酶解对香蕉果酒发酵前后风味的影响

钟思彦，徐玉娟，余元善，吴继军，李 璐，卢楚强，陈从贵，邹 波,

（1.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业农村部功能食品重点实验室，广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610；2.广东源丰食品有限公司，广东茂名 525000）

香蕉属芭蕉科植物，主要分布在印度、菲律宾、巴西、中国和印度尼西亚等热带和亚热带地区。我国是世界上第三大香蕉生产国，在香蕉全球贸易中起重要作用[1-2]。香蕉果肉香甜软滑，营养丰富，富含酚类、矿物质、类黄酮、膳食纤维等[3-5]，具有降低血脂血压、防止心脑血管疾病、润肠通便的作用[6]。但是，香蕉是典型的呼吸跃变型水果，采收时间集中，成熟后不易贮藏，一般2～4 d 会腐烂变质[7]。因此，开展香蕉精深加工对延长香蕉产业链具有重要意义。

果酒酒精度较低，富含果香味和水果中的活性物质，深受消费者喜爱。目前，市场上果酒的种类几乎涵盖了所有水果品种。香蕉糖度高，适用于果酒发酵，但香蕉果肉含有较多果胶，打浆后果浆粘稠，取汁不易，未经处理的原浆直接酿酒较难。目前香蕉果酒的加工工艺主要采用酶解后再发酵，或者加水制汁后发酵。果胶酶能将果浆中的果胶大分子降解成小分子，降低果浆的粘度，提高出汁率，同时对果酒的品质也有提升。程拯艮[8]发现果胶酶能促进原浆中芳香物质的释放，丰富香气组成；还有研究[9]发现果胶酶使火龙果酒的产量提高16%，且果酒香气更丰富。然而，酶解和非酶解对香蕉果酒发酵前后理化性质尤其是风味变化的对比研究鲜见报道。

香气是决定果酒风味，影响消费者接受度最关键的因素。现有报道主要集中于香蕉酒香气成分相对含量的测定，如温海祥等[10]采用液-液萃取的方法提取香蕉酒中的香气成分，用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析得出酯类和醇类是香蕉酒中主要的香气成分；韦璐等[11]发现香蕉果酒在低温发酵期间，香气总相对含量呈现先升后降，最后趋势平稳。尽管这些研究有助于辨析香蕉酒中香气成分的种类，但挥发性成分在整体香气中的强度还取决于成分的浓度和在介质中的阈值[12]，通常以香气活度值（OAV）表示，当OAV<1 时，该挥发性成分对整体香气无贡献，OAV>1 时，该挥发性成分对整体香气有直接贡献，且挥发性成分OAV 值越大，对整体香气贡献越大[13]。目前，关于香蕉果酒发酵前后香气成分的浓度变化、OAV 值及香气主成分分析（PCA）鲜见报道，本研究在分析常规理化指标的同时，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）技术，通过定量分析、OAV和PCA 系统探究了酶解和非酶解处理香蕉果酒发酵前后挥发性成分的变化规律，为香蕉果酒发酵工艺提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香蕉 广东源丰食品有限公司提供；酿酒酵母FX10 法国 Laffort 公司；氢氧化钠、果胶酶（500 U/mg）分析纯，上海源叶生物科技有限公司；二氯甲烷（色谱纯）、氯化钠（分析纯）天津市科密欧化学试剂有限公司；C5～C32 系列正构烷烃混标 上海安谱璀世标准技术服务有限公司；仲辛醇 色谱纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；果葡糖浆、偏重亚硫酸钾 食品级，湖南岳阳三湘化工有限公司。

PB-10 型pH 计 德国Sartorius 公司；SW-CJ-2FD 无菌工作台 苏净集团苏州安泰空气技术有限公司；HWS-24 电热恒温水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司；ALC-210.4 电子分析天平 德国ACCULAB 公司；SPX-250B-Z 生化培养箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；H-200-BIA03 榨汁机 上海韩惠人爱家电科技有限公司榨汁机；RFM3400 阿贝折光仪 英国Stanley 公司；JW-1042 型离心机安徽嘉文仪器装备有限公司；DMA 35 便携式密度计奥地利安东帕（中国）有限公司；DB-5 非极性毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 µm）美国Restek；7890B-5977B 型气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent 科技公司；57330-U 型三相固相微萃取头（PDMS/DVB/CAR）美国Supelco 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 香蕉酒工艺流程 香蕉去皮→打浆/加水打浆→酶解/不酶解→过滤→调配→酒精发酵→过滤→澄清。

1.2.2 样品分组及制备 经前期对果胶酶、纤维素酶和淀粉酶的筛选及酶用量和酶解时间的研究，将样品进行以下分组处理：

参考柏建玲等[14]的研究，将香蕉去皮，加2 倍质量水打浆，过滤，所得香蕉汁为样品1*；香蕉去皮打浆后，加入0.03%果胶酶，50 ℃水浴加热处理2 h，然后过滤，所得香蕉汁为样品2*。

在所得两组香蕉汁中加入果葡糖浆调节TSS到22oBrix；加入偏重亚硫酸钾，用量为100 mg/kg；接入活化的酿酒酵母FX10，酵母用量为250 mg/kg，发酵温度20±2 ℃，发酵7 d，酒精发酵结束5000 r/min离心10 min 后取上清液备用；样品1*发酵所得果酒标记为样品3*，样品2*发酵所得果酒标记为样品4*。果汁和果酒分别取样储存于-20 ℃进行后续实验。

1.2.3 pH、总酸（TA）和可溶性固形物（TSS）的测定

各处理组样品的pH 采用pH 计直接测定；总酸采用GB 12456-2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》[15]方法测定；TSS 采用数字阿贝折射仪测定。

1.2.4 酒精度的测定 酒精度的测定参考GB 5009.225-2016《食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定》[16]，选择酒精计法进行测定。

1.2.5 挥发性成分测定 顶空固相微萃取（HSSPME）条件参照Wu 等[17]的方法稍作改变：准确称取5.00 g 样品于15 mL 顶空萃取瓶中，加入1 g 氯化钠、1 μL（50 mg/L）仲辛醇内标溶液及磁力搅拌转子，于40 ℃水浴中平衡10 min；随后将装有纤维头的手柄插入萃取瓶中，置于样品上方的空气中（距离样品液面约2.5 cm），40 ℃下萃取30 min 后，迅速将萃取纤维头插入气相色谱仪的进样口，解析5 min，同时启动气相色谱仪采集数据。

GC-MS 条件参照Kanjana 等[18]的方法略作修改：采用DB-5MS 弹性毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）对样品进行分析，载气为氦气，载气流速为1.7 mL/ min，进样口温度为250 ℃，色谱柱升温程序：初始温度为40 ℃，保持5 min，随后以4 ℃/ min的速度升温至120 ℃，保持2 min，再以10 ℃/ min的速度升温至260 ℃，保持5 min。采用不分流进样模式。质谱条件设定如下：采用全扫描模式采集信号，电离方式EI，电子轰击能量为70 eV；接口温度280 ℃，离子源温度为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，扫描质量范围为35～350 amu，倍增器电压（自动调谐+200 V）；扫描速度：5.2 次/秒。

挥发性成分定性分析：与标准信息库NIST 14 进行比对；采用正构系列烷烃混合标样C5～C32计算挥发性成分的保留指数，并与参考文献进行对比；根据所记录香气描述以及利用标准品的质谱信息进行定性。保留指数（LRI）计算。

式中，N 是目标物质左侧正构烷烃的碳原子数，n 为位于目标物质两侧的正构烷烃的碳分子数之差，tRa，tRN和tR（N+n）分别是待测物质，待测物质左侧和右侧正构烷烃的保留时间。

挥发性成分定量分析：参照程宏桢等[19]的内标法对化合物进行定量，各挥发物质相对含量=（待求成分物质峰面积×内标物含量）与内标物峰面积之比。

香气活度值（OAV）的计算方法：

式中，OAV 为挥发性成分的香气活力值；Ci为香气成分的含量；OTi为香气成分在参考文献中的香气阈值。

1.2.6 感官评定 参照李祥雨等[13]的方法略作修改，感官评价小组成员由10 位（女性6 人，男性4 人）食品专业学生组成。首先，感官评价员通过嗅闻果汁果酒，成员讨论并确定果汁果酒的7 个风味描述词，分别是：青草味、水果香、花香、奶油香、酒精味、甜香和香气丰富度。然后将5 mL 香蕉果汁或果酒放在30 mL 的嗅闻瓶中随机编号，让成员嗅闻打分。评分采用五点标度法（5 代表感受味道很强，0 代表感受不到味道），取三次重复实验平均值绘制香气轮廓雷达图。

1.3 数据处理

用IBM SPSS Statistics 26.0 进行显著性分析，Microsoft office Excel 2021 和Origin 2022 进行统计分析、主成分分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 香蕉果酒发酵前后理化指标比较

如表1 所示，样品2*的pH 显著低于样品1*（P<0.05），可溶性固形物含量和总酸显著高于样品1*（P<0.05），可能是因为样品2*是香蕉浆直接酶解后制备的汁，对香蕉中的有机酸和可溶性固形物保留较好，而样品1*是香蕉浆加水后过滤所得，可溶性固形物和有机酸被稀释。不同前处理的果汁经酒精发酵后pH 略有下降，总酸含量有所升高，这可能与酵母繁殖和酒精发酵过程中产生CO2、有机酸相关[20]。酶解香蕉汁发酵的果酒酒精度略高，有研究表明[21]，在一定添加范围内，酒精度和果胶酶添加量呈正相关，本文的研究结果与之一致，这可能与果胶酶分解果胶，促进小分子糖的释放有关。

表1 香蕉果酒发酵前后理化指标Table 1 Physicochemical indexes of banana wine before and after fermentation

2.2 香蕉果酒发酵前后挥发性成分比较

2.2.1 挥发性物质种类和数量比较 对两种香蕉汁和两种香蕉酒进行GC-MS 分析，将GC-MS 检测到的物质根据内标法算出百分含量，由于不同样品中物质含量差异较大，数据进行归一化后再绘制热图[22]，如图1 所示，蓝色到红色表示物质含量依次增加，蓝色越深含量越低，红色越深含量越高。热图横坐标为四组样品，纵坐标表示香蕉汁和香蕉酒一共检测出的87 种挥发性成分。从图可知，四组样品挥发性成分种类和含量均不相同，其中样品1*和样品2*较为相似，样品3*和样品4*较为接近，表明不同前处理方式及发酵对香气成分均有影响，其中发酵影响较大。结合图2 分析，从四个样品中分别鉴定出49、47、43 和43 种挥发性成分，总体分为醇类、醛类、酯类、酮类和其他类。其中样品1*检测到的挥发性成分最多，包括醇类8 种、酯类20 种、醛类4 种、酮类8 种和其他类9 种，样品3*和样品4*检测到的物质数量较少，都是43 种。样品3*中包括醇类9 种、酯类24 种、醛类0 种、酮类3 种和其他类7 种，样品4*中包括醇类9 种、酯类26 种、醛类0 种、酮类4 种和其他类4 种。从含量上看，四个样品挥发性成分的含量差异显著，样品4*的挥发性成分总含量（3499.40 μg/kg）最高，其次为样品3*（2748.47 μg/kg）、样品2*（2362.30 μg/kg），总含量最少的是样品1*（1973.33 μg/kg），其中酶解后发酵的果酒挥发性物质总量比发酵前提高了约1.48 倍，非酶解发酵果酒的挥发性物质总量比发酵前提高了约1.39 倍。可见无论是发酵前还是发酵后，经果胶酶处理的样品香气含量更高。

图1 果汁果酒挥发性成分热图Fig.1 Heat map of the volatile components of fruit juice and fruit wine

2.2.2 酯类物质比较 酯类物质是构成果汁果酒风味特征的基本香气化合物，4 个样品中酯类的数量都远高于其他种类，是香蕉汁和香蕉酒中重要的挥发性成分。结合图2 进一步分析，四种样品中酯类物质含量最大，均占总物质的40%以上，其中样品1*的酯类含量为1068.20 μg/kg，占比最高（54.33%），含量最高的物质分别是异丁酸异戊酯、乙酸异戊酯、1-甲基乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸丁酯等，与之前学者的研究一致[23-26]。样品2*、3*、4*酯类含量分别为1038.45 μg/kg（43.77%），829.13 μg/kg（51.80%）、1213.82 μg/kg（51.73%）。果汁中酯类含量最高的物质均为异丁酸异戊酯，该物质具有水果香、酯香[26]，对香蕉汁香气有正向影响。结合酯类阈值可知异丁酸异戊酯、乙酸异戊酯、乙酸乙酯等上述6 种酯类和丁酸乙酯是香蕉汁香味的重要组成部分。韦娜[27]采用GC-MS 检测经果胶酶处理的香蕉酒，发现果酒中含量最高的酯类是癸酸乙酯，与本实验结果一致，研究还指出随着存放时间延长，癸酸乙酯含量会降低，甚至消失。韦璐等[11]研究发现，香蕉经复合酶处理后再发酵，果酒中相对含量最高的酯类为辛酸乙酯，其次为癸酸乙酯，与本实验结果存在差异。这可能与发酵前不同的酶处理、酿酒微生物及发酵工艺有关[28]。

2.2.3 醇类物质比较 醇类物质同样是香蕉果汁果酒中重要的物质，样品3*中醇类物质的总含量占比最高，为1282.27 μg/kg（46.58%），样品1*、2*及4*中含量和占比分别为308.96 μg/kg（15.56%）、530.51 μg/kg（22.32%）、1609.35 μg/kg（45.83%），其中香蕉汁中含量最高的醇类物质为异戊醇，具有花香和水果香气；香蕉酒中含量最高的除乙醇外的醇类物质为苯乙醇，具有玫瑰花香的面包香味和愉快的水果香气，对果酒香味的形成有积极作用[29]。

2.2.4 其他类物质比较 除了酯类和醇类，果汁果酒中还含有其他的挥发性物质。由图2 可知两种果汁分别都检出4 种醛类物质，样品1*中检出异丁醛、异戊醛、己醛和反式-2-己烯醛，样品2*中检出异戊醛、己醛、反式-2-己烯醛和苯甲醛，这些气味被描述为水果香和青草味，果酒中未检出醛类物质，说明果汁中醛类物质来自香蕉果实，在发酵过程中转化为了其他物质。酮类和其他类物质含量较少，不能单独对样品整体香气作出贡献，但会与其他挥发性成分共同作用影响果汁果酒的风味。

2.3 香蕉果酒发酵前后挥发性成分PCA 分析

主成分分析是利用降级的思维把多个指标转化为几个综合指标的统计方法，可以反映组内样本重复性的好坏和组间样本差异性的大小[30]。为了进一步研究香蕉果酒发酵前后的差异，通过挥发性成分含量构建主成分分析模型，如图3 所示，PC1 方差贡献率为61.3%，PC2 方差贡献率为19.8%，累计贡献率为81.1%，累计贡献率大于80%，判定该模型有效，可用于后续分析。四个样品在PCA 图中得到较好的区分，样品1*位于第一象限，样品2*位于第四象限，样品3*和样品4*均位于第二、三象限。第一主成分将香蕉汁和香蕉酒区分，第二主成分将两种工艺的香蕉汁区分。2-庚酮、乙酸异戊酯、乙酸异丁酯、异戊酸异戊酯、丁酸己酯、乙酸丁酯等挥发性成分对PC1 正半轴贡献较大，这些成分具有香蕉香、甜橙香、苹果香、热带水果香，其中乙酸异戊酯是成熟香蕉果实的典型香气[31]；辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸己酯、异戊醇、苯乙醇、辛酸等挥发性成分对PC1 负半轴贡献较大，这些成分具有玫瑰香、蜂蜜香、酒精味、甜酒香、脂肪香和热带水果香[32]，其中苯乙醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯是发酵后才出现的挥发性成分。丁酸异丁酯、异丁醛、2-壬酮、β-紫罗兰酮等挥发性成分对PC2 正半轴贡献较大，这些成分具有苹果香、菠萝香[11]、朗姆酒的甜香、焦香、紫罗兰花香和香蕉香[28-29]；2-戊醇、正己醇、榄香素、反式-2-己烯醛等挥发性成分对PC2 负半轴贡献较大，这些成分具有水果香、花香[28]、药香、油脂香和青草香[33-34]。究其原因，发酵生成的新的挥发性成分与酵母的生长代谢有关，如苯乙醇是酵母代谢分解氨基酸（Ehrlich 途径）形成的代谢产物[33,35]，脂肪酸乙酯等酯类物质则来源于酯化反应[33]。

图3 香蕉果酒发酵前后PCA 得分图（A）及载荷图（B）Fig.3 PCA score diagram (A) and load diagram (B) before and after fermentation of banana wine

2.4 香蕉果酒发酵前后关键挥发性成分的确定

挥发性成分的强度能分析出香蕉汁和香蕉酒中重要的香气化合物，但是不能全面真实地反映单个成分对整体香气的贡献大小，为了进一步研究挥发性成分与感官评价之间的联系，本研究通过测定香气活度值来确定果汁和果酒中起主要作用的挥发性成分，用挥发性成分的含量与阈值的比值来表示该物质在不同介质的香气活度值，阈值取挥发性成分在水或10%乙醇中的阈值，表2 展示了果汁和果酒中OAV值大于1 的挥发性成分，分别是正己醇、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸丁酯、丁酸异戊酯、异丁酸异戊酯、己醛、反式-2-己烯醛、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、苯乙醇、异戊酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯，这些物质一般被描述为花香、果香和青草味[36]。其中果汁检出10 种对风味有一定影响的挥发性成分，包括7 种酯类、2 种醛类和1 种醇类；果酒检出7 种对风味有一定影响的挥发性成分，包括6 种酯类和1 种醇类，果汁和果酒共有物质有2 种，分别是丁酸乙酯和乙酸异戊酯。果汁与果酒中OAV 值大于1 的挥发性成分明显不同，因此，可以根据OAV 值大于1 的挥发性成分来区分果汁和果酒。

表2 果汁果酒挥发性成分香气活度值Table 2 Ador activity value of volatile compounds in fruit wine

选取上述OAV 大于1 的挥发性成分，以其含量构建主成分分析模型，如图4 所示，样品1*分布在二三象限，与己醛、丁酸异戊酯、异丁酸异戊酯相关性强，这些物质主要与青草味、香蕉味、洋梨味、杏味和桃味相关[28-29]；样品2*分布在一四象限，与乙酸丁酯、乙酸异丁酯、丁酸乙酯、反式-2-己烯醛、乙酸乙酯、正己醇、乙酸异戊酯相关性强，这些挥发性成分与水果香、梨香、覆盆子香、青草香、溶剂味相关[28-29,33]。如图5 所示，样品4*分布在一四象限，与丁酸乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸异戊酯、苯乙醇、异戊酸乙酯相关性强，这些物质主要给果酒带来杏香、奶油香、甜酒香、玫瑰花香、苹果香、香蕉香[11,28-29]等积极的香气；样品3*分布在二三象限，与样品4*距离较近。由此可见，选取OAV值大于1 的挥发性成分进行分析，可以更好地区分果汁和果酒，酶解和非酶解的样品，其中非酶解发酵果酒的整体风味偏弱，酶解后果汁和果酒中酯类成分香气较强，且发酵前后酯类成分有所变化。

图4 果汁特征香气PCA 载荷和得分双重图Fig.4 PCA loading and score double plot of aroma characteristics of fruit juice

图5 果酒特征香气PCA 载荷和得分双重图Fig.5 PCA loading and score double plot of aroma characteristics of fruit wine

2.5 香蕉果酒发酵前后感官评价

香蕉果酒发酵前后，感官评分有较大差异，如图6样品1*的青草味评分明显高于样品2*，这可能与样品1*中含有较多己醛相关，该化合物的香气描述是水果香和青草香，样品2*中含量升高的反式-2-己烯醛同样具有水果香和青草香，但己醛OAV 值大于反式-2-己烯醛的OAV 值，因此己醛对香蕉果汁风味贡献值更大，样品1*含己醛多，青草味就更重，感官评价结果与图4 的PCA 结果吻合；样品3*除青草味和酒精味的评分高于样品4*，其余香气描述分值均低于样品4*，样品3*青草味更重，推测与发酵前样品1*己醛含量高相关，样品4*酒精味更淡则推测与果胶酶的作用相关，果胶酶对香气种类的影响较小，但能促进香气间的相互作用，明显提高果酒香气的复杂性[9]，样品4*中部分酒精味被丰满醇厚的花果香、甜香掩盖，因此闻起来酒精味更淡。两种果酒整体风味相似，但经果胶酶处理的果酒香气更加丰富饱满，结果与图5 的PCA 结果一致。由此可见，果胶酶前处理对果汁和果酒整体风味都有积极影响。

图6 香蕉果酒发酵前后感官雷达图Fig.6 Sensory radar chart of banana wine before and after fermentation

3 结论

本实验探究酶解对香蕉果酒发酵前后理化性质和挥发性成分的影响，结果表明经果胶酶处理的样品，发酵前香蕉汁的TSS 和总酸较高，发酵后酒精度较高；通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术定量分析样品中的挥发性成分，在四个样品中共检出87 种挥发性成分，其中酶解果汁和果酒香气成分分别有47 和43 种，非酶解果汁和果酒香气成分分别有49 和43 种；主成分分析及香气活度计算的结果表明异丁酸异戊酯、丁酸乙酯、丁酸异戊酯等10 种物质是果汁的关键香气物质，发酵后关键香气物质转化为辛酸乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯等7 种香气物质，发酵前后物质差异大，经果胶酶处理的香蕉汁青草味更淡，而且由该果汁发酵而成的果酒含更多对风味有积极影响的挥发性成分，与感官评价结果一致。由此可见，果胶酶处理可以有效去除果汁中的青草味，且后续发酵的果酒风味更佳。该研究可为香蕉果酒加工提供理论支持。