朱云婷,米生喜,蔡勇建,趙謀明,鄧欣倫,趙強忠
(1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510640)(2.廣東省亞熱水果深加工工程(中試)研發(fā)中心,廣東廣州 511458)(3.廣州市穩(wěn)邦生物科技有限公司,廣東廣州 511458)
荔枝是我國南方特有的水果,其果肉柔嫩,風(fēng)味獨特,營養(yǎng)價值高,但由于其季節(jié)性強、易腐爛、不耐貯藏,將其進行深加工具有重要的意義[1]。荔枝汁釀造的荔枝酒具有獨特怡人的香味,深受消費者喜愛。荔枝汁的天然糖度一般在140~165 g/L,釀酒酒精度在8%左右,低于市售荔枝酒的酒精度(9.5%~16%)[2],為了提高酒精度,目前工業(yè)化生產(chǎn)最常用的方式是在發(fā)酵繆中添加糖至220~300 g/L[3],成本低廉,但此法生產(chǎn)的荔枝酒口味淡薄。另外,荔枝汁的總酸含量偏低,易受產(chǎn)酸菌污染,對發(fā)酵環(huán)境的潔凈度有較嚴格的要求,所需的發(fā)酵溫度較低(10~15 ℃)[4],通過添加酸雖能有效地抑制揮發(fā)酸的生成,但不利于提高產(chǎn)品品質(zhì)及檔次。通過冷凍濃縮技術(shù),全程低溫、無汽-液界面,可最大化的保護產(chǎn)品原有的風(fēng)味特性,能有效地解決果汁固形物含量偏低、原酒酒精度及風(fēng)味不足的問題。
目前冷凍濃縮技術(shù)在果酒行業(yè)中的應(yīng)用多數(shù)是對果汁進行冷凍濃縮再發(fā)酵,取代外源糖來提高固形物[5~7],使產(chǎn)品的感官品質(zhì)得到顯著提高;少數(shù)是對發(fā)酵后的酒進行冷凍濃縮[8,9],適當?shù)靥岣呔凭燃帮L(fēng)味。曾新安等[3]將糖度為 250 g/L冷凍濃縮荔枝汁進行超低溫長時間的發(fā)酵,得到酒精度為 12.0%±1%、殘?zhí)菫?.2 g/L、總酸為6.5 g/L、揮發(fā)酸為0.65 g/L、果香濃郁、酒體協(xié)調(diào)的高品質(zhì)荔枝酒。Petzold G等[9]通過對赤霞珠紅酒進行冷凍濃縮,發(fā)現(xiàn)相比起原酒,濃縮酒的酒精度、酸度和總酚含量均顯著地提高。鮮有文章對發(fā)酵-冷凍濃縮、冷凍濃縮-發(fā)酵這兩種工藝生產(chǎn)的果酒品質(zhì)進行對比分析。不同工藝生產(chǎn)的荔枝酒品質(zhì)存在差異,這主要由有機酸、單寧、氨基酸和揮發(fā)性物質(zhì)等成分之間的相互作用決定。
本研究采用直接發(fā)酵工藝生產(chǎn)發(fā)酵荔枝酒,聯(lián)合發(fā)酵及冷凍濃縮工藝生產(chǎn)發(fā)酵-濃縮荔枝酒和濃縮-發(fā)酵荔枝酒,對比不同工藝所得產(chǎn)品的基本理化指標、游離氨基酸和揮發(fā)性物質(zhì),以期為冷凍濃縮技術(shù)提高荔枝酒品質(zhì)提供參考價值。
荔枝(產(chǎn)地:廣西桂平市麻垌鎮(zhèn);品種:禾荔);活性干酵母DV10,LALLEMAND;氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、次甲基藍、單寧酸、福林酚、5-磺基水楊酸等均為分析純,廣州市叢源儀器有限公司。
冷凍濃縮設(shè)備,由廣東省亞熱水果深加工工程(中試)研發(fā)中心自行研制;A300全自動氨基酸分析儀,德國曼默博爾公司;1310-ISQ II氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、TR-5ms彈性石英毛細管色譜柱,美國Thermo公司;75 μm CAR/PDMS固相微萃取頭,美國Supelco公司。
1.3.1 荔枝酒生產(chǎn)工藝
以新鮮荔枝去皮去核、機械壓榨得到的荔枝汁(總糖為144 g/L、總酸(以酒石酸計)為3.2 g/L)生產(chǎn)荔枝酒,根據(jù)發(fā)酵和冷凍濃縮的不同生產(chǎn)工藝,制備出發(fā)酵荔枝酒、發(fā)酵-濃縮荔枝酒以及濃縮-發(fā)酵荔枝酒,具體生產(chǎn)工藝流程見圖1。
圖1 荔枝酒的生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 The flow chart of the production of Litchi wine
其中:(1)發(fā)酵工藝為:取0.3 g/kg活性干酵母DV10[4]經(jīng)活化后與果汁混合,按每1 L果汁添加1 mL 6%亞硫酸溶液計,使SO2的濃度達60 mg/L,在15 ℃[4]潔凈環(huán)境下發(fā)酵,發(fā)酵期間每日測定糖度變化,待糖度不再顯著下降時即發(fā)酵結(jié)束(其中發(fā)酵荔枝酒、濃縮-發(fā)酵荔枝酒的發(fā)酵時間分別為6、11 d),加硅藻土澄清分離,冷藏。(2)冷凍濃縮工藝:冷媒溫度-20 ℃,冷凍時間控制結(jié)晶率在50%左右,經(jīng)2次結(jié)晶-壓濾分離操作,使?jié)饪s荔枝汁的總糖為280 g/L、總酸為6.1 g/L;使發(fā)酵-濃縮荔枝酒的酒精體積分數(shù)較發(fā)酵荔枝酒提高1倍左右。
1.3.2 基本理化指標測定
酒精、總糖、總酸、pH值、揮發(fā)酸和干浸出物的測定:參照GBT 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》;單寧含量的測定:采用Folin-ciocalteus法[2]。
1.3.3 風(fēng)味物質(zhì)的測定1
.3.3.1 游離氨基酸的測定
根據(jù)莊明珠[10]的方法進行游離氨基酸的測定并做恰當?shù)男薷摹?/p>
(1)游離氨基酸測試液的制備
取4 mL荔枝酒加入1 mL 15 g/100 mL的5-磺基水楊酸,振蕩混勻,4 ℃靜置60 min;用高速離心機進行離心(12000 r/min,4 ℃,15 min),上清液經(jīng)0.22 μm 的水溶性濾膜過濾后即得游離氨基酸測試液,取氨基酸測試液上機進行測試。
(2)游離氨基酸測定:氨基酸自動分析儀
外標法進行組分的定量,進樣量為20 μL,濃度單位以mg/L表示。
測試條件:分離柱溫度保持在 60 ℃;反應(yīng)器溫度:115 ℃;流動相流速:160 μL/min;茚三酮溶液流速:80 μL/min;雙通道紫外檢測波長,分別為440 nm和570 nm;進樣量20 μL;分析柱:membraPureT259鈉離子交換柱。
1.3.3.2 揮發(fā)性物質(zhì)的測定
根據(jù)趙謀明等[11]的方法進行揮發(fā)性物質(zhì)的測定并做恰當?shù)男薷摹H? mL荔枝酒和1.4 g NaCl于20 mL頂空瓶中,采用75 μm CAR/PDMS固相微萃取頭[12],待測。測試條件:樣品通過TR-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)彈性石英毛細管色譜柱進行分離;載氣為高純度氦氣(1.0 ml/min);分流比為10:1;升溫程序:起始溫度40 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升至120 ℃,保持2 min,再以7 ℃/min升至220 ℃,保持5 min;質(zhì)譜條件:電子轟擊電離(EI)離子源,電子能量70 eV,電子倍增管電壓350 V,離子掃描范圍33~350m/z,掃描速度 3.0 scans/s,離子源溫度 250 ℃,傳輸線溫度250 ℃。
1.3.3.3 揮發(fā)性物質(zhì)的鑒定和定量
參照趙謀明等[11]對揮發(fā)性化合物的定性與定量:氣相色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)使用Xcalibur軟件(版本2.0)分析處理,化合物的鑒定根據(jù)Wiley和NIST08數(shù)據(jù)庫檢索(正、反匹配度均大于 750)確定初步結(jié)果,隨后通過NIST MS Search 2.0軟件中內(nèi)置譜庫和“NIST Chemistry Web Book”在線譜庫中文獻所報道的標準物質(zhì)科瓦茨保留指數(shù)(Retention Index,RI)與實驗計算得到的RI值進行對比,完成化合物的定性分析(計算值與文獻報道值正負偏差小于20)。RI值通過正構(gòu)烷烴(C6~C33)計算得到,以公式(1)計算。
式中:t(a)為待測組分a的保留時間;n和n+1分別為待測組分a流出前后正構(gòu)烷烴碳原子數(shù),t(n)和t(n+1)分別為具有n和n+1個碳原子的正構(gòu)烷烴的保留時間。
化合物相對峰面積通過峰面積歸一化法計算。
1.3.4 感官評定
參照秦獻泉等[1]的模糊綜合評判法,其中評價項目由5個因素構(gòu)成:顏色、光澤、香氣、口味和風(fēng)格,各因素的權(quán)重分別為0.05、0.05、0.30、0.40和0.20;各因素的評價有5個等級:很好、較好、一般、較差和差,各等級分別設(shè)定為:100分、85分、70分、60分和40分;邀請5名多年從事果酒行業(yè)的品酒人員對荔枝酒進行感官評定,評分標準如表1所示。
表1 荔枝酒的感官評價表[1]Table 1 The sensory evaluation table of Litchi wine
1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析
基本理化指標實驗平行測定3次,采用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,采用ANOVA進行差異顯著性分析,采用excel作荔枝酒的感官評價結(jié)果圖。
荔枝酒的基本理化指標如表2所示,結(jié)合果酒的生產(chǎn)工藝可知,荔枝汁直接發(fā)酵可生產(chǎn)得到酒精度為8.48%的發(fā)酵荔枝酒,發(fā)酵荔枝酒進一步冷凍濃縮可得到酒精度為 16.10%的發(fā)酵-濃縮荔枝酒;荔枝汁先冷凍濃縮后發(fā)酵可生產(chǎn)濃縮-發(fā)酵荔枝酒,其酒精度為16.47%。3種荔枝酒的糖分均小于4.00 g/L,說明三種荔枝酒均屬于干型酒[13],且均發(fā)酵較完全。發(fā)酵荔枝酒和濃縮-發(fā)酵荔枝酒的總酸含量在4.00~8.00 g/L范圍內(nèi),均符合QB/T4262-2011[13];發(fā)酵-濃縮荔枝酒總酸為9.57 g/L,已超出QB/T4262-2011規(guī)定的范圍。發(fā)酵荔枝酒與發(fā)酵-濃縮荔枝酒的pH相近,說明發(fā)酵-濃縮荔枝酒中增加的酸類物質(zhì)大多為未電離的弱酸,這與孫卉卉[14]等對葡萄汁冷凍濃縮前后的結(jié)果一致。3種荔枝酒揮發(fā)酸值均低于標準值1.20 g/L,其中濃縮-發(fā)酵荔枝酒的揮發(fā)酸高于其它兩種荔枝酒,這可能是濃縮荔枝汁的高糖度形成高滲透壓的環(huán)境,影響酵母菌的代謝,使產(chǎn)酸菌更有機會活動[15]。單寧與唾液蛋白質(zhì)締合產(chǎn)生的澀味也是一種適宜的風(fēng)味,具有抗氧化性。單寧含量大小依次為:濃縮-發(fā)酵荔枝酒≈發(fā)酵-濃縮荔枝酒>發(fā)酵荔枝酒。發(fā)酵-濃縮荔枝酒的干浸出物含量約為發(fā)酵荔枝酒的2倍,說明經(jīng)過冷凍濃縮可以很好地保留原有的物質(zhì)。
表2 荔枝酒的基本理化指標Table 2 The basic physicochemical indexes of Litchi wine
游離氨基酸本身具有呈味性,可與酒中的醇、烯烴、酸、酯類等物質(zhì)協(xié)同構(gòu)成獨特的風(fēng)味[16],在食用過程中不會水解,直接被感官感知,對滋味有一定的貢獻作用。3種荔枝酒的游離氨基酸含量如表3所示,共檢測出16種氨基酸,其中包括8種必需氨基酸。不同工藝生產(chǎn)的荔枝酒游離氨基酸含量差異大,發(fā)酵荔枝酒、發(fā)酵-濃縮荔枝酒和濃縮-發(fā)酵荔枝酒的游離氨基酸總量分別為40.38 mg/L、102.97 mg/L和493.17 mg/L,其中濃縮-發(fā)酵荔枝酒的必需氨基酸含量是發(fā)酵-濃縮荔枝酒的 4.15倍,這與梁貴秋等[17]的實驗結(jié)果相似:冷凍濃縮桑果汁發(fā)酵酒的水解氨基酸總量是加糖桑果原汁發(fā)酵酒的 3.69倍。濃縮-發(fā)酵荔枝酒中游離氨基酸含量更高的原因可能是:(1)濃縮荔枝汁具有更多的起始營養(yǎng)物質(zhì),發(fā)酵時間更長,可以為蛋白質(zhì)分解或其它產(chǎn)氨基酸的復(fù)雜反應(yīng)提供更多的底物及時間[18];(2)濃縮-發(fā)酵荔枝酒的酒精度較發(fā)酵荔枝酒高,在發(fā)酵過程中可促使更多非極性氨基酸(如Gly,Ala,Val等)的溶解;(3)未經(jīng)冷凍濃縮的荔枝汁營養(yǎng)物質(zhì)含量較低,其中包括氮源,在氮源不足的情況下,微生物會消耗氨基酸生成醇類物質(zhì)[19]。
三種荔枝酒的游離氨基酸均以甜味氨基酸為主,尤以甜味型的丙氨酸(Ala)含量較高,這與沈穎等[18]的研究結(jié)果一致。另外,三種荔枝酒中,濃縮-發(fā)酵荔枝酒的甜味氨基酸占比(62.06%)最高且苦味氨基酸占比(13.47%)最低,這可能會使?jié)饪s-發(fā)酵荔枝酒的口感更甜潤飽滿。
表3 荔枝酒的游離氨基酸含量Table 3 The content of free amino acid in Litchi wine
圖2 荔枝酒HS-SPME-GC-MS總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram (TIC) of Litchi Wine
3種荔枝酒的HS-SPME-GC-MS總離子流圖和解譜結(jié)果分別如圖2和表4所示。由表4可知,發(fā)酵荔枝酒、發(fā)酵-濃縮荔枝酒、濃縮-發(fā)酵荔枝酒分別被檢測出98、98和93種揮發(fā)性化合物,均以酯類(46.48%、60.02%、73.42%)、醇類(39.78%、30.23%、19.20%)化合物為主。
酯類物質(zhì)具有明顯的果香味或花香味,荔枝酒中峰面積百分比較高的酯類物質(zhì)為辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸香茅酯和乙酸苯乙酯,張斌等[20]初步推斷出辛酸乙酯、癸酸乙酯等酯類物質(zhì)構(gòu)成新鮮荔枝酒的主體香,與本研究結(jié)果一致。其中:辛酸乙酯在3種荔枝酒中面積百分比相近;癸酸乙酯在發(fā)酵荔枝酒中面積百分比最低(3.42%),在濃縮-發(fā)酵荔枝酒中面積百分比最高(19.76%);乙酸乙酯在發(fā)酵-濃縮荔枝酒中面積百分比最低(3.67%),在濃縮-發(fā)酵荔枝酒中面積百分比最高(10.43%)。濃縮-發(fā)酵荔枝酒中較高的癸酸乙酯和乙酸乙酯賦予其濃郁的果香味。
醇類物質(zhì)中多為高級醇,具有呈香和助香的作用,若含量過多,就會導(dǎo)致苦、澀,刺激性味道增大,易上頭。荔枝酒中峰面積百分比最高的醇類物質(zhì)為苯乙醇,其次為3-甲基丁醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基丙醇。Pkc O等[21]利用GC-O研究荔枝果的關(guān)鍵香氣活性物質(zhì),證明苯乙醇對荔枝的玫瑰花香香氣有貢獻;3-甲基丁醇具有典型的雜醇油味,刺舌,微澀稍苦,香蕉味[22];2-甲基-1-丁醇具有雜醇油的氣味和甜香[23];2-甲基丙醇有令人不愉快的氣息[23]。三種荔枝酒中醇類化合物峰面積百分比從高到低依次為:發(fā)酵荔枝酒>發(fā)酵-濃縮荔枝酒>濃縮-發(fā)酵荔枝酒,初步判定前兩種酒的醇味較突出,這可能是濃縮荔枝汁的營養(yǎng)氮源更充足,降低了氨基酸作為氮源通過轉(zhuǎn)氨作用生成高級醇的可能性[24]。
酸類物質(zhì)在發(fā)酵荔枝酒、發(fā)酵-濃縮荔枝酒和濃縮-發(fā)酵荔枝酒中的占比不高,分別為 4.09%、2.34%、1.78%,其中乙酸、正辛酸、正己酸為 3種荔枝酒中主要的酸類芳香物質(zhì)[25];同時,已知荔枝酒的醇類物質(zhì)、酯類物質(zhì)的面積百分比,計算得濃縮-發(fā)酵荔枝酒的醇酯比(0.26)小于發(fā)酵荔枝酒(0.86)和發(fā)酵-濃縮荔枝酒(0.50),則濃縮-發(fā)酵荔枝酒的酯香味更突出,這可能是濃縮-發(fā)酵荔枝酒的發(fā)酵時間更長,更多的酸類物質(zhì)與醇類物質(zhì)經(jīng)微生物酯化生成酯類物質(zhì)[26]。
烯類物質(zhì)中,共鑒定出18種,雖然其面積百分比相對較少(0.78%~2.00%),但烯烴類物質(zhì)的閾值極低,是荔枝汁的主要香氣成分,在釀造過程中含量不斷下降消失[27]。濃縮-發(fā)酵荔枝酒的烯烴類物質(zhì)占比較其它兩種酒低,可能是由于濃縮-發(fā)酵荔枝酒發(fā)酵初始糖濃度較高,導(dǎo)致其發(fā)酵時間更長,從而使得烯烴類物質(zhì)相對較少。
將發(fā)酵荔枝酒經(jīng)冷凍濃縮處理得發(fā)酵-濃縮荔枝酒,大部分揮發(fā)性物質(zhì)化合物都得到保留,其中,一些保留指數(shù)相對較大的酯類物質(zhì)(如癸酸乙酯、辛酸3-甲基丁酯、乙酸香葉酯等)所占的面積百分比有一定的提高,這可能與它們的分子量較大、非極性較強、親水性差,容易在冷凍濃縮的分離過程中與冰晶分離有關(guān);而分子量較小的易揮發(fā)物質(zhì)(乙酸乙酯、乙酸)及部分醇類物質(zhì)所占的面積百分比降低,這可能的原因是易揮發(fā)物質(zhì)在冷凍濃縮的攪拌過程中,部分揮發(fā)損失,且一些含有親水基團(如羥基)的醇類物質(zhì)被冰晶夾帶,造成芳香物質(zhì)的損失,此結(jié)果與F.L.Moreno等[28]、門戈陽等[29]、趙芳等[30]研究冷凍濃縮后芳香物質(zhì)的損失情況相似。
表4 荔枝酒主要的揮發(fā)性成分Table 4 The main volatile components of Litchi wine
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烯烴類(18種) 18種 18種 16種蒈烯 1250 121 0.61 0.13 0.03紫穗槐烯 1500 105 0.06 0.17 0.06衣蘭油烯 1520 105 0.06 0.38 0.18其它 1.24 1.29 0.51小計 1.97 1.97 0.78醛類(5種) 5種 5種 5種乙醛 <600 44 0.92 0.42 0.16乙縮醛 728 45 0.80 1.07 0.18其它 0.12 0.10 0.04小計 1.84 1.59 0.38酮類(5種) 5種 5種 5種2-庚酮 890 43 0.12 0.01 0.01 4-羥基-2-丁酮 958 43 0.17 0.13 0.04其它 0.70 1.02 2.32小計 0.99 1.16 2.37醚類(3種) 3種 3種 3種苯乙基甲基醚 1094 45 1.20 0.74 0.47反式玫瑰醚 1138 139 0.43 0.21 0.22順式玫瑰醚 1121 139 1.63 0.78 0.78小計 3.26 1.73 1.47其它(8種) 8種 8種 8種2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊烷 725 43 0.17 0.08 0.06橙花醇氧化物 1163 67 1.05 0.57 0.42其它 0.37 0.32 0.11小計 1.59 0.97 0.59總計(100種) 98種 98種 93種總計 100 100 100
圖3 荔枝酒的感官評價結(jié)果圖Fig.3 The figure of sensory evaluation of Litchi wine
荔枝酒的感官評價結(jié)果如圖3所示,其采用模糊綜合評判法[1],計算得到發(fā)酵荔枝酒、發(fā)酵-濃縮荔枝酒、濃縮-發(fā)酵荔枝酒的總分分別為:73.5、76.05和95.7,可知3個酒樣的感官品質(zhì)優(yōu)劣順序為:濃縮-發(fā)酵荔枝酒>發(fā)酵-濃縮荔枝酒>發(fā)酵荔枝酒。發(fā)酵荔枝酒的果香清淡、酒體協(xié)調(diào)、口感一般。發(fā)酵-濃縮荔枝酒的香氣最好,可能是發(fā)酵-濃縮荔枝酒的香氣物質(zhì)得到有效地富集且醇酯比大于濃縮-發(fā)酵荔枝酒(表 4),而高級醇具有呈香助香的作用,使發(fā)酵-濃縮荔枝酒的酒香更突出。但發(fā)酵-濃縮荔枝酒的滋味遠不如濃縮-發(fā)酵荔枝酒,其原因可能是:(1)荔枝酒濃縮之后酸度偏高(表2);(2)荔枝酒濃縮過程會富集酒中原有的部分不良風(fēng)味物質(zhì),如含硫化合物、雜醇油等進一步富集(如 3-甲基丁醇),使得口感尖銳、辛酸,從而降低荔枝酒的品質(zhì)。結(jié)合表2和表3的結(jié)果發(fā)現(xiàn):濃縮-發(fā)酵荔枝酒干浸出物更多,呈味氨基酸更豐富,酸甜更協(xié)調(diào),果香味更加濃郁,酒體更醇厚,故而綜合口感最佳。
本文對比分析了3種不同工藝(直接發(fā)酵、發(fā)酵-冷凍濃縮、冷凍濃縮-發(fā)酵)生產(chǎn)的荔枝酒品質(zhì)。發(fā)酵荔枝酒的酒精度為8.48%、總酸為4.80 g/L、單寧含量為0.53 g/L、游離氨基酸總量為40.37 mg/L、醇酯比為0.86,果香清淡,酒體協(xié)調(diào),口感一般。發(fā)酵-濃縮荔枝酒和濃縮-發(fā)酵荔枝酒的酒精度為 16.10%和16.47%、總酸為9.57 g/L和7.70 g/L、單寧含量為1.02 g/L和1.13 g/L、游離氨基酸總量為105.36 mg/L和493.17 mg/L,均顯著高于發(fā)酵荔枝酒(p<0.05),其中發(fā)酵-濃縮荔枝酒的揮發(fā)性物質(zhì)得到有效地保留,醇酯比0.50,酒香增加,但不良風(fēng)味物質(zhì)及酸度偏高,口感欠佳,而濃縮-發(fā)酵荔枝酒的醇酯比0.26,果香濃郁,口感甜潤飽滿,酒體醇厚,其綜合感官品質(zhì)最優(yōu)。綜上所述,先冷凍濃縮后發(fā)酵的聯(lián)合工藝可以很好的提高荔枝酒品質(zhì)。