草莓、柿子復合果酒發酵過程中香味成分比較分析

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(1.運城學院理科實驗中心,山西運城 044000; 2.運城學院生命科學系,山西運城 044000)

草莓(Strawberry)是薔薇科草本漿果類紅色水果,富含花色苷、VC、葉酸及酚類成分,具有抗氧化、抗癌及預防心血管疾病、消化不良等功效[1-2];柿子營養豐富,含糖量高,具有潤肺健脾、止咳化痰、生津止血、軟化血管等功效,但缺少葡萄、草莓等果實中所具有的構成果酒品質特性的有機酸[3-5]。草莓柿子復合果酒是以草莓和柿子為混合原料釀制成果酒,兼有草莓和柿子兩種水果的營養和口感,彌補兩者的缺陷,使得果酒營養全面,口感平衡,香氣濃郁[6-7]。

香味成分是評價果酒質量的重要指標,決定果酒的風格和典型性,直接影響消費者對果酒的感官評價和喜好[8-9]。果酒的香味分為3類:一類來自果酒原料本身;二類主要由發酵過程中的微生物產生;三類主要由陳釀過程的一系列物理、化學及生物化學變化過程產生[10-12]。目前,關于復合果酒香氣成分的研究報道較少,莫海珍[13]等對柿子、山楂復合果酒的香氣物質進行了測定分析,馮莉梅等[14]對紫薯、獼猴桃復合果酒的發酵工藝及香氣成分進行了分析研究。由于二氯甲烷與氟利昂、戊烷、己烷、乙醚等萃取溶劑相比較,具有萃取香氣物質峰面積大、萃取比率高、靈敏度高的優點。因此本研究采用二氯甲烷萃取溶劑對草莓柿子復合果酒中的香味物質進行萃取,結合氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用技術對香味物質進行檢測,并比較分析其發酵過程中的香氣變化,旨在為草莓柿子復合果酒的生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草莓、柿子、白砂糖(一級品) 市售;檸檬酸(食品級) 河北源創生物科技有限公司;果膠酶(2000 U/g) 浙江綠洲生物技術有限公司;果酒專用酵母 安琪酵母股份有限公司;二氯甲烷、亞硫酸(均為分析純) 天津市大茂化學試劑廠;無水硫酸鈉(分析純) 天津市瑞金特化學品有限公司;乙烯利 安陽市小康農藥有限責任公司。

7890-5975C型氣質聯用儀(GC-MS) Agilent Technologies;SPX-100B-Z型生化培養箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;HH-4型數顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;FHS-3E型pH計 上海佑科儀器有限公司;JJ-2型組織搗碎勻漿機 江蘇省金壇市菜華儀器制造有限公司;RE-2000A型有機相旋轉蒸發器 上海亞容生化儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 草莓柿子復合果酒釀制工藝流程

1.2.2 操作要點 挑選新鮮、無霉爛變質、無損傷的草莓和柿子,先對柿子進行脫澀(加入500 mg/kg乙烯利),然后分別對草莓和柿子清洗、去蒂、打漿,打漿時加入100 mg/L的亞硫酸,然后按草莓∶柿子∶水比例為1∶2∶3進行混合,加入0.5%的果膠酶于45 ℃酶解3 h,用白砂糖、檸檬酸進行成分調整(糖度調至15.7%,pH為4.27),然后加入2%活化的釀酒酵母(稱取1 g酵母,加入到20 g含5%糖水中,在38 ℃條件下活化15～30 min),攪拌均勻后,放入28 ℃的恒溫培養箱內發酵7 d左右(殘糖降至1%以下),發酵結束后過濾除渣,酒液在室溫下陳釀一個月。

1.2.3 草莓柿子復合果酒香氣成分的萃取 參考王玉峰等[15]的方法并加以改進。分別量取發酵至第0 d(發酵起點)、4 d(發酵中點)、7 d(發酵終點)、17 d(陳釀10 d)、27 d(陳釀20 d)、37 d(陳釀30 d)的復合果酒100 mL,依次用80、60、50 mL的二氯甲烷常溫下萃取3次,合并有機相,在30 ℃下濃縮至5 mL,無水硫酸鈉脫水后,再用旋轉蒸發器濃縮至1 mL,用 0.22 μm濾膜過濾后供GC-MS分析。

1.2.4 GC-MS條件 GC條件:DB-FFAP毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);自動進樣,進樣量1 μL;進樣口溫度250 ℃;載氣為純He;載氣流量為1.0 mL/min;升溫程序:柱溫初始溫度45 ℃,保持5 min,再以5 ℃/min升溫至240 ℃,保持5 min;分流進樣,分流比為25∶1。

MS條件:電子電離源(EI);電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;MS四極桿溫度150 ℃;質量掃描范圍50～550 u。

1.2.5 香氣成分定性定量分析 定性:檢測出的未知化合物與NIST.11 library相匹配,根據匹配度,并結合已有的文獻進行定性;定量:通過峰面積歸一化法確定不同香味成分的相對含量。

1.2.6 微生物檢測 參照NY/T1508-2017《綠色食品 果酒》對陳釀一個月的果酒進行微生物限量檢測[16]。

1.3 數據分析

采用Microsoft Office Excel 2007軟件對數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 發酵過程中草莓柿子復合果酒香味成分的總離子流圖

采用二氯甲烷對復合果酒的香味成分進行萃取,經氣相色譜-質譜聯用儀(GC/MS)分析鑒定,復合果酒發酵過程中第0、4、7、17、27、37 d香味成分的總離子流圖見圖1。由圖1可知,隨著發酵時間的延長,色譜峰的數量隨之增加,各色譜峰的峰面積發生著動態變化,發酵至第37 d時,色譜峰數量達到最大值,表明果酒發酵至第37 d時各種香味成分已基本形成,果酒的香氣趨于穩定、持久。

圖1 草莓柿子復合果酒發酵過程中香味成分的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogrom of aroma components of strawberry persimmon compound fruit wine in different fermentation stage

2.2 草莓柿子復合果酒發酵過程中香味成分的分析

由表1可知,整個發酵過程共測出63種香味成分,其中12種酯類、11種醇類、10種酸類、5種酮類、13種烷烴類、12種其它類(4種烯類、3種胺類、1種苯類、1種醚類、1種酚類、1種醛類、1種喹啉類)。復合果酒發酵第0 d未測出香味成分;第4 d檢測出2種物質,分別為正戊醇57.68%、苯乙醇36.39%;第7 d檢測出12種物質,主要有異戊醇45.67%、苯乙醇38.06%;第17 d檢測出26種物質,主要有異戊醇30.62%、亞油酸17.97%、苯乙醇14.55%;第27 d檢測出37種物質,主要有正戊醇40.69%、苯乙醇24.68%;第37 d檢測出54種物質,主要有正戊醇、苯乙醇24.69%、26.24%。結果表明,隨著發酵時間的延長,香味成分的種類、相對含量發生著各種變化,由于香味物質的氧化、還原、酯化等化學反應,使復合果酒香氣向更濃厚、持久、穩定的方向轉化,趨于平衡、融合、協調[19];醇類、酯類、酸類、酮類等各種香氣物質呈現不同的香味特征,它們之間通過增效、協同、分離以及抑制等相互作用,使復合果酒的香氣千變萬化、多種多樣[20]。

表1 草莓柿子復合果酒發酵過程中香味成分GC/MS分析結果Table 1 GC/MS analysis results of aroma components of strawberry persimmon compound fruit wine in different fermentation stage

續表

2.3 發酵過程中香味成分種類分析

2.3.1 草莓、柿子復合果酒發酵過程中各香味成分種類數量的變化分析 草莓、柿子復合果酒發酵第0、4、7、17、27、37 d的各香味成分種類數量見表2。

由表2可知,隨著發酵時間的延長,各類香味成分的種類數量均呈上升趨勢,其中酯類香味成分種類最多,是果酒香型的特征性成分,能使酒體柔和順暢,香氣豐滿持久;醇類次之,其中的高級醇不僅能夠賦予酒優雅的香氣,同時又是其它香味物質的良好溶劑,對總體香型的形成具有重要的提攜作用;酸類香味成分種類雖然不多,但有助于提高果酒的利口性,使酒體爽冽[21];酮類、烷烴類、其它類等香味成分也在香氣形成中具有不可忽視的作用。

表2 復合果酒發酵過程中第0、4、7、17、27、37 d中各香味成分種類數量Table 2 The number of aroma components on days 0,4,7,17,27 and 37 of compound fruit wine in fermentation process

2.3.2 發酵過程中酯類香味成分變化分析 由圖2可知,在第0～37 d的發酵過程中,酯類物質的相對含量呈上升趨勢,其相對含量僅次于醇類物質,其中相對含量較高的酯類物質為丁二酸單乙酯(0.99%)、正己酸乙酯(0.30%)、辛酸乙酯(0.28%)、乙酸異戊酯(0.28%)等,這與王孝榮[22]、梁葉星[23]對草莓果酒香氣成分分析的研究結果相似。這些酯類化合物的相對含量雖然不高,但由于其香氣的閾值低,香氣值(濃度/閾值)高,加之風味獨特,可以賦予復合果酒果香和花香的感官特性,對復合果酒風味的改善具有巨大貢獻[24]。

圖2 復合果酒發酵過程中酯類物質的相對含量變化Fig.2 Relative content changes of esters substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.3 發酵過程中醇類香味成分變化分析 由圖3可知,在第0～37 d的發酵過程中,醇類物質的相對含量呈先下降后上升趨勢,其相對含量是最大的一類物質,其中相對含量較高的醇類物質為正戊醇(57.68%)、異戊醇(45.67%)、苯乙醇(45.67%)、對羥基苯乙醇(4.24%),這與劉曉艷[25]對柿子果酒香氣成分的GC-MS分析結果基本一致。這些醇類物質主要來源于發酵、氨基酸的轉化及亞麻酸降解物的氧化[26],在復合果酒中起呈香、呈味作用,與酸類、酯類物質含量配比恰當,有助于果酒的呈香。

圖3 復合果酒發酵過程中醇類物質的相對含量變化Fig.3 Relative content changes of alcoholic substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.4 發酵過程中酸類香味成分變化分析 由圖4可知,在第0～37 d的發酵過程中,酸類物質相對含量呈先上升后下降趨勢,是相對含量排第三的化合物,其中相對含量較高的酸類物質為亞油酸(17.97%)、棕櫚酸(7.24%)、新癸酸(3.45%)、正辛酸(1.73%)、肉豆蔻酸(0.68%),這些酸類物質產生于脂肪酸合成酶的合成以及脂質β-氧化的降解,具有明顯的脂肪味,對復合果酒的整體結構具有較為重要的作用[27]。

圖4 復合果酒發酵過程中酸類物質的相對含量變化Fig.4 Relative content changes of acids substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.5 發酵過程中酮類香味成分變化分析 由圖5可知,在第0～37 d的發酵過程中,酮類物質的相對含量呈上升趨勢,相對含量較高的酮類物質為4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(0.48%)、4-甲氧基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(0.22%)、姜酮(0.19%)等。其中4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(俗名菠蘿呋喃酮),嗅覺閾值低,香氣值(濃度/閾值)高,并且具有焦糖的獨特香味,是構成復合果酒特征香氣成分最主要的一種酮類物質[28]。

圖5 復合果酒發酵過程中酮類物質的相對含量變化Fig.5 Relative content changes of ketones substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.6 發酵過程中烷烴類香味成分變化分析 從圖6可知,在0～7 d的發酵期間,未檢測到烷烴類香味物質;在發酵第17 d時,烷烴類香味物質的相對含量最大;在發酵17～37 d期間,呈先下降后上升趨勢,相對含量較高的烷烴類香味物質為正二十一烷(2.29%)、N-二十九烷(2.31%)。烷烴類物質含量較低,可能是因為發酵過程中其氧化分解,降解為醇類、醛類、酮酸類等對果酒品質有重要貢獻的香氣物質[29]。

圖6 復合果酒發酵過程中烷烴類物質的相對含量變化Fig.6 Relative content changes of alkane substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.7 發酵過程中其它類香味成分變化分析 由圖7可知,在發酵0～7 d期間,未檢測到其它類香味物質;在發酵第17 d時,其它類香味物質相對含量最高;在發酵17～37 d期間,其它類香味物質呈先下降后上升趨勢,相對含量較高的烯類化合物為順式-9-二十三烯(7.52%)、右旋萜二烯(0.39%)。烯類化合物屬于植物體中由乙酰CoA合成的次級代謝產物,以游離態和無味的糖苷結合態存在于植物果實中,具有濃郁的香味,其感覺閾值較低,但香氣值很高,對果酒的香氣組成起著不可忽視的作用[30-31]。

圖7 復合果酒發酵過程中其它香味類物質的相對含量變化Fig.7 Relative content changes of other aroma substances of compound fruit wine in fermentation process

2.4 復合果酒微生物指標檢測結果

依照NY/T1508-2017《綠色食品 果酒》對果酒進行微生物指標檢測,結果見表3。

表3 復合果酒微生物指標測定結果Table 3 Microbe parameters of compound fruit wine

由表3可知,復合果酒經微生物檢測,菌落總數、大腸菌群、致病菌均符合標準要求。

3 結論

草莓、柿子復合果酒中在發酵過程中共檢測出63種香味成分,其中12種酯類、11種醇類、10種酸類、5種酮類、13種烷烴類、12種其它類。其中正戊醇、異戊醇、苯乙醇、亞油酸和對羥基苯乙醇等香味成分的含量較高,含量最高時分別為57.68%、45.67%、38.06%、17.97%、4.81%。發酵初期未檢測到香味成分,隨著發酵的進行出現了醇類、酯類、酸類等物質,香味成分種類數量隨之增多,在發酵過程中酯類、酮類物質相對含量呈上升趨勢,醇類物質呈先下降后上升趨勢,酸類物質呈先上升后下降趨勢,其中醇類物質相對含量最高,酯類物質次之。