前處理方式對紅心獼猴桃酒發酵品質和香氣成分的影響

李 鶴,楊 華,曹 東,何竹筠,邢亞閣,*,游森棱,楊智源

(1.西華大學食品與生物工程學院,食品生物技術重點實驗室,四川成都 610039;2.四川省食品藥品檢驗檢測院,四川成都 611731)

獼猴桃,亦稱奇異果、毛木果、麻藤果等[1-2],按果心顏色分類,主要分為紅心獼猴桃、黃心獼猴桃和綠心獼猴桃。紅心獼猴桃,是一種藥食一體的水果,具有預防癌癥、增白、淡化斑點、抗衰老,防治口腔潰瘍等藥用價值[3-4],其果皮無毛、呈深綠色,果肉鮮紅細嫩,口感香甜細膩,香氣清新濃郁,酸甜適宜,維C含量豐富,具有“水果之王”、“維C之王”等美譽[5]。

市場上關于獼猴桃的精深加工產品主要有獼猴桃果汁、飲料、果脯和果酒等[6],但是關于紅心獼猴桃的深加工產品卻罕有,主要是以鮮果的形式直接銷售。獼猴桃酒清澈透亮,香氣清新協調,口感細膩,具有獼猴桃酒特有風味,深受消費喜愛[7]?；舻と旱萚8]采用響應面法優化了獼猴桃原酒的發酵工藝,得到最優的工藝條件為初始糖度25%、初始pH3.6、酵母接種量為0.47%。趙寧等[9]研究了不同獼猴桃品種經帶渣和清汁發酵后得到的獼猴桃酒的多酚類化合物含量的變化。王文娟等[10]優化了黃心獼猴桃果酒主發酵工藝參數,得到較優的發酵條件為還原糖8.35 g/L、總酸13.28 g/L、pH3.43。因紅心獼猴桃較普通獼猴桃的價格高,采用普通獼猴桃果酒的傳統發酵方式將大大增加生產成本,若將果皮加以利用,將極大提高其利用率,降低成本[3,11]。

本試驗以紅心獼猴桃為原料,采用帶皮整果破碎、去皮整果破碎、帶皮壓榨取汁和去皮壓榨取汁四種前處理得到發酵液,通過監測發酵過程中發酵液的酒精度、pH、可溶性固形物、還原糖和VC等理化指標,以及發酵完成后紅心獼猴桃酒的感官品質、電子鼻PCA分析和GC-MS揮發性香氣分析,以期篩選出的最優的獼猴桃鮮果的前處理方式,優化紅心獼猴桃酒的制備工藝,為其精深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅陽紅心獼猴桃 于2017年8月采自四川浦江,摘取九分熟無損傷無病蟲害的鮮果,采摘后的當天運回實驗室,于0～1 ℃貯藏備用;安琪果酒專用酵母 安琪酵母股份有限公司;白砂糖 市售;偏重亞硫酸鉀(食品級) 日照隆堡商貿有限公司;果膠酶(食品級) 深圳恒生生物科技有限公司;氫氧化鈉、硫酸銅、無水葡萄糖、鹽酸、碘、碘化鉀、可溶性淀粉、次甲基藍、酚酞、草酸、抗壞血酸、2,6-二氯靛酚鈉鹽 成都科龍化工試劑廠。

BSA124S電子天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司;SKGZZ1315榨汁機 SKG集團;DE-200 g組織搗碎機 深圳尼嘉商貿有限公司;RHB-32ATC手持糖度儀 福建省泉州光學儀器廠;JDJ-2酒精計 上海醫用儀表廠;PHS-25臺式酸度計 上海雷磁儀器廠;SRK-14D電熱恒溫隔水式培養箱 黃石市恒豐醫療器械有限公司;5810R臺式冷凍離心機 Eppendorf。

1.2 實驗方法

1.2.1 紅心獼猴桃酒釀造工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 挑選與清洗 挑選紅心獼猴桃鮮果時,對爛果、未成熟果進行嚴格分選,選用無病蟲害、無機械損傷的九成熟的紅心獼猴桃鮮果,采用流動水反復清洗,徹底洗去泥沙雜質,自然晾干。

1.2.2.2 前處理 采用四種前處理方式,破碎榨汁前加入60 mg/kg的偏重亞硫酸鉀進行護色[12]。方式一,帶皮整果破碎,將紅心獼猴桃帶皮用組織搗碎機破碎后直接加入發酵罐(加入量占發酵罐體積的三分之二)中進行帶皮混汁發酵;方式二,去皮整果破碎,將紅心獼猴桃削皮后,再用組織搗碎機破碎,加入發酵罐進行去皮混汁發酵;方式三,帶皮壓榨取汁,將紅心獼猴桃壓榨成漿(25 ℃下壓榨5 min),按果汁量的0.05%加入果膠酶(20000 U/g),在40 ℃下酶解2 h,采用四層紗布過濾后,在4 ℃下4000 r/min離心15 min,取上清液得獼猴桃汁,再加入發酵罐(加入量占發酵罐體積的三分之二)進行帶皮清汁發酵;方式四,去皮壓榨取汁,將紅心獼猴桃削皮后,用榨汁機將果肉榨成漿(25 ℃下壓榨5 min),后續操作同方式三,得獼猴桃汁進行去皮清汁發酵。

1.2.2.3 接種酵母 將5 g安琪酵母粉加入40 ℃含糖量10%的糖水中,攪拌溶解,于40 ℃下活化30 min,冷卻至28～30 ℃后加入到裝有25 kg獼猴桃漿(汁)(事先調整糖度在20 °Brix)中進行發酵[6,9]。

1.2.2.4 發酵監測 將接種酵母后的發酵罐放于(20±2) ℃進行恒溫發酵,隔天監測獼猴桃酒發酵過程中的酒精度、pH、可溶性固形物、還原糖和VC,發酵完成后進行獼猴桃酒的感官品質、電子鼻風味分析和GC-MS香氣成分分析。

1.2.2.5 過濾、終止發酵 當獼猴桃酒的酒精度達到12 °,總糖含量低于4 g/L后,對方式一和二發酵的獼猴桃酒采用四層紗布過濾去渣,并加入60 mg/kg的偏重亞硫酸鉀終止發酵。

1.2.2.6 澄清穩定 將終止發酵后的獼猴桃酒放于0 ℃冷庫中進行自然澄清。

1.2.3 基本指標測定 酒精度:采用酒精計直接測得;pH:采用pH計直接測定[13];可溶性固形物:采用手持折光儀測定[14];還原糖的測定參考GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》;VC采用2,6-二氯靛酚法測定[15],參考國標GB/T 5009.86-2016。

1.2.4 獼猴桃酒的感官評定 采用模糊感官評定法對發酵結束后的獼猴桃酒進行感官評定[16-17]。感官評定由10位經過培訓的釀酒專業的師生擔任評價員,分別從色澤、香氣、滋味和風格四方面對紅心獼猴桃酒進行評定,即指標集X=(色澤、香氣、滋味、風格),分設優、良、中、差四個評語集,即評價集U=(優、良、中、差),其對應的權重集A=(0.2、0.3、0.3、0.2),模糊關系綜合評判集Y=A×R,其中R為模糊評判矩陣。最后評分結果以10人綜合評分的平均值表示[18]。感官評分標準見表1。

表1 獼猴桃酒感官評分標準Table 1 Standard of sensory evaluation on kiwifruit wines

1.2.5 電子鼻對不同獼猴桃酒樣品進行風味分析 分別吸取5 mL發酵結束后的四種處理的獼猴桃酒樣于20 mL頂空瓶中,加蓋密封,平衡20 min后進行檢測[19]。儀器測定參數如下:溫度25 ℃,傳感器自動清洗時間為1 min;傳感器歸零時間為20 s;樣品準備時間為5 s;進樣流量為400 mL/min[20]。待樣品的風味值穩定后,選取92～95 s進行PCA分析。

1.2.6 不同獼猴桃酒GC-MS分析 固相微萃取:準確量取5 mL獼猴桃酒樣于15 mL頂空瓶中,加入0.60 g氯化鈉固體,密封后放于40 ℃恒溫水浴中平衡20 min,接著插入萃取頭吸附40 min,拔出萃取裝置迅速插入氣相色譜儀進樣口,于250 ℃解析5 min,同時啟動儀器采集數據。

氣相色譜條件:色譜柱為DB-5MS(30 m×0.25 mm,0.50 μm),程序升溫:起始溫度40 ℃,保持0 min;以5 ℃/min的速率升溫到130 ℃,保持3 min;以13 ℃/min的速率升溫到280 ℃;進樣口溫度280 ℃,柱箱溫度40 ℃,載氣為氦氣,載氣流速為1.78 mL/min;分流進樣,分流比為1∶8.5。

質譜條件:離子源溫度200 ℃;接口溫度250 ℃;溶劑延遲時間0.5 min;電離方式EI。

1.3 數據處理

本實驗中對獼猴桃酒各指標平行測定3次,取平均值,采用SPASS 20.0進行數據分析、Origin 9.0作圖,電子鼻數據的主成分分析采用PEN3型電子鼻配套的Winmuster 1.6.2進行。

2 結果與分析

2.1 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中酒精度的影響

紅心獼猴桃的不同前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中酒精度的影響如圖1所示。在發酵前期,發酵液的酒精度隨發酵時間的增加而快速上升,當升到一定值后保持不變。帶皮整果破碎后混汁發酵過程中,發酵到第8 d時,酒精度趨于平穩,達到11.88% V/V,此后,隨著發酵時間的增加,酒精度無顯著變化(p>0.05);去皮整果破碎后混汁發酵、帶皮壓榨取汁和去皮壓榨取汁后清汁發酵均在發酵10 d后,其發酵液的酒精度趨于平穩,在第10 d時,三種前處理方式發酵的獼猴桃酒的酒精度分別為12.91% V/V、12.64% V/V和13.26% V/V,高于帶皮整果破碎后混汁發酵的紅心獼猴桃酒的酒精度。這可能因為獼猴桃表皮自身攜帶著酵母,與外加酵母之間形成競爭關系,致使部分酵母死亡[21];此外清汁發酵過程中能更加充分利用果汁中的營養成分,使最終發酵而來的紅心獼猴桃酒的酒精度較高,兩個因素使帶皮整果破碎后發酵的獼猴桃酒酒精度更低。

圖1 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中酒精度的影響Fig.1 Effect of pretreatment methods on alcohol content during the fermentation of kiwifruit wines

2.2 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中pH的影響

如圖2所示,四種前處理方式發酵獼猴桃酒的過程中,其pH隨發酵時間增加而逐漸降低,降低的值均小于1,且四種方式之間的變化無顯著差異(p>0.05)。帶皮整果破碎后,在發酵獼猴桃酒的過程中其pH在3.26～3.87;去皮整果破碎后,在發酵獼猴桃酒的過程中其pH在3.79～3.35;帶皮壓榨取汁后,在發酵獼猴桃酒的過程中其pH在3.75～3.14;去皮壓榨取汁后,在發酵獼猴桃酒的過程中其pH在3.81～3.30。這可能是因為發酵過程中,隨著發酵的進行,發酵液內部的溫度升高,使發酵迅速,破壞發酵液中部分酸類物質,最終導致發酵過程中pH呈輕微降低趨勢,這個變化和黎星辰等[22]的研究結果一致。

圖2 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中pH的影響Fig.2 Effect of pretreatment methods on pH during the fermentation of kiwifruit wines

2.3 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中可溶性固形物的影響

可溶性固形物是構成果酒風味的重要物質,反映了果酒中可溶性糖、酸、維生素和礦物質等主要營養物質的含量。如圖3所示,獼猴桃酒在發酵過程中其可溶性固形物含量隨發酵時間的增加而降低。帶皮整果破碎后的發酵過程中,發酵到第8 d時,可溶性固形物值為4.05%,隨發酵時間的增加，其值無顯著性差異,趨于穩定;去皮整果破碎、帶皮壓榨取汁和去皮壓榨取汁三種前處理方式得到的發酵液在發酵到第10 d時,可溶性固形物的值分別為3.655%、3.92%、3.17%,在此之后均趨于平穩。原因在于獼猴桃酒在發酵過程中,前期酵母生長旺盛,進行呼吸作用消耗營養物質,導致可溶性固形物下降,后期獼猴桃酒的酒精度過高,使大部分酵母死亡,呼吸作用微弱,獼猴桃發酵液中的可溶性固形物即趨于穩定。

圖3 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中可溶性固形物的影響Fig.3 Effect of pretreatment methods on soluble solid during the fermentation of kiwifruit wines

2.4 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中還原糖的影響

還原糖是指食品中具有還原性的糖類,主要包括葡萄糖、果糖、麥芽糖等。如圖4所示,四種前處理方式得到的獼猴桃發酵液在發酵過程中還原糖含量都不斷下降,發酵到第10 d時,其含量均小于10 g/L。其中,去皮壓榨取汁后,發酵過程中還原糖的含量下降最為劇烈,而帶皮整果破碎和帶皮壓榨取汁兩種處理后,還原糖的變化與之對應的去皮處理相比變化更慢,發酵過程更易于控制,品質得到更準確的監控。對于同一種去皮和帶皮處理下的整果破碎和壓榨取汁處理方式,整果破碎處理后發酵液的還原糖含量比壓榨取汁后還原糖含量變化慢。這可能由于獼猴桃發酵液中所含有的物質種類和發酵液形態有關,壓榨取汁得到澄清的液體,整果破碎后呈漿狀,整果破碎后發酵時果渣在果膠酶的作用下釋放了酵母菌不能利用的多糖,而壓榨取汁發酵時酵母菌可以充分利用還原糖,導致還原糖的含量降低更為劇烈[9]。

圖4 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中還原糖的影響Fig.4 Effect of pretreatment methods on reducing sugar during the fermentation of kiwifruit wines

2.5 前處理方式對獼猴桃酒發酵過程中VC的影響

不同前處理方式得到的獼猴桃發酵液在發酵過程中其VC含量的變化如圖5所示。發酵前期,四種前處理方式下發酵過程中VC含量的下降均比較劇烈,這可能因為前期發酵罐中氧氣含量較高,導致VC被氧化而減少。此外,根據孫俊良等[23]的研究結果,隨著圖1中發酵液酒精度的增加,空氣中的氧與酒中的氨基酸相互作用使發酵液中的VC發生氧化而被破壞。當發酵液的酒精度等指標趨于平穩時,酵母菌的發酵作用變得微弱,此時VC含量變化較小。發酵結束后,帶皮整果破率、去皮整果破率、帶皮壓榨取汁、去皮壓榨取汁發酵得到的獼猴桃酒的VC含量分別為166.74、140.71、151.60和133.28 mg/100 g,與發酵前相比,VC的保留率分別為81.20%、70.98%、74.95%和69.61%。四種前處理方式中,帶皮整果破碎后直接進行發酵,最終所得獼猴桃酒的VC保留率最高。

圖5 前處理方式對紅心獼猴桃酒發酵過程中VC的影響Fig.5 Effect of pretreatment methods on VC during the fermentation of red kiwifruit wines

2.6 不同前處理方式釀造的獼猴桃酒感官評分分析

模糊感官評定可有效消除人為誤差,避免普通平均法帶來的顯著誤差。經過感官評定小組對四種前處理方式發酵而來的獼猴桃酒從色澤、香氣、滋味和風格四方面進行評價,評價結果如表2所示。

如表2所示,以帶皮整果破碎后發酵的獼猴桃果酒的模糊關系評判集為例,進行如下計算:

表2 感官評定實驗結果Table 2 Results of sensory evaluation

其最終感官評分為M1=0.69×5+0.24×4+0.07×3+0×2=4.62分。

同理可得去皮整果破碎、帶皮壓榨取汁和去皮壓榨取汁三種前處理后發酵的紅心獼猴桃酒的感官評分分別為:M2=4.17分 M3=4.33分 M4=4.25分。

通過上述計算分析可知,四種不同前處理方式發酵而來的獼猴桃酒的模糊感官評分總分由高到低的次序為帶皮整果破碎>帶皮壓榨取汁>去皮壓榨取汁>去皮整果破碎。由表2可知,帶皮整果破碎后發酵的獼猴桃酒香氣清新協調,口感細膩舒適,具有獼猴桃酒的特有風格,其色澤缺乏透明感,但經過后續的澄清,會使其具有鮮亮的色澤,外觀更加誘人;而壓榨取汁后進行清汁發酵的獼猴桃酒發酵結束時雖色澤優于帶皮整果破碎發酵,但其香氣、色澤和風格卻不及帶皮整果破碎發酵;去皮整果破碎后發酵的獼猴桃酒外觀渾濁,其香味和滋味缺乏協調感,無特有風格。這可能因為獼猴桃表皮本身存在一些酵母菌,在釀造過程中,更有利于獼猴桃酒特有香氣和風味的形成。

2.7 不同前處理方式釀造的獼猴桃酒PCA分析

如圖6所示,為四種原料的前處理方式后發酵而來的獼猴桃酒電子鼻風味主成分分析。其中,第一主成分的方差貢獻率為93.72%,第二主成分的方差貢獻率為6.04%,兩者的累計方差貢獻率為99.76%,遠大于統計學中80%的界限,表明該主成分分析可以表征獼猴桃果酒的數據信息,且以第一、二主成分為變量的得分矩陣保留了紅心獼猴桃酒電子鼻香氣圖譜99.76%的信息[24-25]。從圖中可以看出,2、3、4號酒樣的數據點分別分布在各自區域中,風味存在差異,通過主成分分析可以將三者分辨出來,而1號酒樣與2、3、4號酒樣的數據點均有所重合,香氣成分有所重疊,難以區分。

圖6 不同前處理釀造的獼猴桃酒PCA分析圖Fig.6 PCA analysis of kiwifruit wines by different pretreatment methods注:1:帶皮整果破碎,2:去皮整果破碎,3:帶皮壓榨取汁,4:去皮壓榨取汁。

2.8 不同獼猴桃酒GC-MS分析

黃佳[26]的研究結果表明,獼猴桃酒中的主要揮發性成分物質包括酯類、醇類、酸類、醛酮類和烯萜類,其中酯類、醇類和酸類三類物質總量在所有揮發性成分中所占比例超過90%。從表3可以看出,四種獼猴桃前處理方式發酵而來的獼猴桃酒揮發性成分及含量有較大差異,主要物質包括醇類、酯類、酸類和醛酮類。與黃佳的研究結果相比,缺少了烯萜類物質,該揮發性風味物質與獼猴桃的品種和獼猴桃酒的釀造時間有關。四種前處理方式釀造的獼猴桃酒的主要揮發性風味成分的種類和各類物質的含量如表4所示,不同處理方式發酵而來的獼猴桃酒主要揮發性風味成分及其含量存在較大差異,其中醇類和酯類含量最為豐富。其中帶皮整果破碎后釀造的獼猴桃酒的主要揮發性風味成分最多,為24種,且醇類、酯類和酸類等特征性物質含量豐富,與感官評價和主成分分析結果一致。經過該前處理釀造的獼猴桃酒揮發性風味物質含量豐富,具有獼猴桃特有風味,香氣清新協調。張昱[27]研究表明,苯乙醇和異戊醇等醇類,乙酸乙酯、丁酸乙酯和辛酸乙酯等酯類能賦予果酒特征性果香,對其揮發性香氣成分影響較大。四種處理方式中,帶皮整果破碎后發酵的獼猴桃酒中苯乙醇、乙酸乙酯和丁酸乙酯幾種特征性風味物質含量較高,特征性果香濃郁。

表3 不同前處理釀造的獼猴桃酒揮發性成分及相對含量Table 3 Volatile components and relative contents of kiwifruit wines by different pretreatment methods

續表

表4 不同前處理釀造的獼猴桃酒主要香氣成分統計Table 4 Statistics on main aroma components of kiwifruit wines by different pretreatment mehtods

3 結論

本實驗采用不同前處理方式得到獼猴桃發酵液,通過監測發酵過程中發酵液的品質和發酵完成后的香氣成分,以期篩選出最優的獼猴桃鮮果前處理方式。結果表明:四種前處理方式發酵而來的獼猴桃酒酒精度和還原糖含量均達到果酒規定范圍,帶皮整果破碎在發酵過程中發酵速度平穩,可溶性固形物含量高達4.05%,VC保留率為81.2%,感官評分為4.62 分,均高于其余三種前處理方式。其中,去皮整果破碎、帶皮壓榨取汁和去皮壓榨取汁三種前處理方式發酵的獼猴桃酒香氣成分差異能通過電子鼻分析區分,而帶皮整果破碎后發酵的獼猴桃酒香氣與其余三種有部分重疊。通過GC-MS揮發性香氣成分分析,不同處理方式發酵而來的獼猴桃酒主要揮發性香氣物質及其含有存在較大差異,其中醇類和酯類含量最為豐富。所以通過上述分析,帶皮整果破碎后發酵的獼猴桃酒各項品質較優,特征性風味物質含量較高,果香濃郁,香氣清新協調,口感細膩舒適,具有獼猴桃酒的特有風格。