物理終止發(fā)酵工藝對低醇棗酒風味物質的影響

尹 蓉 張倩茹 王俊宇 梁志宏

(山西農業(yè)大學果樹研究所，山西 太原 030031)

低醇棗酒不僅酒精度低，且甲醇、雜多醇等有害物質含量少[1]，還能更好地保留棗果中多糖、多酚、黃酮、花色苷、有機酸等營養(yǎng)與功能性成分[2-3]。國外對低醇酒的研究與生產始于20世紀70年代，目前在市場中上升趨勢非常明顯；中國的低醇酒研發(fā)起步較晚，亟待進行產業(yè)化研發(fā)[3-4]。在棗酒生產中，很難避免棗干紅酒甲醇、雜多醇和生物胺超標的嚴重問題，棗酒生產企業(yè)面臨著有產品但無法上市的困境。已有研究[1,5]表明，棗酒發(fā)酵前期進行的單糖或果聚糖發(fā)酵，產生的甲醇等有害物含量很低，但后期的多聚糖、糖酸復合物發(fā)酵會產生大量甲醇、雜多醇和生物胺。如果將棗汁發(fā)酵盡量控制在單糖、果聚糖發(fā)酵階段，生產低醇高糖的棗酒，將會有效控制這些有害物質的產生。

終止發(fā)酵法是制作低醇果酒常用也是成本較低的方法，但不同的終止發(fā)酵法對低醇果酒品質的影響存在差異。王琰等[6]研究表明，脈沖電場方波在場強15 kV/cm下有效處理80 μs、75 ℃水浴恒溫熱處理20 min、添加150 mg/L二氧化硫均可達到終止發(fā)酵的目的；不同終止發(fā)酵方式主要影響菠蘿酒的色澤、香氣和感官分析；結合感官分析，脈沖電場終止發(fā)酵法制備的菠蘿低醇酒品質為最優(yōu)。楊凱等[7]比較了添加不同濃度的肉桂酸，以及肉桂酸協同60 mg/L SO2共同終止酒精發(fā)酵相對于單純使用SO2對低醇葡萄酒品質的影響，發(fā)現添加肉桂酸的試驗均優(yōu)于未添加的試驗，而且單純添加250 mg/L肉桂酸進行終止發(fā)酵能獲得品質最佳且穩(wěn)定性最好的低醇葡萄酒。崔媛媛等[8]研究證明在低醇沙棘蜂蜜酒生產中，相較于加硫處理，超高壓技術可明顯改善酒樣的香氣和色澤品質。

關于棗酒的終止發(fā)酵在棗汽酒飲品的研究中進行過初步研究[1]，但方法較單一，且添加了較大量的SO2，對棗酒的風味有負面影響。研究擬以市售的優(yōu)質大棗品種哈密大棗為原料，采用巴氏滅菌、高頻超聲和超微過濾處理3種物理方法進行酒精發(fā)酵終止試驗，比較不同處理下低醇棗酒有機酸、糖類、甘油和香氣物質的含量，以期為低醇棗酒的產業(yè)化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

干哈密大棗：原產地為新疆哈密，市售；

拉曼德優(yōu)質果酒酵母干粉：曼森酵母旗艦店；

酒石酸、琥珀酸、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、醋酸標準品：上海源葉生物有限公司；

C18SPE固相萃取小柱(十八烷基硅膠填充物500 mg)：北京吉瑞森科技有限責任公司；

乙腈、無水醋酸鈉、氫氧化鈉：優(yōu)級純，默克化學試劑有限公司；

甘油、氯化鋰：分析純，深圳市勛業(yè)化學試劑有限公司；

濃硫酸、果糖、葡萄糖：化學純，深圳市勛業(yè)化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

離子色譜儀：930 Compact IC Flex 智能集成型，瑞士萬通有限公司；

固相萃取裝置：SPE100型，濟南海能儀器股份有限公司；

氣相色譜—質譜聯用儀：Thermo Trace1300ISQ型，賽默飛世爾科技(中國)有限公司；

巴氏滅菌鍋：BS-2型，山東省諸城市利德機械有限公司；

超聲儀：AS5150型，天津奧德賽恩斯儀器有限公司；

果酒過濾器：雙級過濾器-1型，配5 μm PP棉濾芯和0.22 μm聚丙烯濾芯，煙臺帝伯仕自釀機有限公司；

菌落計數器：VS-J3型，無錫沃信儀器制造有限公司。

1.3 發(fā)酵工藝流程

干紅棗→清洗→切割(每顆棗切割3刀)→加熱提汁(加入純凈水煮至即將沸騰，常溫靜置提汁24 h)→過濾(300目篩網)→調糖度(加熱濃縮至糖度為20 °Brix)→菌種活化及接種(以0.4 g/L的質量濃度稱取活性干酵母，加入適量質量濃度為20 g/L的葡萄糖溶液，置于37 ℃ 水浴鍋中連續(xù)攪拌15 min，而后加入棗汁中，并混合均勻)→發(fā)酵(20 ℃密閉發(fā)酵)→監(jiān)測酒精度→終止發(fā)酵→取樣測定

1.4 終止發(fā)酵方法

每日監(jiān)測酒精度，大約發(fā)酵5～6 d時，酒精度接近于7%，分別于巴氏滅菌鍋、超聲儀、精密膜果酒過濾器進行巴氏滅菌處理、高頻超聲處理、超微過濾處理終止發(fā)酵。

酵母菌最高致死溫度為55～56 ℃，但較低溫度的熱處理需要較長時間才能終止發(fā)酵，而較高溫度又會加速酒精揮發(fā)，因此巴氏滅菌以70 ℃作為處理溫度，經過一定時間的處理后，迅速降至4 ℃；超聲儀具有40 kHz的低頻擋和59 kHz的高頻擋，低頻擋無法有效破壞酵母細胞，故超聲處理選擇高頻檔；酵母菌細胞寬度約1～5 μm，長度為5～30 μm，為有效過濾酵母，超微過濾處理中先利用5 μm PP棉濾芯進行一次過濾、再利用0.22 μm聚丙烯濾芯進行二次過濾。

1.5 測定方法

1.5.1 有機酸、甘油、果糖、葡萄糖含量測定 有機酸測定參照文獻[9]的方法，甘油、果糖、葡萄糖測定參照文獻[10]的方法，均運用離子色譜法進行測定，標準曲線見表1和表2。

1.5.2 香氣成分提取及測定 參照文獻[11]。

表1 有機酸標準曲線方程

表2 甘油、葡萄糖、果糖標準曲線方程

1.5.3 感官評價 將酒樣放于通風良好的房間，由10位受到專業(yè)培訓的品評小組成員分別對低醇棗酒酒樣進行感官品評。感官品評項目包括果香、發(fā)酵香、色澤、酸味、甜味、苦味、余味、口感平衡度。按照10分制對每個項目的強烈程度打分，之后將各得分進行統(tǒng)計分析。

1.6 數據分析

采用Excel和SPSS 24進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 低醇棗酒物理終止發(fā)酵工藝的確定

巴氏滅菌處理可以有效殺死酵母菌，避免再發(fā)酵的可能。高頻超聲處理可以迅速產生高能微氣泡和空穴效應，使酒體處于短暫性的高溫高壓狀態(tài)，大大提高酵母細胞破碎的速率和程度[12]。超微過濾處理可以過濾掉酵母和棗酒中的懸浮物質，增加酒體穩(wěn)定性。不同物理終止發(fā)酵處理下酵母菌菌落數和酒精度見表3。

表3 不同物理終止發(fā)酵處理棗酒的酵母菌菌落數和酒精度

由表3可知，70 ℃巴氏滅菌20 min、高頻超聲處理20 min和超微過濾處理后，基本檢測不出酵母菌，而且采取終止發(fā)酵工藝7 d后，酒精度未增長，說明這3種終止發(fā)酵工藝有效。

2.2 物理終止發(fā)酵工藝對低醇棗酒品質的影響

2.2.1 有機酸含量 酸味物質構成棗酒爽利、清新等口感特征。酸度過高使人感到刺口、生硬、酸苦；酸度過低則使人感到膩口、乏味、平淡。棗酒中能被識別出酸味的物質是一系列游離狀態(tài)的有機酸，主要包括蘋果酸、檸檬酸、酒石酸、琥珀酸、乳酸、奎寧酸和乙酸等。哈密大棗釀制的低醇棗酒中檢測到蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、乳酸和乙酸5種。不同終止發(fā)酵工藝下低醇棗酒有機酸含量見圖1。主要來源于棗果本身的蘋果酸、檸檬酸[12]是低醇棗酒中含量最高的有機酸，琥珀酸、乙酸和乳酸均主要來源于發(fā)酵[13]8-9，但琥珀酸、乙酸居于中等，乳酸含量則為最低，且在3種處理中含量基本無差異，這是因為乳酸主要產生于發(fā)酵后期。

圖1 不同終止發(fā)酵工藝低醇棗酒有機酸含量

蘋果酸是棗酒中最酸的酸，口感尖刻且呈味時間長；檸檬酸味感新鮮、涼爽和圓潤；琥珀酸剛入口時酸味較淡，隨后味感變濃，并能引起唾液分泌，可增強棗酒醇厚感；乙酸具醋味，刺鼻又刺喉[13]10。巴氏滅菌處理的低醇棗酒檸檬酸、蘋果酸含量均為最低，乙酸含量居于中等，意味著該處理的酸味味感低。超微過濾處理的低醇棗酒檸檬酸和蘋果酸含量最高，琥珀酸和乙酸含量比另外兩種處理低。高頻超聲處理的低醇棗酒乙酸含量為最高，其他指標則居于中等。而乙酸在果酒中具有預示著變質的傾向，說明高頻超聲處理可能會對低醇棗酒的貯藏產生負面影響。

2.2.2 甘油、果糖和葡萄糖含量 棗酒發(fā)酵終止后殘?zhí)堑闹饕煞质瞧咸烟呛凸荹14-15]。而主要呈甜物質除葡萄糖和果糖外，還包括甘油。甘油可以使低醇棗酒呈現肥碩、圓潤的口感。三者是決定棗酒味感品質的重要指標。由圖2可知，不同終止發(fā)酵工藝處理的低醇棗酒甘油、葡萄糖和果糖存在較為明顯的差異。甘油含量最高的是巴氏滅菌處理的低醇棗酒，最低的是超微過濾處理的低醇棗酒。這可能是因為甘油具有黏性，在過濾中會損失一部分。再結合有機酸分析中，超微過濾的低醇棗酒琥珀酸含量最低，意味著該處理下缺乏醇厚豐碩的口感。巴氏滅菌和超微過濾處理的低醇棗酒中葡萄糖、果糖都較高，而超聲處理二者含量都為最低。具體原因有待進一步研究。

圖2 不同終止發(fā)酵工藝低醇棗酒甘油、葡萄糖和果糖含量

2.2.3 香氣物質 3種工藝處理的低醇棗酒香氣成分的總離子流色譜圖見圖3～圖5，香氣成分組成及含量見表4 和表5。

圖3 巴氏滅菌終止發(fā)酵棗酒香氣成分GC-MS總離子流圖

圖4 高頻超聲終止發(fā)酵棗酒香氣成分GC-MS總離子流圖

圖5 超微過濾終止發(fā)酵棗酒香氣成分GC-MS總離子流圖

表4 不同終止發(fā)酵低醇棗酒香氣物質組成及含量

續(xù)表4

低醇發(fā)酵的哈密大棗棗酒共檢測到50種香氣物質，其中酯類物質達34種，可見酯類物質是主要的香氣構成成分，與前人[11-12]的研究結果一致。3種不同終止發(fā)酵方式處理的棗酒中，辛酸乙酯和癸酸乙酯都是含量最高的香氣成分，說明這兩種酯類是低醇棗酒的代表性香氣成分。

巴氏滅菌處理的低醇棗酒檢測到香氣物質種類最少，共有27種。特有香氣成分包括異戊酸己酯、DL-2-氨基丙酸、大馬士酮和2-乙基己醇4種，在3種處理中種類為最少。另含有高水平的異戊醇，異戊醇是一種雜醇，且呈現不愉快的味道[16-17]。烷類物質含量也明顯較高?？梢姲褪蠝缇鷮椌骑L味物質有負面影響。

超聲高頻處理的低醇棗酒檢測到32種香氣物質。特有香氣成分共8種，其中乙酸異丁酯、甲酸異戊酯、3-甲基丁酸乙酯、辛酸甲酯呈現各種水果香，苯乙醛呈風信子香，2-壬酮呈花、果、油脂和藥草香[16-17]。另外，乙酸異戊酯(香蕉味)和苯乙醇(玫瑰花香)含量高，而烷類物質含量低。因此，該處理下的低醇棗酒具有豐富的香味成分。

超微過濾處理的低醇棗酒檢測到34種香氣物質。特有香氣成分共有9種，其中2-甲基丁酸乙酯呈玫瑰香，丙酸異戊酯呈杏和菠蘿香，十一酸乙酯呈椰子香[16-18]。另外，己酸乙酯(曲香、菠蘿香)、苯甲酸乙酯(蘋果味)、乙酸異戊酯(香蕉味)和十二酸乙酯(果香、花香)含量高。雖然特有香味成分種類多，但未檢測到酸、酮、醛類風味物質，醇類物質含量也最低，可能會影響棗酒風味的協調性和肥厚感。

2.2.4 感官品質 由圖6可知，3種工藝處理的低醇棗酒都具有濃郁的棗果香味，但發(fā)酵香存在顯著差異，巴氏滅菌處理的低醇棗酒分值最低，而超聲高頻處理的低醇棗酒分值最高，可能因為超聲高頻處理豐富了棗酒發(fā)酵產生的酯類物質和醇類物質。從色澤上分析，超微過濾顯示出更高的澄清度，巴氏處理澄清度最低。巴氏處理棗酒甜味最明顯，余味、酸味、苦味分值最低，因而口感平衡度最差，甜味成為主要味道，并且有讓人不愉悅的蒸煮味；超聲高頻和超微處理的低醇棗酒顯示出同樣水平的甜味，前者酸味、苦味和余味都稍微高于后者，在口感平衡度上顯示出較高的優(yōu)越性。綜合幾項指標，超聲高頻處理的棗酒除色澤得分居于中等外，口感平衡度和香味均為最佳。

圖6 不同工藝終止發(fā)酵的低醇棗酒感官分析雷達圖

3 結論

不同終止發(fā)酵工藝制作的低醇棗酒風味品質存在差異。巴氏滅菌終止發(fā)酵法得到的低醇棗酒有機酸含量偏低，甜味物質含量偏高，香氣物質種類最少，因而甜味呈現主要味道，口感平衡度最差；高頻超聲處理制得的低醇棗酒酸味和甜味物質均衡，香氣成分種類多，口感平衡度最佳；超微過濾處理制得的低醇棗酒酸味和甜味物質較均衡，香氣物質種類最多但缺乏酸、酮、醛類和醇類物質。綜合評比后得到，高頻超聲處理制得的低醇棗酒雖然可能不利于貯藏(乙酸含量高)，但各種風味物質的平衡度最好，香味成分種類豐富，且經濟實用(超微過濾則需要消耗一次性膜，且膜較昂貴)，在3種終止發(fā)酵方式中最值得推薦。后續(xù)將研究不同終止發(fā)酵措施對酒體穩(wěn)定性和貨架期的影響。