冰糖红梨酒发酵工艺优化及香气成分分析

颜子豪，孟庆芳，陈江魁,2, ，孙嘉怡

（1.邯郸学院生命科学与工程学院，河北邯郸 056005；2.河北省高校冀南太行山区野生资源植物应用研发中心，河北邯郸 056005）

红梨又称红皮梨，是果皮为红色的优良梨种的总称[1]，具有酥、脆、储存寿命长、抗病逆、抗氧化等特性[2-4]。河北魏县盛产的红梨果实呈高桩圆形、果皮为红褐色、果肉白色细腻、果型端正，其营养价值丰富，果实中富含多种配糖体、维生素和鞣酸成分，成熟的梨果糖含量比较高，可溶性固形物含量13%～14%，在产品的综合利用中适合于酒类的开发[5-8]。

当前，红梨主要用于鲜食和家庭熬制冰糖梨汁，产品开发度和附加值较低，其相关研究也以着色机理、营养成分和栽培技术为主，在食品开发方面的研究较少。杜恣闲等[9]通过研究得出将水果酿造制成果酒能增强其营养价值，且近年来人们的酒类消费理念也逐渐从高度酒转为低度酒、粮食酒转为果酒[10]，因此，红梨果酒的开发符合产品深加工需求。目前已有多种梨酒的相关报道，如李莉峰等[11]研制了南果梨酒并对其发酵条件进行优化，得到了南果梨酒的最佳发酵工艺；张大为等[12]研制了安梨果酒并对梨酒的香气成分进行了分析，同时在发酵阶段采取有效措施降低酒的酸度，提高了适口感。对比来看，不同梨酒的最优发酵条件和风味物质存在一定差异，其营养成分也有一定区别。

为丰富果酒市场，提升红梨的产品附加价值，延长其产业链，本文以魏县红梨为主要原料，辅以冰糖熬制成冰糖红梨汁进行果酒发酵。在单因素实验基础上，使用正交试验法，通过测定冰糖红梨酒发酵过程中的主要指标变化研究最佳发酵条件，并采用气-质联用技术（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）对冰糖红梨酒香气成分进行分析，以期得到一款受各年龄段人群喜爱的特色果酒产品，推进魏县红梨的综合利用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红梨鲜果 采自冀南地区的魏县红梨；冰糖、白糖 市售；焦亚硫酸钾（食品级） 河南天源生物科技有限公司；安琪葡萄酒果酒专用酵母（SY酵母） 安琪酵母公司；果胶酶（10万U/g） 南宁庞博生物公司。

LRH-100恒温培养箱 上海精宏实验设备有限公司；TD20002A电子天平 上海力辰仪器科技有限公司；pHS-3C酸度计 上海世义精密仪器有限公司；E-201-9型pH复合电极 上海罗素科技有限公司；Clarus 680-Clarus SQ 8T型气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）配有GC-MS Turbomass工作站 美国珀金埃尔默股份有限公司；50/30μmDVB/Car/PDMS固相萃取头 美国Supelco公司。

1.2 实验方法

1.2.1 冰糖红梨酒工艺流程 冰糖红梨酒发酵工艺流程如图1所示，具体操作要点如下：

图1 冰糖红梨酒发酵工艺流程Fig.1 Fermentation process of red pear wine with candy sugar

冰糖梨汁的制备：选择新鲜成熟的魏县红梨，经清洗、去梗、去皮和护色处理后与果胶酶混合，于40 ℃条件下水浴90 min[13]，然后按1:4:8的比例分别加入冰糖、红梨酶解物、水于砂锅中，加热至沸腾后熬制约20 min。

主发酵工艺：按试验设计调整初始糖度、初始pH，焦亚硫酸钾添加量、酵母接种量（接种前在36 ℃恒温糖水中活化30 min[14]），放置预定的发酵温度下进行发酵。发酵完成后，滤去残渣，进行巴氏灭菌10 min。

1.2.2 发酵工艺单因素实验 选择发酵温度、初始糖度、初始pH、酵母接种量、焦亚硫酸钾添加量作为冰糖红梨酒的发酵因素[15-16]，固定发酵温度23 ℃、初始糖度20%、初始pH4、酵母接种量0.06%、焦亚硫酸钾添加量160 mg/L。发酵温度定为16、19、22 和 25 ℃，初始糖度选择 14°Brix、17°Brix、20°Brix和 23°Brix，初始 pH 调至 3.5、4、4.5和 5，酵母接种量设为0.02%、0.06%、0.10%和0.14%，焦亚硫酸钾添加量为140、160、180和200 mg/L，进行酒精度、残糖含量测定和感官评定。

1.2.3 正交试验设计 由单因素实验选出四个主要因素，以综合赋分为评定指标，进行四因素三水平的正交分析试验，试验按照L9（34）正交试验因素水平表（见表1）。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.4 果酒品质分析

1.2.4.1 理化指标 酒精度采用GB/T 15038-2006[17]中的酒精计法测定；残糖含量采用阿贝折射仪测定。

1.2.4.2 感官评定 参照 GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[17]，选取外观、香气、滋味、典型性四个指标制定感官评分标准，见表2。选取10名果酒品评员进行品评（男女各5人，年龄20～40岁）。

表2 感官评分标准Table 2 Criteria for sensory evaluation

1.2.4.3 综合赋分的确定 参照NY/T 1508-2017《绿色食品果酒》[18]中规定的果酒酒精度最高值为基准对冰糖红梨酒的酒精度度数进行百分制转换（见式1），并设定感官评分和酒精度的加权系数分别为0.7和0.3，对冰糖红梨酒进行综合赋分。

式中：T：百分制下的酒精度分数值，分；Xi：酒精度的测定值，%vol；W：NY/T 1508-2017《绿色食品果酒》规定的果酒酒精度最高值，18%vol。

1.2.5 冰糖红梨酒香气成分的提取与测定 采用顶空固相微萃取气质联用（HS-SPME-GC-MS）法对所制得的冰糖红梨酒挥发性风味物质进行检测[19-20]。

1.2.5.1 样品制备 取20 mL酒样加入盛有饱和NaCl的顶空瓶中，放入转子，将顶空瓶密闭，在60 ℃条件下平衡20 min，将石英萃取头插入顶空瓶里酒液上空，吸附30 min后立即插入GC-MS的进样口，于250 ℃条件下解析1.5 min。

1.2.5.2 实验条件 气相色谱条件：进样口温度250 ℃，载气He，无分流进样，载气流速1.0 mL/min。采用程序升温方式，初始温度50 ℃，以3 ℃/min升至 80 ℃，保持 2 min，再以 6 ℃/min升至 230 ℃ 保持3 min。

质谱条件：MS离子源温度220 ℃，电离方式EI，电子能量70 eV，扫描质量范围45～450 amu。

分析：将采集到的谱图与质谱仪的NIST谱库进行检索对比进行定性，并采用半定量法，用峰面积表示挥发性物质的绝对含量，面积归一法计算物质的相对含量（见式2）。

式中：Ai：i物质的百分含量，%；Xi：i物质的峰面积。

1.3 数据处理

数据处理均采用SPSS 20.0数据分析软件进行极差和方差分析，采用Origin v10.5.45.29542及Excel 2020软件进行图表绘制，所有试验均设立3组平行。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 发酵温度对冰糖红梨酒发酵的影响 发酵温度对冰糖红梨酒的影响如图2～图3所示，在15 ℃时，发酵速率缓慢，酒精度和感官评分均不高。而当发酵温度≥19 ℃时，发酵速率明显提高，最后残糖含量在6.5%左右，酒精度均在10.5%vol左右。在19和23 ℃下发酵的冰糖红梨酒感官品质均相对较好，尤其是19 ℃下发酵的酒口感较为和谐。

图2 不同发酵温度对发酵过程中残糖含量和酒精度的影响Fig.2 Effects of different temperature on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

图3 不同温度发酵的冰糖红梨酒感官评分比较Fig.3 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different temperatures

出现这种现象可能原因是，当温度较低时，酵母代谢生长速率较慢，产酒精能力弱，发酵糖消耗速度慢，残糖含量高；温度较高时，酵母细胞快速生长繁殖[21]，大量消耗糖分，产酸过多，口感不协调。所以选择19 ℃为发酵的适宜温度。

2.1.2 初始糖度对冰糖红梨酒发酵的影响 由图4～图5可以看出，在前3 d，不同初始糖度的发酵过程相似，速率相近；在4～7 d，发酵速率差异明显。初始糖度≥17°Brix时的发酵速率明显高于初始糖度为14°Brix 时的发酵速率。初始糖度在14°Brix～20°Brix范围内，随着初始糖含量的增加，酒的感官品质逐渐升高；当初始糖含量超过20°Brix时，成品酒的感官品质又有所下降。

图4 不同初始糖度对发酵过程中残糖含量和酒精度的影响Fig.4 Effects of different initial sugar concentrations on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

图5 不同初始糖度发酵的冰糖红梨酒感官评分比较Fig.5 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different initial sugar concentrations

出现这种现象可能是因为当初始糖度偏低时，酵母细胞在发酵的中后期产生的酒精少，香气积累不足且发酵结束时残糖含量低，成品酒的香气不足，口感偏酸。当初始糖含量偏高时，发酵液渗透压增大，抑制了酵母菌生长[22]。因此，选择20°Brix为最适的初始糖度。

2.1.3 初始pH对冰糖红梨酒发酵的影响 如图6～图7所示，当初始pH为3.5时，发酵起始较晚，酒精度和感官评分较低；当初始pH为5时，发酵起始过早，前期发酵速率快，但在4 d后，发酵速率明显减慢。当pH为4和4.5时，过程平缓，成品酒的酒精度高，残糖含量低，但当pH为4时冰糖梨酒香气不协调，而当pH为4.5时，感官评分较高。

图6 不同初始pH对发酵过程中残糖含量和酒精度的影响Fig.6 Effects of different initial pH values on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

图7 不同初始pH发酵的冰糖红梨酒感官评分比较Fig.7 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different initial pH

出现这种现象可能是因为当pH较低时，酵母生长代谢缓慢，菌群优势不明显，产酒精能力弱，成品酒残糖含量高。pH过高酵母生长耗糖过快，后期发酵能力不足，导致感官评分降低。因此，选择4.5为冰糖红梨酒的适宜初始pH。

2.1.4 酵母接种量对冰糖红梨酒发酵的影响 由图8～图9可以看出，当酵母接种量≥0.10%时，发酵起始时间早，前期发酵速度快，在第1 d残糖含量便降至约13.5%，在第4 d便接近发酵终点；当酵母接种量在0.06%～0.14%范围内，随着酵母接种量的增加，成品酒的感官品质逐渐降低。

图8 不同酵母接种量对发酵过程中残糖含量和酒精度的影响Fig.8 Effects of different yeast inoculation amount on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

图9 不同酵母接种量发酵的冰糖红梨酒感官评分比较Fig.9 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different yeast inoculation amount

出现这种现象可能是因为，酵母接种量过小，酵母无法形成优势菌群，发酵过程中容易受到杂菌感染致使酒质下降[23]；当酵母接种量过高时，酵母生长繁殖快，酒精发酵剧烈，有机酸等风味物质生成少使口感变差。当酵母接种量为0.06%时，酒体协调。因此，选择0.06%为发酵的适宜接种量。

2.1.5 焦亚硫酸钾添加量对冰糖红梨酒发酵的影响 由图10～图11可以看出，焦亚硫酸钾添加量越多，成品酒的残糖含量越低，酒精度越高。当焦亚硫酸钾的添加量为140 mg/L时，酒的色泽发暗，口感偏酸。当焦亚硫酸钾添加量≥160 mg/L时，成品酒的感官品质逐渐降低。

图10 不同焦亚硫酸钾添加量对发酵过程中残糖含量和酒精度的影响Fig.10 Effects of different amounts of potassium pyrosulfite on residual sugar and alcohol content during fermentation

图11 不同焦亚硫酸钾添加量发酵的冰糖红梨酒感官评分比较Fig.11 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different amounts of potassium pyrosulfite

出现这种现象可能是因为焦亚硫酸钾添加量过低时，反应生成的SO2过少，抑菌效果不明显，发酵液易染杂菌，导致酒体偏酸[24]。焦亚硫酸钾添加量过高，反应生成的SO2过多，抑菌作用强烈，导致发酵过程中总酸生成不足，影响梨酒风味。因此，选择160 mg/L为适宜添加量。

2.2 正交试验结果与分析

根据单因素实验结果，以综合评分为指标，以发酵温度、初始糖度、初始pH、酵母接种量为因素，进行4因素3水平的正交优化试验，实验结果见表3，感官评定的因素方差分析见表4。

由表3的极差分析结果可看出，影响冰糖红梨酒综合赋分的主次因素顺序为A＞B＞D＞C，即发酵温度＞初始糖度＞初始pH＞酵母接种量。由表4方差分析结果得出，发酵温度、初始糖度、初始pH、酵母接种量对冰糖红梨酒的综合赋分影响均极显著（P＜0.01）。冰糖红梨酒发酵的最优方案为A2B1C2D3，即发酵温度为19 ℃，初始糖度为18°Brix，酵母接种量为0.06%，初始pH为4.8。该条件不在正交试验的组合中，故进行验证试验，在此条件下进行3次重复试验，制得的冰糖红梨酒具有典型的红梨酒风格，各项指标为：酒精度 10.1%vol±0.23%vol，糖度6.17°Brix±0.14°Brix，总酸 4.8±0.13 g/L，感官评分88.9±0.57分，综合赋分79.1±0.79分，优于所有正交试验组合的结果。

表3 正交试验结果Table 3 Orthogonal test results

表4 综合赋分的因素方差分析Table 4 Factor anova of sensory evaluation

2.3 冰糖红梨酒挥发性风味分析

冰糖红梨酒风味物质来源多种多样，可以是其果实本身的，又有不同酿造阶段产生的。图12为冰糖红梨酒的挥发性风味成分GC-MS总离子流色谱图，其分析结果见表5。经GC-MS分析从冰糖红梨酒中检测出挥发性风味成分36种，主要为醇类、酯类和酸类。其中醇类共8种，占比18.31%；酯类共16种，占比 60.2%；酸类 4种，占比 13.32%；醛类3种，占比3.63%；酮类3种，占比1.75%；酚类2种，占比0.78%。

表5 冰糖红梨酒挥发性香气成分GC-MS分析结果Table 5 GC-MS analysis of volatile aroma components in red pear wine with candy sugar

图12 冰糖红梨酒挥发性香气成分GC-MS分析总离子流图Fig.12 GC-MS analysis on current of volatile aroma components in red pear wine with candy sugar

醇类物质主要在糖发酵和酵母代谢中产生，表现为甜香、花果香，是酒中重要的呈味物质[25-26]。冰糖红梨酒中检测到醇类8种，其中苯乙醇含量最高，苯乙醇是由酵母利用糖或由苯丙氨酸代谢产生的高级醇，不仅可以赋予冰糖红梨酒丰富的风味，还具有抑菌作用[27-28]。

酯类16种，在冰糖红梨酒的香气成分中占比最大，是冰糖红梨酒的主要风味成分[29]。果酒中酯类的合成主要在酵母菌体内进行，生成的产物通过细胞膜进入酒体[27]。其中酯类以辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙基-9-癸烯酸酯为主，可赋予冰糖红梨酒白兰地酒香、乳香及水果香味[30-31]。除醇类和酯类外，还有酸类、醛类、酮类和酚类，这些物质的存在也丰富了酒体风味。例如：癸酸具有脂香味、癸醛具有茶叶香、香叶基丙酮具有柑橘香和芸香草香。

续表 5

通过与南果梨酒[11]、安梨果酒[12]、香梨发酵酒[32]类梨酒进行香气成分对比发现，辛醇、α-松油醇为冰糖红梨酒所特有的醇类，分别可赋予冰糖红梨酒柠檬味和丁香味；乙基-9-癸烯酸酯和肉豆蔻酸乙酯为特有且含量较高的酯类，可赋予冰糖红梨酒果香、乳香和莺尾油香；另外，癸酸乙酯和癸酸百分含量也高于同类梨酒，赋予冰糖红梨酒更多的梨香、酒香和脂香[33]。

3 结论

通过单因素实验，探讨了冰糖红梨酒发酵工艺中发酵温度、初始糖度、酵母接种量、初始pH、焦亚硫酸钾添加量对冰糖红梨酒发酵过程中主要理化指标及感官品质的影响。通过单因素和正交试验优化，最终确定冰糖红梨酒的最佳发酵条件：发酵温度为19 ℃，初试糖度为 18°Brix，酵母接种量为 0.06%，初始pH为4.8，焦亚硫酸钾添加量为160 mg/L，发酵时间为7 d，所制得的冰糖红梨酒酒精度为10.1%vol±0.23%vol，糖度 6.17°Brix±0.14°Brix，总酸 4.8±0.13 g/L，感官评分为88.9±0.57分，酒体均匀，口感柔和协调且具有浓郁的梨果香气。采用GC-MS对冰糖红梨酒的风味成分进行定性分析，共检测出36种挥发性香气物质，其中酯类相对含量最多。

冰糖红梨作为日常的饮品，本身具有很高的保健功效，本文研究表明，通过适当的发酵，冰糖红梨适合于高品质的特色酒类生产。