三華李香蕉復合果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析

郭先霞，張繼翔，黃桂玲，李長秀

（廣東石油化工學院環(huán)境與生物工程學院，廣東茂名525000）

三華李香蕉復合果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析

郭先霞，張繼翔，黃桂玲，李長秀

（廣東石油化工學院環(huán)境與生物工程學院，廣東茂名525000）

對三華李香蕉復合果酒發(fā)酵工藝條件進行了優(yōu)化并分析鑒定果酒中的香氣成分。主要優(yōu)化了香蕉熱燙條件、三華李香蕉漿混合比例、三華李香蕉漿酶解條件以及主發(fā)酵條件等工藝。結果表明，香蕉的最佳熱燙條件為：95℃熱燙2 min；三華李香蕉漿混合比例為1∶1；最佳酶解條件為酶解溫度55℃、酶解pH4.0、果膠酶的添加量300 mg/kg、酶解時間150 min；主發(fā)酵最佳工藝條件為酵母接種量4%、發(fā)酵溫度26℃、初始糖度22%、初始pH3.5。在此條件下得到的果酒經陳釀半年后，采用頂空固相微萃取-氣質聯(lián)用技術對其香氣成分進行分析與鑒定，結果表明，從三華李香蕉復合果酒中鑒定出13種香氣成分，其中9種為酯類物質，相對含量的總和達56.93%。其香氣成分主要為3-甲基-1-丁醇（29.30%），依次為己酸乙酯（16.61%）、丁酸-3-甲基丁酯（15.08%）和辛酸乙酯（14.66%）等。

果酒； 三華李； 香蕉； 發(fā)酵工藝； 香氣成分； 頂空固相微萃??； 氣質聯(lián)用（GC-MS）

三華李為薔薇科李屬植物，因早在廣東韶關翁源縣三華鎮(zhèn)種植而得名，是廣東、廣西最譽盛名的名優(yōu)、特色水果之一[1]。研究表明，三華李果實含有豐富的礦質元素（如鉀、鈉、磷、鎂、鋅、銅等）和維生素（如維生素A、D、B1、B2等），且其有機酸含量和種類尤其豐富[2]。香蕉（學名：Musa acuminata Colla.），屬于芭蕉科芭蕉屬植物，廣泛種植于熱帶亞熱帶地區(qū)。香蕉果肉味道香甜，富含營養(yǎng)，具有清熱、解毒、潤肺、止咳、降壓、促進腸胃蠕動等功效[3]。但其與三華李鮮果均不耐貯藏。將二者優(yōu)勢互補，釀造成復合果酒，不僅極大提高果品附加值，還能拓寬鮮果加工渠道，緩解鮮果不耐貯藏的問題。目前已研究開發(fā)的三華李產品有：三華李果酒[4，5]、濃縮果汁[6]、果醋[7]、果糕[8]、涼果[9]、蜜餞[10]等，尚無三華李香蕉復合果酒的研究報道。本研究旨在優(yōu)化該種營養(yǎng)豐富香氣濃郁的新型復合果酒的釀造工藝，并分析其香氣成分，為三華李復合果酒深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

三華李：購于茂名信宜前排鎮(zhèn)；香蕉：茂名高州產；果膠酶（酶活＞50000 U/g），深圳恒生生物科技有限公司；葡萄酒用安琪高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；食品級白砂糖；亞硫酸鈉、抗壞血酸、偏重亞硫酸鉀，均為分析純。

1.2 儀器與設備

0%～32%oBx WIATC手持折光儀、PHS-3C精密pH計，上海精密科學儀器有限公司；Shimadzu QP2010氣相色譜-質譜聯(lián)用儀，日本島津公司；固相微萃取（SPME）套件，萃取頭為DVB/CAR/PDMS，50/30 mm(StableflexTM24Ga，美國 Sigma-Aldrich公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

（1）香蕉的護色：香蕉去皮，將香蕉切成片進行熱燙（95℃，5 min），再將香蕉片浸泡在0.08%亞硫酸鈉和0.15%的抗壞血酸溶液中1 h。

（2）混合：將三華李漿與香蕉漿以一定的質量比例混合均勻。

（3）酶解：將混合均勻的果漿用1∶1的碳酸鈣和碳酸鈉粉末調節(jié)pH值至適當值，將果漿放置于水浴鍋中，待其中心溫度為一定值時加入一定量果膠酶，處理適當時間。

（4）滅酶：將酶解后的果漿立即放入100℃的水浴鍋中，待其中心溫度達到100℃時開始處理3 min。

（5）過濾：經滅酶的果漿先放入50℃的恒溫水浴鍋中冷卻10 min，再放入常溫水浴鍋中冷卻至室溫，經4層紗布過濾并稱重。

（6）調配：用白砂糖調節(jié)初始糖度至某一值。

（7）發(fā)酵：將調配好的混合果汁滅菌后，用檸檬酸調節(jié)pH值并降溫后，接種活化酵母發(fā)酵。

1.3.3 香蕉熱燙條件的確定

經去皮、切塊的香蕉，在以下不同熱燙條件下進行處理，熱燙條件：①85 ℃，3 min；②85 ℃，5 min；③95 ℃，2 min；④95 ℃，3 min；⑤100 ℃，2 min。熱燙后的香蕉根據(jù)顏色和口感進行綜合評價。

1.3.4 三華李香蕉漿混合比例的確定

將三華李與香蕉漿以質量比分別為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3調和成5種復合果漿（均為220 g），調節(jié)pH4.0，在45℃下水浴恒溫加熱10 min，再將300 mg/kg果膠酶加入混合果漿中攪拌均勻，酶解時間2 h，滅酶，過濾。調糖度至22%，滅菌后，接種5%酵母在28℃下發(fā)酵10 d釀成復合果酒后，經由10名專業(yè)人員組成的感官評定小組，依據(jù)表1對果酒進行感官評分，總分100分，以10人評分的平均值作為評價結果，確定三華李香蕉漿最佳混合比例。

1.3.5 復合果酒的感官評價

采用感官評價法來綜合衡量復合果酒的品質。由10名專業(yè)人員組成的感官評價小組，以10人評分的平均值作為評價結果，確定主發(fā)酵工藝條件。感官評價指標見表1。

1.3.6 酶解條件的優(yōu)化

1.3.6.1 單因素試驗

以果膠酶添加量、酶解溫度、酶解時間、酶解pH值為4個因素，以出汁率為指標進行酶解條件優(yōu)化的單因素試驗，按式（1）[11]計算出汁率。

表1 復合果酒感官評價指標

1.3.6.2 正交試驗

在單因素實驗的基礎上，以果膠酶添加量、酶解溫度、酶解時間、酶解pH值為因素，以出汁率為指標，進行L9(3)4正交試驗，因素水平表見表2。

表2 酶解條件優(yōu)化因素水平表

1.3.7 主發(fā)酵工藝的優(yōu)化

1.3.7.1 單因素試驗

以初始糖度、發(fā)酵溫度、接種量、初始pH值為因素，以表1中果酒感官評價為指標，進行主發(fā)酵工藝優(yōu)化的單因素試驗。

1.3.7.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以初始糖度、發(fā)酵溫度、接種量、初始pH值為因素，以果酒感官評價為指標，進行L9(3)4正交試驗。因素水平表見表3。

1.3.8 三華李香蕉復合果酒香氣成分的萃取

頂空-固相微萃取：取適量樣品，置于25 mL樣品瓶中，插入萃取頭，在60℃下頂空吸附30 min。吸附完畢后，將萃取頭插入GC-MS進樣口，250℃解吸90 s。

1.3.9 三華李香蕉復合果酒香氣成分的GC-MS分析

表3 主發(fā)酵工藝優(yōu)化因素水平表

色譜分析條件：色譜柱為DB-5MS彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；程序升溫：柱溫50℃（保留2 min），以10℃/min升溫至280℃，保持30 min；汽化室溫度250℃，載氣為高純He(99.999%)，流速1.0 mL/min；不分流進樣；溶劑延遲時間2.0 min。

質譜分析條件：色譜-質譜接口溫度280℃；離子化方式：電子轟擊（EI）源；離子源溫度230℃，電子能量70 eV；質量分析器為單四極桿，質量掃描范圍20～500 amu，檢測電壓為1.00 kV。

2 結果與分析

2.1 香蕉熱燙條件試驗結果

根據(jù)熱燙后香蕉的顏色、破碎后的顏色、口感等進行綜合評價，結果見表4。

表4 不同熱燙條件香蕉的護色效果

熱燙香蕉可以使多酚氧化酶失去活性，從而有效防止香蕉汁褐變[12]。表4表明，隨著溫度的升高，多酚氧化酶的活性下降，香蕉的褐變程度會相應減輕，但也破壞了口感。同時，非酶促褐變對產品的不利影響會增加。在盡可能保留更多營養(yǎng)成分的前提下，綜合考慮，選取較優(yōu)熱燙條件為95℃水熱燙2 min。

2.2 三華李與香蕉漿最佳混合比例試驗結果

三華李與香蕉漿最佳混合比例試驗結果見表5。

表5表明，當三華李和香蕉漿的混合比例為1∶1時，發(fā)酵后得到的果酒感官評分最高，因此三華李與香蕉漿的最佳混合比例為1∶1。

表5 三華李與香蕉漿混合比例試驗結果

2.3 酶解條件優(yōu)化的單因素試驗

2.3.1 果膠酶添加量對果漿出汁率的影響（圖1）

圖1 果膠酶添加對混合果漿出汁率的影響

圖1表明，在果膠酶添加量為300 mg/kg時，出汁率最高。當果膠酶添加量超過300 mg/kg時出汁率變化較小，因為當果膠酶添加到一定量后果膠分解殆盡，即使再添加，出汁率變化不大。因此，選取果膠酶添加量為250 mg/kg、300 mg/kg、350 mg/kg。

2.3.2 酶解溫度對果漿出汁率的影響（圖2）

圖2 果膠酶處理溫度對混合果漿出汁率的影響

圖2表明，酶解溫度為50℃時，果汁出汁率達到最大。超過50℃后由于酶活力下降，出汁率下降。因此，選取酶解溫度為45℃、50℃、55℃。

2.3.3 酶解時間對果漿出汁率的影響（圖3）

圖3 酶解時間對混合果漿出汁率的影響

圖3表明，酶解時間越長，出汁率越高，酶解180 min時的出汁率最高，但在120 min之后，出汁率變化非常小，這時由于果漿中的果膠已經全部分解，出汁率達到最高值，因此，選取酶解時間為120 min、150 min、180 min。

2.3.4 酶解pH值對果汁出汁率的影響（圖4）

圖4 酶解pH值對混合果漿出汁率的影響

圖4表明，在pH值為3.0～4.5之間，隨著pH值的增大，出汁率上升，超過4.5后下降，這時因為pH值超過了酶的等電點導致酶活性下降。因此，選取酶解pH值為3.5、4.0、4.5。

2.4 酶解條件優(yōu)化的正交試驗

依據(jù)單因素試驗的結果，以果膠酶添加量、酶解溫度、酶解時間、酶解pH值進行4因素3水平的正交試驗。酶解條件優(yōu)化的正交試驗結果見表6。

由表6可知，各酶解因素對混合果漿出汁率的影響主次順序為：A＞C＞B＞D，即果膠酶添加量＞酶解時間＞酶解溫度＞酶解pH值。酶解處理條件理論上最優(yōu)組合為A2B2C2D2，但在9個試驗號中都沒有出現(xiàn)，正交表中A2B2C3D1的出汁率最高，其次是 A2B1C2D3。 因 此 ，選 擇 A2B2C2D2、A2B2C3D1和A2B1C2D3組合重復3次試驗進行驗證，結果表明，3個組合的出汁率分別為37.91%、36.62%和36.40%。組合A2C2B2D2的出汁率最高，證明正交試驗是可信的，即果膠酶添加量為300 mg/kg，酶解溫度為55℃，酶解時間為150 min，酶解pH4。

表6 酶解條件優(yōu)化正交實驗結果

2.5 主發(fā)酵工藝優(yōu)化的單因素試驗

2.5.1 初始糖度對果酒品質的影響（圖5）

圖5 初始糖度對果酒品質的影響

由圖5可知，果酒品質隨著初始糖度的增加而提高，當糖度超過22%時，果酒品質下降。糖分既是酵母生長繁殖的養(yǎng)分，也是其代謝產出酒精、酯類等物質的基質原料，當糖度合適時酵母繁殖和代謝速度都比較快。然而高濃度的糖會抑制酵母菌的繁殖和代謝，延長發(fā)酵時間，酒精產生速度變緩。同時高濃度的糖也會增加高級醇、琥珀酸等副產物的生成量，導致果酒口味苦澀刺喉[4]。綜合考慮，選擇18%、20%、22%為酒精發(fā)酵的較佳初始糖度。

2.5.2 發(fā)酵溫度對果酒品質的影響（圖6）

圖6 發(fā)酵溫度對果酒品質的影響

酵母菌有最適的生長溫度以及代謝溫度，若使酵母菌處于最佳生存或代謝狀態(tài)，必須調節(jié)發(fā)酵溫度在合適范圍。圖6表明，發(fā)酵溫度在22～26℃之間，果酒的品質隨著發(fā)酵溫度的升高而提高，26℃時品質最佳，隨著發(fā)酵溫度繼續(xù)升高，果酒品質有下降，所以較優(yōu)發(fā)酵溫度為24℃、26℃、28℃。

2.5.3 初始pH值對果酒品質的影響（圖7）

圖7 初始pH值對果酒品質的影響

由圖7可知，初始pH值超過3.5時，果酒品質呈明顯下降趨勢，這是因為酵母菌有適合其繁殖和代謝的最適pH值范圍，當pH值過低或過高時，均會使酵母菌的生長繁殖受到抑制，對果酒的品質造成不利的影響。所以，選擇較佳初始pH值為3.0、3.5、4.0。

2.5.4 酵母接種量對果酒品質的影響（圖8）

圖8表明，在接種量為4%時，果酒品質最佳，所以選擇較佳接種量為3%、4%、5%。

2.6 主發(fā)酵條件優(yōu)化的正交試驗結果

圖8 酵母接種量對果酒品質的影響

依據(jù)單因素試驗的結果，以初始糖度、發(fā)酵溫度、初始pH值、接種量為因素進行4因素3水平的正交試驗。正交試驗結果見表7。

由表7可知，各發(fā)酵因素對三華李香蕉復合果酒品質的影響主次順序為C＞D＞A＞B，即初始pH值＞接種量＞初始糖度＞發(fā)酵溫度。發(fā)酵的各處理條件最優(yōu)組合為A3B2C2D2。但在9個試驗號中都沒有出現(xiàn)，正交表中A1B2C2D2和A3B3C2D1的感官評分較高。因此，選擇A3B2C2D2、A1B2C2D2和A3B3C2D1組合重復3次試驗進行驗證，結果表明，該3個組合的感官評分依次為88.7分、87.6分和84.5分。組合A3B2C2D2的感官評分最高，證明正交試驗是可信的，即最佳發(fā)酵條件為A3B2C2D2，即初始糖度為22%，發(fā)酵溫度為26℃，初始pH3.5，酵母菌接種量為4%。

2.7 三華李香蕉復合果酒香氣成分的GC-MS分析

三華李香蕉復合果酒香氣成分的GC-MS總離子色譜圖見圖9。經NIST/WILEY譜庫檢索其香氣成分，并通過TIC峰面積歸一化定量分析，結果見表8。

表7 主發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結果

表8表明，從三華李香蕉復合果酒中鑒定出13種香氣成分，包括9種酯類物質、3種醇類物質和1種烷烴類物質。其中9種酯類物質相對含量的總和高達56.93%，可見三華李香蕉復合果酒的香氣成分以酯類物質為主。在檢出成分中，含量最高的為3-甲基-1-丁醇（29.30%），依次為己酸乙酯（16.61%）、丁酸-3-甲基丁酯（15.08%）和辛酸乙酯（14.66%）。

圖9 頂空-固相微萃取三華李香蕉復合果酒香氣成分的GC-MS總離子色譜圖

表8 三華李香蕉復合果酒香氣成分化學組成及相對含量

3 結論

3.1 香蕉在95℃下熱燙2 min，香蕉漿與三華李漿的質量比為1∶1時，所釀果酒風味最佳。

3.2 果膠酶添加量、酶解溫度、酶解時間、酶解pH值對香蕉和三華李漿的出汁率均有影響。通過正交優(yōu)化得復合果漿的最佳酶解條件為：果膠酶添加量為300 mg/kg，酶解溫度為55℃，酶解時間為150 min，酶解pH4.0。在該處理條件下酶解所得的復合果汁出汁率最高。

3.3 正交優(yōu)化得三華李香蕉復合果酒發(fā)酵的最優(yōu)工藝為：初始糖度為22%，發(fā)酵溫度為26℃，初始pH3.5，發(fā)酵接種量為4%。

3.4 采用HS-SPME，通過GC-MS分析經主發(fā)酵10 d和陳釀半年的三華李果酒的香氣成分，初步鑒定出13種化合物，以酯類物質為主（相對含量的總和達56.93%）。含量最高的為3-甲基-1-丁醇（29.30%），依次為己酸乙酯（16.61%）、丁酸-3-甲基丁酯（15.08%）和辛酸乙酯（14.66%）。

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Optimization of the Fermentation of Sanhua Plum-Banana Wine and Analysis of Its Flavoring Components

GUO Xianxia,ZHANG Jixiang,HUANG Guilin and LI Changxiu
(School of Environmental and Biological Engineering,Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming,Guangdong 525000,China)

In this study,the fermentation conditions of Sanhua plum-banana wine,including banana blanching,mixing ratio of plum pulp and banana pulp,and enzymolysis of plum&banana pulp were optimized and its flavoring components were analyzed.The best banana blanching condition was blanching at 95℃for 2 minutes,the best mixing ratio of plum pulp and banana pulp was 1:1,and the best enzymolysis conditions of plum&banana pulp included enzymolysis temperature at 55℃,enzymolysis pH value=4.0,300 mg/kg pectinase added,and enzymolysis time of 150 min.In addition,the best chief fermentation conditions were summed up as follows:yeast inoculating quantity was 4%,fermenting temperature was at 26℃,the initial sugar content was 22%and the initial pH value was 3.5.Under above conditions,fruit wine was produced,then after 6 months aging,its flavoring components were analyzed by HS-SPME and GC-MS.The results showed that there were 13 flavoring components identified in the fruit wine.Among them,there were 9 ester compounds with their relative content of 56.93%,and the main flavoring compounds included 3-methyl-1-butanol(29.30%),ethyl hexanate(16.61%),butanoic acid 3-methyl butyl ester(15.08%),ethyl octanoate(14.66%),etc.

fruit wine;Sanhua plum;banana;fermentation process;flavoring components;headspace solid-phase microextraction(HS-SPME);gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

TS262.7；TS261.4；TS261.7

：A

1001-9286（2017）08-0091-07

10.13746/j.njkj.2017083

茂名市科技計劃（項目編號：201507）。

2017-04-07

郭先霞（1981-），女，碩士，講師，E-mail：xianxiaguo@sohu.com。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2017-05-25；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170525.1317.006.html。