紅心火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中的褐變機(jī)理探究

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(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣東湛江 524001;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070;3.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究所,貴州貴陽(yáng) 550006)

我國(guó)果酒生產(chǎn)歷史悠久,品種繁多,如葡萄酒、櫻桃酒、桑葚酒、柑橘酒、梅子酒、蘋(píng)果酒、荔枝酒等,這些產(chǎn)品清甜爽口,果香馥郁,深受大家喜愛(ài)。作為世界上第二大飲料酒,果酒年產(chǎn)量高達(dá)300億升,與白酒、啤酒等其他酒類(lèi)相比,果酒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。紅心火龍果果酒是以紅皮紅肉火龍果為原料,經(jīng)去皮、榨汁后,低溫發(fā)酵而成的色澤艷麗酒體輕盈的低度酒飲料,因富含甜菜紅素而呈現(xiàn)明亮的紫紅色[1]。顏色作為果酒最重要的感官品質(zhì)之一,是消費(fèi)者在消費(fèi)過(guò)程中首先關(guān)注重要品質(zhì)特征[2]。

火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程易發(fā)生變色現(xiàn)象,顏色由深紫紅色變?yōu)楹稚?。褐變?yán)重?fù)p害了其果酒的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,降低了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文通過(guò)監(jiān)測(cè)紅心火龍果果酒生產(chǎn)期間,色澤、多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、總糖、還原糖、抗壞血酸和甜菜紅素的變化情況,結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析,探究其褐變機(jī)理,以期為火龍果果酒褐變控制提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

紅心火龍果(大地紅品種,九成熟) 新鮮、無(wú)病蟲(chóng)害且飽滿完整，廣東遂溪洋青鎮(zhèn);蔗糖(食品級(jí)) 云南富屏糖業(yè)股份有限公司;DV10活性干酵母 上海杰兔工貿(mào)有限公司;抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品(99.9%) 上海源葉生物科技有限公司;福林酚 德國(guó)Sigma公司;濃硫酸、蒽酮、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、鄰苯二酚、濃鹽酸、葡萄糖 均為分析純。

UV-1780型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本Shimadzu公司;Color i5D型臺(tái)式測(cè)色儀 美國(guó)X-Rite公司;3-30K型低溫高速離心機(jī) 德國(guó)Sigma公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 火龍果酒釀造 參照肖敏等[1]的方法并略作修改,紅心火龍果去皮、破碎、壓榨、過(guò)濾,取澄清汁進(jìn)行發(fā)酵;用蔗糖將果汁總糖調(diào)整為200 g/L;按0.25 g/L的比例添加釀酒酵母,添加前活化;發(fā)酵溫度在20±2 ℃內(nèi);發(fā)酵至含總糖量低于4 g/L,過(guò)濾后20 ℃陳釀。在生產(chǎn)過(guò)程中0,2,5,8,12,16,31,46,76 d的同一時(shí)間進(jìn)行取樣分析。

1.2.2 色度測(cè)定 以透射模式10°觀察模式測(cè)定樣品L*、a*、b*值;其中L*表示亮度值(0為黑色,100為白色),a*值表示綠紅值(a*>0為紅色,a*<0為綠色),b*表示藍(lán)黃值(b*>0為黃色,b*<0為藍(lán)色);用ΔE(色差值)描述樣品的顏色變化,計(jì)算公式如下:

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

1.2.3 多酚氧化酶活性測(cè)定 參考李粉玲等[3]的方法并略作修改,具體為:取樣品10 mL于離心管中,8000 r/min、4 ℃離心10 min,汲取上清液即為粗酶提取液,0～4 ℃保存待測(cè)。取pH6.8磷酸緩沖液2.8 mL,0.2 mol/L的鄰苯二酚溶液2 mL和粗酶提取液0.2 mL,搖勻,30 ℃保溫15 min,加入50 μL濃鹽酸終止反應(yīng);以不添加鄰苯二酚為空白對(duì)照,測(cè)A425,以吸光度值每分鐘增加0.001所需要的酶量為一個(gè)酶活力單位計(jì)算PPO活力(U/mL)。

1.2.4 總糖測(cè)定 蒽酮硫酸法。精密吸取適當(dāng)稀釋后樣品1 mL于5 mL具塞玻璃試管中,加入4 mL蒽酮試劑,搖勻,在沸水浴中加熱10 min,取出在流水中冷卻20 min,以蒸餾水替代樣品為空白,測(cè)A620。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方程y=5.4925x+0.0297(R2=0.9977)計(jì)算所測(cè)樣品總糖含量(以葡萄糖計(jì))。

1.2.5 還原糖測(cè)定 3,5-二硝基水楊酸法,標(biāo)準(zhǔn)方程:y=1.9652x-0.0443(R2=0.9969)。

1.2.6 VC測(cè)定 參照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.159-2003測(cè)定[4]。

1.2.7 甜菜紅色素測(cè)定 參考Herbach等[5]的方法,并稍做修改:取適量樣品,用pH6.5的磷酸緩沖液稀釋一定倍數(shù)(使吸光值介于0.8～1.2),避光平衡30 min,測(cè)定A536,按下列公式計(jì)算甜菜紅素含量(以甜菜苷計(jì))。

甜菜紅素含量(mg/L)=A536×DF×MW×1000/ε×L

式中:A536為536 nm處吸光值;DF為稀釋倍數(shù);MW為甜菜苷摩爾分子質(zhì)量550.46 g/mol;ε為標(biāo)準(zhǔn)甜菜苷摩爾消光系數(shù)60600 1/mol×cm;L為比色皿的光路長(zhǎng)度cm。

1.2.8 總酚含量的測(cè)定 福林-肖卡法,標(biāo)準(zhǔn)方程:y=12.677x+0.0163(R2=0.9958)。

1.2.9 數(shù)據(jù)分析 采用Origin 8.0和SPSS 14.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1色度變化

如圖1所示,發(fā)酵階段(0～16 d),L*、a*和b*值小幅下降,L*值從23.30降至18.52,a*值從59.58降至54.48,b*值從38.37降至28.57,ΔE從0上升至12.04;發(fā)酵結(jié)束時(shí)火龍果果酒呈深紫紅色與火龍果果汁色澤無(wú)肉眼可見(jiàn)的差異;陳釀階段,L*值呈上升趨勢(shì),果酒變透亮,色澤漸淺;陳釀初期(16～31 d)a*值升高,b*值降低,果酒變紅;陳釀中期(31～46 d)a*值降低,b*值升高,果酒呈現(xiàn)淺紅色;陳釀后期(46～76 d)a*值繼續(xù)降低,b*值繼續(xù)升高,果酒變黃;陳釀過(guò)程中ΔE從12.04升至53.74;色澤變化大,從深紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色最終變?yōu)辄S色,說(shuō)明火龍果果酒在陳釀過(guò)程中褐變程度較大。

圖1 火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中色澤變化Fig.1 Color change during pitaya wine making process

2.2多酚氧化酶(PPO)活性變化

圖2 火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中PPO活性變化Fig.2 Change of PPO activity during pitaya winemaking process

如圖2所示,發(fā)酵階段(0～16 d),PPO活性先下降后上升,在第8 d降至最低為36.93 U/mL;發(fā)酵結(jié)束時(shí)上升為50.48 U/mL,較火龍果果汁PPO活性呈現(xiàn)略微降低;火龍果果酒陳釀階段,PPO活性一直降低,陳釀15 d后,由50.48 U/mL下降至4.99 U/mL,下降了90.12%;陳釀30 d PPO活性降為0.43 U/mL,喪失活性。一方面是因?yàn)槠貋喠蛩徕浱砑雍缶徛尫懦鲇坞x二氧化硫,抑制了多酚氧化酶的活性。此外,隨著發(fā)酵的進(jìn)行多酚氧化酶的活性自然降低[6]。

2.3總糖變化

如圖3所示,發(fā)酵階段(0～16 d),總糖含量逐漸降低,主發(fā)酵結(jié)束時(shí),降為12.52 g/L,這是由于酵母大量消耗糖進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生酒精;陳釀之前經(jīng)過(guò)倒灌處理,釀酒酵母大部分被除去,剩余的酵母仍然能夠維持正常代謝,因此總糖含量仍表現(xiàn)降低趨勢(shì),陳釀15 d后,由12.51 g/L下降為5.25 g/L,下降了58.04%,陳釀30 d后,總糖含量降為4.29 g/L。一方面酒精度抑制了酵母體內(nèi)的糖代謝,另一方面陳釀后一般需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾、調(diào)硫處理,少量微生物數(shù)量進(jìn)一步減少,總糖含量基本保持穩(wěn)定。

圖3 火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中總糖含量變化Fig.3 Change of total sugar content during pitaya wine making process

2.4還原糖變化

如圖4所示,發(fā)酵階段逐漸降低,發(fā)酵結(jié)束時(shí)降為3.97 g/L,這是由于酵母利用還原糖進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生酒精;陳釀階段,還原糖含量仍一直降低,陳釀15 d后,下降了78.79%(由3.97 g/L下降為0.84 g/L);陳釀30 d后,還原糖含量又下降了36.90%(由0.84 g/L下降為0.53 g/L);之后保持穩(wěn)定,陳釀結(jié)束時(shí),還原糖糖含量為0.52 g/L。

圖4 火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中還原糖含量變化Fig.4 Change of reducing sugar content during pitaya wine making process

2.5VC變化

如圖5所示,發(fā)酵階段VC呈現(xiàn)“N型”變化規(guī)律,主發(fā)酵結(jié)束時(shí)升為0.55 g/L;陳釀階段VC含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì),陳釀60 d后,下降到0.33 g/L。隨著發(fā)酵的進(jìn)行,酒體中的多酚黃酮類(lèi)物質(zhì)發(fā)生變化,氧化還原平衡改變引起VC表觀含量的波動(dòng)。

圖5 火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中VC含量變化Fig.5 Change of ascorbic acids content during pitaya winemaking process

2.6火龍果紅色素含量變化

如圖6所示,發(fā)酵階段,甜菜紅素含量逐漸降低,發(fā)酵結(jié)束時(shí)下降了15.79%(由292.14 g/L下降為246.03 g/L),這與袁星星等[7]的研究結(jié)果相符;陳釀過(guò)程中,甜菜紅素含量仍一直降低,陳釀15 d后,下降了78.79%(由246.03 g/L下降為46.67 g/L),陳釀結(jié)束時(shí),含量降為5.86 g/L。這是由于甜菜紅素的不夠穩(wěn)定發(fā)生降解導(dǎo)致的。

圖6 火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中甜菜紅素含量變化Fig.6 Change of betacyanins content during pitaya wine making process

甜菜紅素是存在于火龍果中的天然色素,其穩(wěn)定性受多種因素如光、水分活度、pH、溫度、氧、金屬離子等的影響[8]。甜菜紅素在低水分活度時(shí)較穩(wěn)定[9]。高溫會(huì)加快甜菜紅素降解[5]。葉麗君等研究發(fā)現(xiàn)pH在2.0～9.0時(shí),甜菜紅素的降解屬于一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)反應(yīng),pH為4.0時(shí),半衰期最長(zhǎng),穩(wěn)定性最強(qiáng)[10]。甜菜紅素在酒精溶液中的降解也屬于一級(jí)反應(yīng),且酒精度越高降解速率越高[11]。有研究報(bào)道指出VC對(duì)火龍果果汁中甜菜紅素具有良好的保護(hù)作用[12-13]?？偡雍拷档涂赡苁枪蠵PO得到釋放,導(dǎo)致酚類(lèi)物質(zhì)緩慢氧化,陳釀60 d后總酚含量降至0.23 g/L,損失了81.44%?？偡雍可仙赡芘c促進(jìn)酚類(lèi)物質(zhì)合成的苯丙氨酸解氨酶有關(guān)[15]。

2.7總酚含量變化

如圖7所示,總酚含量在發(fā)酵期間呈現(xiàn)“W”型變化趨勢(shì),發(fā)酵結(jié)束時(shí)總酚含量為0.34 g/L較火龍果果汁(0.33 g/L)有小幅升高,這與烏日娜的研究結(jié)果一致[14]。

表1 火龍果果酒褐變因子與褐變度(ΔE)相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between browning factors and chroma(ΔE)of pitaya wine

注:**相關(guān)性在 0.01 水平顯著,*相關(guān)性在 0.05 水平顯著。

圖7 火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中總酚含量變化Fig.7 Change of total phenols content of pitaya wine during pitaya wine making process

2.8相關(guān)性分析

利用SPSS軟件,將各項(xiàng)指標(biāo)與褐變度(ΔE)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析,結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?在火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中,與褐變度(ΔE)呈極顯著相關(guān)的因素是甜菜紅素和PPO;與褐變度(ΔE)呈顯著相關(guān)的因素是總酚、總糖和還原糖。相關(guān)性分析結(jié)果表明導(dǎo)致火龍果果酒褐變的主要原因是甜菜紅素降解和酶促褐變,次要原因是非酶褐變,如VC的氧化等。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)研究火龍果果酒生產(chǎn)過(guò)程中多酚氧化酶、總酚、還原糖、總糖、抗壞血酸和甜菜紅素的變化情況,及其與果酒褐變度的相關(guān)性;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在不添加褐變抑制劑的條件下,火龍果果酒在陳釀期間顏色由深紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色再轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色,褐變嚴(yán)重;其褐變度與PPO和甜菜紅素呈極顯著(p<0.01)負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.8520和-0.9070;其褐變主要原因是甜菜紅素降解和酶促褐變。還原糖、總糖和總酚含量下降,與其褐變度呈負(fù)相關(guān),且相關(guān)性顯著(p<0.05);說(shuō)明火龍果果酒褐變的次要原因?yàn)榉敲负肿?在果汁處理、發(fā)酵和陳釀過(guò)程中,盡量減少與氧氣的接觸,如使用惰性氣體(氮?dú)?、二氧化碳、干冰?進(jìn)行保護(hù),合理使用抗氧化劑(PVPP、異抗壞血酸等)等措施都有助于高品質(zhì)果酒的生產(chǎn)。

本實(shí)驗(yàn)完成了關(guān)于紅心火龍果果酒褐變的基礎(chǔ)研究,為控制其果酒褐變提供了理論支持。鑒于目前關(guān)于火龍果果粉中甜菜紅素穩(wěn)定性和降解動(dòng)力學(xué)的報(bào)道較多[15],但暫無(wú)針對(duì)火龍果果酒的相關(guān)研究。紅心火龍果的色素以甜菜苷類(lèi)為主,含有少量花色苷,這就決定了它的褐變機(jī)制既不同于以花色苷著稱的葡萄酒,也不同于以維生素為主的獼猴桃、刺梨等果酒,沒(méi)有現(xiàn)成的褐變控制措施可以使用?；瘕埞频暮肿兛刂埔獓@甜菜紅素特性優(yōu)化果酒釀造工藝或添加輔色物質(zhì)提高甜菜紅素穩(wěn)定性。其次,通過(guò)滅酶或添加PPO酶活性抑制劑來(lái)實(shí)現(xiàn)酶促褐變控制。

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