張 健,趙慶桃,李靜思,衛(wèi)玉梅,楊 榮,李伍景,南立軍,3*,陳 靜
(1.楚雄師范學(xué)院資源環(huán)境與化學(xué)學(xué)院,云南楚雄 675000;2.昆明理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,云南昆明 650500;3.云南省高校葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心,云南楚雄 675000;4.北部灣大學(xué)食品工程學(xué)院,廣西欽州 535000)
酸木瓜(Chaenomeles sinensi),學(xué)名貼梗木瓜,薔薇科木瓜屬植物,是四川、貴州、云南等地重要的野生資源。在云南也稱(chēng)皺皮木瓜或光皮木瓜,是臨滄市主要的藥食同源經(jīng)濟(jì)作物之一。成熟的酸木瓜色澤金黃,氣味芳香,營(yíng)養(yǎng)豐富[1-2]。利用酸木瓜釀造的酸木瓜酒,在健胃消食、抗癌、保肝等方面都有較好的作用,同時(shí),也增加了酸木瓜的附加值,提高了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值?,F(xiàn)階段,我國(guó)酸木瓜酒業(yè)在發(fā)展中存在酸木瓜釀酒工藝落后、專(zhuān)用釀造設(shè)備缺乏、優(yōu)良專(zhuān)用釀造酵母匱乏、穩(wěn)定性不佳這四大技術(shù)難題,極大地制約了酸木瓜酒業(yè)的發(fā)展。
酸木瓜鮮果具有糖低酸高的特點(diǎn),如果直接發(fā)酵酒精度太低,同時(shí)酸高也會(huì)抑制發(fā)酵,所以在釀造過(guò)程中要進(jìn)行調(diào)糖和降酸。果酒釀造過(guò)程中常用的調(diào)糖方式是添加蔗糖或糖化液。降酸工藝主要有化學(xué)降酸與生物降酸?;瘜W(xué)降酸法是目前果酒釀造中最有效的降酸方法之一,主要是利用堿性鹽類(lèi)與有機(jī)酸反應(yīng)形成有機(jī)酸鈣沉淀,從而有效降低果酒中的有機(jī)酸含量,達(dá)到明顯的降酸效果[4]。目前碳酸鈣作為降酸劑在葡萄酒上的應(yīng)用較為廣泛,在酸木瓜酒上的報(bào)道很少。生物降酸法是利用微生物(酵母菌、乳酸菌)分解果汁或果酒中的有機(jī)酸,從而達(dá)到降酸的目的,微生物降酸不僅使酒的總酸下降,而且能修飾酒的風(fēng)味,改善酒的口感,提高酒的品質(zhì)[5-7]。近年來(lái),有研究者采用活性裂殖酵母或降酸菌對(duì)葡萄汁和檸檬汁進(jìn)行降酸[8]。
目前,果酒釀造中幾乎都是采用添加SO2抑制酸酵母、廣膜酵母、醋酸菌、乳酸桿菌等有害雜菌生長(zhǎng),防止果汁變質(zhì)或產(chǎn)生毒素,這些雜菌的存在會(huì)導(dǎo)致果酒發(fā)酵不能正常進(jìn)行。SO2除了具有殺菌作用外,還有使色素溶出、抗氧化、增酸、澄清等作用。目前國(guó)標(biāo)中規(guī)定果酒中SO2添加量必須少于0.25 g/kg,近年來(lái),研究表明SO2使用過(guò)量不僅影響果酒品質(zhì),而且會(huì)刺激人體消化道黏膜,長(zhǎng)期攝入還會(huì)對(duì)肝臟和腎臟造成損害,破壞酶活力,影響人體新陳代謝[9]。所以本試驗(yàn)使用丙酸鈣、丙酸鈉來(lái)代替SO2。丙酸鈣、丙酸鈉在酸性條件下游離產(chǎn)生的丙酸分子,可穿透霉菌的細(xì)胞壁,抑制細(xì)胞內(nèi)酶的活性,從而阻礙霉菌增殖[10]。
試驗(yàn)優(yōu)化了不同的加糖處理(蔗糖、玉米糖化液)、降酸處理(碳酸鈣、降酸酵母)、抑菌處理(丙酸鈣、丙酸鈉)對(duì)酸木瓜酒的影響,以期促進(jìn)云南省特色農(nóng)產(chǎn)品酸木瓜產(chǎn)業(yè)的展。
1.1.1 原料
酸木瓜,產(chǎn)自云南臨滄。果實(shí)長(zhǎng)橢圓形,長(zhǎng)10~15 cm,暗黃色,木質(zhì),味芳香,果梗短,品質(zhì)良好。玉米粉,品種為‘克玉17’,產(chǎn)地為黑龍江省哈爾濱市。
1.1.2 試劑
釀酒酵母,型號(hào)71 B,上海杰兔工貿(mào)有限公司;降酸酵母,L-Au酵母,煙臺(tái)帝伯仕自釀機(jī)有限公司;自制玉米糖化液;蔗糖(食品級(jí)),云南滇王驛農(nóng)業(yè)科技開(kāi)發(fā)有限公司;果膠酶(酶活50 200 U/g),湖北武漢萬(wàn)榮科技發(fā)展有限公司;6%亞硫酸,山東凱龍化工科技發(fā)展有限公司;氫氧化鈉(分析純,≥96%),云南景銳科技有限公司;斐林試劑(GB/T 5009.7—2016),北京雷根生物技術(shù)有限公司;糖化酶(酶活100 000 U/g),博立生物制品有限公司;淀粉酶(酶活1 000 U/g),邢臺(tái)萬(wàn)達(dá)生物工程有限公司;丙酸鈣(食品級(jí),≥99%),商君專(zhuān)用食品添加劑商城;丙酸鈉(食品級(jí),≥99%),浙江源豐生物科技有限公司;碳酸鈣(食品級(jí),≥99%),湖南比克曼生物科技有限公司。
1.1.3 儀器與設(shè)備
電熱鼓風(fēng)干燥箱,DHG-9070A,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),UV-5500,上海元析儀器有限公司;電熱恒溫水浴鍋,HWS26,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;分析天平,TG328A,上海精科儀器廠。
1.2.1 工藝流程
參照米桂等[11]的發(fā)酵工藝,略作修改。酸木瓜→挑選→清洗→削片→打漿→調(diào)糖、降酸、添加抑菌劑→酒精發(fā)酵→分離→蘋(píng)果酸-乳酸發(fā)酵→澄清→成品。
1.2.2 工藝操作要點(diǎn)
挑選成熟度較好且沒(méi)有病蟲(chóng)害的果實(shí),去除青果和霉?fàn)€果,清洗晾干,用菜刀去掉酸木瓜核,削成薄片。用榨汁機(jī)打漿,入罐,加35 mg/L 果膠酶冷浸漬24 h 后,分離沉淀物,用紗布將其過(guò)濾出清汁。接種0.5 g/L 降酸酵母,在28 ℃條件下降酸1 d,或添加18 g/L 碳酸鈣進(jìn)行化學(xué)降酸處理1 d。加蔗糖或者糖化液。接種300 mg/L 葡萄酒活性干酵母71 B,在18~25 ℃條件下進(jìn)行酒精發(fā)酵。在26~30 ℃下將1 g/100 kg 乳酸菌活化15 min,乳酸菌完全活化后加入酸木瓜酒中攪勻,將瓶口封閉,于18~20℃進(jìn)行蘋(píng)果酸-乳酸發(fā)酵,期間乳酸菌將蘋(píng)果酸轉(zhuǎn)化為乳酸和二氧化碳,瓶蓋隆起,代表蘋(píng)果酸-乳酸發(fā)酵順利進(jìn)行。在8~10 ℃下冷凍澄清12 h,得到成品。
1.2.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果,利用不同的降酸劑和糖化劑,設(shè)計(jì)了四個(gè)方案,見(jiàn)表1。
表1 酸木瓜酒制作工藝方案Table 1 Production process of sour papaya wine
1.2.4 玉米糖化液的制備
參照趙依洋等[12]制備糙米酵素糖化液的方法制備玉米糖化液。
1.2.5 原料的改良
(1)調(diào)糖
采用蔗糖和糖化液調(diào)糖。按目標(biāo)酒度10%vol 進(jìn)行調(diào)糖。采用以下方法計(jì)算蔗糖和糖化液的添加量:蔗糖用量(10%vol×18g/L-96g/L)×1L=84g,糖化液用量(10%vol×18 g/L-96 g/L)÷68%≈123.5 g。制得玉米糖化液還原糖含量679.9 g/L,故其純度為68%。
(2)降酸
化學(xué)降酸:主要采用18 g/L 碳酸鈣降酸。降酸前測(cè)定酸木瓜汁中的可滴定酸含量,按照18 g/L 的碳酸鈣添加量計(jì)算并添加到酸木瓜汁中,充分?jǐn)嚢杈鶆?,倒罐,使之充分反?yīng)。24 h 后再次測(cè)定酸木瓜汁中的可滴定酸含量。
生物降酸:接種0.5 g/L 降酸酵母到另一罐酸木瓜汁中進(jìn)行發(fā)酵降酸。
1.2.6 抑菌劑的篩選
丙酸鈣、丙酸鈉在酸性條件下,游離產(chǎn)生的丙酸分子可穿透霉菌細(xì)胞壁,抑制細(xì)胞內(nèi)酶活性,從而阻礙霉菌增殖[13-14]。在澄清酸木瓜汁中分別按照0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 g/L 的濃度添加丙酸鈣、丙酸鈉,以未添加抑菌劑的澄清酸木瓜汁為空白參照樣。
1.3.1 總糖和還原糖的測(cè)定
參照劉燁等[15]的方法,略作修改。計(jì)算公式見(jiàn)式(1)(2)。
式中,X1為總糖含量,g/L;X2為還原糖含量,g/L;F為斐林液A、B 各5 mL 相當(dāng)于葡萄糖的克數(shù),g;V1為吸取樣品體積,mL;V2為樣品稀釋后或水解定容體積,mL;V3為消耗試樣體積,mL;G為葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)體積,mL;V為消耗葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液體積,mL。
1.3.2 可滴定酸(以檸檬酸計(jì))含量的測(cè)定
參照吳婧婧等[16]的方法,略作修改。取20℃樣品2mL,置于250 mL 三角瓶中,加入中性蒸餾水50 mL,同時(shí)加入2 滴酚酞,立即用NaOH 標(biāo)準(zhǔn)滴定液滴定至終點(diǎn)(淡粉色),并保持30 s 不褪色,記下消耗NaOH 標(biāo)準(zhǔn)滴定液的體積。計(jì)算公式見(jiàn)式(3)。
式中,X為樣品中可滴定酸含量(以檸檬酸計(jì)),g/L;C為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液的濃度,mol/L;V0為空白試樣消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液的體積,mL;V1為樣品滴定時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,mL;V2為吸取樣品體積,mL;70 為與1.00 mL 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)囊钥吮硎镜臋幟仕岬馁|(zhì)量數(shù)值,g/mol。
1.3.3 樣品干浸出物含量的測(cè)定
參照陳維敏[17]的方法,略作修改。量取20 ℃樣品100 mL,倒入200 mL 蒸發(fā)器中,蒸發(fā)至約原體積1/3 取下,冷卻,將殘液用漏斗移入100 mL 密度瓶,用水多次蕩洗蒸發(fā)皿,洗液并入密度瓶中,于20 ℃定容至100 mL。根據(jù)式(4)計(jì)算干浸出物的含量。
式中,X為樣品中干浸出物的含量,g/L;m為密度瓶的質(zhì)量,g;m1為20 ℃時(shí)密度瓶與充滿(mǎn)密度瓶蒸餾水的總質(zhì)量,g;m2為20 ℃時(shí)密度瓶與充滿(mǎn)密度瓶試液的總質(zhì)量,g;1.001 8:20 ℃時(shí)密度瓶體積的修正系數(shù);998.2為20 ℃時(shí)蒸餾水與干燥空氣密度值之差,g/L。
1.3.4 酒精度的測(cè)定
參照王俊等[18]的方法,略作修改。計(jì)算公式見(jiàn)式(5)。
式中,ρ20為試樣餾出液在20 ℃時(shí)密度,g/L;m為密度瓶質(zhì)量,g;m1為20 ℃時(shí)密度瓶與充滿(mǎn)密度瓶蒸餾水的總質(zhì)量,g;m2為20 ℃時(shí)密度瓶與充滿(mǎn)密度瓶試液的總質(zhì)量,g。得出數(shù)值,查密度與酒精度及其干浸出物換算表,得出試樣酒精度。
1.3.5 可溶性固形物含量的測(cè)定
參照馬瑋等[19]的方法,采用折光儀法,略作修改。重復(fù)3 次,取平均值。
1.3.6 比重的測(cè)定
采用比重計(jì)法測(cè)定。將比重計(jì)用蒸餾水洗凈后,放入待測(cè)液中,待比重計(jì)漂浮出液面且穩(wěn)定時(shí)讀數(shù)并記錄。
1.3.7 感官評(píng)價(jià)
選取10 名經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)并具有相應(yīng)品酒師證書(shū)的葡萄酒專(zhuān)業(yè)的學(xué)生組成品嘗小組。感官評(píng)價(jià)分為外觀、香氣、口感和整體,總分100 分,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2(見(jiàn)上頁(yè))。
表2 酸木瓜酒評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Scoring standard of acid papaya wine
使用Excel 2010 統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。
制得的玉米糖化液冷凍之后呈白色固狀,測(cè)得其還原糖含量679.9 g/L。在20.2 ℃下,測(cè)得酸木瓜汁還原糖含量為96.0 g/L,可滴定酸(以檸檬酸計(jì))含量為46 g/L,可溶性固形物含量為7.4%,pH 為2.91,比重為1.032。
1 L 酸木瓜汁中,按目標(biāo)酒度10%vol 進(jìn)行調(diào)糖,由表3 可知,方案一和方案三分別加入蔗糖84 g,方案二和方案四分別加入玉米糖化液123.6 g。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),加糖化液易造成微生物污染,且制備過(guò)程繁瑣,成本花費(fèi)較高,沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果;根據(jù)最終酸木瓜成品酒的感官品評(píng),考慮用蔗糖調(diào)糖。
表3 玉米糖化液與蔗糖添加量Table 3 Adding amount of corn saccharification solution and sucrose
從表4 可知,添加碳酸鈣24 h 后,酸木瓜汁中可滴定酸含量降低33 g/L,相同時(shí)間內(nèi)使用降酸酵母,可使滴定酸含量降低2 g/L,說(shuō)明碳酸鈣降酸效果更好,碳酸鈣與降酸酵母相比,具有快速反應(yīng)、低成本、方便使用的優(yōu)點(diǎn)。碳酸鈣可以減少酸木瓜汁中的酸,快速達(dá)到降酸效果[4],保留酸木瓜的原味。研究發(fā)現(xiàn),使用酵母降酸作用效果不明顯,且易出現(xiàn)微生物污染。因此,最終選擇18 g/L碳酸鈣對(duì)酸木瓜汁進(jìn)行降酸。
表4 不同降酸劑對(duì)木瓜汁降酸的影響Table 4 Effects of different drop acid agent on the deacidification of papaya juice
2.3.1 丙酸鈣的抑菌效果
吸光度值與細(xì)菌濃度是一個(gè)正比例關(guān)系,可使用分光光度法測(cè)定細(xì)菌濃度[20]。由圖1 可知,第1 天,酸木瓜汁中的菌濃度隨丙酸鈣濃度增加變化不大;第2 天,丙酸鈣濃度從0.5 g/L 增加到0.6 g/L 時(shí),菌濃度降低較快,丙酸鈣濃度從0.6 g/L 增加到0.9 g/L,其抑菌效果在增加,但增速緩慢,因此丙酸鈣濃度在0.6 g/L 時(shí),抑菌效果較好;第3 天,丙酸鈣濃度從0.4 g/L 增加到0.6 g/L 時(shí),菌濃度降低較快,丙酸鈣濃度從0.6 g/L 增加到0.9 g/L,抑菌效果也在增加,但增速緩慢,因此丙酸鈣濃度在0.6 g/L時(shí),抑菌效果較好。在同一濃度下,菌濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)而先降后增;相同時(shí)間內(nèi),菌濃度隨抑菌劑濃度的增大而降低。通過(guò)綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn),丙酸鈣濃度在0.6 g/L 時(shí),抑菌效果較好,這與周文等[13]的研究結(jié)果相同。主要原因是在酸性條件下(用酸度計(jì)測(cè)得澄清酸木瓜汁的pH 為2.91),丙酸鈣游離產(chǎn)生的丙酸分子可穿透霉菌細(xì)胞壁,抑制細(xì)胞內(nèi)酶活性,從而阻礙霉菌增殖,且對(duì)革蘭氏陰性桿菌或好氧芽孢桿菌有較強(qiáng)抑制作用[21]。
2.3.2 丙酸鈉的抑菌效果
由圖2 可知,在第1 天時(shí),酸木瓜汁菌濃度隨丙酸鈉濃度變化不大。第2 天時(shí),丙酸鈉濃度從0.4 g/L 增加到0.6 g/L 時(shí),菌濃度降低較快,丙酸鈉濃度從0.6 g/L 增加到0.9 g/L,抑菌效果也在增加,但增速緩慢,因此,丙酸鈣濃度在0.6 g/L 時(shí),抑菌效果較好;第3 天時(shí),丙酸鈉濃度從0.5 g/L 增加到0.6 g/L 時(shí),菌濃度降低較快,從0.6 g/L增加到0.9 g/L 時(shí),降速較緩慢,因此,丙酸鈣濃度在0.6 g/L 時(shí),抑菌效果較好。相同時(shí)間內(nèi),菌濃度隨抑菌劑濃度的增大而降低。通過(guò)綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn),丙酸鈣濃度在0.6 g/L 時(shí),抑菌效果較好,其作用機(jī)理與丙酸鈣相似。
2.3.3 丙酸鈉與丙酸鈣的抑菌效果對(duì)比
由圖3 可知,0.6 g/L 丙酸鈉與0.6 g/L 丙酸鈣對(duì)酸木瓜汁的抑菌效果都隨時(shí)間變化,0.6 g/L 丙酸鈣菌濃度先降后增,抑菌效果不持久,而0.6 g/L 丙酸鈉抑菌效果明顯且持久。因此,選擇0.6 g/L 丙酸鈉作為酸木瓜汁的抑菌劑。
分別對(duì)比了0.6 g/L 丙酸鈣和0.6 g/L 丙酸鈉兩種抑菌劑對(duì)酸木瓜汁在3 d 內(nèi)的抑菌效果,結(jié)果表明,0.6 g/L丙酸鈉具有良好抑菌效果。此用量明顯低于GB 2760—2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)丙酸鹽添加量的要求。綜合考慮,選擇0.6 g/L 丙酸鈉作為酸木瓜汁的抑菌劑。
2.4.1 發(fā)酵過(guò)程中指標(biāo)監(jiān)測(cè)
由表5(見(jiàn)上頁(yè))可知,酸木瓜汁由于酸高糖低,對(duì)酵母菌活動(dòng)造成一定影響,發(fā)酵速度較慢,比重下降較慢,且通過(guò)對(duì)比加糖化液發(fā)酵和加蔗糖發(fā)酵的酸木瓜汁,加糖化液的酸木瓜汁發(fā)酵結(jié)束較快。接種降酸酵母進(jìn)行發(fā)酵的酸木瓜汁,酸度降低較慢,發(fā)酵速度也較慢。
表5 發(fā)酵期間酸木瓜原料比重、溫度及pH 變化Table 5 Changes of raw material proportion,temperature and pH of acid papaya during fermentation
結(jié)合感官分析可知,用酵母降酸的酸木瓜汁風(fēng)味更為復(fù)雜,而采用碳酸鈣化學(xué)降酸的降酸效果更好,可以考慮采用化學(xué)降酸與生物降酸相結(jié)合的方式,先進(jìn)行化學(xué)降酸,然后接種降酸酵母進(jìn)行生物降酸。
2.4.2 感官及理化指標(biāo)分析
不同方案酸木瓜酒感官品評(píng)結(jié)果如表6 所示。由表知,方案一所得酸木瓜酒顏色為金黃色、澄清度較好、略帶蜂蜜味、香氣復(fù)雜度較單一;方案二所得酸木瓜酒澄清度較好,色澤較方案一的淺,有一種木瓜的清香,蜂蜜味不明顯;方案三和方案四所得酸木瓜酒均帶有木瓜的清香,但澄清度不好??芍?,采用碳酸鈣降酸的酸木瓜酒澄清度較好,而采用降酸酵母降酸的酸木瓜酒澄清度較差。加蔗糖發(fā)酵的酒蜂蜜味更濃,加糖化液發(fā)酵的酒蜂蜜味不明顯。根據(jù)感官品評(píng)(表6),方案一釀造的酸木瓜酒品質(zhì)較好且蜂蜜味更濃郁。
表6 不同方案酸木瓜酒感官品評(píng)Table 6 Sensory evaluation of sour papaya wine with different schemes
基于以上分析,本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了方案一的理化指標(biāo),如表7。如表7 所示,酸木瓜酒總糖偏高,酒度偏低,發(fā)酵不夠徹底,由于酸木瓜汁酸度過(guò)高,抑制了酵母菌的活性,導(dǎo)致發(fā)酵提前結(jié)束。成品酒屬于半甜型酒,因此酸木瓜更適于釀造甜型、半甜型酒或者其他配制酒。
表7 方案一酸木瓜酒理化指標(biāo)Table 7 Physical and chemical indexes of scheme 1 acid papaya wine
本文通過(guò)研究不同的降酸劑、調(diào)糖劑、抑菌劑對(duì)酸木瓜酒的影響,發(fā)現(xiàn)采用18 g/L 碳酸鈣對(duì)酸木瓜汁進(jìn)行降酸,相比于接種降酸酵母降酸,澄清度更好,降酸效率更高,成本更低,能更好的保留酸木瓜的原味,是最佳降酸劑;加蔗糖發(fā)酵的酸木瓜酒蜂蜜味更濃郁。對(duì)于酒中的蜂蜜味,初步推斷來(lái)源于酸木瓜原料,在發(fā)酵中由酒泥產(chǎn)生,經(jīng)過(guò)浸泡進(jìn)入到酒體中從而使酒帶有蜂蜜味,并且蜂蜜味的形成與酸木瓜的成熟度有著密切關(guān)聯(lián),成熟度越高,發(fā)酵后形成的蜂蜜味越濃郁,成熟度過(guò)低,則酒中不會(huì)出現(xiàn)蜂蜜味或者延遲出現(xiàn),并且酒泥中的蜂蜜味遠(yuǎn)比酒中的蜂蜜味更濃郁。而加糖化液發(fā)酵的酸木瓜酒易被微生物污染,且制備糖化液的過(guò)程也比較繁瑣,因此,對(duì)酸木瓜酒采取加蔗糖的方式調(diào)糖;與丙酸鈣相比,丙酸鈉的抑菌效果更好,且0.6 g/L 丙酸鈉抑菌效果最佳。因此,在酸木瓜酒的釀造過(guò)程中,選用18 g/L 碳酸鈣對(duì)酸木瓜汁進(jìn)行化學(xué)降酸,用0.6 g/L 丙酸鈉作為抑菌劑,并添加蔗糖進(jìn)行發(fā)酵的酸木瓜酒蜂蜜味更濃郁、澄清度更好、品質(zhì)更優(yōu)。