三種獼猴桃酒發酵過程中揮發性香氣成分的變化

,,王文

(西南民族大學生命科學與技術學院,四川成都 610041)

獼猴桃(ActinidiachinensisPlanch)為獼猴桃科(Actinidiaceae)獼猴桃屬(Actinidia)藤本植物的肉質果實,俗稱陽桃、羊桃、藤梨、獼猴梨等,主要分布于我國的四川省、湖北省、湖南省以及陜西省一帶[1]。按最新分類方法,目前獼猴桃屬有54個種和21個變種,其中分布于我國的種有52個,可見我國獼猴桃種質資源極為豐富[2]。我國種植的獼猴桃品種按照成熟果實的果肉顏色類型來看,綠肉品種居多,占總產量的75.3%,黃肉品種和紅心品種偏少,分別占7.7%和8.1%[3]。祝以偉等[4]和郭秀蘭等[5]對黃肉、紅心和綠肉三種獼猴桃的基本營養成分進行了分析與比較,三種獼猴桃的基本成分存在明顯差異。

獼猴桃屬于典型的呼吸躍變型果實,采后極易腐爛,除鮮銷之外,充分開發利用獼猴桃資源對提高獼猴桃經濟價值有著重要的現實意義[6]。采用釀造果酒的方法對獼猴桃進行深度加工制作獼猴桃果酒,是近年來獼猴桃相關產品開發的主要方向[7-8]。香氣是評價獼猴桃果實及其果酒內在品質的重要指標,香氣的風格和特點影響著獼猴桃果酒的風味品質和消費者的選購心理。Soufleros等[9]對產自希臘的獼猴桃發酵酒的糖、酸、酒精度和揮發性風味成分等進行了定量分析和感官評價。Li等[10]采用主成分分析法分析揮發性風味成分,能將六種商業化酵母菌株發酵的獼猴桃酒的風味特征較好地區分開。陳亮等[11]對普通獼猴桃、紅心獼猴桃和野生軟棗獼猴桃發酵酒的香氣成分進行了鑒定與分析,得出了每種獼猴桃酒的主要香氣成分。目前,關于不同品種獼猴桃發酵酒的香氣成分差異的報道較少,獼猴桃酒在發酵過程中香氣成分的變化規律更未見報道。

“金艷”獼猴桃是全球三大優良黃肉獼猴桃品種之一,是1984年由中國科學院武漢植物園利用中華獼猴桃和毛華獼猴桃進行種間雜交選育而成,果肉金黃色、細嫩多汁、香甜可口[12]?！凹t陽”獼猴桃是四川省“八五”育種攻關期間從四川蒼溪縣野生紅心獼猴桃中選育出的世界首個紅心型新品種,果心橫截面呈放射狀紅色條紋形似太陽,色彩鮮美,果汁豐富,酸甜適中,清香爽口[13]?！懊琢?號”獼猴桃是湖南吉首大學在湘西米良鄉美味獼猴桃中選育出來的優良綠肉品種,汁多、甜酸適度、肉質鮮嫩、具有清香味[14]。本研究以金艷、紅陽和米良1號三種分別代表黃肉、紅心和綠肉類型的獼猴桃為原料,在相同發酵工藝條件下,采用頂空固相微萃取/氣相色譜-質譜聯用技術測定前發酵結束時、后發酵中期和后發酵結束時三種獼猴桃酒的揮發性香氣成分,為研究不同獼猴桃果實品種對發酵酒風味品質的影響以及探明獼猴桃酒風味品質形成規律提供科學依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金艷獼猴桃(黃肉)、紅陽獼猴桃(紅心) 取自四川省蒲江縣;米良一號獼猴桃(綠肉) 取自湖北省宜昌市。獼猴桃果實約八九成熟,初始糖度分別為紅陽獼猴桃16 °Brix左右,金艷獼猴桃13 °Brix左右,米良一號獼猴桃11 °Brix左右,初始酸度分別為紅陽獼猴桃10～11 g/L,金艷獼猴桃10～11 g/L,米良一號獼猴桃12～13 g/L(果汁酸度以檸檬酸計);安琪葡萄酒、果酒專用酵母SY 購自湖北省安琪酵母股份有限公司;偏重亞硫酸鉀、果膠酶 煙臺曼森公司;白砂糖 市售;環己酮(GC級) 國藥集團化學試劑有限公司;其他試劑 均為分析純。

JS30-230多功能攪拌機 蘇泊爾股份有限公司;隔水式電熱恒溫培養箱 寧波市機電工業研究設計院;PL-303電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;Thermos氣相色譜質譜聯用儀,配置Triplus進樣系統,具備頂空固相微萃取方式 美國Thermos公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 獼猴桃酒發酵工藝流程

操作要點:挑選八、九成熟的獼猴桃果實,洗凈后去皮打漿,以80 mg/L SO2量計添加偏重亞硫酸鉀。按40 mg/L向果漿中添加果膠酶,在40 ℃水浴中酶解2 h,然后用4層紗布過濾,得到獼猴桃濁汁,果汁pH為3.2～3.7,添加白砂糖調整初始糖度至22 °Brix。按照0.4 g/L的接種量加入活性干酵母,28 ℃下進行前發酵5 d,當還原糖含量降至12 g/L以下,去渣分離,得到原酒。原酒在18 ℃下進行后發酵14 d,還原糖含量降至4.0 g/L以下結束發酵。

1.2.2 獼猴桃酒香氣成分的測定

1.2.2.1 獼猴桃酒香氣成分的提取 取5 mL樣品置于20 mL樣品瓶中,加入1.0 g NaCl促進揮發性成分的揮發,加入3 μL環己酮,加蓋密封,采用老化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插進樣品瓶,在60 ℃條件下,預孵化10 min,萃取30 min后拔出,將萃取針插入氣相色譜儀進樣口,于230 ℃解析2 min。

1.2.2.2 GC-MS條件 氣相色譜條件:HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);不分流模式,不分流1 min之后分流比為50∶1;流速1 mL/min;升溫程序:40 ℃保持3 min,以6 ℃/min升溫至180 ℃并保持2 min,再以10 ℃/min升溫至230 ℃并保持6 min;載氣為99.999%氦氣;進樣口溫度230 ℃;解析時間2 min。

質譜條件:電離方式為電子電離源,電子能量70 eV,離子源溫度250 ℃,傳輸線溫度280 ℃,采集模式為全掃描模式,質量掃描范圍33～350 amu。

1.2.2.3 香氣成分的定性定量分析 運用NIST數據庫對結果進行初步檢索及資料分析,再結合人工譜圖解析,定性確定各種組分。定量采用內標法進行半定量分析,以環己酮作為內標物[15]。計算公式為:

各香氣成分的含量(μL/L)=(各組分的峰面積×內標物體積(μL))/內標物峰面積×樣品量(L)

1.3 數據處理

用SPSS 18.0進行差異顯著性分析。組內比較采用單因素方差分析,組間差異性分析采用Duncan法,以p<0.05為差異具有統計意義標準。

2 結果與分析

2.1 三種獼猴桃發酵酒揮發性香氣成分的測定結果

從表1可以看出,三種獼猴桃發酵原汁僅檢測出低含量的乙醇、乙酸乙酯、丁酸乙酯和苯甲酸甲酯,金艷發酵原汁多檢出了己酸乙酯和辛酸乙酯。發酵過程中獼猴桃酒的24種主要香氣組分包括17種酯類、5種醇類和2種酸類物質,三種獼猴桃酒之間香氣種類差別很小,但含量存在明顯差異。發酵5 d時,三個品種的乙醇含量顯著(p<0.05)增加,還新產生了異丁醇、異戊醇和苯乙醇。紅陽產生的異丁醇和異戊醇含量高,米良一號產生的異戊醇和苯乙醇含量高,相比之下金艷產生的異丁醇、異戊醇和苯乙醇含量偏低。經過5 d的前發酵過程,紅陽和金艷的丁酸乙酯、金艷的己酸乙酯相比原汁沒有顯著變化(p>0.05),紅陽和米良一號的苯甲酸甲酯顯著低于發酵原汁(p<0.05)以外,紅陽產生了13種新的酯類物質,金艷產生了12種新的酯類物質,米良一號產生了13種新的酯類物質,并且金艷產生的各種酯類物質含量都顯著高于紅陽和米良一號(p<0.05)。三個品種新產生了辛酸,米良一號還多產生了癸酸。表明在前發酵5 d過程中,在酵母菌的發酵作用下,發酵原汁中的風味前體物質轉化成了各種豐富的揮發性香氣成分。

表1 三種獼猴桃發酵酒中揮發性香氣組分的GC-MS分析結果(μL/L)Table 1 Results of volatile aroma components from three kiwifruit wines by GC-MS(μL/L)

續表

續表

發酵12 d時,三個品種的乙醇、異丁醇和異戊醇含量都有降低,除米良一號的苯乙醇幾乎沒有變化以外,金艷和紅陽的苯乙醇含量也有降低。酯類物質中除紅陽的辛酸乙酯和癸酸乙酯以及米良一號的癸酸乙酯含量有一定增加以外,其他酯類物質的含量都有所降低或變化不明顯,金艷產生的各種酯類物質含量仍顯著高于紅陽和米良一號(p<0.05)。三個品種的辛酸和癸酸含量也有下降。表明在后發酵過程中(發酵第5～12 d),各種揮發性成分含量呈現降低趨勢,相比前發酵剛結束時(發酵第5 d)總體的香氣減弱。

發酵19 d時,三個品種的乙醇含量回升至發酵5 d時的水平,金艷的苯乙醇和紅陽的壬酸乙酯含量有顯著增加(p<0.05),其他的醇類、酯類和酸類物質均進一步降低或變化不明顯,說明在后發酵過程中(發酵第12～19 d),總體的香氣繼續減弱并逐漸趨于穩定。

2.2 三種獼猴桃發酵酒香氣成分的主成分分析

由表2可以看出,以獼猴桃果酒的24種香氣組分作為變量進行主成分分析,根據特征根大于1的原則提取了4個主成分因子,包含了原始變量91.243%的信息。從主成分因子載荷矩陣表3中可以看出,24個變量在4個主成分上的載荷系數大小,即其對主成分的貢獻率大小。主成分因子1反映15個酯類(除棕櫚酸乙酯和壬酸乙酯以外的其余酯類)和辛酸的信息,主成分因子2反映苯乙醇、異丙醇、棕櫚酸乙酯和癸酸的信息,主成分因子3反映了異丁醇和異戊醇的信息,主成分因子4則體現了乙醇和壬酸乙酯的信息。

表3 主成分因子載荷矩陣Table 3 Principal component factor load matrix

表2 總方差解釋Table 2 Total variance explanation

如表4所示,第一主成分包括絕大部分酯類物質,乙酸乙酯呈甜果香,乙酸異戊酯有香蕉香,辛酸乙酯有菠蘿、梨和花香,癸酸乙酯具有水果香氣,月桂酸乙酯具有花香和果香氣味,己酸乙酯具有青蘋果香和花香,丁酸乙酯具有草莓、香蕉香,辛酸異戊酯有水果香味,乙酸苯乙酯具有令人愉悅的茉莉花香[16-17],因此第一主成分可以體現獼猴桃酒的花香和果香氣息。在整個發酵過程中,紅陽獼猴桃酒在發酵5 d(301.29 μL/L)和12 d(301.58 μL/L)時第一主成分含量都很高且相近,發酵19 d(192.06 μL/L)時第一主成分含量大幅下降;同樣,米良一號獼猴酒在發酵5 d(210.77 μL/L)和12 d(231.52 μL/L)時第一主成分含量均較高,發酵19 d(142.68 μL/L)時第一主成分含量明顯下降;金艷獼猴桃酒伴隨發酵進程第一主成分含量不斷降低?？梢?紅陽和米良一號獼猴桃酒的果香和花香形成于發酵12 d內,在進一步的后發酵期中果香和花香明顯減弱;金艷獼猴桃酒的果香和花香則形成于發酵5 d內,在后發酵期內果香和花香遞減。并且,在整個發酵過程中酯類物質總含量為金艷獼猴桃酒>紅陽獼猴桃酒>米良一號獼猴桃酒。

表4 三種獼猴桃酒發酵過程中主成分含量變化(μL/L)Table 4 The variation of principal component contents from three cultivars of kiwifruit wines during fermentation process(μL/L)

在第二主成分的四個組分中苯乙醇和癸酸是主要貢獻組分。苯乙醇賦予獼猴桃酒玫瑰花香,在整個發酵過程中,米良一號獼猴桃酒的苯乙醇含量明顯高于紅陽和金艷獼猴桃酒,具有更為突出的玫瑰花香;紅陽、金艷和米良一號獼猴桃酒的苯乙醇含量分別在發酵5、19、12 d時達到最高。三種獼猴桃果酒中只有米良一號獼猴桃酒檢測出癸酸,高級脂肪酸一般具有脂肪、奶酪味道,對酒有腐臭、刺激的負向貢獻。第三主成分包括異丁醇和異戊醇兩組分,體現了獼猴桃酒的高級醇含量。三種獼猴桃酒的第三主成分含量都是在發酵5 d時達到最高值,發酵12 d時含量大幅降低,發酵19 d時含量變化不明顯。表明三種獼猴桃酒的高級醇都是在前發酵過程中產生,前發酵結束時含量升至最高,后發酵過程中含量不斷降低并趨于穩定。并且,在整個發酵過程中,紅陽和米良一號獼猴桃酒的高級醇含量高于金艷獼猴桃酒。第四主成分中乙醇是主要貢獻組分,其構成獼猴桃酒的酒香。三種獼猴桃酒在發酵過程中乙醇含量變化呈現相同趨勢,發酵5 d時乙醇含量達到較高水平,發酵12 d時乙醇含量有小幅降低,發酵19 d時乙醇含量回升至發酵5 d時的水平。

3 討論與結論

高級醇又稱雜醇油,是酵母菌酒精發酵的正常副產物,主要由正丙醇、異丁醇(2-甲基-1-丙醇)、活性戊醇(2-甲基-1-丁醇)和異戊醇(3-甲基-1-丁醇)組成。適量的高級醇促使酒類具有豐滿的香氣和口味,增加酒的協調性,賦予酒醇厚感。但含量過高時將會使酒產生異味,如苦味、汗臭味和腐敗味等,嚴重影響酒的質量與風味[18]。本研究從三種獼猴桃發酵酒中僅檢出異丁醇和異戊醇,據報道這兩種醇也正是酒中主要的高級醇,用這兩種醇足以評價高級醇對酒風味的影響[19]。魏運平[20]報道,采用不同品種的獼猴桃進行發酵產生的高級醇含量差別明顯。本研究結果得出,在發酵第5、12、19 d時,紅陽和米良一號獼猴桃酒的高級醇含量均高于金艷獼猴桃酒,紅陽和米良一號獼猴桃酒之間也存在一定差異。魏運平和本研究結果說明獼猴桃品種對獼猴桃酒的高級醇含量有直接影響。

李華等[21]、劉樹文等[22]和郭靜等[23]都對獼猴酒的揮發性香氣成分進行了定性鑒定與分析,Soufleros等[9]還對希臘獼猴酒的香氣成分進行了研究。本研究對發酵結束后的獼猴桃酒香氣成分進行分析,運用內標法對醇類、酯類和酸類24個香氣成分進行相對定量分析,得出的主要香氣成分與李華、劉樹文、郭靜和Soufleros等報道的物質有相同之處,都檢出了異丁醇、苯乙醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸異戊酯等重要揮發性香氣成分。然而,李華、劉樹文、Soufleros和本研究都從獼猴桃酒中檢出相對含量較高的異戊醇,而郭靜等沒有檢出異戊醇而檢出活性戊醇;本研究檢出相對含量較高的辛酸和癸酸與郭靜等報道一致,沒有檢出李華和劉樹文等報道的己酸,也沒有檢出Soufleros報道的丁酸和異丁酸。郭靜和本研究采用了頂空固相微萃取法,郭靜使用非極性PDMS萃取頭,本研究使用的是中等極性DVB/CAR/PDMS萃取頭,李華和劉樹文等采用了溶劑萃取法,Soufleros采用的是直接進樣法?？梢?不同的香氣成分提取方式可能是造成檢出物質差異的原因之一。

本文對三個品種獼猴桃在酵母菌發酵過程中形成的香氣成分進行了相對定量分析,檢出24種主要的香氣成分,發現前發酵后金艷獼猴桃酒的酯類物質含量顯著高于紅陽和米良一號獼猴桃酒,后發酵過程中酯類物質含量有所降低但金艷獼猴桃酒的酯類含量仍高于紅陽和米良一號獼猴桃酒,表現為發酵過程中金艷獼猴桃酒的乙酸乙酯、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯和丁酸乙酯等含量均明顯高于紅陽和米良一號獼猴桃酒。在整個發酵過程中米良一號獼猴桃酒的苯乙醇含量明顯高于其他兩種,具有更為突出的玫瑰花香;紅陽、金艷和米良一號獼猴桃酒的苯乙醇含量分別在發酵5、19、12 d時達到最高。米良一號和紅陽獼猴桃酒的高級醇含量明顯高于金艷獼猴桃酒,米良一號和金艷獼猴桃酒的乙醇含量略高于紅陽獼猴桃酒,醇類物質含量均在前發酵結束時升至最高,后發酵階段醇類物質含量逐漸降低并趨于穩定。