黃桃酒發酵過程中風味物質的變化

于海燕,錢新華,陳 臣,田懷香

(上海應用技術大學香料香精技術與工程學院,上海 201400)

黃桃屬于薔薇科桃屬,其果實具有色澤柔和、皮薄多汁、酸甜爽口的特點[1]。黃桃的采收季節在盛夏,因其成熟周期短、上市集中、不耐貯藏導致“旺季爛,淡季斷”,果農收益得不到保障,消費者需求得不到滿足。目前最常見的深加工方式是將其加工成黃桃罐頭[2],但整體罐頭產品市場容量相對狹小。隨著人們消費升級,果酒市場銷售增長率呈現逐年遞增,而且國內人均消費果酒量為0.2～0.3 L,遠低于世界人均消費量6 L,這意味著國內存在巨大的市場需求[3]。果酒是以新鮮的水果或者果汁為原料,經發酵釀造達到一定酒精濃度的發酵酒,具有營養豐富、酸甜可口等特點[4-6]。果酒的風味是影響消費者對果酒認可程度的重要指標,主要包含果香和發酵香,其風味物質組成和變化與產品質量密切相關[7]。將黃桃加工成黃桃酒,可促進黃桃種植業的轉型發展,不僅能顯著提高黃桃經濟價值,保障果農收益,而且能滿足消費者日趨增長的健康化需求。

近年來的研究主要集中在果酒發酵工藝、香氣以及生物活性上,如葡萄酒[8]、草莓果酒[9]、三華李果酒[10]。國內對果酒研究主要為發酵工藝優化,例如吳貺等[11]和王衛東等[12]都優化黃桃酒發酵條件,并提出最優發酵工藝條件酵母接種量、發酵溫度和發酵時間,但均缺乏對黃桃酒動態發酵過程的風味物質檢測;國外側重于對果酒的生物活性的研究,如Mulero等[13]研究了葡萄酒中多酚物質的抗氧化性。

本研究以錦繡黃桃為主要原料發酵制備黃桃酒,采用頂空固相微萃取(HS/SPME)與氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)技術分析發酵過程中黃桃酒風味物質,同時結合香氣活力值(OAV)確定主要風味物質,動態分析其風味特征變化,為黃桃酒的進一步開發和品質控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

錦繡黃桃 上海市奉賢區果園,2016年8月一次性采摘新鮮、無損傷的錦繡黃桃30 kg,黃桃糖含量≥45 g/L、酸含量≤18 g/L；纖維素酶(20000 u/g) 江蘇銳陽生物科技有限公司;釀酒酵母 安琪酵母股份有限公司;白砂糖 食品級,上海上棠食品有限公司;無水檸檬酸 食品級,河南安瑞生物科技有限公司;C6-C30正構烷烴 色譜純,美國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。

7890-5975 GC-MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫科技有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司;FE20 pH計 博特勒-托利多儀器有限公司;HSΜ-32手持糖度計 上海精密儀器儀表有限公司;酒柜 青島海爾特種電冰柜有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黃桃酒制備過程 黃桃去核打漿,黃桃漿的可溶性固形物含量12.23 °Brix,pH為4.08,于-20 ℃冷凍保存。在30 ℃溫水解凍,黃桃漿與去離子水1∶9混合均勻,在黃桃漿中添加質量分數0.7% D-異抗壞血酸鈉、0.6%維生素C和2.2%檸檬酸,35 ℃下護色1 h。在護色后黃桃漿中添加質量分數0.12%纖維素酶,50 ℃下酶解2 h。100目尼龍紗網過濾,得到黃桃汁。在黃桃汁中加入白砂糖調整可溶性固形物至29 °Brix,加入磷酸鹽調pH至3.5。取10倍干酵母質量的2%蔗糖水溶液,在40 ℃下活化30 min。調節pH為3.5、可溶性固形物為29 °Brix后,在黃桃汁中接種質量分數0.16%的活化酵母,28 ℃控溫發酵。將主發酵結束后的黃桃酒樣品放在12 ℃酒柜里儲存。發酵前7 d為主發酵過程,之后為后發酵過程。測試樣品為發酵過程中第1、3、5、7、14、21、28 d的樣品。

1.2.2 理化指標測定 監測主發酵過程中1、3、5、7 d時黃桃酒的主要理化指標。酒精度參照國標GB/T 15038-2006中的酒精計法測量;總酸參考國標GB/T 15038-2006中的酸堿滴定法測定;可溶性固形物采用手持折光儀測定;總黃酮參照Yang等亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法測定,鋁離子在堿性條件下和類黃酮發生絡合反應,在510 nm有最大吸收峰,以蘆丁為參照做標準曲線,通過標準曲線計算總黃酮含量[14]。以上指標均重復測定三次。

1.2.3 感官評價 參照葡萄酒、果酒通用分析方法GB/T 15038-2006的感官評價方法,由10位品評員對發酵過程中黃桃酒進行感官評價,參考GB/T 15038-2006設置評分表,評分標準見表1,取10位品評員評分的平均值做雷達圖。

表1 黃桃酒感官評分表Table 1 Score chart for sensory evaluation of yellow peach wine

1.2.4 黃桃酒風味成分分析 采用HS-SPME/GC-MS分析黃桃酒發酵過程中1、3、5、7、14、21、28 d的風味成分。

HS-SPME:取4 g黃桃酒樣品置于20 mL頂空瓶中,加入10 μL內標2-辛醇(152 μg/mL),用聚四氟乙烯硅膠墊密封,將頂空瓶放入40 ℃水浴鍋中,平衡10 min,然后將老化后的SPME萃取頭插入頂空瓶萃取發酵樣品45 min。

GC條件:色譜柱:DB-5(60 m×0.25 mm,0.25 μm);進樣口溫度:250 ℃;升溫程序:初始溫度50 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至150 ℃保持10 min,再以3 ℃/min升至230 ℃,保持3 min;載氣為氦氣,流速0.8 mL/min;進樣方式:不分流進樣。

MS條件:電子轟擊離子源;電子能量70 eV;傳輸線溫度:280 ℃;離子源溫度:230 ℃;質量掃描范圍:50～550 amu。

定性分析:將C6-C30的烷烴標樣進入GC-MS分析,根據正構烷烴的保留時間計算檢測物質的保留指數(RI)。利用質譜圖,比對數據庫(NIST/WILEY)中的標準譜圖,匹配度大于80%的鑒定結果有效,并與文獻[22]中的RI值進行比對,進而確定該物質。

定量分析:采用內標法進行定量分析。

mi=f×Ai/(As/ms)

式中：Ai為待測樣品峰面積或峰高,As為內標的峰面積或峰高,ms為加入內標物的量,mi為待測物質的量,f為校正因子(內標法數值為1)。

OAV值:風味物質濃度與閾值(根據文獻[22]查找果酒體系或近似體系中該風味物質的閾值)的比值[15]。利用OAV值可判斷風味物質對香氣的貢獻大小。一般認為OAV值≥1才對風味有貢獻,香氣活力值越大,該物質對整體風味貢獻越大,反之貢獻越小。

1.3 數據統計分析

采用Origin Pro 9.0和SPSS 18.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 黃桃酒發酵過程中理化指標測定

果酒發酵是果汁在酵母菌或酶的作用下,經過復雜的化學反應,產生乙醇和二氧化碳的過程。黃桃酒發酵過程中1、3、5、7 d時主要理化指標測定結果如表2所示。后熟是指在發酵7 d后,通過一定條件下儲存使得酒的香氣物質更加飽滿,葡萄酒熟化溫度一般為10～15 ℃,溫度太高酒容易發酸,溫度過低后熟過程較慢不利于酒的熟化[16]。

表2 黃桃酒主發酵過程中(1、3、5、7 d)理化指標分析結果Table 2 Main physicochemical indexes of the yellow peach wine during the fermentation process(1,3,5,7 d)

由表2數據結果分析可知,黃桃酒的酒精度第5 d與第7 d黃桃酒沒有顯著性差異(p>0.05),和第1、3 d酒精度兩兩顯著差異(p<0.05);可溶性固形物第3 d與第1 d有顯著性差異(p<0.05),與第5、7 d不具有顯著性差異(p>0.05);總酸和總黃酮在發酵過程中沒有顯著性差異(p>0.05)。黃桃酒黃桃漿發酵初期可溶性固形物下降較快,發酵前3 d內由25.47 °Brix降至15.31 °Brix,5 d之后下降轉緩。與此同時,酒精度在發酵初期則快速上升,前3 d由1.60%(v/v)上升至10.90%(v/v),發酵第5 d后則趨于穩定。酒精度的上升與可溶性固形物的下降規律吻合,是由于釀酒酵母消耗糖生成乙醇。發酵前期,黃桃酒發酵液中營養豐富,此時酵母處于繁殖期,對發酵液中的糖分解較快;隨著酒精度增加，釀酒酵母的活性受到抑制,同時發酵液里營養物質缺乏以及酵母菌的生長處于衰老階段[17],因此發酵過程趨緩,發酵至第7 d黃桃酒酒精度增長趨穩,主發酵過程結束。果酒中大部分有機酸來源于水果或者特定代謝,例如乙醇氧化、蘋果乳酸和酒精發酵等[18],有機酸的含量不僅決定了果酒的穩定性和pH,而且還很大程度上決定了果酒的風味[19]。本研究初始為了適應釀酒酵母菌生長將pH調至3.5,在整個發酵過程中總酸含量基本穩定。黃桃中黃酮類大致可分為黃酮苷元、黃酮苷、二氫黃酮等,黃酮苷類物質與苦澀程度成正相關,含量越高,則苦澀味越重,反之滋味醇和[20]。黃桃酒中含有少量的類黃酮物質,這使果酒滋味更加豐富。

2.2 黃桃酒發酵過程中感官評價結果

黃桃汁轉化為黃桃酒的過程主要是酒精發酵的過程。釀酒酵母在發酵產乙醇的過程中代謝生成一些小分子物質,如酸、酯等風味物質,同時酵母的自溶還有氨基酸等物質的產生,從而影響其風味[21]。黃桃酒發酵過程中色澤、香氣、滋味和典型性的感官評價結果如圖1所示。

圖1 黃桃酒發酵過程中的感官變化Fig.1 Sensory changes in the process of yellow peach wine fermentation

黃桃酒在發酵過程中,發酵第1～7 d,渾濁的黃桃漿逐漸發酵成澄清透亮的黃桃酒,后期保持穩定,其色澤感官評分亦在主發酵過程中逐漸增加,后發酵過程保持穩定;黃桃酒發酵前期在酵母和酶的作用下,風味物質的含量和種類都有增加,香氣越來越突出,香氣評分在發酵第14 d時最高;果酒隨著發酵進行,糖類物質被消耗,酸的含量稍微增加,由初期的過甜逐漸轉為酸甜可口,其滋味評分值亦逐漸增加;黃桃酒典型性為黃桃果實通過發酵過程所保留的果實香氣,發酵過程中典型性感官評分評分降低,黃桃酒典型性主要為黃桃前期黃桃果香占主要部分,隨著發酵進行,酯香、醇香氣味逐漸增強,果香味逐漸減弱。

2.3 黃桃酒發酵過程中風味物質分析結果

黃桃酒發酵過程中第1、3、5、7、14、21、28 d的GC/MS總離子流圖如圖2所示。由圖2可直觀看出主發酵過程中譜圖中的峰強度和面積均有變化,后發酵過程中基本穩定。

圖2 黃桃酒發酵過程中的GC-MS總離子流圖Fig.2 GC-MS total ion flow chart of the yellow peach wine during the fermentation process

利用內標法計算黃桃酒發酵過程中第1、3、5、7、14、21、28 d的香氣物質含量,結果如表3所示,部分物質閾值亦列在表3中。

表3 黃桃酒發酵過程中風味物質含量Table 3 Contens of flavor compounds of the yellow peach wine during the fermentation process

續表

續表

由表3可知,黃桃酒發酵過程中共檢出風味物質70種,酯類物質最多共29種,其次為醇類共15種。發酵過程中香氣物質種類變化不大,但每類風味物質含量變化明顯。對不同發酵時間的每類風味物質相對含量作對比圖(圖3)。由圖3可知,發酵第1 d時,醛類、酯類物質相對物質含量占比較高,醛類物質大多來源于黃桃果實[23],這時黃桃果香物質在風味特征中起重要作用;隨著發酵進行,酯類、醇類物質相對物質含量占比增加,醛類、酸類物質占比有所減少,說明隨發酵進行，黃桃酒酯香和醇香增強,果香減弱,這與感官評價結果一致。由表3可知主發酵結束時(第7 d),桃果實特征風味物質己酸乙酯、芳樟醇、γ-癸內酯均有檢出。在席萬鵬等[23]和Zhang等[24]檢出的黃桃果實主要香氣主要成分也包括己酸乙酯、芳樟醇、γ-癸內酯等。己酸乙酯具有果實的甜味,芳樟醇具有柑橘的花香,γ-癸內酯具有桃子的甜香[25],說明本研究所制備黃桃酒具有黃桃風味,這也與感官評價結果一致。

圖3 發酵過程中黃桃酒中酯類、醇類、酸類、醛類、酮類物質相對含量對比圖Fig.3 Area chart for esters,alcohols,acis,aldehydes,ketones of the yellow peach wine during the fermentation process

3 討論

黃桃酒發酵過程中,酒精度一直增加,但到了第5 d時酒精度與7 d時沒有顯著差異(p>0.05);可溶固形物呈減少趨勢,但到了第3 d時可溶固形物與第5 d時沒有顯著差異(p>0.05),酸和類黃酮在發酵過程中一直在略微增加,但數據沒有顯著差異(p>0.05)。總的來說，主發酵過程選擇5 d左右最合適,既能保證發酵過程消耗大量的可溶固形物,也能產生大量的乙醇。

通過香氣活力值計算可得黃桃酒發酵過程中香氣活力值大于1的物質共有16種,香氣活力值越大對整體風味貢獻越大,其中辛酸乙酯、γ-癸內酯和右旋萜二烯的香氣活力值大于20,這三種風味物質對黃桃果酒整體風味貢獻最大,主要賦予黃桃酒酯香和果香。香氣活力值大于1的物質有己酸乙酯、乙酸苯乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、芳樟醇、香茅醇、癸酸、十二酸、壬醛、癸醛、檸檬醛、香葉基丙酮、丁香酚,這些物質賦予黃桃酒果香、清香、花香和甜香。這些風味物質相互融合，構成優雅的香氣,給人以愉悅、柔和的感覺,對黃桃酒風味具有非常重要的貢獻。

微生物代謝產生的酯化酶使酸類化合物先形成酰基輔酶A,再催化其與醇類化合物生成酯[26]。γ-癸內酯為桃果實特征風味物質,具有桃子的甜香[25],發酵過程中其含量變化不大;辛酸乙酯具有類似白蘭地的香氣[27],發酵至第5 d時含量最高,之后含量降低,到第14 d時保持較高含量。己酸乙酯(蘋果、菠蘿、香蕉樣的香氣)、乙酸苯乙酯(類似蘋果樣的果香,并帶有可可和威士忌樣的香韻)、癸酸乙酯(椰子香型香氣)、十二酸乙酯(稍帶葉樣和似花瓣的溫和香氣)在主發酵過程中呈增長趨勢,后熟時有所降低。醇類物質在飲料酒風味中占有重要的地位,是助香劑也是形成其他風味物質的前體,少量高級醇可以使酒體醇甜,香氣豐滿[28-29]。芳樟醇帶有清甜的木青氣息、似玫瑰木[30],為桃果實特征風味物質,發酵至第5 d時含量最高為202.09 μg/kg;香茅醇通過發酵含量有所增加。絕大多數微生物代謝都產酸,它們伴隨著酒精發酵而產生[26,31]。發酵初期癸酸和十二酸含量較低,其含量分別為428.84和69.72 μg/kg,發酵至第14 d時分別增至1937.62和481.75 μg/kg。右旋萜二烯整個發酵過程中相對含量在1000 μg/kg左右,其閾值為41 μg/kg,有似鮮花的清淡香氣,對黃桃果酒風味起重要作用。丁香酚相對含量低,但其閾值(20 μg/kg)較低,所以具有濃郁的丁香香氣和柔和的辛香香氣,對黃桃果酒風味具有補充作用。

4 結論

本文以奉賢特產黃桃為原料,經過發酵得到呈現黃桃的清香和酒的醇香和酯香的黃桃酒。利用HS-SPME/GC-MS聯用共檢測出70種風味物質。發酵過程中酯類、醇類物質含量先增加后趨穩,賦予了黃桃酒的濃郁的酒香;醛類、酮類和酸類物質含量逐漸減少;黃桃果實特征風味物質γ-癸內酯在發酵過程中含量變化不大,即在發酵過程中保留了其的特征風味物質。結合OAV值確定了辛酸乙酯、γ-癸內酯、右旋萜二烯、己酸乙酯、乙酸苯乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、芳樟醇、香茅醇、癸酸、十二酸、壬醛、癸醛、檸檬醛、香葉基丙酮、丁香酚為黃桃酒風味的主要貢獻物質。