桑椹酒发酵工艺优化及其挥发性成分分析

黄越1,黄传书1,杨碧文1,赵珮1,刘艳1,王梅1,吴均1*,戴宏杰2*

(1.重庆市蚕业科学技术研究院,重庆 400700;2.西南大学 食品科学学院,重庆 400715)

摘 要:以大10 品种桑椹为原料酿造桑椹发酵酒,研究发酵初始糖度、初始pH 值、酵母接种量、发酵温度以及发酵时间对桑椹发酵酒品质(酒精度、总糖、总酸及感官评分)的影响,通过响应面法优化桑椹酒发酵工艺,并采用固相微萃取/气相色谱-质谱(solid-phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry,SPME/GC-MS)联用对桑椹发酵酒的挥发性风味成分进行分析测定。结果表明:桑椹酒的最佳发酵工艺条件为初始糖度22.5°Bx、初始pH3.8、酵母接种量0.10‰、发酵温度25 ℃以及发酵时间9 d,在此条件下发酵得到的桑椹酒酒精度为13.8% vol,酒精度及糖酸比适宜,总SO2 及挥发酸含量较低,感官评价最优。在桑椹发酵酒中共分析鉴定出29 种挥发性成分,其中醇类和酯类物质占比相对较高,醇类物质3 种,相对含量共占49.16%,酯类物质10 种,相对含量共占20.46%。

关键词:桑椹;发酵酒;工艺优化;品质分析;挥发性成分

桑椹(Fructus Mori.)是多年生落叶木本植物桑的成熟果穗,属浆果类,又名桑葚、桑果、桑椹子、桑枣等[1]。桑椹曾经被当作蚕桑产业的副产品,近年来由于人们对高品质浆果的需求日益增长[2],桑椹也因其含有丰富的维生素及微量元素,并富含黄酮类、花青素、酚酸等多酚类生物活性物质[3],成为流行的水果之一。桑椹具有抗氧化[4]、增强机体免疫力[5]、抗炎[6]、护肝[7]以及抗衰老[8]等多种生物活性,已在食品、医药及化妆品行业中被广泛应用。目前,大多品种桑椹采收期集中在4~5 月,其总糖含量可达12%~15%,含水量可达80% 以上[9],这也导致鲜果极易破碎、腐烂变质,运输和储存难度大。为了提高桑椹资源的附加值,基于桑椹为原料的多种深加工产品被广泛研究,如桑椹酒、桑椹果汁、桑椹酱、桑椹醋等[10-11]。桑椹经酵母发酵得到的桑椹发酵酒能较大程度地保留其营养成分和功能活性物质,且货架期长、利润高,能有效提高桑椹附加值,具有较大的发展空间和市场潜力。目前种植较多的果桑品种主要有大10、红果2 号、长果桑、龙桑等,其中大10 为常见果桑品种,出汁率较高,可达75.25%,营养成分及功能物质(如原花青素)含量高,适宜进行精深加工[12-13]

目前大多桑椹酒发酵工艺基于科学问题进行研究,得到的工艺条件较为复杂,无法很好地扩大到工业化生产中。因此,基于产业发展需要,研究简单高效易于转化的桑椹酒发酵工艺关键技术很有必要[14]。本研究以大10 桑椹品种为原料,采用传统发酵方法,通过单因素以及响应面试验研究不同的发酵工艺参数对桑椹发酵酒品质的影响,筛选出最佳工艺条件,并对其品质指标进行测定,通过固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)/气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)对其挥发性风味成分进行分析测定,以期开发适用于工业化生产的高效便捷桑椹发酵酒工艺条件,为桑资源精深加工利用提供新的途径和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

桑椹原料:大10 品种,2023 年4 月采摘于重庆市蚕业科学技术研究院,采后立即-18 ℃冷冻储藏备用。

氢氧化钠、无水葡萄糖(均为分析纯):成都市科隆化学品有限公司;硫酸(分析纯):重庆川东化工(集团)有限公司;苯酚(分析纯):天津市科密欧化学试剂有限公司;白砂糖(食品级):云南中云勐滨糖业有限公司;碳酸氢钠、果酒专用酵母(均为食品级):安琪酵母股份有限公司;无水柠檬酸(食品级):潍坊英轩实业有限公司;焦亚硫酸钾(食品级):淄博长城化工厂。

1.2 仪器与设备

GCMS-QP2020 NX 气相色谱-质谱联用仪、Rxi-5Sil MS 气相色谱柱(30 m × 0.25 mm,0.25 μm):日本SHIMADZU 公司;萃取头(50/30 μm DVB/CAR/PDMS):美国Supelco 公司;UV-1800 型紫外可见分光光度计:翱艺仪器(上海)有限公司;FE28pH 计:梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;PAL-1 手持式数显糖度计:日本ATAGO 公司;HPX-Ⅱ-400 生化培养箱、HGZF-Ⅱ/H-101-3 电热恒温鼓风干燥箱:上海跃进医疗器械有限公司;XY-500A 型高速多功能粉碎机:浙江省永康市松青五金厂;H-200-BIA03(MB)多功能榨汁机:上海韩惠人爱家电科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 桑椹发酵酒加工工艺流程

桑椹采摘→分选→冻藏备用→解冻→榨汁→调糖→调酸→添加SO2→接种酵母→控温发酵→过滤→陈酿→桑椹发酵酒成品。

1.3.2 操作要点

桑椹采摘、分选、冻藏:采摘成熟的大10 桑椹,剔除霉果、烂果,置于-18 ℃条件下冷冻储藏备用。

桑椹解冻、榨汁:提前取出冷冻桑椹,自然解冻,采用多功能榨汁机进行汁渣分离得到桑椹汁,其初始糖度为13°Bx,初始pH 值为4.19。

调糖、调酸:将白砂糖用多功能粉碎机进行粉碎处理得到白砂糖粉,向桑椹汁中添加白砂糖粉,调整发酵初始糖度,添加食品级柠檬酸或食品级碳酸氢钠调整发酵初始pH 值。

添加SO2:添加食品级焦亚硫酸钾使发酵液中SO2初始浓度为100 mg/kg,以抑制发酵过程中杂菌生长并起到抗氧化和护色作用[15]

接种酵母、控温发酵:称取酵母于5%白砂糖溶液中搅拌均匀,置于38 ℃活化30 min,将活化好的酵母加入至调糖、调酸及添加SO2 的发酵液中,装入消毒后的自动排气发酵罐中,置于生化培养箱中进行控温发酵。当发酵液的酒精度及残糖含量基本稳定时,达到发酵终点。

过滤、陈酿:发酵结束后经300 目滤布过滤,于15~20 ℃条件下陈酿1~2 月,得到桑椹发酵酒成品。

1.3.3 发酵工艺优化

1.3.3.1 单因素试验

在SO2 添加量为100 mg/kg 时,分别考察发酵液初始糖度、初始pH 值、酵母接种量、发酵温度及发酵时间对桑椹发酵酒酒精度、总糖、总酸及感官评分的影响。各单因素条件设置如下:发酵液初始糖度为20、22、24、26、28°Bx;初始pH 值为3.2、3.5、3.8、4.1、4.4;酵母接种量为0.05‰、0.10‰、0.15‰、0.20‰、0.25‰;发酵温度为17、20、23、26、29 ℃,发酵时间为5、6、7、8、9、10 d。

1.3.3.2 响应面试验设计

在单因素试验的基础上,固定发酵时的初始pH值为3.8、酵母接种量为0.10‰,进一步采用Box-Behnken 试验设计,以初始糖度(A)、发酵温度(B)、发酵时间(C)3 个因素为自变量,感官评分及酒精度为响应值进行三因素三水平响应面优化试验,确定桑椹酒最佳发酵工艺参数,响应面试验设计因素与水平见表1。

表1 Box-Behnken 试验设计因素与水平
Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design

水平-1因素C 发酵时间/d 0 1 A 初始糖度/°Bx 20 22 24 B 发酵温度/℃24 26 28 8 9 10

1.3.4 理化指标测定及感官评价

参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的方法,分别采用酒精计法、电位滴定法、直接碘量法、直接法和密度瓶法分别测定酒精度、总酸含量、总SO2 含量、挥发酸和干浸出物含量;采用苯酚硫酸法测定总糖含量[16];参照GB 5009.266—2016《食品安全国家标准食品中甲醇的测定》测定甲醇含量;参照GB 4789.10—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验金黄色葡萄球菌检验》(第一法)和GB 4789.4—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏菌检验》分别检验金黄色葡萄球菌和沙门氏菌。

感官评价:参考文献[17-19]的方法,制定桑椹发酵酒感官评价标准,见表2。选择滋味、香气、色泽、澄清程度、风格5 个项目作为桑椹发酵酒的感官评价标准,总分100 分,由10 名具备一定专业知识且经过训练的人员组成评定小组进行感官评价,去掉一个最高分和一个最低分,取其平均值作为感官评分。

表2 桑椹发酵酒感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standards of mulberry wine

评价项目滋味(30 分)香气(20 分)色泽(20 分)澄清程度(15 分)评分标准醇厚协调,口感怡人,回味绵延酒体柔顺协调,酸甜适口滋味平淡,酸甜失调具有桑椹特有的果香,酒香浓郁纯正,协调悦人桑椹果香、酒香良好,尚悦人桑椹果香、酒香平淡或不足呈深紫红色,清亮,有光泽,悦目怡人与深紫红色略有偏差,光泽一般色泽暗淡,缺乏光泽澄清透明、无沉淀和悬浮物基本澄清,无明显沉淀和悬浮物风格(15 分)微混,有沉淀和悬浮物风格独特,典型明确有典型性,酒体协调风格缺失,酒体寡淡得分25~30 13~<25<13 17~20 9~<17<9 17~20 9~<17<9 13~15 7~<13<7 13~15 7~<13<7

1.3.5 挥发性风味成分分析

1.3.5.1 样品前处理

在初始糖度为22.5°Bx、初始pH 值为3.8、酵母接种量为0.10‰、发酵温度为25 ℃以及发酵时间为9 d条件下发酵得到桑椹酒,通过固相微萃取提取其中的挥发性成分,采用气相色谱-质谱联用进行分析。萃取头置于气相色谱进样口于250 ℃活化5 min,取7 mL桑椹发酵酒和1 g 氯化钠于聚四氟乙烯-硅隔膜密封的样品瓶中,用活化好的萃取头插入样品瓶在40 ℃下吸附45 min,抽出萃取头迅速插入气相色谱仪进样口于250 ℃解吸5 min,进行分析。

1.3.5.2 气相色谱-质谱条件

参考谭敏华等[20]的方法进行测定。气相色谱条件为色谱柱:Rxi-5Sil MS 色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);进样口温度:250 ℃;载气:氦气;进样方式:不分流进样;流速:0.8 mL/min。采用程序升温:柱温起始35 ℃保持2 min,以5 ℃/min 的速度将温度升高至50 ℃,再以6 ℃/min 的速度将温度升高至110 ℃,最后以8 ℃/min的速度将温度升高至230 ℃,230 ℃下保持5 min。

质谱条件为离子源:EI;电子能量:70 eV;离子源温度:250 ℃;传输线温度:250 ℃;质量扫描范围:50~550 amu。

采用NIST02 质谱数据库检索定性分析,对相似度大于80%的化合物予以确认,单个化合物的相对含量采用峰面积归一化法计算的百分比表示。

1.4 数据处理

每项测试至少进行3 次重复试验,采用SPSS 20.0软件进行数据处理,数据以平均值±标准差表示,通过Design-Expert 10.0.7 软件进行响应面试验设计及分析,采用Origin 2021 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 初始糖度对桑椹发酵酒品质的影响

不同初始糖度对桑椹发酵酒品质的影响如图1所示。

图1 不同初始糖度对桑椹发酵酒品质的影响
Fig.1 Effect of initial sugar content on the quality of mulberry wine

从图1 中可知,初始糖度对桑椹发酵酒的酒精度、总糖和感官评分均具有较大影响。在果酒酿造过程中,酵母利用糖类物质产生酒精及其他风味成分[21]。在初始糖度较低时,酵母可利用的底物较少,导致主发酵结束后桑椹发酵酒的酒精度不高;随着初始糖度升高,桑椹发酵酒的酒精度也明显增高,在初始糖度达到26°Bx 时其酒精度达到14.5%vol,随后呈下降趋势。这主要由于初始糖度过高使得发酵液渗透压增大,影响了酵母的增殖与代谢活动,从而导致酒精度下降。随着发酵液初始糖度的增加,桑椹发酵酒中总糖含量随之升高,过高的总糖会导致酒体出现浑浊,影响其最终品质[22]。随着初始糖度的增加,桑椹发酵酒的总酸含量和感官评分总体呈现先升后降的趋势,在初始糖度为22°Bx 时感官评分达到最高值,为86.13,此时酒精度为12.8%vol,总糖含量为5.44 g/L,总酸含量为9.4 g/L,糖酸比适中,酸甜适口,澄清透亮,因此选择20、22、24°Bx 作为桑椹酒发酵工艺进行响应面试验。

2.1.2 初始pH 值对桑椹发酵酒品质的影响

不同初始pH 值对桑椹发酵酒品质的影响如图2所示。

图2 不同初始pH 值对桑椹发酵酒品质的影响
Fig.2 Effect of initial pH on the quality of mulberry wine

由图2 可知,初始pH 值主要对桑椹发酵酒的总酸含量影响较为明显。随着发酵液初始pH 值升高,桑椹发酵酒的总酸含量逐渐降低。在偏酸性环境下,酿酒酵母能更好地生长、繁殖与代谢,但发酵液初始pH 值过低,也会抑制酵母的活动[23],导致桑椹发酵酒的酒精度偏低,酸度过高,影响其口感与风味。当发酵液初始pH 值逐渐升高,酒精度与感官评分均呈现先升高后降低的趋势,而总糖整体呈现下降的趋势。在初始pH 值为3.8 时,感官评分值最高(82.75),总糖最低(6.22 g/L),发酵较为完全,此时酒精度为14.3%vol,总酸为10.1 g/L;当初始pH 值进一步升高,发酵过程中易滋生杂菌,对酵母产生抑制作用,从而引起酒精度下降,使得酒体出现浑浊现象,并易产生不良风味,感官评分也随之降低。因此,选择pH3.8 作为桑椹发酵酒制备工艺最佳初始pH 值。

2.1.3 酵母接种量对桑椹发酵酒品质的影响

不同酵母接种量对桑椹发酵酒品质的影响如图3所示。

图3 不同酵母接种量对桑椹发酵酒品质的影响
Fig.3 Effect of yeast inoculation quantity on the quality of mulberry wine

由图3 可知,酵母接种量对桑椹发酵酒的感官评分和总糖具有一定影响。随着酵母接种量的增加,桑椹发酵酒的感官评分整体呈现先升高后降低的趋势。在发酵过程中,接种量会对酵母的呼吸产能和发酵速率产生影响[24]。酵母接种量过少会导致发酵速度慢,杂菌生长,从而影响桑椹发酵酒口感[25]。在酵母接种量为0.10‰时感官评分达到最高值(84.63),随着酵母接种量增多,发酵更加充分,使得总糖整体呈现降低趋势。酒精度及总酸含量的变化幅度较小,表明该果酒专用酵母活性高,在接种量较小时(0.05‰)桑椹发酵酒的酒精度已达到14.0%vol。但随着接种量增加,酵母大量快速繁殖会消耗较多能源物质,产生大量代谢产物,并在最终酒体中残余较多酵母残体,影响发酵酒的澄清度及风味,导致感官评分下降。因此,选择0.10‰作为桑椹发酵酒制备工艺最佳酵母接种量。

2.1.4 发酵温度对桑椹发酵酒品质的影响

不同发酵温度对桑椹发酵酒品质的影响如图4所示。

图4 不同发酵温度对桑椹发酵酒品质的影响
Fig.4 Effect of fermentation temperature on the quality of mulberry wine

由图4 可知,发酵温度对桑椹发酵酒的酒精度、总糖及感官评分具有较大影响。发酵温度会影响酿酒酵母的生长、繁殖和代谢活动,并会改变其代谢产物的合成方向[26]。果酒生产过程中,发酵温度过低使得发酵液的启酵较为缓慢,酵母生长受限,其酶活受到影响,导致主发酵时间延长,最终的酒精度也不高,风味也较为单一[27-28]。随着发酵温度从17 ℃升高至26 ℃,酵母生长对数期缩短,提前进入稳定期,使得桑椹酒发酵速度加快,产生大量风味物质,酒精度和感官评分也随之升高,总糖则逐渐降低。当发酵温度达到29 ℃,发酵速度过快会导致发酵结束过早,酒精度及感官评分下降,总糖则升高。发酵过程中总酸含量整体呈一定的上升现象,但变化趋势相对较小。在发酵温度为26 ℃时,感官评分和酒精度分别达到最高(84.13、14.5%vol),总糖最低为5.21 g/L,总酸为9.9 g/L。因此,选择24、26、28 ℃作为桑椹酒发酵工艺进行后续试验。

2.1.5 发酵时间对桑椹发酵酒品质的影响

不同发酵时间对桑椹发酵酒品质的影响如图5所示。

图5 不同发酵时间对桑椹发酵酒品质的影响
Fig.5 Effect of fermentation time on the quality of mulberry wine

从图5 可知,发酵时间对桑椹发酵酒的酒精度、总糖及感官评分具有较大影响。发酵时间为5~9 d 时,酒精度不断上升,总糖下降速度较快,这是由于酵母消耗大量糖类物质进行快速增殖,并以糖类物质为底物发酵产生酒精以及一系列风味物质,感官评分也得到提升。随着发酵时间的进一步延长,酵母受到乙醇胁迫[29],自身增殖以及对糖类物质的利用受到影响,使得总糖下降趋于平缓。此外,因为发酵液中的残糖含量较低,酵母生长可利用糖类物质不足,自身也出现老化、自溶,产生苦涩味物质,使得整体风味受到影响,酒精度与感官评分也随之降低,这与袁辛锐等[30]研究发酵时间对桂圆发酵果酒的感官评分结果一致。总酸含量呈上升趋势,但整体变化幅度较小。在发酵时间为9 d 时,感官评分与酒精度分别达到最高为86.50、14.6%vol,此时总糖为5.84 g/L,总酸为9.9 g/L。因此,选择8、9、10 d 作为桑椹酒发酵工艺进行后续试验。

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面试验结果

在单因素试验结果基础上,固定发酵时的初始pH值为3.8、酵母接种量为0.10‰,选择对发酵酒感官品质影响相对较大的初始糖度、发酵温度和发酵时间进行Box-Behnken 试验设计,以桑椹发酵酒感官评分及酒精度为响应值筛选桑椹发酵酒最佳制备工艺,试验设计及结果见表3。

表3 响应面试验设计及结果
Table 3 Box-Behnken design and results

试验号A 初始糖度C 发酵时间1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 0-1 B 发酵温度0-1 0-1-1-1-1 0 1 0 0-0 0 0 0-1 0 1-11 12 13 14 15 16 17 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1-1 0 0 0 0 1 1 1 1 0-1 0 1 0 0-1酒精度/%vol 13.5 14.6 13.7 12.0 11.6 11.4 11.0 14.2 12.3 12.5 14.4 13.3 13.8 13.8 13.4 13.5 12.8感官评分90.13 85.75 89.88 73.38 76.00 72.25 74.88 84.13 88.88 82.63 77.25 87.75 90.75 82.13 91.63 88.88 80.38

采用Design-Expert 10.0.7 软件对响应面试验结果进行多元回归方程拟合,得到以酒精度和感官评分为目标函数的二次回归方程分别如下。

酒精度=13.58+1.37A-0.14B-0.29C+0.10AB+0.05AC+0.17BC-0.28A2-0.20B2-0.65C2

感官评分=90.25+4.09A-2.91B+0.032C-1.84AB-0.22AC+0.28BC-9.36A2-3.74B2-1.61C2

2.2.2 方差分析

将酒精度及感官评分为响应值的试验结果进行方差分析,结果见表4 和表5。

表4 以酒精度为响应值的回归模型方差分析
Table 4 Analysis of variance of regression model based on alcohol content as response value

注:*表示影响显著,P<0.05;**表示影响极显著,P<0.01。

方差来源回归模型自由度A B C AB显著性*******AC BC A2 B2 C2残差失拟项纯误差总和平方和18.59 15.12 0.15 0.66 0.040 0.010 0.12 0.32 0.17 1.79 0.16 0.048 0.11 18.74 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 3 4 16均方2.07 15.12 0.15 0.66 0.040 0.010 0.12 0.32 0.17 1.79 0.022 0.016 0.027 F 值92.97 680.87 6.81 29.77 1.80 0.45 5.51 14.60 7.77 80.70 P 值<0.000 1<0.000 1 0.034 9 0.001 0 0.221 5 0.523 8 0.051 2 0.006 5 0.027 0<0.000 1*****0.59 0.655 3

表5 以感官评分为响应值的回归模型方差分析
Table 5 Variance analysis of regression model based on sensory score as response value

注:*表示影响显著,P<0.05;**表示影响极显著,P<0.01。

方差来源回归模型自由度A B C AB显著性*******AC BC A2 B2 C2 F 值44.48 78.54 39.58 4.95×10-3 7.96 0.11 0.18 216.14 34.42 6.38 P 值<0.000 1<0.000 1 0.000 4 0.945 9 0.025 8 0.746 2 0.681 1<0.000 1 0.000 6 0.039 5*****残差失拟项纯误差总和平方和683.28 134.07 67.57 8.45×10-3 13.58 0.19 0.31 368.94 58.76 10.89 11.95 7.77 4.18 695.23 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 3 4 16均方75.92 134.07 67.57 8.45×10-3 13.58 0.19 0.31 368.94 58.76 10.89 1.71 2.59 1.05 2.48 0.200 9

由表4 及表5 可看出,酒精度及感官评分的回归模型均表现为极显著(P<0.000 1),而失拟项均不显著(酒精度P=0.655 3>0.05,感官评分P=0.200 9>0.05),表面该模型在研究范围拟合度较高,与实际结果之间误差较小。以酒精度为响应值的模型决定系数R2=0.991 7,调整决定系数R2Adj=0.981 0,以感官评分为响应值的模型决定系数R2=0.982 8,调整决定系数R2Adj=0.960 7,表明两个回归模型的拟合度较高,接近实际试验结果,该模型可以较准确地对桑椹发酵酒的酒精度及感官评分进行分析与预测。

以酒精度为响应值的拟合方程一次项ACP<0.01,影响极显著,一次项BP<0.05,影响显著,表明初始糖度和发酵时间对桑椹酒发酵工艺的酒精度影响较大;二次项A2C2P<0.01,影响极显著,B2P<0.05,影响显著;各因素间交互项的影响均不显著。由F 值可知,各考察因素对桑椹发酵酒酒精度的影响程度依次为初始糖度(A)>发酵时间(C)>发酵温度(B)。

以感官评分为响应值的拟合方程一次项ABP<0.01,影响极显著,一次项C 影响不显著,表明初始糖度和发酵温度对桑椹酒发酵工艺的感官评分影响较大;二次项A2B2P<0.01,影响极显著,二次项C2P<0.05,影响显著;交互项ABP<0.05,影响显著。由F 值可知,各考察因素对桑椹发酵酒感官评分的影响程度依次为初始糖度(A)>发酵温度(B)>发酵时间(C)。

2.2.3 各因素交互作用分析

以酒精度为响应值的各因素间交互项的影响均不显著,以感官评分为响应值存在显著交互项,因此对各因素之间的交互作用影响桑椹发酵酒感官评分的响应面及等高线进行分析,结果如图6 所示。

图6 各因素间交互作用对桑椹酒感官评分影响的等高线及响应面
Fig.6 Contour plots and response surface plots of interactions between different factors on sensory score of mulberry wine

响应值的大小变化反映等高线的陡峭程度,响应面曲线越陡峭,说明该因素对响应值的影响越大。从图6 可知,初始糖度和发酵温度间交互作用的等高线比初始糖度和发酵时间、发酵温度和发酵时间交互作用的等高线更加密集且响应面更加陡峭,所以初始糖度和发酵温度间交互作用对桑椹发酵酒的感官评分影响较大,且初始糖度和发酵温度交互作用的等高线呈现椭圆形,交互作用达到显著效果。这与回归模型方差分析结果一致。

2.2.4 响应面模型验证试验

经响应面软件分析,得到桑椹发酵酒的最佳酿造工艺条件为初始糖度22.53°Bx、发酵温度25.09 ℃、发酵时间8.95 d,在此条件下得到桑椹发酵酒的酒精度理论值为13.95%vol,感官评分理论值为91.46。考虑到实际可操作性,结合单因素试验结果,将最佳发酵条件调整为初始pH 值为3.8、酵母接种量为0.1‰、初始糖度22.5°Bx、发酵温度25 ℃和发酵时间9 d,在此最佳条件下进行3 次平行验证试验,得到桑椹发酵酒的酒精度为13.8%vol,感官评分为90.97,均与响应面模型分析的理论值接近,表明该响应面模型应用于桑椹发酵酒的工艺优化较为准确可靠。

2.3 桑椹发酵酒理化指标及微生物指标分析

经最佳工艺条件酿造得到桑椹发酵酒,测定其理化指标及微生物指标,结果见表6。

表6 桑椹发酵酒理化及微生物指标测定结果
Table 6 Determination of physicochemical and microbiological indexes of mulberry wine

酒精度/%vol 13.8总糖含量/(g/L)4.8总酸含量/(g/L)9.4总SO2含量/(mg/L)20挥发酸含量/(g/L)0.2干浸出物含量/(g/L)36.2甲醇含量/(g/L)0.06金黄色葡萄球菌未检出沙门氏菌未检出

由表6 可知,在最佳工艺条件下酿造出的桑椹发酵酒,其酒精度为13.8% vol,总糖为4.8 g/L,总酸为9.4 g/L,酒精度及糖酸比适宜,总SO2 及挥发酸含量低。此条件下桑椹发酵酒的感官评分为90.97,酒体呈深紫红色,无沉淀和悬浮物,澄清透亮有光泽,桑椹果香与酒香协调纯正,口感柔顺怡人,风格典型优雅,金黄色葡萄球菌及沙门氏菌均未检出。

2.4 挥发性成分分析

图7 为桑椹发酵酒中挥发性风味成分的GC-MS分析总离子流色谱图,分析鉴定得到的挥发性风味成分及含量如表7 所示。

图7 桑椹发酵酒挥发性成分GC-MS 分析总离子流色谱图
Fig.7 GC-MS total ion chromatogram of volatile components in mulberry wine

表7 桑椹发酵酒中挥发性风味成分
Table 7 Volatile flavor components in mulberry wine

类别酯类醇类酸类醛酮类烷类化合物名称乙酰丙酸甲酯乙酸异戊酯己酸乙酯丁二酸二乙酯辛酸乙酯乙酸芳樟酯癸酸乙酯月桂酸乙酯十四酸乙酯棕榈酸乙酯异戊醇2-甲基丁醇苯乙醇丙酸癸酸苯甲醛正壬醛大马酮正己烷正庚烷六甲基环三硅氧烷十甲基环五硅氧烷3-丁氧基-1,1,1,7,7,7-六甲基-3,5,5-三(三甲基硅氧基)四硅氧烷其他2,6,10,15-四甲基十七烷5-(1-甲基丙基)-壬烷甲苯乙苯邻二甲苯十六烷基二甲基叔胺保留时间/min 2.646 8.527 12.233 17.205 17.643 18.886 21.819 25.273 28.308 31.125 4.734 4.819 15.729 2.854 17.924 11.215 15.343 21.661 2.502 3.839 6.682 21.198 22.995 25.400 26.956 5.389 8.059 8.352 29.893相对含量/%3.80 1.08 0.93 2.13 6.20 0.40 3.97 0.80 0.40 0.75 26.26 7.36 15.54 0.58 0.20 1.74 0.49 0.59 3.88 0.82 0.86 1.95 3.57 0.33 0.78 1.84 0.89 4.70 7.16

由表7 可知,采用SPME/GC-MS 从桑椹发酵酒中共鉴定出29 种挥发性成分。其中酯类物质10 种,相对含量共占20.46%;醇类物质3 种,相对含量共占49.16%;酸类物质2 种,相对含量共占0.78%;醛酮类物质3 种,相对含量共占2.82%;烷类物质7 种,相对含量共占12.19%;其他类物质4 种,相对含量共占14.59%。醇类和酯类物质占比相对较高,醇类中异戊醇具有刺激醇味,苯乙醇具有玫瑰香气,可赋予桑椹酒杂醇香气和花香,而酯类物质可赋予桑椹酒花果香和浓郁酒香,如辛酸乙酯具有白兰地酒香,癸酸乙酯具有椰子香型香气。

3 结论

经单因素及响应面试验得到桑椹酒的最佳发酵工艺条件为初始糖度22.5°Bx、初始pH3.8、酵母接种量0.10‰、发酵温度25 ℃以及发酵时间9 d,在此条件下发酵得到的桑椹酒酒精度为13.8%vol,总糖为4.8 g/L,总酸为9.4 g/L,感官评价最优。桑椹发酵酒酒体呈深紫红色,澄清透亮,果香与酒香协调纯正,口感醇厚,回味绵长。采用SPME/GC-MS 在桑椹发酵酒中共鉴定出29 种挥发性成分,其中醇类和酯类物质占比相对较高,醇类物质3 种,相对含量共占49.16%,酯类物质10 种,相对含量共占20.46%。

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Fermentation Process Optimization of Mulberry Wine and Analysis of Its Volatile Components

HUANG Yue1,HUANG Chuanshu1,YANG Biwen1,ZHAO Pei1,LIU Yan1,WANG Mei1,WU Jun1*,DAI Hongjie2*
(1.Chongqing Sericulture Science and Technology Research Institute,Chongqing 400700,China;2.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China)

Abstract:The effects of initial sugar content,initial pH,yeast inoculation quantity,fermentation temperature and fermentation time on the quality(alcohol content,total sugar,total acid and sensory score)of mulberry(Da 10 variety)fermented wine were investigated.The fermentation process of mulberry wine was optimized by response surface methodology,and the volatile flavor components were further determined by SPME/GC-MS.The results showed that the optimal fermentation conditions of mulberry wine were as follows:initial sugar content 22.5°Bx,initial pH3.8,yeast inoculation quantity 0.10‰,fermentation temperature 25 ℃and fermentation time 9 d.Under these conditions,the alcohol content of mulberry wine was 13.8% vol,with suitable alcohol content and sugar-acid ratio.In addition,the total SO2 and volatile acid were relatively low,and the sensory score was optimal.In this mulberry wine,29 volatile components were identified,among which alcohols and esters were relatively high,with 3 alcohols accounting for 49.16% and 10 esters accounting for 20.46%.

Key words:mulberry;fermented wine;process optimization;quality analysis;volatile components

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.12.015

基金项目:重庆市科研机构绩效激励引导专项项目(cstc2022jxjl00015)

作者简介:黄越(1994—),女(汉),工程师,硕士研究生,研究方向:蚕桑资源高值化利用、食品胶体化学。

*通信作者:吴均(1988—),女(汉),高级工程师,硕士研究生,研究方向:蚕桑资源功能物质、综合应用及产业化技术;戴宏杰(1990—),男(汉),副教授,博士研究生,研究方向:食品胶体及界面化学。

引文格式:

黄越,黄传书,杨碧文,等.桑椹酒发酵工艺优化及其挥发性成分分析[J].食品研究与开发,2024,45(12):111-119.

HUANG Yue,HUANG Chuanshu,YANG Biwen,et al.Fermentation Process Optimization of Mulberry Wine and Analysis of Its Volatile Components[J].Food Research and Development,2024,45(12):111-119.

责任编辑:张璐

收稿日期:2023-07-27