二氧化硫?qū)λ{(lán)莓酒發(fā)酵動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)變化的影響

荊紅彭，劉明，陳曉明*，郭豐利，郭意如*

1(天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工技術(shù)研究所，天津，300384)2(國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心(天津)， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300384) 3(天津多吉果酒工程技術(shù)有限公司，天津，301723)

藍(lán)莓酒是將藍(lán)莓鮮果或凍果經(jīng)過破碎、發(fā)酵、陳釀等工藝釀制而成的發(fā)酵酒[1-2]，在人們普遍注重營養(yǎng)健康的時(shí)代，消費(fèi)者對具有低酒精度、保留藍(lán)莓果的特有香氣和天然營養(yǎng)成分的藍(lán)莓酒需求量在增加[3-4]。在藍(lán)莓酒的發(fā)酵前期通常會(huì)添加適量的SO2來抑制雜菌生長繁殖和延緩果酒中多酚、單寧、色素等物質(zhì)的氧化[5-7]。商業(yè)釀酒酵母最高可抗25 mg/L的游離SO2，添加50 mg/L的SO2約有50%變?yōu)橛坞xSO2，50 mg/L的SO2添加量不會(huì)對釀酒酵母有抑制作用，同時(shí)可有效防止果汁的氧化[8]。前人研究均發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵液中添加50 mg/L的SO2釀造出的藍(lán)莓酒花青素含量更高，綜合感官分值最高[9-11]。

在發(fā)酵基質(zhì)中添加的SO2除了以游離態(tài)的形式存在外，還會(huì)和糖、乙醛、色素等不同物質(zhì)結(jié)合以結(jié)合態(tài)的形式存在，2種形態(tài)的SO2以不同方式影響著藍(lán)莓酒的發(fā)酵進(jìn)程和理化、感官指標(biāo)[12]。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，微生物發(fā)酵產(chǎn)物形成、底物消耗，可以采用數(shù)學(xué)建模的方法來研究發(fā)酵期間酒精生成和總糖消耗的動(dòng)態(tài)平衡和內(nèi)在規(guī)律。有學(xué)者分別應(yīng)用不同模型研究了山葡萄酒、黑加侖果酒、沙棘果酒在發(fā)酵過程中發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的變化規(guī)律，通過非線性模擬建立了果酒的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型[13-15]。

目前在藍(lán)莓酒釀造期間存在著SO2帶來的不確定因素，其對發(fā)酵過程本身品質(zhì)影響的研究還不夠深入，同時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)SO2對藍(lán)莓酒發(fā)酵過程中酒精生成、糖基質(zhì)消耗等發(fā)酵動(dòng)力學(xué)影響的研究。本試驗(yàn)采用經(jīng)典的DoseResp模型、Boltzmann模型、logistic模型對藍(lán)莓酒發(fā)酵過程中酒精度和總糖含量的變化進(jìn)行非線性擬合，建立藍(lán)莓酒發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)對發(fā)酵期間藍(lán)莓酒的總酸、揮發(fā)酸、干浸出物、總SO2含量進(jìn)行測定，并對不同陳釀時(shí)期的藍(lán)莓酒做感官評定，探究50 mg/L的SO2添加量對藍(lán)莓酒品質(zhì)的影響，以期為藍(lán)莓酒生產(chǎn)中發(fā)酵環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)控制提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

藍(lán)莓凍果，江蘇萬新藍(lán)莓種植園；F33型葡萄酒活性干酵母、Clarification果膠酶，法國拉福德公司；Enartis Winy K2S2O5，意大利愛賽科有限公司；木棉花白砂糖，廣西東門南華糖業(yè)有限責(zé)任公司；CuSO4、酒石酸鉀鈉、NaOH、無水葡萄糖、碘等試劑皆為分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

AS 220.X2(教育版) 1/10000分析天平，波蘭瑞戈威電子衡器有限公司；DHP—120型電熱恒溫培養(yǎng)箱，天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司；小型304不銹鋼發(fā)酵桶、陳釀罐，天津市津樂金屬制品有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 藍(lán)莓果酒釀造工藝

藍(lán)莓→選果→清洗→破碎打漿→酶解→成分調(diào)整→發(fā)酵→除酒腳→陳釀

1.3.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

稱取100 kg優(yōu)質(zhì)藍(lán)莓凍果，均分成2份，在20 ℃室溫環(huán)境下化凍24 h后進(jìn)行破碎打漿處理，將藍(lán)莓果漿分別置于2個(gè)小型不銹鋼發(fā)酵桶內(nèi)，加入發(fā)酵液總體積0.003%的Laffort-Clarification果膠酶、0.02%的F33酵母(使用前進(jìn)行活化：將10倍酵母質(zhì)量的發(fā)酵液升溫到35～40 ℃，干酵母倒入后輕輕攪拌使其無結(jié)塊，靜置15 min)，EG處理組在添加酵母的同時(shí)加入相當(dāng)于質(zhì)量濃度為50 mg/L的SO2水溶液(1 gEnartis Winy K2S2O5可以產(chǎn)生約0.56 g的SO2)，CG組不做處理作為對照。在18～25 ℃下進(jìn)行控溫發(fā)酵，每12 h對發(fā)酵桶搖勻1次，每2 d取適量發(fā)酵液測定藍(lán)莓酒的理化指標(biāo)，并進(jìn)行1次感官評定，具體樣品處理方法見表1。

表1 樣品處理方法Table 1 Sample processing methods

1.3.3 檢測方法

1.3.3.1 理化指標(biāo)

乙醇含量、殘?zhí)菨舛取⒖偹?滴定酸)濃度、干浸出物含量、揮發(fā)酸濃度、總SO2含量均按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32783—2016《藍(lán)莓酒》規(guī)定執(zhí)行。

1.3.3.2 感官評價(jià)

參照文獻(xiàn)[16-17]的方法，由有果酒品嘗基礎(chǔ)的10名研究人員分別對發(fā)酵結(jié)束后、陳釀3個(gè)月、陳釀6個(gè)月的藍(lán)莓酒樣進(jìn)行品評(CG和EG處理組隨機(jī)編號)，從色澤、光澤度、澄清度、香氣、典型性、酸味、持久性、整體平衡感8個(gè)方面采用十點(diǎn)強(qiáng)度量化進(jìn)行感官評價(jià)，結(jié)果用感官分析雷達(dá)圖進(jìn)行展示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，采用Origin 2017進(jìn)行作圖分析，選取適合的模型對發(fā)酵液乙醇含量、殘?zhí)呛窟M(jìn)行非線性擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)莓果酒發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型

2.1.1 酒精生成動(dòng)力學(xué)模型

由表2可知，3種模型對酒精生成情況進(jìn)行擬合，對CG組模擬效果最好的是DoseResp模型和Boltzmann模型，判定系數(shù)均為0.999 17，能夠較好地反應(yīng)對照組酒精生成的情況；而logistic模型對EG組擬合效果最好，R2=0.999 75。此時(shí)CG組判定系數(shù)為0.997 52，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他2組模型，所以綜合選取DoseResp模型和Boltzmann模型對藍(lán)莓酒發(fā)酵過程酒精生成情況進(jìn)行定量描述，擬合曲線圖由圖1和圖2所示。

表2 酒精生成的擬合方程及其擬合優(yōu)度Table 2 Fitting equation of alcohol formation and its goodness of fit

圖1 DoseResp模型酒精生成擬合曲線Fig.1 Fitting curve of alcohol formation in DoseResp model

圖2 Boltzmann模型酒精生成擬合曲線Fig.2 Fitting curve of alcohol formation in Boltzmann model

2.1.2 總糖消耗(殘?zhí)?動(dòng)力學(xué)模型

由表3可得，與酒精生成擬合效果類似，DoseResp模型和Boltzmann模型均能較好表明總糖在發(fā)酵過程的消耗情況，CG組和EG組判定系數(shù)分別為0.980 02和0.995 48。故選用DoseResp模型和Boltzmann模型對藍(lán)莓酒發(fā)酵過程總糖消耗情況進(jìn)行定量描述，擬合曲線如圖3和圖4所示。EG組殘?zhí)呛肯陆邓俣容^CG組快，結(jié)合酒精生成曲線可知：發(fā)酵液中添加50 mg/L的SO2對藍(lán)莓酒的發(fā)酵進(jìn)程無顯著影響。

表3 總糖消耗的擬合方程及其擬合優(yōu)度Table 3 Fitting equation of total sugar consumption and its goodness of fit

圖3 DoseResp模型總糖消耗擬合曲線Fig.3 Fitting curve of total sugar consumption in DoseResp model

圖4 Boltzmann模型總糖消耗擬合曲線Fig.4 Fitting curve of total sugar consumption in Boltzmann model

2.2 總酸(可滴定酸)含量的變化

藍(lán)莓酒中總酸(可滴定酸)含量一般以檸檬酸計(jì)，在發(fā)酵過程中總酸(可滴定酸)含量變化如圖5所示。0～2 d CG組和EG組的總酸含量幾乎沒有增長，CG組2 d的總酸值較EG組高0.2 g/L，2～6 d總酸含量顯著升高，4 d開始進(jìn)入增長遲緩期，6 d后總酸含量趨于穩(wěn)定，CG和EG總酸值分別為6.2、6.0 g/L。在發(fā)酵過程中CG組總酸含量均高于EG組，2組數(shù)據(jù)總體方差顯示P=0.777 86，說明SO2的添加對藍(lán)莓酒總酸無顯著影響(P>0.05)，這與劉彩婷等[9]采用50 mg/L的SO2對藍(lán)莓酒總酸含量的影響結(jié)果相似。

圖5 藍(lán)莓酒發(fā)酵期間總酸(可滴定酸)含量的變化Fig.5 Changes of total acid (titratable acid) content during fermentation of blueberry wine

2.3 可揮發(fā)性酸含量的變化

從圖6可以看出，0～2 d CG組與EG組的揮發(fā)酸含量均呈明顯上升趨勢，CG組2～10 d的揮發(fā)酸值在緩慢得增長，10 d達(dá)到0.35 g/L，EG組2～8 d的揮發(fā)酸值一直保持在0.20 g/L，10 d增長為0.24 g/L。可見，添加SO2對藍(lán)莓酒發(fā)酵期間揮發(fā)酸的生成有抑制作用，這與陳祖滿[18]研究的藍(lán)莓酒發(fā)酵過程中揮發(fā)酸含量的變化趨勢一致。

圖6 藍(lán)莓酒發(fā)酵期間揮發(fā)酸含量的變化Fig.6 Changes of volatile acid content during fermentation of blueberry wine

2.4 干浸出物含量的變化

由圖7可知，CG組 0～2 d的干浸出物含量隨發(fā)酵時(shí)間的延長有上升的趨勢，2 d有明顯下降的趨勢，4～8 d緩慢上升，從8 d開始明顯下降，直到10 d達(dá)到終點(diǎn)，期間2 d干浸出物含量達(dá)到最高值33.5 g/L，10 d干浸出物含量最低，為18.3 g/L；EG組干浸出物含量變化呈波浪式變化，0～2 d干浸出物含量明顯下降，2～4 d干浸出物值從20.8增長至26.3 g/L，4～6 d呈下降趨勢，8 d EG組干浸出物含量為27.1 g/L，與CG組差別不大，10 d干浸出物含量為17.3 g/L。2 d CG組和EG組干浸出物差值最大，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵初期SO2的存在結(jié)合了發(fā)酵液中一部分非揮發(fā)性物質(zhì)，并在蒸餾期間揮發(fā)出來。兩組的干浸出物含量均呈波浪式趨勢變化，這可能與發(fā)酵液中固形物、揮發(fā)性成分呈動(dòng)態(tài)變化有關(guān)。

圖7 藍(lán)莓酒發(fā)酵期間干浸出物含量的變化Fig.7 Changes of dry extract content during fermentation of blueberry wine

2.5 總SO2含量的變化

由圖8可知，EG組2 d內(nèi)發(fā)酵液的總SO2質(zhì)量濃度升至76 mg/L，并隨著發(fā)酵時(shí)間的延長逐漸呈下降趨勢，10 d發(fā)酵結(jié)束時(shí)總SO2質(zhì)量濃度為60 mg/L。CG組的總SO2含量隨發(fā)酵時(shí)間的延長有先增高后降低的趨勢，6 d升至最高值35 mg/L，10 d降至20 mg/L。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，CG組在未加K2S2O5的情況下總SO2值也在升高，這可能與藍(lán)莓果采摘后用一定量的SO2或SO2制品來防腐保鮮有關(guān)[19]。分子態(tài)SO2一部分在打循環(huán)時(shí)被產(chǎn)生的CO2氣體帶出發(fā)酵罐，一部分繼續(xù)變成結(jié)合態(tài)SO2，在發(fā)酵后期EG和CG組總SO2含量均呈下降趨勢，這與牟京霞等[12]的研究結(jié)果相似。

圖8 藍(lán)莓酒發(fā)酵期間總SO2含量的變化的影響Fig.8 Changes of total SO2 content during fermentation of blueberry wine

2.6 感官指標(biāo)的變化

由圖9-a所示，發(fā)酵結(jié)束后的藍(lán)莓酒酸感最強(qiáng)，澄清度較差，整體平衡感弱，EG組因?yàn)樘砑覵O2的緣故色澤稍淺，香氣不如CG組濃郁，有些許“硫臭味”，平衡感較CG弱，但光澤度稍好。陳釀3個(gè)月的感官雷達(dá)圖如圖9-b所示，CG組和EG組整體上差別不大，EG組光澤度較CG對照組好。陳釀6個(gè)月EG組色澤、光澤度、典型性要優(yōu)于CG組(圖9-c)。由圖9可以看出，隨著陳釀時(shí)間的延長，藍(lán)莓酒的澄清度變高，典型性和整體平衡感變強(qiáng)，酸感減弱，香氣、持久性、基本無明顯變化。這與劉彩婷等[9]、SUN等[20]的結(jié)果類似。添加SO2會(huì)使發(fā)酵結(jié)束后的藍(lán)莓酒顏色衰褪，但在陳釀期間顏色也基本保持不變，這與LI等[21]的研究結(jié)果一致。CG組酒體抗氧化能力弱，酒體顏色由發(fā)酵結(jié)束后的紫黑色變?yōu)樽霞t色。

a-發(fā)酵結(jié)束后;b-陳釀3個(gè)月;c-陳釀6個(gè)月圖9 藍(lán)莓酒感官分析雷達(dá)圖Fig.9 Sensory analysis radar map of blueberry wine

EG組發(fā)酵結(jié)束后的香氣感官值較差，但隨著陳釀的進(jìn)行，香氣值與CG組相同。綜上可知，添加SO2雖然對藍(lán)莓酒發(fā)酵結(jié)束后的顏色、香氣造成一定影響，但在后期陳釀階段有利于酒體顏色的保持，香氣也隨著酒中SO2量的減少而變得濃郁、怡人。

3 結(jié)論與討論

世界范圍內(nèi)對于在果酒釀造中添加SO2一直爭議不斷，目前有一些果酒、葡萄酒酒廠在嘗試用一些方法代替添加SO2，如：用澄清劑吸附酚類物質(zhì)或添加抗氧化劑或天然抗氧化提取物來避免酒體氧化，但這種處理會(huì)對酒的香氣和典型性有影響；控制酒與氧氣的接觸，在酒倒罐和處理時(shí)進(jìn)行惰性氣體保護(hù)，這無疑增加了操作的復(fù)雜性和釀酒成本；添加殼聚糖、防腐劑、多肽類來抑制雜菌還處于試驗(yàn)階段，并未在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。綜上，目前在果酒規(guī)模化生產(chǎn)中SO2依然是不可或缺的食品添加劑。

本研究應(yīng)用DoseResp模型和Boltzmann模型建立了有SO2參與的藍(lán)莓酒發(fā)酵過程中酒精生成和殘?zhí)窍牡陌l(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型，綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析可知，50 mg/L的SO2對藍(lán)莓酒的發(fā)酵進(jìn)程總酸(可滴定酸)濃度、干浸出物含量無顯著影響，能將酒中揮發(fā)酸含量從0.35降至0.24 g/L。發(fā)酵結(jié)束的酒體顏色稍淺、有少許“硫臭味”，但在陳釀階段能夠保持較穩(wěn)定的酒體顏色，香氣也隨著游離SO2的消耗而逐漸變得濃郁、怡人。研究結(jié)果為釀酒師在藍(lán)莓酒發(fā)酵階段使用SO2提供了參考，目前研究還局限于小試階段，工業(yè)化生產(chǎn)還需要綜合考慮發(fā)酵液的pH值與硫平衡、SO2與原花色素是否結(jié)合等諸多因素。