榅桲果醋的制備工藝優化及風味成分分析

劉艷全,張甜,丁真真,王敏潔,夏娜

(喀什大學 生命與地理科學學院,新疆 喀什 844000)

榅桲(CydoniaoblongaMill.),別名木梨,屬薔薇科榅桲屬落葉無刺喬木,主要在我國北方干旱地區及新疆種植,是一種古老的稀有珍貴果樹[1-2]。榅桲的開發利用價值高,果實富含糖、有機酸、氨基酸、果膠和維生素類,可鮮食[3-5];同時含有鞣質、肉豆蔻、異油酸甘油酯、揮發油、黃酮、杏仁苷和單寧,使其具有安神、降血壓、降血脂、抗血栓、清熱解毒、健胃消食和散酒氣等功效[6-10]。榅桲具有獨特的芳香味和顏色,可用來制備調味料、調香和調色[11]。目前國內外對榅桲的研究主要集中在種植、種質資源、營養成分和提取物功能方面,對榅桲產品的研究及開發少。隨著人們健康意識的增強,榅桲獨特的活性成分和風味將越來越受到人們的關注,可將榅桲加工成糖漿、果醬、精華液、保健性榅桲果汁飲料等產品。

果醋是水果、蔬菜及其加工下腳料酶解后經酒精和醋酸發酵制備成的一種酸性調味品或飲料,兼具果蔬的營養、風味、食療和保健功能,如促進身體新陳代謝、調節酸堿平衡、抗疲勞和抑制脂肪生成,廣受年輕消費者喜愛,被稱為“第四代飲料”[12-14]。目前國內對果醋已有研究,但相較于國外果醋產業,我國果醋產品單一、附加值低、原料利用率低,果醋市場不成熟,在產品品質研發和相關加工技術方面仍需要持續發力[15-16]。該研究以新疆喀什地區的榅桲為原料,結合果醋發酵工藝,制備一種兼具榅桲風味、營養及功能的果醋飲料,以促進榅桲深加工和豐富果醋品類。通過單因素試驗和正交試驗優化榅桲果醋發酵工藝,測定果醋發酵過程中的酸度變化,以感官評分為指標,確定最佳配方。使用頂空固相微萃取聯合氣相色譜-質譜法(HS-SPME-GC-MS)測定產品的揮發性風味成分,為后期進一步研究榅桲果醋風味改善及發酵工藝奠定了基礎,推動了果醋飲品的創新和榅桲的開發利用。

1 材料和方法

1.1 材料

新鮮榅桲:溝紋榅桲,水分含量足,大小均勻,喀什市售;醋酸前發酵劑(高活性酵母)、醋酸菌(AS1.41、滬釀1.01):濟寧祥園生物科技有限公司;白砂糖:市售。

1.2 試劑

果膠酶、L-抗壞血酸、檸檬酸(均為食品級):河南萬邦化工科技有限公司;氫氧化鈉、酚酞(均為分析純):廣州和為醫藥科技有限公司。

1.3 主要儀器與設備

JEA2001電子天平 上海浦春計量儀器有限公司;pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;L18-P132榨汁機 九陽股份有限公司;HH-S4數顯恒溫水浴鍋 江蘇金怡儀器科技有限公司;PAL-1便攜式數顯糖度計(量程0%～93%) 日本愛拓公司;PEN 3電子鼻 德國AirSense公司;GCMS-QP2020 NX氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司;HWET磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責任公司。

1.4 方法

1.4.1 制備工藝流程[17]

榅桲→預處理(清洗、去核、削皮)→打漿→調節pH→酶解→調節糖度→巴氏殺菌→酒精發酵→過濾、殺菌→醋酸發酵→澄清、過濾→殺菌→灌裝→榅桲果醋。

1.4.2 操作要點

1.4.2.1 榅桲汁和酶解

將榅桲果實表面沖洗干凈,去除果核備用;將果肉與蒸餾水按配比1∶1打成漿,迅速加入0.2%抗壞血酸進行護色,65 ℃滅菌30 min,快速冷卻后用NaOH溶液調節漿液pH至3.5,再加入0.3%果膠酶,45 ℃酶解2 h。

1.4.2.2 調配

酶解完成后,添加白砂糖調節可溶性固形物含量為17.0%,65 ℃巴氏滅菌30 min。

1.4.2.3 酒精發酵

取調配后的酶解液,加入2.0%醋酸前發酵劑,密封后于30 ℃進行酒精發酵,達到一定酒精度后停止,進行過濾和巴氏殺菌,備用。

1.4.2.4 醋酸發酵

接種醋酸菌,裝罐量占容器的1/3,用保鮮膜密封后扎孔以保證其透氣性,在設定溫度下連續發酵,監測總酸度。

1.4.3 單因素試驗

在其他條件不變的情況下,以總酸含量為指標,結合感官評分,分別考察醋酸菌接種量0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%,初始酒精度2.0%、4.0%、6.0%、8.0%、10.0%,發酵溫度22,26,30,34,38 ℃對榅桲果醋品質的影響。

1.4.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上,采用正交試驗進行三因素三水平優化組合試驗。正交試驗因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.4.5 理化指標測定

pH值:采用pH計測定;可溶性固形物含量:采用便攜式數顯糖度計測定;酒精度:采用便攜式酒精計測定;總酸:參照國標GB 12456-2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》中的酸堿指示劑滴定法測定。

1.4.6 榅桲果醋感官評價標準

參考我國農業行業標準NY/T 2987-2016《綠色食品 果醋飲料》和蘋果醋企業標準QBZ 0015 S-2021,以產品的色澤、香氣、滋味、組織狀態及雜質作為感官評價項目,滿分100分,制定榅桲果醋的感官質量評定等級標準,見表2。

表2 感官分析評價表

1.4.7 GC-MS測定榅桲果醋揮發性風味物質[18]

采用頂空固相微萃取法(HS-SPME)萃取揮發性風味物質,萃取針老化條件為260 ℃,60 min。取榅桲發酵液5 mL放入頂空瓶中密封,50 ℃條件下預熱10 min后平衡吸附40 min,進樣,進樣口解吸5 min,每次進樣前萃取針老化條件為250 ℃,20 min。

GC條件:DB-5色譜柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度250 ℃,柱箱初始溫度50 ℃,載氣為高純氦氣,流速1.0 mL/min,壓力95 kPa,不分流;升溫程序:50 ℃保持2 min,以5 ℃/min升溫至230 ℃,保持5 min。

MS條件:EI離子源,進樣口電離能70 eV,離子源溫度230 ℃,接口溫度260 ℃,質量掃描范圍(m/z)30～500,溶劑延遲時間5 min。

1.4.8 數據處理

使用GCMS-QP2020配備的NIST數據庫進行風味物質的檢索和分析,Excel 2019進行風味物質的數據處理、作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 初始酒精度考察結果

果醋制備中液化和糖化是將大分子物質在酶的作用下降解成小分子物質,這些小分子物質在酵母菌代謝作用下進行酒精發酵,在醋酸菌作用下繼續發酵轉化成醇類、醛類、酮類、酯類等物質,形成果醋的酸甜口感和獨特風味[19-20]。這個過程中酒精發酵后的產物,尤其是醇類物質含量不僅影響醋酸菌的生長繁殖,而且直接影響果醋的滋味、氣味,因此考察不同初始酒精度對果醋酸度和感官評分的影響,結果見圖1。

圖1 不同初始酒精度對果醋醋酸發酵過程中總酸(a)和感官評分(b)的影響

由圖1中a可知,隨著發酵時間的延長,不同初始酒精度的果醋中總酸含量均呈現快速上升趨勢,第4天后逐漸平穩,表明醋酸發酵基本在5 d左右完成。其中初始酒精度為2%和10%時,總酸產生速度較其他慢,總酸量也較低,可能是因為過高或過低的初始酒精度會抑制醋酸菌的正常生長和代謝[21-22]。初始酒精度為4.0%～8.0%時,酒精度越高,發酵速率越快,產酸量越大。由圖1中b可知第5天時不同初始酒精度對果醋感官評分的影響,初始酒精度為6.0%和8.0%時感官評分較高。綜合考慮,選擇初始酒精度4.0%、6.0%、8.0%進行正交試驗。

2.1.2 醋酸菌接種量考察結果

醋酸菌接種量會影響發酵周期和產酸速度,發酵時間不同,果醋的果味濃郁度、口味綿厚感、色澤也不同,因此要合理添加菌種量進行醋酸發酵[23]。不同醋酸菌接種量對榅桲果醋總酸和感官評分的影響見圖2。

圖2 不同醋酸菌接種量對果醋醋酸發酵過程中總酸(a)和感官評分(b)的影響

由圖2中a可知,隨著醋酸發酵時間的延長,總酸含量逐漸增加,除0.2%接種量的果醋總酸含量一直增加外,其他均在第5天時總酸含量逐漸平穩。隨著醋酸菌接種量的增加,總酸含量先升高后降低,1.0%時總酸含量最高。接種量為0.2%時產酸速度和產酸量都較低,原因可能是當醋酸菌接種量較少時,發酵速度慢,還可能被雜菌污染;接種量過大時,產酸速度很快,但產酸量會變少,可能是因為發酵液中的營養成分有限,醋酸菌生長太快發生菌體自溶或早衰,產生大量代謝廢物[24]。由圖2中b可知,果醋的感官評分隨著接種量的增加先升高后下降又升高,可能是酸度太高影響果醋的滋味。綜合考慮,選擇醋酸菌接種量為0.8%、1.0%、1.2%進行正交試驗。

2.1.3 不同發酵溫度考察結果

醋酸菌對溫度十分敏感,溫度控制不當會影響醋酸菌的生長,從而影響榅桲果醋的發酵周期、總酸含量和其他代謝產物。不同發酵溫度對榅桲果醋總酸和感官評分的影響見圖3。

由圖3中a可知,當發酵溫度為22 ℃時,榅桲醋酸發酵液中總酸含量較低,這可能是因為溫度較低時醋酸菌生長較慢,無法產生代謝物。當發酵溫度為38 ℃時,雖然發酵前期產酸量很高,但是發酵后期由于溫度過高,醋酸菌生長代謝旺盛,菌體快速老化和衰退,且高溫使得發酵液中酸的揮發量變多,不利于產物的積累,醋酸含量減少[25]。當發酵溫度在26,30,34 ℃時,隨著發酵時間的增加,產酸量也隨之增多,呈明顯上升趨勢。結合圖3中b果醋的感官評分,選擇發酵溫度為26,30,34 ℃進行正交試驗。

2.2 正交優化試驗設計及結果分析

在單因素試驗的基礎上,按照L9(33)表進行正交優化試驗,以感官評分為指標,確定最佳的發酵工藝參數,結果見表3。

表3 正交試驗結果

由表3可知,醋酸發酵條件的最佳組合為A2B3C3,即醋酸菌接種量1.0%、初始酒精度8.0%、發酵溫度34 ℃。比較極差R值的大小可知,3個因素對感官評分的影響大小是醋酸菌接種量>發酵溫度>初始酒精度。在此最佳條件下進行3次平行驗證試驗,測得果醋總酸度為4.05 g/dL,感官評分均值為89.87,此時果醋酸甜適宜,榅桲風味濃郁,色澤澄清透亮,呈亮黃色。

2.3 風味物質測定結果及分析

采用HS-SPME-GC-MS分析榅桲果醋的揮發性成分,通過NIST標準數據庫比對篩選出相似度大于70%的組分,共檢測到41種物質,其中風味物質33種,見表4。

表4 榅桲果醋風味物質

由表4可知,榅桲果醋中共鑒定出33種揮發性風味物質,相對含量占總含量的71.54%。其中醇類物質6種,占總含量的21.47%;酚類物質3種,占總含量的5.04%;酮類物質2種,占總含量的3.21%;醛類物質3種,占總含量的4.43%;酸類物質5種,占總含量的8.30%;酯類物質11種,占總含量的27.99%;其他類物質3種,占總含量的1.10%。各類物質相對含量大小依次是酯類、醇類、酸類、酚類、醛類、酮類和其他類,說明酯類物質和醇類物質提供了主要的香氣成分。風味化合物(相對含量大于2%)中己酸乙酯、苯乙醇和乙酸異戊酯相對含量較多,為果醋提供了發酵曲香、菠蘿香、玫瑰香味和香蕉香味;2-壬炔-1-醇、己酸和乙酸提供了酸味;辛酸乙酯提供了白蘭地酒味;異甲基-α-紫羅蘭酮、4-乙基愈創木酚、苯甲醛和正己醇提供了紫羅蘭、木香、杏仁和蘋果香等,這些物質共同提供了榅桲醋香、酒香和花香獨特風味。

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗,以榅桲果醋中的總酸含量和感官評分作為發酵的衡量指標得到最佳釀造工藝參數,即醋酸菌接種量1.0%、初始酒精度8.0%、發酵溫度34 ℃,在此條件下得到感官評分為89.87分的榅桲果醋,總酸含量為4.05 g/dL。風味是果醋品質中的重要指標之一,主要來自原料和發酵方法,果醋獨特的風味能夠區別于市場上其他飲料,未來果醋風味物質生成及代謝規律研究、活性成分及功能性研究迫在眉睫[26]。該研究通過HS-SPME-GC-MS對榅桲果醋進行揮發性風味成分檢測,鑒定出33種風味成分,其中酯類和醇類物質相對含量較大,數量上酯類、醇類、酸類較多,這些物質共同構成了榅桲果醋的獨特香氣。該研究結果可為果醋發酵工藝與果醋風味物質的研究提供借鑒,促進新型果醋飲料的研發。