冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及香氣成分分析

顏子豪，孟慶芳，陳江魁,2, ，孫嘉怡

（1.邯鄲學院生命科學與工程學院，河北邯鄲 056005；2.河北省高校冀南太行山區(qū)野生資源植物應用研發(fā)中心，河北邯鄲 056005）

紅梨又稱紅皮梨，是果皮為紅色的優(yōu)良梨種的總稱[1]，具有酥、脆、儲存壽命長、抗病逆、抗氧化等特性[2-4]。河北魏縣盛產的紅梨果實呈高樁圓形、果皮為紅褐色、果肉白色細膩、果型端正，其營養(yǎng)價值豐富，果實中富含多種配糖體、維生素和鞣酸成分，成熟的梨果糖含量比較高，可溶性固形物含量13%～14%，在產品的綜合利用中適合于酒類的開發(fā)[5-8]。

當前，紅梨主要用于鮮食和家庭熬制冰糖梨汁，產品開發(fā)度和附加值較低，其相關研究也以著色機理、營養(yǎng)成分和栽培技術為主，在食品開發(fā)方面的研究較少。杜恣閑等[9]通過研究得出將水果釀造制成果酒能增強其營養(yǎng)價值，且近年來人們的酒類消費理念也逐漸從高度酒轉為低度酒、糧食酒轉為果酒[10]，因此，紅梨果酒的開發(fā)符合產品深加工需求。目前已有多種梨酒的相關報道，如李莉峰等[11]研制了南果梨酒并對其發(fā)酵條件進行優(yōu)化，得到了南果梨酒的最佳發(fā)酵工藝；張大為等[12]研制了安梨果酒并對梨酒的香氣成分進行了分析，同時在發(fā)酵階段采取有效措施降低酒的酸度，提高了適口感。對比來看，不同梨酒的最優(yōu)發(fā)酵條件和風味物質存在一定差異，其營養(yǎng)成分也有一定區(qū)別。

為豐富果酒市場，提升紅梨的產品附加價值，延長其產業(yè)鏈，本文以魏縣紅梨為主要原料，輔以冰糖熬制成冰糖紅梨汁進行果酒發(fā)酵。在單因素實驗基礎上，使用正交試驗法，通過測定冰糖紅梨酒發(fā)酵過程中的主要指標變化研究最佳發(fā)酵條件，并采用氣-質聯用技術（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）對冰糖紅梨酒香氣成分進行分析，以期得到一款受各年齡段人群喜愛的特色果酒產品，推進魏縣紅梨的綜合利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅梨鮮果 采自冀南地區(qū)的魏縣紅梨；冰糖、白糖 市售；焦亞硫酸鉀（食品級） 河南天源生物科技有限公司；安琪葡萄酒果酒專用酵母（SY酵母） 安琪酵母公司；果膠酶（10萬U/g） 南寧龐博生物公司。

LRH-100恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實驗設備有限公司；TD20002A電子天平 上海力辰儀器科技有限公司；pHS-3C酸度計 上海世義精密儀器有限公司；E-201-9型pH復合電極 上海羅素科技有限公司；Clarus 680-Clarus SQ 8T型氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）配有GC-MS Turbomass工作站 美國珀金埃爾默股份有限公司；50/30μmDVB/Car/PDMS固相萃取頭 美國Supelco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 冰糖紅梨酒工藝流程 冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝流程如圖1所示，具體操作要點如下：

圖1 冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝流程Fig.1 Fermentation process of red pear wine with candy sugar

冰糖梨汁的制備：選擇新鮮成熟的魏縣紅梨，經清洗、去梗、去皮和護色處理后與果膠酶混合，于40 ℃條件下水浴90 min[13]，然后按1:4:8的比例分別加入冰糖、紅梨酶解物、水于砂鍋中，加熱至沸騰后熬制約20 min。

主發(fā)酵工藝：按試驗設計調整初始糖度、初始pH，焦亞硫酸鉀添加量、酵母接種量（接種前在36 ℃恒溫糖水中活化30 min[14]），放置預定的發(fā)酵溫度下進行發(fā)酵。發(fā)酵完成后，濾去殘渣，進行巴氏滅菌10 min。

1.2.2 發(fā)酵工藝單因素實驗 選擇發(fā)酵溫度、初始糖度、初始pH、酵母接種量、焦亞硫酸鉀添加量作為冰糖紅梨酒的發(fā)酵因素[15-16]，固定發(fā)酵溫度23 ℃、初始糖度20%、初始pH4、酵母接種量0.06%、焦亞硫酸鉀添加量160 mg/L。發(fā)酵溫度定為16、19、22 和 25 ℃，初始糖度選擇 14°Brix、17°Brix、20°Brix和 23°Brix，初始 pH 調至 3.5、4、4.5和 5，酵母接種量設為0.02%、0.06%、0.10%和0.14%，焦亞硫酸鉀添加量為140、160、180和200 mg/L，進行酒精度、殘?zhí)呛繙y定和感官評定。

1.2.3 正交試驗設計 由單因素實驗選出四個主要因素，以綜合賦分為評定指標，進行四因素三水平的正交分析試驗，試驗按照L9（34）正交試驗因素水平表（見表1）。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.4 果酒品質分析

1.2.4.1 理化指標 酒精度采用GB/T 15038-2006[17]中的酒精計法測定；殘?zhí)呛坎捎冒⒇愓凵鋬x測定。

1.2.4.2 感官評定 參照 GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[17]，選取外觀、香氣、滋味、典型性四個指標制定感官評分標準，見表2。選取10名果酒品評員進行品評（男女各5人，年齡20～40歲）。

表2 感官評分標準Table 2 Criteria for sensory evaluation

1.2.4.3 綜合賦分的確定 參照NY/T 1508-2017《綠色食品果酒》[18]中規(guī)定的果酒酒精度最高值為基準對冰糖紅梨酒的酒精度度數進行百分制轉換（見式1），并設定感官評分和酒精度的加權系數分別為0.7和0.3，對冰糖紅梨酒進行綜合賦分。

式中：T：百分制下的酒精度分數值，分；Xi：酒精度的測定值，%vol；W：NY/T 1508-2017《綠色食品果酒》規(guī)定的果酒酒精度最高值，18%vol。

1.2.5 冰糖紅梨酒香氣成分的提取與測定 采用頂空固相微萃取氣質聯用（HS-SPME-GC-MS）法對所制得的冰糖紅梨酒揮發(fā)性風味物質進行檢測[19-20]。

1.2.5.1 樣品制備 取20 mL酒樣加入盛有飽和NaCl的頂空瓶中，放入轉子，將頂空瓶密閉，在60 ℃條件下平衡20 min，將石英萃取頭插入頂空瓶里酒液上空，吸附30 min后立即插入GC-MS的進樣口，于250 ℃條件下解析1.5 min。

1.2.5.2 實驗條件 氣相色譜條件：進樣口溫度250 ℃，載氣He，無分流進樣，載氣流速1.0 mL/min。采用程序升溫方式，初始溫度50 ℃，以3 ℃/min升至 80 ℃，保持 2 min，再以 6 ℃/min升至 230 ℃ 保持3 min。

質譜條件：MS離子源溫度220 ℃，電離方式EI，電子能量70 eV，掃描質量范圍45～450 amu。

分析：將采集到的譜圖與質譜儀的NIST譜庫進行檢索對比進行定性，并采用半定量法，用峰面積表示揮發(fā)性物質的絕對含量，面積歸一法計算物質的相對含量（見式2）。

式中：Ai：i物質的百分含量，%；Xi：i物質的峰面積。

1.3 數據處理

數據處理均采用SPSS 20.0數據分析軟件進行極差和方差分析，采用Origin v10.5.45.29542及Excel 2020軟件進行圖表繪制，所有試驗均設立3組平行。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 發(fā)酵溫度對冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 發(fā)酵溫度對冰糖紅梨酒的影響如圖2～圖3所示，在15 ℃時，發(fā)酵速率緩慢，酒精度和感官評分均不高。而當發(fā)酵溫度≥19 ℃時，發(fā)酵速率明顯提高，最后殘?zhí)呛吭?.5%左右，酒精度均在10.5%vol左右。在19和23 ℃下發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官品質均相對較好，尤其是19 ℃下發(fā)酵的酒口感較為和諧。

圖2 不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.2 Effects of different temperature on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖3 不同溫度發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評分比較Fig.3 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different temperatures

出現這種現象可能原因是，當溫度較低時，酵母代謝生長速率較慢，產酒精能力弱，發(fā)酵糖消耗速度慢，殘?zhí)呛扛?；溫度較高時，酵母細胞快速生長繁殖[21]，大量消耗糖分，產酸過多，口感不協調。所以選擇19 ℃為發(fā)酵的適宜溫度。

2.1.2 初始糖度對冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 由圖4～圖5可以看出，在前3 d，不同初始糖度的發(fā)酵過程相似，速率相近；在4～7 d，發(fā)酵速率差異明顯。初始糖度≥17°Brix時的發(fā)酵速率明顯高于初始糖度為14°Brix 時的發(fā)酵速率。初始糖度在14°Brix～20°Brix范圍內，隨著初始糖含量的增加，酒的感官品質逐漸升高；當初始糖含量超過20°Brix時，成品酒的感官品質又有所下降。

圖4 不同初始糖度對發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.4 Effects of different initial sugar concentrations on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖5 不同初始糖度發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評分比較Fig.5 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different initial sugar concentrations

出現這種現象可能是因為當初始糖度偏低時，酵母細胞在發(fā)酵的中后期產生的酒精少，香氣積累不足且發(fā)酵結束時殘?zhí)呛康?，成品酒的香氣不足，口感偏酸。當初始糖含量偏高時，發(fā)酵液滲透壓增大，抑制了酵母菌生長[22]。因此，選擇20°Brix為最適的初始糖度。

2.1.3 初始pH對冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 如圖6～圖7所示，當初始pH為3.5時，發(fā)酵起始較晚，酒精度和感官評分較低；當初始pH為5時，發(fā)酵起始過早，前期發(fā)酵速率快，但在4 d后，發(fā)酵速率明顯減慢。當pH為4和4.5時，過程平緩，成品酒的酒精度高，殘?zhí)呛康?，但當pH為4時冰糖梨酒香氣不協調，而當pH為4.5時，感官評分較高。

圖6 不同初始pH對發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.6 Effects of different initial pH values on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖7 不同初始pH發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評分比較Fig.7 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different initial pH

出現這種現象可能是因為當pH較低時，酵母生長代謝緩慢，菌群優(yōu)勢不明顯，產酒精能力弱，成品酒殘?zhí)呛扛?。pH過高酵母生長耗糖過快，后期發(fā)酵能力不足，導致感官評分降低。因此，選擇4.5為冰糖紅梨酒的適宜初始pH。

2.1.4 酵母接種量對冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 由圖8～圖9可以看出，當酵母接種量≥0.10%時，發(fā)酵起始時間早，前期發(fā)酵速度快，在第1 d殘?zhí)呛勘憬抵良s13.5%，在第4 d便接近發(fā)酵終點；當酵母接種量在0.06%～0.14%范圍內，隨著酵母接種量的增加，成品酒的感官品質逐漸降低。

圖8 不同酵母接種量對發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.8 Effects of different yeast inoculation amount on the amount of residual sugar and alcohol content during fermentation

圖9 不同酵母接種量發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評分比較Fig.9 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different yeast inoculation amount

出現這種現象可能是因為，酵母接種量過小，酵母無法形成優(yōu)勢菌群，發(fā)酵過程中容易受到雜菌感染致使酒質下降[23]；當酵母接種量過高時，酵母生長繁殖快，酒精發(fā)酵劇烈，有機酸等風味物質生成少使口感變差。當酵母接種量為0.06%時，酒體協調。因此，選擇0.06%為發(fā)酵的適宜接種量。

2.1.5 焦亞硫酸鉀添加量對冰糖紅梨酒發(fā)酵的影響 由圖10～圖11可以看出，焦亞硫酸鉀添加量越多，成品酒的殘?zhí)呛吭降?，酒精度越高。當焦亞硫酸鉀的添加量?40 mg/L時，酒的色澤發(fā)暗，口感偏酸。當焦亞硫酸鉀添加量≥160 mg/L時，成品酒的感官品質逐漸降低。

圖10 不同焦亞硫酸鉀添加量對發(fā)酵過程中殘?zhí)呛亢途凭鹊挠绊慒ig.10 Effects of different amounts of potassium pyrosulfite on residual sugar and alcohol content during fermentation

圖11 不同焦亞硫酸鉀添加量發(fā)酵的冰糖紅梨酒感官評分比較Fig.11 Comparison of sensory scores of red pear wine with candy sugar fermented at different amounts of potassium pyrosulfite

出現這種現象可能是因為焦亞硫酸鉀添加量過低時，反應生成的SO2過少，抑菌效果不明顯，發(fā)酵液易染雜菌，導致酒體偏酸[24]。焦亞硫酸鉀添加量過高，反應生成的SO2過多，抑菌作用強烈，導致發(fā)酵過程中總酸生成不足，影響梨酒風味。因此，選擇160 mg/L為適宜添加量。

2.2 正交試驗結果與分析

根據單因素實驗結果，以綜合評分為指標，以發(fā)酵溫度、初始糖度、初始pH、酵母接種量為因素，進行4因素3水平的正交優(yōu)化試驗，實驗結果見表3，感官評定的因素方差分析見表4。

由表3的極差分析結果可看出，影響冰糖紅梨酒綜合賦分的主次因素順序為A＞B＞D＞C，即發(fā)酵溫度＞初始糖度＞初始pH＞酵母接種量。由表4方差分析結果得出，發(fā)酵溫度、初始糖度、初始pH、酵母接種量對冰糖紅梨酒的綜合賦分影響均極顯著（P＜0.01）。冰糖紅梨酒發(fā)酵的最優(yōu)方案為A2B1C2D3，即發(fā)酵溫度為19 ℃，初始糖度為18°Brix，酵母接種量為0.06%，初始pH為4.8。該條件不在正交試驗的組合中，故進行驗證試驗，在此條件下進行3次重復試驗，制得的冰糖紅梨酒具有典型的紅梨酒風格，各項指標為：酒精度 10.1%vol±0.23%vol，糖度6.17°Brix±0.14°Brix，總酸 4.8±0.13 g/L，感官評分88.9±0.57分，綜合賦分79.1±0.79分，優(yōu)于所有正交試驗組合的結果。

表3 正交試驗結果Table 3 Orthogonal test results

表4 綜合賦分的因素方差分析Table 4 Factor anova of sensory evaluation

2.3 冰糖紅梨酒揮發(fā)性風味分析

冰糖紅梨酒風味物質來源多種多樣，可以是其果實本身的，又有不同釀造階段產生的。圖12為冰糖紅梨酒的揮發(fā)性風味成分GC-MS總離子流色譜圖，其分析結果見表5。經GC-MS分析從冰糖紅梨酒中檢測出揮發(fā)性風味成分36種，主要為醇類、酯類和酸類。其中醇類共8種，占比18.31%；酯類共16種，占比 60.2%；酸類 4種，占比 13.32%；醛類3種，占比3.63%；酮類3種，占比1.75%；酚類2種，占比0.78%。

表5 冰糖紅梨酒揮發(fā)性香氣成分GC-MS分析結果Table 5 GC-MS analysis of volatile aroma components in red pear wine with candy sugar

圖12 冰糖紅梨酒揮發(fā)性香氣成分GC-MS分析總離子流圖Fig.12 GC-MS analysis on current of volatile aroma components in red pear wine with candy sugar

醇類物質主要在糖發(fā)酵和酵母代謝中產生，表現為甜香、花果香，是酒中重要的呈味物質[25-26]。冰糖紅梨酒中檢測到醇類8種，其中苯乙醇含量最高，苯乙醇是由酵母利用糖或由苯丙氨酸代謝產生的高級醇，不僅可以賦予冰糖紅梨酒豐富的風味，還具有抑菌作用[27-28]。

酯類16種，在冰糖紅梨酒的香氣成分中占比最大，是冰糖紅梨酒的主要風味成分[29]。果酒中酯類的合成主要在酵母菌體內進行，生成的產物通過細胞膜進入酒體[27]。其中酯類以辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙基-9-癸烯酸酯為主，可賦予冰糖紅梨酒白蘭地酒香、乳香及水果香味[30-31]。除醇類和酯類外，還有酸類、醛類、酮類和酚類，這些物質的存在也豐富了酒體風味。例如：癸酸具有脂香味、癸醛具有茶葉香、香葉基丙酮具有柑橘香和蕓香草香。

續(xù)表 5

通過與南果梨酒[11]、安梨果酒[12]、香梨發(fā)酵酒[32]類梨酒進行香氣成分對比發(fā)現，辛醇、α-松油醇為冰糖紅梨酒所特有的醇類，分別可賦予冰糖紅梨酒檸檬味和丁香味；乙基-9-癸烯酸酯和肉豆蔻酸乙酯為特有且含量較高的酯類，可賦予冰糖紅梨酒果香、乳香和鶯尾油香；另外，癸酸乙酯和癸酸百分含量也高于同類梨酒，賦予冰糖紅梨酒更多的梨香、酒香和脂香[33]。

3 結論

通過單因素實驗，探討了冰糖紅梨酒發(fā)酵工藝中發(fā)酵溫度、初始糖度、酵母接種量、初始pH、焦亞硫酸鉀添加量對冰糖紅梨酒發(fā)酵過程中主要理化指標及感官品質的影響。通過單因素和正交試驗優(yōu)化，最終確定冰糖紅梨酒的最佳發(fā)酵條件：發(fā)酵溫度為19 ℃，初試糖度為 18°Brix，酵母接種量為 0.06%，初始pH為4.8，焦亞硫酸鉀添加量為160 mg/L，發(fā)酵時間為7 d，所制得的冰糖紅梨酒酒精度為10.1%vol±0.23%vol，糖度 6.17°Brix±0.14°Brix，總酸 4.8±0.13 g/L，感官評分為88.9±0.57分，酒體均勻，口感柔和協調且具有濃郁的梨果香氣。采用GC-MS對冰糖紅梨酒的風味成分進行定性分析，共檢測出36種揮發(fā)性香氣物質，其中酯類相對含量最多。

冰糖紅梨作為日常的飲品，本身具有很高的保健功效，本文研究表明，通過適當的發(fā)酵，冰糖紅梨適合于高品質的特色酒類生產。