紅心火龍果果酒生產過程中的褐變機理探究

,,2,,,*,

(1.中國熱帶農業科學院 農產品加工研究所,廣東湛江 524001;2.華中農業大學 食品科技學院,湖北武漢 430070;3.貴州省農業科學院現代農業發展研究所,貴州貴陽 550006)

我國果酒生產歷史悠久,品種繁多,如葡萄酒、櫻桃酒、桑葚酒、柑橘酒、梅子酒、蘋果酒、荔枝酒等,這些產品清甜爽口,果香馥郁,深受大家喜愛。作為世界上第二大飲料酒,果酒年產量高達300億升,與白酒、啤酒等其他酒類相比,果酒的營養價值更高。紅心火龍果果酒是以紅皮紅肉火龍果為原料,經去皮、榨汁后,低溫發酵而成的色澤艷麗酒體輕盈的低度酒飲料,因富含甜菜紅素而呈現明亮的紫紅色[1]。顏色作為果酒最重要的感官品質之一,是消費者在消費過程中首先關注重要品質特征[2]。

火龍果果酒生產過程易發生變色現象,顏色由深紫紅色變為褐色。褐變嚴重損害了其果酒的感官品質、營養價值,降低了經濟價值。本文通過監測紅心火龍果果酒生產期間,色澤、多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、總糖、還原糖、抗壞血酸和甜菜紅素的變化情況,結合統計分析,探究其褐變機理,以期為火龍果果酒褐變控制提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

紅心火龍果(大地紅品種,九成熟) 新鮮、無病蟲害且飽滿完整，廣東遂溪洋青鎮;蔗糖(食品級) 云南富屏糖業股份有限公司;DV10活性干酵母 上海杰兔工貿有限公司;抗壞血酸標準品(99.9%) 上海源葉生物科技有限公司;福林酚 德國Sigma公司;濃硫酸、蒽酮、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、鄰苯二酚、濃鹽酸、葡萄糖 均為分析純。

UV-1780型紫外可見分光光度計 日本Shimadzu公司;Color i5D型臺式測色儀 美國X-Rite公司;3-30K型低溫高速離心機 德國Sigma公司。

1.2實驗方法

1.2.1 火龍果酒釀造 參照肖敏等[1]的方法并略作修改,紅心火龍果去皮、破碎、壓榨、過濾,取澄清汁進行發酵;用蔗糖將果汁總糖調整為200 g/L;按0.25 g/L的比例添加釀酒酵母,添加前活化;發酵溫度在20±2 ℃內;發酵至含總糖量低于4 g/L,過濾后20 ℃陳釀。在生產過程中0,2,5,8,12,16,31,46,76 d的同一時間進行取樣分析。

1.2.2 色度測定 以透射模式10°觀察模式測定樣品L*、a*、b*值;其中L*表示亮度值(0為黑色,100為白色),a*值表示綠紅值(a*>0為紅色,a*<0為綠色),b*表示藍黃值(b*>0為黃色,b*<0為藍色);用ΔE(色差值)描述樣品的顏色變化,計算公式如下:

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

1.2.3 多酚氧化酶活性測定 參考李粉玲等[3]的方法并略作修改,具體為:取樣品10 mL于離心管中,8000 r/min、4 ℃離心10 min,汲取上清液即為粗酶提取液,0～4 ℃保存待測。取pH6.8磷酸緩沖液2.8 mL,0.2 mol/L的鄰苯二酚溶液2 mL和粗酶提取液0.2 mL,搖勻,30 ℃保溫15 min,加入50 μL濃鹽酸終止反應;以不添加鄰苯二酚為空白對照,測A425,以吸光度值每分鐘增加0.001所需要的酶量為一個酶活力單位計算PPO活力(U/mL)。

1.2.4 總糖測定 蒽酮硫酸法。精密吸取適當稀釋后樣品1 mL于5 mL具塞玻璃試管中,加入4 mL蒽酮試劑,搖勻,在沸水浴中加熱10 min,取出在流水中冷卻20 min,以蒸餾水替代樣品為空白,測A620。根據標準方程y=5.4925x+0.0297(R2=0.9977)計算所測樣品總糖含量(以葡萄糖計)。

1.2.5 還原糖測定 3,5-二硝基水楊酸法,標準方程:y=1.9652x-0.0443(R2=0.9969)。

1.2.6 VC測定 參照國標GB/T 5009.159-2003測定[4]。

1.2.7 甜菜紅色素測定 參考Herbach等[5]的方法,并稍做修改:取適量樣品,用pH6.5的磷酸緩沖液稀釋一定倍數(使吸光值介于0.8～1.2),避光平衡30 min,測定A536,按下列公式計算甜菜紅素含量(以甜菜苷計)。

甜菜紅素含量(mg/L)=A536×DF×MW×1000/ε×L

式中:A536為536 nm處吸光值;DF為稀釋倍數;MW為甜菜苷摩爾分子質量550.46 g/mol;ε為標準甜菜苷摩爾消光系數60600 1/mol×cm;L為比色皿的光路長度cm。

1.2.8 總酚含量的測定 福林-肖卡法,標準方程:y=12.677x+0.0163(R2=0.9958)。

1.2.9 數據分析 采用Origin 8.0和SPSS 14.0對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1色度變化

如圖1所示,發酵階段(0～16 d),L*、a*和b*值小幅下降,L*值從23.30降至18.52,a*值從59.58降至54.48,b*值從38.37降至28.57,ΔE從0上升至12.04;發酵結束時火龍果果酒呈深紫紅色與火龍果果汁色澤無肉眼可見的差異;陳釀階段,L*值呈上升趨勢,果酒變透亮,色澤漸淺;陳釀初期(16～31 d)a*值升高,b*值降低,果酒變紅;陳釀中期(31～46 d)a*值降低,b*值升高,果酒呈現淺紅色;陳釀后期(46～76 d)a*值繼續降低,b*值繼續升高,果酒變黃;陳釀過程中ΔE從12.04升至53.74;色澤變化大,從深紫紅色轉變為紅色最終變為黃色,說明火龍果果酒在陳釀過程中褐變程度較大。

圖1 火龍果果酒生產過程中色澤變化Fig.1 Color change during pitaya wine making process

2.2多酚氧化酶(PPO)活性變化

圖2 火龍果果酒生產過程中PPO活性變化Fig.2 Change of PPO activity during pitaya winemaking process

如圖2所示,發酵階段(0～16 d),PPO活性先下降后上升,在第8 d降至最低為36.93 U/mL;發酵結束時上升為50.48 U/mL,較火龍果果汁PPO活性呈現略微降低;火龍果果酒陳釀階段,PPO活性一直降低,陳釀15 d后,由50.48 U/mL下降至4.99 U/mL,下降了90.12%;陳釀30 d PPO活性降為0.43 U/mL,喪失活性。一方面是因為偏重亞硫酸鉀添加后緩慢釋放出游離二氧化硫,抑制了多酚氧化酶的活性。此外,隨著發酵的進行多酚氧化酶的活性自然降低[6]。

2.3總糖變化

如圖3所示,發酵階段(0～16 d),總糖含量逐漸降低,主發酵結束時,降為12.52 g/L,這是由于酵母大量消耗糖進行發酵產生酒精;陳釀之前經過倒灌處理,釀酒酵母大部分被除去,剩余的酵母仍然能夠維持正常代謝,因此總糖含量仍表現降低趨勢,陳釀15 d后,由12.51 g/L下降為5.25 g/L,下降了58.04%,陳釀30 d后,總糖含量降為4.29 g/L。一方面酒精度抑制了酵母體內的糖代謝,另一方面陳釀后一般需要經過過濾、調硫處理,少量微生物數量進一步減少,總糖含量基本保持穩定。

圖3 火龍果果酒生產過程中總糖含量變化Fig.3 Change of total sugar content during pitaya wine making process

2.4還原糖變化

如圖4所示,發酵階段逐漸降低,發酵結束時降為3.97 g/L,這是由于酵母利用還原糖進行厭氧發酵產生酒精;陳釀階段,還原糖含量仍一直降低,陳釀15 d后,下降了78.79%(由3.97 g/L下降為0.84 g/L);陳釀30 d后,還原糖含量又下降了36.90%(由0.84 g/L下降為0.53 g/L);之后保持穩定,陳釀結束時,還原糖糖含量為0.52 g/L。

圖4 火龍果果酒生產過程中還原糖含量變化Fig.4 Change of reducing sugar content during pitaya wine making process

2.5VC變化

如圖5所示,發酵階段VC呈現“N型”變化規律,主發酵結束時升為0.55 g/L;陳釀階段VC含量隨著時間的延長呈下降趨勢,陳釀60 d后,下降到0.33 g/L。隨著發酵的進行,酒體中的多酚黃酮類物質發生變化,氧化還原平衡改變引起VC表觀含量的波動。

圖5 火龍果果酒生產過程中VC含量變化Fig.5 Change of ascorbic acids content during pitaya winemaking process

2.6火龍果紅色素含量變化

如圖6所示,發酵階段,甜菜紅素含量逐漸降低,發酵結束時下降了15.79%(由292.14 g/L下降為246.03 g/L),這與袁星星等[7]的研究結果相符;陳釀過程中,甜菜紅素含量仍一直降低,陳釀15 d后,下降了78.79%(由246.03 g/L下降為46.67 g/L),陳釀結束時,含量降為5.86 g/L。這是由于甜菜紅素的不夠穩定發生降解導致的。

圖6 火龍果果酒生產過程中甜菜紅素含量變化Fig.6 Change of betacyanins content during pitaya wine making process

甜菜紅素是存在于火龍果中的天然色素,其穩定性受多種因素如光、水分活度、pH、溫度、氧、金屬離子等的影響[8]。甜菜紅素在低水分活度時較穩定[9]。高溫會加快甜菜紅素降解[5]。葉麗君等研究發現pH在2.0～9.0時,甜菜紅素的降解屬于一級降解動力學反應,pH為4.0時,半衰期最長,穩定性最強[10]。甜菜紅素在酒精溶液中的降解也屬于一級反應,且酒精度越高降解速率越高[11]。有研究報道指出VC對火龍果果汁中甜菜紅素具有良好的保護作用[12-13]。總酚含量降低可能是果汁中PPO得到釋放,導致酚類物質緩慢氧化,陳釀60 d后總酚含量降至0.23 g/L,損失了81.44%。總酚含量上升可能與促進酚類物質合成的苯丙氨酸解氨酶有關[15]。

2.7總酚含量變化

如圖7所示,總酚含量在發酵期間呈現“W”型變化趨勢,發酵結束時總酚含量為0.34 g/L較火龍果果汁(0.33 g/L)有小幅升高,這與烏日娜的研究結果一致[14]。

表1 火龍果果酒褐變因子與褐變度(ΔE)相關性分析Table 1 Correlation analysis between browning factors and chroma(ΔE)of pitaya wine

注:**相關性在 0.01 水平顯著,*相關性在 0.05 水平顯著。

圖7 火龍果果酒生產過程中總酚含量變化Fig.7 Change of total phenols content of pitaya wine during pitaya wine making process

2.8相關性分析

利用SPSS軟件,將各項指標與褐變度(ΔE)進行皮爾遜相關性分析,結果見表1。可以看出,在火龍果果酒生產過程中,與褐變度(ΔE)呈極顯著相關的因素是甜菜紅素和PPO;與褐變度(ΔE)呈顯著相關的因素是總酚、總糖和還原糖。相關性分析結果表明導致火龍果果酒褐變的主要原因是甜菜紅素降解和酶促褐變,次要原因是非酶褐變,如VC的氧化等。

3 結論與討論

通過研究火龍果果酒生產過程中多酚氧化酶、總酚、還原糖、總糖、抗壞血酸和甜菜紅素的變化情況,及其與果酒褐變度的相關性;實驗結果表明:在不添加褐變抑制劑的條件下,火龍果果酒在陳釀期間顏色由深紫紅色轉變為紅色再轉變為黃色,褐變嚴重;其褐變度與PPO和甜菜紅素呈極顯著(p<0.01)負相關,相關系數分別為-0.8520和-0.9070;其褐變主要原因是甜菜紅素降解和酶促褐變。還原糖、總糖和總酚含量下降,與其褐變度呈負相關,且相關性顯著(p<0.05);說明火龍果果酒褐變的次要原因為非酶褐變,在果汁處理、發酵和陳釀過程中,盡量減少與氧氣的接觸,如使用惰性氣體(氮氣、二氧化碳、干冰等)進行保護,合理使用抗氧化劑(PVPP、異抗壞血酸等)等措施都有助于高品質果酒的生產。

本實驗完成了關于紅心火龍果果酒褐變的基礎研究,為控制其果酒褐變提供了理論支持。鑒于目前關于火龍果果粉中甜菜紅素穩定性和降解動力學的報道較多[15],但暫無針對火龍果果酒的相關研究。紅心火龍果的色素以甜菜苷類為主,含有少量花色苷,這就決定了它的褐變機制既不同于以花色苷著稱的葡萄酒,也不同于以維生素為主的獼猴桃、刺梨等果酒,沒有現成的褐變控制措施可以使用。火龍果果酒的褐變控制要圍繞甜菜紅素特性優化果酒釀造工藝或添加輔色物質提高甜菜紅素穩定性。其次,通過滅酶或添加PPO酶活性抑制劑來實現酶促褐變控制。

[1]肖敏,周景瑞,吳擁軍. 火龍果酒發酵影響因素研究及中試應用[J]. 中國釀造,2017,36(5):192-196.

[2]Marquez A,Serratosa M P,Merida J. Influence of bottle storage time on colour,phenolic composition and sensory properties of sweet red wines[J]. Food Chemistry,2014,146(146):507-514.

[3]李粉玲,蔡漢權,陳艷,等. 火龍果果肉的酶促褐變及其抑制措施[J]. 湖北農業科學,2007(6):999-1002.

[4]GB/T 5009. 159-2003,食品中還原型抗壞血酸的測定[S].

[5]Herbach K M,Stintzing F C,Carle R. Thermal degradation of betacyanins in juices from purple pitaya[Hylocereus polyrhizus(Weber)Britton & Rose]monitored by high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometric analyses[J]. European Food Research & Technology,2004,219(4):377-385.

[6]李青青,何國慶,張艷芳. 紅葡萄酒釀造過程中多酚氧化酶的變化[J]. 科技通報,2007,23(5):698-701.

[7]袁星星,余元善,吳繼軍,等. 紅肉火龍果酒天然酵母發酵期間品質變化研究[J]. 廣東農業科學,2016,43(4):124-130.

[8]Herbach K M,Stintzing F C,Carle R. Betalain Stability and Degradation-Structural and Chromatic Aspects[J]. Journal of Food Science,2010,71(4):R41-R50.

[9]Serris G S,Biliaderis C G. Degradation kinetics of beetroot pigment encapsulated in polymeric matrices[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture,2001,81(8):691-700.

[10]葉麗君,邵偉琪,王興莉,等. 不同pH條件下火龍果色素的降解動力學[J]. 食品科學,2012,33(19):35-38.

[11]葉麗君,邵偉琪,王興莉,等. 火龍果色素在不同體積分數乙醇溶液中的穩定性[J]. 暨南大學學報(自然科學與醫學版),2012,33(5):477-480.

[12]Herbach K M,Rohe M,Stintzing F C,et al. Structural and chromatic stability of purple pitaya(Hylocereus polyrhizus[Weber]Britton & Rose)betacyanins as affected by the juice matrix and selected additives[J]. Food Research International,2006,39(6):667-677.

[13]Kirstenm H,Christine M,Florianc S,et al. Effects of processing and storage on juice colour and betacyanin stability of purple pitaya(Hylocereus polyrhizus)juice[J]. European Food Research & Technology,2007,224(5):649-658.

[14]烏日娜,鐘秋平,李雯. 不同酵母發酵的火龍果酒抗氧化活性及顏色變化[J]. 中國釀造,2017,36(1):102-106.