酶促增香对2个品种蓝莓酒理化性质及香气物质的影响

刘方恬，李孙君，成柯，高吉慧，袁方,2*

1(华中农业大学 食品科学技术学院，湖北 武汉，430070) 2(环境食品学教育部重点实验室，湖北 武汉，430070)

蓝莓又名蓝浆果、越橘，为杜鹃花科越橘属，属小浆果类，呈深蓝色，近圆形，果肉细腻，甜酸适口，香气宜人，并且富含维生素、超氧化物歧化酶、花色苷、黄酮等多种生理活性成分。蓝莓具有较强的抗氧化能力，同时具有促进视红素再合成，提高免疫力，延缓衰老及抗癌等多种生理活性功效，是国际粮农组织列出的人类五大健康食品之一，被誉为“浆果之王”[1-2]。自20世纪80年代起，我国开始从北美引进高产的蓝莓品种，现近20个省份有规模栽培。其主要栽培品种有高丛、矮丛、兔眼蓝莓等，分别适于鲜食和加工等不同用途。虽然起步较晚，但我国蓝莓种植规模呈逐年扩大的趋势，蓝莓产业发展迅速。据不完全统计，2001年我国蓝莓种植面积为25 hm2左右，2010年超过14 000 hm2，年平均增长量在150%以上[3-4]。与此同时，蓝莓酒、蓝莓复合果酒及蓝莓果汁饮料开始悄悄兴起，然而品质参差不齐，尤其在香气品质上仍处在摸索阶段。

目前，国内外研究中风味前体及其风味修饰中的关键酶(如β-D-葡萄糖苷酶)已有很多报道[5-7]。β-D-葡萄糖苷酶来源多样，可以水解糖苷键将香气物质从结合态变成游离态，从而达到增香的目的[7]，已被商业化生产并且广泛应用到食品工业领域[8]。许多研究证明利用β-D-葡萄糖苷酶可不同程度地促进葡萄酒风味前体物释放。如MARTINO等[9]利用来源于黑曲霉的经纯化后的β-D-葡萄糖苷酶制剂来研究其对白葡萄酒香气的影响，结果表明，酶处理后葡萄酒中单萜物质含量(里哪醇、α-松油醇、香茅醇、橙花醇、香叶醇)是原有含量的2倍，使葡萄酒果香更加浓郁。游离态或固定态的酶制剂能够促进葡萄酒中挥发性物质显著增加(约4倍)，尤其对于莫斯卡托葡萄酒，其萜醇(里哪醇、香茅醇、橙花醇、香叶醇)含量显著增加[10]。然而，β-D-葡萄糖苷酶制剂在蓝莓酒中的应用却未见报道。从现有报道可以看出，蓝莓鲜果的香气物质主要以醇类、酯类、萜类、醛类化合物为主[11-12]。其中，萜类物质是蓝莓中含量较高的挥发性物质，大约占蓝莓总挥发性物质的20%～30%[13]。萜类香气物质在果实中多以糖苷键合态的形式存在，由此可以推测β-D-葡萄糖苷酶制剂在蓝莓酒的增香上具有一定潜力。

本文以“奥尼尔”和“密斯蒂”2个南高丛品种蓝莓果为材料发酵蓝莓酒，利用商业糖苷酶制剂AR2000对蓝莓酒进行水解增香，并测定了酶促增香对其香气及其他重要品质指标的影响，探讨其在不同品种蓝莓酒中的作用效果以及伴随的品质变化。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蓝莓鲜果(南高丛品种密斯蒂和奥尼尔，产自湖北黄陂)，湖北牧童蓝莓有限公司；葡萄酒活性干酵母D254、果胶酶Pectinase EX，法国Lallemand公司；Rapidase AR 2000糖苷酶制剂(简称AR2000)，DSM公司；白砂糖，焦亚硫酸钾等均为市售食品级；福林酚试剂(分析纯)，芦丁(分析纯)，DPPH(分析纯)，上海源叶生物科技有限公司；没食子酸(分析纯)，飞扬生物化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

手持式数字折射仪(PAL-1)，日本ATAGO公司；电热恒温水浴锅(HWS-12)，上海一恒科学仪器有限公司；恒温磁力搅拌器(S22-2)，上海司乐仪器有限公司；气相色谱仪(Agilent 6890)、质谱仪(Agilent 5973)，美国Agilent公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS SPME萃取头，美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 蓝莓酒发酵工艺流程

1.3.2 酶解处理

加酶量实验中，2个品种的蓝莓酒各取50 mL，分别加入0、25、35 mg/L AR2000酶液于30 ℃下酶解4 h后，于-20 ℃冷冻保存。

挥发性香气实验中，蓝莓新酒充分混匀灌装后取100 mL于-20 ℃冷冻作为对照组，酶处理的条件为2.5 g/100 mL加酶量，30 ℃，酶解4 h。2个品种的蓝莓酒各取1瓶密封置于4 ℃自然陈酿1年，作为自然陈酿组。

1.3.3 蓝莓酒总花色苷、总酚和总黄酮含量测定

蓝莓酒总花色苷含量参照LEE等[14]的方法，采用pH值示差法测定蓝莓酒中总花色苷的含量。蓝莓酒总酚含量参照李巨秀等[15]的方法，采用Folin-Ciocalteu比色法。蓝莓酒总黄酮含量测定参照李世燕等[16]采用三氯化铝比色法。

1.3.4 蓝莓酒还原力和DPPH清除率测定

蓝莓酒还原力的测定：将蓝莓酒样液稀释4倍，之后取50 μL稀释后的样品于试管中，依次加入2.5 mL 2 mol/L磷酸盐缓冲液(pH=6.6)和质量浓度10 g/L铁氰化钾溶液2.5 mL，混合均匀后，于50 ℃条件下水浴20 min，之后快速冷却,加入质量浓度100 g/L三氯乙酸溶液2.5 mL，混合均匀。取5 mL反应液于试管中，加5 mL蒸馏水和质量浓度1 g/L FeCl3溶液5 mL，充分混匀。以蒸馏水为参比，于700 nm波长处测定样品吸光度。每个样品重复测定3次。用Vc标准品在相同条件下制作标准曲线，结果以mg/L Vc计算。

蓝莓酒DPPH清除率测定:将蓝莓酒样液稀释5倍，取0.05 mL稀释后的样品和2.95 mL DPPH溶液(0.1 mol/L，调整吸光度至0.650左右)于试管中，混合均匀后，室温避光静置15 min，以体积分数为80%甲醇为对照，于517 nm波长下测定其吸光值(Ai)。空白组为取0.05 mL稀释后的样品和2.95 mL体积分数为80%甲醇溶液(Aj)。对照组为取0.05 mL蒸馏水和2.95 mL DPPH溶液(A0)。每个样品重复测定3次。

(1)

式中：Ai为样液与DPPH反应后的吸光值；Aj为样液与80%甲醇反应后的吸光值；A0为蒸馏水与DPPH反应后的吸光值。

1.3.5 固相微萃取条件

准确量取2 mL样品移入10 mL螺口样品瓶中，加入8 mL饱和NaCl溶液，10 μL内标(4-辛醇，50 mg/L)，加入磁力搅拌子，用聚四氟乙烯隔垫密封，在磁力搅拌器上加热至50 ℃，平衡15 min后，采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头顶空吸附40 min，插入GC进样口解析5 min进行GC-MS分析。每个样品重复检测2次。

1.3.6 GC-MS条件

色谱柱：HP-5MS (30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升温程序：40 ℃保持3 min，以3 ℃/min升至160 ℃，保持2 min，以8 ℃/min升至220 ℃，保持3 min；载气(He)流速1.0 mL/min。

电子轰击离子源；电子能量70 eV；传输线温度250 ℃；离子源温度250 ℃；质量扫描范围m/z35～350。

1.3.7 定性、定量分析

定量分析采用外标与内标相结合的方法进行定量[17]。即通过目标化合物选择离子峰面积与内标物选择离子峰面积之比与这2种化合物的质量浓度之比建立标准曲线。利用所建立的标准曲线计算蓝莓酒中香气成分的含量。

1.3.8 香气活性值(odor activity values, OAVs)

根据文献查找每个香气物质在10%左右乙醇溶液中的香气阈值，根据样品中香气物质的含量和香气阈值之比计算OAV。

1.3.9 数据统计

采用SPSS statistics 22对数据进行单因素方差分析(ANOVA)检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 蓝莓酒基础理化指标

2个品种蓝莓果实及新酒的基础理化指标见表1。2个品种蓝莓鲜果在可溶性固形物、含水量、密度以及pH值上差异不大，但是“密斯蒂”蓝莓的氨基酸态氮含量约为“奥尼尔”蓝莓的2倍，并且2种蓝莓果的氮含量均低于正常干型果酒发酵所需量(140～350 mg N/L)[18]，为保证发酵顺利进行，在发酵起始时添加了300 mg/L磷酸氢二铵。按照上述工艺流程酿制而成的蓝莓酒，其酒精度含量约为10%左右，残糖量<4 g/L，颜色为紫红色，具有蓝莓品种特有的香气。

表1 两个品种蓝莓果实及新酒的基础理化指标Table 1 Basic parameters of berry and young wine inthis study

2.2 酶解处理对蓝莓酒抗氧化物质及抗氧化活性的影响

经酶制剂AR2000处理前后， “密斯蒂”和“奥尼尔”蓝莓酒抗氧化物质的含量及抗氧化活性见表2。

表2 不同加酶量处理对“密斯蒂”和“奥尼尔”蓝莓酒抗氧化物质的影响Table 2 Effect of different enzyme addition on the antioxidants in “Misty” and “O’Neal” blueberry wines

注：同一行不同字母表示显著性差异(P<0.05,n=3)，下同。

由表2可知，“密斯蒂”蓝莓酒总花色苷、总酚以及总黄酮的含量均高于“奥尼尔”蓝莓酒，并且“密斯蒂”蓝莓酒的还原力和DPPH清除率也高于“奥尼尔”蓝莓酒。比较不同加酶量处理可知，2个品种的蓝莓酒在酶处理过后的花色苷明显低于不加酶处理(P<0.05)，蓝莓酒花色苷的含量随着酶添加量的增加而下降，说明β-葡萄糖苷酶对花色苷具有水解作用[19]，过多添加可能会对蓝莓酒的颜色品质产生一定的负面影响。酶处理对蓝莓酒其他的抗氧化物质以及抗氧化活性的影响不大。从品质及经济的角度考虑，选择了25 mg/L的加酶量进行后续的香气实验。

2.3 酶解处理和自然陈酿对蓝莓酒香气物质的影响

采用顶空固相微萃取-气质联用(SPME-GC-MS)技术对蓝莓酒香气进行了分析，香气成分的总离子流见图1。

a-密斯蒂蓝莓酒；b-奥尼尔蓝莓酒图1 蓝莓酒香气成分总离子图Fig.1 Total ion chromatography of volatile compounds in blueberry wines

对“奥尼尔”和“密斯蒂”蓝莓酒，加入β-葡萄糖苷酶和对照组以及陈酿1年组的蓝莓酒香气进行定量分析，结果见表3。共定量分析了22种香气成分，其中包含9种酯类物质、1种醛类物质、9种萜类物质、2种醇类物质和1种酚类物质。根据这些化合物的质量浓度和香气阈值，计算出OAVs(表4)，其中OAV大于1的物质有14种，被认为是蓝莓酒中的香气贡献成分[20]。对比“密斯蒂”和“奥尼尔”2个品种蓝莓酒的香气成分，发现主要在萜类香气物质上差异较大。“密斯蒂”蓝莓酒的萜烯类香气物质的种类和含量均高于“奥尼尔”蓝莓酒。蓝莓酒中萜类化合物OAVs大于1的有桉叶油素、芳樟醇，α-松油醇，桃金娘烯醇，香芹醇和β-香茅醇，其中芳樟醇和桃金娘烯醇的OAVs最高。这些萜类香气物质多具有草香、木香、花香和樟脑样香气，赋予了蓝莓酒特殊的风味。萜类物质在蓝莓中存在非常广泛，品种间差距较大[12]，但是目前市面上的蓝莓酒大多未标明品种名称，有的为混合品种酿制而成，这可能造成蓝莓酒香气品质参差不齐。本实验结果说明品种差异对蓝莓酒的香气物质影响较大，所以原材料的选择是保持蓝莓酒香气品质稳定性的重要因素之一。

表3 “密斯蒂”和“奥尼尔”蓝莓酒中的挥发性香气成分 单位：μg/L

注：同一行不同字母表示显著性差异(P<0.05,n=3)；ND表示未检出。*酶处理的条件为25 mg/L加酶量，30 ℃，酶解4 h。

表4 “密斯蒂”和“奥尼尔”蓝莓酒中的挥发性香气成分OAVs>1结果Table 4 Volatile compounds with OAVs>1 in “Misty” and “O’Neal” blueberry wine

续表4

序号香气成分“密斯蒂”蓝莓酒OAV“奥尼尔”蓝莓酒OAV香气阈值/(μg·L-1)对照酶处理∗自然陈酿对照酶处理自然陈酿10桃金娘烯醇myrtenol7[27]31.132.731.416.419.018.711E-香芹醇E-carveol200[28]1.11.11.10.90.80.812β-香茅醇β-citronellol100[23]2.72.11.61.71.11.113苯乙醇phenylethyl alcohol14 000[23]1.21.21.210.011.512.114丁子香酚eugenol6[23]5.87.32.843.857.237.0

注：酶处理的条件为25 mg/L加酶量，30 ℃，酶解4 h。

酶处理和自然陈酿对萜类香气物质的影响较大。酶处理和自然陈酿处理之间并无显著差异。酶处理蓝莓酒中2-茨醇和α-松油醇的含量显著高于对照组(P<0.05)，而芳樟醇则显著低于对照组(P<0.05)。并且2个品种的蓝莓酒表现出类似的趋势。在果实中，香气物质一部分以游离态的形式存在，另外一部分则以糖苷键合态香气前体的形式存在[21]。糖苷键合态前体物质本身不具有香气活性，但是通过酸水解或者酶解的方式转化为具有香味的香气物质[21]。但是在蓝莓中，糖苷键合态香气物质的报道不多。本实验的结果说明蓝莓中的萜类物质有一部分以糖苷的形式存在，这一部分糖苷类物质会被β-葡萄糖苷酶水解，并且效果与自然陈酿过程中发生的缓慢酸水解作用相似。可见β-葡萄糖苷酶在蓝莓酒增香中具有一定的应用潜力。

从表3可以看出，蓝莓酒中酯类物质比较丰富，其中OAVs大于1的有丁酸乙酯，乙酸异戊酯，苯甲酸甲酯，己酸乙酯和辛酸乙酯。酯类物质主要在酵母发酵过程中产生，是产生果酒花香和果香的重要成分。在“密斯蒂”蓝莓酒中，酶解处理后葵酸乙酯和琥珀酸二乙酯的含量显著低于对照组(P<0.05)；而在“奥尼尔”蓝莓酒中，酶解处理和陈酿组的己酸乙酯含量显著低于对照组(P<0.05)，说明AR2000糖苷酶具有一定的酯酶活性，并且对于长链脂肪酸酯的水解作用效果更为明显，这一结果也与之前报道的一致[22]。但是由于长链脂肪酸酯的OAVs大多低于短链的脂肪酸酯，例如本研究中葵酸乙酯和琥珀酸二乙酯的OAVs均小于1，说明这种酯酶的活性可能对整体风味的影响较为有限。

此外，蓝莓酒中检测到的醛类，醇类，酚类，其中OAVs大于1的有苯乙醇(玫瑰味)和丁子香酚(丁香味)。“奥尼尔”蓝莓酒中的丁子香酚的含量明显高于“密斯蒂”蓝莓酒。所以“奥尼尔”蓝莓酒丁子香酚的OAV(37.0～57.2)也明显高于“密斯蒂”蓝莓酒中丁子香酚的OAV(2.8～7.3)。说明丁子香酚可能是造成2种蓝莓酒香气差异的重要挥发性物质之一。相比于对照组，酶解处理使“密斯蒂”蓝莓酒中的丁子香酚的含量显著提高(P<0.05)，“奥尼尔”蓝莓酒中丁子香酚在酶处理后也有升高但是相比于对照组不显著，说明丁子香酚在蓝莓中也有部分以糖苷键合态的形式存在，酶解处理能加速其水解释放过程。酶解处理并未使醛类和醇类产生明显差异，说明酶解对这些香气物质的影响不大。

3 结论

本实验利用单一品种的蓝莓果进行果酒发酵，利用固相微萃取-气相色谱-质谱法对2个品种的蓝莓酒的香气成分进行了分析，共定量检测了22种香气成分。实验发现品种对蓝莓酒的挥发性香气成分具有一定影响。经过葡萄糖苷酶AR2000处理，蓝莓酒花色苷的含量有所下降但是总酚、总黄酮以及抗氧化活性变化不大。对香气进行气相色谱的分析后发现，2个品种蓝莓酒的部分萜类香气物质以及丁子香酚均有不同程度的升高，而且都是良好的呈香物质，其效果类似于自然陈酿。说明蓝莓的糖苷前体物质有很大的香气挖掘潜力，酶处理能使其有更好的风味表现并且可以缩短陈酿时间。这对提升蓝莓酒的增香工艺提供了良好的理论基础。