冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析

顏?zhàn)雍溃蠎c芳，陳江魁,2, ，孫嘉怡

（1.邯鄲學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，河北邯鄲 056005；2.河北省高校冀南太行山區(qū)野生資源植物應(yīng)用研發(fā)中心，河北邯鄲 056005）

紅梨又稱紅皮梨，是果皮為紅色的優(yōu)良梨種的總稱[1]，具有酥、脆、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、抗病逆、抗氧化等特性[2-4]。河北魏縣盛產(chǎn)的紅梨果實(shí)呈高樁圓形、果皮為紅褐色、果肉白色細(xì)膩、果型端正，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，果實(shí)中富含多種配糖體、維生素和鞣酸成分，成熟的梨果糖含量比較高，可溶性固形物含量13%～14%，在產(chǎn)品的綜合利用中適合于酒類的開發(fā)[5-8]。

當(dāng)前，紅梨主要用于鮮食和家庭熬制冰糖梨汁，產(chǎn)品開發(fā)度和附加值較低，其相關(guān)研究也以著色機(jī)理、營(yíng)養(yǎng)成分和栽培技術(shù)為主，在食品開發(fā)方面的研究較少。杜恣閑等[9]通過研究得出將水果釀造制成果酒能增強(qiáng)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且近年來(lái)人們的酒類消費(fèi)理念也逐漸從高度酒轉(zhuǎn)為低度酒、糧食酒轉(zhuǎn)為果酒[10]，因此，紅梨果酒的開發(fā)符合產(chǎn)品深加工需求。目前已有多種梨酒的相關(guān)報(bào)道，如李莉峰等[11]研制了南果梨酒并對(duì)其發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，得到了南果梨酒的最佳發(fā)酵工藝；張大為等[12]研制了安梨果酒并對(duì)梨酒的香氣成分進(jìn)行了分析，同時(shí)在發(fā)酵階段采取有效措施降低酒的酸度，提高了適口感。對(duì)比來(lái)看，不同梨酒的最優(yōu)發(fā)酵條件和風(fēng)味物質(zhì)存在一定差異，其營(yíng)養(yǎng)成分也有一定區(qū)別。

為豐富果酒市場(chǎng)，提升紅梨的產(chǎn)品附加價(jià)值，延長(zhǎng)其產(chǎn)業(yè)鏈，本文以魏縣紅梨為主要原料，輔以冰糖熬制成冰糖紅梨汁進(jìn)行果酒發(fā)酵。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，使用正交試驗(yàn)法，通過測(cè)定冰糖紅梨酒發(fā)酵過程中的主要指標(biāo)變化研究最佳發(fā)酵條件，并采用氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）對(duì)冰糖紅梨酒香氣成分進(jìn)行分析，以期得到一款受各年齡段人群喜愛的特色果酒產(chǎn)品，推進(jìn)魏縣紅梨的綜合利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅梨鮮果 采自冀南地區(qū)的魏縣紅梨；冰糖、白糖 市售；焦亞硫酸鉀（食品級(jí)） 河南天源生物科技有限公司；安琪葡萄酒果酒專用酵母（SY酵母） 安琪酵母公司；果膠酶（10萬(wàn)U/g） 南寧龐博生物公司。

LRH-100恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TD20002A電子天平 上海力辰儀器科技有限公司；pHS-3C酸度計(jì) 上海世義精密儀器有限公司；E-201-9型pH復(fù)合電極 上海羅素科技有限公司；Clarus 680-Clarus SQ 8T型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）配有GC-MS Turbomass工作站 美國(guó)珀金埃爾默股份有限公司；50/30μmDVB/Car/PDMS固相萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 冰糖紅梨酒工藝流程 冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝流程如圖1所示，具體操作要點(diǎn)如下：

圖1 冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝流程Fig.1 Fermentation process of red pear wine with candy sugar

冰糖梨汁的制備：選擇新鮮成熟的魏縣紅梨，經(jīng)清洗、去梗、去皮和護(hù)色處理后與果膠酶混合，于40 ℃條件下水浴90 min[13]，然后按1:4:8的比例分別加入冰糖、紅梨酶解物、水于砂鍋中，加熱至沸騰后熬制約20 min。

主發(fā)酵工藝：按試驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)整初始糖度、初始pH，焦亞硫酸鉀添加量、酵母接種量（接種前在36 ℃恒溫糖水中活化30 min[14]），放置預(yù)定的發(fā)酵溫度下進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵完成后，濾去殘?jiān)M(jìn)行巴氏滅菌10 min。

1.2.2 發(fā)酵工藝單因素實(shí)驗(yàn) 選擇發(fā)酵溫度、初始糖度、初始pH、酵母接種量、焦亞硫酸鉀添加量作為冰糖紅梨酒的發(fā)酵因素[15-16]，固定發(fā)酵溫度23 ℃、初始糖度20%、初始pH4、酵母接種量0.06%、焦亞硫酸鉀添加量160 mg/L。發(fā)酵溫度定為16、19、22 和 25 ℃，初始糖度選擇 14°Brix、17°Brix、20°Brix和 23°Brix，初始 pH 調(diào)至 3.5、4、4.5和 5，酵母接種量設(shè)為0.02%、0.06%、0.10%和0.14%，焦亞硫酸鉀添加量為140、160、180和200 mg/L，進(jìn)行酒精度、殘?zhí)呛繙y(cè)定和感官評(píng)定。

1.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 由單因素實(shí)驗(yàn)選出四個(gè)主要因素，以綜合賦分為評(píng)定指標(biāo)，進(jìn)行四因素三水平的正交分析試驗(yàn)，試驗(yàn)按照L9（34）正交試驗(yàn)因素水平表（見表1）。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.4 果酒品質(zhì)分析

1.2.4.1 理化指標(biāo) 酒精度采用GB/T 15038-2006[17]中的酒精計(jì)法測(cè)定；殘?zhí)呛坎捎冒⒇愓凵鋬x測(cè)定。

1.2.4.2 感官評(píng)定 參照 GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[17]，選取外觀、香氣、滋味、典型性四個(gè)指標(biāo)制定感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，見表2。選取10名果酒品評(píng)員進(jìn)行品評(píng)（男女各5人，年齡20～40歲）。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for sensory evaluation

1.2.4.3 綜合賦分的確定 參照NY/T 1508-2017《綠色食品果酒》[18]中規(guī)定的果酒酒精度最高值為基準(zhǔn)對(duì)冰糖紅梨酒的酒精度度數(shù)進(jìn)行百分制轉(zhuǎn)換（見式1），并設(shè)定感官評(píng)分和酒精度的加權(quán)系數(shù)分別為0.7和0.3，對(duì)冰糖紅梨酒進(jìn)行綜合賦分。

式中：T：百分制下的酒精度分?jǐn)?shù)值，分；Xi：酒精度的測(cè)定值，%vol；W：NY/T 1508-2017《綠色食品果酒》規(guī)定的果酒酒精度最高值，18%vol。

1.2.5 冰糖紅梨酒香氣成分的提取與測(cè)定 采用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用（HS-SPME-GC-MS）法對(duì)所制得的冰糖紅梨酒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)[19-20]。

1.2.5.1 樣品制備 取20 mL酒樣加入盛有飽和NaCl的頂空瓶中，放入轉(zhuǎn)子，將頂空瓶密閉，在60 ℃條件下平衡20 min，將石英萃取頭插入頂空瓶里酒液上空，吸附30 min后立即插入GC-MS的進(jìn)樣口，于250 ℃條件下解析1.5 min。

1.2.5.2 實(shí)驗(yàn)條件 氣相色譜條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃，載氣He，無(wú)分流進(jìn)樣，載氣流速1.0 mL/min。采用程序升溫方式，初始溫度50 ℃，以3 ℃/min升至 80 ℃，保持 2 min，再以 6 ℃/min升至 230 ℃ 保持3 min。

質(zhì)譜條件：MS離子源溫度220 ℃，電離方式EI，電子能量70 eV，掃描質(zhì)量范圍45～450 amu。

分析：將采集到的譜圖與質(zhì)譜儀的NIST譜庫(kù)進(jìn)行檢索對(duì)比進(jìn)行定性，并采用半定量法，用峰面積表示揮發(fā)性物質(zhì)的絕對(duì)含量，面積歸一法計(jì)算物質(zhì)的相對(duì)含量（見式2）。

式中：Ai：i物質(zhì)的百分含量，%；Xi：i物質(zhì)的峰面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理均采用SPSS 20.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行極差和方差分析，采用Origin v10.5.45.29542及Excel 2020軟件進(jìn)行圖表繪制，所有試驗(yàn)均設(shè)立3組平行。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 發(fā)酵溫度對(duì)冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 發(fā)酵溫度對(duì)冰糖紅梨酒的影響如圖2～圖3所示，在15 ℃時(shí)，發(fā)酵速率緩慢，酒精度和感官評(píng)分均不高。而當(dāng)發(fā)酵溫度≥19 ℃時(shí)，發(fā)酵速率明顯提高，最后殘?zhí)呛吭?.5%左右，酒精度均在10.5%vol左右。在19和23 ℃下發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官品質(zhì)均相對(duì)較好，尤其是19 ℃下發(fā)酵的酒口感較為和諧。

圖2 不同發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.2 Effects of different temperature on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖3 不同溫度發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評(píng)分比較Fig.3 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different temperatures

出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能原因是，當(dāng)溫度較低時(shí)，酵母代謝生長(zhǎng)速率較慢，產(chǎn)酒精能力弱，發(fā)酵糖消耗速度慢，殘?zhí)呛扛撸粶囟容^高時(shí)，酵母細(xì)胞快速生長(zhǎng)繁殖[21]，大量消耗糖分，產(chǎn)酸過多，口感不協(xié)調(diào)。所以選擇19 ℃為發(fā)酵的適宜溫度。

2.1.2 初始糖度對(duì)冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 由圖4～圖5可以看出，在前3 d，不同初始糖度的發(fā)酵過程相似，速率相近；在4～7 d，發(fā)酵速率差異明顯。初始糖度≥17°Brix時(shí)的發(fā)酵速率明顯高于初始糖度為14°Brix 時(shí)的發(fā)酵速率。初始糖度在14°Brix～20°Brix范圍內(nèi)，隨著初始糖含量的增加，酒的感官品質(zhì)逐漸升高；當(dāng)初始糖含量超過20°Brix時(shí)，成品酒的感官品質(zhì)又有所下降。

圖4 不同初始糖度對(duì)發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.4 Effects of different initial sugar concentrations on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖5 不同初始糖度發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評(píng)分比較Fig.5 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different initial sugar concentrations

出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因?yàn)楫?dāng)初始糖度偏低時(shí)，酵母細(xì)胞在發(fā)酵的中后期產(chǎn)生的酒精少，香氣積累不足且發(fā)酵結(jié)束時(shí)殘?zhí)呛康停善肪频南銡獠蛔悖诟衅帷．?dāng)初始糖含量偏高時(shí)，發(fā)酵液滲透壓增大，抑制了酵母菌生長(zhǎng)[22]。因此，選擇20°Brix為最適的初始糖度。

2.1.3 初始pH對(duì)冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 如圖6～圖7所示，當(dāng)初始pH為3.5時(shí)，發(fā)酵起始較晚，酒精度和感官評(píng)分較低；當(dāng)初始pH為5時(shí)，發(fā)酵起始過早，前期發(fā)酵速率快，但在4 d后，發(fā)酵速率明顯減慢。當(dāng)pH為4和4.5時(shí)，過程平緩，成品酒的酒精度高，殘?zhí)呛康停?dāng)pH為4時(shí)冰糖梨酒香氣不協(xié)調(diào)，而當(dāng)pH為4.5時(shí)，感官評(píng)分較高。

圖6 不同初始pH對(duì)發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.6 Effects of different initial pH values on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖7 不同初始pH發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評(píng)分比較Fig.7 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different initial pH

出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因?yàn)楫?dāng)pH較低時(shí)，酵母生長(zhǎng)代謝緩慢，菌群優(yōu)勢(shì)不明顯，產(chǎn)酒精能力弱，成品酒殘?zhí)呛扛摺H過高酵母生長(zhǎng)耗糖過快，后期發(fā)酵能力不足，導(dǎo)致感官評(píng)分降低。因此，選擇4.5為冰糖紅梨酒的適宜初始pH。

2.1.4 酵母接種量對(duì)冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 由圖8～圖9可以看出，當(dāng)酵母接種量≥0.10%時(shí)，發(fā)酵起始時(shí)間早，前期發(fā)酵速度快，在第1 d殘?zhí)呛勘憬抵良s13.5%，在第4 d便接近發(fā)酵終點(diǎn)；當(dāng)酵母接種量在0.06%～0.14%范圍內(nèi)，隨著酵母接種量的增加，成品酒的感官品質(zhì)逐漸降低。

圖8 不同酵母接種量對(duì)發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.8 Effects of different yeast inoculation amount on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖9 不同酵母接種量發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評(píng)分比較Fig.9 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different yeast inoculation amount

出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因?yàn)椋湍附臃N量過小，酵母無(wú)法形成優(yōu)勢(shì)菌群，發(fā)酵過程中容易受到雜菌感染致使酒質(zhì)下降[23]；當(dāng)酵母接種量過高時(shí)，酵母生長(zhǎng)繁殖快，酒精發(fā)酵劇烈，有機(jī)酸等風(fēng)味物質(zhì)生成少使口感變差。當(dāng)酵母接種量為0.06%時(shí)，酒體協(xié)調(diào)。因此，選擇0.06%為發(fā)酵的適宜接種量。

2.1.5 焦亞硫酸鉀添加量對(duì)冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 由圖10～圖11可以看出，焦亞硫酸鉀添加量越多，成品酒的殘?zhí)呛吭降停凭仍礁摺．?dāng)焦亞硫酸鉀的添加量為140 mg/L時(shí)，酒的色澤發(fā)暗，口感偏酸。當(dāng)焦亞硫酸鉀添加量≥160 mg/L時(shí)，成品酒的感官品質(zhì)逐漸降低。

圖10 不同焦亞硫酸鉀添加量對(duì)發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.10 Effects of different amounts of potassium pyrosulfite on residual sugar and alcohol content during fermentation

圖11 不同焦亞硫酸鉀添加量發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評(píng)分比較Fig.11 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different amounts of potassium pyrosulfite

出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因?yàn)榻箒喠蛩徕浱砑恿窟^低時(shí)，反應(yīng)生成的SO2過少，抑菌效果不明顯，發(fā)酵液易染雜菌，導(dǎo)致酒體偏酸[24]。焦亞硫酸鉀添加量過高，反應(yīng)生成的SO2過多，抑菌作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致發(fā)酵過程中總酸生成不足，影響梨酒風(fēng)味。因此，選擇160 mg/L為適宜添加量。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以綜合評(píng)分為指標(biāo)，以發(fā)酵溫度、初始糖度、初始pH、酵母接種量為因素，進(jìn)行4因素3水平的正交優(yōu)化試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，感官評(píng)定的因素方差分析見表4。

由表3的極差分析結(jié)果可看出，影響冰糖紅梨酒綜合賦分的主次因素順序?yàn)锳＞B＞D＞C，即發(fā)酵溫度＞初始糖度＞初始pH＞酵母接種量。由表4方差分析結(jié)果得出，發(fā)酵溫度、初始糖度、初始pH、酵母接種量對(duì)冰糖紅梨酒的綜合賦分影響均極顯著（P＜0.01）。冰糖紅梨酒發(fā)酵的最優(yōu)方案為A2B1C2D3，即發(fā)酵溫度為19 ℃，初始糖度為18°Brix，酵母接種量為0.06%，初始pH為4.8。該條件不在正交試驗(yàn)的組合中，故進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，在此條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，制得的冰糖紅梨酒具有典型的紅梨酒風(fēng)格，各項(xiàng)指標(biāo)為：酒精度 10.1%vol±0.23%vol，糖度6.17°Brix±0.14°Brix，總酸 4.8±0.13 g/L，感官評(píng)分88.9±0.57分，綜合賦分79.1±0.79分，優(yōu)于所有正交試驗(yàn)組合的結(jié)果。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results

表4 綜合賦分的因素方差分析Table 4 Factor anova of sensory evaluation

2.3 冰糖紅梨酒揮發(fā)性風(fēng)味分析

冰糖紅梨酒風(fēng)味物質(zhì)來(lái)源多種多樣，可以是其果實(shí)本身的，又有不同釀造階段產(chǎn)生的。圖12為冰糖紅梨酒的揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS總離子流色譜圖，其分析結(jié)果見表5。經(jīng)GC-MS分析從冰糖紅梨酒中檢測(cè)出揮發(fā)性風(fēng)味成分36種，主要為醇類、酯類和酸類。其中醇類共8種，占比18.31%；酯類共16種，占比 60.2%；酸類 4種，占比 13.32%；醛類3種，占比3.63%；酮類3種，占比1.75%；酚類2種，占比0.78%。

表5 冰糖紅梨酒揮發(fā)性香氣成分GC-MS分析結(jié)果Table 5 GC-MS analysis of volatile aroma components in red pear wine with candy sugar

圖12 冰糖紅梨酒揮發(fā)性香氣成分GC-MS分析總離子流圖Fig.12 GC-MS analysis on current of volatile aroma components in red pear wine with candy sugar

醇類物質(zhì)主要在糖發(fā)酵和酵母代謝中產(chǎn)生，表現(xiàn)為甜香、花果香，是酒中重要的呈味物質(zhì)[25-26]。冰糖紅梨酒中檢測(cè)到醇類8種，其中苯乙醇含量最高，苯乙醇是由酵母利用糖或由苯丙氨酸代謝產(chǎn)生的高級(jí)醇，不僅可以賦予冰糖紅梨酒豐富的風(fēng)味，還具有抑菌作用[27-28]。

酯類16種，在冰糖紅梨酒的香氣成分中占比最大，是冰糖紅梨酒的主要風(fēng)味成分[29]。果酒中酯類的合成主要在酵母菌體內(nèi)進(jìn)行，生成的產(chǎn)物通過細(xì)胞膜進(jìn)入酒體[27]。其中酯類以辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙基-9-癸烯酸酯為主，可賦予冰糖紅梨酒白蘭地酒香、乳香及水果香味[30-31]。除醇類和酯類外，還有酸類、醛類、酮類和酚類，這些物質(zhì)的存在也豐富了酒體風(fēng)味。例如：癸酸具有脂香味、癸醛具有茶葉香、香葉基丙酮具有柑橘香和蕓香草香。

續(xù)表 5

通過與南果梨酒[11]、安梨果酒[12]、香梨發(fā)酵酒[32]類梨酒進(jìn)行香氣成分對(duì)比發(fā)現(xiàn)，辛醇、α-松油醇為冰糖紅梨酒所特有的醇類，分別可賦予冰糖紅梨酒檸檬味和丁香味；乙基-9-癸烯酸酯和肉豆蔻酸乙酯為特有且含量較高的酯類，可賦予冰糖紅梨酒果香、乳香和鶯尾油香；另外，癸酸乙酯和癸酸百分含量也高于同類梨酒，賦予冰糖紅梨酒更多的梨香、酒香和脂香[33]。

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)，探討了冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝中發(fā)酵溫度、初始糖度、酵母接種量、初始pH、焦亞硫酸鉀添加量對(duì)冰糖紅梨酒發(fā)酵過程中主要理化指標(biāo)及感官品質(zhì)的影響。通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化，最終確定冰糖紅梨酒的最佳發(fā)酵條件：發(fā)酵溫度為19 ℃，初試糖度為 18°Brix，酵母接種量為 0.06%，初始pH為4.8，焦亞硫酸鉀添加量為160 mg/L，發(fā)酵時(shí)間為7 d，所制得的冰糖紅梨酒酒精度為10.1%vol±0.23%vol，糖度 6.17°Brix±0.14°Brix，總酸 4.8±0.13 g/L，感官評(píng)分為88.9±0.57分，酒體均勻，口感柔和協(xié)調(diào)且具有濃郁的梨果香氣。采用GC-MS對(duì)冰糖紅梨酒的風(fēng)味成分進(jìn)行定性分析，共檢測(cè)出36種揮發(fā)性香氣物質(zhì)，其中酯類相對(duì)含量最多。

冰糖紅梨作為日常的飲品，本身具有很高的保健功效，本文研究表明，通過適當(dāng)?shù)陌l(fā)酵，冰糖紅梨適合于高品質(zhì)的特色酒類生產(chǎn)。