草莓、柿子复合果酒发酵过程中香味成分比较分析

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(1.运城学院理科实验中心,山西运城 044000; 2.运城学院生命科学系,山西运城 044000)

草莓(Strawberry)是蔷薇科草本浆果类红色水果,富含花色苷、VC、叶酸及酚类成分,具有抗氧化、抗癌及预防心血管疾病、消化不良等功效[1-2];柿子营养丰富,含糖量高,具有润肺健脾、止咳化痰、生津止血、软化血管等功效,但缺少葡萄、草莓等果实中所具有的构成果酒品质特性的有机酸[3-5]。草莓柿子复合果酒是以草莓和柿子为混合原料酿制成果酒,兼有草莓和柿子两种水果的营养和口感,弥补两者的缺陷,使得果酒营养全面,口感平衡,香气浓郁[6-7]。

香味成分是评价果酒质量的重要指标,决定果酒的风格和典型性,直接影响消费者对果酒的感官评价和喜好[8-9]。果酒的香味分为3类:一类来自果酒原料本身;二类主要由发酵过程中的微生物产生;三类主要由陈酿过程的一系列物理、化学及生物化学变化过程产生[10-12]。目前,关于复合果酒香气成分的研究报道较少,莫海珍[13]等对柿子、山楂复合果酒的香气物质进行了测定分析,冯莉梅等[14]对紫薯、猕猴桃复合果酒的发酵工艺及香气成分进行了分析研究。由于二氯甲烷与氟利昂、戊烷、己烷、乙醚等萃取溶剂相比较,具有萃取香气物质峰面积大、萃取比率高、灵敏度高的优点。因此本研究采用二氯甲烷萃取溶剂对草莓柿子复合果酒中的香味物质进行萃取,结合气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对香味物质进行检测,并比较分析其发酵过程中的香气变化,旨在为草莓柿子复合果酒的生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

草莓、柿子、白砂糖(一级品) 市售;柠檬酸(食品级) 河北源创生物科技有限公司;果胶酶(2000 U/g) 浙江绿洲生物技术有限公司;果酒专用酵母 安琪酵母股份有限公司;二氯甲烷、亚硫酸(均为分析纯) 天津市大茂化学试剂厂;无水硫酸钠(分析纯) 天津市瑞金特化学品有限公司;乙烯利 安阳市小康农药有限责任公司。

7890-5975C型气质联用仪(GC-MS) Agilent Technologies;SPX-100B-Z型生化培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;HH-4型数显恒温水浴锅 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;FHS-3E型pH计 上海佑科仪器有限公司;JJ-2型组织捣碎匀浆机 江苏省金坛市菜华仪器制造有限公司;RE-2000A型有机相旋转蒸发器 上海亚容生化仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 草莓柿子复合果酒酿制工艺流程

1.2.2 操作要点 挑选新鲜、无霉烂变质、无损伤的草莓和柿子,先对柿子进行脱涩(加入500 mg/kg乙烯利),然后分别对草莓和柿子清洗、去蒂、打浆,打浆时加入100 mg/L的亚硫酸,然后按草莓∶柿子∶水比例为1∶2∶3进行混合,加入0.5%的果胶酶于45 ℃酶解3 h,用白砂糖、柠檬酸进行成分调整(糖度调至15.7%,pH为4.27),然后加入2%活化的酿酒酵母(称取1 g酵母,加入到20 g含5%糖水中,在38 ℃条件下活化15～30 min),搅拌均匀后,放入28 ℃的恒温培养箱内发酵7 d左右(残糖降至1%以下),发酵结束后过滤除渣,酒液在室温下陈酿一个月。

1.2.3 草莓柿子复合果酒香气成分的萃取 参考王玉峰等[15]的方法并加以改进。分别量取发酵至第0 d(发酵起点)、4 d(发酵中点)、7 d(发酵终点)、17 d(陈酿10 d)、27 d(陈酿20 d)、37 d(陈酿30 d)的复合果酒100 mL,依次用80、60、50 mL的二氯甲烷常温下萃取3次,合并有机相,在30 ℃下浓缩至5 mL,无水硫酸钠脱水后,再用旋转蒸发器浓缩至1 mL,用 0.22 μm滤膜过滤后供GC-MS分析。

1.2.4 GC-MS条件 GC条件:DB-FFAP毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);自动进样,进样量1 μL;进样口温度250 ℃;载气为纯He;载气流量为1.0 mL/min;升温程序:柱温初始温度45 ℃,保持5 min,再以5 ℃/min升温至240 ℃,保持5 min;分流进样,分流比为25∶1。

MS条件:电子电离源(EI);电子能量70 eV;离子源温度230 ℃;MS四极杆温度150 ℃;质量扫描范围50～550 u。

1.2.5 香气成分定性定量分析 定性:检测出的未知化合物与NIST.11 library相匹配,根据匹配度,并结合已有的文献进行定性;定量:通过峰面积归一化法确定不同香味成分的相对含量。

1.2.6 微生物检测 参照NY/T1508-2017《绿色食品 果酒》对陈酿一个月的果酒进行微生物限量检测[16]。

1.3 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2007软件对数据进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中草莓柿子复合果酒香味成分的总离子流图

采用二氯甲烷对复合果酒的香味成分进行萃取,经气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)分析鉴定,复合果酒发酵过程中第0、4、7、17、27、37 d香味成分的总离子流图见图1。由图1可知,随着发酵时间的延长,色谱峰的数量随之增加,各色谱峰的峰面积发生着动态变化,发酵至第37 d时,色谱峰数量达到最大值,表明果酒发酵至第37 d时各种香味成分已基本形成,果酒的香气趋于稳定、持久。

图1 草莓柿子复合果酒发酵过程中香味成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogrom of aroma components of strawberry persimmon compound fruit wine in different fermentation stage

2.2 草莓柿子复合果酒发酵过程中香味成分的分析

由表1可知,整个发酵过程共测出63种香味成分,其中12种酯类、11种醇类、10种酸类、5种酮类、13种烷烃类、12种其它类(4种烯类、3种胺类、1种苯类、1种醚类、1种酚类、1种醛类、1种喹啉类)。复合果酒发酵第0 d未测出香味成分;第4 d检测出2种物质,分别为正戊醇57.68%、苯乙醇36.39%;第7 d检测出12种物质,主要有异戊醇45.67%、苯乙醇38.06%;第17 d检测出26种物质,主要有异戊醇30.62%、亚油酸17.97%、苯乙醇14.55%;第27 d检测出37种物质,主要有正戊醇40.69%、苯乙醇24.68%;第37 d检测出54种物质,主要有正戊醇、苯乙醇24.69%、26.24%。结果表明,随着发酵时间的延长,香味成分的种类、相对含量发生着各种变化,由于香味物质的氧化、还原、酯化等化学反应,使复合果酒香气向更浓厚、持久、稳定的方向转化,趋于平衡、融合、协调[19];醇类、酯类、酸类、酮类等各种香气物质呈现不同的香味特征,它们之间通过增效、协同、分离以及抑制等相互作用,使复合果酒的香气千变万化、多种多样[20]。

表1 草莓柿子复合果酒发酵过程中香味成分GC/MS分析结果Table 1 GC/MS analysis results of aroma components of strawberry persimmon compound fruit wine in different fermentation stage

续表

2.3 发酵过程中香味成分种类分析

2.3.1 草莓、柿子复合果酒发酵过程中各香味成分种类数量的变化分析 草莓、柿子复合果酒发酵第0、4、7、17、27、37 d的各香味成分种类数量见表2。

由表2可知,随着发酵时间的延长,各类香味成分的种类数量均呈上升趋势,其中酯类香味成分种类最多,是果酒香型的特征性成分,能使酒体柔和顺畅,香气丰满持久;醇类次之,其中的高级醇不仅能够赋予酒优雅的香气,同时又是其它香味物质的良好溶剂,对总体香型的形成具有重要的提携作用;酸类香味成分种类虽然不多,但有助于提高果酒的利口性,使酒体爽冽[21];酮类、烷烃类、其它类等香味成分也在香气形成中具有不可忽视的作用。

表2 复合果酒发酵过程中第0、4、7、17、27、37 d中各香味成分种类数量Table 2 The number of aroma components on days 0,4,7,17,27 and 37 of compound fruit wine in fermentation process

2.3.2 发酵过程中酯类香味成分变化分析 由图2可知,在第0～37 d的发酵过程中,酯类物质的相对含量呈上升趋势,其相对含量仅次于醇类物质,其中相对含量较高的酯类物质为丁二酸单乙酯(0.99%)、正己酸乙酯(0.30%)、辛酸乙酯(0.28%)、乙酸异戊酯(0.28%)等,这与王孝荣[22]、梁叶星[23]对草莓果酒香气成分分析的研究结果相似。这些酯类化合物的相对含量虽然不高,但由于其香气的阈值低,香气值(浓度/阈值)高,加之风味独特,可以赋予复合果酒果香和花香的感官特性,对复合果酒风味的改善具有巨大贡献[24]。

图2 复合果酒发酵过程中酯类物质的相对含量变化Fig.2 Relative content changes of esters substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.3 发酵过程中醇类香味成分变化分析 由图3可知,在第0～37 d的发酵过程中,醇类物质的相对含量呈先下降后上升趋势,其相对含量是最大的一类物质,其中相对含量较高的醇类物质为正戊醇(57.68%)、异戊醇(45.67%)、苯乙醇(45.67%)、对羟基苯乙醇(4.24%),这与刘晓艳[25]对柿子果酒香气成分的GC-MS分析结果基本一致。这些醇类物质主要来源于发酵、氨基酸的转化及亚麻酸降解物的氧化[26],在复合果酒中起呈香、呈味作用,与酸类、酯类物质含量配比恰当,有助于果酒的呈香。

图3 复合果酒发酵过程中醇类物质的相对含量变化Fig.3 Relative content changes of alcoholic substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.4 发酵过程中酸类香味成分变化分析 由图4可知,在第0～37 d的发酵过程中,酸类物质相对含量呈先上升后下降趋势,是相对含量排第三的化合物,其中相对含量较高的酸类物质为亚油酸(17.97%)、棕榈酸(7.24%)、新癸酸(3.45%)、正辛酸(1.73%)、肉豆蔻酸(0.68%),这些酸类物质产生于脂肪酸合成酶的合成以及脂质β-氧化的降解,具有明显的脂肪味,对复合果酒的整体结构具有较为重要的作用[27]。

图4 复合果酒发酵过程中酸类物质的相对含量变化Fig.4 Relative content changes of acids substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.5 发酵过程中酮类香味成分变化分析 由图5可知,在第0～37 d的发酵过程中,酮类物质的相对含量呈上升趋势,相对含量较高的酮类物质为4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(0.48%)、4-甲氧基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(0.22%)、姜酮(0.19%)等。其中4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(俗名菠萝呋喃酮),嗅觉阈值低,香气值(浓度/阈值)高,并且具有焦糖的独特香味,是构成复合果酒特征香气成分最主要的一种酮类物质[28]。

图5 复合果酒发酵过程中酮类物质的相对含量变化Fig.5 Relative content changes of ketones substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.6 发酵过程中烷烃类香味成分变化分析 从图6可知,在0～7 d的发酵期间,未检测到烷烃类香味物质;在发酵第17 d时,烷烃类香味物质的相对含量最大;在发酵17～37 d期间,呈先下降后上升趋势,相对含量较高的烷烃类香味物质为正二十一烷(2.29%)、N-二十九烷(2.31%)。烷烃类物质含量较低,可能是因为发酵过程中其氧化分解,降解为醇类、醛类、酮酸类等对果酒品质有重要贡献的香气物质[29]。

图6 复合果酒发酵过程中烷烃类物质的相对含量变化Fig.6 Relative content changes of alkane substances of compound fruit wine in fermentation process

2.3.7 发酵过程中其它类香味成分变化分析 由图7可知,在发酵0～7 d期间,未检测到其它类香味物质;在发酵第17 d时,其它类香味物质相对含量最高;在发酵17～37 d期间,其它类香味物质呈先下降后上升趋势,相对含量较高的烯类化合物为顺式-9-二十三烯(7.52%)、右旋萜二烯(0.39%)。烯类化合物属于植物体中由乙酰CoA合成的次级代谢产物,以游离态和无味的糖苷结合态存在于植物果实中,具有浓郁的香味,其感觉阈值较低,但香气值很高,对果酒的香气组成起着不可忽视的作用[30-31]。

图7 复合果酒发酵过程中其它香味类物质的相对含量变化Fig.7 Relative content changes of other aroma substances of compound fruit wine in fermentation process

2.4 复合果酒微生物指标检测结果

依照NY/T1508-2017《绿色食品 果酒》对果酒进行微生物指标检测,结果见表3。

表3 复合果酒微生物指标测定结果Table 3 Microbe parameters of compound fruit wine

由表3可知,复合果酒经微生物检测,菌落总数、大肠菌群、致病菌均符合标准要求。

3 结论

草莓、柿子复合果酒中在发酵过程中共检测出63种香味成分,其中12种酯类、11种醇类、10种酸类、5种酮类、13种烷烃类、12种其它类。其中正戊醇、异戊醇、苯乙醇、亚油酸和对羟基苯乙醇等香味成分的含量较高,含量最高时分别为57.68%、45.67%、38.06%、17.97%、4.81%。发酵初期未检测到香味成分,随着发酵的进行出现了醇类、酯类、酸类等物质,香味成分种类数量随之增多,在发酵过程中酯类、酮类物质相对含量呈上升趋势,醇类物质呈先下降后上升趋势,酸类物质呈先上升后下降趋势,其中醇类物质相对含量最高,酯类物质次之。