欧李果汁酒精发酵前后香气成分变化研究

张忠爽,李卫东,顾金瑞,王 莹,曹美琪

(北京中医药大学中药学院,北京 102488)

欧李(Cerasushumilis(Bge.)Sok.)为蔷薇科樱属多年生落叶小灌木,是典型的生态经济型植物[1]。欧李果实口感独特,营养价值高,富含多种糖酸[2]、维生素、氨基酸、矿物质[3]及抗氧化活性物质[4],其中钙含量居水果榜首,又被誉为“钙果”[5]。但由于欧李果实不易贮存保鲜,开发加工产品已成为欧李产业开发的必由之路。

以欧李果肉为原料,经过发酵酿造的欧李果酒呈宝石红色,酒香浓郁,酒体醇厚,余味绵长[6],既能保留鲜果含有的大部分营养成分,又符合现代人追求健康、绿色、纯天然的理念[7]。香气成分的构成及比例是影响果酒质量、典型性[8]的重要指标,直接影响加工产品的品质[9]。薛洁等[10]、Ye等[11]对欧李鲜果的香气成分进行了分析,而刘婷婷等[6]研究了不同发酵方式的欧李果酒香气成分差异,缺少对欧李果汁和果酒香气成分对比研究。

顶空固相微萃取(HS-SPME)法结合气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术在医学[12-13]、生态环境[14-15]、食品[16-18]等多个领域上都得到了广泛的应用,尤其在水果香气成分[9,19-20]的提取和检测上。笔者课题组选育出的京欧系欧李品种[21-22],现已大面积推广种植,欧李果酒生产是其重要的深加工产品,其品质调控是当前的主要研究内容。本文通过HS-SPME结合GC-MS联用技术检测欧李果汁酒精发酵前后的香气成分,对其相对含量、种类差异进行分析,揭示欧李果汁发酵前后香气物质构成特点,为构建欧李果酒质量评价体系提供一定的科学依据,为欧李果酒的生产加工及改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

欧李“京欧2号” 于2016年9月采集于内蒙古自治区正蓝旗欧李种植基地,样品采集后带回实验室置于-40 ℃低温冰柜中保存;氯化钠 分析纯,北京化工厂;酵母菌RC212 法国Lalvin公司;偏重亚硫酸钾 分析纯,天津市福晨化学试剂厂;绵白糖 符合GB1445-2000一级品要求,北京糖业烟酒集团有限公司;3-辛醇色谱纯,Sigma公司。

手持折光仪 杭州陆恒生物科技有限公司;酒精计 河间市振岩仪器仪表厂;2030型榨汁机 SKG公司;BSA124S电子天平 德国Sartorius公司;7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司;顶空固相微萃取装置(手动进样手柄、50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷萃取头) 美国Supelco公司。

1.2 实验方法

1.2.1 果汁和果酒的制备 欧李果汁:取欧李果实,筛选、清洗、破碎后榨汁纱布过滤,取滤液得到欧李果汁,待测。

欧李果酒:100 mL欧李果汁按50 mg/L添加偏重亚硫酸钾,添加绵白糖使用手持折光仪调整糖分至20°Bx,按200 mg/L 接种RC212酵母菌,于25 ℃发酵至糖度及酒精度(由酒精计测得)不变化。倒罐置于4 ℃的条件下陈酿3个月,期间倒罐2～3次,得欧李果酒。测量酒精度,根据酒精度换算表得出,20 ℃的酒精度为5.8%(V/V)。

1.2.2 顶空固相微萃取 采用HS-SPME对欧李果汁和果酒香气成分进行萃取,方法参考Ye等[11],具体如下:准确移取5 mL果汁或果酒于顶空进样瓶中,分别加入1 g氯化钠(降低样品中挥发性物质的溶解度)和30 μL浓度为40.5 mg/L的3-辛醇(内标物),压紧瓶盖密封。萃取头:50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头,萃取时间20 min,萃取温度40 ℃。然后注入GC端口在220 ℃下解析3 min,无分流模式,萃取头在GC端口250 ℃下预处理30 min。

1.2.3 GC-MS检测条件 采用GC-MS对欧李果汁和欧李果酒香气成分进行检测,方法参考Yang等[23],具体如下。

GC条件:载气为氦气,载气流速1.0 mL/min,进样量1.0 μL。色谱柱:HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序:40 ℃保持5 min,以2 ℃/min速度升到70 ℃,保持2 min,然后以3 ℃/min的速度升到120 ℃,再以5 ℃/min速度升温到150 ℃,最后以10 ℃/min速度上升到220 ℃,保持2 min。转移线温度是280 ℃。

MS条件:电离源为EI源;电子能量 70 eV;离子源温度230 ℃;扫描速率2.88/s;质量扫描范围m/z 29～350。

1.2.4 香气成分定性与定量分析 香气成分对比NIST98和WILEY6质谱库,选择匹配度大于70的化合物,并结合已发表的相关文献进行定性分析[11];采用内标法进行定量(内标物:3-辛醇,浓度为40.5 mg/L)。对香气的描述参考周立华等[9]和周元等[24]方法。

1.3 数据处理

采用Excel 2007、SPSS 20.0软件对数据进行整理与分析。

2 结果与分析

2.1 欧李果汁发酵前后的香气成分种类及其含量差异

欧李果汁和果酒的香气成分的总离子色谱图如图1、图2,两者之间的香气成分存在差异。由表1可知,欧李果汁检测出31种香气成分,占总香气物质含量的96.49%。欧李果酒中检测出24种香气成分,占总香气物质含量的98.51%。本研究的香气成分数量低于Ye等[11]、周立华等[25]的研究结果,这可能与欧李果实保存时间、品种及种植地点有关。

图1 欧李果汁香气成分的总离子色谱图Fig.1 Total ion chromatograms of volatiles in Chinese dwarf cherry juice

表1 欧李果汁与欧李果酒主要香气成分分析Table 1 Analysisof major volatiles in Chinese dwarf cherry juiceand wine

欧李果汁和果酒的香气成分的总含量分别为0.57和1.55 μg/mL,发酵后香气物质含量上升了171.9%。欧李果汁中含量较高的有1-己醇0.1179 μg/mL,环癸烷0.0700 μg/mL,1-辛醇0.0506 μg/mL,2-壬酮0.0293 μg/mL,芳樟醇0.0256 μg/mL,1-庚醇0.0210 μg/mL,2-十一烷酮0.0201 μg/mL,己酸乙酯0.0184 μg/mL,香茅醇0.0174 μg/mL,占欧李果汁中总香气成分的64.96%。欧李果酒中香气成分含量较高的有苯乙醇0.3638 μg/mL,香茅醇0.2400 μg/mL,癸酸乙酯0.1538 μg/mL,月桂酸乙酯0.1187 μg/mL,辛酸乙酯0.1035 μg/mL,己酸乙酯0.1000 μg/mL,芳樟醇0.0686 μg/mL,香豆素0.0476 μg/mL,共占欧李果酒总香气成分的77.16%。

欧李果汁发酵前后的香气物质类型可分为醇类、酯类、醛类、酚类、酮类、烷烃类、烯烃类和其他类8种。各种香气类型所占比例如表2所示,其中发酵前欧李果汁以醇类(50.40%)为主体香气,发酵后欧李果酒以醇类(48.63%)和酯类(39.55%)为主体香气。欧李果汁发酵后酯类和醇类香气成分含量大幅度上升,分别升高626.3%和162.4%,酮类、烷烃类和其他类香气成分小幅度下降。发酵后欧李果酒与发酵前欧李果汁相比,多了烯烃类和酚类成分,少了醛类成分,但这些香气物质含量变化较小,均低于5%。

表2 欧李果汁与欧李果酒各类香气成分含量比较Table 2 Comparision of the contents of thevolatiles in Chinese dwarf cherry juiceand wine

2.2 欧李果汁发酵前后的香气成分及其含量差异

2.2.1 醇类 欧李果汁发酵前后共检测出11种醇类物质,欧李果汁和果酒分别为11种和6种,相对含量分别为50.40%和48.63%。虽然所占总香气物质的比例下降,但因欧李果酒总香气成分含量较高,发酵后的醇类含量增加162.4%。

欧李果汁醇类香气物质含量较高的有1-己醇41.02%、1-辛醇17.60%、芳樟醇8.91%、1-庚醇7.32%;欧李果酒醇类香气物质含量较高的有苯乙醇48.27%、香茅醇31.82%、芳樟醇9.10%。在本研究发酵后含量极大幅度提高的苯乙醇,同时大量存在于其他果酒中,如干红葡萄酒[26]、蓝莓果酒[27]、樱桃果酒[28]等。苯乙醇不仅有一定的杀菌作用[29],还具有特有的玫瑰样花香和先苦后甜的桃味[24],对欧李果酒醇香宜人的酒香具有特殊的贡献。

2.2.2 酯类 欧李果汁中酯类成分有11种,而在欧李果酒中上升至12种,相对含量分别为14.81%和39.55%,发酵后的酯类香气含量增加了626.3%,两者共有的酯类成分有6种。

欧李果汁酯类香气物质含量较高的有己酸乙酯21.83%、月桂酸乙酯17.39%、4-己烯酸乙酯12.64%、乙酸癸酯10.93%;欧李果酒酯类香气物质含量较高的有癸酸乙酯25.08%、月桂酸乙酯19.36%、辛酸乙酯16.88%、己酸乙酯16.31%。欧李果酒中癸酸乙酯、月桂酸乙酯及辛酸乙酯含量较欧李果汁均大幅度增加。其中,癸酸乙酯具有果香、酒香香气、呈梨和白兰地似的香韵,而辛酸乙酯也具有白兰地酒香气,极大地丰富了欧李果酒的酒香味,也是构成草莓果酒[30]、天然野樱桃果酒[31]主体香气的重要物质。

2.2.3 醛酚酮类 发酵前后共检测出醛酚酮类物质7种,欧李果汁和果酒分别为6种和2种,相对含量分别为15.65%(其中醛类3.72%,酮类11.93%)和5.99%(其中酚类2.92%,酮类3.07%),醛酚酮类香气成分总体比例下降了9.66%,发酵后的醛酚酮含量增加了4.15%。

在欧李果酒中未检测到醛类香气成分,说明在发酵过程中,醛类物质十分不稳定,进一步氧化酯化形成了更加稳定的其他物质。

2.2.4 烷烯烃类 欧李果汁中烷烯烃类香气成分只有1种,环癸烷相对含量12.27%,经发酵后,欧李果酒增加了2种香气成分,主要是罗勒烯2.36%,该物质主要存在于罗勒油及薰衣草油、龙蒿油等精油中,具有花香和草香,并伴有橙花油气息。

2.2.5 其他 除上述香气成分外,发酵前后还检测出其他类成分3种,欧李果汁和欧李果酒分别检测出2种和1种,相对含量分别是3.35%和0.44%,总体比例下降了2.91%,含量少量减少。其中,甲氧基苯基肟在树莓果汁和果酒[32]中大量存在。

3 结论

采用HS-SPME法提取,通过GC-MS分析欧李冻存果果汁发酵前后的香气成分,共检测出41种香气成分,包括醇类、酯类、醛类、酚类、酮类、烷烃类、烯烃类和其他类。其中,欧李果汁发酵后醇类成分相对含量下降,酯类成分相对含量增多,但二者的含量分别增加162.4%和626.3%。

欧李果汁主要香气物质:1-己醇、环癸烷、1-辛醇,2-壬酮,芳樟醇,1-庚醇,2-十一烷酮,己酸乙酯,香茅醇,占欧李果汁总香气成分的64.96%;欧李果酒主要香气物质:苯乙醇,香茅醇,癸酸乙酯,月桂酸乙酯,辛酸乙酯,己酸乙酯,芳樟醇,香豆素,占欧李果酒总香气成分的77.16%。欧李果酒特征香气成分:香茅醇、芳樟醇和香豆素。