芒果、胡蘿卜復合果酒發酵過程中理化成分和香氣物質的變化

孟金明,樊愛萍,和川琦,曾麗萍

(紅河學院理學院,云南蒙自 661100)

芒果是一種非常受歡迎的熱帶水果,果實含水量在80%左右,含糖量在12%左右,具有肉質豐厚、汁多味甜及香氣濃郁等特點,同時富含人體所需的糖類、蛋白質、維生素和礦物質,其中胡蘿卜素含量較高[1-2]。但是,芒果水分含量高,果皮比較薄,在采摘、運輸過程中極易造成損傷和腐爛,造成資源浪費,因此芒果的深加工工藝亟需要得到發展[3]。胡蘿卜又稱紅蘿卜或甘荀,其含水量在80%以上,含糖量在10%左右,且富含蛋白質、膳食纖維素、β-胡蘿卜素和多種維生素,又含有豐富的鈣、鐵等礦物質,營養價值較高。胡蘿卜還具有預防夜盲癥、干眼病,降低血糖、血脂,增強人體免疫力等功效[4],因此芒果和胡蘿卜都是適合釀造果酒的原材料。

果酒不僅保留了果汁中的大量功能性物質,如:多糖、多酚、黃酮、維生素、氨基酸以及多種礦物質,賦予果酒較高的營養價值。而且,在果酒的釀造過程中酵母會利用果汁中的糖類物質,生成醇類、酯類、酸類、酚類等物質,這些物質相互作用,賦予果酒獨特的口感和風味[5]。目前對于果酒的理化參數和香氣物質的研究主要集中在單一果酒,其中,饒炎炎等[6]對紅樹莓果酒發酵過程中功效成分、香氣物質及體外降血糖功效的動態變化進行研究得出,在紅樹莓果酒發酵過程中酒精度先上升后趨于平穩,活性成分呈先上升后下降趨勢,在發酵過程中酮類物質不斷減少,醇類和酯類物質有所增加,紅樹莓果酒中主要香氣物質為酯類;楊芳等[7]對發酵型桑葚果酒釀造過程中總糖、總酸、總黃酮、乙醇的變化規律以及桑葚果酒香氣成分進行研究得出,在桑葚果酒釀造過程中總糖先下降后趨于穩定,總酸、總黃酮、乙醇先上升后趨于穩定;相比于發酵18 d的桑葚果酒香氣物質,發酵24 d的酯類物質和醇類物質相對含量降低,酸類物質則升高。但目前對于芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中理化和風味變化的研究鮮有報道。

在生產過程中,對芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程的理化指標進行實時監測,便能掌握果酒的發酵進程,實現對發酵條件進行針對性的控制,從而得到高品質的復合果酒。通過對復合果酒發酵過程香氣物質變化的分析,可以探究復合果酒風味物質形成的機理,為復合果酒的品評以及評定提供依據。因此,本研究擬通過對芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中主要理化成分和香氣物質變化進行分析,初步揭示芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中主要物質的變化規律,以期為芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程的控制提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芒果、胡蘿卜 市售;纖維素酶、果膠酶、焦亞硫酸鉀、檸檬酸 友誼食品添加劑公司;安琪果酒酵母 安琪酵母有限公司;沒食子酸標準品、甲醇標準品(色譜純,純度≥98%) 購自 Aladdin 公司;其余化學藥品 均為國產分析純(AR);實驗室用水 均使用蒸餾水。

GCMS-QP2010氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津有限責任公司;GC-2010氣相色譜儀 日本島津有限責任公司;T6紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司 GSP-9160 MBE隔水式恒溫培養箱 上海博訊實業有限公司;CP224C電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司;DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊欣科學儀器有限公司;HWS26型電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司;YL-Y15型九陽高速破壁調理機 九陽股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 芒果胡蘿卜復合果酒的發酵工藝流程 芒果原料挑選→清洗→去皮、去核→切分→破碎→打漿;

胡蘿卜原料挑選→清洗→去皮、切塊→熱燙→破碎→打漿;

1.2.2 操作要點 預處理:挑選新鮮、無蟲害、無機械損傷的八成熟芒果,清洗干凈,去除果皮和果核,將果肉切分成1 cm×1 cm×1 cm的小方塊,按1∶1 (m/m)的比例加蒸餾水,破碎打漿。挑選成熟度一致的胡蘿卜,洗凈去皮,切成1 cm×1 cm×1 cm的小方塊,95 ℃熱燙6 min,將處理后的水果與蒸餾水按1∶2 (m/m)的比例混合,破碎打漿。

酶解:將芒果漿和胡蘿卜漿按2∶1 (v/v)比例混合,按0.1 g/L的用量分別加入纖維素酶和果膠酶,50 ℃恒溫水浴攪拌3 h,酶解后迅速加熱至90 ℃滅酶5 min。

調配:添加適量偏重亞硫酸鉀,初始二氧化硫濃度在55 mg/L,用白砂糖調節將果汁含糖量調至24%,用檸檬酸調果汁的pH至3.4。

酵母活化:稱取2 g的活性干酵母加入到30 mL 3%的葡萄糖水溶液中,37 ℃活化0.5 h。

主發酵:將活化后的酵母按0.12%的量接種,接種完之后,放入到恒溫培養箱中,26 ℃發酵8 d。

澄清:將殼聚糖與皂土按2∶1 (m/m)的比例復合制成復合澄清劑,澄清劑添加量為2 g/L,于45 ℃水浴處理40 min,置于室溫靜置48 h之后過濾得到澄清酒液。

1.2.3 酒精度、殘余總糖、總酸、揮發酸、干浸出物的測定 酒精度測定:采用密度瓶法[8];總糖測定:采用直接滴定法[8];總酸和揮發酸測定:采用指示劑法[8];干浸出物測定:采用密度法[9]。

1.2.4 總酚的測定 總酚(以沒食子酸計)含量的測定采用福林-酚(Folin-Ciocalteu)法[10]標準曲線制作:稱取10 mg沒食子酸,定容至100 mL。分別吸取上述沒食子酸對照品溶液 0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mL于25 mL棕色容量瓶,后加入1 mL Folin-Ciocalteu 試劑、3 mL 20%的Na2CO3溶液,混勻并定容至刻度,室溫下避光放置1 h,于760 nm波長處測定吸光度,以沒食子酸濃度為橫軸,吸光度值為縱軸,繪制標準曲線,方程為y=0.0906x-0.0102,R2=0.9975。樣品測定時取 1 mL樣品參與上述反應,于760 nm波長處測定其吸光度值,根據標準曲線計算芒果胡蘿卜發酵液總酚的含量。

1.2.5 甲醇的測定

1.2.5.1 甲醇標準溶液配制 將甲醇標準物質用乙醇配制成5000 mg/L的甲醇標準儲備液,再將其逐級稀釋成濃度分別為50、100、200、300、400 mg/L的甲醇標準工作溶液。

1.2.5.2 樣品的制備 用100 mL容量瓶準確量取100 mL酒樣加100 mL水于500 mL蒸餾瓶中,加熱蒸餾出100 mL蒸餾液。

1.2.5.3 色譜條件 RX-17(30 m×0. 25 mm,0. 25 μm);程序升溫模式為起始溫度40 ℃,保持4 min,以4.5 ℃/min升溫至120 ℃,保持3 min,再以20 ℃/min升溫至200 ℃,保持5 min。檢測器溫度為 250 ℃;進樣口溫度為250 ℃;載氣(N2)流速1.0 mL/min;進樣量1.0 μL;分流比為20∶1[11]。

1.2.6 果酒香氣成分GC-MS分析

1.2.6.1 樣品前處理萃取條件 取芒果胡蘿卜果酒10 mL置于15 mL裝入頂空瓶中,約占頂空瓶的1/2,加入0.15 g NaCl,加蓋密封,放入60 ℃水浴中平衡5 min,插入經老化后的萃取頭頂空萃取50 min后,再將萃取頭插入進樣口,于220 ℃解吸5 min,進行GC-MS檢測分析。

1.2.6.2 氣相色譜條件 色譜柱為DB-Wax;進樣口溫度為230 ℃;升溫程序:初始溫度40 ℃保持3 min,以6 ℃/min升至130 ℃保持5 min,以4 ℃/min升至230 ℃保持2 min。載氣為氦氣,流速1.0 mL/min,分流比5∶1。

1.2.6.3 質譜條件 EI電離源,電子能量為70 eV,燈絲流量為0.20 mA,離子源溫度為200 ℃,接口溫度為250 ℃,掃描范圍30.00～500.00 amu。

1.2.6.4 質譜數據處理 將采集到的質譜圖與NIST 08圖譜庫進行檢索對比,確定樣品的揮發性成分,并用氣相色譜峰面積歸一化法定量計算各成分的相對含量[12]。

1.3 數據處理

采用Origin 2017軟件進行數據的初步處理及作圖,用SPSS Statistics 19.0軟件進行顯著性分析,認為P<0.05時差異顯著,試驗結果用均值±標準差(x±n,n=3)表示。

2 結果與分析

2.1 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中總糖與酒精度含量的變化

總糖和酒精度是考察果酒發酵是否正常進行的重要指標,其變化情況如圖1所示。從圖1可知,在發酵初期,總糖含量急劇下降,在發酵前3 d由241.4 g/L降至77.6 g/L,酒精度迅速升高,從0迅速升至9.43%vol。這是因為在發酵初期發酵液中營養豐富,酵母菌迅速增殖代謝旺盛,消耗大量的糖類用于自身的繁殖以及酒精的合成。在發酵后期總糖下降,酒精增長速率趨于平緩,是因為隨著發酵的進行,酵母生長進入穩定期,且隨著發酵液酒精濃度的升高酵母菌受到乙醇脅迫,導致代謝減緩,糖分消耗和酒精合成速率降低[13]。在發酵6 d后,酵母進入衰亡期,發酵液總糖含量和酒精度趨于穩定。結果表明,復合果酒發酵過程酒精度的變化與酵母菌的生長密切相關,與總糖含量呈現負相關。

圖1 芒果胡蘿卜復合果酒發酵中總糖與酒精度含量的變化Fig.1 The changes of total sugar and alcoholduring fermentation of compound fruit wine

2.2 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中總酸與揮發酸含量的變化

總酸不僅能夠影響微生物的生長代謝,而且對果酒風味、色澤以及口感的形成具有決定作用。由圖2可知,芒果胡蘿卜復合果酒發酵初期總酸含量上升明顯,在發酵前4 d由5.5 g/L增加到8.4 g/L。隨著發酵的進行,酵母代謝的減緩,總酸含量增加緩慢,發酵6 d后總酸基本趨于穩定。在發酵前期發酵液營養豐富,葡萄糖在酵母中除了經過EMP途徑產生乙醇外,還會通過HMP途徑等其他方式產生乳酸、檸檬酸等一些有機酸[14]。因此,在發酵初期總酸的含量會迅速增加,發酵至第6 d發酵液中的糖分被消耗殆盡,而且較高的酸度在一定程度上抑制了酵母的代謝,造成總酸含量變化趨于穩定[15]。揮發酸是酵母不完全發酵形成的副產物,適量的揮發酸能使果酒香氣宜人,但揮發酸含量過高,會帶來尖酸感和醋味,將嚴重影響果酒的口感和品質[16]。由圖2知,復合果酒發酵過程中揮發酸含量先上升后略有下降,與總酸含量變化相一致。

圖2 芒果胡蘿卜復合果酒發酵中總酸和揮發酸含量的變化Fig.2 The changes of total acid and volatileacid during fermentation of compound fruit wine

2.3 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中總酚含量的變化

果酒中的酚類物質不僅可以影響酒體的顏色,還會對果酒的口感、風味以及澄清產生影響。酚類物質還具有抗氧化和增加抵抗力的作用,賦予果酒較高的營養價值[17]。由圖3可知,在發酵前3 d發酵液總酚含量迅速升高,由360.6 mg/L增加至395.2 mg/L,隨后總酚含量開始不斷降低。發酵初期酵母菌將復雜的大分子酚類物質轉化為小分子的酚類物質,以及酵母乙醇代謝生成乙醇,果肉中的酚類物質溶于乙醇進而使得發酵初期(1～3 d)果酒總酚含量顯著增加。隨著發酵時間的延長,酵母菌合成大量次級代謝產物,與多酚物質發生氧化、聚合或沉淀等反應,使得發酵液中總酚含量逐漸減少[18]。

圖3 芒果胡蘿卜復合果酒發酵中總酚含量的變化Fig.3 The changes of total phenols duringfermentation of compound fruit wine

2.4 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中干浸出物含量的變化

果酒中干浸出物的含量與果酒原料品質、生產工藝及儲藏方式等有密切聯系,干浸出物的含量決定了果酒的主體骨架,對果酒的口感影響較大,是衡量果酒品質的重要標準之一[19]。由圖4知,在發酵前4 d,干浸出物含量迅速上升,由7.5 g/L升高至24.2 g/L。發酵初期發酵液糖類物質豐富,酵母代謝活動旺盛,發酵液中有機酸和酚類物質的增多,酒精度的升高使得果肉中色素溶出等原因使得果酒干浸出物含量不斷升高,在發酵后期隨著有機酸的減少以及酚類物質的氧化,干浸出物的含量略有下降。

圖4 芒果胡蘿卜復合果酒發酵中干浸出物的變化Fig.4 The changes of dry extract duringfermentation of compound fruit wine

2.5 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中甲醇含量的變化

甲醇是果酒中常見的一種有害成分,當人體攝入過量的甲醇時,會出現嚴重的中毒反應,如失明甚至死亡[20]。因此,甲醇是在果酒發酵過程中需要重點控制的參數。由圖5可知,芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中,在發酵初期(1～3 d)發酵液甲醇含量迅速升高,由17 mg/L增至88 mg/L,升高了4.2倍。由于發酵液中的果膠大量被水解,生成大量甲氧基,其次,酵母菌的甘氨酸代謝途徑也會合成甲醇,造成發酵前期甲醇含量劇烈升高[21]。隨著發酵的進行,果膠水解速率降低,酵母進入衰亡期,甲醇的生成趨于停止,在發酵6 d時甲醇含量達到最高值103 mg/L,隨后甲醇含量略有下降,可能是因為發酵后期甲醇略有揮發散失,也可能是甲醇參與了酯類物質的合成。

圖5 芒果胡蘿卜復合果酒發酵中甲醇的變化Fig.5 The changes of methanol contentduring fermentation of compound fruit wine

2.6 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中香氣物質的動態變化

果酒的香氣物質是影響果酒感官評價的重要因素,果酒的香氣物質主要來自果實本身以及酵母的代謝,種類豐富,主要包括酯類、醇類、酸類、萜烯類等。果酒中的香氣物質雖然含量很低,但是其種類多樣,他們相互作用、相互補充,賦予了果酒獨特的風味[22]。

圖6 芒果胡蘿卜復合果酒揮發性成分 GC-MS 總離子圖 Fig.6 CG/MS total ion current ofvolatile flavor compounds of compound fruit wine

由表1可知,芒果胡蘿卜果酒發酵過程中香氣物質總的相對含量先升高后趨于穩定。芒果胡蘿卜果汁(發酵0 d)檢測出23種香氣物質,相對含量為85.82%,其中醇類有3種,相對含量為3.53%;萜烯類有8種,相對含量為65.55%,其中相對含量最高的物質為3-蒈烯(17.02%),其次是萜品油烯(15.35%)和β-石竹烯(11.7%);酯類有8種,相對含量為10.63%;醛酮類有3種,相對含量為5.88%;酸類有1種,相對含量為0.24%。從檢測出香氣物質的相對含量我們可以看出,芒果胡蘿卜果汁的主要香氣物質是萜烯類,其中3-蒈烯和萜品油烯在很多芒果品種中被檢出,是芒果特征香氣物質[23]。3-蒈烯具有強烈的松木樣香氣;萜品油烯具有芳香的松木香氣,微帶甜的柑橘風味。β-石竹烯是胡蘿卜的特質香氣物質之一,具有淡的丁香似香味[24]。

表1 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中香氣物質及相對含量的變化Table 1 Changes of aroma components and relative contents during fermentation of compound fruit wine

續表

在芒果胡蘿卜果酒整個發酵過程(1～8 d)中檢測出55種香氣物質,其中醇類11種、萜烯類8種、酯類21種、醛酮類9種、酸類3種、其他類3種,以酯類、醇類物質為主。芒果胡蘿卜果汁(發酵0 d),復合果酒在發酵過程中,由于酵母的代謝作用,醇類、酯類和醛酮類等香氣物質的種類增加明顯,其中苯乙醇是果酒醇類中主要的呈香物質,其具有柔和、愉快而持久的玫瑰香氣;癸酸乙酯、月桂酸乙酯和辛酸乙酯是果酒酯類中主要的呈香物質,癸酸乙酯有果香和酒香香氣,梨和白蘭地似的香韻,是葡萄酒中的重要香氣成分,月桂酸乙酯有花果香氣辛酸乙酯有水果香氣,并有菠蘿、蘋果樣的香韻和白蘭地的酒香味,是白蘭地酒特有的香味物質[25]。

由圖7可知,在芒果胡蘿卜復合果酒釀造過程中,發酵液的主體呈香物質是不斷變化的。芒果胡蘿汁的主體香氣成分是萜烯類(65.55%),隨著發酵的進行,萜烯類的相對含量逐漸降低,酯類的相對含量逐漸升高,到發酵結束,酯類為成品果酒的主體香氣物質(72.58%)。果酒的香氣成分的變化與酵母的生長代謝密切相關,在發酵前期,酵母大量繁殖,初級代謝旺盛,產生的香氣成分相對較少。隨著發酵的進行,酵母的乙醇代謝占據主導,相應的發酵液香氣物質醇類、酯類和酸類物質含量不斷增加;在發酵后期,酵母進入衰亡期,乙醇代謝基本停止,此時發酵液中的酸類物質與醇類物質發生酯化反應,酯類物質成為主體香氣成分,使得發酵液后期酒精度和總酸的含量略有下降[26],這與文中酒精度和總酸變化趨勢相一致。

圖7 芒果胡蘿卜復合果酒發酵過程中香氣物質相對含量的變化Fig.7 Changes of relative contents of aroma componentsduring fermentation of compound fruit wine

3 結論

在芒果胡蘿卜復合果酒釀造過程中,發酵初期糖類物質被酵母迅速消耗轉化成二氧化碳和酒精,酒精度明顯升高,隨著發酵時間的延長,糖類物質的減少,酵母代謝減緩,發酵液酒精度趨于穩定,最終果酒酒精度為13.37% vol。在發酵過程中總酸和揮發酸的含量呈先上升后平穩的趨勢,酸類物質含量的升高,有利于后期果酒風味的形成,同時可以抑制雜菌的生長。發酵過程中總酚和干浸出物含量呈先上升后下降的趨勢,其中總酚在發酵第3 d時達到最大值395.17 mg/L,干浸出物在發酵第4 d時達到最大值24.20 g/L。發酵過程中甲醇的含量迅速增加,在發酵第6 d是達到最大值103 mg/L,遠低于國家標準(白葡萄酒250 mg/L)[27]。

芒果胡蘿卜果汁經過酵母發酵后香氣物質種類明顯增多,果酒中共檢出55種香氣物質,香氣物質總的相對含量先升高后趨于穩定,在發酵第6 d達到最大值為91.75%。芒果胡蘿汁的主體香氣成分是萜烯類,隨著發酵的進行,酵母代謝活動增強,發酵液中醇類和酯類的增加,使得萜烯類的相對含量逐漸降低,酯類的相對含量逐漸升高,到發酵結束,酯類成為果酒的主體香氣物質(72.58%)。最終得到的芒果胡蘿卜復合果酒色澤橙黃飽滿、透明清亮、有濃郁的果香和酒香、口感甘甜醇厚,在此實驗的基礎上后期可以進行芒果胡蘿卜復合果酒中試實驗以及工廠生產。