榅桲果醋的制備工藝優(yōu)化及風(fēng)味成分分析

劉艷全,張?zhí)?丁真真,王敏潔,夏娜

(喀什大學(xué) 生命與地理科學(xué)學(xué)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(guó)北方干旱地區(qū)及新疆種植,是一種古老的稀有珍貴果樹[1-2]。榅桲的開發(fā)利用價(jià)值高,果實(shí)富含糖、有機(jī)酸、氨基酸、果膠和維生素類,可鮮食[3-5];同時(shí)含有鞣質(zhì)、肉豆蔻、異油酸甘油酯、揮發(fā)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(dú)特的芳香味和顏色,可用來制備調(diào)味料、調(diào)香和調(diào)色[11]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)榅桲的研究主要集中在種植、種質(zhì)資源、營(yíng)養(yǎng)成分和提取物功能方面,對(duì)榅桲產(chǎn)品的研究及開發(fā)少。隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng),榅桲獨(dú)特的活性成分和風(fēng)味將越來越受到人們的關(guān)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(chǎn)品。

果醋是水果、蔬菜及其加工下腳料酶解后經(jīng)酒精和醋酸發(fā)酵制備成的一種酸性調(diào)味品或飲料,兼具果蔬的營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味、食療和保健功能,如促進(jìn)身體新陳代謝、調(diào)節(jié)酸堿平衡、抗疲勞和抑制脂肪生成,廣受年輕消費(fèi)者喜愛,被稱為“第四代飲料”[12-14]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)果醋已有研究,但相較于國(guó)外果醋產(chǎn)業(yè),我國(guó)果醋產(chǎn)品單一、附加值低、原料利用率低,果醋市場(chǎng)不成熟,在產(chǎn)品品質(zhì)研發(fā)和相關(guān)加工技術(shù)方面仍需要持續(xù)發(fā)力[15-16]。該研究以新疆喀什地區(qū)的榅桲為原料,結(jié)合果醋發(fā)酵工藝,制備一種兼具榅桲風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)及功能的果醋飲料,以促進(jìn)榅桲深加工和豐富果醋品類。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化榅桲果醋發(fā)酵工藝,測(cè)定果醋發(fā)酵過程中的酸度變化,以感官評(píng)分為指標(biāo),確定最佳配方。使用頂空固相微萃取聯(lián)合氣相色譜-質(zhì)譜法(HS-SPME-GC-MS)測(cè)定產(chǎn)品的揮發(fā)性風(fēng)味成分,為后期進(jìn)一步研究榅桲果醋風(fēng)味改善及發(fā)酵工藝奠定了基礎(chǔ),推動(dòng)了果醋飲品的創(chuàng)新和榅桲的開發(fā)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(fā)酵劑(高活性酵母)、醋酸菌(AS1.41、滬釀1.01):濟(jì)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(jí)):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(yī)藥科技有限公司。

1.3 主要儀器與設(shè)備

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

1.4 方法

1.4.1 制備工藝流程[17]

榅桲→預(yù)處理(清洗、去核、削皮)→打漿→調(diào)節(jié)pH→酶解→調(diào)節(jié)糖度→巴氏殺菌→酒精發(fā)酵→過濾、殺菌→醋酸發(fā)酵→澄清、過濾→殺菌→灌裝→榅桲果醋。

1.4.2 操作要點(diǎn)

1.4.2.1 榅桲汁和酶解

將榅桲果實(shí)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(jìn)行護(hù)色,65 ℃滅菌30 min,快速冷卻后用NaOH溶液調(diào)節(jié)漿液pH至3.5,再加入0.3%果膠酶,45 ℃酶解2 h。

1.4.2.2 調(diào)配

酶解完成后,添加白砂糖調(diào)節(jié)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(fā)酵

取調(diào)配后的酶解液,加入2.0%醋酸前發(fā)酵劑,密封后于30 ℃進(jìn)行酒精發(fā)酵,達(dá)到一定酒精度后停止,進(jìn)行過濾和巴氏殺菌,備用。

1.4.2.4 醋酸發(fā)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(shè)定溫度下連續(xù)發(fā)酵,監(jiān)測(cè)總酸度。

1.4.3 單因素試驗(yàn)

在其他條件不變的情況下,以總酸含量為指標(biāo),結(jié)合感官評(píng)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(fā)酵溫度22,26,30,34,38 ℃對(duì)榅桲果醋品質(zhì)的影響。

1.4.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)進(jìn)行三因素三水平優(yōu)化組合試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.4.5 理化指標(biāo)測(cè)定

pH值:采用pH計(jì)測(cè)定;可溶性固形物含量:采用便攜式數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定;酒精度:采用便攜式酒精計(jì)測(cè)定;總酸:參照國(guó)標(biāo)GB 12456-2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》中的酸堿指示劑滴定法測(cè)定。

1.4.6 榅桲果醋感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參考我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2987-2016《綠色食品 果醋飲料》和蘋果醋企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QBZ 0015 S-2021,以產(chǎn)品的色澤、香氣、滋味、組織狀態(tài)及雜質(zhì)作為感官評(píng)價(jià)項(xiàng)目,滿分100分,制定榅桲果醋的感官質(zhì)量評(píng)定等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),見表2。

表2 感官分析評(píng)價(jià)表

1.4.7 GC-MS測(cè)定榅桲果醋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[18]

采用頂空固相微萃取法(HS-SPME)萃取揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),萃取針老化條件為260 ℃,60 min。取榅桲發(fā)酵液5 mL放入頂空瓶中密封,50 ℃條件下預(yù)熱10 min后平衡吸附40 min,進(jìn)樣,進(jìn)樣口解吸5 min,每次進(jìn)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(jìn)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(jìn)樣口電離能70 eV,離子源溫度230 ℃,接口溫度260 ℃,質(zhì)量掃描范圍(m/z)30～500,溶劑延遲時(shí)間5 min。

1.4.8 數(shù)據(jù)處理

使用GCMS-QP2020配備的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行風(fēng)味物質(zhì)的檢索和分析,Excel 2019進(jìn)行風(fēng)味物質(zhì)的數(shù)據(jù)處理、作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 初始酒精度考察結(jié)果

果醋制備中液化和糖化是將大分子物質(zhì)在酶的作用下降解成小分子物質(zhì),這些小分子物質(zhì)在酵母菌代謝作用下進(jìn)行酒精發(fā)酵,在醋酸菌作用下繼續(xù)發(fā)酵轉(zhuǎn)化成醇類、醛類、酮類、酯類等物質(zhì),形成果醋的酸甜口感和獨(dú)特風(fēng)味[19-20]。這個(gè)過程中酒精發(fā)酵后的產(chǎn)物,尤其是醇類物質(zhì)含量不僅影響醋酸菌的生長(zhǎng)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(duì)果醋酸度和感官評(píng)分的影響,結(jié)果見圖1。

圖1 不同初始酒精度對(duì)果醋醋酸發(fā)酵過程中總酸(a)和感官評(píng)分(b)的影響

由圖1中a可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),不同初始酒精度的果醋中總酸含量均呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì),第4天后逐漸平穩(wěn),表明醋酸發(fā)酵基本在5 d左右完成。其中初始酒精度為2%和10%時(shí),總酸產(chǎn)生速度較其他慢,總酸量也較低,可能是因?yàn)檫^高或過低的初始酒精度會(huì)抑制醋酸菌的正常生長(zhǎng)和代謝[21-22]。初始酒精度為4.0%～8.0%時(shí),酒精度越高,發(fā)酵速率越快,產(chǎn)酸量越大。由圖1中b可知第5天時(shí)不同初始酒精度對(duì)果醋感官評(píng)分的影響,初始酒精度為6.0%和8.0%時(shí)感官評(píng)分較高。綜合考慮,選擇初始酒精度4.0%、6.0%、8.0%進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.2 醋酸菌接種量考察結(jié)果

醋酸菌接種量會(huì)影響發(fā)酵周期和產(chǎn)酸速度,發(fā)酵時(shí)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(jìn)行醋酸發(fā)酵[23]。不同醋酸菌接種量對(duì)榅桲果醋總酸和感官評(píng)分的影響見圖2。

圖2 不同醋酸菌接種量對(duì)果醋醋酸發(fā)酵過程中總酸(a)和感官評(píng)分(b)的影響

由圖2中a可知,隨著醋酸發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),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(shí)總酸含量逐漸平穩(wěn)。隨著醋酸菌接種量的增加,總酸含量先升高后降低,1.0%時(shí)總酸含量最高。接種量為0.2%時(shí)產(chǎn)酸速度和產(chǎn)酸量都較低,原因可能是當(dāng)醋酸菌接種量較少時(shí),發(fā)酵速度慢,還可能被雜菌污染;接種量過大時(shí),產(chǎn)酸速度很快,但產(chǎn)酸量會(huì)變少,可能是因?yàn)榘l(fā)酵液中的營(yíng)養(yǎng)成分有限,醋酸菌生長(zhǎng)太快發(fā)生菌體自溶或早衰,產(chǎn)生大量代謝廢物[24]。由圖2中b可知,果醋的感官評(píng)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(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.3 不同發(fā)酵溫度考察結(jié)果

醋酸菌對(duì)溫度十分敏感,溫度控制不當(dāng)會(huì)影響醋酸菌的生長(zhǎng),從而影響榅桲果醋的發(fā)酵周期、總酸含量和其他代謝產(chǎn)物。不同發(fā)酵溫度對(duì)榅桲果醋總酸和感官評(píng)分的影響見圖3。

由圖3中a可知,當(dāng)發(fā)酵溫度為22 ℃時(shí),榅桲醋酸發(fā)酵液中總酸含量較低,這可能是因?yàn)闇囟容^低時(shí)醋酸菌生長(zhǎng)較慢,無法產(chǎn)生代謝物。當(dāng)發(fā)酵溫度為38 ℃時(shí),雖然發(fā)酵前期產(chǎn)酸量很高,但是發(fā)酵后期由于溫度過高,醋酸菌生長(zhǎng)代謝旺盛,菌體快速老化和衰退,且高溫使得發(fā)酵液中酸的揮發(fā)量變多,不利于產(chǎn)物的積累,醋酸含量減少[25]。當(dāng)發(fā)酵溫度在26,30,34 ℃時(shí),隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,產(chǎn)酸量也隨之增多,呈明顯上升趨勢(shì)。結(jié)合圖3中b果醋的感官評(píng)分,選擇發(fā)酵溫度為26,30,34 ℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2 正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,按照L9(33)表進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn),以感官評(píng)分為指標(biāo),確定最佳的發(fā)酵工藝參數(shù),結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知,醋酸發(fā)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(fā)酵溫度34 ℃。比較極差R值的大小可知,3個(gè)因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小是醋酸菌接種量>發(fā)酵溫度>初始酒精度。在此最佳條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn),測(cè)得果醋總酸度為4.05 g/dL,感官評(píng)分均值為89.87,此時(shí)果醋酸甜適宜,榅桲風(fēng)味濃郁,色澤澄清透亮,呈亮黃色。

2.3 風(fēng)味物質(zhì)測(cè)定結(jié)果及分析

采用HS-SPME-GC-MS分析榅桲果醋的揮發(fā)性成分,通過NIST標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)篩選出相似度大于70%的組分,共檢測(cè)到41種物質(zhì),其中風(fēng)味物質(zhì)33種,見表4。

表4 榅桲果醋風(fēng)味物質(zhì)

由表4可知,榅桲果醋中共鑒定出33種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),相對(duì)含量占總含量的71.54%。其中醇類物質(zhì)6種,占總含量的21.47%;酚類物質(zhì)3種,占總含量的5.04%;酮類物質(zhì)2種,占總含量的3.21%;醛類物質(zhì)3種,占總含量的4.43%;酸類物質(zhì)5種,占總含量的8.30%;酯類物質(zhì)11種,占總含量的27.99%;其他類物質(zhì)3種,占總含量的1.10%。各類物質(zhì)相對(duì)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(zhì)和醇類物質(zhì)提供了主要的香氣成分。風(fēng)味化合物(相對(duì)含量大于2%)中己酸乙酯、苯乙醇和乙酸異戊酯相對(duì)含量較多,為果醋提供了發(fā)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(chuàng)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(zhì)共同提供了榅桲醋香、酒香和花香獨(dú)特風(fēng)味。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),以榅桲果醋中的總酸含量和感官評(píng)分作為發(fā)酵的衡量指標(biāo)得到最佳釀造工藝參數(shù),即醋酸菌接種量1.0%、初始酒精度8.0%、發(fā)酵溫度34 ℃,在此條件下得到感官評(píng)分為89.87分的榅桲果醋,總酸含量為4.05 g/dL。風(fēng)味是果醋品質(zhì)中的重要指標(biāo)之一,主要來自原料和發(fā)酵方法,果醋獨(dú)特的風(fēng)味能夠區(qū)別于市場(chǎng)上其他飲料,未來果醋風(fēng)味物質(zhì)生成及代謝規(guī)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(duì)榅桲果醋進(jìn)行揮發(fā)性風(fēng)味成分檢測(cè),鑒定出33種風(fēng)味成分,其中酯類和醇類物質(zhì)相對(duì)含量較大,數(shù)量上酯類、醇類、酸類較多,這些物質(zhì)共同構(gòu)成了榅桲果醋的獨(dú)特香氣。該研究結(jié)果可為果醋發(fā)酵工藝與果醋風(fēng)味物質(zhì)的研究提供借鑒,促進(jìn)新型果醋飲料的研發(fā)。