楊輝,黨翠紅
(陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安,710021)
海紅果(Malus micromalus Makino),學(xué)名西府海棠,薔薇科蘋果屬,又名海紅子,是我國晉、陜、蒙三省交界地帶特有的一種地方果樹資源,營養(yǎng)價值豐富,富含蛋白質(zhì)、VC、16種氨基酸、多種礦質(zhì)元素,其中賴氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸等人體必需氨基酸含量是紅星蘋果的2.2倍,有“果中鈣王”之美譽(yù),磷含量居水果之首,F(xiàn)e、Zn等金屬元素含量也高于其他常見水果[1]。此外,海紅果中富含的黃酮、多酚類化合物更是賦予其降血脂、降血壓、抗腫瘤、抗氧化等保健功效[2-4]。
本研究針對海紅果含糖量高的特點(diǎn)將其直接發(fā)酵生產(chǎn)低度果酒(乙醇體積分?jǐn)?shù)為1% ~7%[5]),不僅能發(fā)揮發(fā)酵酒特有的保健作用,而且能充分利用海紅果資源,發(fā)揮其保健功效,同時,低度果酒的研制避免了高酒精度對人體的不良影響,擴(kuò)大了消費(fèi)人群[6-9]。
濃縮海紅果汁:由陜西府谷縣聚金邦農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)公司提供。
活性干酵母:VL1、VL2由陜西府谷縣聚金邦農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)公司提供;RV100、RV171購于安琪酵母股份有限公司;丹寶利購于廣東丹寶利酵母有限公司。皂土、白砂糖(食品級)、H2SO3(6%,分析純)、檸檬酸(分析純)、Na2CO3(分析純)、CaCO3(分析純),市售。
振蕩培養(yǎng)箱,哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司;電熱恒溫水浴鍋,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;pH計,成都市方舟科技開發(fā)公司;手持糖度計,成都光學(xué)儀器廠;磁力攪拌器,江蘇省金壇市正基儀器有限公司;高速冷凍離心機(jī),安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司。
1.3.1 指標(biāo)測定
理化指標(biāo)的測定參考GB/T15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》??偺?費(fèi)林試劑法;酒精度:密度瓶法;總酸:電位滴定法;揮發(fā)酸(以乙酸計):滴定法;游離SO2:氧化法;干浸出物:密度瓶法。
感官指標(biāo):參照GB/T15038-2006制定甜型海紅果酒評分標(biāo)準(zhǔn),由20名專業(yè)人員組成的感官評定小組進(jìn)行評定,取其感官評定分?jǐn)?shù)的平均值作為評定結(jié)果,感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。
1.3.2 工藝流程及要點(diǎn)
1.3.2.1 工藝流程
表1 甜型海紅果酒感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of sweet Malus micromalus Makino wine
1.3.2.2 操作要點(diǎn)
前處理:根據(jù)糖度每降低17 g/L,乙醇體積分?jǐn)?shù)升高1%計算,要生產(chǎn)5°的甜型海紅果酒(糖度≥50 g/L),稀釋后海紅果汁的初始糖度必須≥135 g/L。將調(diào)整成分后的海紅果汁進(jìn)行巴氏殺菌處理(68℃、30 min),冷卻后向海紅果汁加入60 mg/L的SO2以抑制雜菌及野生酵母生長。
活性干酵母的活化:稱取所需量的活性干酵母,加入20 mL左右的待發(fā)酵海紅果汁,在37℃水浴中活化30 min,再加入少量待發(fā)酵海紅果汁降溫,直至溫度下降到與待發(fā)酵海紅果汁溫差在5℃以內(nèi)即可攪拌接種。
終止發(fā)酵:接種酵母后定時測定發(fā)酵酒液的總糖含量,當(dāng)監(jiān)測到總糖含量減少量為85 g/L(乙醇體積分?jǐn)?shù)為5%左右)時,測定發(fā)酵酒液的酒精度并立刻終止發(fā)酵,終止發(fā)酵采用冷凍離心分離酵母后加入60 mg/L的SO2的方法,離心的條件為4 000 r/min,10 min。
海紅果原酒的澄清:稱取10 g皂土,緩緩加入100 mL 50℃左右的蒸餾水中,浸泡24 h,再攪拌成均勻的漿體,制備成5%的皂土溶液,再將其在水浴中加熱至80℃,冷卻備用。皂土溶液的添加量為1%。
1.3.3 酵母篩選
調(diào)整海紅果汁可溶性固形物含量為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為159.18 g/L),此時,總酸含量為12.57 g/L,以0.02%的接種量分別接種 VL1、VL2、RV100、RV171、丹寶利活性干酵母,在自然 pH條件下進(jìn)行發(fā)酵,控制發(fā)酵溫度20℃,終止發(fā)酵后經(jīng)過后處理制得5°海紅果酒,綜合比較各種酵母的起酵時間,最終成品酒的總酸含量、揮發(fā)酸含量以及感官評定分?jǐn)?shù),選出最適宜釀造5°海紅果酒的酵母。
1.3.4 影響海紅果酒發(fā)酵效果的單因素試驗(yàn)
1.3.4.1 發(fā)酵溫度對發(fā)酵效果的影響
調(diào)整海紅果汁可溶性固形物含量為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為158.28 g/L),此時,總酸含量為12.07 g/L,在果汁自然pH條件下以0.02%的接種量接種5度海紅果酒最適酵母進(jìn)行發(fā)酵,控制發(fā)酵溫度為 12、16、20、24、28℃,監(jiān)測發(fā)酵酒液的總糖含量變化,終止發(fā)酵及后處理后,探討發(fā)酵溫度對5°海紅果酒發(fā)酵效果的影響。
1.3.4.2 酵母接種量對發(fā)酵效果的影響
將海紅果汁可溶性固形物含量調(diào)整為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為157.17 g/L),此時,總酸含量為12.62 g/L,在果汁自然pH條件下分別以0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%的接種量接種酵母,控制發(fā)酵溫度20℃,終止發(fā)酵及后處理后,探討酵母接種量對果酒發(fā)酵的影響。
1.3.4.3 初始糖度對發(fā)酵效果的影響
用海紅果濃縮汁、白砂糖將海紅果汁可溶性固形物含量分別調(diào)整為 18、20、22、24、26°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量分別為 141.12、163.72、187.85、205.92、231.55 g/L),此時,總酸含量為12.02 g/L,在果汁自然pH條件下以0.02%的接種量接種5度海紅果酒最適酵母,控制發(fā)酵溫度20℃,終止發(fā)酵及后處理后,探討初始糖度對發(fā)酵效果的影響。
1.3.4.4 初始pH對發(fā)酵效果的影響
將海紅果汁可溶性固形物含量調(diào)整為20°Brix(費(fèi)林法測得總糖含量為154.79 g/L),用檸檬酸、Na2CO3將果汁的初始pH分別調(diào)整為2.5、3.0、3.5、4.0、4.5,并用檸檬酸、CaCO3調(diào)整初始pH至3.5作為對照,此時,總酸含量分別為36.47、15.19、10.62、8.94、6.58、11.27 g/L,均以 0.02%的接種量接種 5度海紅果酒最適酵母,控制發(fā)酵溫度20℃,終止發(fā)酵及后處理后,探討初始pH對5度海紅果酒發(fā)酵效果的影響。
1.3.5 響應(yīng)面法優(yōu)化5度海紅果酒發(fā)酵工藝
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取發(fā)酵溫度(A)、酵母接種量(B)、初始糖度(C)、初始pH(D)為響應(yīng)面優(yōu)化的考察因素,并以-1、0、1分別代表因素的水平,由于將乙醇體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)一控制在5%,故以成品酒的感官評定分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值,設(shè)計4因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn),試驗(yàn)因素及水平表見表2。
表2 Box-Behnken試驗(yàn)因素水平表Table 2 Variables and levels in Box-Behnken central composite design
由于海紅果汁的初始pH較低,為2.9左右,低pH會抑制酵母菌的生長,因此表3顯示5種酵母的起酵時間均較長。相對而言,VL1最短,其次為VL2;5種酵母從開始發(fā)酵產(chǎn)酒到總糖含量下降85 g/L(乙醇體積分?jǐn)?shù)5%)所需的時間均為3~4d,因此,酵母的起酵時間決定了整個發(fā)酵周期的長短。不同的酵母由于產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物種類、含量不同而給酒帶來不同的感官特征[10]。由于海紅果果實(shí)中含酸較高,制成的海紅果酒口感偏酸,因此在發(fā)酵過程中盡量選擇產(chǎn)酸較少的酵母種類,由表3可以看出最后制得的成品酒的總酸、揮發(fā)酸含量最低的是VL2,其次為安琪RV171,而且VL2和安琪RV171釀造的5°海紅果酒感官評定分?jǐn)?shù)也相對較高,分別為84.31和86.75,綜合考慮起酵時間、成品酒的總酸含量、揮發(fā)酸含量及感官評定分?jǐn)?shù),確定VL2為最適合釀造5°海紅果酒的酵母。
表3 酵母種類對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 3 Effect of yeast type on 5%(v/v)Malus micromalus Makino wine fermentation
2.2.1 發(fā)酵溫度對發(fā)酵效果的影響
由表4可知發(fā)酵溫度越高,酵母的起酵時間越短,這是由于在一定溫度范圍內(nèi),發(fā)酵溫度越高,酵母的生長速率和酶活力越高[11]。但是發(fā)酵溫度過高果酒的口感粗糙,而且酵母會產(chǎn)生其他代謝副產(chǎn)物如甲醇等,發(fā)酵溫度過低時,酵母菌受溫度脅迫而發(fā)酵緩慢,引起揮發(fā)酸升高,綜合比較成品酒的總酸、揮發(fā)酸含量和感官評定分?jǐn)?shù),發(fā)酵溫度為20℃時,總酸、揮發(fā)酸含量較低,感官評定分?jǐn)?shù)最高,因此初步確定20℃為較適宜的發(fā)酵溫度。
表4 發(fā)酵溫度對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 4 Effect of fermentation temperature on 5%(v/v)Malus micromalus Makino wine fermentation
2.2.2 酵母接種量對發(fā)酵效果的影響
由表5可以看出,酵母接種量越大,起酵時間越短。接種量過小,酵母自身繁殖代謝慢,易污染雜菌,導(dǎo)致酒質(zhì)不協(xié)調(diào)。但是接種量過大時,發(fā)酵過于迅速,增大了5°酒終止發(fā)酵的難度,且造成了原料的浪費(fèi)。接種量為0.02%~0.04%時起酵時間相差較小,因此將接種量范圍初步確定在0.02% ~0.04%。而感官評定分?jǐn)?shù)隨著接種量的增大呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢,接種量為0.03%時感官評定分?jǐn)?shù)最高,且總酸、揮發(fā)酸含量相對較低,因此初步確定活性干酵母的接種量為0.03%。
表5 酵母接種量對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 5 Effect of inoculum size of yeast on 5%(v/v)Malus micromalus Makino wine fermentation
2.2.3 初始糖度對發(fā)酵效果的影響
由表6可以看出初始糖度越高,起酵時間越長,原因在于含糖量過高,形成了發(fā)酵酒液的高滲透,降低酵母的活性。隨著糖度的增加,總酸含量降低;揮發(fā)酸含量增加,這是由于高糖條件下酵母菌受高滲透壓脅迫發(fā)生不完全發(fā)酵形成醋酸,因此為了控制較低的揮發(fā)酸含量,初始糖度不能過高。隨著糖度的增加,感官評定分?jǐn)?shù)先上升后下降,原因在于最終的成品乙醇體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)一在5%左右,即按照糖度與酒精度的換算公式整個發(fā)酵過程消耗的總糖量均為85 g/L左右,因此初始糖度越高,最終成品酒的殘?zhí)且蚕鄳?yīng)越高,糖酸比逐漸變大,使酒的口感過甜而偏膩,殘?zhí)堑蛣t口感偏酸。另外,由于本研究控制海紅果酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)為5%,不能用傳統(tǒng)的添加酒精的方法終止發(fā)酵[12],因此,當(dāng)發(fā)酵酒液乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%時,高殘?zhí)潜貙⒃龃蠼K止發(fā)酵的難度,并且不利于成品酒的保存。因此,綜合考慮起酵時間、口感、保存期限等因素,將海紅果汁的初始糖度確定為20°Brix。
表6 初始糖度對5°海紅果酒發(fā)酵的影響Table 6 Effect of initial sugar concentration on 5%(v/v)Malus mrcromalus Makino wine fermentation
2.2.4 初始pH對發(fā)酵效果的影響
pH值對酵母菌的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的合成都有極大的影響,大多數(shù)種類的酵母菌在4.5~6.5的pH范圍內(nèi)生長代謝良好[11]。由表7可以看出初始pH越高起酵時間越短,且初始pH≥3.5時,酵母的起酵時間均較短,約24h左右。初始pH越高,成品酒總酸含量越低,適當(dāng)?shù)乃岫葧x予酒獨(dú)特的酸爽口感,酸度過低,會使酒的口感膩而平淡[13]。且隨著初始pH增大,揮發(fā)酸含量先下降后上升,原因在于發(fā)酵液pH高于4.0或低于3.1時,都易于促進(jìn)揮發(fā)酸的生成;感官評定分?jǐn)?shù)先上升后下降,用CaCO3調(diào)整初始pH為3.5時,成品酒的揮發(fā)酸含量最低,但是CaCO3的加入對酒的口感和酒質(zhì)的負(fù)面影響較大,感官評定分?jǐn)?shù)低。在pH值為3.5時,成品酒感官評定分?jǐn)?shù)最高,揮發(fā)酸含量較低,總酸含量適中,且與果汁自然pH值2.9相對接近,利于保證海紅果酒的風(fēng)格。因此初步確定用Na2CO3調(diào)整初始pH為3.5,為較適合的條件。
表7 初始pH對5度海紅果酒發(fā)酵的影響Table 7 Effect of initial pH on 5%(v/v)Malus mrcromalus Makino wine fermentation
2.3.1 模型的建立與顯著性檢驗(yàn)
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計原理進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表8。
表8 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計方案及結(jié)果Table 8 Experimental design and results of Box-Behnken central composite design
通過Design Expert7.0軟件對試驗(yàn)響應(yīng)值進(jìn)行二元回歸擬合分析,確立回歸方程模型為:Y=86.42+0.69A-0.39B-0.017C+0.23D-0.25AB-0.075AC-0.075BD-0.075CD-1.14A2-1.07B2-0.43C2-0.056D2?;貧w模型的方差分析見表9。
表9 回歸模型方差分析Table 9 Analsis of variance for the regression model
根據(jù)方程系數(shù)的估計,可知各因素對響應(yīng)值影響的主次順序?yàn)锳(發(fā)酵溫度)>B(酵母接種量)>D(初始pH)>C(初始糖度)。
2.3.2 優(yōu)化工藝條件的確定
根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)的最優(yōu)化分析,得出5°海紅果酒發(fā)酵的最優(yōu)條件為發(fā)酵溫度20.67℃、酵母接種量0.027%、初始糖度19.86°Brix、初始pH 3.7。考慮實(shí)際操作性,將發(fā)酵工藝參數(shù)修正為:發(fā)酵溫度21℃、酵母接種量0.027%、初始糖度20°Brix、初始 pH 3.7。
2.3.3 驗(yàn)證性試驗(yàn)
在優(yōu)化條件下,成品酒的感官評定分?jǐn)?shù)預(yù)測值為86.30。為檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,采用上述優(yōu)化條件進(jìn)行3組平行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)結(jié)果為86.15、86.20、86.15,平均值為 86.17,因此,采用響應(yīng)面法優(yōu)化5度海紅果酒發(fā)酵工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠,具有一定的實(shí)用價值。
2.3.4 產(chǎn)品感官指標(biāo)與理化指標(biāo)
感官指標(biāo):5°海紅果酒色澤呈淺紅棕色,澄清透明,果香濃郁,口感醇厚協(xié)調(diào),具有典型的甜型酒風(fēng)格。
主要理化指標(biāo):乙醇體積分?jǐn)?shù)為4.90% ~5.10%;總酸10~12 g/L(以酒石酸計);總糖68.3~71.7 g/L;游離SO2<50 mg/L;干浸出物39.6 g/L。
微生物指標(biāo):符合GB2758-2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵酒及其配制酒》的規(guī)定。
(1)VL2是釀造5°海紅果酒的最適酵母。
(2)響應(yīng)面法優(yōu)化5°海紅果酒最優(yōu)工藝條件為:發(fā)酵溫度21℃、酵母接種量0.027%、初始糖度20°Brix、初始pH 3.7,在此條件下,成品酒的感官評定分?jǐn)?shù)為86.17。所得果酒果香濃郁、酒香協(xié)調(diào),是一種營養(yǎng)豐富的低度保健型果酒。
(致謝 感謝榆林市海紅果工程技術(shù)研究中心的對本文大力支持。)
[1] 王永熙,白與年.府谷海紅子[J].果樹科學(xué),1995(12):153-154.
[2] 趙亮.海紅果藥用價值的初步研究[D].太原:山西醫(yī)科大學(xué),2006.
[3] 徐玉霞,王華斌.酶法提取海紅果總黃酮工藝及海紅果黃酮粗提物對HeLa細(xì)胞的增殖作用[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,18(1):119-127.
[4] 王猛,王敏,李環(huán)宇,等.海紅果酚類物質(zhì)種類及其抗氧化能力的研究[J].現(xiàn)代食品科技,2013,29(11):2 633-2 637;2 787.
[5] GB/T15037-2006.葡萄酒[S].
[6] 李艷,馬麗,李靜.低醇葡萄酒研究進(jìn)展[J].釀酒,2006,33(4):9-11.
[7] Manuel Q,Virginia R,Ramon G,et al.Selection of Non-Saccharomyces yeast strains for reducing alcohol levels in wine by sugar respiration[J].International Journal of Food Microbiology,2014(181):85-91.
[8] Alejandro Ruiz-Rodriguez,Tiziana Fornari,Laura Jaime,et al.Supercritical CO2eatraction applied toward the production of a functional beverage[J].The Journal of Supercritical Fluids,2012,61:92-100.
[9] Noemi Garcia-Martin,Silvia Perez-Magarifio,Miriam Ortega-heras,et al.Sugar reduction in musts with nanofiltration membranes to obtain low alcohol-content wines[J].Separation and Purification Technology,2010,76(2):158-170.
[10] SUN Shu Yang,JIANG Wen Guang,ZHAO Yu Ping.E-valuation of different Saccharomyces cerevisiae strains on the profile of volatile compounds and polyphenols in cherry wines[J].Food Chemistry,2011,127(2):547-555.
[11] Reddy L V A,Reddy O V S.Effect of fermentation conditions on yeast growth and volatile composition of wine produced from mango(Mangifera indica L.)fruit juice[J].Food and Bioproducts Processing,2011,89(4):487-491.
[12] Mariana González-álvarez,Raquel Noguerol-Pato,Carmen González-Barreiro,et al.Sensory description of sweet wines obtained by the winemaking procedures of raisining,botrytisation and fortification[J].Food Chemistry,2014,145(15):1 021-1 030.
[13] Mirko Gobbi,F(xiàn)rancesca Comitini,Paola Domizio,et al.Lachancea thermotolerans and Saccharomyces cerevisiae in simultaneous and sequential co-fermentation:a strategy to enhance acidity and improve the overall quality of wine[J].Food Microbiology,2013,33(2):271-281.