前处理方式对红心猕猴桃酒发酵品质和香气成分的影响

李 鹤,杨 华,曹 东,何竹筠,邢亚阁,*,游森棱,杨智源

(1.西华大学食品与生物工程学院,食品生物技术重点实验室,四川成都 610039;2.四川省食品药品检验检测院,四川成都 611731)

猕猴桃,亦称奇异果、毛木果、麻藤果等[1-2],按果心颜色分类,主要分为红心猕猴桃、黄心猕猴桃和绿心猕猴桃。红心猕猴桃,是一种药食一体的水果,具有预防癌症、增白、淡化斑点、抗衰老,防治口腔溃疡等药用价值[3-4],其果皮无毛、呈深绿色,果肉鲜红细嫩,口感香甜细腻,香气清新浓郁,酸甜适宜,维C含量丰富,具有“水果之王”、“维C之王”等美誉[5]。

市场上关于猕猴桃的精深加工产品主要有猕猴桃果汁、饮料、果脯和果酒等[6],但是关于红心猕猴桃的深加工产品却罕有,主要是以鲜果的形式直接销售。猕猴桃酒清澈透亮,香气清新协调,口感细腻,具有猕猴桃酒特有风味,深受消费喜爱[7]。霍丹群等[8]采用响应面法优化了猕猴桃原酒的发酵工艺,得到最优的工艺条件为初始糖度25%、初始pH3.6、酵母接种量为0.47%。赵宁等[9]研究了不同猕猴桃品种经带渣和清汁发酵后得到的猕猴桃酒的多酚类化合物含量的变化。王文娟等[10]优化了黄心猕猴桃果酒主发酵工艺参数,得到较优的发酵条件为还原糖8.35 g/L、总酸13.28 g/L、pH3.43。因红心猕猴桃较普通猕猴桃的价格高,采用普通猕猴桃果酒的传统发酵方式将大大增加生产成本,若将果皮加以利用,将极大提高其利用率,降低成本[3,11]。

本试验以红心猕猴桃为原料,采用带皮整果破碎、去皮整果破碎、带皮压榨取汁和去皮压榨取汁四种前处理得到发酵液,通过监测发酵过程中发酵液的酒精度、pH、可溶性固形物、还原糖和VC等理化指标,以及发酵完成后红心猕猴桃酒的感官品质、电子鼻PCA分析和GC-MS挥发性香气分析,以期筛选出的最优的猕猴桃鲜果的前处理方式,优化红心猕猴桃酒的制备工艺,为其精深加工提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红阳红心猕猴桃 于2017年8月采自四川浦江,摘取九分熟无损伤无病虫害的鲜果,采摘后的当天运回实验室,于0～1 ℃贮藏备用;安琪果酒专用酵母 安琪酵母股份有限公司;白砂糖 市售;偏重亚硫酸钾(食品级) 日照隆堡商贸有限公司;果胶酶(食品级) 深圳恒生生物科技有限公司;氢氧化钠、硫酸铜、无水葡萄糖、盐酸、碘、碘化钾、可溶性淀粉、次甲基蓝、酚酞、草酸、抗坏血酸、2,6-二氯靛酚钠盐 成都科龙化工试剂厂。

BSA124S电子天平 北京赛多利斯科学仪器有限公司;SKGZZ1315榨汁机 SKG集团;DE-200 g组织捣碎机 深圳尼嘉商贸有限公司;RHB-32ATC手持糖度仪 福建省泉州光学仪器厂;JDJ-2酒精计 上海医用仪表厂;PHS-25台式酸度计 上海雷磁仪器厂;SRK-14D电热恒温隔水式培养箱 黄石市恒丰医疗器械有限公司;5810R台式冷冻离心机 Eppendorf。

1.2 实验方法

1.2.1 红心猕猴桃酒酿造工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 挑选与清洗 挑选红心猕猴桃鲜果时,对烂果、未成熟果进行严格分选,选用无病虫害、无机械损伤的九成熟的红心猕猴桃鲜果,采用流动水反复清洗,彻底洗去泥沙杂质,自然晾干。

1.2.2.2 前处理 采用四种前处理方式,破碎榨汁前加入60 mg/kg的偏重亚硫酸钾进行护色[12]。方式一,带皮整果破碎,将红心猕猴桃带皮用组织捣碎机破碎后直接加入发酵罐(加入量占发酵罐体积的三分之二)中进行带皮混汁发酵;方式二,去皮整果破碎,将红心猕猴桃削皮后,再用组织捣碎机破碎,加入发酵罐进行去皮混汁发酵;方式三,带皮压榨取汁,将红心猕猴桃压榨成浆(25 ℃下压榨5 min),按果汁量的0.05%加入果胶酶(20000 U/g),在40 ℃下酶解2 h,采用四层纱布过滤后,在4 ℃下4000 r/min离心15 min,取上清液得猕猴桃汁,再加入发酵罐(加入量占发酵罐体积的三分之二)进行带皮清汁发酵;方式四,去皮压榨取汁,将红心猕猴桃削皮后,用榨汁机将果肉榨成浆(25 ℃下压榨5 min),后续操作同方式三,得猕猴桃汁进行去皮清汁发酵。

1.2.2.3 接种酵母 将5 g安琪酵母粉加入40 ℃含糖量10%的糖水中,搅拌溶解,于40 ℃下活化30 min,冷却至28～30 ℃后加入到装有25 kg猕猴桃浆(汁)(事先调整糖度在20 °Brix)中进行发酵[6,9]。

1.2.2.4 发酵监测 将接种酵母后的发酵罐放于(20±2) ℃进行恒温发酵,隔天监测猕猴桃酒发酵过程中的酒精度、pH、可溶性固形物、还原糖和VC,发酵完成后进行猕猴桃酒的感官品质、电子鼻风味分析和GC-MS香气成分分析。

1.2.2.5 过滤、终止发酵 当猕猴桃酒的酒精度达到12 °,总糖含量低于4 g/L后,对方式一和二发酵的猕猴桃酒采用四层纱布过滤去渣,并加入60 mg/kg的偏重亚硫酸钾终止发酵。

1.2.2.6 澄清稳定 将终止发酵后的猕猴桃酒放于0 ℃冷库中进行自然澄清。

1.2.3 基本指标测定 酒精度:采用酒精计直接测得;pH:采用pH计直接测定[13];可溶性固形物:采用手持折光仪测定[14];还原糖的测定参考GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》;VC采用2,6-二氯靛酚法测定[15],参考国标GB/T 5009.86-2016。

1.2.4 猕猴桃酒的感官评定 采用模糊感官评定法对发酵结束后的猕猴桃酒进行感官评定[16-17]。感官评定由10位经过培训的酿酒专业的师生担任评价员,分别从色泽、香气、滋味和风格四方面对红心猕猴桃酒进行评定,即指标集X=(色泽、香气、滋味、风格),分设优、良、中、差四个评语集,即评价集U=(优、良、中、差),其对应的权重集A=(0.2、0.3、0.3、0.2),模糊关系综合评判集Y=A×R,其中R为模糊评判矩阵。最后评分结果以10人综合评分的平均值表示[18]。感官评分标准见表1。

表1 猕猴桃酒感官评分标准Table 1 Standard of sensory evaluation on kiwifruit wines

1.2.5 电子鼻对不同猕猴桃酒样品进行风味分析 分别吸取5 mL发酵结束后的四种处理的猕猴桃酒样于20 mL顶空瓶中,加盖密封,平衡20 min后进行检测[19]。仪器测定参数如下:温度25 ℃,传感器自动清洗时间为1 min;传感器归零时间为20 s;样品准备时间为5 s;进样流量为400 mL/min[20]。待样品的风味值稳定后,选取92～95 s进行PCA分析。

1.2.6 不同猕猴桃酒GC-MS分析 固相微萃取:准确量取5 mL猕猴桃酒样于15 mL顶空瓶中,加入0.60 g氯化钠固体,密封后放于40 ℃恒温水浴中平衡20 min,接着插入萃取头吸附40 min,拔出萃取装置迅速插入气相色谱仪进样口,于250 ℃解析5 min,同时启动仪器采集数据。

气相色谱条件:色谱柱为DB-5MS(30 m×0.25 mm,0.50 μm),程序升温:起始温度40 ℃,保持0 min;以5 ℃/min的速率升温到130 ℃,保持3 min;以13 ℃/min的速率升温到280 ℃;进样口温度280 ℃,柱箱温度40 ℃,载气为氦气,载气流速为1.78 mL/min;分流进样,分流比为1∶8.5。

质谱条件:离子源温度200 ℃;接口温度250 ℃;溶剂延迟时间0.5 min;电离方式EI。

1.3 数据处理

本实验中对猕猴桃酒各指标平行测定3次,取平均值,采用SPASS 20.0进行数据分析、Origin 9.0作图,电子鼻数据的主成分分析采用PEN3型电子鼻配套的Winmuster 1.6.2进行。

2 结果与分析

2.1 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中酒精度的影响

红心猕猴桃的不同前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中酒精度的影响如图1所示。在发酵前期,发酵液的酒精度随发酵时间的增加而快速上升,当升到一定值后保持不变。带皮整果破碎后混汁发酵过程中,发酵到第8 d时,酒精度趋于平稳,达到11.88% V/V,此后,随着发酵时间的增加,酒精度无显著变化(p>0.05);去皮整果破碎后混汁发酵、带皮压榨取汁和去皮压榨取汁后清汁发酵均在发酵10 d后,其发酵液的酒精度趋于平稳,在第10 d时,三种前处理方式发酵的猕猴桃酒的酒精度分别为12.91% V/V、12.64% V/V和13.26% V/V,高于带皮整果破碎后混汁发酵的红心猕猴桃酒的酒精度。这可能因为猕猴桃表皮自身携带着酵母,与外加酵母之间形成竞争关系,致使部分酵母死亡[21];此外清汁发酵过程中能更加充分利用果汁中的营养成分,使最终发酵而来的红心猕猴桃酒的酒精度较高,两个因素使带皮整果破碎后发酵的猕猴桃酒酒精度更低。

图1 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中酒精度的影响Fig.1 Effect of pretreatment methods on alcohol content during the fermentation of kiwifruit wines

2.2 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中pH的影响

如图2所示,四种前处理方式发酵猕猴桃酒的过程中,其pH随发酵时间增加而逐渐降低,降低的值均小于1,且四种方式之间的变化无显著差异(p>0.05)。带皮整果破碎后,在发酵猕猴桃酒的过程中其pH在3.26～3.87;去皮整果破碎后,在发酵猕猴桃酒的过程中其pH在3.79～3.35;带皮压榨取汁后,在发酵猕猴桃酒的过程中其pH在3.75～3.14;去皮压榨取汁后,在发酵猕猴桃酒的过程中其pH在3.81～3.30。这可能是因为发酵过程中,随着发酵的进行,发酵液内部的温度升高,使发酵迅速,破坏发酵液中部分酸类物质,最终导致发酵过程中pH呈轻微降低趋势,这个变化和黎星辰等[22]的研究结果一致。

图2 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中pH的影响Fig.2 Effect of pretreatment methods on pH during the fermentation of kiwifruit wines

2.3 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中可溶性固形物的影响

可溶性固形物是构成果酒风味的重要物质,反映了果酒中可溶性糖、酸、维生素和矿物质等主要营养物质的含量。如图3所示,猕猴桃酒在发酵过程中其可溶性固形物含量随发酵时间的增加而降低。带皮整果破碎后的发酵过程中,发酵到第8 d时,可溶性固形物值为4.05%,随发酵时间的增加，其值无显著性差异,趋于稳定;去皮整果破碎、带皮压榨取汁和去皮压榨取汁三种前处理方式得到的发酵液在发酵到第10 d时,可溶性固形物的值分别为3.655%、3.92%、3.17%,在此之后均趋于平稳。原因在于猕猴桃酒在发酵过程中,前期酵母生长旺盛,进行呼吸作用消耗营养物质,导致可溶性固形物下降,后期猕猴桃酒的酒精度过高,使大部分酵母死亡,呼吸作用微弱,猕猴桃发酵液中的可溶性固形物即趋于稳定。

图3 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中可溶性固形物的影响Fig.3 Effect of pretreatment methods on soluble solid during the fermentation of kiwifruit wines

2.4 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中还原糖的影响

还原糖是指食品中具有还原性的糖类,主要包括葡萄糖、果糖、麦芽糖等。如图4所示,四种前处理方式得到的猕猴桃发酵液在发酵过程中还原糖含量都不断下降,发酵到第10 d时,其含量均小于10 g/L。其中,去皮压榨取汁后,发酵过程中还原糖的含量下降最为剧烈,而带皮整果破碎和带皮压榨取汁两种处理后,还原糖的变化与之对应的去皮处理相比变化更慢,发酵过程更易于控制,品质得到更准确的监控。对于同一种去皮和带皮处理下的整果破碎和压榨取汁处理方式,整果破碎处理后发酵液的还原糖含量比压榨取汁后还原糖含量变化慢。这可能由于猕猴桃发酵液中所含有的物质种类和发酵液形态有关,压榨取汁得到澄清的液体,整果破碎后呈浆状,整果破碎后发酵时果渣在果胶酶的作用下释放了酵母菌不能利用的多糖,而压榨取汁发酵时酵母菌可以充分利用还原糖,导致还原糖的含量降低更为剧烈[9]。

图4 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中还原糖的影响Fig.4 Effect of pretreatment methods on reducing sugar during the fermentation of kiwifruit wines

2.5 前处理方式对猕猴桃酒发酵过程中VC的影响

不同前处理方式得到的猕猴桃发酵液在发酵过程中其VC含量的变化如图5所示。发酵前期,四种前处理方式下发酵过程中VC含量的下降均比较剧烈,这可能因为前期发酵罐中氧气含量较高,导致VC被氧化而减少。此外,根据孙俊良等[23]的研究结果,随着图1中发酵液酒精度的增加,空气中的氧与酒中的氨基酸相互作用使发酵液中的VC发生氧化而被破坏。当发酵液的酒精度等指标趋于平稳时,酵母菌的发酵作用变得微弱,此时VC含量变化较小。发酵结束后,带皮整果破率、去皮整果破率、带皮压榨取汁、去皮压榨取汁发酵得到的猕猴桃酒的VC含量分别为166.74、140.71、151.60和133.28 mg/100 g,与发酵前相比,VC的保留率分别为81.20%、70.98%、74.95%和69.61%。四种前处理方式中,带皮整果破碎后直接进行发酵,最终所得猕猴桃酒的VC保留率最高。

图5 前处理方式对红心猕猴桃酒发酵过程中VC的影响Fig.5 Effect of pretreatment methods on VC during the fermentation of red kiwifruit wines

2.6 不同前处理方式酿造的猕猴桃酒感官评分分析

模糊感官评定可有效消除人为误差,避免普通平均法带来的显著误差。经过感官评定小组对四种前处理方式发酵而来的猕猴桃酒从色泽、香气、滋味和风格四方面进行评价,评价结果如表2所示。

如表2所示,以带皮整果破碎后发酵的猕猴桃果酒的模糊关系评判集为例,进行如下计算:

表2 感官评定实验结果Table 2 Results of sensory evaluation

其最终感官评分为M1=0.69×5+0.24×4+0.07×3+0×2=4.62分。

同理可得去皮整果破碎、带皮压榨取汁和去皮压榨取汁三种前处理后发酵的红心猕猴桃酒的感官评分分别为:M2=4.17分 M3=4.33分 M4=4.25分。

通过上述计算分析可知,四种不同前处理方式发酵而来的猕猴桃酒的模糊感官评分总分由高到低的次序为带皮整果破碎>带皮压榨取汁>去皮压榨取汁>去皮整果破碎。由表2可知,带皮整果破碎后发酵的猕猴桃酒香气清新协调,口感细腻舒适,具有猕猴桃酒的特有风格,其色泽缺乏透明感,但经过后续的澄清,会使其具有鲜亮的色泽,外观更加诱人;而压榨取汁后进行清汁发酵的猕猴桃酒发酵结束时虽色泽优于带皮整果破碎发酵,但其香气、色泽和风格却不及带皮整果破碎发酵;去皮整果破碎后发酵的猕猴桃酒外观浑浊,其香味和滋味缺乏协调感,无特有风格。这可能因为猕猴桃表皮本身存在一些酵母菌,在酿造过程中,更有利于猕猴桃酒特有香气和风味的形成。

2.7 不同前处理方式酿造的猕猴桃酒PCA分析

如图6所示,为四种原料的前处理方式后发酵而来的猕猴桃酒电子鼻风味主成分分析。其中,第一主成分的方差贡献率为93.72%,第二主成分的方差贡献率为6.04%,两者的累计方差贡献率为99.76%,远大于统计学中80%的界限,表明该主成分分析可以表征猕猴桃果酒的数据信息,且以第一、二主成分为变量的得分矩阵保留了红心猕猴桃酒电子鼻香气图谱99.76%的信息[24-25]。从图中可以看出,2、3、4号酒样的数据点分别分布在各自区域中,风味存在差异,通过主成分分析可以将三者分辨出来,而1号酒样与2、3、4号酒样的数据点均有所重合,香气成分有所重叠,难以区分。

图6 不同前处理酿造的猕猴桃酒PCA分析图Fig.6 PCA analysis of kiwifruit wines by different pretreatment methods注:1:带皮整果破碎,2:去皮整果破碎,3:带皮压榨取汁,4:去皮压榨取汁。

2.8 不同猕猴桃酒GC-MS分析

黄佳[26]的研究结果表明,猕猴桃酒中的主要挥发性成分物质包括酯类、醇类、酸类、醛酮类和烯萜类,其中酯类、醇类和酸类三类物质总量在所有挥发性成分中所占比例超过90%。从表3可以看出,四种猕猴桃前处理方式发酵而来的猕猴桃酒挥发性成分及含量有较大差异,主要物质包括醇类、酯类、酸类和醛酮类。与黄佳的研究结果相比,缺少了烯萜类物质,该挥发性风味物质与猕猴桃的品种和猕猴桃酒的酿造时间有关。四种前处理方式酿造的猕猴桃酒的主要挥发性风味成分的种类和各类物质的含量如表4所示,不同处理方式发酵而来的猕猴桃酒主要挥发性风味成分及其含量存在较大差异,其中醇类和酯类含量最为丰富。其中带皮整果破碎后酿造的猕猴桃酒的主要挥发性风味成分最多,为24种,且醇类、酯类和酸类等特征性物质含量丰富,与感官评价和主成分分析结果一致。经过该前处理酿造的猕猴桃酒挥发性风味物质含量丰富,具有猕猴桃特有风味,香气清新协调。张昱[27]研究表明,苯乙醇和异戊醇等醇类,乙酸乙酯、丁酸乙酯和辛酸乙酯等酯类能赋予果酒特征性果香,对其挥发性香气成分影响较大。四种处理方式中,带皮整果破碎后发酵的猕猴桃酒中苯乙醇、乙酸乙酯和丁酸乙酯几种特征性风味物质含量较高,特征性果香浓郁。

表3 不同前处理酿造的猕猴桃酒挥发性成分及相对含量Table 3 Volatile components and relative contents of kiwifruit wines by different pretreatment methods

续表

表4 不同前处理酿造的猕猴桃酒主要香气成分统计Table 4 Statistics on main aroma components of kiwifruit wines by different pretreatment mehtods

3 结论

本实验采用不同前处理方式得到猕猴桃发酵液,通过监测发酵过程中发酵液的品质和发酵完成后的香气成分,以期筛选出最优的猕猴桃鲜果前处理方式。结果表明:四种前处理方式发酵而来的猕猴桃酒酒精度和还原糖含量均达到果酒规定范围,带皮整果破碎在发酵过程中发酵速度平稳,可溶性固形物含量高达4.05%,VC保留率为81.2%,感官评分为4.62 分,均高于其余三种前处理方式。其中,去皮整果破碎、带皮压榨取汁和去皮压榨取汁三种前处理方式发酵的猕猴桃酒香气成分差异能通过电子鼻分析区分,而带皮整果破碎后发酵的猕猴桃酒香气与其余三种有部分重叠。通过GC-MS挥发性香气成分分析,不同处理方式发酵而来的猕猴桃酒主要挥发性香气物质及其含有存在较大差异,其中醇类和酯类含量最为丰富。所以通过上述分析,带皮整果破碎后发酵的猕猴桃酒各项品质较优,特征性风味物质含量较高,果香浓郁,香气清新协调,口感细腻舒适,具有猕猴桃酒的特有风格。