三华李香蕉复合果酒发酵工艺优化及香气成分分析

郭先霞，张继翔，黄桂玲，李长秀

（广东石油化工学院环境与生物工程学院，广东茂名525000）

三华李香蕉复合果酒发酵工艺优化及香气成分分析

郭先霞，张继翔，黄桂玲，李长秀

（广东石油化工学院环境与生物工程学院，广东茂名525000）

对三华李香蕉复合果酒发酵工艺条件进行了优化并分析鉴定果酒中的香气成分。主要优化了香蕉热烫条件、三华李香蕉浆混合比例、三华李香蕉浆酶解条件以及主发酵条件等工艺。结果表明，香蕉的最佳热烫条件为：95℃热烫2 min；三华李香蕉浆混合比例为1∶1；最佳酶解条件为酶解温度55℃、酶解pH4.0、果胶酶的添加量300 mg/kg、酶解时间150 min；主发酵最佳工艺条件为酵母接种量4%、发酵温度26℃、初始糖度22%、初始pH3.5。在此条件下得到的果酒经陈酿半年后，采用顶空固相微萃取-气质联用技术对其香气成分进行分析与鉴定，结果表明，从三华李香蕉复合果酒中鉴定出13种香气成分，其中9种为酯类物质，相对含量的总和达56.93%。其香气成分主要为3-甲基-1-丁醇（29.30%），依次为己酸乙酯（16.61%）、丁酸-3-甲基丁酯（15.08%）和辛酸乙酯（14.66%）等。

果酒； 三华李； 香蕉； 发酵工艺； 香气成分； 顶空固相微萃取； 气质联用（GC-MS）

三华李为蔷薇科李属植物，因早在广东韶关翁源县三华镇种植而得名，是广东、广西最誉盛名的名优、特色水果之一[1]。研究表明，三华李果实含有丰富的矿质元素（如钾、钠、磷、镁、锌、铜等）和维生素（如维生素A、D、B1、B2等），且其有机酸含量和种类尤其丰富[2]。香蕉（学名：Musa acuminata Colla.），属于芭蕉科芭蕉属植物，广泛种植于热带亚热带地区。香蕉果肉味道香甜，富含营养，具有清热、解毒、润肺、止咳、降压、促进肠胃蠕动等功效[3]。但其与三华李鲜果均不耐贮藏。将二者优势互补，酿造成复合果酒，不仅极大提高果品附加值，还能拓宽鲜果加工渠道，缓解鲜果不耐贮藏的问题。目前已研究开发的三华李产品有：三华李果酒[4，5]、浓缩果汁[6]、果醋[7]、果糕[8]、凉果[9]、蜜饯[10]等，尚无三华李香蕉复合果酒的研究报道。本研究旨在优化该种营养丰富香气浓郁的新型复合果酒的酿造工艺，并分析其香气成分，为三华李复合果酒深加工提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

三华李：购于茂名信宜前排镇；香蕉：茂名高州产；果胶酶（酶活＞50000 U/g），深圳恒生生物科技有限公司；葡萄酒用安琪高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；食品级白砂糖；亚硫酸钠、抗坏血酸、偏重亚硫酸钾，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

0%～32%oBx WIATC手持折光仪、PHS-3C精密pH计，上海精密科学仪器有限公司；Shimadzu QP2010气相色谱-质谱联用仪，日本岛津公司；固相微萃取（SPME）套件，萃取头为DVB/CAR/PDMS，50/30 mm(StableflexTM24Ga，美国 Sigma-Aldrich公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

（1）香蕉的护色：香蕉去皮，将香蕉切成片进行热烫（95℃，5 min），再将香蕉片浸泡在0.08%亚硫酸钠和0.15%的抗坏血酸溶液中1 h。

（2）混合：将三华李浆与香蕉浆以一定的质量比例混合均匀。

（3）酶解：将混合均匀的果浆用1∶1的碳酸钙和碳酸钠粉末调节pH值至适当值，将果浆放置于水浴锅中，待其中心温度为一定值时加入一定量果胶酶，处理适当时间。

（4）灭酶：将酶解后的果浆立即放入100℃的水浴锅中，待其中心温度达到100℃时开始处理3 min。

（5）过滤：经灭酶的果浆先放入50℃的恒温水浴锅中冷却10 min，再放入常温水浴锅中冷却至室温，经4层纱布过滤并称重。

（6）调配：用白砂糖调节初始糖度至某一值。

（7）发酵：将调配好的混合果汁灭菌后，用柠檬酸调节pH值并降温后，接种活化酵母发酵。

1.3.3 香蕉热烫条件的确定

经去皮、切块的香蕉，在以下不同热烫条件下进行处理，热烫条件：①85 ℃，3 min；②85 ℃，5 min；③95 ℃，2 min；④95 ℃，3 min；⑤100 ℃，2 min。热烫后的香蕉根据颜色和口感进行综合评价。

1.3.4 三华李香蕉浆混合比例的确定

将三华李与香蕉浆以质量比分别为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3调和成5种复合果浆（均为220 g），调节pH4.0，在45℃下水浴恒温加热10 min，再将300 mg/kg果胶酶加入混合果浆中搅拌均匀，酶解时间2 h，灭酶，过滤。调糖度至22%，灭菌后，接种5%酵母在28℃下发酵10 d酿成复合果酒后，经由10名专业人员组成的感官评定小组，依据表1对果酒进行感官评分，总分100分，以10人评分的平均值作为评价结果，确定三华李香蕉浆最佳混合比例。

1.3.5 复合果酒的感官评价

采用感官评价法来综合衡量复合果酒的品质。由10名专业人员组成的感官评价小组，以10人评分的平均值作为评价结果，确定主发酵工艺条件。感官评价指标见表1。

1.3.6 酶解条件的优化

1.3.6.1 单因素试验

以果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间、酶解pH值为4个因素，以出汁率为指标进行酶解条件优化的单因素试验，按式（1）[11]计算出汁率。

表1 复合果酒感官评价指标

1.3.6.2 正交试验

在单因素实验的基础上，以果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间、酶解pH值为因素，以出汁率为指标，进行L9(3)4正交试验，因素水平表见表2。

表2 酶解条件优化因素水平表

1.3.7 主发酵工艺的优化

1.3.7.1 单因素试验

以初始糖度、发酵温度、接种量、初始pH值为因素，以表1中果酒感官评价为指标，进行主发酵工艺优化的单因素试验。

1.3.7.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以初始糖度、发酵温度、接种量、初始pH值为因素，以果酒感官评价为指标，进行L9(3)4正交试验。因素水平表见表3。

1.3.8 三华李香蕉复合果酒香气成分的萃取

顶空-固相微萃取：取适量样品，置于25 mL样品瓶中，插入萃取头，在60℃下顶空吸附30 min。吸附完毕后，将萃取头插入GC-MS进样口，250℃解吸90 s。

1.3.9 三华李香蕉复合果酒香气成分的GC-MS分析

表3 主发酵工艺优化因素水平表

色谱分析条件：色谱柱为DB-5MS弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25µm）；程序升温：柱温50℃（保留2 min），以10℃/min升温至280℃，保持30 min；汽化室温度250℃，载气为高纯He(99.999%)，流速1.0 mL/min；不分流进样；溶剂延迟时间2.0 min。

质谱分析条件：色谱-质谱接口温度280℃；离子化方式：电子轰击（EI）源；离子源温度230℃，电子能量70 eV；质量分析器为单四极杆，质量扫描范围20～500 amu，检测电压为1.00 kV。

2 结果与分析

2.1 香蕉热烫条件试验结果

根据热烫后香蕉的颜色、破碎后的颜色、口感等进行综合评价，结果见表4。

表4 不同热烫条件香蕉的护色效果

热烫香蕉可以使多酚氧化酶失去活性，从而有效防止香蕉汁褐变[12]。表4表明，随着温度的升高，多酚氧化酶的活性下降，香蕉的褐变程度会相应减轻，但也破坏了口感。同时，非酶促褐变对产品的不利影响会增加。在尽可能保留更多营养成分的前提下，综合考虑，选取较优热烫条件为95℃水热烫2 min。

2.2 三华李与香蕉浆最佳混合比例试验结果

三华李与香蕉浆最佳混合比例试验结果见表5。

表5表明，当三华李和香蕉浆的混合比例为1∶1时，发酵后得到的果酒感官评分最高，因此三华李与香蕉浆的最佳混合比例为1∶1。

表5 三华李与香蕉浆混合比例试验结果

2.3 酶解条件优化的单因素试验

2.3.1 果胶酶添加量对果浆出汁率的影响（图1）

图1 果胶酶添加对混合果浆出汁率的影响

图1表明，在果胶酶添加量为300 mg/kg时，出汁率最高。当果胶酶添加量超过300 mg/kg时出汁率变化较小，因为当果胶酶添加到一定量后果胶分解殆尽，即使再添加，出汁率变化不大。因此，选取果胶酶添加量为250 mg/kg、300 mg/kg、350 mg/kg。

2.3.2 酶解温度对果浆出汁率的影响（图2）

图2 果胶酶处理温度对混合果浆出汁率的影响

图2表明，酶解温度为50℃时，果汁出汁率达到最大。超过50℃后由于酶活力下降，出汁率下降。因此，选取酶解温度为45℃、50℃、55℃。

2.3.3 酶解时间对果浆出汁率的影响（图3）

图3 酶解时间对混合果浆出汁率的影响

图3表明，酶解时间越长，出汁率越高，酶解180 min时的出汁率最高，但在120 min之后，出汁率变化非常小，这时由于果浆中的果胶已经全部分解，出汁率达到最高值，因此，选取酶解时间为120 min、150 min、180 min。

2.3.4 酶解pH值对果汁出汁率的影响（图4）

图4 酶解pH值对混合果浆出汁率的影响

图4表明，在pH值为3.0～4.5之间，随着pH值的增大，出汁率上升，超过4.5后下降，这时因为pH值超过了酶的等电点导致酶活性下降。因此，选取酶解pH值为3.5、4.0、4.5。

2.4 酶解条件优化的正交试验

依据单因素试验的结果，以果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间、酶解pH值进行4因素3水平的正交试验。酶解条件优化的正交试验结果见表6。

由表6可知，各酶解因素对混合果浆出汁率的影响主次顺序为：A＞C＞B＞D，即果胶酶添加量＞酶解时间＞酶解温度＞酶解pH值。酶解处理条件理论上最优组合为A2B2C2D2，但在9个试验号中都没有出现，正交表中A2B2C3D1的出汁率最高，其次是 A2B1C2D3。 因 此 ，选 择 A2B2C2D2、A2B2C3D1和A2B1C2D3组合重复3次试验进行验证，结果表明，3个组合的出汁率分别为37.91%、36.62%和36.40%。组合A2C2B2D2的出汁率最高，证明正交试验是可信的，即果胶酶添加量为300 mg/kg，酶解温度为55℃，酶解时间为150 min，酶解pH4。

表6 酶解条件优化正交实验结果

2.5 主发酵工艺优化的单因素试验

2.5.1 初始糖度对果酒品质的影响（图5）

图5 初始糖度对果酒品质的影响

由图5可知，果酒品质随着初始糖度的增加而提高，当糖度超过22%时，果酒品质下降。糖分既是酵母生长繁殖的养分，也是其代谢产出酒精、酯类等物质的基质原料，当糖度合适时酵母繁殖和代谢速度都比较快。然而高浓度的糖会抑制酵母菌的繁殖和代谢，延长发酵时间，酒精产生速度变缓。同时高浓度的糖也会增加高级醇、琥珀酸等副产物的生成量，导致果酒口味苦涩刺喉[4]。综合考虑，选择18%、20%、22%为酒精发酵的较佳初始糖度。

2.5.2 发酵温度对果酒品质的影响（图6）

图6 发酵温度对果酒品质的影响

酵母菌有最适的生长温度以及代谢温度，若使酵母菌处于最佳生存或代谢状态，必须调节发酵温度在合适范围。图6表明，发酵温度在22～26℃之间，果酒的品质随着发酵温度的升高而提高，26℃时品质最佳，随着发酵温度继续升高，果酒品质有下降，所以较优发酵温度为24℃、26℃、28℃。

2.5.3 初始pH值对果酒品质的影响（图7）

图7 初始pH值对果酒品质的影响

由图7可知，初始pH值超过3.5时，果酒品质呈明显下降趋势，这是因为酵母菌有适合其繁殖和代谢的最适pH值范围，当pH值过低或过高时，均会使酵母菌的生长繁殖受到抑制，对果酒的品质造成不利的影响。所以，选择较佳初始pH值为3.0、3.5、4.0。

2.5.4 酵母接种量对果酒品质的影响（图8）

图8表明，在接种量为4%时，果酒品质最佳，所以选择较佳接种量为3%、4%、5%。

2.6 主发酵条件优化的正交试验结果

图8 酵母接种量对果酒品质的影响

依据单因素试验的结果，以初始糖度、发酵温度、初始pH值、接种量为因素进行4因素3水平的正交试验。正交试验结果见表7。

由表7可知，各发酵因素对三华李香蕉复合果酒品质的影响主次顺序为C＞D＞A＞B，即初始pH值＞接种量＞初始糖度＞发酵温度。发酵的各处理条件最优组合为A3B2C2D2。但在9个试验号中都没有出现，正交表中A1B2C2D2和A3B3C2D1的感官评分较高。因此，选择A3B2C2D2、A1B2C2D2和A3B3C2D1组合重复3次试验进行验证，结果表明，该3个组合的感官评分依次为88.7分、87.6分和84.5分。组合A3B2C2D2的感官评分最高，证明正交试验是可信的，即最佳发酵条件为A3B2C2D2，即初始糖度为22%，发酵温度为26℃，初始pH3.5，酵母菌接种量为4%。

2.7 三华李香蕉复合果酒香气成分的GC-MS分析

三华李香蕉复合果酒香气成分的GC-MS总离子色谱图见图9。经NIST/WILEY谱库检索其香气成分，并通过TIC峰面积归一化定量分析，结果见表8。

表7 主发酵条件优化正交试验结果

表8表明，从三华李香蕉复合果酒中鉴定出13种香气成分，包括9种酯类物质、3种醇类物质和1种烷烃类物质。其中9种酯类物质相对含量的总和高达56.93%，可见三华李香蕉复合果酒的香气成分以酯类物质为主。在检出成分中，含量最高的为3-甲基-1-丁醇（29.30%），依次为己酸乙酯（16.61%）、丁酸-3-甲基丁酯（15.08%）和辛酸乙酯（14.66%）。

图9 顶空-固相微萃取三华李香蕉复合果酒香气成分的GC-MS总离子色谱图

表8 三华李香蕉复合果酒香气成分化学组成及相对含量

3 结论

3.1 香蕉在95℃下热烫2 min，香蕉浆与三华李浆的质量比为1∶1时，所酿果酒风味最佳。

3.2 果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间、酶解pH值对香蕉和三华李浆的出汁率均有影响。通过正交优化得复合果浆的最佳酶解条件为：果胶酶添加量为300 mg/kg，酶解温度为55℃，酶解时间为150 min，酶解pH4.0。在该处理条件下酶解所得的复合果汁出汁率最高。

3.3 正交优化得三华李香蕉复合果酒发酵的最优工艺为：初始糖度为22%，发酵温度为26℃，初始pH3.5，发酵接种量为4%。

3.4 采用HS-SPME，通过GC-MS分析经主发酵10 d和陈酿半年的三华李果酒的香气成分，初步鉴定出13种化合物，以酯类物质为主（相对含量的总和达56.93%）。含量最高的为3-甲基-1-丁醇（29.30%），依次为己酸乙酯（16.61%）、丁酸-3-甲基丁酯（15.08%）和辛酸乙酯（14.66%）。

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Optimization of the Fermentation of Sanhua Plum-Banana Wine and Analysis of Its Flavoring Components

GUO Xianxia,ZHANG Jixiang,HUANG Guilin and LI Changxiu
(School of Environmental and Biological Engineering,Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming,Guangdong 525000,China)

In this study,the fermentation conditions of Sanhua plum-banana wine,including banana blanching,mixing ratio of plum pulp and banana pulp,and enzymolysis of plum&banana pulp were optimized and its flavoring components were analyzed.The best banana blanching condition was blanching at 95℃for 2 minutes,the best mixing ratio of plum pulp and banana pulp was 1:1,and the best enzymolysis conditions of plum&banana pulp included enzymolysis temperature at 55℃,enzymolysis pH value=4.0,300 mg/kg pectinase added,and enzymolysis time of 150 min.In addition,the best chief fermentation conditions were summed up as follows:yeast inoculating quantity was 4%,fermenting temperature was at 26℃,the initial sugar content was 22%and the initial pH value was 3.5.Under above conditions,fruit wine was produced,then after 6 months aging,its flavoring components were analyzed by HS-SPME and GC-MS.The results showed that there were 13 flavoring components identified in the fruit wine.Among them,there were 9 ester compounds with their relative content of 56.93%,and the main flavoring compounds included 3-methyl-1-butanol(29.30%),ethyl hexanate(16.61%),butanoic acid 3-methyl butyl ester(15.08%),ethyl octanoate(14.66%),etc.

fruit wine;Sanhua plum;banana;fermentation process;flavoring components;headspace solid-phase microextraction(HS-SPME);gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

TS262.7；TS261.4；TS261.7

：A

1001-9286（2017）08-0091-07

10.13746/j.njkj.2017083

茂名市科技计划（项目编号：201507）。

2017-04-07

郭先霞（1981-），女，硕士，讲师，E-mail：xianxiaguo@sohu.com。

优先数字出版时间：2017-05-25；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170525.1317.006.html。