五种商业酵母对仙人掌发酵酒品质的影响

肖世娣¹，王菁²，薛逸轩²，张惠玲^1*

宁夏食品微生物应用技术与安全控制重点实验室 宁夏大学农学院，银川 750001

摘 要：本实验以五种不同商业酵母为菌种分别发酵仙人掌酒，对其理化性质、挥发性物质和感官评价进行研究，并通过主成分分析法结合模糊数学感官评价，对比找出适合仙人掌发酵酒的酿酒酵母。结果表明：XR 酵母发酵酒样和其他四种酵母发酵酒样理化性质差异显著，通过GC-MS检测得到仙人掌酒含有67个挥发性物质，包含了 17个共同的挥发性物质，主成分分析和模糊数学感官评价均得到酵母XR发酵的酒样得分最高。因此，XR酵母较适合作为发酵仙人掌酒的菌种。

关键词：酵母菌；挥发性物质；主成分分析；模糊数学感官评价

Effects of five commercial yeasts on the quality of cactus fermented wine

Xiao Shidi ¹, Wang Jing ², Xue Yixuan ², Zhang Huiling ^1*

 Ningxia Key Laboratory for Food Microbial-Applications Technology and Safety Control College of Agriculture, Ningxia University

Abstract: In this experiment, cactus wine was fermented by five different commercial yeasts, and its physical and chemical properties, volatile matter and sensory evaluation were studied. The principal component analysis method combined with fuzzy mathematics sensory evaluation was used to compare and find Saccharomyces cerevisiae which suitable for cactus fermentation. The results showed that the physicochemical properties of XR yeast fermented liquor and other four yeast fermented liquors were significantly different. The cactus wine contained 67 volatile substances, including 17 common volatile substances by GC-MS. Principal component analysis and the sensory evaluation of fuzzy mathematics obtained the highest score of the wine sample fermented by yeast XR. Therefore, XR yeast is more suitable as a strain for fermented cactus wine.

Key words: yeast; volatile matter; principal component analysis; fuzzy mathematical sensory evaluation

食用仙人掌原产于南美的一些国家，生长在干燥、光照充足的地区，但是随着其丰富的营养价值和药用价值被发现，并呈迅速发展的趋势，我国清代赵学敏所著的《本草纲目拾遗》中就有对仙人掌的记载:仙人掌味淡性寒，功能行气活血、清热解毒、消肿止痛^[1-2]。仙人掌可食用茎干富含水分、矿物质^[3]、膳食纤维^[4]、多糖^[5]、酚类^[6]以及黄酮类化合物，被视为一种理想的健康食品。随着种植面积的增大，对食用仙人掌各方面的研究也在不断深入，仙人掌饮料^[7-9]、酸奶^[10]、罐头、面条、果脯^[11]和果酱等一系列产品被开发。而仙人掌酒的开发主要以仙人掌配制酒为主^[12-14]，对仙人掌发酵酒的研究甚少，酵母品种与酒的品质有密切的关系。本试验采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱的方法检测五种商业酵母发酵仙人掌酒样挥发性物质，分析挥发性物质特性，并对挥发性物质进行主成分分析及酒样模糊数学感官评价，筛选出较适宜仙人掌发酵的菌种，旨在为仙人掌发酵酒品质的改善提供理论依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

材料：仙人掌片（宁夏吴忠仙人掌种植基地），酵母RW、RC212、CY3079、FTH和 XR：宁夏诺盟集团有限公司；降粘用酶：和氏璧生物技术有限公司；偏重亚硫酸钾（食品级）:宁夏伟民生物有限公司。

仪器设备：LDZX-40C型自动立式电热压力蒸汽灭菌器：北京恒奥德仪器仪表有限公司；HHS型电热恒温水浴锅：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；PHS-2C 数显酸度计:杭州奥利龙仪器有限公司； LRH-150B型恒温培养箱：广东泰宏君科学仪器股份有限公司；RZ-988T型打浆机：深圳五联通达科技有限公司；AL204型分析天平：梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司；UV2000紫外分光光度计：上海尤尼柯仪器有限公司；GCMS-QP2010气相色谱－质谱联用仪法（GC-MS）：日本岛津公司。

1.2实验方法

1.2.1 仙人掌发酵酒酿造工艺流程

                                         降粘用酶

仙人掌片→挑选→清洗→切块→打浆→仙人掌浆→酶解→调整糖度、pH值→接种→控温发酵→澄清→杀菌→仙人掌发酵酒                                     

酵母→活化

操作要点 ：

选择新鲜无腐烂变质的仙人掌清洗后去刺，流动清水漂洗 2 次，备用。将清洗好的仙人掌称量，切块，置于打浆机中，料液比不同加水混合打浆1min左右，得仙人掌浆。用0.5%降粘用酶在45℃水浴酶解3h后在50℃水浴酶解2h，测得仙人掌汁可溶性固形物 0.5%～1%，pH在4～4.5。为满足仙人掌发酵酒发酵所需达到的酒精度的要求，在发酵前用蔗糖一次性补充糖分，用柠檬酸调酸至酵母适宜生长的酸度，pH调整为3.8～4。称取所需酵母用量，加入10倍的无菌水，在 37℃的条件下水浴30 min，不断搅拌使其溶解，活化完成，将活化好的酵母放置冷却至室温备用。将发酵液装至容器的80%，接入酵母密封发酵，每天搅拌排气 2 次，直至基本无气泡产生，发酵结束。用纱布过滤，分离出仙人掌发酵酒，装入储酒罐中满罐陈酿。

1.2.2仙人掌酒挥发性成分的测定

参考季慧^[15]的方法，仙人掌酒中挥发性成分测定采用顶空固相萃取气质联用法。

（1）样品的前处理：

取10 mL仙人掌酒加入20mL香气瓶中，将香气瓶放入45 ℃的水浴中平衡10 min，用活化好的固相微萃取器吸附30min（使用前先将固相微萃取的萃取头在气相色谱仪的进样口老化1h），GC 进样口解吸温度250℃，解吸时间10min，进行GC分析。

（2）气相色谱分析条件：

载气为氦气(99.999%)，流量为3.0ml/min，进样量为0.3uL，柱前压为30kPa，汽化室温度250℃，DM-5MS色谱柱(30m× 0.32mm× 0.25μm)。程序升温: 起始温度35℃,保持3min，以12℃/min升至80℃，再以6℃/min升至130℃，保持4min，4℃/min升至230℃，保持10min。

（2）质谱分析条件：

电子轰击(EI)离子源，电子能量为70eV，温度200℃，接口温度230℃，质量扫描范围为40～500amu。

（3）挥发性成分定性分析：

利用计算机对采集到的样品质谱图进行检索，辅助人工解析图谱，与美国国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST） 02.L标准谱库进行对照匹配。

1.2.3感官评价

根据国标方法^[16]。由10名食品专业研究生组成感官分析小组。参照宋琳琳等^[17]的研究并进行相应的调整，满分100，结果取平均值，制定评价标准见表1。

表1感官评价指标

Table1 Standard of sense evaluation

1.2.4理化指标测定

酒精度测定：密度瓶法^[16]；黄酮含量的测定：分光光度法^[18]；总酚含量的测定：福林酚法 ^[19]；总酸的测定（以柠檬酸计）：酸碱滴定法^[20]；还原糖的测定：二硝基水杨酸比色法^[21]。

1.2.5主成分提取

对仙人掌酒共有的挥发性物质进行了主成分分析，得到原始数据的贡献率、累计贡献率及特征值，将大于 1 的特征值因子作为主成分提取标准^[22] 。按式（1）计算仙人掌各个酒样的综合得分F。

                        （1）

上式中，F为综合得分， Y₁、Y₂、Y₃ 、Y₄为主成分的特征值,F₁、F₂、F_3、F₄为仙人掌酒的主成分 1、2、3 、4的得分，C 为累积特征值。

1.2.6建立模糊综合评价数学模型

根据感官评价对仙人掌发酵酒进行模糊综合评判，建立模糊综合评价体系^[23-24]。

评价因素集U，即仙人掌发酵酒感官评价指标构成的因素集合。U={u₁，u₂，u₃，u₄} ，其中u₁、u₂、u₃和u₄分别代表外观、香气、滋味和典型性。

评价得分集V，即为对各项评价结果的集合。V={v₁，v₂，v₃，v₄} ，其中v₁、v₂、v₃、v₄分别代表很好、好、一般、差。

权重集A，即各评价因素的权重系数组成的集合。A={a₁，a₂，a₃，a₄} ，a₁、a₂、a₃、a₄分别代表外观、香气、滋味、滋典型性的权重向量。由表1感官评价指标针对仙人掌发酵酒的权重向量A={0.2, 0.3, 0.4, 0.1}。

模糊评判矩阵R，即参加模糊综合评判各因素根据相应的隶属度所组成的评判结果矩阵。在评价集中引入模糊子集Y。 根据权重域矩阵A 与模糊评判矩阵 R 通过模糊变换可得到，表示为 Y=A×R={b₁， b₂，…，b_n}。

式中：

1.2.7数据处理

响应面实验设计以及结果分析用Design-Expert 10.0软件进行处理，主成分进行因子分析采用SPSS 20.0软件。

2结果与分析

2.1仙人掌酒理化指标分析

通过对不同酵母发酵的仙人掌酒的理化指标进行测定，结果见表2，这5种发酵酒各项指标差异显著的原因是所选酵母不同导致理化性质也有所不同^[25]。五种酵母对酒样的酒精度、总酸的影响均成显著性差异，RC212与XR、CY3079酒样的还原糖有显著性差异，其他无显著差异，RW和XR酒样的黄酮含量有显著性差异，其他酵母发酵的酒无显著差异，RW和FTH酒样的总酚无显著性差异，其他酵母发酵的酒均有显著性差异。

表2不同酵母发酵的仙人掌酒的理化指标

Table 2 Physicochemical indexes of Cautus wine fermented by five different kinds of Saccharomyces cerevisiae

注: (1) 数据结果为均值 ± S.D；(2) 同一列表中具有不同英文字母者差异显著( P＜0.05)。

2.2不同仙人掌酒样挥发性物质的比较

挥发性成分的测定，有助于解释酒体味道和香气，基于被检出挥发性成分的匹配度需＞80%这一条件^[26]，利用HS-SPME-GC-MS技术检测5种仙人掌发酵酒的挥发性物质总离子流见图1。共检出67种挥发性成分，主要包括31种酯类、8种醇类物质、5种羧酸类物质、4种醛类物质和16种烷烃类其他物质。

图1不同酵母发酵的仙人掌酒GC-MS总离子流图

Fig.1Total ion chromatogram of GC-MS of cactus wine fermented by different yeasts

仙人掌酒总体挥发性物质种类含量由多到少为：酯类＞羧酸类＞醇类＞其他＞醛类，五种仙人掌酒的挥发性成分的相对总含量多少顺序为酵母FTH＞XR＞RW＞CY307＞RC212，表明酿酒酵母对仙人掌发酵酒的挥发性成分的种类和含量影响较大，这与发酵酵母种类的不同有密切的关系^[26]。RW 酵母和FTH酵母发酵酒样均为检测出醛类物质，XR 酵母发酵酒样相对RC212 酵母和CY3079酵母发酵酒样挥发性酯类、醇类和酸类物质含量均高。

表3不同种类挥发性成分在仙人掌酒中的相对含量

Table3 The relative percentage contents of different kinds of Cactus wine

对峰进行比较筛选，共得到五个酒样的17个共同峰如表4所示，主要以酯类物质为主，大多数酯类具有花、果的芳香气味，可增加酒体香气的复杂性和典型性^[27]，其次以酸为主，醇类较少。这些物质包括：癸酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸3-甲基丁酯、二十二烷酸乙基酯、癸酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、十三烷酸乙酯、硬脂酸乙酯、油酸乙酯、棕榈酸乙酯、豆蔻醇、苯乙醇、癸酸、辛酸和3,7-二甲基-癸烷。这些物质占峰面积相对平均含量为68.96%，突出而挥发性物质图谱中主要的信息，酵母RW、RC212、CY3079、FTH和 XR发酵的酒样含量分别为72.85%、59%、64.43%、74.24%和74.31%，酵母FTH和 XR发酵的仙人掌酒挥发性物质含量较多，酵母RC212和CY3079发酵的仙人掌酒挥发性物质含量较少。

表4共有物质种类及相对含量

Table4 The categories and relative amount of common substance

挥发性物质名称		RW		RC212		CY3079		FTH		XR
9-癸烯酸乙酯		2.50		1.90		4.35		3.27		5.65
9-十六碳烯酸乙酯	13.42		13.32		10.55		8.55		7.30
辛酸乙酯		1.94		0.01		2.36		2.34		2.46
癸酸3-甲基丁酯		0.32		0.43		0.33		0.52		0.31
二十二烷酸乙基酯		1.73		0.32		0.30		0.90		0.20
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