草莓果酒釀造工藝的優(yōu)化及其香氣成分分析

王孝榮，羅佳麗，潘年龍，蔣和體*

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

草莓果酒釀造工藝的優(yōu)化及其香氣成分分析

王孝榮，羅佳麗，潘年龍，蔣和體*

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400716）

以草莓為原料，采用單因素試驗(yàn)和Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究SO2添加量、酵母添加量及發(fā)酵溫度對(duì)果酒發(fā)酵的影響，建立各影響因素的回歸方程，并通過(guò)響應(yīng)面分析法優(yōu)化，得到草莓果酒的最佳工藝條件：SO2添加量為81 mg/L、酵母添加量為1 g/L、發(fā)酵溫度為20 ℃。然后采用頂空固相微萃取法，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)草莓果酒香氣成分進(jìn)行分析與鑒定，結(jié)果表明：從草莓果酒中共鑒定出香氣物質(zhì)85種，占總峰面積的99.55%；其主體香氣物 質(zhì)主要是異戊醇、乙酸異戊酯、己酸乙酯及辛酸乙酯。

草莓果酒；工藝；優(yōu)化；香氣成分

草莓（strawberry）是薔薇科草本漿果類(lèi)紅色水果[1]，其富含花色苷、VC、葉酸及酚類(lèi)成分[2-3]，具有抗氧化[4-5]、抗癌及預(yù)防心血管疾病[6-7]、消化不良等功效[8]。果酒是以水果為原料，經(jīng)果酒酵母發(fā)酵而成，其營(yíng)養(yǎng)豐富，適量飲用有益身體健康[9]。草莓果酒是以草莓為原料經(jīng)發(fā)酵而成的低度酒，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富、低酒精度、低糖，符合現(xiàn)代人健康、天然、綠色的觀念，同時(shí)也解決了草莓不耐貯藏的問(wèn)題，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

目前，果酒的品種逐漸增多，對(duì)各種果酒的探究引起了不少研究者的興趣，如菠蘿酒的工藝研究[10]、獼猴桃酒的工藝研究[11]、新疆哈密紅棗酒的工藝研究[12]、西瓜酒的工藝研究[13]等，而草莓，則主要以生食和加工果汁、果漿為主，國(guó)內(nèi)很少將其釀造成果酒，對(duì)草莓果酒釀造工藝參數(shù)的研究甚少。本實(shí)驗(yàn)使用響應(yīng)面法對(duì)草莓果酒發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，確定草莓果酒最佳的發(fā)酵工藝條件，并通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析鑒定了草莓果酒中香氣成分的種類(lèi)和相對(duì)含量，為工業(yè)化生產(chǎn)草莓果酒、改善草莓果酒的風(fēng)味，提高草莓果酒的品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

草莓，購(gòu)于重慶市北碚區(qū)永輝超市，主要成分含量（g/L）：總酸6.21、還原糖23.4、VC 1.07、總酚1.15、總糖39.6、果膠4.8、總花色苷0.19。

葡萄酒、果酒專(zhuān)業(yè)酵母 安琪酵母股份有限公司；葡萄酒酵母F33 浪淘沙自釀會(huì)所；酒用干酵母 廣東省馬利酵母有限公司；果膠酶（2 000 U/g） 諾維信生物技術(shù)有限公司；白砂糖（食品級(jí)）。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2450紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；FA2004A 電子天平 上海精天電子儀器廠；酒精計(jì) 河北省武強(qiáng)縣同輝儀表廠；手動(dòng)固相微萃取進(jìn)樣器 美國(guó)珀金-埃爾默公司；100 μm PDMS萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 草莓果酒釀造工藝流程[14]

草莓→挑選、清洗→摘果柄、萼葉→破碎榨汁→果膠酶處理（添加果膠酶0.25 g/L，40 ℃作用2 h）→過(guò)濾→草莓汁（調(diào)整糖分至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%）→添加SO2→加釀酒酵母→發(fā)酵7 d→過(guò)濾→殺菌→草莓果酒

1.3.2 菌種的活化[15]

取1 g干酵母粉，加入到20 g含糖5%的糖水中，在38 ℃條件下，攪拌活化約15～30 min，當(dāng)糖水中出現(xiàn)大量的小氣泡即可。

1.3.3 草莓果酒發(fā)酵條件的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.3.1 酵母菌的選擇

草莓汁經(jīng)果膠酶酶解，添加SO280 mg/L，然后分別接入已活化的葡萄酒酵母F33、葡萄酒、果酒專(zhuān)用酵母及酒用干酵母，其添加量為1 g/L，在20 ℃條件下，發(fā)酵7 d，比較其酒精度和花色苷的含量。

1.3.3.2 料液中SO2添加量的確定

草莓汁經(jīng)果膠酶酶解，分別添加SO240、80、120、160、200 mg/L，然后添加1 g/L已活化的葡萄酒、果酒專(zhuān)用酵母，在20 ℃條件下發(fā)酵7 d后，比較其酒精度和花色苷的含量。

1.3.3.3 料液中酵母菌添加量的確定

草莓汁經(jīng)果膠酶酶解，添加SO280 mg/L，分別添加0.5、1、1.5、2、2.5 g/L已活化的葡萄酒、果酒專(zhuān)用酵母，在溫度為 20 ℃的條件下發(fā)酵7 d后，比較其酒精度和花色苷的含量。

1.3.3.4 發(fā)酵溫度的確定

草莓汁經(jīng)果膠酶酶解，添加SO280 mg/L，添加1 g/L已活化的葡萄酒、果酒專(zhuān)用酵母，分別在16、20、24、28、32 ℃溫度條件下，發(fā)酵7 d后，比較其酒精度和花色苷的含量。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素試驗(yàn)，在其分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用三因素三水平的Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法[16-18]，選擇SO2添加量、酵母菌添加量和發(fā)酵溫度這3個(gè)影響較大的因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，以酒精度為響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化，所有試驗(yàn)均重復(fù)3次。

1.3.5 草莓果酒香氣物質(zhì)的萃取實(shí)驗(yàn)[19]

采用頂空固相微萃取法（head space solid-phase micro-extractions，HS-SPME）。取酒樣6 mL于20 mL萃取瓶中，加1 g NaCl，插入經(jīng)老化的萃取頭（250 ℃老化1 h），45 ℃條件下頂空萃取30 min，將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口，解析6 min。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 酒精度

參照GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》測(cè)定。

1.4.2 花色苷含量

pH示差法[20]測(cè)定。

1.4.3 草莓果酒香氣成分的GC-MS分析[21]

1.4.3.1 色譜條件

色譜柱DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm），進(jìn)樣口溫度250 ℃；升溫程序：35 ℃保持3 min，以10 ℃/min升至110 ℃，保持3 min，以8 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，以15 ℃/min升至230 ℃，保持4 min；載氣（He）：流量1.00 mL/min，壓力53.5 kPa，進(jìn)樣口的溫度250 ℃，進(jìn)樣量0.5 μL；采用不分流方式進(jìn)樣。

1.4.3.2 質(zhì)譜條件

電子轟擊（EI）離子源；電子能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；ACQ方式：Scan；質(zhì)量掃描范圍m/z 35～500；掃描速率：769 s-1。

1.4.3.3 香氣成分分析

分析結(jié)果運(yùn)用計(jì)算機(jī)譜庫(kù)（NIST/WILEY）進(jìn)行初步檢索及資料分析，并結(jié)合已有的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行定性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酵母菌的確定

圖1 不同酵母菌對(duì)草莓酒酒精度和花色苷含量的影響Fig.1 Effect of yeast type on alcohol and anthocyanin contents of strawberry wine

用不同果酒酵母在相同條件下進(jìn)行發(fā)酵，測(cè)定最終發(fā)酵液的酒精度及花色苷含量，結(jié)果如圖1所示。利用葡萄酒、果酒專(zhuān)用酵母發(fā)酵制得的草莓果酒酒精度及花色苷含量相對(duì)較高。

2.2 草莓果酒發(fā)酵條件的單因素試驗(yàn)

2.2.1 SO2添加量對(duì)草莓果酒酒精度及花色苷含量的影響

圖2 SO 2 SO2添加量對(duì)草莓果酒酒精度和花色苷含量的影響Fig.2 Effect of SO2concentration on alcohol and anthocyanin contents of strawberry wine

由圖2可知，隨著SO2添加量的增加，酒精度先增后減，花色苷含量逐漸下降。當(dāng)SO2添加量為80 mg/L時(shí)，酒精度達(dá)到最大，主要原因是SO2質(zhì)量濃度過(guò)低，雜菌易污染耗糖并與酵母增長(zhǎng)形成競(jìng)爭(zhēng)作用，SO2質(zhì)量濃度過(guò)高，則會(huì)對(duì)酵母產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制作用，導(dǎo)致發(fā)酵力下降；當(dāng)SO2質(zhì)量濃度為120 mg/L時(shí)，花色苷含量急劇下降，當(dāng)SO2質(zhì)量濃度為200 mg/L 時(shí)，花色苷幾乎消失，其主要原因是草莓中的花色苷單體與SO2化合形成亞硫酸氫鹽加成物，花色苷紅色消失。綜合考慮，SO2添加量為80 mg/L 時(shí)效果最好。

2.2.2 酵母添加量對(duì)草莓果酒酒精度及花色苷含量的影響

圖3 酵母添加量對(duì)草莓果酒的酒精度和花色苷含量的影響Fig.3 Effect of yeast inoculum amount on alcohol and anthocyanin contents of strawberry wine

由圖3可知，當(dāng)料液中酵母添加量為1 g/L時(shí)，草莓果酒的酒精度最高，主要原因是當(dāng)酵母添加量比較少時(shí)，料液中的糖不能完全被酵母利用轉(zhuǎn)化為酒精，添加量過(guò)大時(shí)，會(huì)消耗料液中的糖用于酵母自身的生長(zhǎng)，則用于生成酒精的底物量就會(huì)減少；而酵母添加量對(duì)草莓果酒中花色苷的含量影響不明顯（含量在8.263～8.274 mg/100 mL之間變化）。綜合考慮，酵母添加量為1 g/L時(shí)效果最好。

2.2.3 發(fā)酵溫度對(duì)草莓果酒酒精度及花色苷含量的影響由圖4可知，當(dāng)發(fā)酵溫度為20 ℃時(shí)，草莓果酒的酒精度與花色苷的含量均為最高；其主要原因是溫度會(huì)影響酵母菌的生長(zhǎng)，溫度升高，發(fā)酵速度加快，發(fā)酵劇烈，酵母菌衰老過(guò)快，最終生成的酒度偏低，并且酒體粗糙，有顯著的辛辣味；溫度升高的同時(shí)，加快氧化反應(yīng)作用，草莓中的花色苷易被破壞。綜合考慮，發(fā)酵溫度為20 ℃時(shí)效果最好。

圖4 發(fā)酵溫度對(duì)草莓果酒的酒精度和花色苷含量的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on alcohol and anthocyanin contents of strawberry wine

2.3 草莓果酒發(fā)酵條件的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental design and results of response surface design

利用Design-Expert軟件對(duì)表數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，確立如下回歸模型：Y=11＋0.088A＋0.28B＋0.36C＋0.20AB＋0.23AC＋0.35BC－1.63A2－1.36B2－1.43C2。

2.3.2 回歸分析

F檢驗(yàn)反映的是回歸模型的有效性，包括失擬性檢驗(yàn)和回歸方程顯著性檢驗(yàn)[15]。t檢驗(yàn)是對(duì)回歸模型的系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。模型P＜0.000 1，表明該二次方程模型顯著，而失擬項(xiàng)P=0.574 1＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著，表示單因素試驗(yàn)結(jié)果可以和數(shù)學(xué)模型擬合良好，即可以使用數(shù)學(xué)模型推測(cè)試驗(yàn)結(jié)果；同時(shí)該方程決定系數(shù)R2= 0.992 0，模型的擬合程度相對(duì)較好。

表2 方差分析表Table 2 Analysis of variance for the regression model

由表2可知，因素B、C對(duì)草莓果酒影響極顯著（P＜0.01），因素A對(duì)其影響不顯著（P＞0.05）；A2、B2、C2對(duì)其影響極顯著（P＜0.01）；BC 交互作用對(duì)其影響極顯著（P＜0.01）；AB、AC交互作用對(duì)其影響不顯著（P＞0.05）。

2.3.3 因素間交互作用分析

圖5 SO 5 SO2和酵母添加量的交互作用對(duì)草莓果酒酒精度影響的響應(yīng)面與等高線圖Fig.5 Response surface and contour plots showing the interactive effects of SO2concentration and yeast inoculum amount on alcohol content of strawberry wine

圖6 SO 6 SO2添加量和發(fā)酵溫度的交互作用對(duì)草莓果酒酒精度影響的響應(yīng)面與等高線圖Fig.6 Response surface and contour plots showing the interactive effects of SO2concentration and fermentation temperature on alcohol content of strawberry wine

圖7 酵母添加量和發(fā)酵溫度的交互作用對(duì)草莓果酒酒精度影響的響應(yīng)面與等高線圖Fig.7 Response surface and contour plots showing the interactive effects of yeast inoculum and fermentation temperature on alcohol content of strawberry wine

響應(yīng)值受交互作用的影響可以從圖中直接反映出來(lái)，等高線的形狀反映了交互作用的強(qiáng)弱，橢圓代表交互作用顯著，圓形代表交互作用不顯著[22]。由圖5～7可知，在交互作用對(duì)草莓果酒的酒精度的影響中，酵母添加量和發(fā)酵溫度的交互作用較為顯著。

2.3.4 回歸模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

經(jīng)軟件Design Expert 7.0優(yōu)化，分析得到試驗(yàn)的最佳工藝參數(shù)：SO2添加量為81.78 mg/L、酵母添加量為1.1 g/L、發(fā)酵溫度為20.58 ℃。將此工藝條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整：SO2添加量為81 mg/L、酵母添加量為1 g/L、發(fā)酵溫度為20 ℃，對(duì)該工藝進(jìn)行3次重復(fù)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)得草莓果酒的酒精度為 （11.41±0.06）%，與理論預(yù)測(cè)值11.49%相近，說(shuō)明該模型能很好的預(yù)測(cè)草莓果酒發(fā)酵條件與酒精度的關(guān)系。

2.4 草莓果酒香氣物質(zhì)的GC-MS分析

表3 草莓果酒香氣成分的鑒定結(jié)果Table 3 Identification of aromatic components in strawberry wine

續(xù)表3

草莓果酒的分析鑒定結(jié)果見(jiàn)表3。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)譜庫(kù)（NIST/WILEY）進(jìn)行初步檢索，保留相似度≥85%的香氣成分，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)可初步定性草莓果酒的香氣物質(zhì)有85種，占總峰面積的99.55%。其中，相對(duì)含量較高的香氣物質(zhì)為：異戊醇10.36%、乙酸異戊酯8.99%、苯乙烯4.44%、己酸乙酯8.53%、乙酸己酯3.92%、辛酸4.89%、辛酸乙酯8.35%、癸酸4.74%、癸酸乙酯13.66%、肉桂酸乙酯1.55%、丙位癸內(nèi)酯2.12%、反-橙花叔醇3.49%、月桂酸乙酯7.70%、肉豆蔻酸乙酯1.18%等。

通過(guò)對(duì)草莓果酒的香氣成分分析，其酯類(lèi)有50種，醇類(lèi)有14種，酮類(lèi)有4種，酸類(lèi)有4種，烯類(lèi)有4種，醛類(lèi)、酚類(lèi)及醚類(lèi)各1種，烷烴類(lèi)5種，其他類(lèi)1種。酯類(lèi)的相對(duì)含量為64.85%；醇類(lèi)的相對(duì)含量為16.82%；酮類(lèi)相對(duì)含量為0.57%；酸類(lèi)的相對(duì)含量為10.71%；烯類(lèi)的相對(duì)含量為4.77%；醛類(lèi)、酚類(lèi)及醚類(lèi)的相對(duì)含量分別為0.47%、0.4%和0.06%；烷烴類(lèi)相對(duì)含量為0.51%；其他類(lèi)相對(duì)含量為0.39%。

從香氣分析結(jié)果可知，草莓果酒基本香氣的形成過(guò)程中，異戊醇、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯具有重要的作用。相關(guān)資料表明：發(fā)酵酒香氣的主體香氣物質(zhì)為四大酯類(lèi)（乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯與乙酸乙酯）與兩大醇類(lèi)（異戊醇與異丁醇），其他揮發(fā)性化合物只是對(duì)主體香氣物質(zhì)起修飾和補(bǔ)充作用[23]。本實(shí)驗(yàn)中草莓果酒的香氣成分異戊醇、乙酸異戊酯、己酸乙酯及辛酸乙酯均被檢出。

3 結(jié) 論

3.1 通過(guò)單因素和Box-Behnken 響應(yīng)面試驗(yàn)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法建立了草莓果酒發(fā)酵條件的二次多項(xiàng)式模型：Y=11＋0.088A＋0.28B＋0.36C＋0.20AB＋0.23AC＋0.35BC－1.63A2－1.36B2－1.43C2。并且確定了草莓果酒最佳發(fā)酵工藝條件：SO2添加量為81 mg/L、酵母添加量為1 g/L、發(fā)酵溫度為20 ℃，測(cè)得草莓果酒的酒精度為11.45%，與預(yù)測(cè)值（11.49%）接近，說(shuō)明了該模型可以很好的預(yù)測(cè)草莓果酒的發(fā)酵條件與酒精度的關(guān)系。同時(shí)也證明了響應(yīng)面法優(yōu)化草莓果酒發(fā)酵工藝參數(shù)的可行性。

3.2 采用HS-SPME，通過(guò)GC-MS分析草莓果酒的香氣成分，初步鑒定出85種香氣成分，占總峰面積的99.55%，其中相對(duì)含量較高的香氣物質(zhì)為：異戊醇10.36%、乙酸異戊酯8.99%、苯乙烯4.44%、己酸乙酯8.53%、乙酸己酯3.92%、辛酸4.89%、辛酸乙酯8.35%、癸酸4.74%、癸酸乙酯13.66%、反-橙花叔醇3.49%、月桂酸乙酯7.70%等。

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Optimization of Fermentation Process for Strawberry Wine and Analysis of Aroma Components

WANG Xiao-rong, LUO Jia-li, PAN Nian-long, JIANG He-ti*
(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China)

The fermentation of strawberry wine was investigated with respect to SO2concentration, yeast inoculum amount and fermentation temperature. A quadratic regression model was built with the three independent variables (fermentation conditions) by Box-Behnken experimental design. The optimum fermentation conditions for strawberry wine were determined by response surface analysis as 81 mg/L of SO2concentration, 1 g/L of inoculum (active dry yeast) amount and 20 ℃ of fermentation temperature. The aroma components of strawberry wine were extracted by solid-phase microextraction (HS-SPME) and identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Eighty-five aroma components were identifi ed from strawberry wine, together accounting for 99.55% of the total peak area. The major aroma compounds were isoamyl alcohol, isoamyl acetate, ethyl hexanoate and ethyl octanoate.

strawberry wine; process; optimization; aroma components

TS262.7

A

1002-6630（2014）07-0196-06

10.7506/spkx1002-6630-201407039

2013-03-18

王孝榮（1987—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代食品加工理論與技術(shù)。E-mail：wxrongfighting@163.com

*通信作者：蔣和體（1963—），男，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：jheti@126.com