凱特杏酒的發酵條件優化及風味變化研究

徐 佳，左 勇，，3*，易 媛，馬 倩，胡 琨

（1.四川輕化工大學 生物工程學院，四川 宜賓 644000；2.四川師范大學 生命科學學院，四川 成都 610068；3.成都裕智果業有限公司，四川 成都 610307）

凱特杏屬薔薇科植物，大果型，果皮為橙黃色，具有結果早、適應性強、豐產性強等優點[1]。目前，凱特杏在我國陜西、四川等地都有較大面積的種植，其肉軟多汁，口感酸甜，并且含有氨基酸、維生素、多酚以及類黃酮等營養物質，具有較高的抗氧化活性[2-3]。

杏的季節性較強，成熟期短，鮮果貨架期集中在5～7月份。但因鮮果中水分含量較高，在貯藏過程易造成腐敗現象，使得貯藏難度大，成本高，導致果農豐產不豐收，經濟效益較低。基于此情況，目前杏果常被用于制作杏干果脯[4]、杏汁飲料[5]、杏醬以及杏仁制品等，但這些產品的附加值較低，不利于杏果精深加工市場的長遠發展。近年來，我國果酒銷量持續攀升，規模不斷擴大，由于果酒在涉農產業中是最適合一、二、三產業聯動的產業，可以有效解決“三農”問題、助力鄉村振興，因此根據杏的特點將其加工成杏酒具有潛在的市場前景。目前，基于杏果季節和地域的限制性，國內相關研究主要集中于不同品種杏的營養成分以及各種杏產品的加工工藝研究，而國外側重于杏果護色及杏制品開發等，關于其發酵釀酒的相關研究都較少。

本研究在傳統果酒釀造工藝的基礎上，結合凱特杏的風味特性，選擇最適的發酵菌種和發酵條件，通過優化其發酵溫度、時間、杏漿與水體積比、初始糖度、酵母接種量等發酵條件，生產高品質特色杏酒。通過推廣應用，不但可提高凱特杏的附加值，而且可促進當地的經濟發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

凱特杏：于四川某基地采摘；D254酵母：法國LALVIN公司；安琪果酒酵母：安琪酵母股份有限公司；丹麥酵母（UVAFERM）：丹麥LALLEMAND公司；果膠酶（500 U/mg）：上海源葉生物科技有限公司；硅藻土（分析純）：北京索萊寶科技有限公司；白砂糖（一級）：市售；偏重亞硫酸鉀：法國SOFRALAB公司；碳酸氫鉀（食品級）：上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

JYZ-E3九陽原汁機：九陽股份有限公司；LB20T手持糖度計：成都格納絲商貿有限公司；T6紫外分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；78HW-1恒溫磁力攪拌器：金壇市醫療儀器廠；HWS-12恒溫水浴鍋：上海喬欣科學儀器有限公司；ME104E/02電子分析天平：托利多儀器有限公司；STARTER 2C pH計：奧豪斯儀器（常州）有限公司；6890N-5979B氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）儀：美國Agilent公司；GZ-250-HS11恒溫恒濕箱：韶關市廣智科技設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 凱特杏酒發酵釀造工藝及操作要點

杏果破碎、打漿：選擇成熟度較高、無腐爛霉變的杏果，清洗去核，破碎打漿后得杏漿，按一定的體積比加水，再加入60 mg/L偏重亞硫酸鉀（SO2）。

酶解：根據杏漿的濃稠程度，加入果膠酶0.3～0.6 g/L，室溫條件下酶解24 h。

成分調整：分別加入一定量的白砂糖、碳酸氫鉀[6]，將杏漿的pH控制在3.5～4.0。

接種：稱取一定量活性干酵母于20 mL 50 g/L糖水中，置于35 ℃水浴鍋活化1 h。再將其接種至杏漿中進行發酵。

發酵、陳釀、下膠：在一定溫度條件下發酵7 d后，靜置過濾，去除酒腳和沉淀。然后密閉遮光，在20 ℃下陳釀15 d，再用0.5%硅藻土對陳釀后的酒液進行澄清處理，除去酒液中的膠體、蛋白質等成分，防止渾濁和沉淀形成[7]。

調配、精濾、裝瓶：為使酒中各成分協調，酒體完整，需對糖度、酒精度、酸度進行調配。然后將杏酒精濾滅菌，裝入消毒的空瓶中，加塞密封，得到成品杏酒。

1.3.2 凱特杏酒發酵工藝優化試驗設計

（1）單因素試驗

以感官品評、酒精度、總酸、還原糖為評價指標，分別考察酵母種類（法國D254酵母、丹麥酵母、安琪果酒酵母），發酵溫度（15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃），杏漿與水體積比（1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1），初始糖度（16°Bx、18°Bx、20°Bx、22°Bx、24°Bx），酵母接種量（0.5g/L、1 g/L、1.5 g/L、2 g/L、2.5 g/L）對凱特杏酒發酵效果的影響，再利用SPSS 20.0軟件分析各指標間的顯著性差異，以確定最佳單因素水平。

（2）響應面優化試驗

根據Box-Behnken響應面設計原理，通過各單因素試驗對感官品評的顯著性分析，選取料液比（A）、酵母接種量（B）、初始糖度（C）這3個影響較大的因素，以感官評分（Y）為指標，優化杏酒的發酵條件，試驗因素及水平評價見表1。

表1 凱特杏酒發酵工藝優化Box-Behnken試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments for Kate apricot wine fermentation process optimization

1.3.3 測定方法

酒精度：采用分光光度計法測定發酵液中的乙醇體積分數[8]；總酸：NaOH滴定法[9]；還原糖：直接滴定法[9]。

風味物質檢測：采用氣相色譜質譜聯用法。

樣品處理：取10 mL杏酒樣品于15 mL頂空瓶中，并加入1 g NaCl，置于恒溫磁力攪拌器上。杏酒樣品于45 ℃條件下預熱10 min，將萃取頭伸入頂空部分，于45 ℃吸附40 min后拔出，插入氣相色譜進樣口，于230 ℃熱解吸3 min。

色譜條件：J&W 122-7062 DB-WAX毛細管柱（60 mm×0.25 mm×0.25 μm）；升溫程序：起始溫度35 ℃保持3 min，以6 ℃/min升至150 ℃，保持1 min，以12 ℃/min升溫至230 ℃，保持3 min；進樣器溫度230 ℃；檢測器溫度230 ℃，無分流進樣；載氣：氦氣（He），流速：1.0 mL/min。

質譜條件：電子電離（electron ionization，EI）源；電子能量70 eV；掃描質量范圍：20～550 u；離子源溫度230 ℃；接口溫度230 ℃。

定性方法：主要是由氣相色譜-質譜中美國國家標準與技術研究院（national institute of standards and technology，NIST）05質譜數據庫、匹配度和保留時間對各個物質進行檢索。選擇匹配度＞80的物質作為有效的香氣成分。

感官品評：根據GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中葡萄酒的品評標準，參考文獻中的杏酒品評標準[10]，組織5～10名品評人員，針對杏酒的色澤、澄清度、香氣、滋味、典型性進行評價，然后取平均值為最終結果。杏酒感官質量評定標準具體見表2。

表2 凱特杏酒感官質量評定標準Table 2 Sensory evaluation standards of Kate apricot wine

2 結果與分析

2.1 凱特杏酒發酵工藝優化單因素試驗

2.1.1 發酵菌種對杏酒品質的影響

由于果酒的種類多樣化，市場上沒有杏酒發酵的專用酵母，本試驗選擇了三種國內外優質果酒酵母菌進行比較。在杏漿與水體積比為3∶1，初始糖度20°Bx，酵母接種量為1 g/L，發酵溫度為25 ℃的條件下發酵8 d，結果見表3。

由表3可知，三種果酒酵母中D254酵母的發酵能力更強，對還原糖的利用更完全，發酵后杏酒的口感較好，酒體協調性更優，所以選擇D254酵母作為發酵杏果的菌種。

表3 發酵菌種對凱特杏酒品質的影響Table 3 Effect of fermentation strains on Kate apricot wine quality

2.1.2 發酵溫度對杏酒品質的影響

圖1 發酵溫度對凱特杏酒品質的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on Kate apricot wine quality

由圖1可知，隨著發酵溫度的升高，總酸含量緩慢上升，酒精度和感官品評都先升后降。可能是因為發酵溫度過高時，會使酵母代謝旺盛，造成早衰，從而發酵提前終止，導致產品酒精度較低、酒質粗糙；但發酵溫度過低時，起酵難，會使發酵周期延長，增加投入成本[11]。綜合考慮，在發酵溫度為25 ℃時，杏酒的酒精度較高，且風味和口感最佳，感官品評較其他三個水平有顯著性差異（P＜0.05），所以選擇25 ℃為最佳發酵溫度。

2.1.3 杏漿與水體積比對杏酒品質的影響

由圖2可知，在料液比低時，杏漿稀釋度高，總酸和酒精度都相對偏低，杏果的風味偏淡，口感單薄。隨著料液比的增加，總酸含量顯著上升（P＜0.05），酒精度先升后降，在料液比4∶1時達到最高，能夠較完全地利用還原糖，同時感官品評最好。但料液比繼續增加時，由于水的相對含量減少，不利于酵母生長繁殖，會抑制其發酵作用，酒精度反而下降[12]。因此選擇杏漿與水體積比4∶1作為最佳料液比。

圖2 杏漿與水體積比對凱特杏酒品質的影響Fig.2 Effect of volume ratio of apricot pulp and water on Kate apricot wine quality

2.1.4 初始糖度對杏酒品質的影響

圖3 初始糖度對凱特杏酒品質的影響Fig.3 Effect of initial sugar concentration on Kate apricot wine quality

由圖3可知，初始糖度對酒精度有著顯著影響（P＜0.05），隨著初始糖度的升高，酒精度持續上升，總酸含量先降后升，感官品評先升后降。原因在于在初始糖度較低時，沒有足夠的酒精與有機酸發生酯化反應，不利于風味物質的積累，導致杏酒酸高口感不佳[13]；初始糖度過高時，杏汁滲透壓升高，會對酵母的繁殖和代謝產生一定的抑制作用。因此選擇20°Bx的初始糖度，杏酒的酸甜適宜，口感最佳，同時還原糖含量最低，為4.88 g/L，酵母對其利用較完全。

2.1.5 酵母接種量對杏酒品質的影響

由圖4可知，酵母接種量較低時，發酵不完全，發酵后杏酒的酒精度偏低，口感淡薄。隨著酵母接種量逐漸增加，酒精度持續上升，在0.5～2.0 g/L間呈顯著性差異（P＜0.05），當接種量為1.0 g/L時，杏酒的口感、風味最好，總酸含量較低，酒精度達到11.80%vol。當酵母接種量增加至2.5 g/L時，杏酒的酒精度和感官品評都有所下降，總酸含量上升，表明過多的酵母菌會增大酒精轉化成其他物質的可能性，影響杏酒的口感。綜合上述指標，選擇1.0 g/L為最佳酵母接種量。

圖4 酵母接種量對凱特杏酒品質的影響Fig.4 Effect of yeast inoculum on Kate apricot wine quality

2.1.6 發酵時間對杏酒品質的影響

由圖5可知，隨著發酵時間的增加，還原糖含量逐漸降低，酒精度逐漸升高。在第7天時杏酒的酒精度就達到最高，還原糖也被利用地較完全。若繼續延長發酵時間，不僅增加釀造成本，而且酒精將轉化成其他風味物質，使酒精度下降，總酸含量上升，從而影響杏酒的風味和口感，因此選擇7 d為最佳發酵時間。

圖5 發酵時間對凱特杏酒品質的影響Fig.5 Effect of fermentation time on Kate apricot wine quality

2.2 凱特杏酒發酵條件優化響應面試驗

2.2.1 試驗設計與方差分析

為了解各單因素對感官品評值的顯著性差異，通過SPSS 20.0軟件對各單因素分別進行ANOVA分析，然后選擇影響最顯著的3個因素進行響應面優化。結果表明，初始糖度、酵母接種量（P＜0.001）＞杏漿與水體積比（P=0.001）＞發酵溫度（P=0.014）。由此選擇料液比、酵母接種量和初始糖度為自變量，以感官品評為評價指標，進行3因素3水平試驗的響應面試驗。響應面試驗結果見表4，用Design Expert 8.0軟件對響應面結果進行方差分析，結果見表5。

表4 凱特杏酒發酵工藝優化響應面試驗設計與結果Table 4 Design and results of response surface methodology for fermentation process of Kate apricot wine optimization

根據表4試驗數據，對自變量編碼的A、B、C進行回歸分析并建立模型，可以得到二次多項式回歸方程：Y=82.90+3.00A+0.44B+0.56C+3.75AB+1.00AC+4.38BC-5.89A2-5.76B2-2.51C2

表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

由表5可知，模型P值＜0.01，說明該模型的回歸方程是極顯著的，在統計學上有意義。失擬項P值為0.998 0＞0.05，說明失擬項不顯著，無失擬因素存在。模型決定系數R2為98.71%＞85%，說明模型的擬合程度較好，可用該回歸方程代替試驗真實點對試驗結果進行分析和預測[14]。

從F值的大小可以得到各因素對杏酒感官品評影響的順序為：A（料液比）＞C（初始糖度）＞B（酵母接種量），其中一次項A對杏酒感官品評的影響極顯著（P＜0.000 1），B、C影響不顯著（P＞0.05）；交互項AB、BC對杏酒感官品評的影響極顯著（P＜0.000 1），AC影響不顯著（P＞0.05）；二次項A2、B2、C2均對杏酒感官品評的影響極顯著（P＜0.01）。由此表明各個試驗因子與響應值之間的關系不是簡單的線性關系。

2.2.2 因素間的交互影響

根據多元線性回歸方程，運用Design Expert 8.0軟件對試驗結果進行響應面分析，結果見圖6。

由圖6可知，B（酵母接種量）和C（初始糖度）的交互效應比A（杏漿與水體積比）和B（酵母接種量）的交互效應對杏酒感官品評的影響更大，表現為三維圖中曲線陡峭，所以在試驗中，適當調整酵母接種量和初始糖度，有利于優化杏酒的風味口感。

通過響應面法分析得出最佳發酵條件：杏漿與水體積比4.42∶1、酵母接種量1.19 g/L、初始糖濃度21.03 °Bx，預測感官評分為83.75分。考慮到試驗的可操作性和可行性，確定最優發酵工藝為：杏漿與水體積比4.4∶10、酵母接種量1.2 g/L、初始糖度21°Bx。在此條件下進行3次重復試驗，試驗結果取其平均值，得出此工藝條件下杏酒中酒精度為12.27%vol，還原糖含量為5.12 g/L，總酸為8.87 g/L，經20個人感官品評的平均分為85.45分，相對誤差為1.99%，與模型預測的理論值83.75分大致符合，表明用響應面法對杏酒的發酵條件的優化是可行的。

圖6 杏漿與水體積比、酵母接種量、初始糖度交互作用對凱特杏酒感官品評的影響Fig.6 Effect of volume ratio of apricot pulp and water,yeast inoculum and initial sugar concentration on sensory evaluation of Kate apricot wine

2.3 最佳發酵條件下的杏酒的風味物質分析

本試驗探究了杏酒在最佳發酵條件下主要風味物質的變化，結果見表6。由表6可知，經檢測分析在杏酒中共有28種揮發性物，主要包括了醇類、酯類、醛類、酸類、烷烴類，共計五類風味物質。其中醇類10種，酯類9種，酸類3種，烷烴類2種，醛類1種，其他類3種。

在果酒中醇類化合物是很豐富的風味物質，它既可作為芳香成分，又可呈味。由表6可知，在杏酒的五類化合物中，醇類化合物的含量最高，占總風味物質（除乙醇外）的60.62%左右。其中含量最高的三種醇為異戊醇＞異丁醇＞苯乙醇，是酒精發酵酵母代謝的產物。當異戊醇（溶劑味、酒精味、指甲油味）[15]、苯乙醇（花香味）等高級醇與果酒中的酸、酯含量配比恰當時，有助于酒的呈香，當體積分數過高時會產生刺激性氣味，則會影響果酒品質[16]。而另一些醇，如正己醇、芳樟醇、正辛醇、正壬醇、香葉醇等是屬于萜烯類化合物，多來源于果實[17]，其中芳樟醇具有鈴蘭香氣，與果實的花香有關，是杏果中重要的特征香氣[7]。

酯類化合物在杏酒共檢測出9種，占27.31%左右。其中含量最高的三種酯分別為：乙酸乙酯（醚香、果香）＞辛酸乙酯（蠟香、橙子果香、玫瑰花香）[18]＞癸酸乙酯（果香、酒香），根據不同物質的香味閾值，每個物質對杏酒香氣的貢獻有所差異，但酯類化合物閾值普遍偏低，容易被品出，所以它們對杏酒的風味以及酒體品質的優劣都有重要的作用。

表6 凱特杏酒中主要揮發性風味成分Table 6 Main volatile flavor components in Kate apricot wine

在杏酒的其他風味物質中，酸類物質主要來源于酒精發酵，其含量取決于發酵條件、營養物質含量和酵母的使用[19]，杏酒中酸類物質含量最高的是乙酸，其余是辛酸和正癸酸，它們可以修飾果酒的滋味和口感，有利于形成瓶貯酒香[20]。乙醛則是生成乙醇的中間產物之一，是在蒸餾酒或微生物導致的氧化中被發現的[21]，當其未超過125 mg/L時，能給酒體中帶來怡人的果香：當其超過了125 mg/L時，會產生不愉快的刺激性氣味[22]。

3 結論

本研究通過單因素試驗及響應面法優化，確定凱特杏酒最佳發酵條件為：發酵菌種D254酵母、發酵溫度25 ℃、杏漿與水體積比4.4∶1.0（V/V）、酵母接種量1.2 g/L、初始糖度21°Bx、發酵時間7 d。在此優化條件下發酵的杏酒酒精度為12.27%vol，還原糖含量為5.12 g/L，總酸含量為8.87 g/L，感官評分為85.45分，與預測感官評分83.75分基本吻合。將在此條件下的杏酒進行風味物質檢測分析，發現其含有包括醇類、醛類、酸類、酯類在內的28種主要風味物質。