柿子果酒发酵工艺优化及其香气成分的GC-MS分析

李丹青，马恺阳，胡新中，成超超

(1.商洛学院，陕西商洛 726000; 2.陕西师范大学 食品工程与营养科学学院，西安 710119)

中国柿子品种很多，总产量每年超过170万t[1]。柿子含有丰富的营养成分，功能性成分含量也很高[2-3]，长期食用具有很好的食疗和保健功效。随着人们健康意识的增强，食用鲜柿及柿子加工产品的需求增加，柿子的深加工成为近几年食品研发的热点[4-7]。柿子含糖量高，用柿子酿酒是柿子精深加工的重要途径[8-9]，在柿子酒发酵工艺及成分的分析研究方面，文献报道较多，涉及酵母菌选择[10]、工艺优化[11]及酒的澄清[12]等诸多方面。由于柿子在储藏或运输过程中容易软化，作为食品原料，不能长期存放，加之鞣质含量高，柿子酒产品质量不够稳定，褐变问题没有从根本上得到解决，严重影响柿子在酿酒方面的开发利用。本研究通过对柿子脱涩处理[13]，确定柿子果酒发酵的最佳工艺参数，通过通气陈酿技术，对鞣质成分进行充分的氧化、絮凝沉淀，解决成品柿子酒的褐变问题，并对成品柿子酒通过气相色谱质谱分析[14-15](GC-MS)，鉴定出柿子果酒的香气成分。研究结论对柿子果酒的发酵研究，具有一定的借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材 料 新鲜尖柿果(购于商洛市场)、白砂糖(食品级)、果胶酶(麦克林30 000 u/g)、柠檬酸(食品级)、安琪葡萄酒酵母。

1.1.2 主要仪器 QP2020型气相色谱质谱联用仪(成都岛津仪器设备有限公司)；HHS型生化培养箱(上海博讯实业有限公司)；WYT-4型手持糖度计(上海精密仪器仪表有限公司)；ESPA硅藻土过滤器(西安创恒环境科技有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 工艺流程 柿子清洗→脱涩→除柄破 碎→加果胶酶酶解→成分调整→发酵→粗滤→通气陈酿→精滤、灭菌→成品

1.2.2 操作要点 选成熟新鲜尖柿子，置于 0.05%高锰酸钾溶液中浸泡消毒5 min，然后用清水冲洗、沥干水分后浸泡在1 g/kg乙烯利溶液中5 min取出，于室温下放置5 d，柿果即可脱涩并软化[16]；脱涩后的柿果，除去果柄，加入柿果质量20%的纯水，破碎打浆后，加入柿果浆汁质量 0.05%的果胶酶充分搅拌均匀，保温40 ℃ 处理1.5 h；用适量柠檬酸调整柿子果浆pH约 4.0，添加蔗糖调整初始含糖量；将柿子果浆装入8 L发酵罐中，加入安琪葡萄酒果酒酵母在恒温下密封发酵约15 d；发酵结束后，用两层纱布低温过滤，滤液在15 ℃ 以下静置贮存约45 d完成陈酿；期间，每10 d通气1次，每次10 min，使鞣质充分氧化、絮凝沉淀；陈酿结束后，硅藻土过滤器过滤，120 ℃ 灭菌30 min，冷却、无菌灌装即为成品。

1.2.3 柿子果酒发酵单因素试验 取柿子果浆5 000 g 4份，分别设置蔗糖添加量为5%、10%、15%、20%、25%，安琪葡萄酒酵母添加量为0.3 g/kg、0.6 g/kg、0.9 g/kg、1.2 g/kg、1.5 g/kg，发酵温度为20 ℃、23 ℃、26 ℃、29 ℃、32 ℃，发酵时间为8 d、10 d、12 d、14 d、16 d 5个水平，按“1.2.2”的操作要点，进行20组试验，对成品进行感官评定，确定柿子果酒发酵适宜的单因素水平。

1.2.4 柿子果酒发酵正交试验 通过单因素试验，对蔗糖添加量、酵母添加量、发酵温度、发酵时间进行4因素3水平正交试验，确定柿子果酒发酵的最佳工艺参数。

1.2.5 柿子果酒感官评价 选取5名具有果酒品鉴经验的食品专业教师和10名学生组成品评小组，分别从外观、香气、滋味及典型性方面进行感官评分[17-19]，感官评定标准如表1所示。

表1 感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard

1.2.6 柿子果酒香气成分的GC-MS分析 采用岛津QP 2020气相色谱质谱联用仪，参照刘晓艳等[20]、凌育赵等[21]的方法进行检测，利用随机NIST(National Institute of Standards and Technology)谱库进行各成分谱库检索，分析各成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 蔗糖添加量对柿子果酒感官品质的影响 如图1所示，柿子果酒的酒精度主要是由糖类经过酵母菌发酵而生成，蔗糖添加量影响柿子果酒的酒精度，从而影响其感官品质。随着蔗糖添加量的增加，感官评分先增加后减小，当蔗糖添加量为20% 时，柿子果酒综合感官评分最高。蔗糖添加量高于20% 时，酵母菌生长繁殖受到抑制，成品果酒酒度偏低，风味不良。

图1 不同蔗糖添加量下柿子果酒的感官评分Fig.1 Sensory quality of persimmon fruit wine under sucrose addition ratio

2.1.2 酵母添加量对柿子果酒感官品质的影响 如图2所示，酵母添加量为0.6 g/kg时，柿子果酒的感官评分最高。酵母添加量增加会使发酵时间缩短，发酵温度容易偏高，不易控制，导致产酸量增大，影响果酒的滋味；如果酵母添加量小，杂菌容易滋生繁殖，使发酵产生不良气味，果香也不够浓郁，最终影响果酒的感官评分。

图2 不同酵母添加量下柿子果酒的感官评分Fig.2 Sensory quality of persimmon fruit wine under different yeast addition ratio

2.1.3 发酵温度对柿子果酒感官品质的影响 如图3所示，当发酵温度在26 ℃ 时，柿子果酒呈柿黄色，口感柔顺，感官评分最高。在23 ℃ 以下时，低温会抑制酿酒酵母的生长繁殖，发酵时间延长，杂菌容易滋生，影响产品风味；高于26 ℃ 时，果酒颜色加深，典型性稍有降低，因此，发酵温度26 ℃ 较为合适。

图3 不同发酵温度下柿子果酒的感官评分Fig.3 Sensory quality of persimmon juice wine udner different fermentation temperature

2.1.4 发酵时间对柿子果酒感官品质的影响 如图4所示，当发酵时间少于12 d，发酵不完全，成品酒度不足、酒味偏淡且香味不明显，发酵14 d 时，酸味及其他杂味稍有增加，影响产品风味。根据试验观察，在发酵时间为14 d时感官评分最高。因此，发酵时间为14 d左右较为合适。

图4 不同发酵时间下柿子果酒的感官评分Fig.4 Sensory quality of persimmon juice wine under different fermentation time

2.2 柿子果酒发酵工艺正交试验结果与分析

根据单因素试验的结论，通过 L9(34)正交试验确定最优参数，结果见表2，方差分析见表3。

根据表2和表3，柿子果酒发酵最佳工艺组合为A2B3C3D3，即蔗糖添加量为20%，酵母的添加量为1.2 g/kg，发酵温度29 ℃，发酵时间 16 d时，酿制出的柿子果酒品质最好。对柿子果酒感官品质的影响顺序为A>B>D>C，在最佳参数条件下，进行验证性试验，感官分值为94分，RSD=2.35%，结果表明经优化后制备得到的柿子果酒成品质量优良，稳定性好，优化之后的工艺稳定可靠，可以保证成品果酒的品质。

表2 正交试验结果Table 2 Results of the orthogonal test

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

2.3 柿子果酒香气成分的GC-MS分析

从柿子果酒香气成分总离子流色谱图共分离出129个峰，最终鉴定出58种香气成分(表4)，其含量占柿子果酒总挥发性成分的72.38%。包括醇类化合物 21种(占51.82%)、酯类化合物15种(占14.11%)、酸类化合物8种(占 2.96%)、其他化合物14种(占3.49%)。柿子果酒香气成分复杂多样，以醇类化合物占比最高，其次是酯类化合物，酸类和酚类化合物占比较少，烷烃类和醛酮类占比最少。

表4 柿子果酒香气成分GC-MS的分析结果Table 4 Analysis results of aroma components of persimmon fruit wine by GC-MS

(续表4 Continued table 4)

醇类化合物是柿子果酒香气中最主要的成分，相对含量最高的醇类化合物是3-甲基-1-丁醇，具有苹果白兰地的香气和辛辣味，其次是苯乙醇，苯乙醇香味柔和持久，具有新鲜水果的清香和玫瑰鲜花的芳香[22]，因柿子果酒中苯乙醇含量较高，相对含量占12.49%，且香味突出，苯乙醇的香气特征是该柿子果酒的主要香气特征；酯类化合物以乙酸乙酯为主，相对含量占11.21%，终产品中酯类化合物的含量决定于发酵条件，特别是发酵基质的含糖量[23]，乙酸乙酯是对果酒总体香气贡献最大的化合物，使得柿子果酒果香浓郁，花香明显，具有类似于醚的香气，也似含有菠萝的果香[24]，因此，其对柿子果酒总体香气产生较大的增进作用；酸类化合物主要有辛酸、2,2,3,3-四甲基丁二酸等，酸类化合物的存在，对调节柿子果酒清凉的感官品质、维持柿子果酒浓郁的酯香等方面具有重要作用。

3 讨 论

3.1 柿子果酒的发酵

柿子酒的发酵，根据文献有两种发酵方式，固态法和液态法[10-11,17]，固态法是柿果浆汁直接发酵，而液态法是通过榨汁对汁液进行发酵，相比固态法，液态法由于有弃渣处理，会导致柿果营养成分损失，且前期还需要酶解工序，工艺复杂，而固态法发酵容积较大，杂菌容易滋生。本试验采用固态法，通过增加安琪葡萄酒酵母添加量[12,17，25]，提高发酵温度，使葡萄酒酵母达到量的优势竞争。同时，通过增加蔗糖添加量，提高发酵介质渗透压来抑制杂菌生长，实践中取得了很好的效果。该工艺最终所酿柿子酒颜色橙黄色，香气纯正，具有柿果典型的风味。当然不同的发酵工艺，由于使用酵母的种类不同[26-27]，不同人群的饮酒嗜好不同，蔗糖的添加量以及发酵温度与时间不同，要想获得好的发酵效果，必须通过试验确定，否则，有可能使发酵失败。

3.2 柿子酒的褐变

柿子酒因鞣质含量高，在加工或储存过程中，容易氧化褐变，使产品浑浊，对柿子酒感官品质造成不利影响。目前，防止浑浊褐变的方法主要有两种：一是加入澄清剂，如壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮、皂土等，使果胶、单宁、蛋白质等物质絮凝沉淀[10,17]；二是加入保护剂，如抗坏血酸、草酸等，抗坏血酸起还原剂作用，草酸能够抑制氧化酶的活性[11]，从而达到产品护色的目的。澄清剂与保护剂的使用效果与浓度有关，澄清剂量小达不到澄清效果，量大则容易引起二次浑浊，保护剂量大则容易引起果酒风味变化，澄清剂与保护剂的使用都会增加产品成本，且操作难度较高。本试验采用通气陈酿工艺，使果胶、单宁、多酚类等易引起柿子果酒浑浊褐变的物质加速氧化褐变、絮凝沉淀，通过精滤操作，再结合使用少量保护剂，将会极大降低柿子果酒在后期储存过程中浑浊褐变的风险，且操作简单，也降低了产品成本。

3.3 柿子酒的香气成分

香气物质是构成果酒感官品质和典型性的重要物质基础。不同的果酒，香气物质的种类、相对含量不同[28,21,24]，相同的果酒由于原料品种不同，发酵工艺有差异，香气物质也不尽相同[7,20]。本试验所得柿子果酒香气成分以醇类、酯类、酸类为主，醇类化合物中苯乙醇，酯类化合物中乙酸乙酯，酸类化合物中辛酸相对含量都较高，这与已有的报道相吻合[21,24]。所检香气成分中，3-甲基-1-丁醇相对含量最高为27.68%，该物质有苹果白兰地的香气和辛辣味，其次为苯乙醇，相对含量为12.49%，再次为乙酸乙酯，相对含量为11.21%。由于柿子果酒香气成分复杂，本试验采用高糖、高温、高酵母，密封发酵、低温过滤、低温陈酿，共检出香气成分58种，香气物质丰富，酒香浓郁，一定程度说明发酵工艺的优化较为成功，但所检大多数物质的香气特征还不明确。因此，采用适当的技术，增加香气物质的含量并确定香味特征是今后果酒研发的方向。

4 结 论

柿子果酒发酵工艺的最佳参数组合为：蔗糖添加量为20%，酵母添加量为1.2 g/kg，发酵时间为16 d，发酵温度为29 ℃。适当增加蔗糖添加量和酵母使用量，提高发酵温度，对提高柿子果酒品质有促进作用；通气陈酿可提高柿子果酒外观品质，成品柿子果酒外观呈橙黄色，酒液透明无沉淀物，色泽稳定，光泽度好，果香浓郁，酒香与果香柔和协调，酸甜爽口，醇厚无异味。

柿子果酒共鉴定出58种香气成分，其含量占柿子果酒总香气成分的72.38%。包括醇类化合物 21种，占51.82%；酯类化合物15种，占 14.11%；酸类化合物8种，占2.96%；其他化合物14种(占3.49%)。此工艺下，成品柿子果酒香气物质含量高，主要成分中的醇类和酯类化合物，与相对含量较少的酸类、酚类、醛酮类以及烷烃类共同形成柿子果酒复合的香气成分。