基于高效液相色谱法分析梨酒发酵前后有机酸变化

滕达，司静涛，赵进，秦玲，康文怀*

（1.河北科技大学 食品与生物学院，河北 石家庄 050018；2.新疆罗菲特果业科技有限公司，新疆 库尔勒 841000）

果酒是指以新鲜水果为原料，经破碎或压榨取汁，通过全部或部分发酵酿制而成的低度发酵酒，酒精含量一般在7% vol～18% vol[1-2]。梨树是我国栽培面积最广的果树之一[3]，梨果肉质脆嫩，酸甜爽口，有清热消火、润肺止咳的功效，是酿造果酒的良好原料[4]。

由于品种、发酵条件、酿造酵母等方面的影响，水果发酵前后有机酸、氨基酸、风味等均会发生较大的变化[5]。有机酸组分与含量是果实品质风味的重要影响因素，果酒中有机酸含量不仅对果酒风味、口感和色泽的平衡有重要作用，更对果酒中各类化学物质及pH 值有重要影响[6]。研究表明，发酵前苹果、梨、李子主要有机酸为苹果酸和柠檬酸，葡萄为酒石酸及其盐类，猕猴桃和蓝莓为奎宁酸和柠檬酸，柑橘和菠萝为柠檬酸[7-11]。发酵后的苹果酒中有机酸主要是苹果酸、乳酸、奎宁酸、柠檬酸和琥珀酸[12]；葡萄酒主要有酒石酸、柠檬酸、苹果酸和琥珀酸[10]；猕猴桃酒主要为柠檬酸、乳酸和奎宁酸[13]。可见，不同果实发酵前后有机酸组成差异明显。

李彩林等[14]对红香酥梨有机酸含量的研究显示，红香酥梨主要有机酸为苹果酸和柠檬酸，次要有机酸为琥珀酸和酒石酸。岳英等[15]采用高效液相色谱（highperformance liquid chromatography，HPLC）测定了11 种不同梨汁的有机酸，证实梨果主要有机酸为苹果酸和柠檬酸。Wu 等[16]使用超高效液相色谱（ultra perfor mance liquid chromatography，UPLC）法对193 种梨果实中的有机酸进行研究，认为梨果主要有机酸为苹果酸、柠檬酸、奎尼酸、草酸和莽草酸，并根据有机酸含量的高低，将梨分为苹果酸优势型和柠檬酸优势型。目前，对梨果实中的有机酸研究较多，但是关于不同品种梨酒中有机酸的组分与含量研究较少，不同温度对发酵后梨酒有机酸变化的研究也较少。目前关于有机酸检测方法有酶法[17]、离子色谱法[18-19]、毛细管电泳法[17]、高效液相色谱法[20-21]。与其他方法相比，使用HPLC 法测定有机酸的方法简便、快捷、高效，已被广泛应用于水果及其深加工产品的有机酸测定。

因此，本试验采用HPLC 法，对砀山梨、库尔勒香梨和库尔勒香梨芽变梨3 种梨发酵前后有机酸的变化进行详细研究，并对不同发酵温度梨酒中有机酸组分和含量进行比较，以期为梨酒的发酵工艺改良提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与设备

砀山梨、库尔勒香梨、库尔勒香梨芽变梨：采自新疆库尔勒地区，其含糖量为90～97 g/L。

酿酒酵母（QA23）、果胶酶（60 000 U/mL）：法国Lallemand 公司；淀粉酶（1 000 U/g）：邢台万达生物工程有限公司；白砂糖：市售；偏重亚硫酸钾（食用级）、草酸、酒石酸、甲酸、苹果酸、丙二酸、苹果酸、莽草酸、抗坏血酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、马来酸、富马酸、琥珀酸、丙酸（纯度≥98%）、磷酸氢二铵（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；甲醇（色谱纯）：上海安谱实验科技股份有限公司。

Agilent1260 高效液相色谱仪：美国安捷伦科技公司；AL204-IC 分析天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；CNW-C18 色谱柱：上海安谱实验科技股份有限公司；WBL2531H 打浆机：美的集团。

1.2 方法

1.2.1 梨酒酿造工艺流程

工艺流程：梨→去皮去核→破碎打浆→酶解→加SO2→过滤取汁→调节糖度→接种酵母→发酵→倒罐→灌装。

操作要点：选取无病害且完熟的梨果削皮去核，用打浆机打浆，在梨浆中加入0.5 g/L 果胶酶、1 g/L 淀粉酶，4 ℃低温静置24 h 后，添加60 mg/L SO2；使用滤布取得果汁，并添加白砂糖使糖度达到220 g/L；将QA23 酵母在37 ℃水中活化30 min，将梨果汁平均分装在2 个发酵罐中，接种200 mg/L 活化后的酵母后进行发酵；总糖达到4 g/L 以下时停止发酵。发酵温度设置为15 ℃和25 ℃。

1.2.2 色谱条件建立及优化

色谱条件：色谱柱CNW-C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流动相为磷酸氢二铵（0.01 mol/L，pH2.45）；流速为1.0 mL/min；紫外检测波长为210 nm；柱温为30 ℃；进样量为20 μL；洗脱条件为等度洗脱。

色谱条件的优化：1）流动相的比较：流动相分别选择磷酸氢二铵（0.01 mol/L）和磷酸二氢钾（0.02 mol/L），其他色谱条件同上。2）pH 值的选择：以磷酸氢二铵溶液为流动相，pH 值分别为2.45、2.50、2.60 和2.70，其它色谱条件同上。3）流速的选择：流速分别为0.6、0.8、1.0、1.2 mL/min，其他色谱条件同上，考察各有机酸的分离情况。

1.2.3 标准曲线绘制

标准曲线绘制：分别配制5 mg/mL 草酸、酒石酸、甲酸、苹果酸、丙二酸、乙酸、莽草酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸溶液。用流动相将上述有机酸标准液稀释为不同浓度（2、1、0.5、0.25、0.125、0.062 5、0.031 25 mg/mL）的标准混合液，并在最优色谱条件下进行检测，绘制各有机酸标准曲线。以信噪比（S/N=3、S/N=10）确定检出限和定量限。

1.2.4 样品检测

取梨果汁、梨酒于离心机上以8 000 r/min 离心10 min，取上清液用0.45 μm 针孔滤膜过滤，进行HPLC检测。具体色谱条件参考1.2.2 的方法。

1.3 数据处理与统计分析

试验数据采用Excel 2019 进行统计，主成分分析采用SPSS 22.0 专业统计软件。

2 结果与分析

2.1 色谱条件的确定

在检测波长为210 nm、柱温为30 ℃、进样量为20 μL 的条件下，比较流动相磷酸氢二钾和磷酸氢二铵对有机酸分离的影响，发现流动相为磷酸氢二铵时，各有机酸都能完整分离，其保留时间短、检测时间短且无明显拖尾现象；不同流速（0.6、0.8、1.0、1.2 mL/min）下各有机酸分离度不同，研究发现流速为1.0 mL/min时分离较好；不同pH 值（2.45、2.50、2.60 和2.70）对有机酸的分离效果结果表明，pH 值为2.45 时有机酸分离较好，保留时间稳定、基线平稳且无拖尾现象。因此，最优的色谱条件：流动相为磷酸氢二铵，其浓度和pH 值分别为0.01 mol/L 和2.45，流速为1.0 mL/min。

本试验对10 种有机酸标样进行检测，但梨汁与梨酒中检测到7 种有机酸，因此仅对梨果汁、梨酒中7 种有机酸进行检测分析。采用优化后的色谱条件，测得的有机酸标准样、梨果汁、梨酒的色谱图见图1。

图1 7 种有机酸标准样、梨果汁和梨酒色谱图Fig.1 HPLC chromatogram of 7 organic acids in pear juice and pear wine

由图1 可知，其有机酸分离度较好，色谱峰型好，无拖尾现象。

2.2 标准曲线的绘制及加标回收率

2.2.1 标准曲线的绘制

如图1 所示，梨果汁和梨酒中常见的有机酸为草酸、酒石酸、苹果酸、莽草酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸，因此，以上述7 种有机酸绘制标准曲线，结果见表1。

表1 有机酸组分回归方程Table 1 Regression equation of organic acid composition

由表1 可知，7 种有机酸的线性回归方程的相关系数均在0.999 以上，方法的检出限为0.01～0.05 mg/mL，定量限为0.05～0.17 mg/mL，7 种有机酸的峰面积均在一定浓度范围内与浓度存在良好的线性关系。

2.2.2 加标回收率

对草酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸5 种有机酸进行加标回收率试验，结果见表2。

表2 样品加标回收率（n=3）Table 2 Standard recovery rate of samples（n=3）

由表2 可知，各有机酸的平均加标回收率为75.33%～102.01%，相对标准偏差均小于5%。

2.3 不同品种梨发酵前后有机酸含量的变化

2.3.1 有机酸总含量

梨酒发酵前后有机酸含量见表3。由表3 可知，3 种梨果汁中，有机酸总量为3.3～5.0 mg/mL，其中，库尔勒香梨果汁的有机酸总量最高（4.951 mg/mL），库尔勒香梨芽变梨果汁最低（3.390 mg/mL）。发酵后梨酒中有机酸含量大幅增加，库尔勒香梨芽变梨酒中的有机酸总含量为10.543 mg/mL，在3 种梨酒中含量最高。经过发酵后，3 种梨酒中酒石酸、柠檬酸、乳酸、莽草酸和琥珀酸含量均提高，而草酸含量降低，苹果酸在砀山梨酒中含量下降，在其他2 种梨酒中含量升高。

表3 梨酒发酵前后有机酸含量Table 3 Organic acid content of pear wine before and after fermentation mg/mL

酒石酸的酸味强烈，对酒体稳定性、pH 值和口感有显著影响[22]。3 种梨果汁中酒石酸含量有较大差异，库尔勒香梨芽变梨汁中含量最低（0.410 mg/mL），库尔勒香梨汁酒石酸含量约为其2.1 倍，砀山梨果汁中含量最高（1.123 mg/mL）。发酵后梨酒酒石酸含量明显升高，约占总有机酸的40%。不同品种梨酒酒石酸含量差异显著，库尔勒香梨芽变梨酒含量最高，显著高于砀山梨酒和库尔勒香梨酒，砀山梨酒酒石酸含量最低，约为库尔勒香梨芽变梨酒的67%。

苹果酸是梨果汁中含量较高的一种有机酸，其酸味爽口，略带刺激性，有略微的苦涩感，呈味时间较长。3 种梨果汁中，砀山梨果汁中苹果酸含量最低（1.304 mg/mL），库尔勒香梨中含量最高（2.061 mg/mL）。在发酵后，不同品种梨酒苹果酸含量变化不一，砀山梨酒中含量降低，而库尔勒香梨和库尔勒香梨芽变梨酒中含量升高。

乳酸是梨果汁和梨酒中重要的有机酸，与苹果酸相比，口感温和，略有生涩感。乳酸提高了发酵果酒的稳定性和营养价值，同时也为果酒增加了复杂性和水果香气[23]。因此经过苹果酸-乳酸发酵，使酒体更加稳定、温和[24]。砀山梨汁中乳酸含量最低（0.374 mg/mL），显著低于库尔勒香梨汁与库尔勒香梨芽变梨果汁。发酵后的梨酒中乳酸含量显著增加，其中库尔勒香梨芽变梨酒中含量最高，为1.568 mg/mL；砀山梨酒次之；库尔勒香梨酒的含量最低，仅为0.861 mg/mL。

柠檬酸在果酒中呈现出一种清新的酸味。库尔勒香梨芽变梨果汁的柠檬酸含量为0.075 mg/mL，在3 种梨汁里含量最低。库尔勒香梨果汁中柠檬酸含量为0.119 mg/mL，砀山梨果汁含量最高，为0.141 mg/mL。发酵后柠檬酸含量显著增加，库尔勒香梨酒中含量增加到0.544 mg/mL，且显著高于其他2 种梨酒。

琥珀酸除酸味外还有类似于咸苦味的特殊味道，其参与果酒中酯类物质的代谢及酒味的合成[25]。琥珀酸在梨果汁中占比较高，占总有机酸含量的16.8%～17.6%。库尔勒香梨果汁中琥珀酸含量最高（0.856 mg/mL），砀山梨果汁中含量次之，库尔勒香梨芽变梨果汁最低。发酵过程中，琥珀酸作为三羧酸循环的中间产物，可由柠檬酸生成α-酮戊二酸，进而合成琥珀酸。因此，发酵后的梨酒中琥珀酸含量显著增加，其含量由高到低依次为砀山梨酒＞库尔勒香梨酒＞库尔勒香梨芽变梨酒。

莽草酸作为生物合成代谢的中间产物，存在于大量植物和微生物中，以莽草酸为中间产物可合成分解为其他物质[26]。在梨果汁中莽草酸含量较低，其中砀山梨果汁的含量最高（0.138 mg/mL），显著高于库尔勒香梨芽变梨果汁和库尔勒香梨果汁。发酵后梨酒莽草酸含量也显著增加。

3 种梨果汁中，草酸含量在库尔勒香梨果汁中最高（0.521 mg/mL），库尔勒香梨芽变梨果汁最低（0.209 mg/mL）。在酒精发酵过程中，草酸形成了草酸盐沉淀，因此梨酒中草酸的含量明显下降[27]。发酵后梨酒中草酸含量显著降低，库尔勒香梨酒降至0.100 mg/mL，库尔勒香梨芽变梨酒和砀山梨酒分别降至0.086、0.082 mg/mL。

2.3.2 发酵温度对梨酒有机酸含量的影响

在15 ℃和25 ℃下发酵后梨酒有机酸含量见图2。

图2 不同温度发酵下有机酸的差异Fig.2 Differences in organic acids after fermentation at different temperatures

有机酸含量对果酒的pH 值、风味和化学稳定性都有着重要的影响。发酵温度的高低影响酿酒酵母生长速度进而影响果酒中的有机酸含量。由图2 可以看出，发酵温度为25 ℃的砀山梨酒和库尔勒香梨酒中有机酸总量略高于15 ℃。15 ℃的发酵条件下砀山梨酒中酒石酸含量为3.23 mg/mL，库尔勒香梨酒中为4.123 mg/mL，均高于发酵温度为25 ℃的梨酒，库尔勒香梨芽变梨酒中则相反。酿造温度15 ℃的砀山梨酒中柠檬酸含量（0.566 mg/mL）高于25 ℃，而库尔勒香梨酒和库尔勒香梨芽变梨酒在25 ℃下较高。15 ℃的库尔勒香梨酒的苹果酸（2.468 mg/mL）与库尔勒香梨芽变梨酒中琥珀酸（2.325 mg/mL）含量高于25 ℃的梨酒。

2.4 主成分分析

对3 种梨酒中有机酸含量进行主成分分析，结果见图3。

图3 主成分分析Fig.3 Principal component analysis

由图3 可知，根据特征值大于1 提取主成分，可提取到2 个主成分，其方差贡献率分别为62.3%和19.9%，其累计方差贡献率为82.2%，表明主成分分析结果可靠，基本可以反映7 种有机酸指标的信息。

第一主成分（PC1）与酒石酸（0.941）、琥珀酸（0.902）、乳酸（0.891）和柠檬酸（0.890）呈正相关，而草酸（-0.842）与该主成分呈负相关。另一方面，在第二主成分显示出与苹果酸（0.936）呈正相关，与莽草酸呈负相关（-0.626）。考虑到梨汁和梨酒在二维象限中的分布，可以清晰地观察到不同样品分离情况。在此以用于发酵的不同品种和不同发酵温度进行分离。从图3中可以看出，库尔勒香梨芽变梨果汁和库尔勒香梨果汁在PC2 的上半部分，砀山梨果汁在PC2 的下半部分，因此，砀山梨果汁中有较高的莽草酸。发酵后的3 种梨酒都在PC1 的右侧，因此梨酒中的草酸含量降低，在PC2 中，砀山梨酒在下半部分，库尔勒香梨芽变梨酒和库尔勒香梨酒在上半部分，所以砀山梨酒拥有较少的苹果酸和较高的莽草酸。此外，15 ℃下发酵的库尔勒香梨酒与25 ℃发酵分离明显，15 ℃发酵的酒中拥有更高的苹果酸，25 ℃发酵的酒中拥有更高的莽草酸。

3 结论

以3 种香梨为原料酿造梨酒，利用HPLC 法测定酒精发酵阶段发酵温度对有机酸含量的影响。结果显示，与梨果汁相比，发酵后梨酒中酒石酸、莽草酸、乳酸、柠檬酸和琥珀酸含量升高，草酸含量降低，砀山梨酒中苹果酸含量减少，库尔勒香梨酒和库尔勒香梨芽变梨酒中含量增加。发酵条件为15 ℃下砀山梨酒的酒石酸和柠檬酸含量高于25 ℃，15 ℃的库尔勒香梨酒中苹果酸和酒石酸高于25 ℃，与酿造条件25 ℃相比，在15 ℃下库尔勒香梨芽变梨酒中琥珀酸含量较高。