長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及風(fēng)味物質(zhì)分析

劉琳，于江，丁楠，李平，王莎莎，孫中貫*

（1.棗莊學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東棗莊 277160；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅蘭州 730070；3.棗莊學(xué)院食品科學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東棗莊 277160）

長(zhǎng)紅棗又稱中華大棗、棗、華棗，是鼠李科棗屬（Zizyphus.JujubeMill）植物棗樹(shù)的果實(shí)[1]，是我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)果品，富含維生素、氨基酸、黃酮類(lèi)、皂苷類(lèi)等多種營(yíng)養(yǎng)成分，具有極高的食用和藥用價(jià)值[2-3]。長(zhǎng)紅棗為山東省四大主栽品種之一，主要分布在山東省的魯中南山區(qū)，其中泰安地區(qū)的種植面積和產(chǎn)量均居全省首位，棗莊、濟(jì)寧地區(qū)次之，長(zhǎng)紅棗是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種[4]。但長(zhǎng)紅棗鮮果自然保鮮能力很差，在貯藏中果實(shí)極易因感染微生物，腐爛變質(zhì)而失去商品價(jià)值[5]；并且長(zhǎng)紅棗果實(shí)纖維素含量較少，鮮果干燥后果實(shí)干癟、口感差，也會(huì)影響長(zhǎng)紅棗干果的市場(chǎng)銷(xiāo)量。因此目前長(zhǎng)紅棗的加工僅有整果干制、干棗片、蜜棗等形式，加工方式相對(duì)單一；加工技術(shù)相對(duì)落后，這限制了當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

以棗為原料釀造果酒，既可有效保留果實(shí)中的原有成分[6]，又能拓寬長(zhǎng)紅棗的加工途徑。目前有關(guān)棗酒的研究產(chǎn)品主要有紅棗酒[7-10]、干紅棗酒[11-13]、紅棗甜酒[14]、澄清型紅棗酒[15]、紅棗白蘭地[1，16]、山棗果酒[17]等類(lèi)型，但由于長(zhǎng)紅棗品種的多樣性導(dǎo)致長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵工藝存在較大差異[8-9，17]，且所釀果酒的風(fēng)味也不盡相同[18-20]。目前，有關(guān)利用長(zhǎng)紅棗加工生產(chǎn)紅棗果酒的研究還未見(jiàn)報(bào)道，為此，本試驗(yàn)以長(zhǎng)紅棗干果為原料釀制紅棗果酒，利用單因素及正交試驗(yàn)優(yōu)化了發(fā)酵工藝參數(shù)；并利用電子鼻及氣相色譜對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分析，旨在建立長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵技術(shù)體系，為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)長(zhǎng)紅棗果酒提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

長(zhǎng)紅棗干果，市售，產(chǎn)地為山東棗莊；試驗(yàn)用酵母Z34，本實(shí)驗(yàn)室自選菌[21]。檸檬酸、白砂糖（一級(jí)），均為市售食品級(jí)；偏重亞硫酸鉀，煙臺(tái)帝伯仕自釀機(jī)有限公司生產(chǎn)。

1.2 儀器與設(shè)備

SPL-250 型生化培養(yǎng)箱，天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司；YP100001 型電子天平、FA1004 型電子天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司；TD-45 型數(shù)字折光儀，浙江托普儀器有限公司；PHS-2F 型pH 計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；酒精計(jì)，河北省武強(qiáng)縣紅星儀表廠；PEN3 型電子鼻，德國(guó)AIRSENSE 公司，傳感器陣列由10個(gè)不同的金屬氧化物傳感器組成[22]，不同傳感器響應(yīng)不同氣味物質(zhì)[23]；DFT-250 型手提式高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，溫嶺市林大機(jī)械有限公司；DHG9246A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；飛利浦食品加工機(jī)（打漿機(jī)），珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)飛利浦家庭電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

長(zhǎng)紅棗干果→預(yù)處理→打漿→成分調(diào)整→硫處理→接種酵母→主發(fā)酵→過(guò)濾→后發(fā)酵→倒酒→陳釀→澄清→成品

經(jīng)預(yù)處理后得到的長(zhǎng)紅棗干果漿液，添加白砂糖調(diào)整糖度至20%，添加檸檬酸調(diào)整pH 為3.50，向紅棗漿液中加入60 mg/L 的偏重亞硫酸鉀，和5%的酵母活化液，按照60%的裝液量在250 mL 三角瓶中25 ℃條件下恒溫靜止發(fā)酵[21]。主發(fā)酵結(jié)束后，過(guò)濾除去原酒中的沉淀物，降低發(fā)酵溫度至18 ℃進(jìn)行后發(fā)酵；7 d 后將酒倒入密閉容器中，注意不要倒入沉淀物，封閉容器于4 ℃下陳釀30 d，經(jīng)離心澄清后得長(zhǎng)紅棗果酒成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）預(yù)處理

使用無(wú)霉變、無(wú)蟲(chóng)蛀的果實(shí)，用清水洗去棗表面的污物，將水瀝干后去核備用。加入4 倍于紅棗質(zhì)量的水，以微沸狀態(tài)煮制30 min。在煮制過(guò)程中注意控制溫度避免過(guò)度沸騰，同時(shí)待水微沸后每15 min 補(bǔ)加質(zhì)量為原加水量10%的水，整個(gè)過(guò)程補(bǔ)水2 次[24]。煮制結(jié)束后，待煮制液冷卻至溫室，用冷開(kāi)水調(diào)整煮制液的質(zhì)量至煮制前的質(zhì)量。

（2）活化酵母菌

溫水中加入2%白砂糖和1%酵母菌，置于30 ℃的環(huán)境中使其活化，活化2 h 后即可使用。

1.3.3 紅棗果酒主發(fā)酵工藝的確定

以原酒的酒精度為指標(biāo)，分別考察酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度對(duì)發(fā)酵的影響。

（1）單因素試驗(yàn)

在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依次進(jìn)行以下三組試驗(yàn)。

經(jīng)處理的紅棗漿液，調(diào)節(jié)初始糖度為20%、pH 3.50，分別以體積分?jǐn)?shù)2%、4%、6%、8%、10%的接種量接種酵母菌活化液，25 ℃發(fā)酵，研究酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響。

經(jīng)處理的紅棗漿液，調(diào)節(jié)初始糖度為20%、pH 3.50，接種酵母量為5%，分別在18、20、22、24、26 ℃發(fā)酵，研究發(fā)酵溫度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響。

經(jīng)處理的紅棗漿液，調(diào)節(jié)初始糖度依次為18%、20%、22%、24%、26%，pH3.50，接種酵母量5%，在23 ℃發(fā)酵，研究初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響。

（2）果酒發(fā)酵的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，以原酒的酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定長(zhǎng)紅棗果酒的最佳發(fā)酵工藝。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.4 分析方法

以長(zhǎng)紅棗干果和鮮果為原料，分別使用優(yōu)化前和優(yōu)化后的工藝進(jìn)行發(fā)酵獲得長(zhǎng)紅棗果酒，利用電子鼻及氣相色譜對(duì)獲得的長(zhǎng)紅棗果酒進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[25，26]。

（1）電子鼻檢測(cè)

取1 mL 成品酒樣于500 mL 的錐形瓶中，加入2 mL蒸餾水并用保鮮膜封口，搖勻后于25 ℃下靜置半小時(shí)平衡，然后直接將進(jìn)樣針頭插入樣品瓶采用頂空吸氣法進(jìn)行電子鼻分析試驗(yàn)。

測(cè)定條件：樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s、檢測(cè)時(shí)間100 s、測(cè)量計(jì)數(shù)1 s、自動(dòng)調(diào)零時(shí)間5 s、清洗時(shí)間300 s、內(nèi)部流量400 mL/min，進(jìn)樣流量400 mL/min。完成1 次檢測(cè)后系統(tǒng)進(jìn)行清零和標(biāo)準(zhǔn)化，然后再進(jìn)行第2 次頂空采樣。統(tǒng)計(jì)分析10 個(gè)不同選擇性傳感器的G/G0值；通過(guò)電子鼻Winmuster 分析軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析時(shí)取79～81 三秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析并作圖。

（2）氣相色譜分析

甲醇含量和高級(jí)醇含量采用氣相色譜法測(cè)定。果酒發(fā)酵液經(jīng)蒸餾后得到的樣品使用氣相色譜法測(cè)定。

色譜條件為：色譜柱LAP-930，50 m×0.32 mm×1.0 μm；檢測(cè)器為氫火焰離子化檢測(cè)器。初始柱溫為50 ℃，保持8 min，以5 ℃/min 的升溫速度升至200 ℃，保持5 min，進(jìn)樣量為1.0 μL，分流比為10：1。

而同時(shí)擁有長(zhǎng)形式和網(wǎng)形式的圖書(shū)則全程處于把關(guān)人的嚴(yán)格把關(guān)之下，在其成為圖書(shū)產(chǎn)品的生產(chǎn)階段，專業(yè)把關(guān)人從選題策劃、組稿、審稿、編輯加工等環(huán)節(jié)層層把關(guān)；在其成為知識(shí)付費(fèi)產(chǎn)品的服務(wù)階段，依然有專業(yè)把關(guān)人在平臺(tái)內(nèi)容建設(shè)、作者和讀者互動(dòng)中進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，避免了單純網(wǎng)形式內(nèi)容的一些不足，使讀者在閱讀一本長(zhǎng)形式圖書(shū)的過(guò)程中能夠隨時(shí)越界進(jìn)行超文本閱讀，促進(jìn)了對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的消化與吸收，真正突破了一本書(shū)的利潤(rùn)止于其到達(dá)讀者這一終點(diǎn)的限制，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)形式圖書(shū)的增值服務(wù)。這樣的書(shū)應(yīng)該算得上是一個(gè)完美的半成品了。

（3）理化指標(biāo)測(cè)定

糖度：斐林試劑法；酒精度：參照GB5009.225-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》，所得酒精度數(shù)值均校正為20 ℃條件下的數(shù)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵工藝的單因素試驗(yàn)

2.1.1 酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響

（1）酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的影響

圖1 接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的影響Fig.1 Effects of inoculation quantity on the fermentation of jujube wine

自發(fā)酵開(kāi)始每隔24 h 取樣一次測(cè)定發(fā)酵液的殘?zhí)呛?，記錄長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵進(jìn)程；同時(shí)注意發(fā)酵過(guò)程防止染菌現(xiàn)象發(fā)生。不同接種量條件下長(zhǎng)紅棗果酒的發(fā)酵進(jìn)程如圖1 所示，由圖可知，隨著酵母接種量的增加，發(fā)酵速度逐漸加快；當(dāng)接種量大于6.0%時(shí)，酵母接種后沒(méi)有出現(xiàn)明顯的發(fā)酵延遲期，這表明合理增加酵母接種量可以縮短發(fā)酵的延遲期。4.0%與6.0%的接種量，發(fā)酵曲線吻合程度最高，且發(fā)酵時(shí)間相同，表明這兩個(gè)梯度接種量的發(fā)酵速度差異不顯著，當(dāng)接種量大于6.0%時(shí)發(fā)酵周期縮短24 h。當(dāng)接種量為2%時(shí)，起發(fā)酵速度延遲時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)酵周期也延長(zhǎng)了24 h；說(shuō)明當(dāng)酵母接種量低于4%時(shí)，發(fā)酵受到較顯著的影響，不利于主發(fā)酵的進(jìn)行。

（2）酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響

圖2 接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響Fig.2 Effect of inoculation quantity on the alcohol content of jujube wine

2.1.2 發(fā)酵溫度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的影響

由圖3、4 可以看出，在所選擇的溫度范圍內(nèi)，發(fā)酵溫度對(duì)果酒發(fā)酵的影響可分為三個(gè)梯度。當(dāng)發(fā)酵溫度為26 ℃時(shí)，發(fā)酵速度最快，但發(fā)酵周期相應(yīng)縮短，僅為6 d，酒精度也相對(duì)較低。24 ℃時(shí)的發(fā)酵曲線與22 ℃時(shí)的發(fā)酵曲線趨勢(shì)較為一致，發(fā)酵過(guò)程較為平緩，發(fā)酵周期為7 d，酒精度也相對(duì)較高。當(dāng)發(fā)酵溫度低于22 ℃時(shí)，起發(fā)酵速度變緩，發(fā)酵過(guò)程受到一定程度的抑制，發(fā)酵周期延長(zhǎng)為8 d，酒精度也相應(yīng)變低。試驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)酵溫度過(guò)高時(shí)，酵母菌增殖過(guò)快，菌體過(guò)早進(jìn)入衰亡期，導(dǎo)致后發(fā)酵不足，發(fā)酵5 d 時(shí)接近終止。當(dāng)發(fā)酵溫度過(guò)低，酵母菌的生長(zhǎng)繁殖受到抑制，發(fā)酵速度減緩，耗糖量減少，酒精度也相應(yīng)降低。綜合考慮酒精度和發(fā)酵周期等因素，將長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的最適溫度設(shè)置為22～24 ℃。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of temperature on fermentation of jujube wine

圖4 發(fā)酵溫度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響Fig.4 Effect of temperature on alcohol content of jujube wine

2.1.3 初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響

（1）初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒糖度的影響

糖類(lèi)為酵母菌的生長(zhǎng)繁殖提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量，也是酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精的前體物質(zhì)，果漿中初始糖度直接影響酵母菌的生長(zhǎng)繁殖及果酒的酒精度。由圖5可知，長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵所用酵母對(duì)糖的耐受范圍比較廣；在選擇的初始糖度范圍內(nèi)，當(dāng)長(zhǎng)紅棗果漿中的初始糖度逐漸增加時(shí)，糖度并沒(méi)有對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的起發(fā)酵速度以及發(fā)酵結(jié)束后酒液中的糖含量造成影響，初始糖度的增加只是相應(yīng)地延長(zhǎng)了主發(fā)酵的時(shí)間。

圖5 初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的影響Fig.5 Effects of initial sugar degree on the fermentation of jujube wine

（2）初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響

圖6 顯示了初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響，由圖可知，隨著紅棗果漿中初始糖度的增加，原酒中的酒精度也相應(yīng)升高。綜合考慮發(fā)酵成本及發(fā)酵周期等因素，選擇長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的初始糖度為18%～22%。

圖6 初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響Fig.6 Effect of initial sugar degree on the alcohol content of jujube wine

2.2 長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵工藝的正交優(yōu)化試驗(yàn)

結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，以果酒的酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。

由表2 可知，對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度影響最大的因素為長(zhǎng)紅棗果漿的初始糖度（C），最小的為酵母菌接種量（B）。表3 方差分析顯示，發(fā)酵溫度和初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響達(dá)到顯著水平，而酵母菌接種量對(duì)其影響不顯著。長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為A2B3C3，即發(fā)酵溫度23 ℃、酵母菌接種量6.0%、初始糖度22%時(shí)，所釀果酒酒精度最高。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，該條件下所得果酒酒精度為11.5%vol，均高于其他試驗(yàn)組；成品酒的糖度為23 g/L，按照葡萄酒糖度分類(lèi)屬于半甜型果酒，說(shuō)明優(yōu)化后的條件對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒的發(fā)酵具有良好的適用性。

表2 長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Table 2 Orthogonal array design with range analysis of experimental results

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance for the orthogonal array design

2.3 風(fēng)味物質(zhì)分析

2.3.1 電子鼻主成分分析

利用電子鼻對(duì)優(yōu)化前和優(yōu)化后工藝下的發(fā)酵酒進(jìn)行主成分分析，分析結(jié)果如圖7 所示。由圖7 可以看出，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的貢獻(xiàn)率之和為99.40%，表明PCA 對(duì)優(yōu)化前后工藝下的長(zhǎng)紅棗果酒區(qū)分效果較為理想，可用于區(qū)分不同發(fā)酵條件下的長(zhǎng)紅棗果酒，并且總貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于85%，說(shuō)明分析結(jié)果是有效可行的[28]。同一種酒樣之間數(shù)據(jù)集中程度均較好，不同酒樣間不存在重疊現(xiàn)象，能夠很明顯地區(qū)分四種不同的發(fā)酵酒樣。

圖7 長(zhǎng)紅棗果酒主成分分析圖Fig.7 PCA charts for different jujube wine

2.3.2 氣相色譜分析

對(duì)不同釀制工藝的長(zhǎng)紅棗果酒進(jìn)行氣相色譜分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖8。由圖可知，優(yōu)化前和優(yōu)化后的發(fā)酵工藝對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒中甲醇和高級(jí)醇的含量影響明顯。采用優(yōu)化后工藝釀造的果酒，甲醇含量明顯低于采用優(yōu)化前的，同時(shí)高級(jí)醇的含量也顯著低于優(yōu)化前的果酒。果酒中適宜的高級(jí)醇含量不僅使酒體香氣豐滿、口感柔和圓潤(rùn)，還可提高酒體的醇厚感和協(xié)調(diào)性；但高級(jí)醇含量過(guò)高易導(dǎo)致酒體產(chǎn)生異雜味和苦味，飲用后產(chǎn)生頭痛、口渴等癥狀，對(duì)飲用者的身體健康不利。相關(guān)研究表明，果酒中高級(jí)醇含量在300～360 mg/L 的范圍內(nèi)較為適宜。從圖8 可以看出，采用優(yōu)化后的發(fā)酵工藝釀造的果酒，高級(jí)醇含量較為適宜。

圖8 發(fā)酵工藝對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒品質(zhì)的影響Fig.8 Effect of fermentation technology on the quality of jujube wine

3 結(jié)論

選擇長(zhǎng)紅棗干果為原料，以本試驗(yàn)室選育的釀酒酵母為釀造菌株，利用單因素試驗(yàn)分別考察了酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度等發(fā)酵條件對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵過(guò)程及果酒酒精度的影響。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度影響最大的因素為紅棗果漿的初始糖度，其次為發(fā)酵溫度，影響最小的因素為酵母菌接種量；長(zhǎng)紅棗果酒的最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)為初始糖度22%、發(fā)酵溫度23℃、接種6.0%的酵母菌活化液。對(duì)優(yōu)化前及優(yōu)化后的工藝條件下的發(fā)酵酒樣進(jìn)行電子鼻分析可知，兩種情況下的發(fā)酵酒樣之間存在較大差異；由氣相色譜分析結(jié)果可知，優(yōu)化后的工藝更適于長(zhǎng)紅棗果酒的釀制，此條件下制得的長(zhǎng)紅棗果酒成品酒的酒精度為11.5%vol，糖度為23 g/L，符合半甜型果酒的標(biāo)準(zhǔn)。本研究對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒的主發(fā)酵工藝進(jìn)行了探索，為長(zhǎng)紅棗果酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供了參考依據(jù)和技術(shù)支持。