芫根枸杞果酒发酵工艺优化研究

张文刚

(1.青海大学农林科学院,青海 西宁 810016;2.青海省青藏高原农产品加工重点实验室,青海 西宁 810016;3.青藏高原种质资源研究与利用实验室,青海 西宁 810016)

芫根(BrassicarapaL.),又名芜菁、蔓菁、扁萝卜等,为十字花科芸苔属的药食同源蔬菜作物,主要种植区域为我国西北地区[1]。芫根性喜冷凉,能够适应高海拔地区气候环境,有长寿圣果的美誉[2],其含有丰富的蛋白质、氨基酸、类黄酮、皂苷、多糖、生物碱、有机酸等营养和功能成分[3-5],表现出抗疲劳、抗缺氧、调节免疫、降血脂、降血糖、补肾生精、健胃消食等多种功效[6-9]。因其具有良好的促进健康作用且可药、食、饲兼用,近年来逐渐成为医学、营养学和食品工业领域的研究热点[10]。

枸杞又称枸杞子、枸杞果、枸杞豆,为茄科枸杞属多年生落叶灌木,是我国传统的药食两用植物。在我国西北地区如宁夏、青海、甘肃、西藏、内蒙古等分布广泛[11]。枸杞富含多糖、蛋白质、甜菜碱、维生素、多酚、微量元素等活性成分[12,13],《本草纲目》中记为甘平而润,性滋而补,具有抗氧化、抗衰老、抗癌、抗炎、调节免疫等多种生物活性[14,15]。随着大健康产业的快速发展,枸杞已被广泛应用于食品和药品的开发与生产加工[13]。

目前,芫根多被当地百姓用于食用或饲用,而在食品加工方面还很薄弱,已有制品以饮料为主,市场开发前景广阔[16]。果蔬酒是以新鲜果蔬或果蔬汁为原料经部分或完全发酵而成的低度酒精饮料,因其含有丰富的营养成分、较低的酒精度及丰富的香气而受到消费者广泛欢迎[17]。以芫根为原料开发果蔬酒产品是拓宽其应用途径的有效方式之一。然而,芫根味淡微甜且略带辛辣味,仅以芫根为原料制作相关产品通常风味不佳[18]。鉴于枸杞的高健康价值及甘甜滋味,将其与芫根结合进行复配发酵,不仅可以结合两种原料的营养功能优势,也能赋予发酵果酒产品较好的感官品质。本研究以芫根和枸杞为原料制作芫根枸杞果酒,通过单因素和正交试验优化加工工艺,以期为芫根资源的综合开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

芫根,由青海大学农林科学院园艺所提供;枸杞粉,由江苏君康莱健康产业有限公司生产;EC1118酵母,由拉曼公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

芫根→预处理→打浆→成分调整→酵母活化→主发酵→成品。

1.2.2 试验步骤

(1)预处理:选择成熟的芫根,剔除其有损伤的部分。用清水洗去附着的泥沙、杂质等。

(2)打浆:取200 g预处理后的芫根,切成约2 cm × 2 cm × 2 cm的果块然后置于打浆机中,按照料液比1∶1(g/mL)加水打浆。

(3)成分调整:添加白砂糖控制糖度,添加枸杞粉调整风味,枸杞粉添加量以打浆加水量为基准。

(4)酵母活化:取酿酒干酵母,加入温度为30 ℃、含有4%白砂糖的溶液中进行活化。

(5)发酵:将活化后的酵母加入芫根浆液中,接种量以芫根质量计,置于培养箱发酵,当酒精度连续3 d无明显变化时,主发酵结束。

1.2.3 单因素试验

以酒精度和感官评分为指标,探讨枸杞粉加量(10%、20%、30%、40%、50%)、糖度(21 °Bx、24 °Bx、27 °Bx、30 °Bx、35 °Bx)、酵母接种量(2%、4%、6%、8%、10%)和发酵时间(3 d、4 d、5 d、6 d、7 d)对芫根枸杞果酒品质的影响。各因素固定条件为枸杞粉加量20%、糖度30 °Bx、酵母接种量4%、发酵时间5 d。

1.2.4 正交试验

在单因素试验基础上,选择糖度(A)、酵母接种量(B)、发酵时间(C)和枸杞粉加量(D)四个因素的较优水平,设计L9(34)正交试验,确定芫根枸杞果酒的最优工艺条件。正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素水平表Table.1 Factor and level of orthogonal test

表2 感官评价标准Table.2 Sensory evaluation criteria

1.2.5 试验指标测定

1.2.5.1 酒精度

参考魏晓霞[19]的方法测定。取1 mL酒液于50 mL容量瓶中定容,取定容后的样液5 mL加入锥形瓶,再依次加入10 mL 2%的重铬酸钾溶液和5 mL 98%的浓硫酸,摇匀后用锡箔纸封口并反应10 min。冷却至室温后,以空白标准液作参比,在波长610 nm处测定样品吸光度值,根据标准曲线定量。酒精度按照式(1)计算。

z(%vol)=20×y(%vol)

(1)

式中:y为样品酒精度;z为实际酒精度。

1.2.5.2 总酚和总黄酮含量

参考杨希娟等[20]的方法测定总酚含量、DPPH·自由基清除力、FRAP还原能力及ABTS+·自由基清除力。总酚含量以没食子酸当量表示(mg GAE/L),抗氧化活性以Trolox当量表示(μmol/L)。

1.2.5.3 感官评价

参照 GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》的要求,以色泽、香气、滋味、典型性为评定指标。组织7名经过基础培训人员在室温条件下对样品进行感官评价,评分以平均值表示。感官评价标准如2所示。

1.3 数据处理

试验平行三次,采用Origin 2019和Excel进行图表绘制。差异显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 单因素试验研究

2.1.1 糖度对果酒品质的影响

由图1可知,随着糖度的增加,芫根枸杞果酒的酒精度和感官评分均呈现出先升高后降低趋势,当糖度为30 °Bx时酒精度和感官评分均最高。当糖度在21～30 °Bx范围内增加时,酒精度和感官评分不断增加;而当糖度超过30 °Bx后,发酵液渗透压过大,酵母繁殖和代谢受到抑制,酒精度和感官评分降低;与此同时,过高的糖度使得酒中残糖过多,口感下降[21]。因此,选取糖度30 °Bx为适宜水平。

图1 糖度对果酒品质的影响Fig.1 Effect of sugar content on fruit wine quality

2.1.2 酵母接种量对果酒品质的影响

由图2可知,随着酵母接种量的增大,芫根枸杞果酒酒精度和感官评分先升高后降低,当酵母接种量为6%时酒精度和感官评分均最高。酵母添加较少时,发酵速度缓慢、周期长、易染杂菌,酒精度偏低,酒的品质不佳;酵母添加较多时,酵母繁殖所需营养物质不足,酒的酒精度降低且容易产生酵母味,风味与口感下降[22]。因此,选取酵母接种量6%为适宜酵母添加量。

图2 酵母接种量对果酒品质的影响Fig.2 Effect of yeast inoculation on fruit wine quality

2.1.3 枸杞粉添加量对果酒品质的影响

由图3可知,随着枸杞粉添加量增加,芫根枸杞果酒的酒精度和感官评分总体呈现先升高后降低再上升趋势,当枸杞粉加量为30%时酒精度和感官评分达到最高。枸杞粉添加较少时,酒中芫根风味明显且色泽暗淡,综合品质不佳;枸杞粉添加过多时,枸杞风味突出,风味和色泽不够协调,典型性较差。因此,选取枸杞添加量30%为适宜添加量。

图3 枸杞粉加量对果酒品质的影响Fig.3 Effect of dosage of Chinese wolfberry powder on fruit wine quality

2.1.4 发酵时间对果酒品质的影响

由图4可知,随着发酵时间延长,芫根枸杞果酒的酒精度和感官评分均先升高后降低,当发酵时间为5 d时酒精度和感官评分最高。发酵时间较短时,酵母发酵作用不足,酒精度较低,品质不佳;发酵时间过长时,不良产物出现积累,酒的酸甜比不协调,品质出现下降[23]。因此,选取发酵时间5 d为适宜发酵时间。

图4 发酵时间对果酒品质的影响Fig.4 Effect of fermentation time on fruit wine quality

2.2 正交试验研究

由表3可知,以酒精度为指标,极差(R)为A>D>B>C,最优工艺条件为A2B1C3D3,即糖度30 °Bx、酵母接种量4%、发酵时间6 d、枸杞粉添加量40%;以感官评价为指标,极差(R′)为D>A>B>C,最优工艺条件为A2B1C2D3,即糖度30°Bx、酵母接种量4%、发酵时间5 d、枸杞粉添加量40%。在最优组合下制备芫根枸杞果酒,测定发现组合1(A2B1C3D3)感官评分达到88分,高于组合2(A2B1C2D3)。因此,选择组合1为芫根枸杞果酒的最佳制备条件。

表3 正交试验结果分析Table.3 Results of orthogonal tests

2.3 理化指标测定研究

由表4可知,芫根枸杞果酒中总酚含量为642.57 mg/L,DPPH、FRAP和ABTS抗氧化能力分别达到651.71、1 393.46和2 065.20 μmol/L,表明芫根枸杞果酒富含酚类化合物并具有较强的抗氧化活性,功能品质良好。

表4 芫根枸杞果酒理化指标测定结果Table.4 Physicochemical indicators detection results of Brassica rapa L.Chinese wolfberry fruit wine

3 讨论和结论

目前,芫根研究大多集中在品种选育、营养评价、生物活性等方面,已报道的产品主要为泡菜和果汁饮料[24,25],其在发酵酒中的应用有待进一步探究。枸杞作为药食两用的宝贵浆果资源,已被广泛用于功能酒类产品的酿造中。李少鹏等[26]以新鲜枸杞为原料制备了枸杞果酒,发现最优条件下枸杞果酒含有丰富的多酚、黄酮、多糖、甜菜碱、氨基酸等营养功能成分,且香气幽雅协调、酒体醇厚。将芫根与枸杞相结合进行果酒酿制,有助于增加果酒营养功能成分,并丰富成品酒的感官和风味特征,进而提升芫根资源附加值。

本研究通过单因素和正交试验确定了芫根枸杞果酒发酵优化条件为糖度30 °Bx、酵母接种量4%、时间6 d、枸杞添加量40%。成品芫根枸杞果酒呈橘红色、澄清透明、香气较协调、酸甜适中,感官评分为88分。此外,芫根枸杞果酒富含酚类物质并表现出良好的抗氧化特性。芫根自身存在独特的辛辣味,这为其发酵果酒的加工带来不利影响。添加枸杞粉进行复配发酵不仅有效改善了芫根发酵果酒的风味和口感,也赋予成品酒丰富的酚类化合物,有助于强化芫根发酵果酒的潜在功能品质。本研究为芫根的精深加工利用增加了新思路。