紅心火龍果果酒發酵特性的研究

程志華 ，龔 霄 ，袁 源 ，彭 政 ，李積華 ，林 茂

（1.中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，廣東湛江524001；2.農業部熱帶作物產品加工重點實驗室，廣東湛江524001；3.華中農業大學食品科技學院，湖北武漢430070；4.貴州省農業科學院現代農業發展研究所,貴州貴陽550006）

火龍果（Hylocereus undatus）又稱青龍果、紅龍果、仙蜜果等，為仙人掌科的三角柱屬植物（量天尺屬）的果實，因外表肉質鱗片形似蛟龍外鱗而得名[1]。火龍果為熱帶和亞熱帶水果，原產于美洲，現在我國海南、廣西、廣東、福建、云南等地區廣泛種植，2011年，火龍果栽培面積約5萬hm2，年產量約100萬t。主要品種有紅皮白肉、紅皮紅肉、黃皮白肉3種[2]。火龍果肉質鮮嫩，營養豐富，風味鮮美，主要營養成分有蛋白質、膳食纖維、維生素及鈣、鎂、磷、鐵等礦物質[3]，尤其是火龍果的果肉幾乎不含果糖和蔗糖，糖分以葡萄糖為主。因此，火龍果有抗氧化、美白皮膚、降血壓及對便秘、糖尿病等病癥具有輔助治療作用[4]，集營養、藥用和保健優點于一身，受到消費者廣泛喜愛。

火龍果果實對溫度較敏感[5]，常溫下難以貯藏，造成嚴重滯銷現象，而將其發酵成果酒不僅能延長貯藏期，還能增加經濟價值，同時還保留了水果原有的糖類、氨基酸、有機酸和礦物質等成分，具有獨特的保健功能。本研究主要探討了紅心火龍果酒發酵過程中的理化性質、多酚及黃酮含量、DPPH和ABTS自由基清除率以及利用GC-O測定法測定火龍果酒香氣成分，為釀制高品質火龍果酒的研發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

樣品及菌種：新鮮紅心火龍果，市售，九成熟；酵母DV10，上海杰兔工貿有限公司。

試劑及耗材：蔗糖，酒石酸，濃硫酸、蒽酮、Na-NO3、NaOH、Al(NO3)3、Na2CO3分析純試劑；福林酚試劑，美國Sigma-aldrich公司；蘆丁（98%）、沒食子酸（98%），上海源葉生物科技有限公司。

儀器設備：PAL-3手持式折光儀，日本Atago公司；多參數測試儀（pH計），梅特勒-托利多（上海）有限公司；CPA225D十萬分之一分析天平，德國Sartorius Group；UV-1780紫外可見分光光度計，島津儀器（蘇州）有限公司；GC-O，日本島津公司；LC-20A高效液相色譜儀，日本島津公司。

1.2 工藝流程

本試驗按下列工藝進行：新鮮火龍果→分選清洗→去皮破碎→打漿→成分調整→巴氏滅菌→冷卻→接種→控溫發酵。

1.2.1 原料選擇及處理

選用充分成熟的無病蟲害及無霉爛變質的新鮮火龍果果實，清洗干凈后去皮，用破碎機破碎，加60 μL/L果膠酶處理，澄清。

1.2.2 成分調整

火龍果果實的含糖量僅為10%左右，為了使發酵后的成品達到一定的糖度和酸度，加入蔗糖調整糖度至24.5%。

1.2.3 滅菌

采用70℃巴氏殺菌，既可保證火龍果果酒的原有風味，又能殺滅細菌。

供應商分級標準制定時應用正態分布的“鐘形”曲線分布規律，根據均值μ和標準差σ制定分級界限，并結合2/8原則，期望80%左右的供應商落在曲線的中部，將正態分布概率密度函數的μ-1.28σ和μ+1.28σ值作為對供應商進行分級的分級界限。即當供應商綜合評價結果大于μ+1.28σ時為A級供應商，供應商數綜合評價結果小于μ-1.28σ時為D級供應商，分別占總數的10%，供應商綜合評價結果落在分級界限區間內的為B級和C級供應商，占總數的80%；再根據樣本均值劃分B類和C類供應商。

1.2.4 接種

冷卻至室溫后，加入一定量的活化酵母液，于28℃下進行發酵。

1.3 檢測方法

1.3.1 理化指標測定

糖度（可溶性固形物含量）：手持式折光儀；pH值：pH計；總酸（以酒石酸計）：GB/T 15038—2006指示劑法；酒精度：采用酒精計法，具體參考GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》執行[6]。

1.3.2 葡萄糖、果糖、蔗糖及總糖的測定

蒽酮硫酸法[7]；LC-20A高效液相色譜儀，流動相：超純水,0.3 mL/min,柱溫：25℃,示差檢測器。

1.3.3 多酚和黃酮的測定

分別采用福林酚法（Folin-Ciocalteu）[8]和亞硝酸鈉-硝酸鋁法[9]測定。

氣相色譜條件：色譜柱：VF-wax毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升溫程序：45℃保持2 min，以5℃/min升至180℃，再以20℃/min升至240 ℃，保持5 min；載氣（He）流速1 mL/min；壓力100.0 kPa；不分流；進樣口溫度250℃。流出物在毛細管末端以1∶1的分流比分別流入質譜檢測器和ODP嗅聞裝置。挑選出經聞香訓練的實驗人員3名，用時間強度法進行GC-O分析，并記錄保留時間和化合物的香氣強度和特征，香氣強度按1—5共5個等級記錄[10]。“1”表示能感受到香氣；“2”表示可以聞到，強于1但氣味不明顯；“3”表示該氣味成分強度適中且氣味明顯；“4”表示味道強度略大，較強烈；“5”表示氣味明顯且強烈。

1.3.5 抗氧化能力的測定

DPPH自由基清除能力的測定參考吳朝霞等[11]的方法，ABTS自由基清除能力的測定參考鄭善元等[12]的方法，結果以半抑制濃度（50%inhibitory concentration，IC50）（清除率為50%時樣品的濃度）表示，根據IC50值的大小判斷抗氧化劑清除自由基能力的強弱，IC50值越小，其清除自由基能力越強[13]。

2 結果與分析

2.1 理化指標分析（表1）

表1 火龍果果酒發酵過程中理化指標分析

果酒中酸類物質部分來自原料本身，發酵過程也會產生。酸度對果酒的品質有直接影響，合適的糖酸比對酒體平衡以及滋味起著重要作用[14]。發酵過程中pH值反映了酸度的變化，較低的pH值還可以降低果酒發酵中受雜菌污染的可能性。由表1可知，整個發酵過程中，pH值呈緩慢下降趨勢，可能是和酵母菌代謝過程中產生的有機酸積累有關。其中，火龍果果酒發酵過程中酸度呈先上升后下降的趨勢。研究認為[15]，水果中果膠的羧酸甲酯部分的分解會導致水果酸含量升高。通過對比，發現酸度的變化并不完全與其pH值變化一致，說明果酒是一種復雜的緩沖液。

如表1所示，剛開始發酵時，可溶性固形物為14.3%，發酵第4天，可溶性固形物為24.5%，此時的可溶性固形物含量較高，可使火龍果酒的風味提高。隨著發酵時間的延長，火龍果酒的可溶性固形物含量均有顯著的下降。同時，火龍果果酒的酒精度在發酵過程中始終呈上升趨勢。

2.2 葡萄糖、果糖、蔗糖及總糖分析（圖1）

火龍果的果肉幾乎不含果糖和蔗糖，糖分以葡萄糖為主。發酵前，在火龍果中加入240 g/L的蔗糖。蔗糖有利于提高果酒的發酵酒精度,降低甲醇含量,但也相應增加了高級醇含量。由圖1可知，整個發酵過程中，果糖的含量始終很低，蔗糖和葡萄糖的含量呈先緩慢上升后下降趨勢。發酵后期，糖分基本耗盡。

圖1 火龍果果酒發酵過程中糖分的變化

2.3 多酚和黃酮含量分析（表2）

由表2可知，火龍果果酒在發酵過程中多酚含量呈現出先上升后下降的趨勢，在發酵第12天含量達到最高，分析原因可能是發酵初期，火龍果果汁中的多酚逐漸釋放，隨著發酵時間的延長，酚類物質不斷被氧化，使多酚含量下降。另外，福林酚試劑也存在專一性,一些非酚類的還原物質也能與其發生反應[16]。

表2 火龍果果酒多酚和黃酮含量的變化 (mg/mL)

黃酮是一類不穩定的化合物，具有清除自由基、抗氧化、抗突變、降血糖等功能。容易受多種因素影響，如光照、pH值、溫度、金屬離子、氧化劑等都會對黃酮的含量有所影響[13]。由表2可知，火龍果果酒在發酵過程中黃酮含量呈現出先上升后下降的趨勢，從發酵前的0.146 mg/mL到發酵12 d時達到最高，為0.531 mg/mL，發酵18 d時，下降到0.23 mg/mL。黃酮的含量變化與多酚的變化基本一致。其原因是果酒在發酵過程中，酵母釋放的次級代謝產物會和黃酮類物質反應，生成一些大分子衍生物，從而使果酒中的黃酮的含量呈現明顯下降趨勢[17]。

2.4 香氣成分分析（表3、表4）

表3 發酵前火龍果汁中的主要香氣成分分析

香氣成分是決定果酒風味、質量與典型性的主要因素[18]。表3結果表明，果汁中可被嗅到的香氣物質共有4種化合物，火龍果汁中主要揮發性風味物質是十三烷、長葉烯等。

表4 發酵后火龍果酒中主要香氣成分分析

由表4可知，經GC-O分析，火龍果果酒中檢測到較高含量的酯類、有機酸類和醇類。酯類物質對果酒的香味起著積極作用。癸酸乙酯具有香甜的水果香氣；辛酸乙酯具有花香、水果和白蘭地的風味；苯乙醇有玫瑰花香，屬高級醇。高級醇是酒精飲料中一類重要的揮發性物質。這些被嗅到的香氣物質對紅心火龍果的整體風味起到了重要的作用。通過實驗發現，火龍果果汁與火龍果果酒的香氣成分存在一定的差異性。同時，整體的香氣特征不單單是每種香氣物質的簡單疊加，而是幾種甚至是十幾種香氣物質的相互作用而產生的結果。

2.5 ABTS自由基清除率（圖2）

火龍果果酒的ABTS清除能力如圖3所示，在發酵前期，火龍果酒的IC50值上升，說明火龍果果酒清除自由基的能力在下降。在發酵后期，火龍果果酒的IC50值下降，分析原因可能是由于溫度、其他環境因素等會影響抗氧化能力，清除自由基是十分復雜的過程。

圖2 火龍果果酒發酵過程中ABTS自由基清除率的變化

2.6 DPPH自由基清除率（圖3）

火龍果果酒的DPPH清除能力如圖3所示，發酵得到的火龍果酒，IC50值在發酵前期稍有下降，其可能的原因是含有的多酚類化合物具有較強的自由基清除能力。在發酵第18天后，火龍果果酒的IC50值迅速上升，說明火龍果果酒清除自由基的能力在下降。

圖3 火龍果果酒發酵過程中DPPH自由基清除率的變化

3 結論

本實驗結果表明，火龍果發酵期間，酵母菌代謝過程中產生的有機酸積累，果酒的pH值呈緩慢下降趨勢。火龍果果酒發酵過程中酸度呈先上升后下降的趨勢，酸度的變化并不完全與其pH值變化一致，說明果酒是一種復雜的緩沖液。火龍果果汁中的多酚逐漸釋放，使得發酵前期火龍果果酒的多酚含量增加，隨著發酵的進行，酚類物質不斷被氧化，導致多酚含量下降。果酒在發酵過程中，酵母釋放的次級代謝產物會和黃酮類物質反應，生成一些大分子衍生物，從而使果酒中的黃酮含量呈現明顯下降趨勢。并且，多酚和黃酮的總體變化趨勢一致。火龍果果汁中主要揮發性風味物質是十三烷、長葉烯等。隨著酵母發酵，火龍果酒中生成了新的揮發性風味成分，主要是醇類和酯類，包括大多數果酒中存在的乙醇、癸酸乙酯、苯乙醇、正癸酸等，這些揮發性成分賦予了果酒類似醬香型白酒、玫瑰和水果的獨特香氣。火龍果果酒ABTS的IC50值呈先上升后下降趨勢，DPPH的IC50值呈先下降后上升趨勢，與多酚的變化趨勢沒有明顯的相關性。