发酵菌种对打瓜酒风味的影响

张　超,邓星星,2,马　越,赵晓燕,李　武,*

(1.北京市农林科学院蔬菜研究中心,果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室,农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097;2.石河子大学,食品学院,新疆石河子 832000)



发酵菌种对打瓜酒风味的影响

张超1,邓星星1,2,马越1,赵晓燕1,李武1,*

(1.北京市农林科学院蔬菜研究中心,果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室,农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097;2.石河子大学,食品学院,新疆石河子 832000)

研究采用GC-MS、电子鼻技术和感官评价结合的方法评价发酵菌种对打瓜酒风味的影响。研究分别使用红葡萄酒果酒专用酵母、果酒专用酿酒酵母、葡萄酒活性干酵母和酒曲酵母为发酵菌种,对打瓜汁进行发酵、陈酿,比较4种打瓜酒中挥发性物质组成和风味特征。结果显示4种打瓜酒中分别检测出21、23、28和18种挥发性成分,红葡萄酒果酒专用酵母发酵打瓜酒主要挥发性成分为乙酸异戊酯(17.2%),果酒专用酿酒酵母和葡萄酒活性干酵母发酵打瓜酒主要挥发性成分为癸酸乙酯(22.7%和18.8%),酒曲酵母发酵打瓜酒主要挥发性成分为辛酸乙酯(18.3%);电子鼻检测发现酒曲酵母发酵打瓜酒与其它3种打瓜酒风味存在显著性差异,其油脂香和草香气较明显。结合GC-MS、电子鼻和感官评价结果,发现采用葡萄酒活性干酵母生产的打瓜酒总体风味最佳,香气浓郁、酒香和果香协调。

打瓜,酿酒酵母,GC-MS,电子鼻,挥发性物质

打瓜,葫芦科西瓜属一年生草本植物,具有利尿、润肺、健脾等功效因子,对糖尿病、肥胖症具有辅助治疗作用,是一种药食两用的水果[1]。我国打瓜的加工以取瓜子为主,瓜瓤及瓜汁未有效利用。打瓜的瓜瓤和瓜汁富含糖分、维生素和酚类物质[2],可以开发打瓜酒产品,国内外尚未有打瓜酒产品的报道,本文将首次尝试打瓜酒产品的研究。

风味是消费者选择产品的主要依据,GC-MS、电子鼻技术和感官评价是评价产品风味的主要手段[3-4]。GC-MS可以确定样品中风味物质的种类和含量;电子鼻能对样品的整体香气特征进行比较[5];感官评价展现人体对产品各种特征风味的感知度和接受程度。因而,结合上述3种方法可以全面阐明食品的风味及其特征[6]。

本研究采用安琪酵母公司提供的4种菌种在打瓜汁中发酵、陈酿,采用GC-MS、电子鼻和感官评价相结合的方式比较4种打瓜酒的风味和特征,以期为打瓜酒的酿造工艺、香气特征提供理论指导。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

打瓜北京蔬菜研究中心四季青农场,2015年7月成熟采收;红葡萄酒果酒专用酵母、果酒专用酿酒酵母、葡萄酒活性干酵母、酒曲酵母安琪葡萄酒酿酒有限公司提供;抗坏血酸、白砂糖(市售)、柠檬酸、碳酸氢钠均为食品级。

QP2010 plus GC-MS仪岛津公司;PEN3.5电子鼻德国Airsense公司;WAY-2S 数字阿贝折射仪广州市爱宕科学仪器有限公司;D-55122电位滴定仪德国Mainz;ZXSD-1160生化培养箱上海智城分析仪器制造有限公司;HR1871榨汁机Philips/飞利浦。

1.2实验方法

1.2.1打瓜酒酿造工艺使用100 mg/L的次氯酸钠溶液对打瓜表面消毒,将打瓜去籽,在洁净空间内使用榨汁机将未脱皮的打瓜榨汁,使用蔗糖将打瓜汁糖度调节至20° Birx,用1 mol/L的柠檬酸将打瓜汁调至pH5.5,将2 g红葡萄酒果酒专用酵母、果酒专用酿酒酵母、葡萄酒活性干酵母、酒曲酵母分别添加到25 mL质量分数为5%的蔗糖溶液中,搅拌均匀,在30 ℃条件下活化约30 min,至糖水中出现大量的小气泡为止,按照0.2%酵母添加量接种至调节糖酸后的打瓜汁中,使用纱布封闭瓶口,置于25 ℃生化培养箱中发酵,定期测定酒精度,待酒精度不再升高为止,16 ℃下陈酿3个月。

1.2.2GC-MS分析分别将1 mL打瓜汁与打瓜酒置于20 mL顶空瓶内,然后置于50 ℃条件下平衡40 min后,将萃取头插入顶空瓶中萃取30 min,最后将萃取头拔出并置于250 ℃的进样口中解吸2 min。

气相色谱条件:DB-WAX石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),程序升温:柱温箱初始温度40 ℃,保持3 min,以5 ℃/min升至120 ℃,再以10 ℃/min上升到200 ℃,保持5 min;进样口温度250 ℃,载气(He)流速1 mL/min,不分流进样。

质谱条件:电子轰击离子源温度200 ℃,传输线温度250 ℃,采用全扫描模式采集信号,扫描范围35～500 m/z。

1.2.3电子鼻检测分别称取样品10 mL置于顶空进样瓶中,室温25 ℃下,平衡5 min后直接将进样针头插入样品瓶采用顶空吸气法进行电子鼻分析实验。测定条件:传感器清洗时间100 s、传感器归零时间5 s、样品准备时间5 s、进样流量400 mL/min,检测时间60 s。

1.2.4感官评价参照GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[7]和GB/T 10220-2012《感官分析方法学总论》[8]标准,由10名感官评价员对样品的口感、香气、典型性和外观进行评价,以优、好、良、差为评语集(表1),采用模糊数学法对其结果进行分析,模糊关系综合评判集Y=X·R,其中X为权重集,R为模糊矩阵。

评价因素集U={U1,U2,U3,U4},其中U1、U2、U3、U4分别代表评价指标为外观、香气、口感、典型性。

评价评语集V={V1,V2,V3,V4},其中V1、V2、V3、V4分别代表评价的评分为优、好、良、差。

采用感官评定法确定果酒各感官指标权重分配,由10名专业评定人员对果酒口感、香气、典型性、外观进行评价4个指标的重要性打分,4个指标评分总和为100。采用归一化对评分结果进行处理得到对应的权重集X={X1,X2,X3,X4}。模糊关系综合评判集Y=X·R,R=U·V其中X为权重集,R为模糊矩阵,U为评价因素集,V为评价评语集。Y向量中的最大值即峰值表示综合评判的最佳结果。

表1　果酒评定标准

1.2.5理化指标检测方法pH采用pH计测定;可溶性固形物含量采用WAY-2S数字阿贝折射仪测定;酒精度采用酒精比重计测定;总酸(以柠檬酸计)测定采用电位滴定法测定[3,7]。

表2　4种打瓜酒的基本组成

1.2.6数据处理电子鼻数据分析采用Winmuster分析软件对采集到数据进行分析。GC-MS实验数据使用NIST11数据库对未知挥发性化合物谱图进行比对,选择匹配度大于80%物质作为有效的挥发性物质,结合相关资料进行分析鉴定,并采用面积归一化法进行定量。数据分析采用Origin 9.0。

2　结果与分析

2.1打瓜酒的基本成分

4种打瓜酒的基本成分见表2。4种打瓜酒的酒精度从6.10%～9.80%,葡萄酒活性干酵母的发酵能力最强,酒曲酵母的发酵能力最弱,其酒精度仅为6.10%,原因可能在于酒曲酵母更适用于淀粉类物质作为底物进行发酵;发酵菌种进一步影响打瓜酒的糖酸比,由于葡萄酒活性干酵母的发酵能力强,其可溶性固形物含量最低,糖酸比最低,整体口感适中偏酸(pH3.72),而其它3个菌种获得的糖酸比在10～20之间,有点偏甜。因此,发酵菌种对打瓜酒风味影响显著,葡萄酒活性干酵母口感适中,酒精度在9.80%。

2.2打瓜酒中挥发性组分分析

4种打瓜酒GC-MS的总离子图见图1,在保留时间4～5 min的峰为乙醇,占据了很大比例,而乙醇对总体风味影响不大,后续的讨论未将乙醇在挥发性成分中统计。

图1　打瓜酒中的挥发性组分总离子流图Fig.1　Total ion chromatogram of the seed watermelon wines 注:A、B、C、D分别代表红葡萄酒果酒专用酵母、果酒专用酿酒酵母、葡萄酒活性干酵母、酒曲酵母。

4种打瓜酒共鉴定出41种挥发性成分(表3)。红葡萄酒果酒专用酵母发酵的打瓜酒共检测出21种挥发性成分,包括酯类8种(53.1%),醇类5种(35.4%),酸类5种(9.77%)和其它3种(1.806%)。主要挥发性成分为乙酸异戊酯(17.2%)、苯乙醇(14.1%)、辛酸乙酯(13.5%)、正己醇(8.01%)和肉豆蔻酸乙酯(6.70%)。

果酒专用酿酒酵母发酵的打瓜酒中共检测出23种挥发性成分,包括酯类10种(56.3%),醇类6种(33.1%),酸类4种(9.07%),其它3种(1.522%)。主要挥发性成分为癸酸乙酯(22.7%)、乙酸异戊酯(11.6%)、苯乙醇(10.4%)、辛酸乙酯(9.02%)。

葡萄酒活性干酵母酿造的打瓜酒中共检测出28种挥发性成分,包括酯类14种(58.4%),醇类9种(35.8%),酸类3种(5.51%),酮类1种(0.173%),其它1种(0.116%)。主要挥发性成分为癸酸乙酯(18.8%)、苯乙醇(11.5%)、月桂酸乙酯(10.1%)、辛酸乙酯(8.71%)。

酒曲酵母酿造的打瓜酒中共检测出18种挥发性成分,包括酯类5种(42.2%),醇类6种(44.5%),酸类5种(11.3%),醛类1种(1.27%),其它1种(0.68%)。主要挥发性成分为辛酸乙酯(18.3%)、乙酸苯乙酯(9.87%)、丙二醇(9.80%)、乳酸乙酯(9.48%)、正己醇(9.39%)。

表3　打瓜酒中挥发性组分

按照挥发性组分的化学结构来分,醇类物质共检测出12种,4种打瓜酒中均检出,含量较高的是苯乙醇,其具有玫瑰香、紫罗兰香、茉莉花香等多样风味[7-8],在4种打瓜酒中相对含量分别为14.1%、10.4%、11.5%和7.74%;其次是正己醇,相对含量分别为8.01%、6.13%、6.31%和9.39%,也是打瓜酒中主要的醇类挥发性组分。

酯类物质共检出18种,其中4种在各打瓜酒中均检出。有愉快的香蕉香味的乙酸异戊酯,在4种打瓜酒中相对含量分别为17.2%、11.6%、3.71%、1.10%;有类似白兰地的香气的辛酸乙酯,在4种打瓜酒中相对含量分别为13.5%、9.02%、8.71%、18.3%；有椰子香味的癸酸乙酯,在4种打瓜酒中相对含量分别为5.98%、22.7%、18.8%、3.50%;具有甜蜜香味的乙酸苯乙酯,在4种打瓜酒中相对含量分别为5.46%、1.51%、0.289%、9.87%,也是打瓜酒中主要的酯类挥发性成分。

酸类物质共检出6种,其中3种在各打瓜酒中均检出(乙酸、辛酸和癸酸)。辛酸具有果味、桃子味、草莓味、菠萝味、糖果味、焦糖味、香水味等多种风味,是红葡萄酒果酒专用酵母、果酒专用酿酒酵母、酒曲酵母酿造打瓜酒的主要酸类物质;癸酸具有愉快的脂肪气味[9-10],是葡萄酒活性干酵母中主要酸类物质。

在4种打瓜酒中还检测出2种醛酮类和烃及其衍生物4种。4种打瓜酒中均检测到4-乙烯基-2-甲氧基苯酚,该物质具有怡人的香气。

按照花香、果香、草香、芳香、油脂香、酒味对4种打瓜酒的主要挥发性成分呈香类型进行分类(图2)。酒曲酵母打瓜酒中的油脂香和草香比例显著高于其它3种酒,花香、果香低于其它3种酒,因而,从呈香类型方面酒曲酵母酒劣于其它3种酒。

图2　打瓜酒中主要挥发性化合物香型分布Fig.2　Fragrant distribution of the volatile compounds in the seed watermelon wimes注:果酒1:红葡萄酒果酒专用酵母;果酒2:果酒专用酿酒酵母;果酒3:葡萄酒活性干酵母;果酒4:酒曲酵母。

2.3电子鼻评价结果

电子鼻技术通过主成分分析法分析10个电极采集样品的基本信息,实现复杂信息的降维,将多个变量间的变化转为较少的几个变量。在保证原来所有变量信息完整的情况下使得分析变得简单。4种打瓜酒风味主成分分析见图3,第一主成分(PC1)贡献率为94.19%,第二主成分(PC2)贡献率为5.09%,累计贡献率99.3%,可以表征打瓜酒的数据信息。图3中显示红葡萄酒果酒专用酵母、果酒专用酿酒酵母、葡萄酒活性干酵母三种酵母的测定结果有重叠,而酒曲酵母与其它3种酵母距离较远,说明酒曲酵母与其它3种酵母的风味差异明显。

与GC-MS分析结果一致,电子鼻也发现酒曲酵母打瓜酒的风味与其它打瓜酒产生较大区别。其中GC-MS技术对样品中挥发性风味物质的具体种类和含量进行检测,而电子鼻反映样品的整体风味,两者配合,结果相互印证,保证从宏观和微观上展现样品风味[11-13]。

图3　打瓜酒主成分分析图Fig.3　Principal component analysis of the seed watermelon wines

2.4模糊数学法分析感官评价结果

将10位感官评价员根据表1的评分结果进行汇总,建立4种打瓜酒的模糊数学矩阵R1、R2、R3、R4(图4)。

进一步根据模糊关系建立综合评判集:Y1=X·R1=(0.360,0.400,0.240,0.000);Y2=X·R2=(0.400,0.470,0.009,0.004);Y3=X·R3=(0.550,0.320,0.130,0.000);Y4=X·R4=(0.390,0.350,0.220,0.004)。对模糊关系综合评判集进行归一化处理后得到:Y1=X·R1=(0.360,0.400,0.240,0.000);Y2=X·R2=(0.400,0.470,0.009,0.004);Y3=X·R3=(0.560,0.320,0.130,0.000);Y4=X·R4=(0.390,0.350,0.220,0.004)。最终获得打瓜酒感官评价的模糊曲线(图5)。

图4打瓜酒的模糊数学评价矩阵

Fig.4Sensory matrix of the seed watermelon wines

注:R1:红葡萄酒果酒专用酵母;R2:果酒专用酿酒酵母;

R3:葡萄酒活性干酵母;R4:酒曲酵母。

图5　打瓜酒模糊数学评价图Fig.5　Fuzzy graph of the seed watermelon wines

采用模糊数学法评价感官评价结果综合考虑各评定因素,评定结果客观[14-15]。图5显示4种打瓜酒峰值大小关系为R3>R2>R1>R4,即果酒样本3综合评价最高,其次是果酒2,最后是果酒1和4。

3　结论

GC-MS分析法在4种打瓜酒中共检测出挥发性组分41种,红葡萄酒果酒专用酵母、果酒专用酿酒酵母、葡萄酒活性干酵母和酒曲酵母发酵的打瓜酒中分别检出21、23、28和18种,其中红葡萄酒果酒专用酵母打瓜酒主要挥发性成分为乙酸异戊酯(17.2%),果酒专用酿酒酵母和葡萄酒活性干酵母打瓜酒主要挥发性成分为癸酸乙酯,含量分别为22.7%和18.8%,酒曲酵母打瓜酒中主要挥发性成分为辛酸乙酯(18.3%);与GC-MS的结果一致,电子鼻分析发现酒曲酵母打瓜酒与其它3种酵母打瓜酒的风味之间存在显著差异,酒曲酵母打瓜酒油脂香和草香较明显。结合3种方法结果可以发现葡萄酒活性干酵母发酵的打瓜酒风味优于其它3种打瓜酒,其风味浓郁、具有协调的酒香味和果香味。

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Effect of fermentation strain on flavor of seed watermelon wine

ZHANG Chao1,DENG Xing-xing1,2,MA Yue1,ZHAO Xiao-yan1,LI Wu1,*

(1.Beijing Vegetable Research Center,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing,Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops(North China),Ministry of Agriculture,Key Laboratory of Urban Agriculture(North),Ministry of Agriculture,Beijing 100097,China;2.Shihezi Univrtsity,Food College,Shihezi 832000,China)

The effect of fermentation strain on flavor of seed watermelon wine was evaluated. Red wine specific yeast,special wine yeast,wine active dry yeast,and distiller’s yeast were used for the fermentation of seed watermelon juice. The GC-MS analysis showed that total 21,23,28,and 18 volatile compounds were detected in the red wine specific yeast,special wine yeast,wine active dry yeast,and distiller’s yeast fermented seed watermelon wine respectively. The isoamyl acetate was the main volatile compound in the red wine specific yeast’s wine(17.2%),while the ethyl decanoate was the main volatile compound of the special wine yeast(22.7%)and wine active dry yeast’ wine(18.8%),respectively. The ethyl caprylate was the main volatile compound in the distiller’s yeast’s wine(18.3%). The electric nose analysis showed that the flavor of the distiller’s yeast’s seed watermelon wine was different to that of the others,which presented an oil and grass fragrance. Combining with the results,the seed watermelon wine femenated by the wine active dry yeast presented the best flavor with the classic wine and fruit fragrance.

seed watermelon;Saccharomycescerevisiae;GC-MS;electronic nose;volatile compounds

2015-12-25

张超(1978-)，男，博士，副研究员，主要从事果蔬深加工方面的研究，E-mail：zhangchao@nercv.org。

李武(1954-),男，大学本科，研究员，研究方向：农产品贮藏,E-mail:liwu@nercn.org。

现代农业产业技术体系专项资金资助(CARS-25&CARS-26)；北京市农林科学院科技创新能力建设专项新学科培养(KJCX20140204&KJCX20140111-21)；果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室(Z141105004414037)。

TS262.5

A

1002-0306(2016)18-0241-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.18.037