甘蔗主要生长在我国南方热带和亚热带地区[1]，广西是我国也是全球最适合甘蔗生长的地区之一[2]，拥有丰富的甘蔗资源且占全国甘蔗种植面积的60%以上[3]。甘蔗（Saccharum officinarum）又称薯蔗、糖蔗，禾本科甘蔗属，是一年或者多年生的热带经济作物。甘蔗中含有丰富的糖分、水分，还含有对人体新陈代谢非常有益的各种维生素、有机酸及钙、铁、锌、锰、磷等元素[4]，具有良好的营养价值和保健价值。甘蔗主要用于制糖，表皮一般为紫色和绿色。不同品种甘蔗中糖类、蛋白质、纤维素、果胶等物质的含量也有很大的区别，新台糖22号、桂糖29号的含糖量分别为15.11%[5]、15.27%[6]，而黑皮甘蔗的含糖量不足12%[7]。含糖量不同也是影响酵母菌发酵的主要原因之一，甘蔗汁中糖类物质及其他营养物质是酵母乙醇发酵的主要原料[8]。但其中也含有一些抑制酵母生长的不利因素，如果胶质、焦糖、黑色素组成的胶体物质，会吸附在酵母细胞上从而抑制细胞的生长，同时还会在乙醇发酵时产生大量气泡，影响发酵效率[9-10]。此外，带渣发酵与不带渣发酵对甘蔗蒸馏酒的风味也有影响，因为甘蔗渣的吸水性较强，带渣发酵时可以加大发酵液含氧量有利于酵母生长，而且由于蔗渣的多孔纤维结构更利于发酵液的渗透，从而有利于在短时间内细胞的快速增殖，且多孔组织也有利于增殖细胞的向外扩散[11]，因此降糖速率快，糖利用率较高。所以以甘蔗为原料酿造生产的甘蔗酒，不仅是一种营养全面、易于吸收的优质保健酒，而且还可以大大提高甘蔗深加工的附加值，同时降低能源浪费、促进经济发展。
目前市场上的甘蔗产品主要有甘蔗朗姆酒[12]、甘蔗果酒[13-14]、甘蔗果醋[15-16]、蔗糖、饲料、酒精等。其中以甘蔗为原料生产的蒸馏酒——朗姆酒约占国际市场份额的15%，在我国的一线城市，其销售速度以每年30%～60%的比例增长[17]。邹毅等[18]通过比较研究甘蔗酒、卡沙萨酒、朗姆酒发现，中国的甘蔗酒在原料处理、生产方式以及品质、口感上尚有不足。另外，李敏杰等[19-20]对甘蔗酒的发酵工艺条件进行了研究，确定了以甘蔗为原料发酵制酒的最佳工艺参数，并取得了一定的成果。
在以甘蔗为原料酿造蒸馏酒时通常选择含糖量高的甘蔗。但是，目前少有比较不同品种甘蔗和原料处理方式对甘蔗酒风味影响的研究，因此，本研究通过比较不同品种及原料处理方式下甘蔗蒸馏酒的风味，为进一步开发甘蔗资源提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
不同品种甘蔗（黑皮、新台糖22号、桂糖29号）：广西市售；安琪酵母：安琪酵母股份有限公司；偏重亚硫酸钾、无水乙醇（均为分析纯）：国药试剂化学试剂有限公司；白酒混合标样16组分：兰州东立龙信息技术有限公司。
1.2 仪器与设备
GC-7900型气相色谱分析仪：上海天美科学仪器有限公司；白酒专用色谱柱LZP-930：山东瑞德化工仪器有限公司；FA2104N电子分析天平：上海菁海仪器有限公司；A-103多功能榨汁搅拌机：江门市尚亮电器制造有限公司；HWS-12型电热恒温水浴锅：上海一恒科学仪器有限公司；FL-1封闭电炉：北京中兴伟业仪器有限公司；PHS-3C pH计：上海仪电科学仪器有限公司；BCD-249CF美菱冰箱：合肥美菱股份有限公司；帝伯仕20L201不锈钢千斤顶压榨机：烟台帝伯仕自酿机有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 工艺流程
1.3.2 工艺操作要点
（1）甘蔗分选：选择新鲜、表面光洁、且无病虫害和霉变的甘蔗。
（2）破碎：分割成小块状的甘蔗用榨汁机破碎成细碎状同时用保鲜膜对破碎好的甘蔗进行密封以防止水分流失。
（3）压榨取汁：分批把破碎好的甘蔗放入滤袋中并用压榨机进行取汁，其中带渣发酵需要加入10%的压榨后的甘蔗渣进行发酵。
（4）成分调配：为防止甘蔗汁氧化以及达到杀菌消毒的目的需加入100 mg/kg的偏重亚硫酸钾。
（5）菌种活化：酵母使用时提前在35 ℃左右的温水中活化，活化后在30 min内拌入原料中。
（6）接种酵母：酵母按使用说明来添加酵母和原料的比例约为1∶200，具体添加量按1∶190进行添加。
（7）入罐发酵：把接种好安琪酵母的甘蔗汁或甘蔗汁渣[21-22]混合物倒入发酵罐中，并装上单向阀在室温中进行为期15 d的厌氧发酵，同时用电子分析天平监测发酵过程中的质量变化，当质量平衡时结束发酵。
（8）蒸馏：发酵结束后，发酵液采用一次蒸馏法，馏液掐头去尾。
（9）感官品评：参考朗姆酒感官要求和评分标准[23]，制定符合本文甘蔗酒的感官品评评分标准。取18个品评杯并做好标记。邀请品评员共10名进行感官品评，并按照相关感官品评标准评分（满分100分），取3次品评结果的平均值作为最终品评分值。
（10）样品准备：蒸馏后的甘蔗酒用2 mL的离心管做好标记分类留样2 mL，每个样品做3组平行，放入冰箱冷藏待使用。
1.3.3 理化指标测定
（1）糖度测定：用手持糖度计测定。
（2）pH值测定：用pH计直接测定。
（3）失重测定：开始发酵至终止发酵期间，每天测定发酵罐的质量，计算质量损失。
（4）酒精度测定：依据GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用试验方法》[24]来测定发酵液蒸馏后馏出液的酒精度。
（5）甘蔗酒挥发性香气成分测定
利用气相色谱法（gas chromatography，GC）分析3种品种不带渣与带渣发酵甘蔗酒中的香气成分。气相色谱分析实验条件如下：色谱柱LZP-930（30 m×0.32 mm，1.0 μm）；柱温：以50 ℃保持6 min，再以8 ℃/min升温至170 ℃，保持8 min；汽化温度：220 ℃；检测器：火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）；检测器温度：230 ℃；载气：氮气（N2）；进样量为1 μL；内标物：乙酸正丁酯。
样品处理：用移液枪准确吸取1 mL样品，加入体积分数为2%乙酸正丁酯内标样10 μL混合摇匀后进样1 μL。
1.3.4 感官评定
选请了10位有经验学者进行感官评定并取平均值，评定标准见表1[25]。
表1 甘蔗酒感官品评标准
Table 1 Sensory evaluation standards of sugarcane wine
续表
2 结果与分析
2.1 不同品种甘蔗带渣与不带渣处理对pH、糖度及蒸馏后酒精度的影响
2.1.1 不同品种甘蔗汁初始pH、糖度及不带渣发酵后pH、糖度和蒸馏后酒精度
3种不同品种甘蔗汁发酵前各理化指标有较大区别，结果见图1。由图1可知，新台糖22号甘蔗汁pH为5.38，糖度19.7°Bx，蒸馏后酒精度为36.9%vol。桂糖29号甘蔗汁发酵前pH为5.49，糖度为20.7°Bx，蒸馏后酒精度为31.5%vol。黑皮甘蔗汁发酵前pH为5.64，糖度为14.4°Bx，蒸馏后的酒精度为34.7%vol。
图1 不同品种甘蔗汁初始pH值、糖度及不带渣发酵后pH值、糖度和蒸馏后酒精度
Fig.1 Initial pH,sugar content of different varieties of sugarcane juice and pH,sugar content after fermentation without slag and alcohol content after distillation
由图1可知，3种甘蔗汁发酵液的初始pH值很相近，而发酵后的pH值都接近中性，虽然桂糖29号甘蔗汁发酵前后pH差值最大，产酸最多，但与新台糖22号甘蔗汁的pH差值无明显差距。说明pH对甘蔗蒸馏酒的风味没有显著影响。桂糖29号甘蔗汁的起始糖度最高，发酵结束后糖度差值也最大，说明可利用糖量最多，但糖的利用率较低，导致桂糖29号甘蔗酒酒精度低于其他甘蔗酒。
2.1.2 不同品种甘蔗汁初始pH、糖度及带渣发酵后pH、糖度及蒸馏后酒精度
不同品种甘蔗带渣发酵前各理化指标有很大不同，结果见图2。由图2可知新台糖22号发酵前pH为5.57，糖度19.7°Bx，蒸馏后酒精度为37.0%vol。桂糖29号发酵前pH为5.56，糖度为20.7°Bx，蒸馏后酒精度为31.6%vol。黑皮品种甘蔗汁发酵前pH为5.53，糖度为16.3°Bx，蒸馏后酒精度为34.5%vol。
图2 不同品种甘蔗汁初始pH值、糖度及带渣发酵后pH值、糖度及蒸馏后酒精度
Fig.2 Initial pH,sugar content of different varieties of sugarcane juice and pH,sugar content after fermentation with slag and alcohol content after distillation
由图2可知，带渣发酵后pH差值实验结果与不带渣发酵相似。桂糖29号甘蔗糖度差值高于新台糖22号，但后者酒精度最高。其原因可能是桂糖29号的初始糖度较高，导致其发酵结束后的残糖含量较高，而这种高渗环境抑制了菌种的正常生长代谢，从而影响其产酒精能力。此外，黑皮带渣发酵的糖度差值小于新台糖22号带渣发酵，其酒精度也低于前者，其原因可能是黑皮甘蔗的糖度较低，导致菌种在发酵后期没有充足的营养物质，酒精的产量就相应降低。
综合以上结果可知不同的发酵方式对酒体的整体发酵会产生不同的影响，不带渣发酵酒体的pH与带渣发酵相比基本没有差异，说明不同的发酵方式对酒体的pH基本没有影响。但不带渣发酵酒体发酵前后的糖度差值和酒精度要小于带渣发酵，即带渣发酵的糖利用率更高，说明不同的发酵方式会影响酵母对糖类的转化效率和酒精产量，其原因可能是带渣发酵酒体的氧气含量更高，有利于酵母的生长繁殖，因此糖的利用率和酒精产量也随之升高。
2.1.3 不同品种甘蔗不带渣与带渣发酵的失重变化
分别用265 g不同品种甘蔗汁进行不带渣发酵以及加入甘蔗汁量的10%的甘蔗渣进行带渣发酵15 d，质量变化结果见图3。新台糖22号、桂糖29号、黑皮甘蔗不带渣发酵结束后质量分别为242.3 g、244.3 g、242.9 g，与发酵前质量相比分别下降22.7 g、20.7 g、22.1 g。而3种甘蔗带渣发酵结束后质量分别为247.8 g、250.3 g、249.2 g，与发酵前质量相比分别下降17.2 g、14.7 g、15.8 g。
图3 甘蔗汁发酵前后质量变化
Fig.3 Weight change of sugarcane juice before and after fermentation
通过本项实验发现带渣发酵质量下降的量普遍高于不带渣发酵，其原因可能为蔗渣中含有较多的有益菌和活性物质提高了甘蔗汁发酵液中的酒曲的利用率。在带渣发酵中新台糖22号甘蔗发酵液质量下降最多，由此可知，新台糖22号甘蔗品种中有益微生物最多，较适合制作甘蔗酒。
2.2 不同品种甘蔗不带渣与带渣发酵对甘蔗酒风味物质含量的影响
2.2.1 甘蔗酒样品气相色谱
图4 甘蔗酒16组分标样成分气相色谱分析色谱图
Fig.4 GC chromatogram of component analysis of standard sample of 16 components of sugarcane wine
1：乙醛；2：甲醇；3：乙醇；4：正丙醇；5：乙酸乙酯；6：仲丁醇；7：异丁醇；8：乙缩醛；9：正丁醇；10：异戊醇；11：丁酸乙酯；12：乙酸正丁酯；13：乳酸乙酯；14：戊酸乙酯；15：正己醇；16：己酸乙酯。
图5 甘蔗酒样品香气成分气相色谱图
Fig.5 GC chromatogram of aroma component analysis of sugarcane wine samples
1：乙醛；4：正丙醇；5：乙酸乙酯；8：乙缩醛；9：正丁醇。
按照所设定的气相色谱分析条件，分别测定白酒16组分标样和三种品种不带渣与带渣发酵甘蔗酒中的成分，对照白酒16组分标样（图4）分析选出分离效果较好的（22号不带渣发酵）甘蔗酒样品（图5），说明所设定的气相色谱分析条件适用于本研究。
2.2.2 不同品种及处理方式对甘蔗酒醇类风味物质的影响
图6 不同品种及处理方式甘蔗汁发酵液中正丙醇（A）及正丁醇（B）的含量
Fig.6 N-propanol alcohol (A) and n-butyl alcohol (B) contents in fermentation broth of sugarcane juice of different varieties and treatment methods
在果酒酿造过程中产生的高级醇主要是由蛋白质和糖类的代谢产物转换形成[25]，它是果酒香味物质的主要组成成分。根据甘蔗蒸馏酒中主要酯类、醇类、醛类物质含量不同，比较不带渣发酵与带渣发酵两种原料处理方式下甘蔗酒的风味物质含量，结果见图6。
由图6可知，不同原料及处理方式下的甘蔗汁带渣和不带渣发酵时酒体中醇类物质的含量不同，桂糖29号带渣发酵液的正丙醇含量为0.19 mg/mL，均高于其他处理组。但在新台糖22号带渣发酵液中正丁醇的含量为7.78 mg/mL，与其他处理组相比有较大差异，而在各发酵液中正己醇的含量与其他3种醇类物质相比要低的多，综上所述，不带渣发酵酒体的正丙醇和正丁醇风味优于带渣发酵。
2.2.3 不同品种及处理方式对甘蔗酒醛类风味物质的影响
图7 不同品种及处理方式甘蔗汁发酵液中乙醛（A）及乙缩醛（B）的含量
Fig.7 Acetaldehyde (A) and acetal (B) contents in fermentation broth of sugarcane juice of different varieties and treatment methods
根据甘蔗蒸馏酒中主要酯类、醇类、醛类物质含量不同，比较不带渣发酵与带渣发酵两种原料处理方式下甘蔗酒的风味物质含量。由图7可知，不同原料及处理方式下的甘蔗汁带渣和不带渣发酵时酒体中醛类物质的含量不同，新台糖22号带渣发酵与桂糖29号带渣发酵的甘蔗发酵液中乙醛含量分别0.39mg/mL和0.34 mg/mL，基本上没有明显差别。此外，桂糖29号带渣发酵液中乙缩醛的含量为0.21 mg/mL，显著高于不带渣发酵和其他处理组（P＜0.05）。
2.2.4 不同品种及处理方式对甘蔗酒乙酸乙酯的影响
根据甘蔗蒸馏酒中主要酯类、醇类、醛类物质含量不同，比较不带渣发酵与带渣发酵两种原料处理方式下甘蔗酒的风味物质含量，结果见图8。由图8可知，黑皮不带渣发酵与带渣发酵酒体乙酸乙酯含量分别1.71 mg/mL和1.37 mg/mL，两种处理方式相差较小。新台糖22号不带渣发酵酒体中乙酸乙酯含量为1.26 mg/mL，明显高于带渣发酵的0.49 mg/mL。桂糖29号不带渣发酵酒体中乙酸乙酯含量为0.94 mg/mL，明显低于带渣发酵的1.88 mg/mL，说明不带渣发酵方式酒体的乙酸乙酯含量优于带渣发酵。
图8 不同品种及处理方式甘蔗汁发酵液中乙酸乙酯的含量
Fig.8 Ethyl acetate content in fermentation broth of sugarcane juice of different varieties and treatment methods
综合以上结果，将新台糖22号不带渣发酵甘蔗酒、桂糖29号带渣发酵甘蔗酒、黑皮不带渣发酵甘蔗酒进行对比分析，得出新台糖22号不带渣发酵甘蔗酒酒体风味最佳。与朗姆酒相比，虽然本次研究的甘蔗酒的主要呈香物质与朗姆酒基本相同，都有乙酸乙酯、正丙醇、正丁醇等高级醇类和酯类，但是口感、生产工艺上还有很大的差距，还需要进一步改进。
2.3 不同品种甘蔗不带渣与带渣发酵对甘蔗酒感官的影响
甘蔗汁发酵液的感官评分结果见图9，新台糖22号不带渣发酵得到的感官评分为83.9分，带渣发酵得分为79.9分；桂糖29号甘蔗不带渣发酵得到的感官评分为74.6分；带渣发酵得分为79.0分；黑皮甘蔗不带渣发酵得到的感官评分为73.6分，带渣发酵得分为71.1分。总体而言不带渣发酵方式比带渣发酵方式甘蔗酒在感官品质上更受大众喜爱，其中新台糖22号品种甘蔗不带渣发酵甘蔗酒感官评分最高，为83.9分。
图9 甘蔗汁发酵液感官品评价
Fig.9 Sensory evaluation of fermentation broth of sugarcane juice
3 结论
不同品种及原料处理方式对甘蔗蒸馏酒风味有显著影响，带渣发酵和不带渣发酵之间风味物质和高级醇的含量有很大不同。在气相色谱分析中新台糖22号不带渣发酵甘蔗酒的香气成分中乙酸乙酯等风味物质的含量与其他几种甘蔗酒相比有较大不同，乙酸乙酯具体含量为1.26mg/mL，显著高于带渣处理的0.49 mg/mL（P＜0.05），乙醛含量为0.37 mg/mL略低于带渣处理0.39 mg/mL，二者没有显著差异（P＜0.05）。此外，新台糖22号带渣发酵酒中正丁醇的含量为0.07 mg/mL与不带渣的7.78 mg/mL相比具有极显著差异（P＜0.01）。感官评定中新台糖22号不带渣发酵甘蔗酒在本次研究中感官品评分也高于其他甘蔗酒。而且不带渣发酵酒的酒体风味也优于带渣发酵酒，其酒体澄清透亮有光泽、无悬浮物、口感柔和、具有淡淡蔗香。此外，甘蔗与其他发酵原料相比具有成本低、来源广等优点，有较好的发展前景。
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