檸檬果酒兩步法快速降酸工藝研究

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(西華大學微生物研究所,食品生物技術四川省高校重點實驗室,四川成都 610039)

檸檬果酒兩步法快速降酸工藝研究

鄧奧宇,關統(tǒng)偉*,王鵬昊,向慧平,趙順先,張習超,尚紅光,張家旭

(西華大學微生物研究所,食品生物技術四川省高校重點實驗室,四川成都 610039)

研究了7種離子交換樹脂結合乳酸菌發(fā)酵作用于檸檬果酒的降酸效果。采用離子交換樹脂對檸檬果酒進行吸附及乳酸菌發(fā)酵對果酒進行降酸處理。最終篩選出的樹脂為弱堿性陰離子交換樹脂D311,條件為常溫下流速為4 BV/h;腸膜明串珠菌為發(fā)酵菌株,接種量106CFU/mL。得到的果酒酸度下降至2.18 g/L,異戊醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯等風味物質(zhì)含量增加。因此,經(jīng)過離子交換樹脂和乳酸菌發(fā)酵后的檸檬果酒,減少了酒體中酸澀感和粗糙感,使得酒質(zhì)變得柔和、圓潤。

檸檬果酒,降酸,離子交換樹脂,乳酸菌發(fā)酵

檸檬營養(yǎng)豐富,每100 mL檸檬果汁含維生素C 50～65 mg,還富含VA、VB、VP和檸烯以及Ca、P、Fe、Zn、Mg等多種微量元素[1]。目前,我國檸檬加工量大約占全球總產(chǎn)量的21%,主要集中在檸檬濃縮果汁、原果汁、檸檬香精油以及從檸檬皮渣中提取的果膠和膳食纖維等產(chǎn)品的加工[2]。由于檸檬的高酸味,導致檸檬果酒產(chǎn)品相對缺乏。因此,降低檸檬果酒酸度含量是檸檬果酒加工亟待解決的關鍵問題[3]。

當前,果汁降酸的方法主要有:物理降酸法、化學降酸法、生物降酸法?；瘜W降酸法因添加鈣等金屬鹽類從而對果酒品質(zhì)破壞很大,導致口感變差,保質(zhì)期縮短,不適于檸檬果酒生產(chǎn)的要求;離子交換法作為一種物理降酸方法,能有效地降低果酒中的有機酸,具有選擇性、易實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的特點,但是該方法只能吸附果酒中的物質(zhì),并不能有效改變果酒中的酸澀味和粗糙感;生物降酸法通過乳酸菌發(fā)酵不僅可以降低果酒的酸澀味和粗糙感,起到改善口感和風味的作用,同時還能增加果汁或果酒的香氣、提高其品質(zhì)、延長貯藏期,是生產(chǎn)高品質(zhì)果酒的關鍵技術,但不能有效吸附檸檬果酒中含有的大量有機酸[4-8]。因此,本研究擬通過離子交換結合生物降酸用于檸檬果酒的降酸研究,以期達到改善果酒酒體酸澀、粗糙感的問題;并探索其降酸工藝條件,為檸檬果酒工業(yè)化降酸提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

檸檬果酒 西華大學實驗室制備；凝膠強堿性陰離子交換樹脂201×7 天津南開大學化工廠;D201型強堿性陰離子交換樹脂、D301、D311、A451弱堿性陰離子交換樹脂 陜西藍深特種樹脂有限公司;D315、D318大孔弱堿性陰離子交換樹脂 安徽皖東化工有限公司；腸膜明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)、植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)、酒酒球菌(Oenococcusoeni) 中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。

WFJ7200分光光度計 上海尤尼柯儀器有限公司;WYT手持糖度計 成都光學儀器廠;DBS酒精度測量計 煙臺帝伯仕啤酒技術有限公司;Agilent 1100高效液相色譜儀 美國安捷倫公司;QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司。

1.2實驗方法

1.2.1 樹脂預處理 分別稱取不同類型樹脂各10.0 g,用100%的NaCl溶液浸泡2 h,然后用蒸餾水浸泡5 h后沖洗至出水清亮,再分別用3～5倍濃度為4%～6%的HCl溶液和NaOH溶液在樹脂柱中依次交替浸泡3～6 h,讓樹脂能處在酸堿之間沖洗,洗至流出的水呈中性為止,交替處理以“酸-水-堿-水”為一個循環(huán),以這樣的方法循環(huán)兩次。最后一次用1 mol/L的NaOH溶液以1滴/s的速度進行離子交換樹脂轉型,待出口堿液濃度不再變化時,停止進堿液。用蒸餾水將樹脂洗至中性備用。

1.2.2 陰離子交換樹脂的篩選 準確量取預處理且抽濾過的樹脂5 mL,轉移到250 mL的三角瓶中,再加入檸檬酒200 mL于20 ℃恒溫以54 r/min的轉速振蕩24 h,測定交換吸附前后檸檬酒的總酸、總糖、吸光度、透光率、酒精度、pH及VC含量等理化指標,計算各種離子交換樹脂對總酸的表觀交換吸附量,選擇吸附效果最好的樹脂,實驗重復3次,取平均值進行統(tǒng)計分析。離子交換樹脂表觀交換吸附量按下式計算:

q=(C0-C)V/M

式(1)

式(1)中,q為離子交換樹脂的表觀交換吸附量,g/g;C0為吸附前檸檬果酒中的總酸含量,g/L;C為吸附后檸檬果酒中的總酸含量,g/L;V為處理檸檬果酒的體積,L;M為樹脂的用量,g[9]。

1.2.3 溫度、流速對樹脂吸附的影響 選用φ 30 mm×450 mm 離子交換柱,選取20.0 g離子交換樹脂處理600 mL檸檬果酒,流速固定為4 BV/h時,溫度分別設置為22、27、32、37 ℃;以及溫度固定為27 ℃時,流速分別為3、4、5、6 BV/h,每隔50 mL收集流出液,測定其總酸含量,棄去前50 mL。計算漏出率,以漏出率對流出液體積作圖,得到不同流速下離子交換樹脂的動態(tài)動力學曲線。漏出率按下式計算:

LR(%)=(C/C0)×100

式(2)

式(2)中,LR為漏出率,%;C、C0同式(1)中。同時,計算流出液的累積總酸含量,對流出液體積作圖,確定二者之間的關系。因為,在實際生產(chǎn)中,是將收集到的各部分酒液混合,測定其酸度,從而判斷降酸效果[9]。

1.2.4 乳酸菌的篩選 在自然條件下能發(fā)生果酒乳酸菌發(fā)酵的種屬一般有酒球菌屬、明串珠菌屬和乳桿菌屬[10]。將經(jīng)過樹脂處理后的檸檬果酒在常溫下分別添加5%,1×106CFU/mL的腸膜明串珠菌液、植物乳桿菌液、酒酒球菌液。每隔一定時間取樣檢測總酸,以檸檬果酒的酸度降到最低值為發(fā)酵終點。

1.2.5 菌懸液濃度對降酸的影響 將經(jīng)過1.2.3處理后的檸檬果酒在常溫下添加腸膜明串珠菌液,接種量分別為5%,菌懸液濃度分別為5×105、5×106、5×107CFU/mL的條件下進行發(fā)酵[11]。每隔一定時間取樣檢測活菌數(shù)和總酸,以檸檬果酒的酸度降到最低值為發(fā)酵終點。

1.2.6 指標的測定

1.2.6.1 酒精度測定 酒精計法;參照GB/T 15038-2006。

1.2.6.2 總糖測定 斐林試劑測定;參照GB/T 15038-2006。

1.2.6.3 總酸測定 酸堿滴定法;參照GB/T 15038-2006。

1.2.6.4 透光率、吸光度測定 分光光度法,以蒸餾水作空白,分別在680、420 nm 下測定透光率T(%)、吸光度。所有實驗數(shù)據(jù)重復測定3次,所得結果為平均值。

1.2.6.5 風味物質(zhì)測定 采用GC/MS技術測定檸檬果酒中的風味物質(zhì),參照文獻方法測量[12-14]。

1.2.6.6 有機酸 采用高效液相色譜法,參照文獻方法測量[15-17]。

1.3數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)重復測定3次,所得結果為平均值。發(fā)酵條件優(yōu)化的實驗數(shù)據(jù)采用SPSSl 6.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析和差異顯著性分析,顯著性水平取α=0.05。

2 結果與分析

2.1檸檬果酒離子交換樹脂的篩選

考慮到用離子交換樹脂對檸檬果酒進行工業(yè)化降酸的成本問題,該實驗選用了201×7、D201、D301、D311、A451、D315、D318這7種國產(chǎn)陰離子交換樹脂用于檸檬果酒的降酸實驗。樹脂在檸檬果酒降酸過程中對果酒品質(zhì)影響最大的是可滴定酸和果酒的色澤,因此將可滴定酸和果酒的色澤作為選擇樹脂的主要依據(jù)。

圖1表明強堿性陰離子交換樹脂201×7、D201對總酸的吸附量最小,而弱堿性陰離子交換樹脂吸附性較強,故選擇弱堿性陰離子交換樹脂用于檸檬果酒的降酸實驗。其他5種弱堿性陰離子交換樹脂對有機酸均有較高的吸附能力,表觀交換吸附量從大到小的順序為D311>D318>A451>D315>D301,其中樹脂D311表觀交換吸附量最大,達到0.156 g/g。

表1 不同型號陰離子交換樹脂對檸檬果酒理化性能的影響

圖1 6種離子交換樹脂吸附總酸的表觀交換吸附量

注:同行肩標小寫字母不相同表示顯著性差異(p<0.05)。

檸檬果酒經(jīng)不同型號的離子交換樹脂處理后,由表1可以看出,弱堿性陰離子交換樹脂吸附性較強，總糖含量及酒精度變化不明顯,說明對總糖、酒精的吸附作用不大;總酸的下降幅度最大,說明陰離子交換樹脂能有效吸附果酒中的有機酸,隨著酸度降低,pH均上升。透光率均升高,吸光度下降,酒的顏色不同程度地變淺,說明樹脂吸附會影響檸檬果酒的色澤和澄清度等品質(zhì)。將總酸含量、酒樣色澤和pH的變化作為樹脂篩選的主要依據(jù),即樹脂對總酸的吸附作用要盡可能大,而酒的吸光度值變化要盡可能小。另外,不同處理組的含量有較大的差異。其中強堿性陰離子交換樹脂201×7、D201對比其他弱堿性陰離子交換樹脂幾乎都具有顯著性差異(p<0.05),而其他弱堿性陰離子交換樹脂兩兩相比不具有顯著性。其中總酸含量D311最少,平均值為5.43 g/L。A451、D311吸光度較小分別為0.269、0.276。綜合篩選出檸檬果酒離子交換樹脂為D311弱堿性陰離子交換樹脂。

2.2溫度、流速對樹脂吸附的影響

圖2是D311弱堿性陰離子交換樹脂在22、27、32、37 ℃下的靜態(tài)表現(xiàn)交換吸附量曲線,由圖2可見,溫度越高,離子的交換速度略快,但是吸附量與溫度較低的相比相差不大,并且各溫度條件下樹脂的靜態(tài)動力學曲線基本相近,因此,通常在工業(yè)生產(chǎn)中,考慮到成本及果酒品質(zhì)等因素,可以不對離子交換法降酸的溫度做出硬性選擇。一般選擇常溫作為離子交換樹脂動態(tài)降酸的溫度。

圖2 溫度對D311離子交換樹脂靜態(tài)動力學曲線的影響

圖3 流速對D311離子交換樹脂動態(tài)動力學曲線的影響

圖3是D311弱堿性陰離子交換樹脂在3、4、5和 6 BV/h 時的漏出曲線。由圖3可見,流速為3、5和6 BV/h時漏點出現(xiàn)較快,當物料流速過快或過慢時,在相同的處理量上,漏出率均高于適宜流速,并且漏點都會提前出現(xiàn),漏點出現(xiàn)時樹脂吸附量趨于飽和,樹脂吸附性能下降,工作周期縮短。4 BV/h時樹脂對物料的處理量最大,說明樹脂對物料中可滴定酸有最適宜的吸附速率。因此在實際生產(chǎn)過程中流速應適中,流速過快會使樹脂的漏點交換量和工作交換量下降,流速過慢會影響實際生產(chǎn)的工作效率,確定4 BV/h為適宜的工作流速。

2.3乳酸菌的篩選

由圖4可以看出,檸檬果酒發(fā)酵初始階段,總酸含量幾乎不變,可能由菌種在新環(huán)境需要適應能力決定的;腸膜明串珠菌總酸隨之大幅下降,明顯快于植物乳桿菌和酒酒球菌,發(fā)酵結束后腸膜明串珠菌總酸含量是其他兩株菌的70%,因此,腸膜明串珠菌對檸檬果酒的降酸效果最佳?？赡苁怯捎跈幟使浦幸詸幟仕岷繛橹?腸膜明串珠菌的檸檬代謝能力強于其他種屬,因此,在檸檬果酒降酸過程中乳酸菌選擇腸膜明串珠菌。

圖4 3株菌發(fā)酵中總酸含量的變化

2.4菌懸液濃度對降酸的影響

由圖5可以看出,在檸檬果酒發(fā)酵過程中,腸膜明串珠菌菌懸液濃度為5×106CFU/mL的樣品在10 h內(nèi),乳酸菌的降酸速率較緩慢;10 h之后,樣品的降酸速率最快;發(fā)酵結束后,檸檬果酒的總酸含量從5.50 g/L下降至2.18 g/L,降酸率為60.36%,而菌懸液濃度為5×105CFU/mL 和5×107CFU/mL的樣品,其降酸率分別為36.73%、41.10%。因此得出腸膜明串珠菌菌懸液濃度為5×106CFU/mL最適合檸檬果酒發(fā)酵降酸。

表2 發(fā)酵前后檸檬果酒體系中有機酸的變化(g/100 mL)

表3 果酒中主要香氣成分分析(%)

圖5 菌懸液濃度對降酸的影響

2.5乳酸菌發(fā)酵中有機酸變化情況

由表2可以看出,樹脂處理后的有機酸有所下降,但是沒有乳酸和醋酸的生成,而檸檬果酒經(jīng)過發(fā)酵后,蘋果酸和檸檬酸含量有所下降,相應的乳酸和醋酸有所生成。其中發(fā)酵前總蘋果酸含量為1.38 g/100 mL,發(fā)酵后總蘋果酸含量較低為0.46 g/100 mL,其中L-蘋果酸降解率達到58.11%,D-蘋果酸降解率達到76.56%,總蘋果酸降解率為66.67%;檸檬酸含量較高,降解率達到58.37%,乳酸和醋酸略有增加[18]。

2.6乳酸菌發(fā)酵中風味物質(zhì)的變化

如圖6中A、B所示,分別為乳酸菌發(fā)酵前和發(fā)酵后的風味成分圖。

圖6 乳酸菌發(fā)酵前(A)和發(fā)酵后(B)的果酒風味圖

從表3中可以看到,樹脂處理后的香氣成分幾乎不發(fā)生變化,經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后檸檬果酒中異丁醇、異戊醇、乙酸苯乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸乙酯和己酸乙酯的濃度均增加,分別是原樣的6.9、2.4、1.3、34.8、1.6、1.5、2.5倍,這些物質(zhì)含量的變化對檸檬果酒風味的形成起著相當重要的作用,使檸檬果酒的香氣更加飽滿、圓潤[19]。

3 結論

弱堿性陰離子交換樹脂可以有效地降低檸檬果酒中的酸度,隨著酸度降低,pH上升,透光率升高,吸光度下降,說明樹脂吸附影響了檸檬果酒的色澤和澄清度等品質(zhì)。D311弱堿性陰離子交換樹脂是檸檬果酒的最適降酸樹脂,其中表觀交換吸附量最大為0.156 g/g,總酸含量最小為5.43 g/L,且對果酒的色澤影響也最小。D311樹脂處理的優(yōu)化吸附條件是室溫,流速為4 BV/h,此時對口感、色澤的負面影響最小且工業(yè)生產(chǎn)中的成本也最小。

將離子交換法處理后的檸檬果酒繼續(xù)進行乳酸菌發(fā)酵,篩選出最適的發(fā)酵菌株——腸膜明串珠菌,以5×106CFU/mL 的菌體生物量接入檸檬果酒發(fā)酵降酸率最好,高達60.36%;有效降低了檸檬果酒的酸度,并且檸檬果酒中有機酸的構成發(fā)生了明顯變化。發(fā)酵前檸檬果酒中以檸檬酸和蘋果酸為主,發(fā)酵后檸檬酸、蘋果酸濃度有不同程度的下降,并伴隨著乳酸和醋酸的生成。

通過離子交換和生物法聯(lián)合對檸檬果酒進行降酸,取得了良好的效果,為檸檬果酒降酸提供了一種有效的解決思路,具有很好的工業(yè)化應用前景。

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Studyontwo-steprapidacidreducingoflemonwine

DENGAo-yu,GUANTong-wei*,WANGPeng-hao,XIANGHui-ping,ZHAOShun-xian,ZHANGXi-chao,SHANGHong-guang,ZHANGJia-xu

(Key Laboratory of Food Biotechnology in Colleges and Universitiesin Sichuan Province,Institute of Microbiology,Xihua University,Chengdu 610039,China)

The effect of 7 kinds of ion exchange resin combined with lactic acid bacteria on the leaching of lemon wine were studied. The lemon wine was adsorbed by ion exchange resin and lactic acid bacteria fementation for acid treatment. The final resin was weakly alkaline anion exchange resin D311 with the condition that flow rate was 4 BV/h at room temperature.Leuconostocmesenteroideswas a fermentative strain,and its inoculation amount was 106CFU/mL. The acidity of the wine was reduced to 2.18 g/L,and the content of flavor substances such as isoamyl alcohol,ethyl acetate and ethyl lactate were increased. After the ion exchange resin and lactic acid bacteria fermentation,reduced the sourness and roughness,and the wine quality became soft and mellow.

lemon wine;acid lowering;ion exchange resin;lactic acid bacteria fermentation

2017-01-09

鄧奧宇(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：微生物發(fā)酵，E-mail：363214722@qq.com。

*

關統(tǒng)偉(1978-)，男，博士，副教授，研究方向：微生物系統(tǒng)學與食品發(fā)酵工程，E-mail：guantongweily@163.com。

食品生物技術四川省高校重點實驗室(Szjj2013-045)；蜀之源酒業(yè)-西華大學產(chǎn)學研聯(lián)合實驗室(15205213，16205231)項目。

TS255.45

A

1002-0306(2017)22-0095-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.019