然發(fā)酵組燕麥醪糟發(fā)現(xiàn)62 種揮發(fā)性成分，酸類占比最大，可達(dá)61.94%，數(shù)量與接種組相同，為第1類成分；酯類成分23 種，相對含量18.89%，為第2類成分；醇類成分12 種，相對含量13.58%，為第3類成分；雜環(huán)類成分5 種，相對含量0.89%，為第4類成分；醛酮類成分6 種，相對含量0.75%，為第5類成分；烴類成分4 種，相對含量0.20%，為第6類成分。

2.2 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟酯類成分的分析

表1顯示，2 種發(fā)酵方式燕麥醪糟酯類成分為第2類揮發(fā)性成分，大多數(shù)酯類擁有花香及果香，賦予燕麥醪糟獨特的香氣。酯類成分源于酵母菌的發(fā)酵及醇與酸的酯化反應(yīng)，因其具有較小的閾值，在含量較低的情況下對香氣亦有較高的貢獻(xiàn)[12-13]。

由表2可知，自然發(fā)酵組燕麥醪糟酯類成分相對含量大于1%的為丁酸丁酯（3.34%）、己酸乙酯（4.85%）、丁酸己酯（3.59%）、辛酸乙酯（2.80%）、己酸己酯（1.32%）；接種發(fā)酵組酯類成分相對含量大于1%的有乙酸乙酯（5.26%）、己酸乙酯（5.55%）、辛酸乙酯（3.31%）、己酸己酯（1.46%）、丙位壬內(nèi)酯（1.01%）；接種發(fā)酵組乙酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、丙位壬內(nèi)酯的相對含量顯著高于自然發(fā)酵組，己酸己酯的相對含量與自然發(fā)酵組無顯著差異；自然發(fā)酵組燕麥醪糟的乙酸乙酯相對含量約為接種發(fā)酵組的3.4%。自然發(fā)酵組燕麥醪糟的苯丙酸乙酯相對含量為接種發(fā)酵組的80.0%，乙酸乙酯具有濃郁的果香、酒香，苯丙酸乙酯具有花香，可豐富接種組燕麥醪糟的香氣。

表2 酯類揮發(fā)性成分的差異Table 2 Comparison of relative contents of ester volatile components in two samples

2.3 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟醇類成分

由表3可知，自然發(fā)酵組燕麥醪糟的醇類成分相對含量大于1%的為正丁醇（7.22%）、乙醇（5.04%）；接種發(fā)酵組燕麥醪糟醇類成分相對含量大于1%的有乙醇（48.02%）、苯乙醇（4.28%）、異戊醇（3.22%），且三者的相對含量均顯著高于自然發(fā)酵組；自然發(fā)酵組燕麥醪糟的乙醇相對含量約為接種發(fā)酵組的10.5%，為燕麥醪糟提供濃郁的酒味及合成酯類成分的前體物質(zhì)，自然發(fā)酵組燕麥醪糟的苯乙醇相對含量約為接種發(fā)酵組的5.84%。自然發(fā)酵組燕麥醪糟的異戊醇相對含量約為接種發(fā)酵組的2.5%；相對含量較高的乙醇有酒味，相對含量較高的異戊醇具有花香、果香，苯乙醇具有好聞的玫瑰花香，為米香型酒的特征香氣成分之一。

表3 醇類揮發(fā)性成分的差異Table 3 Comparison of relative contents of alcohols in two samples

2.4 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟酸類成分

由表4可知，接種發(fā)酵組燕麥醪糟酸類成分相對含量大于1%的有己酸（6.42%）、乙酸（5.60%）、辛酸（1.56%）、丁酸（1.06%）。自然發(fā)酵組燕麥醪糟的乙酸含量顯著低于接種發(fā)酵組，前者約為后者的50%，較高相對含量的乙酸賦予后者強(qiáng)烈的醋香；辛酸、丁酸的相對含量顯著低于自然發(fā)酵組，二者均有不同的臭味；己酸的相對含量與自然發(fā)酵組無顯著差異；自然發(fā)酵組燕麥醪糟酸類成分相對含量大于1%的為丁酸（35.79%）、己酸（6.16%）、乙酸（3.23%）、辛酸（1.71%），且丁酸的相對含量是酸類成分中最高的。

表4 酸類揮發(fā)性成分的差異Table 4 Comparison of relative contents of acids in two samples

2.5 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟醛酮類成分

由表5可知，接種發(fā)酵組燕麥醪糟醛酮類成分有7 種，自然發(fā)酵組燕麥醪糟醛酮類成分有6 種；2 種發(fā)酵方式下，燕麥醪糟的醛酮類成分的相對含量均不足1%；接種發(fā)酵組燕麥醪糟己醛的相對含量顯著高于自然發(fā)酵組，2-庚烯醛的相對含量顯著低于自然發(fā)酵組，戊酮、苯甲醛、2-庚酮、糠醛的相對含量與自然發(fā)酵組無顯著差異。

表5 醛酮類揮發(fā)性成分的差異Table 5 Comparison of relative contents of carbonyl compounds in two samples

2.6 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟雜環(huán)類成分

由表6可知，接種發(fā)酵組燕麥醪糟的雜環(huán)類成分有6 種，自然發(fā)酵組燕麥醪糟雜環(huán)類成分有5 種，2-正丙基呋喃在自然發(fā)酵組中未檢出；2 種發(fā)酵方式生產(chǎn)的燕麥醪糟雜環(huán)類成分的相對含量均未達(dá)到1%，接種發(fā)酵組2-正戊基呋喃的相對含量顯著高于自然發(fā)酵組，2 組中的其余成分均無顯著差異。

表6 雜環(huán)類揮發(fā)性成分的差異Table 6 Comparison of relative contents of heterocyclic compounds in two samples

2.7 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟烴類成分

由表7可知，2 種發(fā)酵方式生產(chǎn)的燕麥醪糟烴類成分均無顯著差異，且相對含量均小于1%。

表7 烴類揮發(fā)性成分的差異Table 7 Comparison of relative contents of hydrocarbons in two samples

2.8 2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟揮發(fā)性成分的PCA

利用PCA進(jìn)行自然發(fā)酵、接種發(fā)酵燕麥醪糟的揮發(fā)性風(fēng)味差異、組間樣本差異性分析。2 種發(fā)酵方式燕麥醪糟的累計差異為99.75%，包含PC1（78.59%）、PC2（21.16%），結(jié)果如圖1a所示。各樣品之間差異明顯，可高效區(qū)分2 種發(fā)酵方式的燕麥醪糟樣品。

圖1 基于PCA解析不同接種方式下燕麥醪糟揮發(fā)性組分Fig. 1 PCA plots for two samples and volatile flavor components

2 種發(fā)酵方式燕麥醪糟的揮發(fā)性香氣組分降維至2 個不相關(guān)的PC，結(jié)果如圖1b所示。PC1中正影響揮發(fā)性香氣物質(zhì)載荷系數(shù)大于0.9的為烴類（0.996）、雜環(huán)類（0.990）、醇類（0.984）、酯類（0.965），這4 類成分與PC1高度正相關(guān)。PC2中正影響揮發(fā)性香氣物質(zhì)的為醛酮類（0.950）。

3 結(jié) 論

本實驗以2 種不同方式發(fā)酵的燕麥醪糟為研究對象，對比分析其揮發(fā)性香氣成分的差異性。得出以下結(jié)論：1）自然發(fā)酵與接種發(fā)酵燕麥醪糟的揮發(fā)性香氣成分分別為62、65 種，共發(fā)現(xiàn)6 類揮發(fā)性成分，分別為醇類、酯類、酸類、雜環(huán)類、醛酮類、烴類；2）PCA揭示了2 種發(fā)酵方式燕麥醪糟特征揮發(fā)性香氣的種類，烴類（0.996）、雜環(huán)類（0.990）、醇類（0.984）、酯類（0.965），這4 類成分與燕麥醪糟揮發(fā)性香氣高度正相關(guān)；3）可從風(fēng)味角度區(qū)分2 種發(fā)酵方式，接種發(fā)酵組燕麥醪糟酯類、醇類、雜環(huán)類成分的相對含量均顯著高于自然發(fā)酵組，酸類成分顯著低于自然發(fā)酵組，醛酮類、烴類成分的相對含量與自然發(fā)酵組無顯著差異；4）接種發(fā)酵組燕麥醪糟具有不愉悅氣味的丁酸相對含量顯著低于自然發(fā)酵組，乙酸乙酯、乙醇、苯乙醇、異戊醇、乙酸的相對含量均高于自然發(fā)酵組，這些成分賦予燕麥醪糟愉悅的香氣，有效驗證接種發(fā)酵燕麥醪糟的可行性，為接種生產(chǎn)燕麥醪糟提供理論基礎(chǔ)。