4種澄清劑對生姜梨酒澄清效果的對比

郭 燕,鄧 杰,豆永強,車路萍,程鐵轅,黃治國,衛春會,*

(1.四川輕化工大學釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室,四川宜賓 644000;2.四川鴻康科技股份有限公司,四川自貢 643031;3.宜賓海關,四川宜賓 644000)

梨為薔薇科梨屬植物果實,表面光滑,鮮嫩多汁,口味甘甜,是我國廣泛栽培的果樹之一,其種植面積和產量均居世界首位[1]。梨果富含多種維生素、礦物質和纖維素,具有生津、清熱、潤燥等功效[2]。目前,市場上的梨果加工品主要以梨汁飲品和罐頭為主,面對產能過剩、產后商品化處理比例小等問題,制約了梨果附加值的提高[3-4]。姜為姜科植物根莖,具有芳香及辛辣味,常作為食物提味增香的烹飪調味料。生姜中除含多糖、維生素等營養物質之外,還含有姜油酮、姜酚等生理活性物質,具有抗氧化、降血脂、抗腫瘤等功效[5]。生姜在酒類加工品中主要用于制作泡酒,但因其口感較差、功能因子難以析出,導致了嚴重的資源浪費,而發酵型生姜酒不但富含生物活性成分,還具有特殊的姜香與酒香[6-7]。因此,以梨和生姜為原料經混合發酵而成的復合型果酒,不僅具有果香、姜香與發酵香,還具有極高的營養價值與多種保健功能。生姜梨酒的研制無疑提高了我國梨資源的利用率,拓寬了梨酒釀造方向,具有廣闊的市場前景[8]。

然而,生姜梨酒中含有單寧、果膠、色素等大分子雜質,這些物質在果酒中均以膠體的形式存在,在加工、貯存過程中易出現非生物性渾濁、褐變、腐敗等現象,嚴重影響果酒的品質[9-11]。所以,為了保證生姜梨酒具有良好的穩定性與品質,需要在釀造過程中對果酒進行澄清處理。目前,果酒澄清的方法有物理法(自然沉降法、冷處理和熱處理等)、化學法(澄清劑如明膠、硅藻土和皂土等)和酶法(纖維素酶、果膠酶和蛋白酶等)[12-15]。在報道中,殼聚糖、皂土、明膠和硅藻土等化學澄清劑對果酒有較好的澄清作用[16-21],但對于不同類型的果酒,澄清劑的種類以及濃度的不同產生的澄清效果也有所不同,如武璐婷等[22]研究表明,濃度為0.015%的明膠對半干型酥梨果酒有較好的澄清效果,且酒香醇厚,爽口宜人;趙金松等[23]提出,0.80 g/L的殼聚糖對桂花梨酒不僅有較好的澄清作用,而且還能較好地保留果酒香氣。

因此,本試驗以4種不同的澄清劑(皂土、明膠、殼聚糖、硅藻土)對生姜梨酒進行澄清處理,并對澄清后的生姜梨酒進行理化指標、感官評定和風味物質分析,初步探索生姜梨酒的澄清工藝,以期為生姜梨酒的開發提供理論基礎和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

梨、生姜、白砂糖 市售;安琪活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;硅藻土 分析純,上海市奉賢奉城試劑廠;皂土 分析純,上海市四赫維化工有限公司;抗壞血酸、葡萄糖、偏重亞硫酸鉀、殼聚糖、明膠 分析純,成都市科龍化工試劑廠。

UV-1200紫外分光光度計 翱藝儀器(上海)有限公司;AR2140電子分析天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;7890A-5975B氣相色譜質譜聯用儀 美國Agilent公司;HT300A固相微萃取儀 意大利HTA公司;5430R高速冷凍離心機 德國Effendorf公司;LRH-250生化培養箱 上海齊欣科學儀器有限公司;DK-98-II恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生姜梨酒釀造工藝

1.2.1.1 生姜梨酒釀造工藝流程

1.2.1.2 操作要點 梨的分選、清洗、榨汁與護色:挑選新鮮、成熟度高的梨,清水清凈后去皮去核,切成長寬約2.00 cm的方塊。為了防止梨果肉褐變,將果肉置于護色液(0.04%抗壞血酸)中浸泡5 min;榨汁后,向梨汁中加入80.00 mg/L的偏重亞硫酸鉀進行抑菌及滅菌。

調糖度:為了促進酵母的生長,可添加一定量的白砂糖來調整梨汁糖度,糖度在20%～22%為宜。

混合:梨與生姜按質量比30∶1進行混合。

種子液的制備:配制250.00 mL 4%的葡萄糖溶液,按0.10%的接種量接入安琪活性干酵母,30 ℃活化1～2 h;在無菌條件下,將酵母活化液按10%的接種量接入生姜梨汁中,混勻,密封,于30 ℃下馴化24 h,發酵旺盛即得種子液。

接種、發酵、過濾:種子液按8%的接種量接入生姜梨汁發酵液中,搖勻,密封,于28 ℃下靜止發酵7 d;發酵完成后,用8層殺菌紗布過濾,棄去果肉和酵母沉淀,放置陰涼通風處(15～20 ℃)進行后發酵。

澄清:采用自然沉降法、硅藻土澄清法、皂土澄清法、明膠澄清法和殼聚糖澄清法。將過濾后的生姜梨酒置于密閉容器中,靜置狀態下,按照不同澄清方法進行澄清處理。

滅菌、調味:生姜梨酒經過澄清處理后,置于65～68 ℃的水浴鍋中滅菌15～20 min,冷卻至室溫。為了保持其口感,可適量添加白砂糖進行調味[8]。

1.2.2 最佳透光率和色度測定波長的確定 將過濾后的生姜梨酒在4000 r/min下離心5 min,以蒸餾水為對照,在波長為320～780 nm范圍內每隔20 nm測定一個吸光值,記錄并繪制生姜梨酒在可見光區域內的吸收曲線,根據吸收曲線確定生姜梨酒最佳透光率和色度的測定波長。

1.2.3 自然沉降法對生姜梨酒進行澄清處理 通過延長發酵時間來觀察生姜梨酒在凝聚和絮凝作用下澄清度的變化情況。取12份過濾后的生姜梨酒各50.00 mL,分別在15 ℃[8,20,26]下澄清24、48、72、96 h后測定生姜梨酒的吸光值,計算并繪制生姜梨酒的色度和透光率隨澄清時間變化的曲線,根據曲線確定自然沉降法的最佳澄清條件。后續的試驗均以自然沉降法作對比,以衡量不同澄清劑的處理效果。

1.2.4 4種澄清劑澄清效果試驗設計

1.2.4.1 澄清劑的制備 2%皂土溶液:準確稱取2.00 g皂土,加入95.00 mL蒸餾水浸泡24 h后緩慢加熱攪拌至完全溶解,冷卻后定容至100.00 mL備用。

1%明膠溶液:準確稱取1.00 g明膠,加入95.00 mL蒸餾水,緩慢加熱攪拌至完全溶解,冷卻后定容至100.00 mL備用。

1%殼聚糖溶液:準確稱取1.00 g殼聚糖,加至95.00 mL 0.20%檸檬酸溶液中,緩慢加熱攪拌至完全溶解,冷卻后定容至100.00 mL備用。

1%硅藻土溶液:準確稱取1.00 g硅藻土,加入95.00 mL蒸餾水浸泡24 h后緩慢加熱攪拌至完全溶解,冷卻后定容至100.00 mL備用[27]。

1.2.4.2 不同澄清劑對生姜梨酒澄清處理方法 取過濾后的生姜梨酒各50.00 mL,按表1試驗方案分別加入4種不同的澄清劑,混勻后在15 ℃下靜置48 h,4000 r/min離心5 min,取上清液,測定吸光值。計算并繪制色度和透光率隨澄清劑濃度的變化曲線,根據曲線確定各澄清劑的最佳添加濃度。

表1 4種澄清劑澄清試驗設計Table 1 Clarification test design of four kinds of clarifying agents

1.2.5 生姜梨酒澄清前后理化指標、感官評定和揮發性香氣成分分析 取50.00 mL過濾后的生姜梨酒,按各澄清劑的最佳澄清濃度在15 ℃下澄清48 h,4000 r/min離心5 min,取上清液,與采取最佳澄清條件下的自然澄清法作對比,比較澄清后果酒的色度、透光率、固形物、蛋白質含量等理化指標的變化,并進行感觀評定和揮發性香氣成分分析。

1.2.5.1 理化指標的測定 色度和透光率:分光光度法。以蒸餾水為參比,取澄清后的酒樣于比色皿中,在波長420和720 nm處測得的吸光值(A)分別表示生姜梨酒的色度和透光率(透光率T%=10-A)[28];固形物含量:參照GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒常用分析法》中比重瓶法[29];蛋白質含量:參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》中凱氏定氮法[30]。

1.2.5.2 感官評定 參照相關果酒標準以及文獻[8,29,31],邀請10位味覺、嗅覺正常且對果酒品評有豐富經驗的人員(男性5名,女性5名)作為評委進行感官評分,按照表2的指標分別對澄清后生姜梨酒的澄清度(20分)、色澤(20分)、滋味(30分)、香氣(30分)進行獨立性打分(滿分100分),取10位評委打分值的平均值作為最后的得分。

表2 生姜梨酒感官評定標準Table 2 Sensory evaluation standards of ginger pear wine

1.2.5.3 揮發性香氣成分的測定 固相微萃取:精確量取5.00 mL酒樣和25.00 μL乙酸丁酯于頂空瓶中,將頂空瓶放入全自動固相微萃取儀中,55 ℃平衡10 min后再萃取30 min,隨后手動進樣,于230 ℃的進樣口中解吸5 min。

氣相色譜條件:毛細管色譜柱為DB-WAX(60.00 mm×0.25 mm×0.25 μm);不分流;進樣口溫度為230 ℃;程序升溫:35 ℃保持5 min,5 ℃/min升溫至100 ℃,保持2 min,再以15 ℃/min升溫至230 ℃,保持10 min;載氣:高純度氦氣；流速為1 mL/min。

質譜條件:電子電離源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃,接口溫度230 ℃,質量掃描范圍20～500 amu,溶劑延遲3 min。

揮發性香氣成分定性方法:采用固相微萃取和氣相色譜-質譜法(GC-MS)對生姜梨酒中的香氣成分進行提取和測定,將GC-MS測得的總離子流色譜圖進行普庫美國國家標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)8.0檢索及分析,確定生姜梨酒中的香氣成分;定量方法:內標法。以84.00 mg/mL乙酸丁酯作為內標物對揮發性香氣成分進行定量分析。

1.3 數據處理

生姜梨酒理化指標和感官評分結果均用“平均值±標準差”表示。應用SPSS 16.0統計軟件對試驗數據進行分析,并采用SNK-q檢驗對結果進行多重比較。每組試驗均重復3次。

2 結果與分析

2.1 最佳透光率和色度測定波長的確定

果酒的色澤是感官評價果酒品質的一項重要指標。果酒中的色素、酚酸等物質可選擇性地反射或吸收可見光區域內不同波長的光而使果酒呈現出一定的色澤[32-33]。由圖1可以看出,隨著波長的增加,生姜梨酒的吸光值呈先增大后減小的趨勢。其中,在波長為420 nm處吸光值達最大,即選擇420 nm作為測定生姜梨酒色度的波長;當波長超過720 nm,生姜梨酒的吸光值達最小后趨于穩定,因透光率T%=10-A,即透光率與吸光值變化趨勢相反,綜合考慮紫外分光光度計的準確性和穩定性,選擇720 nm作為測定生姜梨酒最佳透光率的波長。

圖1 生姜梨酒波長與吸光值的關系Fig.1 Relationship between wavelength and absorbance of ginger pear wine

2.2 自然沉降法對生姜梨酒澄清效果的影響

在自然沉降過程中,隨著后發酵時間的延長,果酒中單寧、蛋白質等不穩定性物質因發生凝聚和絮凝作用而形成沉淀,使果酒得以澄清[34]。由圖2可以看出,隨著沉降時間的增加,生姜梨酒的透光率呈先增后緩慢降低的趨勢,而色度逐漸降低,但降低幅度不大。其中,自然沉降48 h后的生姜梨酒澄清效果最佳,透光率由67.42%升高至80.20%,但仍有少許渾濁物,色度變化不明顯,為0.20,說明凝聚和絮凝48 h不僅能使生姜梨酒中的部分不穩定性渾濁物沉降,而且還能保持生姜梨酒的色澤。由此可見,自然沉降法對生姜梨酒具有一定的澄清作用,但澄清效果有限。

圖2 自然沉降法對生姜梨酒色度和透光率的影響Fig.2 Effects of natural sedimentation method on chroma and light transmittance of ginger pear wine

2.3 4種澄清劑對生姜梨酒澄清效果的影響

2.3.1 皂土對生姜梨酒澄清效果的影響 皂土吸水膨脹后可形成帶負電荷的膠體懸浮液,可與生姜梨酒中帶正電荷的蛋白質、色素等大分子渾濁物通過范德華力和負電荷作用而結合形成絮狀沉淀,使果酒澄清[35-37]。由圖3可以看出,隨著皂土濃度的增加,生姜梨酒的透光率呈先增后降的趨勢,而色度呈逐漸降低的趨勢。其中,在皂土濃度為0.25 g/100 mL時澄清效果最佳,透光率由80.20%提高至90.20%,色度為由0.20降低至0.15,這說明一定濃度的皂土能使生姜梨酒中的部分渾濁物和帶顏色物質發生沉降作用,但過量的皂土反而不利于生姜梨酒的澄清。因此,選擇濃度為0.25 g/100 mL的皂土為生姜梨酒的最佳澄清量。

圖3 不同濃度的皂土對生姜梨酒透光率和色度的影響Fig.3 Effects of different concentrations of bentonite on transmittance and chroma of ginger pear wine

2.3.2 明膠對生姜梨酒澄清效果的影響 明膠是從動物的結締或表皮組織中膠原部分水解出來的一種帶正電荷的蛋白質,可與生姜梨酒中的單寧、多酚、果膠等物質通過靜電相互作用,氫鍵、巰基等連接作用聚集成絮凝物而形成沉淀,使果酒得以澄清[38-39]。由圖4可以看出,隨著明膠濃度的增加,生姜梨酒的透光率呈先增后降的趨勢,而色度為先穩后降最后又略有增加。其中,在明膠濃度為0.05 g/100 mL時澄清效果最佳,透光率由80.20%提高至85.70%,色度由0.20降低至0.18,這說明一定濃度的明膠可提高生姜梨酒的澄清度,但過量的明膠澄清效果不佳,這可能是由于過量的明膠在果酒中形成絮狀體或膠體懸浮液,重新導致了酒體渾濁[40]。因此,選擇濃度為0.05 g/100 mL的明膠為生姜梨酒的最佳澄清量。

圖4 不同濃度的明膠對生姜梨酒透光率和色度的影響Fig.4 Effects of different concentrations of gelatin on transmittance and chroma of ginger pear wine

2.3.3 殼聚糖對生姜梨酒澄清效果的影響 殼聚糖是氨基葡萄糖的直鏈多聚糖,當殼聚糖溶于酸性果酒中時,氫離子與氨基可結合形成帶正電荷的分子,能與果酒中帶負電的微粒如蛋白質、單寧、纖維素等物質發生絮凝沉淀作用,使酒體得以澄清[41]。由圖5可以看出,隨著殼聚糖濃度的增加,生姜梨酒的透光率呈先增后降的趨勢,而色度呈先降后增的趨勢。其中,在殼聚糖濃度為0.06 g/100 mL透澄清效果最佳,透光率由80.20%提高至為86.13%,色度由0.20降低至0.17,這說明殼聚糖在一定程度上能改善生姜梨酒的澄清度,但高濃度的殼聚糖澄清效果不佳,這可能是因為殼聚糖本身就是一種增稠劑,能溶解于果酒并形成一種穩定的絮凝體系,當殼聚糖的吸附能力達到平衡后,過量的殼聚糖則成為新的渾濁因子,從而導致酒體渾濁[42-43]。因此,選擇濃度為0.06 g/100 mL的殼聚糖為生姜梨酒的最佳澄清量。

圖5 不同濃度的殼聚糖對生姜梨酒透光率和色度的影響Fig.5 Effects of different concentrations of chitosanon transmittance and chroma of ginger pear wine

2.3.4 硅藻土對生姜梨酒澄清效果的影響 硅藻土是一種硅質巖石,主要由古代硅藻的遺骸所組成,其主要成分為SiO2,并含有少量的MgO、Al2O3、CaO等[44]。加工后的硅藻土產品內部呈多孔結構,具有較強的吸附能力、過濾能力和化學穩定性,其中的金屬離子能與果酒中的果膠酸相互作用形成果膠酸鹽,從而加速果膠的沉淀,同時又能吸附色素、酵母等其他固體懸浮物,使果酒得以澄清[45]。由圖6可以看出,隨著硅藻土濃度的增加,生姜梨酒的透光率呈先增后降的趨勢,而色度先略有增加后趨于穩定。其中硅藻土在濃度為0.04 g/100 mL時澄清效果最佳,透光率由80.20%提高至85.00%,色度由0.20升高至0.22,說明一定濃度的硅藻土不僅能吸附生姜梨酒中的部分渾濁物,而且還能增加生姜梨酒的色澤,但過量的硅藻土不利于生姜梨酒的澄清。因此,選擇濃度為0.04 g/100 mL的硅藻土為生姜梨酒的最佳澄清量。

圖6 不同濃度的硅藻土對生姜梨酒透光率和色度的影響Fig.6 Effects of different concentrations of diatomiteon transmittance and chroma of ginger pear wine

2.4 生姜梨酒經5種澄清方法處理后的理化指標和感官評分分析

生姜梨酒經過不同澄清法處理后,其透光率、色度、固形物和蛋白質含量等理化指標和感官評分結果見表3。由表3可以看出,生姜梨酒經澄清劑處理比采用自然沉降法澄清效果好,表現為固形物含量和蛋白質含量的降低以及透光率和感官評分上的升高。與自然沉降法相比,4種澄清劑處理后的生姜梨酒透光率和感官評分變化顯著(P<0.05),而色度變化不顯著(P>0.05)。其中,皂土處理后的生姜梨酒固形物含量顯著低于其他4種澄清方法(P<0.05),且皂土能有效去除生姜梨酒中的蛋白質,使之低于最低檢出量,感官評分顯著高于其他4種澄清方法(P<0.05),為84.30分。綜合理化指標和感官評分,選擇0.25 g/100 mL的皂土為生姜梨酒的最佳澄清劑。

表3 生姜梨酒澄清后理化指標和感官評定結果Table 3 Results of physicochemical indexes and sensory evaluation of ginger pear wine after clarification

2.5 生姜梨酒澄清后風味物質成分比較

果酒的香氣是由各類揮發性芳香分成相互作用而呈現出來的一種累積效應,揮發性芳香物質的種類及含量決定了果酒的風味特征。研究表明,果酒中的主要香氣成分包括己酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、正己醇、異戊醇、苯乙醇、異丁醇等[8,45-46]。由表4和表5可以看出,與自然沉降法相比,澄清劑處理后的生姜梨酒中的醇類和酯類物質種類均有所減少,這說明生姜梨酒在不同澄清劑的最佳濃度下,不同種類的澄清劑對生姜梨酒中揮發性風味物質的種類和含量有影響。醇類物質除硅藻土處理后的生姜梨酒含量略有降低之外,其他3種澄清劑均使生姜梨酒中的醇類物質含量增加。4種澄清劑處理后的生姜梨酒中酯類物質含量均低于自然沉降后的生姜梨酒。相較于其他3種澄清劑,皂土處理后的生姜梨酒中醇類物質種類豐富,賦予果酒香氣的主要醇類物質含量如正己醇、異戊醇、苯乙醇和異丁醇均高于自然沉降后的生姜梨酒;酯類物質含量雖低,但酯類香氣成分相對比較豐富。

表4 生姜梨酒澄清后揮發性風味物質成分及含量Table 4 Volatile flavor substances composition and content of ginger pear wine after clarification

表5 生姜梨酒澄清后揮發性風味物質種數Table 5 Number of volatile flavor substances after clarification of ginger pear wine

3 結論

生姜梨酒經單一澄清劑澄清處理后,確定了各類澄清劑的最佳澄清濃度,分別為皂土0.25 g/100 mL、明膠0.05 g/100 mL、殼聚糖0.06 g/100 mL和硅藻土0.04 g/100 mL。與自然沉降法相比,生姜梨酒的透光率由80.20%提高至為90.20%、85.70%、86.13%、85.00%。綜合理化指標、感官評定和揮發性香氣成分分析得出,0.25 g/100 mL的皂土處理后的生姜梨酒不僅澄清透明,而且口感豐滿,香氣怡人,因此選擇皂土為生姜梨酒的最佳澄清劑。經單因素澄清實驗發現,不同用量和不同種類的澄清劑對生姜梨酒的澄清效果存在著顯著的差異。因此,下一步試驗將在單因素試驗的基礎上,考慮采用復合澄清劑來彌補單一澄清劑的不足,以期找到生姜梨酒的最佳澄清工藝。