Quality and volatile flavor components analysis of potato distilled spirits fermented with different Jiuqu
马铃薯（Solanum tuberosum）属茄科类植物，块茎可食用，是粮、菜、饲料、工业原料的重要经济农作物，具有很高的营养价值[1-2]，有“地下苹果”、“地下面包”之称，是全球第四大重要的粮食作物，仅次于小麦、稻谷和玉米[3-5]。我国是马铃薯种植面积和产量为世界第一的国家[6]，主要分布在北方、南方、中原以及西南地区，其中贵州地区的种植面积较大，但在马铃薯加工方面相对落后，仅有总产量的7%用于加工[7]，所以马铃薯加工产业有很大的潜质。
“非酒无以成礼，非酒无以成欢”，从古至今，我国都有饮酒的习俗。马铃薯作为一种营养丰富、淀粉含量高且产量高的原料，可经发酵制作成马铃薯酒，提升马铃薯产品的附加值，延伸马铃薯产业链，丰富酒类市场。近年来，马铃薯在酒行业的应用受到了广泛关注，有不少学者已经进行了马铃薯酒产品的研究与开发[8-11]。
酒曲作为制作酒的重要媒介，包含根霉（Rhizopus）、毛霉（Mucor）、犁头霉（Absidia）和酵母菌等微生物[12]，不同种类的酒曲由于微生物种类的不同，在酒类酿造过程中的代谢成分会有很大的差异，从而影响酒的口感、风味成分等。目前，关于酒曲对马铃薯酒品质的影响研究相对较少。因此，本研究选用市售的5种酒曲酿造马铃薯蒸馏酒，参照国标相关方法对其理化指标及感官品质进行检测分析，并使用顶空固相微萃取（headspace solid-phase microextraction，HS-SPME）结合气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法对其挥发性风味成分进行检测分析，探究不同酒曲对马铃薯蒸馏酒品质及香气成分的影响，最后基于马铃薯酒挥发性风味成分进行主成分分析（principal component analysis，PCA），找到不同酒曲酿造的马铃薯蒸馏酒之间的共性与差异，以期为酿造马铃薯蒸馏酒酒曲的选择以及马铃薯酒产品的开发利用提供理论基础。
马铃薯（黔薯7号）：贵州省毕节市威宁县马铃薯基地；糖化酶（酶活力≥100 000 U/g）：河南糖柜食品有限公司；液化酶（α-淀粉酶）（酶活力≥100 000 U/g）：河南万邦实业有限公司；安琪白酒王（AK）、安琪白酒曲（AB）、安琪酿酒曲（AN）：安琪酵母股份有限公司；雅大牌高产酒曲（YD）：永州市雅大科技实业有限公司；醇中醇酿酒曲（CZC）：成都醇中醇酒曲有限公司；乙醇（色谱纯）：美国Sigma公司；葡萄糖、蒽酮、硫酸、氢氧化钠、10%福林酚、甲醇、氯化钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。其他试剂均为国产分析纯或生化试剂。
MASTER-T手持折光仪：广州市爱宕科学仪器有限公司；FA-1004电子天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；6890N-G5795B气相色谱-质谱联用仪：安捷伦科技（中国）有限公司。
1.3.1 马铃薯蒸馏酒加工工艺流程及操作要点
马铃薯→去皮清洗→蒸煮→制泥调浆→液化→糖化→接种酒曲→发酵→蒸馏→成品
操作要点[9]：
原料预处理：挑选无芽眼、无机械损伤，无病虫害、腐烂、热伤、冻伤、变黑、变绿和焉萎现象的新鲜马铃薯后清洗去皮。
切块蒸制：将马铃薯切成1 cm3的小块后，放入蒸屉中蒸制20 min至熟透。
制泥调浆：马铃薯冷却后，按料液比1∶1.5（g∶mL）加水进行打浆。
液化：按照马铃薯液质量添加3%的α-淀粉酶，95 ℃保持2 h，每30 min采用手持折光仪测定一次糖度。
糖化：按照液化后的马铃薯液与糖化酶150∶1（W/W）添加糖化酶，搅拌均匀，60 ℃保持3～5 h。采用手持折光仪测定糖度，糖度不再变化时，结束糖化。
接种酒曲：冷却至30 ℃，按照马铃薯液质量分别添加0.5%不同种类的酒曲，搅拌均匀。
发酵：放置在28 ℃条件下进行发酵。每天固定时间称量发酵体系的质量，直至前后两天的质量不再发生变化，结束发酵。
蒸馏：将发酵液在90 ℃进行蒸馏，获得马铃薯蒸馏酒。
1.3.2 马铃薯蒸馏酒理化指标的测定及感官评定
酒精度的测定：采用国标GB 5009.225—2023《食品安全国家标准酒和食用酒精中乙醇浓度的测定》的第三法；总酸含量的测定：采用国标GB 12456—2021《食品安全国家标准食品中总酸的测定》的第一法；总酯含量的测定：采用国标GB 10345—2022《食品安全国家标准白酒分析方法》；pH值：采用pH计直接测定；甲醇含量的测定：采用国标GB 5009.266—2016《食品安全国家标准食品中甲醇的测定》。
选取10名食品专业并经过培训的人员对马铃薯蒸馏酒进行感官评定。分别从马铃薯蒸馏酒色泽（20分）、香气（30分）、口感（40分）、典型性（10分）4个方面进行评分，结果取平均值。以综合评分作为评判马铃薯蒸馏酒品质的依据，满分100分，59分及以下为不合格，60～79分为良好，80～100分为优质，具体评分标准见表1[13]。
表1 马铃薯蒸馏酒感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation standards of potato distilled spirits
项目 标准 评分/分色泽（20分）香气（30分）口感（40分）酒体澄清透明，光泽度高，清亮、无悬浮物酒体澄清，略失光泽，清亮，无悬浮物酒体没有光泽、有明显悬浮物有浓郁的薯香味，主体香气突出，香气浓厚，余香悠长有淡淡的薯香味，香气自然协调香气不足，有异味酒体口感丰满，绵柔适口，风味协调，回味无穷典型性（10分）口感纯正，无杂味酒体寡淡，口味不协调典型完美，风格独特有典型性，风格一般酒体典型性不明显15～20 10～15 0～10 15～20 10～15 0～10 25～40 10～25 0～10 8～10 5～8 0～5
1.3.3 马铃薯蒸馏酒挥发性风味成分析
顶空-固相微萃取条件[14]：取8 mL马铃薯蒸馏酒酒样于顶空瓶中，加入2 mL饱和氯化钠，压盖，80 ℃水浴平衡20 min，插入固相微萃取针，80 ℃水浴30 min，250 ℃进样口解吸5 min。
气相色谱条件[15]：HP-5MS毛细管色谱柱（30m×0.25mm×0.25 μm）；升温程序为初始温度50 ℃保持2 min，以5 ℃/min升至180 ℃保持5 min，再以10 ℃/min升至250 ℃，保持5 min；进样口温度250℃；传输线温度280℃；载气为高纯氦气（He），流速1.0 mL/min；不分流进样。
质谱条件[15]：离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，电子电离（electron ionization，EI）源，电子能量70 eV，扫描模式为全扫描。
1.3.4 数据处理及统计分析
每个试验重复3次，采用SPSS 22软件处理数据，结果用“平均值±标准差”表示，运用SIMCA14.1对香气成分数据进行PCA；采用Excel 2016软件绘图。
5种酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒的理化指标及感官评分见表2。由表2可知，在相同的发酵条件下，不同的酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒的主要理化指标差异较大，在酒精度指标上，YD酒曲发酵马铃薯蒸馏酒最高，为37.50%vol，AB酒曲发酵马铃薯蒸馏酒最低，为23.15%vol；在总酸含量指标上，AB酒曲发酵马铃薯蒸馏酒最高，为3.80 g/L，AK酒曲发酵马铃薯蒸馏酒最低，为1.92 g/L；在总酯含量指标上，CZC酒曲发酵马铃薯蒸馏酒最高，为400.67 g/L，AK酒曲发酵马铃薯蒸馏酒最低，为275.67 g/L；所有酒样均呈酸性，pH最高的是AK酒曲发酵马铃薯蒸馏酒（4.40），最低的是AB酒曲发酵马铃薯蒸馏酒（3.54）。5种酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒中的甲醇含量均远低于GB 2757—2012《食品安全国家标准蒸馏酒及其配制酒》中的2.0 g/L，表明这5种酒曲用于发酵马铃薯蒸馏酒均是可行的。由表2亦可知，CZC酒曲发酵马铃薯蒸馏酒的感官评分最高，为87.1分，显著高于其他马铃薯蒸馏酒（P＜0.05），分析原因可能是因为酯类物质作为酒类香气和呈味主要成分在CZC酒曲发酵马铃薯蒸馏酒中含量最高所致。
表2 马铃薯蒸馏酒的主要理化指标及感官评分
Table 2 Physicochemical indexes and sensory scores of potato distilled spirits
注：同列不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
酒曲 酒精度/%vol 总酸含量/（g·L-1） 总酯含量/（g·L-1） pH值 甲醇含量/（mg·100 mL-1） 感官评分/分AK AB AN YD CZC 31.90±0.13d 23.15±0.26e 33.76±0.26c 37.50±0.45a 35.48±0.23b 1.92±0.03e 3.80±0.04a 2.11±0.02d 2.58±0.03c 3.14±0.02b 275.67±3.21d 349.00±7.00c 374.00±1.73b 367.67±2.08b 400.67±1.53a 4.40±0.13a 3.54±0.07b 4.20±0.04a 4.23±0.10a 3.63±0.16b 0.38±0.01c 0.45±0.02b 0.36±0.03c 0.50±0.02a 0.38±0.04c 82.7±1.06c 85.8±0.79b 85.5±1.18b 85.4±1.35b 87.1±0.99a
2.2.1 不同酒曲发酵马铃薯蒸馏酒的挥发性风味物质分析
不同酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒中挥发性风味物质GC-MS分析结果见表3，种类及相对含量见图1。
图1 不同酒曲发酵马铃薯蒸馏酒中各类别挥发性风味物质数量（a）及占比（b）
Fig.1 Quantity (a) and proportion (b) of various categories volatile flavor substances in potato distilled spirits fermented with different Jiuqu
表3 不同酒曲发酵马铃薯蒸馏酒中挥发性风味物质含量GC-MS分析结果
Table 3 Results of volatile flavor substances contents in potato distilled spirits fermented with different Jiuqu analysis by GC-MS
序号 种类 化合物1234567891 0醇类11 12 13 14 15 16（S）-1,2-丙二醇1-戊醇丝氨醇β-苯乙醇1-癸醇十二醇异丙醇2-十一醇反式-橙花叔醇正丙醇4-戊烯-2-醇异戊醇2-肼基乙醇异丁醇2-甲基-1-丁醇3-甲基己烷-2-醇AK AB--1.39±0.01 0.17±0.00 2.25±0.01 0.10±0.00-18.63±1.13 0.07±0.00 0.14±0.00—— -6.00±0.02-0.19±0.00 3.50±0.02 0.23±0.01-0.30±0.01 15.17±0.31 1.77±0.01-- - ---2.19±0.01-相对含量/%AN YD CZC 0.31±0.00—— -2.90±0.01 1.53±0.01-- - - - - - - - - - --- - - -1.25±0.01 5.64±0.02 2.21±0.01 0.48±0.01 0.10±0.00 0.17±0.00 1.15±0.01 3.73±0.02 19.74±0.95-- -5.92±0.02-- - - - - - - - -
续表
序号 种类 化合物17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60酯类酸类醛酮类萜烯类烷烃类乙酸乙酯丙烷-1,1-二醇二乙酸酯丁酸乙酯乙酸丙酯辛酸乙酯9-癸酸乙酯癸酸乙酯乙酸癸酯异丁酸苯乙酯辛酸异戊酯月桂酸乙酯十四烷酸乙酯9-十六碳烯酸乙酯棕榈酸乙酯亚油酸乙酯油酸乙酯十八酸乙酯乙酸仲丁酯丁二酸二乙酯乙酸苯乙酯水杨酸甲酯苯乙酸乙酯甲酸异丙酯丁酸辛酸异戊酸乙酸正戊酸棕榈酸十六醛3-羟基-2-丁酮十一醛芳樟醇正丁烯3,5,5-三甲基-2-己烯α-法呢烯1,4-二乙酰氧基-2-丁烯3,4-二乙酰硫烷杂氮环丁烷2-环丙基丁烷新戊烷3-（1-甲基乙基）氧杂环丁烷1-甲氧戊烷甲基环氧丙烷AK AB-- - -1.18±0.01-1.82±0.01-- - - - --- -0.17±0.00-- - - - -0.94±0.00-3.93±0.03-0.56±0.00-0.35±0.00 4.61±0.06 0.72±0.0.1 0.71±0.01 0.66±0.00 0.19±0.00 0.17±0.00 0.20±0.01—— - -0.57±0.00-0.46±0.00 0.60±0.00 0.26±0.00 0.23±0.01-1.46±0.05 1.17±0.01—— -13.37±0.87 0.33±0.00 23.78±1.48 0.06±0.00 0.10±0.00 0.19±0.01-- -1.23±0.02 4.38±0.05 1.25±0.01 0.59±0.00 1.87±0.02-- - - - - - - - - ---1.08±0.01-2.03±0.02-相对含量/%AN YD CZC-4.79±0.02-2.92±0.01 3.15±0.01 0.27±0.00 11.47±0.56-- - -2.44±0.01-7.96±0.23--0.24±0.00 1.32±0.01-- -1.14±0.01--0.40±0.01-- - - --- - - - - - -4.44±0.0.2 0.71±0.01 0.46±0..00 0.53±0.00 3.23±0.02 0.20±0.00 23.41±1.98 0.26±0.00 0.20±0.00 0.14±0.00 7.20±0.05 1.32±0.02 0.99±0.01 5.12±0.05 0.97±0.01 0.65±0.01 0.36±0.00 0.46±0.01 0.27±0.02 0.30±0.00-- ——- - - - -0.42±0.00-- - - -7.71±0.78-0.32±0.00-1.82±0.04 2.89±0.02 0.19±0.00 0.59±0.00-- -0.14±0.00 0.22±0.00-- - ---0.18±0.00 0.60±0.00 7.35±0.83 0.13±0.00 18.49±1.73-- - - --- - -4.81±0.03-- -5.02±0.87--17.62±1.23-1.43±0.01-- - - - - - - - - - - - -
续表
注：“-”表示未检出。
序号 种类 化合物61 62 63 64 65 66 67其他2-甲基2H-四唑1-正丁氧基-2,3-二甲基二氮嗪2-乙基-4,5-二甲基-1,2-氧戊环4-丙基环己胺邻烯丙基羟胺2-甲基-6-硝基吡啶二甘醇酐AK AB-1.63±0.03-- - - -1.33±0.01 0.50±0.00-2.17±0.12 7.15±0.89 2.03±0.02-相对含量/%AN YD CZC-- - - - --- - -0.33±0.00 8.01±0.98 4.79±0.56 2.67±0.25 2.00±0.02 0.49±0.01--- - -
由表3及图1可知，采用HS-SPME结合GC-MS联用技术从5种不同酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒中共检出67种挥发性风味物质，包括醇类16种、酯类23种、醛酮类3种、酸类6种、烷烃类7种、萜烯类5种和其他类化合物7种。采用AK、AB、AN、YD、CZC酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒中分别检出26种、29种、20种、18种、30种挥发性风味物质。
使用酒曲AK发酵的马铃薯蒸馏酒中主要挥发性风味成分是醇类物质，相对含量为38.30%，其中，异丙醇相对含量（18.65%）最高；其次是醛酮类物质，相对含量为23.84%，其中，3-羟基-2-丁酮相对含量高达23.78%，其是一种具有草莓香味的食品香料增强剂，可使得酒体更加醇厚、绵甜[16]。虽然在这种马铃薯蒸馏酒中酯类物质的种类和相对含量不是最多，但如辛酸乙酯、乙酸苯乙酯等可赋予马铃薯蒸馏酒果香味[17]。
使用酒曲AB发酵的马铃薯蒸馏酒中挥发性风味物质集中在醇类、酯类、酸类物质，相对含量分别为13.80%、13.57%、16.33%。醇类、酯类、酸类物质中相对含量最高的分别为β-苯乙醇（6.00%）、棕榈酸乙酯（4.61%）、正戊酸（13.37%）。β-苯乙醇是一种花香味物质[18]；棕榈酸乙酯具有奶油的香气，作为高级脂肪酸酯对白酒的稳定性和口感起到重要作用[19]；正戊酸是主要用于配制奶油、干酪、奶油硬糖、草莓和朗姆酒等的香精，具有怡人的香味[20]。
使用酒曲AN发酵的马铃薯蒸馏酒中挥发性风味成分主要集中在萜烯类和酯类物质，相对含量分别为26.57%、25.29%。萜烯类物质中相对含量最高的为1,4-二乙酰氧基-2-丁烯（18.49%）。酯类物质中相对含量最高的为癸酸乙酯（11.47%），其具有椰子的香气[21]。另外，β-苯乙醇、辛酸乙酯、辛酸异戊酯、棕榈酸乙酯、乙酸苯乙酯、3-羟基-2-丁酮等物质相对含量虽然不是很高，但为马铃薯酒提供了果香和奶香[22]。
使用酒曲YD发酵的马铃薯蒸馏酒中挥发性风味成分主要集中在醇类、烷烃类和酯类物质，相对含量分别为32.07%、23.86%、19.55%。醇类物质中相对含量最高的为异戊醇（19.74%），其具有苹果白兰地香气[22]。烷烃类物质中相对含量最高的为3-（1-甲基乙基）氧杂环丁烷（17.62%）。酯类物质中相对含量最高的为癸酸乙酯（7.96%），其具有椰子的香气。乙酸异丁酯、乙酸芳樟酯、甲酸异丙酯、辛酸、十一醛等相对含量不是很高的物质为马铃薯酒赋予了果香味和花香味[23-25]。
使用酒曲CZC发酵的马铃薯蒸馏酒中挥发性风味物质种类最多，主要香气成分为酯类物质，相对含量为50.19%，其中相对含量最高的物质为呈果香和酒香香气的癸酸乙酯（23.41%）；β-苯乙醇、1-癸醇、1-十六烷醇等醇类物质为马铃薯酒提供水果的香气；丙酸甲酯、丁酸乙酯、油酸乙酯、乙酸丙酯、辛酸乙酯、乙酸癸酯、辛酸异戊酯、十四烷酸乙酯、棕榈酸乙酯等酯类物质提供了花香、果香味[26-27]。
5种不同酒曲发酵马铃薯蒸馏酒的挥发性风味物质在种类和含量上有一定的差异，也有类似的香气物质。共有的醇类化合物有1种，为β-苯乙醇，β-苯乙醇是白酒形成独特风味的重要成分之一，具有清甜的玫瑰香、紫罗兰香、茉莉花香等多种香气[28]，良好的抗菌性能[29]；共有的酯类化合物有2种，分别为癸酸乙酯和月桂酸乙酯，癸酸乙酯有椰子香气和酒香香气，有梨和白兰地似的香味；月桂酸乙酯具有花果香气[30-33]；共有的酸类化合物有1种，为辛酸，辛酸具有微弱的水果酸气味，淡淡的酸味[34]。
2.2.2 主成分分析结果
马铃薯蒸馏酒挥发性风味物质种类较多且复杂，基于挥发性风味成分的相对含量对5种不同酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒进行PCA，结果见图2。由图2可知，PC1方差贡献率为37.8%，PC2方差贡献率为31.4%，PC1和PC2累计方差贡献率为69.2%，基本可以解释原变量绝大数的变异信息。
图2 基于挥发性风味物质相对含量不同酒曲发酵马铃薯蒸馏酒主成分分析得分图（a）及因子载荷图（b）
Fig.2 Score chart (a) and factor loading chart (b) of principal component analysis for potato distilled spirits fermented with different Jiuqu based on the relative contents of volatile flavor substances
由图2a可知，5种马铃薯蒸馏酒样品得到了较好的区分，CZC酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒主要分布于第一象限，AK酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒分布于第二象限，YD和AB酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒分布于第三象限，AN酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒分布于第四象限。由图2b可知，1-正丁氧基-2,3-二甲基二氮嗪、丁酸、亚油酸乙酯、棕榈酸乙酯、十八酸乙酯、（S）-1,2-丙二醇、十二醇、油酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、丝氨醇、月桂酸乙酯分布于第一象限，正丁烯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸丙酯、丙烷-1,1-二醇二乙酸酯、1-癸醇、9-癸酸乙酯、辛酸异戊酯分布于第二象限，3-羟基-2-丁酮、正丙醇、十一醛、乙酸、异丙醇、3-（1-甲基乙基）氧杂环丁烷分布于第三象限，水杨酸甲酯、2-甲基2H-四唑、异丁酸苯乙酯、2-甲基-6-硝基吡啶、乙酸苯乙酯、2-十一醇、邻烯丙基羟胺、新戊烷、β-苯乙醇、辛酸分布于第四象限。结果表明，月桂酸乙酯、丝氨醇、9-十六碳烯酸乙酯、丁酸、1-正丁氧基-2,3-二甲基二氮嗪等与CZC酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒密切相关；异丁酸苯乙酯、2-十一醇、邻烯丙基羟胺、新戊烷、辛酸、水杨酸甲酯、β-苯乙醇、2-甲基-6-硝基吡啶、2-甲基2H-四唑与AN酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒密切相关；正丁烯、乙酸丙酯、丙烷-1,1-二醇二乙酸酯与AK酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒密切相关；3-羟基-2-丁酮、异丙醇与AB酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒密切相关；正丙醇、十一醛、乙酸、3,4-二乙酰硫烷等与YD酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒密切相关。
本研究以“黔薯7号”马铃薯作为原料，采用5种不同市售酒曲发酵制备马铃薯蒸馏酒，结果表明，5种马铃薯蒸馏酒的理化指标差异较大，其中，酒曲YD、AB、AK、CZC发酵酒样的酒精度（37.50%vol）、总酸含量（3.80 g/L）、pH值（4.40）、总酯含量（400.67 g/L）分别最高，甲醇含量均远低于国家规定。CZC发酵酒样的感官评分最高，为87.1分。采用HS-SPME结合GC-MS对其挥发性风味成分进行检测分析发现，从5种酒样中共检出67种挥发性风味成分，酒曲AK、AB、AN、YD、CZC发酵酒样分别检出26种、29种、20种、18种、30种，其中共有成分4种，分别为β-苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、辛酸。进一步基于挥发性风味物质的相对含量对不同酒曲发酵的马铃薯蒸馏酒进行PCA，结果发现5种马铃薯蒸馏酒能被有效区分，说明不同酒曲对马铃薯蒸馏酒的挥发性风味成分种类和含量都有较大的影响，本研究可为马铃薯蒸馏酒酿造酒曲的筛选、研发及产品开发提供理论依据。
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