长红枣果酒发酵工艺优化及风味物质分析

刘琳，于江，丁楠，李平，王莎莎，孙中贯*

（1.枣庄学院生命科学学院，山东枣庄 277160；2.甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070；3.枣庄学院食品科学与制药工程学院，山东枣庄 277160）

长红枣又称中华大枣、枣、华枣，是鼠李科枣属（Zizyphus.JujubeMill）植物枣树的果实[1]，是我国特有的经济果品，富含维生素、氨基酸、黄酮类、皂苷类等多种营养成分，具有极高的食用和药用价值[2-3]。长红枣为山东省四大主栽品种之一，主要分布在山东省的鲁中南山区，其中泰安地区的种植面积和产量均居全省首位，枣庄、济宁地区次之，长红枣是当地农民的主要经济树种[4]。但长红枣鲜果自然保鲜能力很差，在贮藏中果实极易因感染微生物，腐烂变质而失去商品价值[5]；并且长红枣果实纤维素含量较少，鲜果干燥后果实干瘪、口感差，也会影响长红枣干果的市场销量。因此目前长红枣的加工仅有整果干制、干枣片、蜜枣等形式，加工方式相对单一；加工技术相对落后，这限制了当地长红枣产业的发展。

以枣为原料酿造果酒，既可有效保留果实中的原有成分[6]，又能拓宽长红枣的加工途径。目前有关枣酒的研究产品主要有红枣酒[7-10]、干红枣酒[11-13]、红枣甜酒[14]、澄清型红枣酒[15]、红枣白兰地[1，16]、山枣果酒[17]等类型，但由于长红枣品种的多样性导致长红枣果酒发酵工艺存在较大差异[8-9，17]，且所酿果酒的风味也不尽相同[18-20]。目前，有关利用长红枣加工生产红枣果酒的研究还未见报道，为此，本试验以长红枣干果为原料酿制红枣果酒，利用单因素及正交试验优化了发酵工艺参数；并利用电子鼻及气相色谱对长红枣果酒的风味物质进行了分析，旨在建立长红枣果酒发酵技术体系，为工业化大规模生产长红枣果酒提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

长红枣干果，市售，产地为山东枣庄；试验用酵母Z34，本实验室自选菌[21]。柠檬酸、白砂糖（一级），均为市售食品级；偏重亚硫酸钾，烟台帝伯仕自酿机有限公司生产。

1.2 仪器与设备

SPL-250 型生化培养箱，天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司；YP100001 型电子天平、FA1004 型电子天平，上海越平科学仪器有限公司；TD-45 型数字折光仪，浙江托普仪器有限公司；PHS-2F 型pH 计，上海仪电科学仪器股份有限公司；酒精计，河北省武强县红星仪表厂；PEN3 型电子鼻，德国AIRSENSE 公司，传感器阵列由10个不同的金属氧化物传感器组成[22]，不同传感器响应不同气味物质[23]；DFT-250 型手提式高速万能粉碎机，温岭市林大机械有限公司；DHG9246A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；飞利浦食品加工机（打浆机），珠海经济特区飞利浦家庭电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

长红枣干果→预处理→打浆→成分调整→硫处理→接种酵母→主发酵→过滤→后发酵→倒酒→陈酿→澄清→成品

经预处理后得到的长红枣干果浆液，添加白砂糖调整糖度至20%，添加柠檬酸调整pH 为3.50，向红枣浆液中加入60 mg/L 的偏重亚硫酸钾，和5%的酵母活化液，按照60%的装液量在250 mL 三角瓶中25 ℃条件下恒温静止发酵[21]。主发酵结束后，过滤除去原酒中的沉淀物，降低发酵温度至18 ℃进行后发酵；7 d 后将酒倒入密闭容器中，注意不要倒入沉淀物，封闭容器于4 ℃下陈酿30 d，经离心澄清后得长红枣果酒成品。

1.3.2 操作要点

（1）预处理

使用无霉变、无虫蛀的果实，用清水洗去枣表面的污物，将水沥干后去核备用。加入4 倍于红枣质量的水，以微沸状态煮制30 min。在煮制过程中注意控制温度避免过度沸腾，同时待水微沸后每15 min 补加质量为原加水量10%的水，整个过程补水2 次[24]。煮制结束后，待煮制液冷却至温室，用冷开水调整煮制液的质量至煮制前的质量。

（2）活化酵母菌

温水中加入2%白砂糖和1%酵母菌，置于30 ℃的环境中使其活化，活化2 h 后即可使用。

1.3.3 红枣果酒主发酵工艺的确定

以原酒的酒精度为指标，分别考察酵母菌接种量、发酵温度、初始糖度对发酵的影响。

（1）单因素试验

在预试验的基础上，依次进行以下三组试验。

经处理的红枣浆液，调节初始糖度为20%、pH 3.50，分别以体积分数2%、4%、6%、8%、10%的接种量接种酵母菌活化液，25 ℃发酵，研究酵母菌接种量对长红枣果酒主发酵的影响。

经处理的红枣浆液，调节初始糖度为20%、pH 3.50，接种酵母量为5%，分别在18、20、22、24、26 ℃发酵，研究发酵温度对长红枣果酒主发酵的影响。

经处理的红枣浆液，调节初始糖度依次为18%、20%、22%、24%、26%，pH3.50，接种酵母量5%，在23 ℃发酵，研究初始糖度对长红枣果酒主发酵的影响。

（2）果酒发酵的正交试验设计

在单因素试验分析结果的基础上，利用L9(34)正交表进行正交试验，以原酒的酒精度为评价指标，确定长红枣果酒的最佳发酵工艺。试验设计见表1。

表1 正交试验设计因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.4 分析方法

以长红枣干果和鲜果为原料，分别使用优化前和优化后的工艺进行发酵获得长红枣果酒，利用电子鼻及气相色谱对获得的长红枣果酒进行评价分析[25，26]。

（1）电子鼻检测

取1 mL 成品酒样于500 mL 的锥形瓶中，加入2 mL蒸馏水并用保鲜膜封口，摇匀后于25 ℃下静置半小时平衡，然后直接将进样针头插入样品瓶采用顶空吸气法进行电子鼻分析试验。

测定条件：样品准备时间5 s、检测时间100 s、测量计数1 s、自动调零时间5 s、清洗时间300 s、内部流量400 mL/min，进样流量400 mL/min。完成1 次检测后系统进行清零和标准化，然后再进行第2 次顶空采样。统计分析10 个不同选择性传感器的G/G0值；通过电子鼻Winmuster 分析软件对采集的数据进行分析。分析时取79～81 三秒的数据进行主成分分析并作图。

（2）气相色谱分析

甲醇含量和高级醇含量采用气相色谱法测定。果酒发酵液经蒸馏后得到的样品使用气相色谱法测定。

色谱条件为：色谱柱LAP-930，50 m×0.32 mm×1.0 μm；检测器为氢火焰离子化检测器。初始柱温为50 ℃，保持8 min，以5 ℃/min 的升温速度升至200 ℃，保持5 min，进样量为1.0 μL，分流比为10：1。

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（3）理化指标测定

糖度：斐林试剂法；酒精度：参照GB5009.225-2016《食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定》，所得酒精度数值均校正为20 ℃条件下的数值。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 长红枣果酒主发酵工艺的单因素试验

2.1.1 酵母菌接种量对长红枣果酒主发酵的影响

（1）酵母菌接种量对长红枣果酒发酵的影响

图1 接种量对长红枣果酒发酵的影响Fig.1 Effects of inoculation quantity on the fermentation of jujube wine

自发酵开始每隔24 h 取样一次测定发酵液的残糖含量，记录长红枣果酒主发酵进程；同时注意发酵过程防止染菌现象发生。不同接种量条件下长红枣果酒的发酵进程如图1 所示，由图可知，随着酵母接种量的增加，发酵速度逐渐加快；当接种量大于6.0%时，酵母接种后没有出现明显的发酵延迟期，这表明合理增加酵母接种量可以缩短发酵的延迟期。4.0%与6.0%的接种量，发酵曲线吻合程度最高，且发酵时间相同，表明这两个梯度接种量的发酵速度差异不显著，当接种量大于6.0%时发酵周期缩短24 h。当接种量为2%时，起发酵速度延迟时间较长，发酵周期也延长了24 h；说明当酵母接种量低于4%时，发酵受到较显著的影响，不利于主发酵的进行。

（2）酵母菌接种量对长红枣果酒酒精度的影响

图2 接种量对长红枣果酒酒精度的影响Fig.2 Effect of inoculation quantity on the alcohol content of jujube wine

2.1.2 发酵温度对长红枣果酒发酵的影响

由图3、4 可以看出，在所选择的温度范围内，发酵温度对果酒发酵的影响可分为三个梯度。当发酵温度为26 ℃时，发酵速度最快，但发酵周期相应缩短，仅为6 d，酒精度也相对较低。24 ℃时的发酵曲线与22 ℃时的发酵曲线趋势较为一致，发酵过程较为平缓，发酵周期为7 d，酒精度也相对较高。当发酵温度低于22 ℃时，起发酵速度变缓，发酵过程受到一定程度的抑制，发酵周期延长为8 d，酒精度也相应变低。试验表明，当发酵温度过高时，酵母菌增殖过快，菌体过早进入衰亡期，导致后发酵不足，发酵5 d 时接近终止。当发酵温度过低，酵母菌的生长繁殖受到抑制，发酵速度减缓，耗糖量减少，酒精度也相应降低。综合考虑酒精度和发酵周期等因素，将长红枣果酒发酵的最适温度设置为22～24 ℃。

图3 发酵温度对长红枣果酒发酵的影响Fig.3 Effect of temperature on fermentation of jujube wine

图4 发酵温度对长红枣果酒酒精度的影响Fig.4 Effect of temperature on alcohol content of jujube wine

2.1.3 初始糖度对长红枣果酒主发酵的影响

（1）初始糖度对长红枣果酒糖度的影响

糖类为酵母菌的生长繁殖提供必要的营养物质和能量，也是酵母菌发酵产生酒精的前体物质，果浆中初始糖度直接影响酵母菌的生长繁殖及果酒的酒精度。由图5可知，长红枣果酒发酵所用酵母对糖的耐受范围比较广；在选择的初始糖度范围内，当长红枣果浆中的初始糖度逐渐增加时，糖度并没有对长红枣果酒主发酵的起发酵速度以及发酵结束后酒液中的糖含量造成影响，初始糖度的增加只是相应地延长了主发酵的时间。

图5 初始糖度对长红枣果酒发酵的影响Fig.5 Effects of initial sugar degree on the fermentation of jujube wine

（2）初始糖度对长红枣果酒酒精度的影响

图6 显示了初始糖度对长红枣果酒酒精度的影响，由图可知，随着红枣果浆中初始糖度的增加，原酒中的酒精度也相应升高。综合考虑发酵成本及发酵周期等因素，选择长红枣果酒发酵的初始糖度为18%～22%。

图6 初始糖度对长红枣果酒酒精度的影响Fig.6 Effect of initial sugar degree on the alcohol content of jujube wine

2.2 长红枣果酒主发酵工艺的正交优化试验

结合单因素试验结果，进行L9(34)正交试验，以果酒的酒精度为评价指标，试验结果见表2，方差分析见表3。

由表2 可知，对长红枣果酒酒精度影响最大的因素为长红枣果浆的初始糖度（C），最小的为酵母菌接种量（B）。表3 方差分析显示，发酵温度和初始糖度对长红枣果酒酒精度的影响达到显著水平，而酵母菌接种量对其影响不显著。长红枣果酒主发酵的最佳工艺参数为A2B3C3，即发酵温度23 ℃、酵母菌接种量6.0%、初始糖度22%时，所酿果酒酒精度最高。经验证试验，该条件下所得果酒酒精度为11.5%vol，均高于其他试验组；成品酒的糖度为23 g/L，按照葡萄酒糖度分类属于半甜型果酒，说明优化后的条件对长红枣果酒的发酵具有良好的适用性。

表2 长红枣果酒发酵正交试验结果及极差分析Table 2 Orthogonal array design with range analysis of experimental results

表3 正交试验方差分析结果Table 3 Analysis of variance for the orthogonal array design

2.3 风味物质分析

2.3.1 电子鼻主成分分析

利用电子鼻对优化前和优化后工艺下的发酵酒进行主成分分析，分析结果如图7 所示。由图7 可以看出，横坐标和纵坐标的贡献率之和为99.40%，表明PCA 对优化前后工艺下的长红枣果酒区分效果较为理想，可用于区分不同发酵条件下的长红枣果酒，并且总贡献率远大于85%，说明分析结果是有效可行的[28]。同一种酒样之间数据集中程度均较好，不同酒样间不存在重叠现象，能够很明显地区分四种不同的发酵酒样。

图7 长红枣果酒主成分分析图Fig.7 PCA charts for different jujube wine

2.3.2 气相色谱分析

对不同酿制工艺的长红枣果酒进行气相色谱分析，试验结果见图8。由图可知，优化前和优化后的发酵工艺对长红枣果酒中甲醇和高级醇的含量影响明显。采用优化后工艺酿造的果酒，甲醇含量明显低于采用优化前的，同时高级醇的含量也显著低于优化前的果酒。果酒中适宜的高级醇含量不仅使酒体香气丰满、口感柔和圆润，还可提高酒体的醇厚感和协调性；但高级醇含量过高易导致酒体产生异杂味和苦味，饮用后产生头痛、口渴等症状，对饮用者的身体健康不利。相关研究表明，果酒中高级醇含量在300～360 mg/L 的范围内较为适宜。从图8 可以看出，采用优化后的发酵工艺酿造的果酒，高级醇含量较为适宜。

图8 发酵工艺对长红枣果酒品质的影响Fig.8 Effect of fermentation technology on the quality of jujube wine

3 结论

选择长红枣干果为原料，以本试验室选育的酿酒酵母为酿造菌株，利用单因素试验分别考察了酵母菌接种量、发酵温度、初始糖度等发酵条件对长红枣果酒发酵过程及果酒酒精度的影响。正交试验结果表明，对长红枣果酒酒精度影响最大的因素为红枣果浆的初始糖度，其次为发酵温度，影响最小的因素为酵母菌接种量；长红枣果酒的最优发酵工艺参数为初始糖度22%、发酵温度23℃、接种6.0%的酵母菌活化液。对优化前及优化后的工艺条件下的发酵酒样进行电子鼻分析可知，两种情况下的发酵酒样之间存在较大差异；由气相色谱分析结果可知，优化后的工艺更适于长红枣果酒的酿制，此条件下制得的长红枣果酒成品酒的酒精度为11.5%vol，糖度为23 g/L，符合半甜型果酒的标准。本研究对长红枣果酒的主发酵工艺进行了探索，为长红枣果酒的工业化生产提供了参考依据和技术支持。