黄桃酒发酵过程中风味物质的变化

于海燕,钱新华,陈 臣,田怀香

(上海应用技术大学香料香精技术与工程学院,上海 201400)

黄桃属于蔷薇科桃属,其果实具有色泽柔和、皮薄多汁、酸甜爽口的特点[1]。黄桃的采收季节在盛夏,因其成熟周期短、上市集中、不耐贮藏导致“旺季烂,淡季断”,果农收益得不到保障,消费者需求得不到满足。目前最常见的深加工方式是将其加工成黄桃罐头[2],但整体罐头产品市场容量相对狭小。随着人们消费升级,果酒市场销售增长率呈现逐年递增,而且国内人均消费果酒量为0.2～0.3 L,远低于世界人均消费量6 L,这意味着国内存在巨大的市场需求[3]。果酒是以新鲜的水果或者果汁为原料,经发酵酿造达到一定酒精浓度的发酵酒,具有营养丰富、酸甜可口等特点[4-6]。果酒的风味是影响消费者对果酒认可程度的重要指标,主要包含果香和发酵香,其风味物质组成和变化与产品质量密切相关[7]。将黄桃加工成黄桃酒,可促进黄桃种植业的转型发展,不仅能显著提高黄桃经济价值,保障果农收益,而且能满足消费者日趋增长的健康化需求。

近年来的研究主要集中在果酒发酵工艺、香气以及生物活性上,如葡萄酒[8]、草莓果酒[9]、三华李果酒[10]。国内对果酒研究主要为发酵工艺优化,例如吴贶等[11]和王卫东等[12]都优化黄桃酒发酵条件,并提出最优发酵工艺条件酵母接种量、发酵温度和发酵时间,但均缺乏对黄桃酒动态发酵过程的风味物质检测;国外侧重于对果酒的生物活性的研究,如Mulero等[13]研究了葡萄酒中多酚物质的抗氧化性。

本研究以锦绣黄桃为主要原料发酵制备黄桃酒,采用顶空固相微萃取(HS/SPME)与气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析发酵过程中黄桃酒风味物质,同时结合香气活力值(OAV)确定主要风味物质,动态分析其风味特征变化,为黄桃酒的进一步开发和品质控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

锦绣黄桃 上海市奉贤区果园,2016年8月一次性采摘新鲜、无损伤的锦绣黄桃30 kg,黄桃糖含量≥45 g/L、酸含量≤18 g/L；纤维素酶(20000 u/g) 江苏锐阳生物科技有限公司;酿酒酵母 安琪酵母股份有限公司;白砂糖 食品级,上海上棠食品有限公司;无水柠檬酸 食品级,河南安瑞生物科技有限公司;C6-C30正构烷烃 色谱纯,美国Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。

7890-5975 GC-MS气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦科技有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司;FE20 pH计 博特勒-托利多仪器有限公司;HSΜ-32手持糖度计 上海精密仪器仪表有限公司;酒柜 青岛海尔特种电冰柜有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 黄桃酒制备过程 黄桃去核打浆,黄桃浆的可溶性固形物含量12.23 °Brix,pH为4.08,于-20 ℃冷冻保存。在30 ℃温水解冻,黄桃浆与去离子水1∶9混合均匀,在黄桃浆中添加质量分数0.7% D-异抗坏血酸钠、0.6%维生素C和2.2%柠檬酸,35 ℃下护色1 h。在护色后黄桃浆中添加质量分数0.12%纤维素酶,50 ℃下酶解2 h。100目尼龙纱网过滤,得到黄桃汁。在黄桃汁中加入白砂糖调整可溶性固形物至29 °Brix,加入磷酸盐调pH至3.5。取10倍干酵母质量的2%蔗糖水溶液,在40 ℃下活化30 min。调节pH为3.5、可溶性固形物为29 °Brix后,在黄桃汁中接种质量分数0.16%的活化酵母,28 ℃控温发酵。将主发酵结束后的黄桃酒样品放在12 ℃酒柜里储存。发酵前7 d为主发酵过程,之后为后发酵过程。测试样品为发酵过程中第1、3、5、7、14、21、28 d的样品。

1.2.2 理化指标测定 监测主发酵过程中1、3、5、7 d时黄桃酒的主要理化指标。酒精度参照国标GB/T 15038-2006中的酒精计法测量;总酸参考国标GB/T 15038-2006中的酸碱滴定法测定;可溶性固形物采用手持折光仪测定;总黄酮参照Yang等亚硝酸钠-硝酸铝比色法测定,铝离子在碱性条件下和类黄酮发生络合反应,在510 nm有最大吸收峰,以芦丁为参照做标准曲线,通过标准曲线计算总黄酮含量[14]。以上指标均重复测定三次。

1.2.3 感官评价 参照葡萄酒、果酒通用分析方法GB/T 15038-2006的感官评价方法,由10位品评员对发酵过程中黄桃酒进行感官评价,参考GB/T 15038-2006设置评分表,评分标准见表1,取10位品评员评分的平均值做雷达图。

表1 黄桃酒感官评分表Table 1 Score chart for sensory evaluation of yellow peach wine

1.2.4 黄桃酒风味成分分析 采用HS-SPME/GC-MS分析黄桃酒发酵过程中1、3、5、7、14、21、28 d的风味成分。

HS-SPME:取4 g黄桃酒样品置于20 mL顶空瓶中,加入10 μL内标2-辛醇(152 μg/mL),用聚四氟乙烯硅胶垫密封,将顶空瓶放入40 ℃水浴锅中,平衡10 min,然后将老化后的SPME萃取头插入顶空瓶萃取发酵样品45 min。

GC条件:色谱柱:DB-5(60 m×0.25 mm,0.25 μm);进样口温度:250 ℃;升温程序:初始温度50 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至150 ℃保持10 min,再以3 ℃/min升至230 ℃,保持3 min;载气为氦气,流速0.8 mL/min;进样方式:不分流进样。

MS条件:电子轰击离子源;电子能量70 eV;传输线温度:280 ℃;离子源温度:230 ℃;质量扫描范围:50～550 amu。

定性分析:将C6-C30的烷烃标样进入GC-MS分析,根据正构烷烃的保留时间计算检测物质的保留指数(RI)。利用质谱图,比对数据库(NIST/WILEY)中的标准谱图,匹配度大于80%的鉴定结果有效,并与文献[22]中的RI值进行比对,进而确定该物质。

定量分析:采用内标法进行定量分析。

mi=f×Ai/(As/ms)

式中：Ai为待测样品峰面积或峰高,As为内标的峰面积或峰高,ms为加入内标物的量,mi为待测物质的量,f为校正因子(内标法数值为1)。

OAV值:风味物质浓度与阈值(根据文献[22]查找果酒体系或近似体系中该风味物质的阈值)的比值[15]。利用OAV值可判断风味物质对香气的贡献大小。一般认为OAV值≥1才对风味有贡献,香气活力值越大,该物质对整体风味贡献越大,反之贡献越小。

1.3 数据统计分析

采用Origin Pro 9.0和SPSS 18.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 黄桃酒发酵过程中理化指标测定

果酒发酵是果汁在酵母菌或酶的作用下,经过复杂的化学反应,产生乙醇和二氧化碳的过程。黄桃酒发酵过程中1、3、5、7 d时主要理化指标测定结果如表2所示。后熟是指在发酵7 d后,通过一定条件下储存使得酒的香气物质更加饱满,葡萄酒熟化温度一般为10～15 ℃,温度太高酒容易发酸,温度过低后熟过程较慢不利于酒的熟化[16]。

表2 黄桃酒主发酵过程中(1、3、5、7 d)理化指标分析结果Table 2 Main physicochemical indexes of the yellow peach wine during the fermentation process(1,3,5,7 d)

由表2数据结果分析可知,黄桃酒的酒精度第5 d与第7 d黄桃酒没有显著性差异(p>0.05),和第1、3 d酒精度两两显著差异(p<0.05);可溶性固形物第3 d与第1 d有显著性差异(p<0.05),与第5、7 d不具有显著性差异(p>0.05);总酸和总黄酮在发酵过程中没有显著性差异(p>0.05)。黄桃酒黄桃浆发酵初期可溶性固形物下降较快,发酵前3 d内由25.47 °Brix降至15.31 °Brix,5 d之后下降转缓。与此同时,酒精度在发酵初期则快速上升,前3 d由1.60%(v/v)上升至10.90%(v/v),发酵第5 d后则趋于稳定。酒精度的上升与可溶性固形物的下降规律吻合,是由于酿酒酵母消耗糖生成乙醇。发酵前期,黄桃酒发酵液中营养丰富,此时酵母处于繁殖期,对发酵液中的糖分解较快;随着酒精度增加，酿酒酵母的活性受到抑制,同时发酵液里营养物质缺乏以及酵母菌的生长处于衰老阶段[17],因此发酵过程趋缓,发酵至第7 d黄桃酒酒精度增长趋稳,主发酵过程结束。果酒中大部分有机酸来源于水果或者特定代谢,例如乙醇氧化、苹果乳酸和酒精发酵等[18],有机酸的含量不仅决定了果酒的稳定性和pH,而且还很大程度上决定了果酒的风味[19]。本研究初始为了适应酿酒酵母菌生长将pH调至3.5,在整个发酵过程中总酸含量基本稳定。黄桃中黄酮类大致可分为黄酮苷元、黄酮苷、二氢黄酮等,黄酮苷类物质与苦涩程度成正相关,含量越高,则苦涩味越重,反之滋味醇和[20]。黄桃酒中含有少量的类黄酮物质,这使果酒滋味更加丰富。

2.2 黄桃酒发酵过程中感官评价结果

黄桃汁转化为黄桃酒的过程主要是酒精发酵的过程。酿酒酵母在发酵产乙醇的过程中代谢生成一些小分子物质,如酸、酯等风味物质,同时酵母的自溶还有氨基酸等物质的产生,从而影响其风味[21]。黄桃酒发酵过程中色泽、香气、滋味和典型性的感官评价结果如图1所示。

图1 黄桃酒发酵过程中的感官变化Fig.1 Sensory changes in the process of yellow peach wine fermentation

黄桃酒在发酵过程中,发酵第1～7 d,浑浊的黄桃浆逐渐发酵成澄清透亮的黄桃酒,后期保持稳定,其色泽感官评分亦在主发酵过程中逐渐增加,后发酵过程保持稳定;黄桃酒发酵前期在酵母和酶的作用下,风味物质的含量和种类都有增加,香气越来越突出,香气评分在发酵第14 d时最高;果酒随着发酵进行,糖类物质被消耗,酸的含量稍微增加,由初期的过甜逐渐转为酸甜可口,其滋味评分值亦逐渐增加;黄桃酒典型性为黄桃果实通过发酵过程所保留的果实香气,发酵过程中典型性感官评分评分降低,黄桃酒典型性主要为黄桃前期黄桃果香占主要部分,随着发酵进行,酯香、醇香气味逐渐增强,果香味逐渐减弱。

2.3 黄桃酒发酵过程中风味物质分析结果

黄桃酒发酵过程中第1、3、5、7、14、21、28 d的GC/MS总离子流图如图2所示。由图2可直观看出主发酵过程中谱图中的峰强度和面积均有变化,后发酵过程中基本稳定。

图2 黄桃酒发酵过程中的GC-MS总离子流图Fig.2 GC-MS total ion flow chart of the yellow peach wine during the fermentation process

利用内标法计算黄桃酒发酵过程中第1、3、5、7、14、21、28 d的香气物质含量,结果如表3所示,部分物质阈值亦列在表3中。

表3 黄桃酒发酵过程中风味物质含量Table 3 Contens of flavor compounds of the yellow peach wine during the fermentation process

续表

续表

由表3可知,黄桃酒发酵过程中共检出风味物质70种,酯类物质最多共29种,其次为醇类共15种。发酵过程中香气物质种类变化不大,但每类风味物质含量变化明显。对不同发酵时间的每类风味物质相对含量作对比图(图3)。由图3可知,发酵第1 d时,醛类、酯类物质相对物质含量占比较高,醛类物质大多来源于黄桃果实[23],这时黄桃果香物质在风味特征中起重要作用;随着发酵进行,酯类、醇类物质相对物质含量占比增加,醛类、酸类物质占比有所减少,说明随发酵进行，黄桃酒酯香和醇香增强,果香减弱,这与感官评价结果一致。由表3可知主发酵结束时(第7 d),桃果实特征风味物质己酸乙酯、芳樟醇、γ-癸内酯均有检出。在席万鹏等[23]和Zhang等[24]检出的黄桃果实主要香气主要成分也包括己酸乙酯、芳樟醇、γ-癸内酯等。己酸乙酯具有果实的甜味,芳樟醇具有柑橘的花香,γ-癸内酯具有桃子的甜香[25],说明本研究所制备黄桃酒具有黄桃风味,这也与感官评价结果一致。

图3 发酵过程中黄桃酒中酯类、醇类、酸类、醛类、酮类物质相对含量对比图Fig.3 Area chart for esters,alcohols,acis,aldehydes,ketones of the yellow peach wine during the fermentation process

3 讨论

黄桃酒发酵过程中,酒精度一直增加,但到了第5 d时酒精度与7 d时没有显著差异(p>0.05);可溶固形物呈减少趋势,但到了第3 d时可溶固形物与第5 d时没有显著差异(p>0.05),酸和类黄酮在发酵过程中一直在略微增加,但数据没有显著差异(p>0.05)。总的来说，主发酵过程选择5 d左右最合适,既能保证发酵过程消耗大量的可溶固形物,也能产生大量的乙醇。

通过香气活力值计算可得黄桃酒发酵过程中香气活力值大于1的物质共有16种,香气活力值越大对整体风味贡献越大,其中辛酸乙酯、γ-癸内酯和右旋萜二烯的香气活力值大于20,这三种风味物质对黄桃果酒整体风味贡献最大,主要赋予黄桃酒酯香和果香。香气活力值大于1的物质有己酸乙酯、乙酸苯乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、芳樟醇、香茅醇、癸酸、十二酸、壬醛、癸醛、柠檬醛、香叶基丙酮、丁香酚,这些物质赋予黄桃酒果香、清香、花香和甜香。这些风味物质相互融合，构成优雅的香气,给人以愉悦、柔和的感觉,对黄桃酒风味具有非常重要的贡献。

微生物代谢产生的酯化酶使酸类化合物先形成酰基辅酶A,再催化其与醇类化合物生成酯[26]。γ-癸内酯为桃果实特征风味物质,具有桃子的甜香[25],发酵过程中其含量变化不大;辛酸乙酯具有类似白兰地的香气[27],发酵至第5 d时含量最高,之后含量降低,到第14 d时保持较高含量。己酸乙酯(苹果、菠萝、香蕉样的香气)、乙酸苯乙酯(类似苹果样的果香,并带有可可和威士忌样的香韵)、癸酸乙酯(椰子香型香气)、十二酸乙酯(稍带叶样和似花瓣的温和香气)在主发酵过程中呈增长趋势,后熟时有所降低。醇类物质在饮料酒风味中占有重要的地位,是助香剂也是形成其他风味物质的前体,少量高级醇可以使酒体醇甜,香气丰满[28-29]。芳樟醇带有清甜的木青气息、似玫瑰木[30],为桃果实特征风味物质,发酵至第5 d时含量最高为202.09 μg/kg;香茅醇通过发酵含量有所增加。绝大多数微生物代谢都产酸,它们伴随着酒精发酵而产生[26,31]。发酵初期癸酸和十二酸含量较低,其含量分别为428.84和69.72 μg/kg,发酵至第14 d时分别增至1937.62和481.75 μg/kg。右旋萜二烯整个发酵过程中相对含量在1000 μg/kg左右,其阈值为41 μg/kg,有似鲜花的清淡香气,对黄桃果酒风味起重要作用。丁香酚相对含量低,但其阈值(20 μg/kg)较低,所以具有浓郁的丁香香气和柔和的辛香香气,对黄桃果酒风味具有补充作用。

4 结论

本文以奉贤特产黄桃为原料,经过发酵得到呈现黄桃的清香和酒的醇香和酯香的黄桃酒。利用HS-SPME/GC-MS联用共检测出70种风味物质。发酵过程中酯类、醇类物质含量先增加后趋稳,赋予了黄桃酒的浓郁的酒香;醛类、酮类和酸类物质含量逐渐减少;黄桃果实特征风味物质γ-癸内酯在发酵过程中含量变化不大,即在发酵过程中保留了其的特征风味物质。结合OAV值确定了辛酸乙酯、γ-癸内酯、右旋萜二烯、己酸乙酯、乙酸苯乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、芳樟醇、香茅醇、癸酸、十二酸、壬醛、癸醛、柠檬醛、香叶基丙酮、丁香酚为黄桃酒风味的主要贡献物质。