3种热处理方法对梨酒抗氧化活性及挥发性成分的影响

马懿1,2,魏紫云1,2,肖雄峻1,2,熊蓉1,2,谢李明1,2,喻康杰1,2,禹潇1,2,黄慧玲1,2

(1.四川轻化工大学生物工程学院,四川 宜宾 644005;2.四川省酿酒专用粮工程技术研究中心,四川 宜宾 644000)

摘 要:分别采用水浴热烫、微波加热和超声加热3 种热处理方法对新鲜香梨进行预处理,以多酚氧化酶活性、总酚含量、DPPH 自由基与ABTS+自由基清除率、氨基酸含量和挥发性成分含量为评价指标,并采用主成分分析(principal component analysis,PCA)法,对挥发性成分进行分析。结果显示,3 种热处理中微波加热灭酶效果最佳,500 W 微波加热处理(WB-500)、50 ℃超声加热处理(SR-50)、60 ℃超声加热处理(SR-60)组梨酒DPPH 自由基清除率均高于空白对照(CK)组(P<0.05),60 ℃水浴热烫(RT-60)、WB-500 和40 ℃超声加热处理(SR-40)组均能增加梨酒中氨基酸的种类和含量,微波加热处理后能够提高梨酒的果香和花香。综合而言,香梨经过500 W 微波加热处理120 s 后发酵,梨酒中总酚含量提高14.28%,氨基酸总含量提高3.23%,辛酸乙酯、乙酸乙酯、癸酸乙酯等挥发性香气物质含量均显著增加(P<0.05),梨酒的抗氧化活性和感官品质能得到很好的提升。因此,微波加热处理可作为梨酒酿造的预处理方法。

关键词:热处理;梨酒;抗氧化活性;风味物质;主成分分析

梨酒不仅能生津止渴、润肠通便,还对高血压、心脏病、失眠多梦等病症有较好的辅助缓解效果[1]。然而梨中多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性较高,在榨汁及酿造过程中,果肉中的酚类物质与氧气接触后会被多酚氧化酶催化形成褐色醌类聚合物,致使梨汁颜色变深且营养成分含量减少,从而影响梨酒的感官品质,导致其商业价值降低。

目前,抑制果酒氧化褐变及提高酒体感官品质的方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要通过热处理[2]、脉冲电场技术[3]、等离子体技术[4]、高压二氧化碳技术[5]等使多酚氧化酶失活。化学法和生物法主要通过添加化学品或生物抑制剂来达到抗氧化、护色的效果,如添加二氧化硫、还原性谷胱甘肽、壳聚糖、D-异抗坏血酸钠、白藜芦醇等[6]。其中,热处理因成本相对较低且绿色安全而被广泛用于果汁的提质保鲜。张婷婷等[7]研究显示微波热处理能够显著降低多酚氧化酶活性,提高苹果汁总酚含量及抗氧化活性;田金辉等[8]提出热烫黑莓可以提高莓汁中花色苷和总酚的含量,促进功能性物质的溢出;水浴热烫、微波加热和超声加热等热处理已被证明可以提升果汁的营养物质含量和新鲜度[9]。尽管热处理对果汁具有抑制褐变、提高抗氧化活性及增强其在空气中的稳定性等作用,但目前热处理的应用大多在榨汁以后,往往忽略了水果在榨汁、破碎过程中发生的酶促褐变,且热处理后的果汁是否仍适用于酿酒也鲜有研究。

基于此,本试验将香梨在破碎之前分别进行水浴热烫、微波加热、超声加热3 种热处理,将热处理后的香梨用于发酵酿造梨酒,探究不同热处理方法对梨酒抗氧化活性及香气成分的影响,并通过测定梨酒中的氨基酸种类及含量,研究热处理对梨酒营养成分的影响,以期促进热处理在香梨加工中的应用,提高梨酒产品的品质与安全。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

香梨:市售,选择成熟度相同、表皮完好、大小均匀,质量在150 g~200 g 的中等大小的新鲜库尔勒梨,去梗洗净待用。

果酒干酵母:安琪酵母股份有限公司;无水碳酸钠、磷酸氢二钾、酒石酸钾钠、柠檬酸、福林酚试剂、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS]、邻苯二酚(均为分析纯):合肥博美生物科技有限公司;17 种氨基酸标准品(天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸、苏氨酸、丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、胱氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸,均为色谱纯):北京坛墨质检科技股份有限公司;异硫氰酸苯酯、仲辛醇(均为色谱纯)、D-无水葡糖糖(纯度≥98%,分析纯):上海麦克林生化科技有限公司;果胶酶(500 U/mg):上海源叶生物科技有限公司;3,5-二硝基水杨酸、没食子酸标准品(纯度≥98.0%)、过硫酸钾(均为分析纯):成都市科隆化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

JYZ-E25 智能榨汁机:九阳股份有限公司;GZ-250-HS11 恒温恒湿培养箱:韶关市广智科技设备有限公司;HWS-12 电热恒温水浴锅:上海齐欣科学仪器有限公司;KQ-600DE 数控超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司;T6 新世纪紫外可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;TG-16 台式高速离心机、7890A 气相色谱仪:四川蜀科仪器有限公司;P10D20TL 微波炉:广东格兰仕微波生活电器制造有限公司;L-3000 氨基酸分析仪:江苏华美辰仪器科技有限公司;TFDS0.25 真空冷冻干燥机:烟台中孚冷链设备有限公司;WZS 18 手持式糖度计:上海物光仪器有限公司;EVO LS10 扫描电子显微镜:德国蔡司公司;PHS-3Cb pH 计:上海越平科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 预处理方法及酿造工艺

以无处理香梨作为空白对照,其它香梨分别做以下处理。

水浴热烫:以45、60、75 ℃热水分别处理香梨6 min,记为RT-45、RT-60、RT-75;微波加热:用300、500、700 W 的微波功率分别处理香梨120 s,记为WB-300、WB-500、WB-700;超声加热:在200 W 固定功率条件下,以40、50、60 ℃的超声温度分别处理香梨15 min,记为SR-40、SR-50、SR-60。所有香梨共计10 组,每组各3 次平行。所有预处理均在黑暗中进行,处理后均迅速置于4 ℃冰箱冷却60 min,然后进行去皮、切块、去核、榨汁、过滤处理并分装在锥形瓶中。调整发酵梨汁成分,使糖度为20°Brix,pH5.0,添加SO2 70 mg/L,加入40 mg/L 果胶酶,室温(20 ℃~25 ℃)酶解24 h,酵母接种量为1×106 CFU/mL,混合均匀之后置于25 ℃恒温恒湿培养箱中发酵,发酵完成后过滤、灭菌、低温陈酿30 d。

1.3.2 电镜扫描观察

取经热处理后的样品,将其切成小片,真空冷冻干燥24 h。将干燥后的样品用导电胶固定于样品柱上,进行喷金处理120 s,最后放入扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)样品室,加速电压10 kV,信号电子类型为二次电子1(secondary electron,SE1),放大200 倍对样品果肉形态进行观察[10]

1.3.3 多酚氧化酶活性的测定

在10 mL 样品中加入5 mL 磷酸缓冲液,充分振荡摇匀,于4 ℃、12 000 r/min 条件下离心15 min,取上清液0.1 mL,加入3 mL 0.2 mol/L 邻苯二酚溶液摇匀混合成酶液,酶液反应15 s 后,记录420 nm 处的吸光度,然后每1 min 测量1 次,一共测6 个数据。以每克果肉每分钟吸光度变化值增加0.01 为1 个活性单位[11]

1.3.4 基础理化指标的测定

可溶性固形物含量使用糖度计测定;pH 值使用pH 计测定;还原糖含量的测定采用3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)法,步骤参考Adulvitayakorn 等[12]的方法略作修改,以D-无水葡萄糖为标准品绘制标准曲线(y=0.552 3x+0.013,R2=0.996 3)。酒精度、总酸含量参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定。

1.3.5 总酚含量的测定

参照Singleton 等[13]的方法略作修改,将1 mL 样品与1 mL 福林酚试剂混合反应3 min,再加入1.5 mL 7.5%碳酸钠溶液。避光反应2 h 后,测OD765 值。以没食子酸为标准品绘制标准曲线(y=0.019 5x+0.016 2,R2=0.992),其浓度范围为0~300 mg/L,结果以没食子酸当量(gallic acid equivalent,GAE)表示(单位为mg GAE/L)。

1.3.6 DPPH 自由基清除率的测定

称取0.003 9 g DPPH,用无水乙醇定容至100 mL,放棕色容量瓶中存于冰箱,现配现用。取0.5 mL 待测样品与3.5 mL DPPH 溶液混合并充分摇匀,避光静置30 min,然后在517 nm 处测定吸光度(A样品)。同时,以等量蒸馏水代替样品作空白对照试验(A空白)。以样品和无水乙醇混合液作为样品调零,以蒸馏水和无水乙醇混合液作为空白对照[14],DPPH 自由基清除率计算公式如下。

1.3.7 ABTS+自由基清除率测定

将7 mmol/L 的ABTS 溶液和2.45 mmol/L 的过硫酸钾等体积混合,避光静置过夜,形成ABTS+自由基储备液,使用前用0.01 mol/L 的磷酸缓冲液(pH7.4)稀释成工作液,使其在734 nm 下吸光度为0.70±0.02。

吸取1 mL 待测样品与3 mL ABTS 工作液,混合10 s 后立即置于暗处反应6 min,在734 nm 波长下测定吸光度(A样品)。同时以蒸馏水代替样品做空白对照试验(吸光度记为A空白),以样品和蒸馏水混合液调零,以4 mL 蒸馏水为空白进行调零[15],ABTS+自由基清除率计算公式如下。

1.3.8 氨基酸含量的测定

参考芮鸿飞等[16]的方法,采用异硫氰酸苯酯衍生剂柱前衍生-反相高效液相色谱法测定梨酒中游离氨基酸含量,采用外标法进行定量分析。

1.3.9 香气成分的测定

参照周文杰等[1]的顶空固相微萃取-气质联用(solid phase micro-extraction gas chromatography mass spectrometry,SPME-GC-MS)法并加以改进。顶空SPME:在15 mL 顶空瓶中准确加入8.0 mL 库尔勒香梨,并加入2 g NaCl 和10 μL 内标物(仲辛醇,200 mg/L),在40 ℃、180 r/min 条件平衡30 min。将梨酒样品于45 ℃条件下预热10 min,将老化后的微萃取头插入顶空瓶中,同时推出纤维头(距离梨酒液面1.5 cm),于顶空位置吸附35 min,吸附后,收回纤维头并迅速送至GC 送样口,在250 ℃热解吸3 min。

GC 条件:DB-WAX 毛细管色谱柱(60 m×250 μm×0.25 μm);进样口温度为250 ℃;采用不分流进样模式;程序升温,初始温度40 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升温至60 ℃,以5 ℃/min 升温至180 ℃,保持5 min,以10 ℃/min 升温至230 ℃,保持10 min;载气为高纯氦气,恒定流速1.2 mL/min。

MS 条件:电子轰击电离源;离子源温度230 ℃;电子能量70 eV;接口温度250 ℃;质量扫描范围amu 20~550。

定性和定量:色谱峰对应的质谱与NIST/Wiley Database 进行检索比对,保留匹配度大于80%的鉴定结果。通过内标物的峰面积和梨酒中各组分的峰面积比值,计算各个组分的质量浓度。

1.4 统计分析

所有试验均设置3 个重复,数据均采用平均值±标准差表示。利用SPSS 进行统计分析与方差分析(单向ANOVA),用Origin 2021 软件作图。显著性分析使用Duncan 检验(P<0.05 为差异显著),结果采用标记字母法表示。

2 结果与分析

2.1 扫描电镜分析

梨肉细胞微观结构状态及细胞间的紧实程度会影响榨汁后的品质,因此本文通过对热处理后的梨肉细胞进行电镜扫描分析,探究各热处理方法对香梨果肉的影响,结果见图1。

图1 不同热处理后梨肉电镜扫描图
Fig.1 Scanning electron microscopy of pear pulp after different thermal treatments

a.CK 组;b.RT-45 组;c.RT-60 组;d.RT-75 组;e.WB-300 组;f.WB-500 组;g.WB-700 组;h.SR-40 组;i.SR-50 组;j.SR-60 组。

图1结果显示,未处理的CK 组果肉紧实,经络分明(图1a)。低温水浴热烫处理(图1b、c),使得梨肉软化而呈现绵柔平坦状;当水浴热烫温度升高时(图1d),果肉进一步絮凝紧凑。原因可能是水浴会将梨肉烫熟,细胞受热缩水,从而出现聚集性凝固状。经微波加热处理后(图1e、f),梨肉明显呈分离状态,组织之间缝隙较为明显,沟壑较多(图1g),整体结构破坏严重。其原因可能是微波能够使物料中的分子变成偶极子,产生摩擦和碰撞效应,因此对物料中细胞壁多糖等物质具有较强的降解作用。在超声加热处理后(图1h、i、j),梨肉随着温度的升高,呈现块状分离,并伴随有小的凹槽出现,表面不再平坦,这可归结为超声的“空穴效应”。总体而言,不同温度和功率的热处理都会改变梨肉的组织结构,当致密结构被破坏,细胞壁呈现松散、分离等现象,可能会更好地促进榨汁过程中营养物质的溢出。但过高的温度会导致营养物质的损伤和变性(严重失水和碳化),梨汁或梨酒营养价值反而降低。

2.2 不同预处理对多酚氧化酶活性的影响

PPO 在有氧条件下主要发生两种催化反应:一种是单体酚的羟基化,另一种是邻苯二酚氧化成邻苯二醌[17]。果梨打浆、破碎过程均会引起梨肉内酚类物质的氧化,不同预处理对多酚氧化酶活性的影响见图2。

图2 不同热处理对梨汁多酚氧化酶活性的影响
Fig.2 Effect of different thermal treatment on polyphenol oxidase activity of pear juice

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

由图2可知,3 种热处理方式对PPO 活性均有不同程度的抑制作用,其中RT 组和WB 组的PPO 活性均显著低于CK 组。与CK 组相比,RT-45、RT-60、RT-75 组PPO 活性分别降低了13%、25%、42%,WB-300、WB-500、WB-700 组PPO 活性分别下降了20%、49%和72%,SR-50、SR-60 分别降低了18%、25%。Valadez-Carmona 等[18]同样发现微波加热能使可可荚壳内PPO活性降低66%,在本试验中微波加热组灭酶效果最佳,可达到72%。总体而言,3 种热处理方式随着温度和功率的增加,对PPO 活性抑制效果更明显,其中微波加热灭酶效果最好。

2.3 梨酒基础理化指标分析

梨酒基础理化指标测定结果如表1所示。

表1 热处理方式对梨酒基础参数的影响
Table 1 Effect of thermal treatment methods on basic parameters of pear wine

注:同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

总酸含量/(g/L)CK 4.33±0.23a 6.89±0.34bcd 11.58±0.32a 0.78±0.05a 1.52±0.11a RT-45 3.78±0.12b 6.83±0.26cd 10.22±0.30b 0.61±0.02d 2.13±0.18b RT-60 3.89±0.18b 6.45±0.37de 10.38±0.39b 0.68±0.03b 2.18±0.10b RT-75 3.92±0.15b 6.22±0.25e 10.40±0.22b 0.62±0.02cd 2.11±0.09b WB-300 3.97±0.13b 7.27±0.33bc 10.27±0.37b 0.67±0.06bc 2.65±0.12c WB-500 3.96±0.21b 7.32±0.24bc 10.21±0.54b 0.53±0.02e 2.78±0.15c WB-700 4.02±0.17b 7.35±0.36bc 10.34±0.46b 0.58±0.02de 2.74±0.15c SR-40 3.71±0.11b 7.18±0.21bc 9.77±0.55b 0.45±0.03f 2.69±0.18c SR-50 3.96±0.16b 7.45±0.32ab 9.84±0.31b 0.42±0.02f 2.75±0.12c SR-60 3.88±0.14b 7.93±0.34a 10.05±0.28b 0.42±0.02f 2.71±0.13c组号pH 值 可溶性固形物含量/°Brix酒精度/(% vol)还原糖含量/(g/L)

表1结果显示,经热处理后的梨酒pH 值均低于CK 组(P<0.05),微波加热和超声加热能够提高梨酒中可溶性固形物含量,而水浴热烫组可溶性固形物含量相对较低。此外,所有热处理组梨酒的酒精度和还原糖含量均低于CK 组(P<0.05),其中SR-40 酒精度降幅最大,达15.63%,SR-50 和SR-60 还原糖含量降幅最大,达46.15%。3 种热处理方法对还原糖含量影响明显,原因可能是由于在加热过程中,梨汁中还原糖的羰基化合物与氨基酸或蛋白质中的氨基化合物发生美拉德反应,从而使得还原糖含量降低[19]。所有热处理组的总酸含量均显著高于CK 组(P<0.05),其中RT-60、WB-500 及SR-50 组总酸含量分别较CK 组增加43.42%、82.89%和80.92%。总体而言,经过热处理后的梨肉均能正常完成发酵,但由于热处理方式的不同可能使得梨汁部分成分发生改变,导致各组梨酒基础参数有所差异。

2.4 抗氧化活性分析

2.4.1 总酚含量分析

不同热处理方式对总酚含量的影响见图3。

图3 不同热处理方式对总酚含量的影响
Fig.3 Influence of different thermal treatments on total phenolic content

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

如图3所示,水浴热烫处理对梨酒中总酚含量并无显著影响;WB-500、SR-50、SR-60 组的总酚含量显著高于CK 组,分别增加了14.28%、14.36%、23.87%;原因可能是适当的热处理能够破坏梨肉组织结构,使得梨肉中酚类物质更易溶出,另一方面,热处理使得多酚氧化酶活性降低,更多的酚类物质得以保存。此外,WB-700 组的总酚含量较CK 组降低了7.89%,可能是因为高功率下微波加热迅速,穿透力较强,导致营养物质在高温下被分解或消耗,从而导致原料总酚含量降低。

2.4.2 DPPH 自由基与ABTS+自由基清除率

研究发现适当热处理对果酒DPPH 自由基和ABTS+自由基的清除率有一定积极影响[20]。不同热处理对梨酒抗氧化活性的影响见图4。

图4 不同热处理对梨酒抗氧化活性的影响
Fig.4 Effect of different thermal treatments on antioxidant capacity of pear wine

不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

如图4所示,与CK 组相比,超声加热处理组对自由基具有较高的清除率,SR-40、SR-50、SR-60 对DPPH自由基清除率分别提高了27.60%、30.85%、23.40%;对ABTS+自由基清除率分别提高了18.05%、26.61%、18.71%。此外,75 ℃的水浴热烫(RT-75)对DPPH 自由基和ABTS+自由基清除率分别提高18.57%、20.68%。适当功率的微波加热处理也能提高梨酒的抗氧化活性,WB-500 组对DPPH 自由基和ABTS+自由基清除率分别提高了13.23%、11.55%。当微波功率达到700 W时,DPPH 自由基和ABTS+自由基清除率反而会呈现下降的趋势,原因可能是温度过高破坏了香梨中酚类或黄酮类物质结构,导致梨酒抗氧化活性减弱[21]。总体表明,3 种热处理方式对梨酒的抗氧化活性均有不同程度的影响,超声加热效果最佳。

2.5 不同热处理对梨酒中氨基酸含量的影响

氨基酸是梨酒中重要的营养和呈味物质,主要来源于梨汁中的蛋白质酶解和酵母发酵过程中所产生的代谢产物[22]。不同热处理后的梨酒中氨基酸含量如表2所示。

表2 不同热处理组梨酒中氨基酸含量
Table 2 Amino acid content in pear wine in different groups mg/L

序号氨基酸种类CKRT-45RT-60RT-75WB-300 WB-500 WB-700SR-40SR-50SR-60 1天冬氨酸(Asp)5.328.3517.460.000.0027.370.0013.540.000.00 2谷氨酸(Glu)3.0418.6634.330.000.0058.0012.0715.630.000.00 3丝氨酸(Ser)34.8437.1741.6518.8318.8755.0925.2134.6324.241.46 4甘氨酸(Gly)0.0088.42196.1450.2553.67173.6670.950.0037.87165.65 5组氨酸(His)0.000.0025.070.000.0032.140.000.000.004.60 6精氨酸(Arg)17.6025.2944.1718.3814.8939.1129.3084.2434.890.09 7苏氨酸(Thr)67.84128.47213.6469.5158.04192.2570.24265.8494.70179.06 8丙氨酸(Ala)373.63174.00363.86200.96217.28265.51314.68513.13358.8518.93 9脯氨酸(Pro)156.8472.23108.4449.6557.8892.43110.4077.3028.675.85 10酪氨酸(Tyr)64.3573.1493.7823.75119.72126.11187.7728.9061.22272.88 11缬氨酸(Val)0.0033.1857.8813.1910.4385.8515.7233.8810.81122.89 12甲硫氨酸(Met)0.0022.3649.420.000.9549.4426.0421.5812.13205.06 13胱氨酸(Cys)699.4421.080.000.0039.910.0047.35331.2051.087.72 14异亮氨酸(Ile)0.0056.4796.7630.3849.64129.0881.6867.8758.90120.81 15亮氨酸(Leu)53.3349.3085.5316.5213.40108.0318.0168.8723.05110.64 16苯丙氨酸(Phe)43.8563.59100.9721.2819.74120.1320.2628.2130.59231.63 17赖氨酸(Lys)1 968.24 2 378.56 2 315.47 2 153.84 2 196.02 2 046.96 2 293.58 2 112.53 2 200.03 1 196.47合计3 488.32 3 250.27 3 844.58 2 666.55 2 870.47 3 601.15 3 323.25 3 697.33 3 027.03 2 643.72

由表2可知,不同组的氨基酸种类和含量都具有差异性,3 种热处理(适当的时间和功率)均能提高梨酒中氨基酸的种类和总含量。未处理CK 组含有12 种氨基酸,总含量为3 488.32 mg/L;RT-60 组有16 种氨基酸,总含量为3 844.58 mg/L,提高了10.21%;WB-500 组有16 种氨基酸,总含量为3 601.15 mg/L,提高了3.23%;SR-40 有15 种氨基酸,总含量为3 697.33 mg/L,提高了5.99%。梨酒中丝氨酸(甜)、甘氨酸(甜)、苏氨酸(甜)、丙氨酸(甜)、脯氨酸(甜)、酪氨酸(芳香族)、胱氨酸(芳香族)、赖氨酸(鲜)的含量较高,其中赖氨酸、苏氨酸为人体必需氨基酸,总体表明梨酒中甜味氨基酸占主体。水浴热烫处理RT-60 和微波加热WB-500能够增加梨酒中苏氨酸(甜)、赖氨酸(鲜)的含量;超声加热处理SR-40 能够提高苏氨酸(甜)、丙氨酸(甜)、异亮氨酸(苦)和赖氨酸(鲜)含量。此外,相比于CK组,热处理组梨酒中脯氨酸、胱氨酸的含量都有所降低。总体而言,RT-60、WB-500 和SR-40 组效果较好,可提高酒体中氨基酸种类和总含量。

2.6 挥发性成分含量分析

综合抗氧化活性和氨基酸含量,将4 组梨酒(CK、RT-60、WB-500、SR-40)做挥发性成分比较,结果如表3所示。

表3 梨酒的挥发性成分含量
Table 3 Content of volatile components in pear wine

?类别序号化合物名称质量浓度/(μg/L)CKRT-60WB-500SR-40醇类A1正辛醇17.81±1.21b10.99±0.98c31.27±1.15a9.08±0.41d A2异丁醇112.06±5.75b80.57±3.17d193.09±7.81a97.01±5.12c A3苯乙醇372.07±12.35b279.72±11.33c520.24±34.70a288.56±21.72c A4异戊醇1187.40±52.48b887.75±42.92d1482.12±65.61a1046.88±38.72c A53-甲硫基丙醇4.66±0.21a2.17±0.14c4.74±0.28a3.72±0.22b A62,3-丁二醇-11.96±0.41a8.50±0.27b2.67±0.14c A7(2R,3R)-2,3-丁二醇9.24±0.27b3.14±0.12c19.39±0.81a-

续表3 梨酒的挥发性成分含量
Continue table 3 Content of volatile components in pear wine

注:同行不同小写字母表示差异显著,P<0.05。-表示未检出。

类别序号化合物名称质量浓度/(μg/L)CKRT-60WB-500SR-40醇类A8正己醇25.79±0.84-14.22±0.51-A9异辛醇20.27±1.1711.68±1.11--A10正丙醇3.61±0.131.18±0.05--A111-壬醇18.54±0.34-2.85±0.10-A12新薄荷醇11.32±0.31---A13苯甲醇6.15±0.23---A14β-香茅醇1.83±0.11-1.83±0.09-A15丙二醇--3.04±0.27-A16正丁醇--3.15±0.16-A173-甲基-1-戊醇---1.92±0.34酯类B1庚酸乙酯4.69±0.29b0.90±0.05d26.17±0.38a3.32±0.21c B2辛酸乙酯103.69±2.71c36.20±1.39d375.99±12.46a135.50±8.51b B3正己酸乙酯27.54±1.28c3.49±0.24d112.17±4.31a33.46±1.59b B4乙酸异戊酯61.77±2.73b10.40±0.85d128.58±5.22a53.197±2.64c B5乙酸乙酯143.78±3.61b43.28±1.69d242.94±11.85a89.11±3.62c B6乙酸己酯3.21±0.27b-2.69±0.20c3.77±0.24a B7癸酸乙酯56.79±4.30c53.42±4.84c170.46±12.33a73.10±3.62b B8月桂酸乙酯4.04±0.28c-11.41±1.06a9.19±0.43b B9乙酸苯乙酯20.65±1.58b16.08±1.03c40.56±2.19a-B10壬酸乙酯6.01±0.39b1.70±0.12c16.53±1.09a-B11十六酸乙酯8.49±0.56a-4.74±0.33b4.98±0.31b B129-癸烯酸乙酯7.72±0.58b1.92±0.11c11.67±1.04a-B13癸酸3-甲基丁酯-3.65±0.283.48±0.12-B14反式-2-己烯酸乙酯1.47±0.13---B15乙酸苄酯2.33±0.20---B16甲酸己酯-19.06±1.37--B17丙酸-2-苯乙酯-29.66±2.35--B18丁酸乙酯--0.71±0.12-酸类C1乙酸20.31±1.34c28.99±1.25b40.02±2.61a5.42±2.67d C2正辛酸9.90±0.84b3.79±0.22c11.56±1.20a3.59±0.15c C3苯甲酸11.6±1.09---C4癸酸--5.86±0.23-烷类D1正十四烷4.54±0.22a0.96±0.14c1.51±0.15b1.60±0.09b D2十二烷9.67±0.84b3.71±0.22c-13.92±1.28a D3十七烷---5.19±0.29其他E1壬醛--3.02±0.16-E2苯乙烯--2.61±0.14-E3苯甲醛3.03±0.11---E42-甲基四氢噻吩-3-酮---8.79±0.59总计2 296.14b1 493.05d3 486.50a1 958.37c

由表3可知,4 组梨酒中挥发性物质共检出46种,主要分为5 类(醇类、酯类、酸类、烷类和其他),其中酯类和醇类是梨酒中主体挥发性物质。CK 组中共检出挥发性物质33 种,醇类和酯类分别占77.99%、19.69%,其中以苯乙醇、异戊醇、辛酸乙酯、乙酸乙酯为主体;RT-60 组共检出25 种挥发性成分,醇类和酯类分别占86.34%、14.72%,以苯乙醇、异戊醇为主体;WB-500 组共检出32 种,醇类和酯类分别占65.52%、32.93%,以异丁醇、苯乙醇、异戊醇、辛酸乙酯、乙酸乙酯和癸酸乙酯为主体;SR-40 组共检出22 种,醇类和酯类分别占74.03%、20.71%,以异戊醇、苯乙醇和辛酸乙酯为主体。相比CK 组,WB-500 挥发物总含量增加51.84%,其中苯乙醇(丁香、玫瑰香)、辛酸乙酯(酒香)、乙酸乙酯(甜香、果香)、癸酸乙酯(果香、梨香)等含量显著增加(P<0.05);而RT-60 和SR-40 挥发物总含量分别下降34.98%、14.71%,挥发性物质含量相对较低。总体表明,微波加热处理WB-500 效果最佳,可增强梨酒风味成分,更好地保留了果香和花香。

2.7 挥发性物质主成分分析

为直观分析不同热处理对梨酒挥发物影响的差异性,对46 种挥发性物质进行主成分分析,相关矩阵的特征值和贡献率见表4。

表4 主成分的特征值及贡献率
Table 4 Characteristic values and contributions of principal components

主成分特征值贡献率/%累计贡献率/%1 25.4047.9347.93 2 18.5434.9982.92

由表4可知,主成分1 的贡献率为47.93%,主成分2 的贡献率为34.99%,两者累计贡献率达到82.92%。取主成分1 和2 做主成分分析与因子载荷图,结果见图5。

图5 挥发性化合物主成分分析
Fig.5 Principal component analysis of volatile compounds

各指标之间相关性强的变量聚集在一起,距离越近,相关性越大。由图5可知,4 组梨酒挥发性化合物在主成分分析与因子载荷图中发生明显分离,SR-40与RT-60 距离相对较近,而与CK 和WB-500 组距离较远,表明组间相似度较低。WB-500 组与苯乙烯(E2)、庚酸乙酯(B1)、正己酸乙酯(B3)、乙酸异戊酯(B4)、癸酸乙酯(B7)、壬酸乙酯(B10)、癸酸(C4)等物质联系密切,相关性相对较高;CK 组与异辛醇(A9)、1-壬醇(A11)、新薄荷醇(A12)等物质相关性较高。挥发性物质总体向CK 与WB-500 组偏离,与RT-60 组和SR-40 组相距较远,表明水浴热烫处理和超声加热处理对挥发性物质含量有着一定负面影响。

3 结论

本研究发现,经热处理过的香梨均可正常完成发酵,但梨酒pH 值均降低(P<0.05),总酸含量升高(P<0.05)。适当的热处理可使梨肉组织细胞变得松散,出现细小裂缝(45 ℃水浴加热、500 W 微波加热、50 ℃超声加热),营养物质更易溢出,从而提高梨汁的营养成分。但温度过高会导致组织变软且失水过多而呈现干涸沟壑状(75 ℃水浴加热、700 W 微波加热),营养成分可能会被破坏。热处理功率和温度越高,对PPO 的灭酶效果越好,水浴热烫和超声加热最高分别能抑制PPO 42%和25%的活性,微波加热灭酶的效果最好(最高抑制72%)。

WB-500、SR-50、SR-60 组梨酒抗氧化活性均高于CK 组(P<0.05),RT-60、WB-500 和SR-40 组均能够提高梨酒中氨基酸的含量。综合而言,WB-500 组梨酒总酚含量能提高14.28%,氨基酸总含量提高了3.23%,辛酸乙酯、乙酸乙酯、癸酸乙酯等挥发性香气物质含量均显著增加(P<0.05),梨酒的感官品质得到很好的提升,可作为梨酒酿造前的预处理方法。

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Effect of Three Thermal Treatment Methods on Antioxidant Activity and Volatile Components of Pear Wine

MA Yi1,2,WEI Zi-yun1,2,XIAO Xiong-jun1,2,XIONG Rong1,2,XIE Li-ming1,2,YU Kang-jie1,2,YU Xiao1,2,HUANG Hui-ling1,2
(1.School of Biological Engineering,Sichuan University of Science&Engineering,Yibin 644005,Sichuan,China;2.Sichuan Engineering Technology Research Center for Liquor-Making Grains,Yibin 644000,Sichuan,China)

Abstract:Fresh pear was pretreated by water bath,microwave,and ultrasonic wave,respectively.The activity of polyphenol oxidase,total phenolic content,DPPH-scavenging and ABTS+-scavenging rates,content of amino acids,and content of volatile components of the yielded pear wine were determined and the volatile components were analyzed by principal component analysis(PCA).Thereby,the effect of three thermal pretreatments on the antioxidant activity and volatile components of pear wine was investigated.The results showed that microwave heating was outstanding in inactivating enzyme.The DPPH-scavenging rates of pear wine in 500 W microwave heating(WB-500),50 ℃ultrasonic heating(SR-50),and 60 ℃ultrasonic heating(SR-60)groups was higher than that in the control group(CK)(P<0.05).The types and content of amino acids in pear wine were increased in 60 ℃water bath (RT-60),WB-500,and 40 ℃ultrasonic heating (SR-40)groups.In addition,microwave heating could improve the fruit flavor and floral fragrance of pear wine.Overall,after the pretreatment by 500 W microwave heating for 120 s,the total phenolic content and total amino acid level in pear wine were increased by 14.28% and 3.23%,respectively,and volatile aroma compounds such as ethyl octanoate,ethyl acetate,and ethyl decanoate were increased significantly(P<0.05).Thus,the antioxidant activity and sensory quality of pear wine can be improved.Therefore,microwave heating can be used for pretreatment of pear for making wine.

Key words:thermal treatment;pear wine;antioxidation activity;flavor substances;principal component analysis

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.10.003

基金项目:国家自然科学基金项目(31801458);四川轻化工大学人才引进项目(Y2022077);四川自然科学基金(2020YJ0402)

作者简介:马懿(1983—),男(汉),副教授,博士,研究方向:食品科学与工程。

引文格式:马懿,魏紫云,肖雄峻,等.3 种热处理方法对梨酒抗氧化活性及挥发性成分的影响[J].食品研究与开发,2023,44(10):17-25.

MA Yi,WEI Ziyun,XIAO Xiongjun,et al.Effect of Three Thermal Treatment Methods on Antioxidant Activity and Volatile Components of Pear Wine[J].Food Research and Development,2023,44(10):17-25.

加工编辑:王艳

收稿日期:2022-11-14