混合發酵對早酥梨-美樂低醇桃紅果酒品質的影響

趙婕,袁倩,張序,楊學山,2,祝霞,2*

1(甘肅農業大學 食品科學與工程學院,甘肅 蘭州,730070)2(甘肅省葡萄與葡萄酒工程學重點實驗室,甘肅 蘭州,730070)

備受年輕消費者青睞的低醇果酒(酒精度<7%vol),既含有豐富的生物活性成分,還可以降低酒精對人體的危害,已逐漸成為延伸水果產業鏈、提升產業效益的重要深加工方式[1]。早酥梨在甘肅多地廣泛種植,形成了僅次于蘋果的第二大水果產業[2]。然而,目前關于早酥梨低醇酒的研究還十分有限。研究表明,選擇早酥梨作為唯一釀酒原料發酵的梨酒,通常存在口感寡淡、酒體渾濁、香氣不足等問題[3]。因此,十分有必要深入探討改善梨酒香氣和感官品質的新工藝和方法。

利用不同原料間的優勢互補,將多種水果原料復合發酵是提升果酒品質的有效手段[4]。SANGEETA等[5]通過檢測原料中含有葡萄的復合果酒,發現每種果汁都可以賦予復合果酒獨特的風味。WANG等[6]為解決梨酒口感苦澀的問題,將梨與山楂進行復配,得到一款綜合品質更高的復合果酒。此外,酵母是果酒發酵香氣形成的主要貢獻者,采用混菌發酵也是調節果酒香氣品質的有益方式[7]。王鐵儒等[8]利用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用(headspace solid phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass,HS-SPME-GC-MS)與電子鼻技術結合感官分析,發現混菌發酵對獼猴桃酒揮發性成分影響顯著。YANG等[9]發現混菌發酵能顯著影響早酥梨-蘋果酒中酯類和醇類含量,改變果酒香氣特征。美樂作為河西走廊葡萄酒產區的主栽品種之一,口感柔順,酸度和單寧適中,果香濃郁,常用于與其他釀酒葡萄品種混釀。將其與含糖量較低的早酥梨進行復配發酵,既可避免傳統果酒發酵過程中的人工加糖,又可生產深受女性和年輕消費者喜愛的桃紅酒,但其工藝技術尚未見報道。

本試驗以產自甘肅河西走廊的早酥梨及釀酒葡萄‘美樂’為試驗原料,將不同比例復配的梨汁與葡萄汁進行混菌發酵,采用氣相色譜-質譜聯用技術和更為客觀、準確的模糊數學感官評價法,探討果汁不同復配比例對復合低醇果酒品質的影響,以期為開發高品質新型果酒提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

釀酒原料:早酥梨購自甘肅武威,還原糖為55.80 g/L(以葡萄糖計),pH為4.03,可同化氮為85.12 mg/L;釀酒葡萄‘美樂’ 2021年9月采摘自甘肅莫高葡萄種植基地,還原糖為196.54 g/L(以葡萄糖計),pH為3.56,可同化氮為206.08 mg/L。

釀酒輔料:果膠酶(100 000 U/g),上海源葉生物科技有限公司;釀酒酵母SaccharomycescerevisiaES 488(ES 488),意大利Enartis公司;非釀酒酵母Metschnikowiapulcherrima346(Mp346),法國Lalle-mand公司;偏重亞硫酸鈉,天津市光復精細化工研究所。

主要試劑:氫氧化鈉、無水葡萄糖、硫酸銅、酒石酸鉀鈉均為分析純,天津市光復精細化工研究所;碳酸鈣、檸檬酸、L-抗壞血酸均為食品級(一級)河南萬邦實業有限公司;2-辛醇(色譜純),美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

SPX-150-Ⅱ型生化培養箱、SHH·W21·600S型恒溫水浴鍋,上海躍進醫療器械有限公司;PAL-2型數顯手持折光儀,日本愛宕ATAGO公司;pHS-3C型精密pH計,上海雷磁儀器廠;1810D型摩爾超純水機,上海摩勒科學儀器有限公司;TRACE 1310-ISQ型氣相色譜-質譜聯用儀、Genesis 10s型紫外可見分光光度計,美國Thermo Scientific公司;固相微萃取裝置、50/30 μm型萃取頭,美國Surpelco公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 釀造工藝

1.3.1.1 葡萄汁前處理工藝流程

葡萄汁前處理工藝流程如下:

釀酒葡萄‘美樂’ →分選、除梗→破碎(加SO2和果膠酶)→浸漬24 h(8 ℃)→分離→葡萄汁

1.3.1.2 低醇早酥梨酒發酵工藝流程

參考本實驗室宋欣芫等[10]的工藝流程如下:

早酥梨→挑選、清洗→切塊、去核→護色→榨汁(加SO2)→酶解(果膠酶)→過濾→成分測定及調整→接種酵母→離心

1.3.1.3 早酥梨-美樂低醇復合果酒發酵工藝流程

復合果酒發酵工藝流程如下：

梨汁、葡萄汁混合→成分測定及調整→接種酵母→混菌發酵→離心→成品

1.3.1.4 操作要點

(1)梨汁的制備:一定量的早酥梨在清洗、去核切塊后,置于15 mg/L 維生素C 和1 000 mg/L 檸檬酸的混合溶液中進行護色,30 min 后,榨汁并添加60 mg/L SO2,以減弱果汁褐變并抑制有害微生物活性。在40 ℃條件下酶解3 h(果膠酶的用量為100 mg/L)后用8 層紗布過濾。

(2)葡萄汁的制備:按70%的出汁率稱取一定量的‘美樂’葡萄。在除梗、破碎后,添加40 mg/L SO2、100 mg/L果膠酶。破碎后的葡萄置于5 L 發酵罐中進行低溫浸漬,24 h 后用4 層紗布進行皮渣分離。

(3)成分測定及調整。根據17～18 g/L 的糖產生1%vol酒精,控制潛在酒精度<7%vol,向梨汁中添加一定體積葡萄汁,利用檸檬酸或碳酸鈣分別調整果汁的初始pH。

(4)接種酵母。按說明書推薦方法進行酵母活化,釀酒酵母和非釀酒酵母接種量均為0.2 g/L,先接種非釀酒酵母Mp346,48 h后接種釀酒酵母ES 488。

(5)離心澄清。發酵完成后的酒樣以3 500 r/min進行離心澄清。

1.3.2 早酥梨-美樂低醇復合果酒復配比例的確定

以純梨酒為對照組,將8 ℃低溫浸漬24 h后的葡萄汁與梨汁分別按照體積比60∶40、50∶50、40∶60進行混合后,各取4.5 L混合果汁,調整初始pH為4.0后接種酵母,在(20±1)℃進行混菌發酵。發酵結束后測定發酵復合果酒中的基本理化指標、顏色指標、活性物質、揮發性香氣化合物并進行模糊數學感官評價,結合香氣化合物和感官評分確定梨汁與葡萄汁的最佳復配比例。每組試驗重復3次。

1.3.3 基本理化指標測定

還原糖、總酸、揮發酸、pH測定參照國標GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。酒精度測定參照GB 5009.225—2016《食品安全國家標準酒中乙醇濃度的測定》。總酚、總花色苷參照高雨寒等[11]的方法。

1.3.4 顏色指標的測定

顏色指標的測定包括色度-色調以及通過CIELAB顏色空間值獲取顏色參數L*(亮度)、a*(紅綠坐標)、b*(黃藍坐標)、C*(色度)和H*(色相角)。

1.3.4.1 色度-色調的測定

參考馬騰臻等[12]的方法,并稍作修改。準確吸取酒樣1 mL,用與酒樣相同pH的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液定容至10 mL容量瓶中,取稀釋后的酒樣于1 cm×1 cm比色皿中,分別在420、520、620 nm下測定吸光度值,三者之和為該酒樣的色度值,前兩者吸光值之比即為色調值。每組重復測定3次。

1.3.4.2 CIE參數的測定

參照高雨寒等[11]的方法,并稍作修改。樣品經0.45 μm水系濾膜過濾后,選擇1 cm×1 cm比色皿,分別測定其在440、530、600 nm處的透光率。以純水作為對照,建立CIE顏色坐標系,計算各供試樣品的L*、a*和b*值。每個樣品重復測定3次。

1.3.5 揮發性香氣化合物測定

參照祝霞等[13]方法,香氣化合物含量利用內標法進行定量分析。通過NIST-11、Wiley及香精香料譜庫對揮發性物質譜圖進行檢索比對,并結合人工圖譜解析確認化學成分。對已有標準品的高級醇、酯類和萜烯類等化合物,利用標準曲線(R2>0.995)定量;無標準品的化合物采用化學結構、官能團相似、碳原子數相近的標準物質進行半定量。氣味活性值(odor active value,OAV)為化合物質量濃度與嗅覺閾值的比值。

1.3.6 模糊數學感官評價

1.3.6.1 模糊數學方法的建立

參考安攀宇等[14]的方法,建立模型進行分析。評價因素集U,即構成產品感官品質的評價指標。本研究中,果酒的評定因素有外觀、香氣、滋味、典型性4個評價指標,表示為U={U1,U2,U3,U4}。每個因素設定優、良、差3個等級進行評定,得到本實驗的評定等級集,V={V1,V2,V3}={優,良,差}。參照陳永浩等[15]方法,采用9分制,取各等級分數的中間值為對評價等級賦分(表1),即有評價等級W={W1,W2,W3}={8,5,2}。

各評價指標對果酒感官評價的影響程度不同,因此需要考慮4個評價指標的權重。實驗通過調查20名食品專業的學生(10名男生,10名女生,均無任何身體缺陷),對4個評價指標進行權重分析,并取平均值,從而得到權重集K,K={0.235,0.265,0.285,0.215}。

1.3.6.2 模糊矩陣的確立和模糊轉換

按照不同等級對前期所得評價結果進行劃分,并統計各等級的票數,然后將各等級票數分別除以總票數即得到模糊關系矩陣A,進而得到第i個樣品的評價結果Yi=K×Ai,該樣品的綜合評價矩陣B也可得出,即Bi=Yi×W。

1.3.6.3 感官評價

實驗將1.3.6.1 的4個指標作為評定對象,由感官評定小組(5名男性和5名女性),參照YANG等[3]方法,以果酒感官質量評定標準(表1)進行感官評價。

表1 感官品質評價標準Table 1 Criteria of sensory evaluation

1.3.7 數據分析

所有數據的基本處理均利用2010軟件,用TBtools繪制熱圖,用Graphpad Prism 9.0繪制其他圖。通過IBM SPSS Statistics 26.0軟件進行數據分析,當P<0.05 時表示差異顯著。數據平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 復合果酒基本理化指標

不同復配比例發酵復合酒理化指標的測定結果見表2。所有酒樣均符合GB/T 15037—2006要求,且不同復配比例的復合果酒與純梨酒之間均有顯著差異(P<0.05)。不同復配比例發酵的果酒酒精度均低于<7%vol,符合低醇果酒定義,但不同果酒差異顯著(P<0.05),這是因為發酵前不同復配比例的果汁糖含量不同。果酒酸度主要對發酵產品的香氣和風味產生的影響,高水平的可滴定酸度意味著更大的緩沖能力,其水平可作為預測貨架期的指標[16]。供試酒樣pH降低,可滴定酸升高,其中40∶60(體積比)酒樣最高[(6.90±0.08) g/L]。通常,乙酸在果酒中被認為是一種不受歡迎的有機酸,當其濃度接近其氣味閾值[(0.8～1.2) g/L]時,會產生醋味[17]。然而較低含量的乙酸對果酒香味有積極影響。復合果酒揮發酸質量濃度在0.43～0.53 g/L,與對照[(0.25±0.00) g/L]相比差異顯著(P<0.05)。

2.2 復合果酒顏色分析

2.2.1 發酵酒樣顏色參數

顏色是桃紅酒最重要的感官特征之一。研究表明,桃紅酒的色度和色調主要取決于酚類化合物(總花色苷、總酚和類黃酮)的含量[18]。表3顏色參數測定結果表明,40∶60酒樣色度高于其他酒樣。色度與總酚、類黃酮以及花青素都有很強的相關性(表4)。復合果酒的總酚、類黃酮以及總花色苷含量均高于純梨酒,且差異顯著(圖1)。這是因為葡萄漿果中的活性成分有效的提取到復合果酒中,從而提高復合果酒中活性物質的含量,特別是總花色苷。3種復合果酒總酚含量分別高出對照組約15.06%、25.52%、33.46%,類黃酮依次為對照組的1.72、3.01、4.48倍。葡萄漿果能為成品復合酒提供更多的紅色成分,其中類黃酮可與花色苷形成輔色效應,有利于顏色的穩定。桃紅酒的色調均顯著低于純梨酒(表3),這是因為復合果酒含有更多總花色苷的緣故,且總花色苷含量越高,色調越低,對應的酒顏色越紅。40∶60酒樣色調為0.64±0.02,對應的總花色苷也最高[(131.93±0.80) mg/L]。

表2 果酒的理化指標Table 2 Physical and chemical indexes of fruit wine

表3 果酒色度-色調Table 3 Color intensity and hue of fruit wine

表4 色度與活性物質皮爾遜相關性系數Table 4 Correlation coefficient between chromaticity and active substance Pearson

2.2.2 發酵酒樣CIE參數

CLELab坐標體系系統地描述了早酥梨-美樂低醇桃紅果酒的顏色(表5)。CLE參數包括:L*,a*,b*以及與a*、b*相關的參數C*,H*[19]。由表5可知,3種復配比例對顏色影響較大。與純梨酒相比,復配改變了果酒的顏色,a*、b*、C*值均隨著葡萄汁體積比增加呈現上升趨勢。a*值越大,酒體顏色越紅,40∶60酒樣a*、b*值均最大,但與60∶40和50∶50酒樣相比,其b*值相對a*值在整體色澤呈現上占比較小,表明酒體黃色成分有限。故40∶60酒樣以紅色色調為主,60∶40酒樣以橙色色調為主。上述結果也可在色板圖獲得更直觀的表征(圖2)。復配后,L*、H*值均呈現下降趨勢,且40∶60酒樣H*值更趨于0,表明其紅色程度越深,可能與葡萄汁體積以及酒精度變化有關。葡萄汁可以提供更多的多酚物質,酒精度越高,花青素和酚類物質的提取效果越好。

圖1 不同酒樣類黃酮、總花色苷、總酚含量Fig.1 Flavonoids,total anthocyanins,and total phenol content of different wine samples注:**表示顯著,***表示極顯著,ns表示不顯著

表5 復合果酒的CIE參數Table 5 CIE chromaticity coordinates of compound fruit wine

a-V(梨汁)∶V(葡萄汁)=40∶60;b-V(梨汁)∶V(葡萄汁)=50∶50;c-V(梨汁)∶V(葡萄汁)=60∶40;d-V(梨汁)∶V(葡萄汁)=100∶0圖2 果酒顏色表征Fig.2 Color characterization of fruit wine

2.3 復合果酒香氣分析

2.3.1 發酵酒樣香氣化合物組成分析

不同復配比例釀造的復合酒中揮發性化合物的種類及含量分布見圖3。不同復配比例發酵酒樣共檢測出58種化合物,含量為1.22～2 254.11 μg/L,其中品種香氣化合物有8種,發酵香氣化合物有50種。3種復配比例的復合果酒較純梨酒香氣物質總量分別提高35.04%、52.11%、53.97%,表明不同果汁復配可以顯著提升果酒中揮發性香氣化合物的含量以及種類,這與張彥聰等[20]、尹延順等[21]結果一致。

復合果酒的品種香氣化合物種類和含量均高于純梨酒(圖3-a)。早酥梨-美樂復合果酒的品種香氣化合物主要由5種萜烯類,1種C13-降異戊二烯類,1種硫醇以及1種酚酸酯組成,其中萜烯類含量占到品種香含量約50%以上。酒樣中未檢出C6化合物以及甲氧基吡嗪,這可能與果實品種及品質有關。

發酵香氣化合物是構成果酒香氣的最主要成分,其含量和種類都占到了總體香氣物質的90%以上。復合果酒共檢測出13種高級醇類、8種乙酸酯、10種乙醇酯、6種其他酯、3種脂肪酸、3種苯乙基、4種羰基化合物、3種揮發性酚類化合物。由圖3-b～圖3- i可以看出,復配工藝可提升除部分高級醇以外的大多數香氣物質的含量。大多數高級醇是酵母發酵的副產物,可能會產生雜醇香、草香以及花香味,當含量高于300 mg/L時,會對果酒香氣產生負面影響[22]。本試驗中復配前后高級醇含量均低于300 mg/L,對香氣負面影響小。酒精發酵過程中產生的酯類物質,對香氣構成十分重要,圖3-c為乙酸酯類物質含量分布小提琴圖。隨著復配比例的改變,40∶60酒樣中乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸己酯、乙酸異丁酯、乙酸苯乙酯含量均高于其他處理組。這些乙酸酯多具有梨和熱帶水果味,但其氣味閾值通常也很高,因此對40∶60酒樣香氣貢獻有限。圖3-d為乙醇酯含量分布小提琴圖,乙醇酯多具有花香以及甜味,50∶50酒樣含量最高(798.47 μg/L)。脂肪酸對于酒中的芳香物質平衡非常重要,因為它們對相應酯的水解起到拮抗作用[23]。供試酒樣檢測到的脂肪酸種類和含量都較低(圖3-f),但其閾值都較高。圖3-g～圖3-i分別為苯乙基、羰基化合物、揮發性酚類化合物含量分布圖。除苯乙醇外,其他化合物含量都很低。其中苯乙基化合物多具有玫瑰花香味和堅果味,但其較高的閾值使得這一類物質對果酒香氣貢獻小。羰基化合物多具有生青味、揮發性酚類物質多具有香草味,且閾值低,然而當與其他氧化物結合時,可以增強果酒的發酵香氣[24]。

a-品種香氣化合物;b-高級醇類化合物;c-乙酸酯類化合物;d-乙醇酯類化合物;e-其他酯類化合物;f-脂肪酸類化合物;g-苯乙基類化合物;h-羰基化合物;i-揮發性酚類化合物圖3 不同復配比例復合酒樣中香氣物質含量分布Fig.3 Distribution of aroma substance content in compound wine samples with different compounding ratios

2.3.2 品種香氣化合物聚類分析

由香氣物質相對含量聚類熱圖(圖4-a)發現純梨酒與復合果酒香氣物質有明顯區分,并且聚類為兩大類。40∶60、50∶50酒樣紅色區域占比較多,表明這兩種果酒品種香氣化合物都處于一個較高的水平。水楊酸甲酯和香葉基丙酮在3種不同復配比例的果酒中含量都很高,在純梨酒中未檢測到水楊酸甲酯,這2種香氣化合物相對含量的變化可能是加入的葡萄汁引起的。50∶50酒樣的香茅醇、橙花醇、芳樟醇、3-甲硫基-1-丙醇、香葉基丙酮在所有處理組中最高。40∶60酒樣的香葉醇、大馬士酮、水楊酸甲酯在所有處理組中最高。萜烯類和C13-降異戊二烯類物質對果酒花香以及甜果香有著重要作用,不同品種水果復配可賦予單一果酒豐富的品種香氣化合物,并與原有的化合物產生協同作用,使得復合果酒品種香更復雜。

2.3.3 發酵香氣化合物聚類分析

通過比較4種果酒發酵香氣相對含量,發現與品種香類似,復合果酒發酵香較純梨酒有明顯區分,其聚類結果也可分為兩大類(圖4-b)。香氣物質相對含量較高的40∶60和50∶50酒樣分為一類,反之為另一類。50∶50酒樣紅色區域占比約為2/3,40∶60酒樣約為1/2。50∶50酒樣香氣物質相對含量較高的多為乙醇酯類(如月桂酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、棕櫚酸乙酯等)、其他酯類(如丙酸異戊酯等)、一些脂肪酸(辛酸)以及苯乙基化合物(苯甲醇)。40∶60香氣物質相對含量較高的多為乙酸酯類以及高級醇、脂肪酸和少量揮發性酚類物質。向梨汁中添加一定體積的葡萄汁對于改善發酵香氣具有積極作用,有利于豐富其中酯類、高級醇以及脂肪酸的相對含量,塑造果酒的風味特性。

2.3.4 復合果酒香氣化合物主成分分析

對發酵香氣OAV>0.1的16種化合物提取主成分進行分析,前兩個主成分上香氣化合物的因子載荷圖以及酒樣分布見圖5。前兩個主成分分別占總方差的66.67%和20.26%,基本可以反映變異數據89.93%的信息。大部分化合物以及復合果酒酒樣均分布于PC1的正半軸,其中中鏈脂肪酸酯、2,3丁二醇、甲基丁香酚、芳樟醇位于第一象限,而乙酸酯、羰基化合物、苯乙醇、大馬士酮位于第四象限。50∶50酒樣位于第一象限,周圍分布的物質最多,40∶60酒樣位于第四象限,周圍分布的多為乙酸酯、羰基化合物。分析可知,梨汁與葡萄汁復合發酵有利于乙酸酯、中鏈脂肪酸酯以及品種香的增加,賦予復合果酒花香味(玫瑰)、熱帶水果味(菠蘿、香蕉)以及甜果味(梨、櫻桃),它們單獨或協同作用,構成了復合果酒獨特的香味。

a-品種香;b-發酵香圖4 不同復配比例復合酒樣中香氣物質聚類熱圖Fig.4 Cluster heat map of aroma substances in compound wine samples with different compounding ratios

圖5 前兩個主成分上發酵香氣化合物的因子載荷圖以及酒樣分布圖Fig.5 Factor load diagram and wine sample distribution diagram of fermented aroma compounds on the first two principal components

2.4 復合果酒感官評價

2.4.1 果酒模糊數學感官綜合評價結果

由10名感官評價小組成員對4種果酒進行評價(表6)。

以100∶0發酵酒樣的4個評價指標為例,對該酒樣的第一個指標外觀0人評價優,2人評價良,8人評價差,分別計算出各等級評價人數占總人數的比例,即有:外觀U1=|0.0 0.2 0.8|；同理可得香氣U2 = |0.0 0.8 0.2|；滋味U3=|0.3 0.7 0.0|；典型性U4=|0.0 1.0 0.0|。

根據調查結果權重集K=|0.235 0.265 0.285 0.215|,令評價結果為Y,按照標準的模糊綜合評判數學模型:Yi=K×Ai計算各樣品評價結果。

同理Y2=|0.602 0 0.034 8 0.050 0|;

Y3=|0.828 5 0.143 0 0.028 5|;

Y4=|0.755 0 0.193 0 0.052 0|。

2.4.2 果酒模糊數學感官綜合評分

根據綜合評分公式:Bi=Yi×W,其中評價等級集W=|8 5 2|。

相較于普通感官評價,模糊數學對感官評定人員要求相對較低,最大程度避免由評價小組是否經過系統培訓、個人喜好以及背景知識差異等因素造成的誤差。黑枸杞-刺梨風味發酵乳[25]和沙棘-梨混合果汁[15]品質評價均證明模糊數學感官評分在食品感官領域的適用性。通過計算,50∶50酒樣感官評分最高,對照組100∶0酒樣最低,而40∶60和50∶50酒樣香氣更受感官評價員喜愛(表6),二者香氣投票結果一致,與熱圖(圖3)聚類結果一致。因構成感官的其他因素(外觀、滋味、典型性)評價員喜好不一,造成50∶50酒樣在感官評分上高于40∶60酒樣。

表6 復合酒感官評價投票結果Table 6 Voting results of sensory evaluation of compound wine

3 結論

本實驗以早酥梨和釀酒葡萄‘美樂’為釀酒原料,通過不同復配比例的果汁進行混菌發酵。50∶50(體積比)復配發酵酒樣呈現鮮艷的玫瑰紅,其相對含量較高的品種香氣以及發酵香氣化合物分布區域均較大,OAV>0.1的香氣化合物多位于PC1第一象限,可有效增強果酒的花香味、果香味;經計算模糊數學感官綜合評分為7.400 0,在4種果酒中最高。故早酥梨汁與‘美樂’葡萄汁以50∶50(體積比)復配對改善低醇果酒品質具有積極貢獻。