本文摘要：摘要：以長(zhǎng)紅棗為原料，研究了釀制紅棗果酒的工藝參數(shù)。選擇長(zhǎng)紅棗果酒的酒精度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)確定了長(zhǎng)紅棗果酒最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)為初始糖度22%，發(fā)酵溫度23℃，接種6.0%的酵母菌活化液。利用電子鼻及氣相色譜分析了長(zhǎng)紅棗果酒的風(fēng)味物質(zhì)
摘要：以長(zhǎng)紅棗為原料，研究了釀制紅棗果酒的工藝參數(shù)。選擇長(zhǎng)紅棗果酒的酒精度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)確定了長(zhǎng)紅棗果酒最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)為初始糖度22%，發(fā)酵溫度23℃，接種6.0%的酵母菌活化液。利用電子鼻及氣相色譜分析了長(zhǎng)紅棗果酒的風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)果表明，發(fā)酵工藝優(yōu)化前后的長(zhǎng)紅棗果酒風(fēng)味物質(zhì)存在顯著差異，優(yōu)化后的長(zhǎng)紅棗果酒，其甲醇和高級(jí)醇的含量顯著降低。
關(guān)鍵詞：長(zhǎng)紅棗果酒;工藝優(yōu)化;風(fēng)味物質(zhì);電子鼻;氣相色譜
發(fā)酵方向論文投稿刊物：《食品與發(fā)酵工業(yè)》(月刊)1970年創(chuàng)刊，是全國(guó)眾多食品刊物中由國(guó)家一級(jí)學(xué)會(huì)創(chuàng)辦的、代表我國(guó)現(xiàn)代食品與發(fā)酵科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的純學(xué)術(shù)期刊，刊載內(nèi)容主要有：食品與發(fā)酵工業(yè)發(fā)展相關(guān)的原輔料、工藝、包裝、機(jī)械、檢測(cè)、安全、流通、綜合利用等方面的研究報(bào)告以及國(guó)內(nèi)外食品與發(fā)酵科技發(fā)展動(dòng)態(tài)等方面的綜述文章。讀者對(duì)象為從事食品與發(fā)酵及相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)、科研、設(shè)計(jì)和管理的人員。
長(zhǎng)紅棗又稱(chēng)中華大棗、棗、華棗，是鼠李科棗屬(Zizyphus.JujubeMill)植物棗樹(shù)的果實(shí)[1]，是我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)果品，富含維生素、氨基酸、黃酮類(lèi)、皂苷類(lèi)等多種營(yíng)養(yǎng)成分，具有極高的食用和藥用價(jià)值[2-3]。長(zhǎng)紅棗為山東省四大主栽品種之一，主要分布在山東省的魯中南山區(qū)，其中泰安地區(qū)的種植面積和產(chǎn)量均居全省首位，棗莊、濟(jì)寧地區(qū)次之，長(zhǎng)紅棗是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種[4]。但長(zhǎng)紅棗鮮果自然保鮮能力很差，在貯藏中果實(shí)極易因感染微生物，腐爛變質(zhì)而失去商品價(jià)值[5];并且長(zhǎng)紅棗果實(shí)纖維素含量較少，鮮果干燥后果實(shí)干癟、口感差，也會(huì)影響長(zhǎng)紅棗干果的市場(chǎng)銷(xiāo)量。因此目前長(zhǎng)紅棗的加工僅有整果干制、干棗片、蜜棗等形式，加工方式相對(duì)單一;加工技術(shù)相對(duì)落后，這限制了當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
以棗為原料釀造果酒，既可有效保留果實(shí)中的原有成分[6]，又能拓寬長(zhǎng)紅棗的加工途徑。目前有關(guān)棗酒的研究產(chǎn)品主要有紅棗酒[7-10]、干紅棗酒[11-13]、紅棗甜酒[14]、澄清型紅棗酒[15]、紅棗白蘭地[1,16]、山棗果酒[17]等類(lèi)型，但由于長(zhǎng)紅棗品種的多樣性導(dǎo)致長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵工藝存在較大差異[8-9,17]，且所釀果酒的風(fēng)味也不盡相同[18-20]。目前，有關(guān)利用長(zhǎng)紅棗加工生產(chǎn)紅棗果酒的研究還未見(jiàn)報(bào)道，為此，本試驗(yàn)以長(zhǎng)紅棗干果為原料釀制紅棗果酒，利用單因素及正交試驗(yàn)優(yōu)化了發(fā)酵工藝參數(shù);并利用電子鼻及氣相色譜對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分析，旨在建立長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵技術(shù)體系，為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)長(zhǎng)紅棗果酒提供技術(shù)依據(jù)。
1材料與方法
1.1材料與試劑
長(zhǎng)紅棗干果，市售，產(chǎn)地為山東棗莊;試驗(yàn)用酵母Z34，本實(shí)驗(yàn)室自選菌[21]。檸檬酸、白砂糖(一級(jí))，均為市售食品級(jí);偏重亞硫酸鉀，煙臺(tái)帝伯仕自釀機(jī)有限公司生產(chǎn)。
1.2儀器與設(shè)備
SPL-250型生化培養(yǎng)箱，天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司;YP100001型電子天平、FA1004型電子天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司;TD-45型數(shù)字折光儀，浙江托普儀器有限公司;PHS-2F型pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;酒精計(jì)，河北省武強(qiáng)縣紅星儀表廠;PEN3型電子鼻，德國(guó)AIRSENSE公司，傳感器陣列由10個(gè)不同的金屬氧化物傳感器組成[22]，不同傳感器響應(yīng)不同氣味物質(zhì)[23];DFT-250型手提式高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，溫嶺市林大機(jī)械有限公司;DHG9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;飛利浦食品加工機(jī)(打漿機(jī))，珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)飛利浦家庭電器有限公司。
1.3方法
1.3.1工藝流程
長(zhǎng)紅棗干果→預(yù)處理→打漿→成分調(diào)整→硫處理→接種酵母→主發(fā)酵→過(guò)濾→后發(fā)酵→倒酒→陳釀→澄清→成品
經(jīng)預(yù)處理后得到的長(zhǎng)紅棗干果漿液，添加白砂糖調(diào)整糖度至20%，添加檸檬酸調(diào)整pH為3.50，向紅棗漿液中加入60mg/L的偏重亞硫酸鉀，和5%的酵母活化液，按照60%的裝液量在250mL三角瓶中25℃條件下恒溫靜止發(fā)酵[21]。主發(fā)酵結(jié)束后，過(guò)濾除去原酒中的沉淀物，降低發(fā)酵溫度至18℃進(jìn)行后發(fā)酵;7d后將酒倒入密閉容器中，注意不要倒入沉淀物，封閉容器于4℃下陳釀30d，經(jīng)離心澄清后得長(zhǎng)紅棗果酒成品。
1.3.2操作要點(diǎn)
(1)預(yù)處理
使用無(wú)霉變、無(wú)蟲(chóng)蛀的果實(shí)，用清水洗去棗表面的污物，將水瀝干后去核備用。加入4倍于紅棗質(zhì)量的水，以微沸狀態(tài)煮制30min。在煮制過(guò)程中注意控制溫度避免過(guò)度沸騰，同時(shí)待水微沸后每15min補(bǔ)加質(zhì)量為原加水量10%的水，整個(gè)過(guò)程補(bǔ)水2次[24]。煮制結(jié)束后，待煮制液冷卻至溫室，用冷開(kāi)水調(diào)整煮制液的質(zhì)量至煮制前的質(zhì)量。
(2)活化酵母菌
溫水中加入2%白砂糖和1%酵母菌，置于30℃的環(huán)境中使其活化，活化2h后即可使用。
1.3.3紅棗果酒主發(fā)酵工藝的確定
以原酒的酒精度為指標(biāo)，分別考察酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度對(duì)發(fā)酵的影響。
(1)單因素試驗(yàn)
在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依次進(jìn)行以下三組試驗(yàn)。
經(jīng)處理的紅棗漿液，調(diào)節(jié)初始糖度為20%、pH3.50，分別以體積分?jǐn)?shù)2%、4%、6%、8%、10%的接種量接種酵母菌活化液，25℃發(fā)酵，研究酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響。
經(jīng)處理的紅棗漿液，調(diào)節(jié)初始糖度為20%、pH3.50，接種酵母量為5%，分別在18、20、22、24、26℃發(fā)酵，研究發(fā)酵溫度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響。
經(jīng)處理的紅棗漿液，調(diào)節(jié)初始糖度依次為18%、20%、22%、24%、26%，pH3.50，接種酵母量5%，在23℃發(fā)酵，研究初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響。
(2)果酒發(fā)酵的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在單因素試驗(yàn)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，以原酒的酒精度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定長(zhǎng)紅棗果酒的最佳發(fā)酵工藝。
1.3.4分析方法
以長(zhǎng)紅棗干果和鮮果為原料，分別使用優(yōu)化前和優(yōu)化后的工藝進(jìn)行發(fā)酵獲得長(zhǎng)紅棗果酒，利用電子鼻及氣相色譜對(duì)獲得的長(zhǎng)紅棗果酒進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[25,26]。
(1)電子鼻檢測(cè)
取1mL成品酒樣于500mL的錐形瓶中，加入2mL蒸餾水并用保鮮膜封口，搖勻后于25℃下靜置半小時(shí)平衡，然后直接將進(jìn)樣針頭插入樣品瓶采用頂空吸氣法進(jìn)行電子鼻分析試驗(yàn)。
測(cè)定條件：樣品準(zhǔn)備時(shí)間5s、檢測(cè)時(shí)間100s、測(cè)量計(jì)數(shù)1s、自動(dòng)調(diào)零時(shí)間5s、清洗時(shí)間300s、內(nèi)部流量400mL/min，進(jìn)樣流量400mL/min。完成1次檢測(cè)后系統(tǒng)進(jìn)行清零和標(biāo)準(zhǔn)化，然后再進(jìn)行第2次頂空采樣。統(tǒng)計(jì)分析10個(gè)不同選擇性傳感器的G/G0值;通過(guò)電子鼻Winmuster分析軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
(2)氣相色譜分析
甲醇含量和高級(jí)醇含量采用氣相色譜法測(cè)定。果酒發(fā)酵液經(jīng)蒸餾后得到的樣品使用氣相色譜法測(cè)定。
色譜條件為：色譜柱LAP-930，50m×0.32mm×1.0μm;檢測(cè)器為氫火焰離子化檢測(cè)器。初始柱溫為50℃，保持8min，以5℃/min的升溫速度升至200℃，保持5min，進(jìn)樣量為1.0μL，分流比為10:1。
(3)理化指標(biāo)測(cè)定
糖度：斐林試劑法;酒精度：參照GB5009.225-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》，所得酒精度數(shù)值均校正為20℃條件下的數(shù)值。
1.4數(shù)據(jù)處理
每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)以x±s表示。使用軟件OriginPro8.0對(duì)單因素試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，方差分析法進(jìn)行顯著性分析。
2結(jié)果與分析
2.1長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵工藝的單因素試驗(yàn)
2.1.1酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響
(1)酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的影響
自發(fā)酵開(kāi)始每隔24h取樣一次測(cè)定發(fā)酵液的殘?zhí)呛�，記錄長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵進(jìn)程;同時(shí)注意發(fā)酵過(guò)程防止染菌現(xiàn)象發(fā)生。隨著酵母接種量的增加，發(fā)酵速度逐漸加快;當(dāng)接種量大于6.0%時(shí)，酵母接種后沒(méi)有出現(xiàn)明顯的發(fā)酵延遲期，這表明合理增加酵母接種量可以縮短發(fā)酵的延遲期。4.0%與6.0%的接種量，發(fā)酵曲線吻合程度最高，且發(fā)酵時(shí)間相同，表明這兩個(gè)梯度接種量的發(fā)酵速度差異不顯著，當(dāng)接種量大于6.0%時(shí)發(fā)酵周期縮短24h。當(dāng)接種量為2%時(shí)，起發(fā)酵速度延遲時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)酵周期也延長(zhǎng)了24h;說(shuō)明當(dāng)酵母接種量低于4%時(shí)，發(fā)酵受到較顯著的影響，不利于主發(fā)酵的進(jìn)行。
(2)酵母菌接種量對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響
當(dāng)酵母接種量為6.0%時(shí)，發(fā)酵后的酒液酒精度最高。當(dāng)接種量低于6.0%時(shí)，酵母菌會(huì)消耗部分糖用于生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致最終酒液的酒精度較低;當(dāng)接種量大于6.0%時(shí)，酵母菌增殖速度加快，導(dǎo)致酵母菌的生長(zhǎng)過(guò)早進(jìn)入衰亡期，發(fā)酵提前終止，耗糖量略有下降，酒精度降低。因此，酵母菌的最適接種量范圍為4.0%~6.0%。
2.1.2發(fā)酵溫度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的影響
在所選擇的溫度范圍內(nèi)，發(fā)酵溫度對(duì)果酒發(fā)酵的影響可分為三個(gè)梯度。當(dāng)發(fā)酵溫度為26℃時(shí)，發(fā)酵速度最快，但發(fā)酵周期相應(yīng)縮短，僅為6d，酒精度也相對(duì)較低。24℃時(shí)的發(fā)酵曲線與22℃時(shí)的發(fā)酵曲線趨勢(shì)較為一致，發(fā)酵過(guò)程較為平緩，發(fā)酵周期為7d，酒精度也相對(duì)較高。當(dāng)發(fā)酵溫度低于22℃時(shí)，起發(fā)酵速度變緩，發(fā)酵過(guò)程受到一定程度的抑制，發(fā)酵周期延長(zhǎng)為8d，酒精度也相應(yīng)變低。試驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)酵溫度過(guò)高時(shí)，酵母菌增殖過(guò)快，菌體過(guò)早進(jìn)入衰亡期，導(dǎo)致后發(fā)酵不足，發(fā)酵5d時(shí)接近終止。當(dāng)發(fā)酵溫度過(guò)低,酵母菌的生長(zhǎng)繁殖受到抑制，發(fā)酵速度減緩，耗糖量減少，酒精度也相應(yīng)降低。綜合考慮酒精度和發(fā)酵周期等因素，將長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的最適溫度設(shè)置為22~24℃。
2.1.3初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的影響
(1)初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒糖度的影響
糖類(lèi)為酵母菌的生長(zhǎng)繁殖提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量，也是酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精的前體物質(zhì)，果漿中初始糖度直接影響酵母菌的生長(zhǎng)繁殖及果酒的酒精度。長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵所用酵母對(duì)糖的耐受范圍比較廣;在選擇的初始糖度范圍內(nèi)，當(dāng)長(zhǎng)紅棗果漿中的初始糖度逐漸增加時(shí)，糖度并沒(méi)有對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的起發(fā)酵速度以及發(fā)酵結(jié)束后酒液中的糖含量造成影響，初始糖度的增加只是相應(yīng)地延長(zhǎng)了主發(fā)酵的時(shí)間。
(2)初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響
初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響，隨著紅棗果漿中初始糖度的增加，原酒中的酒精度也相應(yīng)升高。綜合考慮發(fā)酵成本及發(fā)酵周期等因素，選擇長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵的初始糖度為18%~22%。
2.2長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵工藝的正交優(yōu)化試驗(yàn)
對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度影響最大的因素為長(zhǎng)紅棗果漿的初始糖度(C)，最小的為酵母菌接種量(B)。表3方差分析顯示，發(fā)酵溫度和初始糖度對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度的影響達(dá)到顯著水平，而酵母菌接種量對(duì)其影響不顯著。長(zhǎng)紅棗果酒主發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為A2B3C3，即發(fā)酵溫度23℃、酵母菌接種量6.0%、初始糖度22%時(shí)，所釀果酒酒精度最高。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，該條件下所得果酒酒精度為11.5%vol，均高于其他試驗(yàn)組;成品酒的糖度為23g/L，按照葡萄酒糖度分類(lèi)屬于半甜型果酒，說(shuō)明優(yōu)化后的條件對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒的發(fā)酵具有良好的適用性。
2.3風(fēng)味物質(zhì)分析
2.3.1電子鼻主成分分析
利用電子鼻對(duì)優(yōu)化前和優(yōu)化后工藝下的發(fā)酵酒進(jìn)行主成分分析，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的貢獻(xiàn)率之和為99.40%，表明PCA對(duì)優(yōu)化前后工藝下的長(zhǎng)紅棗果酒區(qū)分效果較為理想，可用于區(qū)分不同發(fā)酵條件下的長(zhǎng)紅棗果酒，并且總貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于85%，說(shuō)明分析結(jié)果是有效可行的[28]。同一種酒樣之間數(shù)據(jù)集中程度均較好，不同酒樣間不存在重疊現(xiàn)象，能夠很明顯地區(qū)分四種不同的發(fā)酵酒樣。
2.3.2氣相色譜分析
對(duì)不同釀制工藝的長(zhǎng)紅棗果酒進(jìn)行氣相色譜分析，優(yōu)化前和優(yōu)化后的發(fā)酵工藝對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒中甲醇和高級(jí)醇的含量影響明顯。采用優(yōu)化后工藝釀造的果酒，甲醇含量明顯低于采用優(yōu)化前的，同時(shí)高級(jí)醇的含量也顯著低于優(yōu)化前的果酒。果酒中適宜的高級(jí)醇含量不僅使酒體香氣豐滿(mǎn)、口感柔和圓潤(rùn)，還可提高酒體的醇厚感和協(xié)調(diào)性;但高級(jí)醇含量過(guò)高易導(dǎo)致酒體產(chǎn)生異雜味和苦味，飲用后產(chǎn)生頭痛、口渴等癥狀，對(duì)飲用者的身體健康不利。相關(guān)研究表明，果酒中高級(jí)醇含量在300~360mg/L的范圍內(nèi)較為適宜。采用優(yōu)化后的發(fā)酵工藝釀造的果酒，高級(jí)醇含量較為適宜。
3結(jié)論
選擇長(zhǎng)紅棗干果為原料，以本試驗(yàn)室選育的釀酒酵母為釀造菌株，利用單因素試驗(yàn)分別考察了酵母菌接種量、發(fā)酵溫度、初始糖度等發(fā)酵條件對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒發(fā)酵過(guò)程及果酒酒精度的影響。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒酒精度影響最大的因素為紅棗果漿的初始糖度，其次為發(fā)酵溫度，影響最小的因素為酵母菌接種量;長(zhǎng)紅棗果酒的最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)為初始糖度22%、發(fā)酵溫度23℃、接種6.0%的酵母菌活化液。對(duì)優(yōu)化前及優(yōu)化后的工藝條件下的發(fā)酵酒樣進(jìn)行電子鼻分析可知，兩種情況下的發(fā)酵酒樣之間存在較大差異;由氣相色譜分析結(jié)果可知，優(yōu)化后的工藝更適于長(zhǎng)紅棗果酒的釀制，此條件下制得的長(zhǎng)紅棗果酒成品酒的酒精度為11.5%vol，糖度為23g/L，符合半甜型果酒的標(biāo)準(zhǔn)。本研究對(duì)長(zhǎng)紅棗果酒的主發(fā)酵工藝進(jìn)行了探索，為長(zhǎng)紅棗果酒的工業(yè)化生產(chǎn)提供了參考依據(jù)和技術(shù)支持。
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