柿子果酒發(fā)酵工藝優(yōu)化及其香氣成分的GC-MS分析

李丹青，馬愷陽，胡新中，成超超

(1.商洛學(xué)院，陜西商洛 726000; 2.陜西師范大學(xué) 食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安 710119)

中國柿子品種很多，總產(chǎn)量每年超過170萬t[1]。柿子含有豐富的營養(yǎng)成分，功能性成分含量也很高[2-3]，長期食用具有很好的食療和保健功效。隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，食用鮮柿及柿子加工產(chǎn)品的需求增加，柿子的深加工成為近幾年食品研發(fā)的熱點(diǎn)[4-7]。柿子含糖量高，用柿子釀酒是柿子精深加工的重要途徑[8-9]，在柿子酒發(fā)酵工藝及成分的分析研究方面，文獻(xiàn)報(bào)道較多，涉及酵母菌選擇[10]、工藝優(yōu)化[11]及酒的澄清[12]等諸多方面。由于柿子在儲(chǔ)藏或運(yùn)輸過程中容易軟化，作為食品原料，不能長期存放，加之鞣質(zhì)含量高，柿子酒產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，褐變問題沒有從根本上得到解決，嚴(yán)重影響柿子在釀酒方面的開發(fā)利用。本研究通過對(duì)柿子脫澀處理[13]，確定柿子果酒發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)，通過通氣陳釀技術(shù)，對(duì)鞣質(zhì)成分進(jìn)行充分的氧化、絮凝沉淀，解決成品柿子酒的褐變問題，并對(duì)成品柿子酒通過氣相色譜質(zhì)譜分析[14-15](GC-MS)，鑒定出柿子果酒的香氣成分。研究結(jié)論對(duì)柿子果酒的發(fā)酵研究，具有一定的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材 料 新鮮尖柿果(購于商洛市場(chǎng))、白砂糖(食品級(jí))、果膠酶(麥克林30 000 u/g)、檸檬酸(食品級(jí))、安琪葡萄酒酵母。

1.1.2 主要儀器 QP2020型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(成都島津儀器設(shè)備有限公司)；HHS型生化培養(yǎng)箱(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司)；WYT-4型手持糖度計(jì)(上海精密儀器儀表有限公司)；ESPA硅藻土過濾器(西安創(chuàng)恒環(huán)境科技有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 工藝流程 柿子清洗→脫澀→除柄破 碎→加果膠酶酶解→成分調(diào)整→發(fā)酵→粗濾→通氣陳釀→精濾、滅菌→成品

1.2.2 操作要點(diǎn) 選成熟新鮮尖柿子，置于 0.05%高錳酸鉀溶液中浸泡消毒5 min，然后用清水沖洗、瀝干水分后浸泡在1 g/kg乙烯利溶液中5 min取出，于室溫下放置5 d，柿果即可脫澀并軟化[16]；脫澀后的柿果，除去果柄，加入柿果質(zhì)量20%的純水，破碎打漿后，加入柿果漿汁質(zhì)量 0.05%的果膠酶充分?jǐn)嚢杈鶆?，保?0 ℃ 處理1.5 h；用適量檸檬酸調(diào)整柿子果漿pH約 4.0，添加蔗糖調(diào)整初始含糖量；將柿子果漿裝入8 L發(fā)酵罐中，加入安琪葡萄酒果酒酵母在恒溫下密封發(fā)酵約15 d；發(fā)酵結(jié)束后，用兩層紗布低溫過濾，濾液在15 ℃ 以下靜置貯存約45 d完成陳釀；期間，每10 d通氣1次，每次10 min，使鞣質(zhì)充分氧化、絮凝沉淀；陳釀結(jié)束后，硅藻土過濾器過濾，120 ℃ 滅菌30 min，冷卻、無菌灌裝即為成品。

1.2.3 柿子果酒發(fā)酵單因素試驗(yàn) 取柿子果漿5 000 g 4份，分別設(shè)置蔗糖添加量為5%、10%、15%、20%、25%，安琪葡萄酒酵母添加量為0.3 g/kg、0.6 g/kg、0.9 g/kg、1.2 g/kg、1.5 g/kg，發(fā)酵溫度為20 ℃、23 ℃、26 ℃、29 ℃、32 ℃，發(fā)酵時(shí)間為8 d、10 d、12 d、14 d、16 d 5個(gè)水平，按“1.2.2”的操作要點(diǎn)，進(jìn)行20組試驗(yàn)，對(duì)成品進(jìn)行感官評(píng)定，確定柿子果酒發(fā)酵適宜的單因素水平。

1.2.4 柿子果酒發(fā)酵正交試驗(yàn) 通過單因素試驗(yàn)，對(duì)蔗糖添加量、酵母添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)，確定柿子果酒發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)。

1.2.5 柿子果酒感官評(píng)價(jià) 選取5名具有果酒品鑒經(jīng)驗(yàn)的食品專業(yè)教師和10名學(xué)生組成品評(píng)小組，分別從外觀、香氣、滋味及典型性方面進(jìn)行感官評(píng)分[17-19]，感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard

1.2.6 柿子果酒香氣成分的GC-MS分析 采用島津QP 2020氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，參照劉曉艷等[20]、凌育趙等[21]的方法進(jìn)行檢測(cè)，利用隨機(jī)NIST(National Institute of Standards and Technology)譜庫進(jìn)行各成分譜庫檢索，分析各成分的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 蔗糖添加量對(duì)柿子果酒感官品質(zhì)的影響 如圖1所示，柿子果酒的酒精度主要是由糖類經(jīng)過酵母菌發(fā)酵而生成，蔗糖添加量影響柿子果酒的酒精度，從而影響其感官品質(zhì)。隨著蔗糖添加量的增加，感官評(píng)分先增加后減小，當(dāng)蔗糖添加量為20% 時(shí)，柿子果酒綜合感官評(píng)分最高。蔗糖添加量高于20% 時(shí)，酵母菌生長繁殖受到抑制，成品果酒酒度偏低，風(fēng)味不良。

圖1 不同蔗糖添加量下柿子果酒的感官評(píng)分Fig.1 Sensory quality of persimmon fruit wine under sucrose addition ratio

2.1.2 酵母添加量對(duì)柿子果酒感官品質(zhì)的影響 如圖2所示，酵母添加量為0.6 g/kg時(shí)，柿子果酒的感官評(píng)分最高。酵母添加量增加會(huì)使發(fā)酵時(shí)間縮短，發(fā)酵溫度容易偏高，不易控制，導(dǎo)致產(chǎn)酸量增大，影響果酒的滋味；如果酵母添加量小，雜菌容易滋生繁殖，使發(fā)酵產(chǎn)生不良?xì)馕?，果香也不夠濃郁，最終影響果酒的感官評(píng)分。

圖2 不同酵母添加量下柿子果酒的感官評(píng)分Fig.2 Sensory quality of persimmon fruit wine under different yeast addition ratio

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)柿子果酒感官品質(zhì)的影響 如圖3所示，當(dāng)發(fā)酵溫度在26 ℃ 時(shí)，柿子果酒呈柿黃色，口感柔順，感官評(píng)分最高。在23 ℃ 以下時(shí)，低溫會(huì)抑制釀酒酵母的生長繁殖，發(fā)酵時(shí)間延長，雜菌容易滋生，影響產(chǎn)品風(fēng)味；高于26 ℃ 時(shí)，果酒顏色加深，典型性稍有降低，因此，發(fā)酵溫度26 ℃ 較為合適。

圖3 不同發(fā)酵溫度下柿子果酒的感官評(píng)分Fig.3 Sensory quality of persimmon juice wine udner different fermentation temperature

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)柿子果酒感官品質(zhì)的影響 如圖4所示，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間少于12 d，發(fā)酵不完全，成品酒度不足、酒味偏淡且香味不明顯，發(fā)酵14 d 時(shí)，酸味及其他雜味稍有增加，影響產(chǎn)品風(fēng)味。根據(jù)試驗(yàn)觀察，在發(fā)酵時(shí)間為14 d時(shí)感官評(píng)分最高。因此，發(fā)酵時(shí)間為14 d左右較為合適。

圖4 不同發(fā)酵時(shí)間下柿子果酒的感官評(píng)分Fig.4 Sensory quality of persimmon juice wine under different fermentation time

2.2 柿子果酒發(fā)酵工藝正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)論，通過 L9(34)正交試驗(yàn)確定最優(yōu)參數(shù)，結(jié)果見表2，方差分析見表3。

根據(jù)表2和表3，柿子果酒發(fā)酵最佳工藝組合為A2B3C3D3，即蔗糖添加量為20%，酵母的添加量為1.2 g/kg，發(fā)酵溫度29 ℃，發(fā)酵時(shí)間 16 d時(shí)，釀制出的柿子果酒品質(zhì)最好。對(duì)柿子果酒感官品質(zhì)的影響順序?yàn)锳>B>D>C，在最佳參數(shù)條件下，進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，感官分值為94分，RSD=2.35%，結(jié)果表明經(jīng)優(yōu)化后制備得到的柿子果酒成品質(zhì)量優(yōu)良，穩(wěn)定性好，優(yōu)化之后的工藝穩(wěn)定可靠，可以保證成品果酒的品質(zhì)。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of the orthogonal test

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

2.3 柿子果酒香氣成分的GC-MS分析

從柿子果酒香氣成分總離子流色譜圖共分離出129個(gè)峰，最終鑒定出58種香氣成分(表4)，其含量占柿子果酒總揮發(fā)性成分的72.38%。包括醇類化合物 21種(占51.82%)、酯類化合物15種(占14.11%)、酸類化合物8種(占 2.96%)、其他化合物14種(占3.49%)。柿子果酒香氣成分復(fù)雜多樣，以醇類化合物占比最高，其次是酯類化合物，酸類和酚類化合物占比較少，烷烴類和醛酮類占比最少。

表4 柿子果酒香氣成分GC-MS的分析結(jié)果Table 4 Analysis results of aroma components of persimmon fruit wine by GC-MS

(續(xù)表4 Continued table 4)

醇類化合物是柿子果酒香氣中最主要的成分，相對(duì)含量最高的醇類化合物是3-甲基-1-丁醇，具有蘋果白蘭地的香氣和辛辣味，其次是苯乙醇，苯乙醇香味柔和持久，具有新鮮水果的清香和玫瑰鮮花的芳香[22]，因柿子果酒中苯乙醇含量較高，相對(duì)含量占12.49%，且香味突出，苯乙醇的香氣特征是該柿子果酒的主要香氣特征；酯類化合物以乙酸乙酯為主，相對(duì)含量占11.21%，終產(chǎn)品中酯類化合物的含量決定于發(fā)酵條件，特別是發(fā)酵基質(zhì)的含糖量[23]，乙酸乙酯是對(duì)果酒總體香氣貢獻(xiàn)最大的化合物，使得柿子果酒果香濃郁，花香明顯，具有類似于醚的香氣，也似含有菠蘿的果香[24]，因此，其對(duì)柿子果酒總體香氣產(chǎn)生較大的增進(jìn)作用；酸類化合物主要有辛酸、2,2,3,3-四甲基丁二酸等，酸類化合物的存在，對(duì)調(diào)節(jié)柿子果酒清涼的感官品質(zhì)、維持柿子果酒濃郁的酯香等方面具有重要作用。

3 討 論

3.1 柿子果酒的發(fā)酵

柿子酒的發(fā)酵，根據(jù)文獻(xiàn)有兩種發(fā)酵方式，固態(tài)法和液態(tài)法[10-11,17]，固態(tài)法是柿果漿汁直接發(fā)酵，而液態(tài)法是通過榨汁對(duì)汁液進(jìn)行發(fā)酵，相比固態(tài)法，液態(tài)法由于有棄渣處理，會(huì)導(dǎo)致柿果營養(yǎng)成分損失，且前期還需要酶解工序，工藝復(fù)雜，而固態(tài)法發(fā)酵容積較大，雜菌容易滋生。本試驗(yàn)采用固態(tài)法，通過增加安琪葡萄酒酵母添加量[12,17，25]，提高發(fā)酵溫度，使葡萄酒酵母達(dá)到量的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)，通過增加蔗糖添加量，提高發(fā)酵介質(zhì)滲透壓來抑制雜菌生長，實(shí)踐中取得了很好的效果。該工藝最終所釀柿子酒顏色橙黃色，香氣純正，具有柿果典型的風(fēng)味。當(dāng)然不同的發(fā)酵工藝，由于使用酵母的種類不同[26-27]，不同人群的飲酒嗜好不同，蔗糖的添加量以及發(fā)酵溫度與時(shí)間不同，要想獲得好的發(fā)酵效果，必須通過試驗(yàn)確定，否則，有可能使發(fā)酵失敗。

3.2 柿子酒的褐變

柿子酒因鞣質(zhì)含量高，在加工或儲(chǔ)存過程中，容易氧化褐變，使產(chǎn)品渾濁，對(duì)柿子酒感官品質(zhì)造成不利影響。目前，防止渾濁褐變的方法主要有兩種：一是加入澄清劑，如殼聚糖、聚乙烯吡咯烷酮、皂土等，使果膠、單寧、蛋白質(zhì)等物質(zhì)絮凝沉淀[10,17]；二是加入保護(hù)劑，如抗壞血酸、草酸等，抗壞血酸起還原劑作用，草酸能夠抑制氧化酶的活性[11]，從而達(dá)到產(chǎn)品護(hù)色的目的。澄清劑與保護(hù)劑的使用效果與濃度有關(guān)，澄清劑量小達(dá)不到澄清效果，量大則容易引起二次渾濁，保護(hù)劑量大則容易引起果酒風(fēng)味變化，澄清劑與保護(hù)劑的使用都會(huì)增加產(chǎn)品成本，且操作難度較高。本試驗(yàn)采用通氣陳釀工藝，使果膠、單寧、多酚類等易引起柿子果酒渾濁褐變的物質(zhì)加速氧化褐變、絮凝沉淀，通過精濾操作，再結(jié)合使用少量保護(hù)劑，將會(huì)極大降低柿子果酒在后期儲(chǔ)存過程中渾濁褐變的風(fēng)險(xiǎn)，且操作簡單，也降低了產(chǎn)品成本。

3.3 柿子酒的香氣成分

香氣物質(zhì)是構(gòu)成果酒感官品質(zhì)和典型性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。不同的果酒，香氣物質(zhì)的種類、相對(duì)含量不同[28,21,24]，相同的果酒由于原料品種不同，發(fā)酵工藝有差異，香氣物質(zhì)也不盡相同[7,20]。本試驗(yàn)所得柿子果酒香氣成分以醇類、酯類、酸類為主，醇類化合物中苯乙醇，酯類化合物中乙酸乙酯，酸類化合物中辛酸相對(duì)含量都較高，這與已有的報(bào)道相吻合[21,24]。所檢香氣成分中，3-甲基-1-丁醇相對(duì)含量最高為27.68%，該物質(zhì)有蘋果白蘭地的香氣和辛辣味，其次為苯乙醇，相對(duì)含量為12.49%，再次為乙酸乙酯，相對(duì)含量為11.21%。由于柿子果酒香氣成分復(fù)雜，本試驗(yàn)采用高糖、高溫、高酵母，密封發(fā)酵、低溫過濾、低溫陳釀，共檢出香氣成分58種，香氣物質(zhì)豐富，酒香濃郁，一定程度說明發(fā)酵工藝的優(yōu)化較為成功，但所檢大多數(shù)物質(zhì)的香氣特征還不明確。因此，采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，增加香氣物質(zhì)的含量并確定香味特征是今后果酒研發(fā)的方向。

4 結(jié) 論

柿子果酒發(fā)酵工藝的最佳參數(shù)組合為：蔗糖添加量為20%，酵母添加量為1.2 g/kg，發(fā)酵時(shí)間為16 d，發(fā)酵溫度為29 ℃。適當(dāng)增加蔗糖添加量和酵母使用量，提高發(fā)酵溫度，對(duì)提高柿子果酒品質(zhì)有促進(jìn)作用；通氣陳釀可提高柿子果酒外觀品質(zhì)，成品柿子果酒外觀呈橙黃色，酒液透明無沉淀物，色澤穩(wěn)定，光澤度好，果香濃郁，酒香與果香柔和協(xié)調(diào)，酸甜爽口，醇厚無異味。

柿子果酒共鑒定出58種香氣成分，其含量占柿子果酒總香氣成分的72.38%。包括醇類化合物 21種，占51.82%；酯類化合物15種，占 14.11%；酸類化合物8種，占2.96%；其他化合物14種(占3.49%)。此工藝下，成品柿子果酒香氣物質(zhì)含量高，主要成分中的醇類和酯類化合物，與相對(duì)含量較少的酸類、酚類、醛酮類以及烷烴類共同形成柿子果酒復(fù)合的香氣成分。