红心火龙果果酒生产过程中的褐变机理探究

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(1.中国热带农业科学院 农产品加工研究所,广东湛江 524001;2.华中农业大学 食品科技学院,湖北武汉 430070;3.贵州省农业科学院现代农业发展研究所,贵州贵阳 550006)

我国果酒生产历史悠久,品种繁多,如葡萄酒、樱桃酒、桑葚酒、柑橘酒、梅子酒、苹果酒、荔枝酒等,这些产品清甜爽口,果香馥郁,深受大家喜爱。作为世界上第二大饮料酒,果酒年产量高达300亿升,与白酒、啤酒等其他酒类相比,果酒的营养价值更高。红心火龙果果酒是以红皮红肉火龙果为原料,经去皮、榨汁后,低温发酵而成的色泽艳丽酒体轻盈的低度酒饮料,因富含甜菜红素而呈现明亮的紫红色[1]。颜色作为果酒最重要的感官品质之一,是消费者在消费过程中首先关注重要品质特征[2]。

火龙果果酒生产过程易发生变色现象,颜色由深紫红色变为褐色。褐变严重损害了其果酒的感官品质、营养价值,降低了经济价值。本文通过监测红心火龙果果酒生产期间,色泽、多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、总糖、还原糖、抗坏血酸和甜菜红素的变化情况,结合统计分析,探究其褐变机理,以期为火龙果果酒褐变控制提供理论基础。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

红心火龙果(大地红品种,九成熟) 新鲜、无病虫害且饱满完整，广东遂溪洋青镇;蔗糖(食品级) 云南富屏糖业股份有限公司;DV10活性干酵母 上海杰兔工贸有限公司;抗坏血酸标准品(99.9%) 上海源叶生物科技有限公司;福林酚 德国Sigma公司;浓硫酸、蒽酮、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、邻苯二酚、浓盐酸、葡萄糖 均为分析纯。

UV-1780型紫外可见分光光度计 日本Shimadzu公司;Color i5D型台式测色仪 美国X-Rite公司;3-30K型低温高速离心机 德国Sigma公司。

1.2实验方法

1.2.1 火龙果酒酿造 参照肖敏等[1]的方法并略作修改,红心火龙果去皮、破碎、压榨、过滤,取澄清汁进行发酵;用蔗糖将果汁总糖调整为200 g/L;按0.25 g/L的比例添加酿酒酵母,添加前活化;发酵温度在20±2 ℃内;发酵至含总糖量低于4 g/L,过滤后20 ℃陈酿。在生产过程中0,2,5,8,12,16,31,46,76 d的同一时间进行取样分析。

1.2.2 色度测定 以透射模式10°观察模式测定样品L*、a*、b*值;其中L*表示亮度值(0为黑色,100为白色),a*值表示绿红值(a*>0为红色,a*<0为绿色),b*表示蓝黄值(b*>0为黄色,b*<0为蓝色);用ΔE(色差值)描述样品的颜色变化,计算公式如下:

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

1.2.3 多酚氧化酶活性测定 参考李粉玲等[3]的方法并略作修改,具体为:取样品10 mL于离心管中,8000 r/min、4 ℃离心10 min,汲取上清液即为粗酶提取液,0～4 ℃保存待测。取pH6.8磷酸缓冲液2.8 mL,0.2 mol/L的邻苯二酚溶液2 mL和粗酶提取液0.2 mL,摇匀,30 ℃保温15 min,加入50 μL浓盐酸终止反应;以不添加邻苯二酚为空白对照,测A425,以吸光度值每分钟增加0.001所需要的酶量为一个酶活力单位计算PPO活力(U/mL)。

1.2.4 总糖测定 蒽酮硫酸法。精密吸取适当稀释后样品1 mL于5 mL具塞玻璃试管中,加入4 mL蒽酮试剂,摇匀,在沸水浴中加热10 min,取出在流水中冷却20 min,以蒸馏水替代样品为空白,测A620。根据标准方程y=5.4925x+0.0297(R2=0.9977)计算所测样品总糖含量(以葡萄糖计)。

1.2.5 还原糖测定 3,5-二硝基水杨酸法,标准方程:y=1.9652x-0.0443(R2=0.9969)。

1.2.6 VC测定 参照国标GB/T 5009.159-2003测定[4]。

1.2.7 甜菜红色素测定 参考Herbach等[5]的方法,并稍做修改:取适量样品,用pH6.5的磷酸缓冲液稀释一定倍数(使吸光值介于0.8～1.2),避光平衡30 min,测定A536,按下列公式计算甜菜红素含量(以甜菜苷计)。

甜菜红素含量(mg/L)=A536×DF×MW×1000/ε×L

式中:A536为536 nm处吸光值;DF为稀释倍数;MW为甜菜苷摩尔分子质量550.46 g/mol;ε为标准甜菜苷摩尔消光系数60600 1/mol×cm;L为比色皿的光路长度cm。

1.2.8 总酚含量的测定 福林-肖卡法,标准方程:y=12.677x+0.0163(R2=0.9958)。

1.2.9 数据分析 采用Origin 8.0和SPSS 14.0对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1色度变化

如图1所示,发酵阶段(0～16 d),L*、a*和b*值小幅下降,L*值从23.30降至18.52,a*值从59.58降至54.48,b*值从38.37降至28.57,ΔE从0上升至12.04;发酵结束时火龙果果酒呈深紫红色与火龙果果汁色泽无肉眼可见的差异;陈酿阶段,L*值呈上升趋势,果酒变透亮,色泽渐浅;陈酿初期(16～31 d)a*值升高,b*值降低,果酒变红;陈酿中期(31～46 d)a*值降低,b*值升高,果酒呈现浅红色;陈酿后期(46～76 d)a*值继续降低,b*值继续升高,果酒变黄;陈酿过程中ΔE从12.04升至53.74;色泽变化大,从深紫红色转变为红色最终变为黄色,说明火龙果果酒在陈酿过程中褐变程度较大。

图1 火龙果果酒生产过程中色泽变化Fig.1 Color change during pitaya wine making process

2.2多酚氧化酶(PPO)活性变化

图2 火龙果果酒生产过程中PPO活性变化Fig.2 Change of PPO activity during pitaya winemaking process

如图2所示,发酵阶段(0～16 d),PPO活性先下降后上升,在第8 d降至最低为36.93 U/mL;发酵结束时上升为50.48 U/mL,较火龙果果汁PPO活性呈现略微降低;火龙果果酒陈酿阶段,PPO活性一直降低,陈酿15 d后,由50.48 U/mL下降至4.99 U/mL,下降了90.12%;陈酿30 d PPO活性降为0.43 U/mL,丧失活性。一方面是因为偏重亚硫酸钾添加后缓慢释放出游离二氧化硫,抑制了多酚氧化酶的活性。此外,随着发酵的进行多酚氧化酶的活性自然降低[6]。

2.3总糖变化

如图3所示,发酵阶段(0～16 d),总糖含量逐渐降低,主发酵结束时,降为12.52 g/L,这是由于酵母大量消耗糖进行发酵产生酒精;陈酿之前经过倒灌处理,酿酒酵母大部分被除去,剩余的酵母仍然能够维持正常代谢,因此总糖含量仍表现降低趋势,陈酿15 d后,由12.51 g/L下降为5.25 g/L,下降了58.04%,陈酿30 d后,总糖含量降为4.29 g/L。一方面酒精度抑制了酵母体内的糖代谢,另一方面陈酿后一般需要经过过滤、调硫处理,少量微生物数量进一步减少,总糖含量基本保持稳定。

图3 火龙果果酒生产过程中总糖含量变化Fig.3 Change of total sugar content during pitaya wine making process

2.4还原糖变化

如图4所示,发酵阶段逐渐降低,发酵结束时降为3.97 g/L,这是由于酵母利用还原糖进行厌氧发酵产生酒精;陈酿阶段,还原糖含量仍一直降低,陈酿15 d后,下降了78.79%(由3.97 g/L下降为0.84 g/L);陈酿30 d后,还原糖含量又下降了36.90%(由0.84 g/L下降为0.53 g/L);之后保持稳定,陈酿结束时,还原糖糖含量为0.52 g/L。

图4 火龙果果酒生产过程中还原糖含量变化Fig.4 Change of reducing sugar content during pitaya wine making process

2.5VC变化

如图5所示,发酵阶段VC呈现“N型”变化规律,主发酵结束时升为0.55 g/L;陈酿阶段VC含量随着时间的延长呈下降趋势,陈酿60 d后,下降到0.33 g/L。随着发酵的进行,酒体中的多酚黄酮类物质发生变化,氧化还原平衡改变引起VC表观含量的波动。

图5 火龙果果酒生产过程中VC含量变化Fig.5 Change of ascorbic acids content during pitaya winemaking process

2.6火龙果红色素含量变化

如图6所示,发酵阶段,甜菜红素含量逐渐降低,发酵结束时下降了15.79%(由292.14 g/L下降为246.03 g/L),这与袁星星等[7]的研究结果相符;陈酿过程中,甜菜红素含量仍一直降低,陈酿15 d后,下降了78.79%(由246.03 g/L下降为46.67 g/L),陈酿结束时,含量降为5.86 g/L。这是由于甜菜红素的不够稳定发生降解导致的。

图6 火龙果果酒生产过程中甜菜红素含量变化Fig.6 Change of betacyanins content during pitaya wine making process

甜菜红素是存在于火龙果中的天然色素,其稳定性受多种因素如光、水分活度、pH、温度、氧、金属离子等的影响[8]。甜菜红素在低水分活度时较稳定[9]。高温会加快甜菜红素降解[5]。叶丽君等研究发现pH在2.0～9.0时,甜菜红素的降解属于一级降解动力学反应,pH为4.0时,半衰期最长,稳定性最强[10]。甜菜红素在酒精溶液中的降解也属于一级反应,且酒精度越高降解速率越高[11]。有研究报道指出VC对火龙果果汁中甜菜红素具有良好的保护作用[12-13]。总酚含量降低可能是果汁中PPO得到释放,导致酚类物质缓慢氧化,陈酿60 d后总酚含量降至0.23 g/L,损失了81.44%。总酚含量上升可能与促进酚类物质合成的苯丙氨酸解氨酶有关[15]。

2.7总酚含量变化

如图7所示,总酚含量在发酵期间呈现“W”型变化趋势,发酵结束时总酚含量为0.34 g/L较火龙果果汁(0.33 g/L)有小幅升高,这与乌日娜的研究结果一致[14]。

表1 火龙果果酒褐变因子与褐变度(ΔE)相关性分析Table 1 Correlation analysis between browning factors and chroma(ΔE)of pitaya wine

注:**相关性在 0.01 水平显著,*相关性在 0.05 水平显著。

图7 火龙果果酒生产过程中总酚含量变化Fig.7 Change of total phenols content of pitaya wine during pitaya wine making process

2.8相关性分析

利用SPSS软件,将各项指标与褐变度(ΔE)进行皮尔逊相关性分析,结果见表1。可以看出,在火龙果果酒生产过程中,与褐变度(ΔE)呈极显著相关的因素是甜菜红素和PPO;与褐变度(ΔE)呈显著相关的因素是总酚、总糖和还原糖。相关性分析结果表明导致火龙果果酒褐变的主要原因是甜菜红素降解和酶促褐变,次要原因是非酶褐变,如VC的氧化等。

3 结论与讨论

通过研究火龙果果酒生产过程中多酚氧化酶、总酚、还原糖、总糖、抗坏血酸和甜菜红素的变化情况,及其与果酒褐变度的相关性;实验结果表明:在不添加褐变抑制剂的条件下,火龙果果酒在陈酿期间颜色由深紫红色转变为红色再转变为黄色,褐变严重;其褐变度与PPO和甜菜红素呈极显著(p<0.01)负相关,相关系数分别为-0.8520和-0.9070;其褐变主要原因是甜菜红素降解和酶促褐变。还原糖、总糖和总酚含量下降,与其褐变度呈负相关,且相关性显著(p<0.05);说明火龙果果酒褐变的次要原因为非酶褐变,在果汁处理、发酵和陈酿过程中,尽量减少与氧气的接触,如使用惰性气体(氮气、二氧化碳、干冰等)进行保护,合理使用抗氧化剂(PVPP、异抗坏血酸等)等措施都有助于高品质果酒的生产。

本实验完成了关于红心火龙果果酒褐变的基础研究,为控制其果酒褐变提供了理论支持。鉴于目前关于火龙果果粉中甜菜红素稳定性和降解动力学的报道较多[15],但暂无针对火龙果果酒的相关研究。红心火龙果的色素以甜菜苷类为主,含有少量花色苷,这就决定了它的褐变机制既不同于以花色苷著称的葡萄酒,也不同于以维生素为主的猕猴桃、刺梨等果酒,没有现成的褐变控制措施可以使用。火龙果果酒的褐变控制要围绕甜菜红素特性优化果酒酿造工艺或添加辅色物质提高甜菜红素稳定性。其次,通过灭酶或添加PPO酶活性抑制剂来实现酶促褐变控制。

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