長紅棗果酒發酵工藝優化及風味物質分析

劉琳，于江，丁楠，李平，王莎莎，孫中貫*

（1.棗莊學院生命科學學院，山東棗莊 277160；2.甘肅農業大學園藝學院，甘肅蘭州 730070；3.棗莊學院食品科學與制藥工程學院，山東棗莊 277160）

長紅棗又稱中華大棗、棗、華棗，是鼠李科棗屬（Zizyphus.JujubeMill）植物棗樹的果實[1]，是我國特有的經濟果品，富含維生素、氨基酸、黃酮類、皂苷類等多種營養成分，具有極高的食用和藥用價值[2-3]。長紅棗為山東省四大主栽品種之一，主要分布在山東省的魯中南山區，其中泰安地區的種植面積和產量均居全省首位，棗莊、濟寧地區次之，長紅棗是當地農民的主要經濟樹種[4]。但長紅棗鮮果自然保鮮能力很差，在貯藏中果實極易因感染微生物，腐爛變質而失去商品價值[5]；并且長紅棗果實纖維素含量較少，鮮果干燥后果實干癟、口感差，也會影響長紅棗干果的市場銷量。因此目前長紅棗的加工僅有整果干制、干棗片、蜜棗等形式，加工方式相對單一；加工技術相對落后，這限制了當地長紅棗產業的發展。

以棗為原料釀造果酒，既可有效保留果實中的原有成分[6]，又能拓寬長紅棗的加工途徑。目前有關棗酒的研究產品主要有紅棗酒[7-10]、干紅棗酒[11-13]、紅棗甜酒[14]、澄清型紅棗酒[15]、紅棗白蘭地[1，16]、山棗果酒[17]等類型，但由于長紅棗品種的多樣性導致長紅棗果酒發酵工藝存在較大差異[8-9，17]，且所釀果酒的風味也不盡相同[18-20]。目前，有關利用長紅棗加工生產紅棗果酒的研究還未見報道，為此，本試驗以長紅棗干果為原料釀制紅棗果酒，利用單因素及正交試驗優化了發酵工藝參數；并利用電子鼻及氣相色譜對長紅棗果酒的風味物質進行了分析，旨在建立長紅棗果酒發酵技術體系，為工業化大規模生產長紅棗果酒提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

長紅棗干果，市售，產地為山東棗莊；試驗用酵母Z34，本實驗室自選菌[21]。檸檬酸、白砂糖（一級），均為市售食品級；偏重亞硫酸鉀，煙臺帝伯仕自釀機有限公司生產。

1.2 儀器與設備

SPL-250 型生化培養箱，天津市萊玻特瑞儀器設備有限公司；YP100001 型電子天平、FA1004 型電子天平，上海越平科學儀器有限公司；TD-45 型數字折光儀，浙江托普儀器有限公司；PHS-2F 型pH 計，上海儀電科學儀器股份有限公司；酒精計，河北省武強縣紅星儀表廠；PEN3 型電子鼻，德國AIRSENSE 公司，傳感器陣列由10個不同的金屬氧化物傳感器組成[22]，不同傳感器響應不同氣味物質[23]；DFT-250 型手提式高速萬能粉碎機，溫嶺市林大機械有限公司；DHG9246A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；飛利浦食品加工機（打漿機），珠海經濟特區飛利浦家庭電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

長紅棗干果→預處理→打漿→成分調整→硫處理→接種酵母→主發酵→過濾→后發酵→倒酒→陳釀→澄清→成品

經預處理后得到的長紅棗干果漿液，添加白砂糖調整糖度至20%，添加檸檬酸調整pH 為3.50，向紅棗漿液中加入60 mg/L 的偏重亞硫酸鉀，和5%的酵母活化液，按照60%的裝液量在250 mL 三角瓶中25 ℃條件下恒溫靜止發酵[21]。主發酵結束后，過濾除去原酒中的沉淀物，降低發酵溫度至18 ℃進行后發酵；7 d 后將酒倒入密閉容器中，注意不要倒入沉淀物，封閉容器于4 ℃下陳釀30 d，經離心澄清后得長紅棗果酒成品。

1.3.2 操作要點

（1）預處理

使用無霉變、無蟲蛀的果實，用清水洗去棗表面的污物，將水瀝干后去核備用。加入4 倍于紅棗質量的水，以微沸狀態煮制30 min。在煮制過程中注意控制溫度避免過度沸騰，同時待水微沸后每15 min 補加質量為原加水量10%的水，整個過程補水2 次[24]。煮制結束后，待煮制液冷卻至溫室，用冷開水調整煮制液的質量至煮制前的質量。

（2）活化酵母菌

溫水中加入2%白砂糖和1%酵母菌，置于30 ℃的環境中使其活化，活化2 h 后即可使用。

1.3.3 紅棗果酒主發酵工藝的確定

以原酒的酒精度為指標，分別考察酵母菌接種量、發酵溫度、初始糖度對發酵的影響。

（1）單因素試驗

在預試驗的基礎上，依次進行以下三組試驗。

經處理的紅棗漿液，調節初始糖度為20%、pH 3.50，分別以體積分數2%、4%、6%、8%、10%的接種量接種酵母菌活化液，25 ℃發酵，研究酵母菌接種量對長紅棗果酒主發酵的影響。

經處理的紅棗漿液，調節初始糖度為20%、pH 3.50，接種酵母量為5%，分別在18、20、22、24、26 ℃發酵，研究發酵溫度對長紅棗果酒主發酵的影響。

經處理的紅棗漿液，調節初始糖度依次為18%、20%、22%、24%、26%，pH3.50，接種酵母量5%，在23 ℃發酵，研究初始糖度對長紅棗果酒主發酵的影響。

（2）果酒發酵的正交試驗設計

在單因素試驗分析結果的基礎上，利用L9(34)正交表進行正交試驗，以原酒的酒精度為評價指標，確定長紅棗果酒的最佳發酵工藝。試驗設計見表1。

表1 正交試驗設計因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.4 分析方法

以長紅棗干果和鮮果為原料，分別使用優化前和優化后的工藝進行發酵獲得長紅棗果酒，利用電子鼻及氣相色譜對獲得的長紅棗果酒進行評價分析[25，26]。

（1）電子鼻檢測

取1 mL 成品酒樣于500 mL 的錐形瓶中，加入2 mL蒸餾水并用保鮮膜封口，搖勻后于25 ℃下靜置半小時平衡，然后直接將進樣針頭插入樣品瓶采用頂空吸氣法進行電子鼻分析試驗。

測定條件：樣品準備時間5 s、檢測時間100 s、測量計數1 s、自動調零時間5 s、清洗時間300 s、內部流量400 mL/min，進樣流量400 mL/min。完成1 次檢測后系統進行清零和標準化，然后再進行第2 次頂空采樣。統計分析10 個不同選擇性傳感器的G/G0值；通過電子鼻Winmuster 分析軟件對采集的數據進行分析。分析時取79～81 三秒的數據進行主成分分析并作圖。

（2）氣相色譜分析

甲醇含量和高級醇含量采用氣相色譜法測定。果酒發酵液經蒸餾后得到的樣品使用氣相色譜法測定。

色譜條件為：色譜柱LAP-930，50 m×0.32 mm×1.0 μm；檢測器為氫火焰離子化檢測器。初始柱溫為50 ℃，保持8 min，以5 ℃/min 的升溫速度升至200 ℃，保持5 min，進樣量為1.0 μL，分流比為10：1。

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（3）理化指標測定

糖度：斐林試劑法；酒精度：參照GB5009.225-2016《食品安全國家標準酒中乙醇濃度的測定》，所得酒精度數值均校正為20 ℃條件下的數值。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 長紅棗果酒主發酵工藝的單因素試驗

2.1.1 酵母菌接種量對長紅棗果酒主發酵的影響

（1）酵母菌接種量對長紅棗果酒發酵的影響

圖1 接種量對長紅棗果酒發酵的影響Fig.1 Effects of inoculation quantity on the fermentation of jujube wine

自發酵開始每隔24 h 取樣一次測定發酵液的殘糖含量，記錄長紅棗果酒主發酵進程；同時注意發酵過程防止染菌現象發生。不同接種量條件下長紅棗果酒的發酵進程如圖1 所示，由圖可知，隨著酵母接種量的增加，發酵速度逐漸加快；當接種量大于6.0%時，酵母接種后沒有出現明顯的發酵延遲期，這表明合理增加酵母接種量可以縮短發酵的延遲期。4.0%與6.0%的接種量，發酵曲線吻合程度最高，且發酵時間相同，表明這兩個梯度接種量的發酵速度差異不顯著，當接種量大于6.0%時發酵周期縮短24 h。當接種量為2%時，起發酵速度延遲時間較長，發酵周期也延長了24 h；說明當酵母接種量低于4%時，發酵受到較顯著的影響，不利于主發酵的進行。

（2）酵母菌接種量對長紅棗果酒酒精度的影響

圖2 接種量對長紅棗果酒酒精度的影響Fig.2 Effect of inoculation quantity on the alcohol content of jujube wine

2.1.2 發酵溫度對長紅棗果酒發酵的影響

由圖3、4 可以看出，在所選擇的溫度范圍內，發酵溫度對果酒發酵的影響可分為三個梯度。當發酵溫度為26 ℃時，發酵速度最快，但發酵周期相應縮短，僅為6 d，酒精度也相對較低。24 ℃時的發酵曲線與22 ℃時的發酵曲線趨勢較為一致，發酵過程較為平緩，發酵周期為7 d，酒精度也相對較高。當發酵溫度低于22 ℃時，起發酵速度變緩，發酵過程受到一定程度的抑制，發酵周期延長為8 d，酒精度也相應變低。試驗表明，當發酵溫度過高時，酵母菌增殖過快，菌體過早進入衰亡期，導致后發酵不足，發酵5 d 時接近終止。當發酵溫度過低，酵母菌的生長繁殖受到抑制，發酵速度減緩，耗糖量減少，酒精度也相應降低。綜合考慮酒精度和發酵周期等因素，將長紅棗果酒發酵的最適溫度設置為22～24 ℃。

圖3 發酵溫度對長紅棗果酒發酵的影響Fig.3 Effect of temperature on fermentation of jujube wine

圖4 發酵溫度對長紅棗果酒酒精度的影響Fig.4 Effect of temperature on alcohol content of jujube wine

2.1.3 初始糖度對長紅棗果酒主發酵的影響

（1）初始糖度對長紅棗果酒糖度的影響

糖類為酵母菌的生長繁殖提供必要的營養物質和能量，也是酵母菌發酵產生酒精的前體物質，果漿中初始糖度直接影響酵母菌的生長繁殖及果酒的酒精度。由圖5可知，長紅棗果酒發酵所用酵母對糖的耐受范圍比較廣；在選擇的初始糖度范圍內，當長紅棗果漿中的初始糖度逐漸增加時，糖度并沒有對長紅棗果酒主發酵的起發酵速度以及發酵結束后酒液中的糖含量造成影響，初始糖度的增加只是相應地延長了主發酵的時間。

圖5 初始糖度對長紅棗果酒發酵的影響Fig.5 Effects of initial sugar degree on the fermentation of jujube wine

（2）初始糖度對長紅棗果酒酒精度的影響

圖6 顯示了初始糖度對長紅棗果酒酒精度的影響，由圖可知，隨著紅棗果漿中初始糖度的增加，原酒中的酒精度也相應升高。綜合考慮發酵成本及發酵周期等因素，選擇長紅棗果酒發酵的初始糖度為18%～22%。

圖6 初始糖度對長紅棗果酒酒精度的影響Fig.6 Effect of initial sugar degree on the alcohol content of jujube wine

2.2 長紅棗果酒主發酵工藝的正交優化試驗

結合單因素試驗結果，進行L9(34)正交試驗，以果酒的酒精度為評價指標，試驗結果見表2，方差分析見表3。

由表2 可知，對長紅棗果酒酒精度影響最大的因素為長紅棗果漿的初始糖度（C），最小的為酵母菌接種量（B）。表3 方差分析顯示，發酵溫度和初始糖度對長紅棗果酒酒精度的影響達到顯著水平，而酵母菌接種量對其影響不顯著。長紅棗果酒主發酵的最佳工藝參數為A2B3C3，即發酵溫度23 ℃、酵母菌接種量6.0%、初始糖度22%時，所釀果酒酒精度最高。經驗證試驗，該條件下所得果酒酒精度為11.5%vol，均高于其他試驗組；成品酒的糖度為23 g/L，按照葡萄酒糖度分類屬于半甜型果酒，說明優化后的條件對長紅棗果酒的發酵具有良好的適用性。

表2 長紅棗果酒發酵正交試驗結果及極差分析Table 2 Orthogonal array design with range analysis of experimental results

表3 正交試驗方差分析結果Table 3 Analysis of variance for the orthogonal array design

2.3 風味物質分析

2.3.1 電子鼻主成分分析

利用電子鼻對優化前和優化后工藝下的發酵酒進行主成分分析，分析結果如圖7 所示。由圖7 可以看出，橫坐標和縱坐標的貢獻率之和為99.40%，表明PCA 對優化前后工藝下的長紅棗果酒區分效果較為理想，可用于區分不同發酵條件下的長紅棗果酒，并且總貢獻率遠大于85%，說明分析結果是有效可行的[28]。同一種酒樣之間數據集中程度均較好，不同酒樣間不存在重疊現象，能夠很明顯地區分四種不同的發酵酒樣。

圖7 長紅棗果酒主成分分析圖Fig.7 PCA charts for different jujube wine

2.3.2 氣相色譜分析

對不同釀制工藝的長紅棗果酒進行氣相色譜分析，試驗結果見圖8。由圖可知，優化前和優化后的發酵工藝對長紅棗果酒中甲醇和高級醇的含量影響明顯。采用優化后工藝釀造的果酒，甲醇含量明顯低于采用優化前的，同時高級醇的含量也顯著低于優化前的果酒。果酒中適宜的高級醇含量不僅使酒體香氣豐滿、口感柔和圓潤，還可提高酒體的醇厚感和協調性；但高級醇含量過高易導致酒體產生異雜味和苦味，飲用后產生頭痛、口渴等癥狀，對飲用者的身體健康不利。相關研究表明，果酒中高級醇含量在300～360 mg/L 的范圍內較為適宜。從圖8 可以看出，采用優化后的發酵工藝釀造的果酒，高級醇含量較為適宜。

圖8 發酵工藝對長紅棗果酒品質的影響Fig.8 Effect of fermentation technology on the quality of jujube wine

3 結論

選擇長紅棗干果為原料，以本試驗室選育的釀酒酵母為釀造菌株，利用單因素試驗分別考察了酵母菌接種量、發酵溫度、初始糖度等發酵條件對長紅棗果酒發酵過程及果酒酒精度的影響。正交試驗結果表明，對長紅棗果酒酒精度影響最大的因素為紅棗果漿的初始糖度，其次為發酵溫度，影響最小的因素為酵母菌接種量；長紅棗果酒的最優發酵工藝參數為初始糖度22%、發酵溫度23℃、接種6.0%的酵母菌活化液。對優化前及優化后的工藝條件下的發酵酒樣進行電子鼻分析可知，兩種情況下的發酵酒樣之間存在較大差異；由氣相色譜分析結果可知，優化后的工藝更適于長紅棗果酒的釀制，此條件下制得的長紅棗果酒成品酒的酒精度為11.5%vol，糖度為23 g/L，符合半甜型果酒的標準。本研究對長紅棗果酒的主發酵工藝進行了探索，為長紅棗果酒的工業化生產提供了參考依據和技術支持。