香蕉果酒帶皮發酵對其品質和揮發性香氣成分的影響

費永濤，周潔瑩，肖志如，余淑琪，黃一鶴，劉功良，白衛東*，余元善，盧楚強，陳從貴

（1.仲愷農業工程學院廣東省嶺南特色食品科學與技術重點實驗室，廣東廣州 510225）

(2.農業農村部嶺南特色食品綠色加工與智能制造重點實驗室，廣東廣州 510225）

(3.廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所，廣東廣州 510640）

(4.廣東源豐食品有限公司，廣東茂名 525000）

香蕉（Musa nana）是芭蕉科芭蕉屬的單子葉植物，口感軟耙風味獨特，受到不同年齡階段消費者的深愛，成為了世界上最受歡迎的水果之一[1,2]。它還含有種類豐富的營養物質如礦物質、維生素，還有酚類、類黃酮和少量5 羥色胺等營養價值較高的活性物質[3,4]，具有抗氧化等功效，能夠促進人體的健康[5,6]。香蕉果肉保質期短，人們常會新鮮食用，但一般食用的時候會丟棄果皮，這會導致香蕉皮的浪費，香蕉果皮占香蕉總質量的30%～35%（m/m），經大量研究發現，果皮富含纖維、多不飽和脂肪酸等營養物質[7]，具有抗菌和抗炎作用，營養成分和功效俱佳[8,9]。

酒精飲料一直都受到大眾的關注，口感和氣味是吸引消費者最重要的屬性之一[10]，而果酒因其酒精含量比較低，更容易入口，口感比較容易接受等優點受到年輕消費者的青睞[11]。香蕉成熟之后含糖量高，適用于果酒的釀造，香蕉酒不僅具有香蕉的特征香氣，而且保留了大部分香蕉中的營養成分，同時具有一定的保健功能[12]?，F在香蕉酒越來越受到研究人員的關注，Nannyonga 等[13]通過數學模型評估了一種釀酒酵母的生長動力學，為確定香蕉酒發酵的最佳參數打下了良好基礎。同時Pauline 等[14]則是對不同質量的果肉對傳統酒精飲料生產的影響進行了評估。不同種類的香蕉酒也被研制出來[15]，例如郝德蘭[16]對采摘后香蕉進行催熟調控并研制出低度香蕉酒，通過實驗優化將低度香蕉的理化指標和感官特性達到最佳，郝俊光等[16]利用帶皮香蕉釀制出新型的香蕉果酒，確定了最佳的制備工藝[17]。

近年來國內外都有不少關于香蕉果酒的研究，但是關于香蕉皮對風味影響的報道較少，部分探究更多側重于工藝的改良和感官評定[17]，未能利用近紅外光譜法、氣相色譜-質譜聯用技術（Gas Chromatography-Mass Spectrometer，GC-MS）以及電子鼻電子舌等現代風味分析手段揭示香蕉果酒的風味指紋圖譜以及風味物質在發酵過程中的變化規律[18,19]。因此，本試驗通過對比了兩種發酵原料（帶皮香蕉、去皮香蕉）釀造香蕉果酒過程中理化性質和揮發性香氣成分變化規律的不同，探討了香蕉皮對香蕉果酒品質及揮發性香氣成分的影響，以期為香蕉果酒生產、提高香蕉皮利用率提供一定理論基礎和參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

用于果酒釀造的香蕉（M.nana）原料由廣東源豐食品有限公司提供，其果面圓滿無棱，成熟度九成以上。亞硫酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、無水乙醇，均為分析純；果膠酶（500 U/mg）、纖維素酶（400 U/mg）、檸檬酸、酚酞指示劑、DNS 試劑、福林-酚試劑、酒石酸鈉，上海源葉生物科技有限公司；安琪果酒酵母SY，安琪酵母股份有限公司；舒可曼白砂糖，廣州福正東海食品有限公司；PCA培養基。

本實驗所使用的主要儀器設備：氣相色譜-質譜儀7890B-5977A，美國安捷倫公司；氣相色譜儀TRACE 1310，賽默飛世爾科技公司；生化培養箱BJPX-B100，山東博科科學儀器有限公司；低速離心機TD-6M，上海京工實業有限公司；實驗室pH計LB-MP511，青島路博偉業環?？萍加邢薰?。

1.2 香蕉果酒的制備工藝

香蕉果酒的制作工藝流程如圖1 所示。首先對香蕉進行預處理，取1.2 kg（帶皮或不帶皮）香蕉，洗凈香蕉，減去頭尾，切段，在95 ℃水中熱燙3 min；將香蕉浸泡在25 ℃、0.08 wt.‰的NaHSO3溶液中護色30 min；將香蕉撈出后打漿，按料液體積比1:3加入蒸餾水，pH 值調到4.0。加入44 mg/L 的果膠酶和150 mg/L 的纖維素酶，50 ℃酶解2.5 h；以帶皮香蕉為基準，加相同濃度的糖來調節外觀糖度至20°Bx（離心測糖度后計算糖添加量，調整成分）；加入0.8 g/L 在活化的酵母，活化后接種于果汁中（干酵母活化條件：取一定量煮沸后冷卻的溫水，酵母與水的料液比為1:10，在35～40 ℃下活化時間30 min）。將接種后的香蕉漿置于低溫培養箱中28 ℃恒溫培養（8 d），采用300 目的果酒過濾袋，將香蕉酒過濾后3 600 r/min 離心5 min，獲得香蕉果酒，在發酵過程中進行取樣測試，取樣三個平行。

圖1 香蕉果酒及其蒸餾酒制作工藝流程圖Fig.1 Process of banana wine and its distilled banana spirits

1.3 試驗方法

1.3.1 基本理化指標的測定

在香蕉果酒釀造過程中，每隔48 h 取樣進行檢測，采用pH 計對發酵液的pH 值直接進行檢測，然后將發酵液在3 600 r/min 條件下，離心1 min 取上清液，根據GB 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的指示劑法測定香蕉果酒發酵液中總酸的含量，同時采用手持阿貝折光儀對香蕉果酒發酵液中的糖度進行測定，以可溶性固形物計。

采用3,5- 二硝基水楊酸（3,5-Dinitrosalicylic Acid，DNS）法測定香蕉果酒發酵液中還原糖的含量[3]。取樣液1 mL，加1 mL 水和2 mL DNS 試劑，混勻后沸水浴5 min，冷卻后加水定容至25 mL，于540 nm 處測吸光度。

對香蕉果酒釀造過程中酵母菌菌落數進行測定[4]，無菌操作取1 mL 發酵中的果酒樣液，制成1:10、1:100、1:1 000、1:10 000、1:100 000 的樣品勻液。分別取1:100、1:10 000 和1:1 000 000 的樣品勻液于酵母培養基中28 ℃培養2 d，平行兩次。記錄酵母菌的菌落。

1.3.2 甲醇、乙醇和多酚含量的測定

香蕉果酒發酵液中總多酚含量采用福林- 酚（Folin-Ciocalteu）法測定[7]。取樣品1 mL 于試管中，加水至總體積10 mL，搖勻后加入5.0 mL 10%（V/V）Folin-Ciocalteu 顯色劑，搖勻后靜置3 ～8 min 后再加入4.0 mL 7.5%（m/V）碳酸鈉溶液，搖勻后靜置1 h，于765 nm 處測吸光度，根據標準曲線回歸方程得到樣品中總多酚含量。

香蕉果酒中甲醇和乙醇的含量的測定根據GB 5009.266-2016 《食品安全國家標準食品中甲醇的測定》中規定的方法來進行。吸取100 mL 香蕉果酒樣品置于500 mL 蒸餾瓶中，并加入50 mL 水和玻璃珠，采用常壓蒸餾裝置對香蕉果酒樣品進行蒸餾，利用圓底燒瓶電爐對酒樣進行加熱，在冷凝管中通入自來水，用100 mL 容量瓶作為接收器，收集蒸餾液體并進行定容。將標準品和蒸餾樣液注入氣相色譜儀中，計算果酒中甲醇的濃度。乙醇的蒸餾方法同甲醇基本一致，除了在蒸餾過程中去掉頭酒和尾流各5 mL，用酒精計測定蒸餾液中酒精體積分數，根據蒸餾液的溫度進行矯正。

1.3.3 GC-MS測定揮發性風味物質

采用GC-MS 測定香蕉果酒發酵過程中的揮發性風味物質[2]，內標溶液配置：精確吸取1 mL 乙酸丁酯標準品，用60%（V/V）乙醇溶解，定容100 mL，配成質量濃度為8 825 mg/L 的溶液，然后吸取剛配制的溶液1 mL，用60%（V/V）乙醇溶解，定容100 mL，配成質量濃度為88.25 mg/L 的內標溶液，混勻后置于4 ℃冰箱中保存。

頂空固相微萃取條件：將發酵醪液在4 ℃、10 000 r/min 條件下離心15 min，取上清液備用，然后吸取7 mL 上清液加入到20 mL 的頂空瓶中，加入磁力轉子、2 g NaCl 和100 μL 內標溶液混勻。將樣品瓶放到專用磁力攪拌加熱裝置中，50 ℃下平衡10 min，再將老化好的萃取針插入頂空瓶中，吸附萃取30 min，隨即將萃取頭插入GC-MS 儀器進樣口中，在250 ℃的條件下解析5 min。

1.3.4 感官評價

感官評價由12 名經過培訓的感評員進行品評，其中包括7 名男性，5 名女性，年齡在20～40 歲之間，評分采用百分值，分別對香蕉果酒色澤、香氣、口感和喜好度四個方面進行感官評價。相關評分標準見表1。

表1 香蕉果酒感官評分表Table 1 Sensory evaluation of banana wine rating scale

1.3.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2021，Origin 2019，GraphPad Prism 8.0.2 和TBtool 軟件進行處理；采用SPSS 19.0 軟件對數據進行顯著性分析，P＜0.05 為顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 酒精度和糖度

糖度是是影響成品酒質量的重要理化指標之一[20]，在果酒發酵過程中，酵母菌會利用發酵液中的果糖、葡萄糖、蔗糖等可發酵糖類進行生長繁殖，并產生醇、酯、酸等代謝物，讓酒體的口感變得更加豐富，改善果酒的風味[21]。帶皮香蕉和去皮香蕉酒前6 d 的釀造過程中，發酵體系中酵母菌數量對數值分別增加到7.15 和7.80（表2），香蕉酒發酵體系中糖度與還原糖含量有顯著的下降（圖2a 和圖2b），同時帶皮香蕉和去皮香蕉酒酒精度分別增加到10.5% vol 和12.3% vol ，酵母消耗的糖量與酒精度呈正相關關系[22]。研究結果顯示帶皮香蕉酒的酒度低于去皮香蕉酒，同時帶皮香蕉酒中酵母菌的菌落數要顯著低于去皮香蕉酒的菌落數，主要是是由于香蕉皮中酚類物質對酵母的生長有一定的抑制作用[23]，測試結果也顯示帶皮香蕉酒中的多酚類物質要高于去皮香蕉酒，尤其是在發酵第6 天（圖3b）。發酵從第6 天到第8 天，總糖和還原糖的消耗速度降低，酒精度增加不顯著（圖2a），酵母菌的生長出現了停滯（表2），這主要是由于后期乙醇積累以及糖度的大量消耗會抑制酵母的生長[22]。

表2 香蕉酒發酵過程中酵母菌數Table 2 The number of yeast changes during the fermentation of banana wine (lg CFU/mL)

圖2 不同發酵時期香蕉果酒的糖類和酒精度變化Fig.2 Content changes of sugar and alcohol for banana wine in different fermentation periods

圖3 不同發酵時期香蕉果酒的總酸和多酚變化Fig.3 Content changes of total acid and polyphenol for banana wine in different fermentation periods

2.2 總酸和總酚

果酒中的總酸度主要受有機酸影響，有機酸也是影響果酒色澤和口感的重要因素之一，它能促進酒中色素的溶解，也是果酒中的酸味的主要來源[24,25]。從圖3b 可以看出，在本實驗中帶皮和去皮香蕉酒中總酸的含量隨著發酵的進行不斷增加，在發酵結束后分別達到4.03 g/L 和3.15 g/L，同時pH值呈現下降的趨勢，最終達到pH 值 3.4 左右。此外，帶皮香蕉酒在釀造過程中其有機酸的含量要顯著高于去皮香蕉，可能是由于香蕉皮中富含酚酸類物質，其含量要顯著高于香蕉果肉（圖3b）。酒中有機酸含量過低會導致口感平淡乏味，過高則會讓酒體偏酸澀生硬，不同果實中的有機酸組成與含量相差比較大，所以也是不同果酒各有風味的原因之一[26,27]。柳素潔等[28]研究了不同酵母對香蕉果酒品質尤其是總酸的影響，發酵結束后總酸的含量在6.68 g/L 到8.45 g/L 之間，高于本研究香蕉酒中總酸的含量，本研究的感官評定結果顯示帶皮香蕉酒的酸甜感適中，口感較為飽滿，要優于去皮香蕉果酒（表3）。此外，發酵過程中帶皮香蕉酒中多酚含量要顯著高于去皮香蕉酒多酚的含量（圖3b），同時感官評定顯示帶皮香蕉酒澀味明顯，口感飽滿（表3）。果酒中的澀味來源于多酚與口腔唾液中的蛋白質結合，形成復合物而沉淀導致唾液失去對口腔的潤滑作用，同時引起舌頭上皮組織收縮，產生干燥的感覺，澀味因此表現出來，多酚含量越高澀度越大，澀味也越強烈，適當的多酚含量能提升果酒的感官風味[29]。

表3 香蕉果酒的感官評定（分）Table 3 Sensory evaluation of banana wine

2.3 甲醇

采用氣相色譜對香蕉（帶皮和不帶皮）果酒和蒸餾酒（帶皮和不帶皮）甲醇含量進行測定（表4），結果顯示帶皮香蕉果酒中甲醇的含量為120.20 mg/L 要子按住高于去皮香蕉果酒中100.12 mg/L，同樣的帶皮香蕉蒸餾酒中甲醇的含量為372.30 mg/L 要高于去皮香蕉果酒中270.52 mg/L，這主要是由于香蕉皮中果膠的含量要高于果肉[30]，果膠被酵母菌中的果膠質酶（果膠質酯酶，果膠質水解酶和果膠質裂解酶）分解為果膠酸和甲醇，甲醇是酒精飲料中重要的有毒揮發性化合物，是影響果酒品質重要指標之一[31]。根據GB 15037-2006《葡萄酒》規定，紅葡萄酒甲醇含量＜400 mg/L 和GB 2757-2012《蒸餾酒及其配制酒》規定甲醇含量＜2.0 g/L，本實驗中果酒及蒸餾酒的甲醇含量均達標，其中蒸餾酒的甲醇含量普遍高于果酒。

表4 香蕉果酒和蒸餾酒中甲醇的含量Table 4 The amount of methanol in banana wine and distilled wine

2.4 GC-MS分析揮發性香氣成分

利用GC-MS 對帶皮香蕉發酵2 d（DP2）、4 d（DP4）、6 d（DP6）、8 d（DP8）和去皮香蕉酒發酵2 d（QP2）、4 d（QP4）、6 d（QP6）和8 d（QP8）揮發性風味物質進行檢測，結果顯示，共檢測出31種揮發性風味物質，包括12 種酯類、6 種醇類、2種酮類、2 種酸類、3 種烷烯烴類和6 種雜環類物質。

由圖4 所示，酯類是香蕉果酒中主要的揮發性風味物質，在帶皮香蕉果酒種檢測出12 種，在去皮香蕉果酒中檢測出9 種，帶皮香蕉果酒中酯類物質種類更加的豐富，與感官評定較為一致（表3）。在這些香氣物質中，發酵結束后含量較高的酯類有乙酸乙酯（＞8.10 mg/L）、乙酸異戊酯（＞0.80 mg/L）和正己酸乙酯（＞0.16 mg/L）。且隨著發酵的進行，尤其是在發酵第6 d，2 種果酒種中乙酸乙酯的含量顯著增加（P＜0.05），其中帶皮香蕉果酒乙酸乙酯的含量從發酵4 d 的0.01 mg/L 顯著增加到6 d 的6.56 mg/L，同樣去皮香蕉果酒乙酸乙酯的含量從發酵4 d 的0.1 mg/L 顯著增加到6 d 的10.32 mg/L。而發酵前4 d 乙酸乙酯的含量增加不顯著（P＞0.05），這個階段主要以酒精發酵為主，風味物質的形成主要集中在發酵后期，乙酸乙酯賦予香蕉果酒梨香與菠蘿香味，來提升整體的香氣[32]。而己酸乙酯和乙酸異戊酯在果酒發酵過程中的含量變化不顯著，這些酯類物質賦予果酒以果香和花香，如己酸乙酯賦予香蕉果酒青蘋果香氣，乙酸異戊酯賦予果酒以香蕉味[33,34]，此外，在香蕉果酒中還檢測到少量的辛酸乙酯和癸酸乙酯，它們分別賦予果酒果味白蘭地香氣和椰子果香[35]。只有在帶皮香蕉果酒發酵后期檢測到月桂酸乙酯，可以賦予香蕉果酒以果香、花香及油脂味[36]。

圖4 帶皮和去皮香蕉果酒在不同發酵時期的揮發性風味物質含量熱圖Fig.4 Heat map of volatile flavor content of peeled and peeled banana cider during different fermentation periods

醇類也是香蕉果酒中重要的風味物質，醇類物質的含量僅次于酯類物質。除了乙醇之外，在帶皮香蕉果酒中檢測出5 種，在去皮香蕉果酒中檢測出6 種，其中含量較高的醇類物質是3-甲基-1-丁醇，發酵結束后帶皮香蕉酒中3-甲基-1-丁醇的平均含量為15.78 mg/L 與去皮香蕉酒中3-甲基-1-丁醇16.73 mg/L 沒有顯著的差別（P＞0.05）。帶皮和去皮香蕉酒中3-甲基-1-丁醇含量在發酵前6 d 增加顯著，分別從6.01 mg/L 增加到13.87 mg/L 和6.17 mg/L增加到18.24 mg/L（P＜0.05），Chen 等[37]的研究結果也發現香蕉酒中3-甲基-1-丁醇含量較高，可以推斷3-甲基-1-丁醇可能是香蕉酒的特征性的風味物質。3-甲基-1-丁醇有蘋果白蘭地香氣，是我國GB 2760-2014 規定允許使用的食用香料，主要用以配制蘋果和香蕉型香精。此外，香蕉酒中含量較多醇類物質是環丁醇和蘇合香醇，醇類物質能夠賦予果酒醇厚、果香馥郁的味道和口感，如蘇合香醇則賦予果酒梔子花風味[38]。

香蕉果酒中的酸類物質大多是發酵副產物，香蕉酒中主要的有機酸類物質是乙酸和異丁酸，異丁酸只在發酵的初期被檢測到，乙酸的含量隨著發酵的進行有少量的增加，且帶皮果酒中的含量要高于去皮果酒。酸類物質能夠給果酒帶來刺激性的口感，對果酒的味道影響較大，較低濃度乙酸能夠賦予果酒醋香味，異丁酸則能夠給果酒以清新的花香、果味和草莓味，但是若含量過多則可能會給果酒口感和品質帶來負面的影響[39]。

除了上述酯類、醇類和酸類物質外，香蕉果酒中還含有少量酮類、烷烯烴類和酚類物質。2-戊酮在果酒發酵過程中的含量先減少后增加，且變化的幅度不大。酚類物質中含量最多的是2,4-叔丁基苯酚，賦予果酒燒焦味、紫羅蘭味和玫瑰味[17]，含量隨著發酵的進行逐漸增加，且帶皮果酒初期2,4-叔丁基苯酚含量的增幅大于去皮果酒。上述物質的含量雖然不高，但是能夠對香蕉果酒的香味起到一定的修飾作用。對比帶皮果酒和去皮果酒，帶皮香蕉果酒所含的主要香氣成分（如酯類、醇類等）的種類較去皮果酒的多，使得帶皮果酒的口感和味道的層次更為豐富。

3 結論

香蕉是一種富含多酚、維生素等多種營養物質的水果，具有抗氧化等功效，其中香蕉皮占全果質量30%～35%（m/m），其鐵還原能力也高于果肉，香蕉皮的營養成分含量和功效等方面都會優于果肉，然而香蕉皮通常作為廢料被丟棄，造成資源的浪費和環境的污染。本實驗研究了香蕉皮對香蕉果酒品質和揮發性香氣成分的影響，發現全果發酵果酒的多酚含量、總酸、感官評價等指標均高于去皮發酵果酒，由于果皮中可發酵糖類的含量比果肉要低，因此全果發酵香蕉果酒的酒精度要低于去皮發酵果酒。此外，香蕉果酒及其蒸餾酒中甲醇含量遠低于國家限量標準，帶皮香蕉果酒中甲醇的含量并未顯著增加。揮發性風味物質分析結果顯示香蕉酒中主要的風味物質為酯類和醇類，其中乙酸乙酯和3-甲基-1-丁醇是香蕉果酒中主要的特征性的風味物質，帶皮香蕉果酒風味物質種類比去皮香蕉果酒更為豐富，使得帶皮香蕉果酒在色澤、口感和味道的層次更為豐富，但是在提高帶皮香蕉酒的酒度上還需要進一步的研究。