歐李果汁酒精發酵前后香氣成分變化研究

張忠爽,李衛東,顧金瑞,王 瑩,曹美琪

(北京中醫藥大學中藥學院,北京 102488)

歐李(Cerasushumilis(Bge.)Sok.)為薔薇科櫻屬多年生落葉小灌木,是典型的生態經濟型植物[1]。歐李果實口感獨特,營養價值高,富含多種糖酸[2]、維生素、氨基酸、礦物質[3]及抗氧化活性物質[4],其中鈣含量居水果榜首,又被譽為“鈣果”[5]。但由于歐李果實不易貯存保鮮,開發加工產品已成為歐李產業開發的必由之路。

以歐李果肉為原料,經過發酵釀造的歐李果酒呈寶石紅色,酒香濃郁,酒體醇厚,余味綿長[6],既能保留鮮果含有的大部分營養成分,又符合現代人追求健康、綠色、純天然的理念[7]。香氣成分的構成及比例是影響果酒質量、典型性[8]的重要指標,直接影響加工產品的品質[9]。薛潔等[10]、Ye等[11]對歐李鮮果的香氣成分進行了分析,而劉婷婷等[6]研究了不同發酵方式的歐李果酒香氣成分差異,缺少對歐李果汁和果酒香氣成分對比研究。

頂空固相微萃取(HS-SPME)法結合氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用技術在醫學[12-13]、生態環境[14-15]、食品[16-18]等多個領域上都得到了廣泛的應用,尤其在水果香氣成分[9,19-20]的提取和檢測上。筆者課題組選育出的京歐系歐李品種[21-22],現已大面積推廣種植,歐李果酒生產是其重要的深加工產品,其品質調控是當前的主要研究內容。本文通過HS-SPME結合GC-MS聯用技術檢測歐李果汁酒精發酵前后的香氣成分,對其相對含量、種類差異進行分析,揭示歐李果汁發酵前后香氣物質構成特點,為構建歐李果酒質量評價體系提供一定的科學依據,為歐李果酒的生產加工及改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

歐李“京歐2號” 于2016年9月采集于內蒙古自治區正藍旗歐李種植基地,樣品采集后帶回實驗室置于-40 ℃低溫冰柜中保存;氯化鈉 分析純,北京化工廠;酵母菌RC212 法國Lalvin公司;偏重亞硫酸鉀 分析純,天津市福晨化學試劑廠;綿白糖 符合GB1445-2000一級品要求,北京糖業煙酒集團有限公司;3-辛醇色譜純,Sigma公司。

手持折光儀 杭州陸恒生物科技有限公司;酒精計 河間市振巖儀器儀表廠;2030型榨汁機 SKG公司;BSA124S電子天平 德國Sartorius公司;7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫公司;頂空固相微萃取裝置(手動進樣手柄、50/30 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取頭) 美國Supelco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 果汁和果酒的制備 歐李果汁:取歐李果實,篩選、清洗、破碎后榨汁紗布過濾,取濾液得到歐李果汁,待測。

歐李果酒:100 mL歐李果汁按50 mg/L添加偏重亞硫酸鉀,添加綿白糖使用手持折光儀調整糖分至20°Bx,按200 mg/L 接種RC212酵母菌,于25 ℃發酵至糖度及酒精度(由酒精計測得)不變化。倒罐置于4 ℃的條件下陳釀3個月,期間倒罐2～3次,得歐李果酒。測量酒精度,根據酒精度換算表得出,20 ℃的酒精度為5.8%(V/V)。

1.2.2 頂空固相微萃取 采用HS-SPME對歐李果汁和果酒香氣成分進行萃取,方法參考Ye等[11],具體如下:準確移取5 mL果汁或果酒于頂空進樣瓶中,分別加入1 g氯化鈉(降低樣品中揮發性物質的溶解度)和30 μL濃度為40.5 mg/L的3-辛醇(內標物),壓緊瓶蓋密封。萃取頭:50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,萃取時間20 min,萃取溫度40 ℃。然后注入GC端口在220 ℃下解析3 min,無分流模式,萃取頭在GC端口250 ℃下預處理30 min。

1.2.3 GC-MS檢測條件 采用GC-MS對歐李果汁和歐李果酒香氣成分進行檢測,方法參考Yang等[23],具體如下。

GC條件:載氣為氦氣,載氣流速1.0 mL/min,進樣量1.0 μL。色譜柱:HP-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:40 ℃保持5 min,以2 ℃/min速度升到70 ℃,保持2 min,然后以3 ℃/min的速度升到120 ℃,再以5 ℃/min速度升溫到150 ℃,最后以10 ℃/min速度上升到220 ℃,保持2 min。轉移線溫度是280 ℃。

MS條件:電離源為EI源;電子能量 70 eV;離子源溫度230 ℃;掃描速率2.88/s;質量掃描范圍m/z 29～350。

1.2.4 香氣成分定性與定量分析 香氣成分對比NIST98和WILEY6質譜庫,選擇匹配度大于70的化合物,并結合已發表的相關文獻進行定性分析[11];采用內標法進行定量(內標物:3-辛醇,濃度為40.5 mg/L)。對香氣的描述參考周立華等[9]和周元等[24]方法。

1.3 數據處理

采用Excel 2007、SPSS 20.0軟件對數據進行整理與分析。

2 結果與分析

2.1 歐李果汁發酵前后的香氣成分種類及其含量差異

歐李果汁和果酒的香氣成分的總離子色譜圖如圖1、圖2,兩者之間的香氣成分存在差異。由表1可知,歐李果汁檢測出31種香氣成分,占總香氣物質含量的96.49%。歐李果酒中檢測出24種香氣成分,占總香氣物質含量的98.51%。本研究的香氣成分數量低于Ye等[11]、周立華等[25]的研究結果,這可能與歐李果實保存時間、品種及種植地點有關。

圖1 歐李果汁香氣成分的總離子色譜圖Fig.1 Total ion chromatograms of volatiles in Chinese dwarf cherry juice

表1 歐李果汁與歐李果酒主要香氣成分分析Table 1 Analysisof major volatiles in Chinese dwarf cherry juiceand wine

歐李果汁和果酒的香氣成分的總含量分別為0.57和1.55 μg/mL,發酵后香氣物質含量上升了171.9%。歐李果汁中含量較高的有1-己醇0.1179 μg/mL,環癸烷0.0700 μg/mL,1-辛醇0.0506 μg/mL,2-壬酮0.0293 μg/mL,芳樟醇0.0256 μg/mL,1-庚醇0.0210 μg/mL,2-十一烷酮0.0201 μg/mL,己酸乙酯0.0184 μg/mL,香茅醇0.0174 μg/mL,占歐李果汁中總香氣成分的64.96%。歐李果酒中香氣成分含量較高的有苯乙醇0.3638 μg/mL,香茅醇0.2400 μg/mL,癸酸乙酯0.1538 μg/mL,月桂酸乙酯0.1187 μg/mL,辛酸乙酯0.1035 μg/mL,己酸乙酯0.1000 μg/mL,芳樟醇0.0686 μg/mL,香豆素0.0476 μg/mL,共占歐李果酒總香氣成分的77.16%。

歐李果汁發酵前后的香氣物質類型可分為醇類、酯類、醛類、酚類、酮類、烷烴類、烯烴類和其他類8種。各種香氣類型所占比例如表2所示,其中發酵前歐李果汁以醇類(50.40%)為主體香氣,發酵后歐李果酒以醇類(48.63%)和酯類(39.55%)為主體香氣。歐李果汁發酵后酯類和醇類香氣成分含量大幅度上升,分別升高626.3%和162.4%,酮類、烷烴類和其他類香氣成分小幅度下降。發酵后歐李果酒與發酵前歐李果汁相比,多了烯烴類和酚類成分,少了醛類成分,但這些香氣物質含量變化較小,均低于5%。

表2 歐李果汁與歐李果酒各類香氣成分含量比較Table 2 Comparision of the contents of thevolatiles in Chinese dwarf cherry juiceand wine

2.2 歐李果汁發酵前后的香氣成分及其含量差異

2.2.1 醇類 歐李果汁發酵前后共檢測出11種醇類物質,歐李果汁和果酒分別為11種和6種,相對含量分別為50.40%和48.63%。雖然所占總香氣物質的比例下降,但因歐李果酒總香氣成分含量較高,發酵后的醇類含量增加162.4%。

歐李果汁醇類香氣物質含量較高的有1-己醇41.02%、1-辛醇17.60%、芳樟醇8.91%、1-庚醇7.32%;歐李果酒醇類香氣物質含量較高的有苯乙醇48.27%、香茅醇31.82%、芳樟醇9.10%。在本研究發酵后含量極大幅度提高的苯乙醇,同時大量存在于其他果酒中,如干紅葡萄酒[26]、藍莓果酒[27]、櫻桃果酒[28]等。苯乙醇不僅有一定的殺菌作用[29],還具有特有的玫瑰樣花香和先苦后甜的桃味[24],對歐李果酒醇香宜人的酒香具有特殊的貢獻。

2.2.2 酯類 歐李果汁中酯類成分有11種,而在歐李果酒中上升至12種,相對含量分別為14.81%和39.55%,發酵后的酯類香氣含量增加了626.3%,兩者共有的酯類成分有6種。

歐李果汁酯類香氣物質含量較高的有己酸乙酯21.83%、月桂酸乙酯17.39%、4-己烯酸乙酯12.64%、乙酸癸酯10.93%;歐李果酒酯類香氣物質含量較高的有癸酸乙酯25.08%、月桂酸乙酯19.36%、辛酸乙酯16.88%、己酸乙酯16.31%。歐李果酒中癸酸乙酯、月桂酸乙酯及辛酸乙酯含量較歐李果汁均大幅度增加。其中,癸酸乙酯具有果香、酒香香氣、呈梨和白蘭地似的香韻,而辛酸乙酯也具有白蘭地酒香氣,極大地豐富了歐李果酒的酒香味,也是構成草莓果酒[30]、天然野櫻桃果酒[31]主體香氣的重要物質。

2.2.3 醛酚酮類 發酵前后共檢測出醛酚酮類物質7種,歐李果汁和果酒分別為6種和2種,相對含量分別為15.65%(其中醛類3.72%,酮類11.93%)和5.99%(其中酚類2.92%,酮類3.07%),醛酚酮類香氣成分總體比例下降了9.66%,發酵后的醛酚酮含量增加了4.15%。

在歐李果酒中未檢測到醛類香氣成分,說明在發酵過程中,醛類物質十分不穩定,進一步氧化酯化形成了更加穩定的其他物質。

2.2.4 烷烯烴類 歐李果汁中烷烯烴類香氣成分只有1種,環癸烷相對含量12.27%,經發酵后,歐李果酒增加了2種香氣成分,主要是羅勒烯2.36%,該物質主要存在于羅勒油及薰衣草油、龍蒿油等精油中,具有花香和草香,并伴有橙花油氣息。

2.2.5 其他 除上述香氣成分外,發酵前后還檢測出其他類成分3種,歐李果汁和歐李果酒分別檢測出2種和1種,相對含量分別是3.35%和0.44%,總體比例下降了2.91%,含量少量減少。其中,甲氧基苯基肟在樹莓果汁和果酒[32]中大量存在。

3 結論

采用HS-SPME法提取,通過GC-MS分析歐李凍存果果汁發酵前后的香氣成分,共檢測出41種香氣成分,包括醇類、酯類、醛類、酚類、酮類、烷烴類、烯烴類和其他類。其中,歐李果汁發酵后醇類成分相對含量下降,酯類成分相對含量增多,但二者的含量分別增加162.4%和626.3%。

歐李果汁主要香氣物質:1-己醇、環癸烷、1-辛醇,2-壬酮,芳樟醇,1-庚醇,2-十一烷酮,己酸乙酯,香茅醇,占歐李果汁總香氣成分的64.96%;歐李果酒主要香氣物質:苯乙醇,香茅醇,癸酸乙酯,月桂酸乙酯,辛酸乙酯,己酸乙酯,芳樟醇,香豆素,占歐李果酒總香氣成分的77.16%。歐李果酒特征香氣成分:香茅醇、芳樟醇和香豆素。