红树莓果醋的制作工艺及香气成分分析

武林芝，郝秀萍

(太原学院 材料与化学工程系，太原 030032)

红树莓是悬钩子属、蔷薇科植物，又名木莓、马林果和覆盆子，分布广泛、种类繁多，主要分布于美洲、欧洲和亚洲[1]。我国约有200种红树莓，主要分布于我国的河南、河北、内蒙古和山西等地[2]。红树莓为灌木，喜光，生命力旺盛，抗病虫害能力强，对水分、气候和土壤气候也有很强的适应性[3]。

红树莓具有很高的营养价值和生物活性功能，根据中国农业科学院对红树莓中成分的测定结果表明：100 g新鲜红树莓中含有83.2 g水分、3.2 g纤维素、0.3 g蛋白质、0.3 g脂肪，此外还含有大量的矿物质元素钾、钙、镁和磷，维生素C、B、E和P。

韩加等[4]对红树莓中的成分进行了研究，结果表明，新鲜的红树莓中含有大量的花青素、多酚、黄酮和花色苷，具有较高的食药用价值，能提高人体免疫能力，预防高血压和动脉硬化，被世界粮农组织誉为“黄金水果”[5]。

果醋作为一种新型的功能型调味饮品，营养丰富、口感优良，运用现代生物技术，以水果为主要原料，利用微生物发酵酿造而成[6]。近年来，果醋的需求一直呈现上升的趋势，主要是由于果醋同时拥有水果和醋的营养成分[7]。

本研究对红树莓果醋的制作工艺进行优化，主要对发酵温度、初始糖度和发酵温度单因素进行分析，再进行正交试验分析，从而获得红树莓果醋制作的最佳加工工艺[8]。除此之外，应用气相色谱-质谱分析法对红树莓中的香气成分进行分析，旨在为红树莓果醋的发展提供科学依据[9]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

红树莓、白砂糖、干酵母、碳酸氢钠、果胶酶和氢氧化钠。

1.2 试验仪器

培养箱、电子天平、水浴锅、气相色谱-质谱仪、集热恒温加热磁力搅拌器和萃取头。

1.3 试验方法

1.3.1 红树莓果醋制作工艺流程

操作要点：红树莓的选择和处理：采摘无病虫害、新鲜的红树莓，打浆处理；酶解：打浆后添加果胶酶，在40 ℃的条件下酶解60 min，添加少许碳酸氢钠；添加酵母菌：取活性干酵母按照固液比1∶10溶解于蔗糖水中，在40 ℃的条件下活化30 min；杀菌：将红树莓果醋灌装后，在70 ℃的水浴中加热20 min，获得成品[10]。

1.3.2 发酵温度对红树莓果醋的影响

将红树莓果汁的初始糖度调节为220 g/L，调节pH为4.0，接入5%的酵母菌，研究不同的发酵温度22，24，26，28，30，32 ℃对红树莓果醋品质的影响[11]。

1.3.3 初始糖度对红树莓果醋的影响

将红树莓果汁的pH调节为4.0，接入5%的酵母菌，温度调节为26 ℃，研究不同初始糖度160，180，200，220，240，260 g/L对红树莓果醋品质的影响[12]。

利用SPSS 16.0软件对49个样点土壤的8项养分指标进行主成分分析，并对各土壤样品的综合得分以欧式距离为衡量土壤间差异大小的指标，采用类平均法进行系统聚类。主成分分析的主要运算步骤包括[7]：

1.3.4 酵母菌接种量对红树莓果醋的影响

将红树莓果汁的初始糖度调节为220 g/L，调节pH为4.0，发酵温度为26 ℃，研究不同酵母菌接种量3%、4%、5%、6%、7%和8%对红树莓果醋品质的影响[13]。

1.3.5 红树莓果醋制作的正交试验

在单因素的基础上对红树莓果醋工艺进行显著性分析，将发酵温度、初始糖度和酵母菌接种量3个因素进行正交优化试验分析，以酒精度作为指标进行L9(34)正交优化试验，获得最佳的加工工艺条件，因素水平设计条件见表1[14]。

表1 红树莓果醋制作正交因素影响试验Table 1 Effect of orthogonal factors on the preparation of red raspberry fruit vinegar

1.3.6 红树莓果醋香气成分提取流程

红树莓果醋中香气成分的提取采用顶空固相微萃取法，取发酵完成后的红树莓果醋5 mL，将其添加至容积有20 mL的顶空萃取样品瓶中，将样品放置于恒温磁力搅拌器中，在温度为50 ℃的恒温箱中放置15 min，将已经活化的萃取头插入顶空位置，距离液面1 cm吸附60 min，吸附结束后，将萃取头插入气相色谱仪中，在250 ℃条件下解吸7 min[15-16]。

利用质谱全离子扫描图与NIST 05标准谱图做对比，对红树莓果醋中的香气成分做定性分析，采用面积归一的方法对香气含量进行计算[17]。

2 红树莓果醋制作单因素试验

2.1 发酵温度对红树莓果醋的影响分析

图1 发酵温度对红树莓果醋的影响Fig.1 The effect of fermentation temperature on red raspberry fruit vinegar

2.2 初始糖度对红树莓果醋的影响分析

由图2可知，随着红树莓果醋中初始糖度的增加，红树莓果醋中的酒精度先升高而后逐渐趋于平稳。当初始糖度低于220 g/L时，红树莓果醋中的酒精度随着初始糖度的增加而增加；当初始糖度高于220 g/L时，红树莓果醋中的酒精度基本保持不变。这是由于糖度增加到一定浓度时，酵母菌的分解趋于饱和，不能够分解多余的糖分。所以选用初始糖度为220 g/L作为最佳的糖度，过高的糖度会影响红树莓果醋本身的风味[19]。

图2 初始糖度对红树莓果醋的影响Fig.2 The effect of initial sugar content on red raspberry fruit vinegar

2.3 酵母菌接种量对红树莓果醋的影响分析

由图3可知，红树莓果醋中的酒精度随着酵母菌接种量的增加先增加后降低，当酵母菌的接种量在3%～5%的范围内时，红树莓果醋的酒精度随着酵母菌接种量的增加而逐渐增加，当酵母菌的添加量为5%时，红树莓果醋中的酒精度含量最高，为11.8%；当酵母菌的添加量高于5%时，红树莓果醋中酒精度逐渐下降，这是由于过多添加酵母菌，繁殖时消耗大量的糖分，从而导致红树莓果醋中的酒精度下降，所以选择酵母菌接种量为5%作为最佳的酵母菌接种量。

图3 酵母菌接种量对红树莓果醋的影响Fig.3 The effect of yeast inoculation amount on red raspberry fruit vinegar

3 红树莓果醋制作正交优化试验结果分析

为了获得红树莓果醋制作的最佳工艺条件，通过L9(34)正交试验进行优化，在单因素的基础上，将发酵温度、初始糖度和酵母菌接种量作为考察因素，由单因素试验确定条件范围，X、Y和Z分别代表温度、初始糖度和酵母菌接种量，以酒精度作为指标，试验设计和结果见表2。

表2 正交试验设计及结果Table 2 Orthogonal experimental design and results

由表2可知，影响红树莓果醋发酵的因素顺序是酵母菌接种量>初始糖度>温度，优化后的最佳组合为X0Y-1Z1，即发酵温度26 ℃、初始糖度200 g/L和接种量6%，在此条件下发酵的红树莓果醋酒精度达到13.88% vol，发酵足够彻底。

4 红树莓果醋香气成分分析

取出红树莓发酵结束后的果醋，样品经过处理后，使用GC-MS进行分析，检测出的挥发性成分含量见表3。

表3 红树莓果醋发酵后挥发性成分分析Table 3 Analysis of volatile components of red raspberry fruit vinegar after fermentation

续 表

由表3可知，红树莓果醋发酵结束后一共检测到37种挥发性物质，相对含量占总含量的79.18%。其中，醇类物质一共有9种，相对含量为45.78%，醇类物质中，含量最高的为乙醇，相对含量为30.23%，其次是庚醇、丁二醇、3-甲基-1-丁醇和2-甲基-1-戊醇，相对含量分别为4.1%、3.6%、3.2%和2.1%，其余的4种醇对红树莓果醋的香气成分贡献较小，相对含量为2.55%；酯类一共有11种，相对含量为19.73%，含量最多的为乙酸苯乙酯、正己酸乙酯和苯乙酸乙酯，相对含量分别为7.89%、5.67%和3.22%，其余8种成分的含量为2.95%；烃类一共检测出8种挥发性成分，相对含量为10.71%，其中含量最多的为6-三甲基二环庚-2-烯和苯乙烯，相对含量分别为4.11%和3.45%，其余6种成分的相对含量为3.15%；酮类一共检测出3种挥发性成分，相对含量为2.44%；其他类型的挥发性成分检测出6种，相对含量为0.52%。

5 小结

本试验通过对红树莓果醋的制作工艺及基本香气成分进行研究，以酒精度作为指标，对发酵温度、酵母菌添加量和初始糖度3个因素进行单因素试验，获得的最佳工艺条件为：发酵温度26 ℃、初始糖度220 g/L和酵母菌液添加量5%；经正交试验优化获得的最佳工艺为发酵温度26 ℃、初始糖度200 g/L和接种量6%；采用气相色谱-质谱联用法对红树莓果醋中的香气成分进行分析，研究结果表明红树莓果醋中含有37种香气成分，其中包括9种醇类、11种酯类、8种烃类、3种酮类和6种其他挥发性成分。