紅樹莓果醋的制作工藝及香氣成分分析

武林芝，郝秀萍

(太原學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，太原 030032)

紅樹莓是懸鉤子屬、薔薇科植物，又名木莓、馬林果和覆盆子，分布廣泛、種類繁多，主要分布于美洲、歐洲和亞洲[1]。我國約有200種紅樹莓，主要分布于我國的河南、河北、內(nèi)蒙古和山西等地[2]。紅樹莓為灌木，喜光，生命力旺盛，抗病蟲害能力強(qiáng)，對水分、氣候和土壤氣候也有很強(qiáng)的適應(yīng)性[3]。

紅樹莓具有很高的營養(yǎng)價值和生物活性功能，根據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院對紅樹莓中成分的測定結(jié)果表明：100 g新鮮紅樹莓中含有83.2 g水分、3.2 g纖維素、0.3 g蛋白質(zhì)、0.3 g脂肪，此外還含有大量的礦物質(zhì)元素鉀、鈣、鎂和磷，維生素C、B、E和P。

韓加等[4]對紅樹莓中的成分進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，新鮮的紅樹莓中含有大量的花青素、多酚、黃酮和花色苷，具有較高的食藥用價值，能提高人體免疫能力，預(yù)防高血壓和動脈硬化，被世界糧農(nóng)組織譽(yù)為“黃金水果”[5]。

果醋作為一種新型的功能型調(diào)味飲品，營養(yǎng)豐富、口感優(yōu)良，運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)，以水果為主要原料，利用微生物發(fā)酵釀造而成[6]。近年來，果醋的需求一直呈現(xiàn)上升的趨勢，主要是由于果醋同時擁有水果和醋的營養(yǎng)成分[7]。

本研究對紅樹莓果醋的制作工藝進(jìn)行優(yōu)化，主要對發(fā)酵溫度、初始糖度和發(fā)酵溫度單因素進(jìn)行分析，再進(jìn)行正交試驗分析，從而獲得紅樹莓果醋制作的最佳加工工藝[8]。除此之外，應(yīng)用氣相色譜-質(zhì)譜分析法對紅樹莓中的香氣成分進(jìn)行分析，旨在為紅樹莓果醋的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紅樹莓、白砂糖、干酵母、碳酸氫鈉、果膠酶和氫氧化鈉。

1.2 試驗儀器

培養(yǎng)箱、電子天平、水浴鍋、氣相色譜-質(zhì)譜儀、集熱恒溫加熱磁力攪拌器和萃取頭。

1.3 試驗方法

1.3.1 紅樹莓果醋制作工藝流程

操作要點(diǎn)：紅樹莓的選擇和處理：采摘無病蟲害、新鮮的紅樹莓，打漿處理；酶解：打漿后添加果膠酶，在40 ℃的條件下酶解60 min，添加少許碳酸氫鈉；添加酵母菌：取活性干酵母按照固液比1∶10溶解于蔗糖水中，在40 ℃的條件下活化30 min；殺菌：將紅樹莓果醋灌裝后，在70 ℃的水浴中加熱20 min，獲得成品[10]。

1.3.2 發(fā)酵溫度對紅樹莓果醋的影響

將紅樹莓果汁的初始糖度調(diào)節(jié)為220 g/L，調(diào)節(jié)pH為4.0，接入5%的酵母菌，研究不同的發(fā)酵溫度22，24，26，28，30，32 ℃對紅樹莓果醋品質(zhì)的影響[11]。

1.3.3 初始糖度對紅樹莓果醋的影響

將紅樹莓果汁的pH調(diào)節(jié)為4.0，接入5%的酵母菌，溫度調(diào)節(jié)為26 ℃，研究不同初始糖度160，180，200，220，240，260 g/L對紅樹莓果醋品質(zhì)的影響[12]。

利用SPSS 16.0軟件對49個樣點(diǎn)土壤的8項養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，并對各土壤樣品的綜合得分以歐式距離為衡量土壤間差異大小的指標(biāo)，采用類平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類。主成分分析的主要運(yùn)算步驟包括[7]：

1.3.4 酵母菌接種量對紅樹莓果醋的影響

將紅樹莓果汁的初始糖度調(diào)節(jié)為220 g/L，調(diào)節(jié)pH為4.0，發(fā)酵溫度為26 ℃，研究不同酵母菌接種量3%、4%、5%、6%、7%和8%對紅樹莓果醋品質(zhì)的影響[13]。

1.3.5 紅樹莓果醋制作的正交試驗

在單因素的基礎(chǔ)上對紅樹莓果醋工藝進(jìn)行顯著性分析，將發(fā)酵溫度、初始糖度和酵母菌接種量3個因素進(jìn)行正交優(yōu)化試驗分析，以酒精度作為指標(biāo)進(jìn)行L9(34)正交優(yōu)化試驗，獲得最佳的加工工藝條件，因素水平設(shè)計條件見表1[14]。

表1 紅樹莓果醋制作正交因素影響試驗Table 1 Effect of orthogonal factors on the preparation of red raspberry fruit vinegar

1.3.6 紅樹莓果醋香氣成分提取流程

紅樹莓果醋中香氣成分的提取采用頂空固相微萃取法，取發(fā)酵完成后的紅樹莓果醋5 mL，將其添加至容積有20 mL的頂空萃取樣品瓶中，將樣品放置于恒溫磁力攪拌器中，在溫度為50 ℃的恒溫箱中放置15 min，將已經(jīng)活化的萃取頭插入頂空位置，距離液面1 cm吸附60 min，吸附結(jié)束后，將萃取頭插入氣相色譜儀中，在250 ℃條件下解吸7 min[15-16]。

利用質(zhì)譜全離子掃描圖與NIST 05標(biāo)準(zhǔn)譜圖做對比，對紅樹莓果醋中的香氣成分做定性分析，采用面積歸一的方法對香氣含量進(jìn)行計算[17]。

2 紅樹莓果醋制作單因素試驗

2.1 發(fā)酵溫度對紅樹莓果醋的影響分析

圖1 發(fā)酵溫度對紅樹莓果醋的影響Fig.1 The effect of fermentation temperature on red raspberry fruit vinegar

2.2 初始糖度對紅樹莓果醋的影響分析

由圖2可知，隨著紅樹莓果醋中初始糖度的增加，紅樹莓果醋中的酒精度先升高而后逐漸趨于平穩(wěn)。當(dāng)初始糖度低于220 g/L時，紅樹莓果醋中的酒精度隨著初始糖度的增加而增加；當(dāng)初始糖度高于220 g/L時，紅樹莓果醋中的酒精度基本保持不變。這是由于糖度增加到一定濃度時，酵母菌的分解趨于飽和，不能夠分解多余的糖分。所以選用初始糖度為220 g/L作為最佳的糖度，過高的糖度會影響紅樹莓果醋本身的風(fēng)味[19]。

圖2 初始糖度對紅樹莓果醋的影響Fig.2 The effect of initial sugar content on red raspberry fruit vinegar

2.3 酵母菌接種量對紅樹莓果醋的影響分析

由圖3可知，紅樹莓果醋中的酒精度隨著酵母菌接種量的增加先增加后降低，當(dāng)酵母菌的接種量在3%～5%的范圍內(nèi)時，紅樹莓果醋的酒精度隨著酵母菌接種量的增加而逐漸增加，當(dāng)酵母菌的添加量為5%時，紅樹莓果醋中的酒精度含量最高，為11.8%；當(dāng)酵母菌的添加量高于5%時，紅樹莓果醋中酒精度逐漸下降，這是由于過多添加酵母菌，繁殖時消耗大量的糖分，從而導(dǎo)致紅樹莓果醋中的酒精度下降，所以選擇酵母菌接種量為5%作為最佳的酵母菌接種量。

圖3 酵母菌接種量對紅樹莓果醋的影響Fig.3 The effect of yeast inoculation amount on red raspberry fruit vinegar

3 紅樹莓果醋制作正交優(yōu)化試驗結(jié)果分析

為了獲得紅樹莓果醋制作的最佳工藝條件，通過L9(34)正交試驗進(jìn)行優(yōu)化，在單因素的基礎(chǔ)上，將發(fā)酵溫度、初始糖度和酵母菌接種量作為考察因素，由單因素試驗確定條件范圍，X、Y和Z分別代表溫度、初始糖度和酵母菌接種量，以酒精度作為指標(biāo)，試驗設(shè)計和結(jié)果見表2。

表2 正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental design and results

由表2可知，影響紅樹莓果醋發(fā)酵的因素順序是酵母菌接種量>初始糖度>溫度，優(yōu)化后的最佳組合為X0Y-1Z1，即發(fā)酵溫度26 ℃、初始糖度200 g/L和接種量6%，在此條件下發(fā)酵的紅樹莓果醋酒精度達(dá)到13.88% vol，發(fā)酵足夠徹底。

4 紅樹莓果醋香氣成分分析

取出紅樹莓發(fā)酵結(jié)束后的果醋，樣品經(jīng)過處理后，使用GC-MS進(jìn)行分析，檢測出的揮發(fā)性成分含量見表3。

表3 紅樹莓果醋發(fā)酵后揮發(fā)性成分分析Table 3 Analysis of volatile components of red raspberry fruit vinegar after fermentation

續(xù) 表

由表3可知，紅樹莓果醋發(fā)酵結(jié)束后一共檢測到37種揮發(fā)性物質(zhì)，相對含量占總含量的79.18%。其中，醇類物質(zhì)一共有9種，相對含量為45.78%，醇類物質(zhì)中，含量最高的為乙醇，相對含量為30.23%，其次是庚醇、丁二醇、3-甲基-1-丁醇和2-甲基-1-戊醇，相對含量分別為4.1%、3.6%、3.2%和2.1%，其余的4種醇對紅樹莓果醋的香氣成分貢獻(xiàn)較小，相對含量為2.55%；酯類一共有11種，相對含量為19.73%，含量最多的為乙酸苯乙酯、正己酸乙酯和苯乙酸乙酯，相對含量分別為7.89%、5.67%和3.22%，其余8種成分的含量為2.95%；烴類一共檢測出8種揮發(fā)性成分，相對含量為10.71%，其中含量最多的為6-三甲基二環(huán)庚-2-烯和苯乙烯，相對含量分別為4.11%和3.45%，其余6種成分的相對含量為3.15%；酮類一共檢測出3種揮發(fā)性成分，相對含量為2.44%；其他類型的揮發(fā)性成分檢測出6種，相對含量為0.52%。

5 小結(jié)

本試驗通過對紅樹莓果醋的制作工藝及基本香氣成分進(jìn)行研究，以酒精度作為指標(biāo)，對發(fā)酵溫度、酵母菌添加量和初始糖度3個因素進(jìn)行單因素試驗，獲得的最佳工藝條件為：發(fā)酵溫度26 ℃、初始糖度220 g/L和酵母菌液添加量5%；經(jīng)正交試驗優(yōu)化獲得的最佳工藝為發(fā)酵溫度26 ℃、初始糖度200 g/L和接種量6%；采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對紅樹莓果醋中的香氣成分進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明紅樹莓果醋中含有37種香氣成分，其中包括9種醇類、11種酯類、8種烴類、3種酮類和6種其他揮發(fā)性成分。