徐香獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的研究

馬佳佳，李華佳，魏冰倩，劉 欣，朱永清，郭 壯

（1.湖北文理學(xué)院 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北 襄陽(yáng) 441053；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，四川 成都 610066）

獼猴桃果酒是以獼猴桃果汁為原料，經(jīng)全部或部分發(fā)酵釀制而成的發(fā)酵酒[1]。獼猴桃果酒的制作工藝較為簡(jiǎn)單，一般將獼猴桃洗凈后破碎入罐經(jīng)接種、發(fā)酵和過(guò)濾澄清即可[2]。獼猴桃果酒的釀制過(guò)程其本質(zhì)上是以酵母菌為主的多種微生物生長(zhǎng)代謝的過(guò)程[3]，微生物的生長(zhǎng)代謝不僅有利于獼猴桃果酒發(fā)揮抗氧化和保健功效，同時(shí)亦賦予了其特殊的滋味和風(fēng)味[4]。近年來(lái)，研究人員圍繞獼猴桃果酒的原料[5]，原料的處理方式[6]對(duì)果酒品質(zhì)的影響，釀酒菌株的篩選[7]和發(fā)酵工藝的優(yōu)化[8]進(jìn)行了大量的研究。隨著消費(fèi)升級(jí)，消費(fèi)者對(duì)于獼猴桃果酒自身的口感和風(fēng)味顯得尤為關(guān)注，然而目前卻少有研究人員對(duì)獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)的變化進(jìn)行研究。

雖然可參考GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中約束的感官評(píng)鑒法對(duì)果酒的滋味和風(fēng)味進(jìn)行評(píng)價(jià)，然而該方法對(duì)于鑒評(píng)人員的要求較高且描述較為模糊，容易受主觀因素影響。近年來(lái)，電子舌和電子鼻被廣泛的應(yīng)用于食品品質(zhì)的評(píng)價(jià)[9]。電子舌采用人工脂膜技術(shù)對(duì)食品中各感官指標(biāo)進(jìn)行數(shù)字化的評(píng)價(jià)，具有結(jié)果準(zhǔn)確性高和可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)[10]，而電子鼻通過(guò)多組傳感器實(shí)現(xiàn)了食品中典型揮發(fā)性物質(zhì)含量的評(píng)價(jià)[11]，兩種技術(shù)相結(jié)合更是廣泛的應(yīng)用于紅酒[12]、啤酒[13]、白酒[14]和黃酒[15]的品質(zhì)評(píng)價(jià)。

本研究使用電子舌和電子鼻技術(shù)，結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)的變化規(guī)律進(jìn)行了探究，以期對(duì)后續(xù)獼猴桃果酒工藝的改善提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

徐香獼猴桃、白砂糖：市售。RW葡萄酒·果酒專用酵母（食品級(jí)）：安琪酵母股份有限公司；內(nèi)部溶液、陰離子溶液、陽(yáng)離子溶液、參比溶液（均為分析純）：日本Insent公司；果膠酶（5萬(wàn)U/g）、偏重亞硫酸鉀（分析純）：煙臺(tái)帝伯仕自釀機(jī)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SA 402B電子舌：日本Insent公司；PEN3電子鼻：德國(guó)Airsense公司；250B數(shù)顯生化培養(yǎng)箱型：金壇市榮華儀器制造有限公司；XP07亞力西全自動(dòng)打漿機(jī)：喜來(lái)家電器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 獼猴桃果酒樣品制作

將成熟的獼猴桃打漿→添加偏重亞硫酸鉀（0.1g/L）→按質(zhì)量比添加0.08%果膠酶→調(diào)節(jié)pH值至3.5、糖度至22°Bx→按照0.2‰鮮果的比例接種酵母→控溫發(fā)酵（23 ℃、7 d）→酒渣分離→后發(fā)酵（15～18 ℃、22 d）→澄清→5 000 r/min離心10 min，上清液備用。獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中分別于1 d、4 d、7 d、10 d、13 d、16 d、19 d和22 d進(jìn)行取樣，同時(shí)對(duì)未發(fā)酵的果汁樣品進(jìn)行留樣。

1.3.2 獼猴桃果酒總酸和酒精度的測(cè)定

參照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測(cè)定》中酸堿滴定法對(duì)果酒樣品中的總酸含量進(jìn)行測(cè)定[16]，其中總酸含量以酒石酸計(jì)算；參照GB 5009.225—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》中密度瓶法對(duì)果酒樣品的酒精度進(jìn)行測(cè)定[17]。

1.3.3 使用電子舌對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間獼猴桃果酒樣品進(jìn)行測(cè)定

取40mL果酒樣品和80mL超純水混合均勻，10000r/min離心10 min后取上清液抽濾，濾液備用。參照于博等[18]測(cè)定米酒滋味的方法，對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間果酒樣品的5 個(gè)基本味（酸味、苦味、澀味、咸味和鮮味）和3 個(gè)基本味的回味（澀的回味、苦的回味和鮮的回味）進(jìn)行分析，以未發(fā)酵的果汁樣品為對(duì)照組，各組樣品各指標(biāo)的強(qiáng)度減去對(duì)照組樣品的強(qiáng)度即為該樣品滋味指標(biāo)的相對(duì)強(qiáng)度。

1.3.4 使用電子鼻對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間獼猴桃果酒樣品進(jìn)行測(cè)定

PEN3電子鼻共配備W1C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3C、W3S、W5C、W5S和W6S共10 組傳感器，可實(shí)現(xiàn)樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中10 種典型類型物質(zhì)的測(cè)定。參照楊成聰?shù)萚19]測(cè)定黃酒風(fēng)味的方法，取15 mL果酒樣品于電子鼻樣品瓶中，60 ℃保溫30 min后室溫平衡10 min，選取各傳感器53 s、54 s和55 s時(shí)的響應(yīng)值納入分析，并計(jì)算其平均值為測(cè)試值，平行試驗(yàn)3 次。

1.3.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚類分析（cluster analysis，CA）對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間果酒品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行差異性分析；使用冗余分析（redundancy analysis，RDA）和曼-惠特尼檢驗(yàn)（mann-whiney test）對(duì)與發(fā)酵時(shí)間顯著相關(guān)的滋味和風(fēng)味指標(biāo)進(jìn)行甄別。使用Canoco 4.5軟件做冗余分析并繪制雙序圖，使用PAST 3軟件做主成分分析，其他分析均使用Matlab 2016b；其他圖使用origin 2017繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)的變化趨勢(shì)

本研究參考國(guó)標(biāo)中的測(cè)定方法對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間果酒樣品的總酸和有機(jī)酸的含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖1，滋味指標(biāo)強(qiáng)度箱型見(jiàn)圖2。

圖1 發(fā)酵過(guò)程中獼猴桃果酒總酸含量和酒精度的變化Fig.1 Changes of total acid and alcohol content in kiwifruit win during fermentation process

由圖1可知，總酸含量在發(fā)酵前4 d呈現(xiàn)出快速的上升趨勢(shì)，而隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，總酸的含量趨于平穩(wěn)，這可能由于自然環(huán)境或者果皮中帶入的乳酸菌利用糖類物質(zhì)產(chǎn)生了乳酸[20-21]。酒精度在前7 d呈現(xiàn)快速的上升趨勢(shì)，究其原因可能在于果酒剛發(fā)酵時(shí)，酵母菌大量生長(zhǎng)，并將發(fā)酵液中的糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為酒精，從而使發(fā)酵液中的酒精度含量升高[22]，而7 d后酒精的變化趨于穩(wěn)定。

圖2 發(fā)酵過(guò)程中獼猴桃果酒滋味指標(biāo)強(qiáng)度的箱型圖Fig.2 Box diagram of relative intensity of each taste indexes of kiwifruit wine during fermentation process

由圖2可知，酸味、苦味、澀味、咸味、豐度（鮮的回味）和后味B（苦的回味）6 個(gè)滋味指標(biāo)的極差值均大于1，即不同發(fā)酵時(shí)間的果酒其滋味品質(zhì)可通過(guò)感官品鑒加以識(shí)別[23]。酸味和后味B（苦的回味）的極差值較之其他滋味指標(biāo)較大。由此可見(jiàn)，在獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中酸味和苦味的后味是變化最為明顯的2個(gè)滋味指標(biāo)。本研究進(jìn)一步使用電子鼻對(duì)獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中各風(fēng)味指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

表1 發(fā)酵過(guò)程中獼猴桃果酒風(fēng)味指標(biāo)強(qiáng)度Table 1 Relative intensity of each flavor indexes in kiwifruit wine during fermentation process

由表1可知，傳感器W1C、W3C和W2S對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間的獼猴桃果酒響應(yīng)值差異較大，其變異值分別為180.5%、97.9%和49.0%，由此可見(jiàn)，在發(fā)酵過(guò)程中獼猴桃果酒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中的芳香物質(zhì)和乙醇含量發(fā)生了較為明顯的變化。

2.2 基于多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法不同發(fā)酵時(shí)間獼猴桃果酒品質(zhì)的評(píng)價(jià)

基于獼猴桃果酒的滋味和風(fēng)味指標(biāo)，本研究對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間果酒進(jìn)行了主成分分析，因子載荷圖如圖3所示。

圖3 發(fā)酵過(guò)程中獼猴桃果酒品質(zhì)的因子載荷圖Fig.3 Factor loading map of the quality of kiwifruit wine during fermentation process

由圖3可知，PC1主要由W5C、W1C、W3C、W3S、W1S、W6S、W5S、W2W、W2S、W1W和咸味11 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)組成并占全部變量權(quán)重的77.23%，而PC2則主要由后味B（苦味的后味）、后味A（澀味的回味）、鮮味、苦味、豐度、酸味和澀味7個(gè)品質(zhì)指標(biāo)構(gòu)成并占全部變量權(quán)重的13.47%。由此可見(jiàn)，構(gòu)成PC1的指標(biāo)基本為風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)，而構(gòu)成PC2的指標(biāo)全部為滋味品質(zhì)指標(biāo)。發(fā)酵不同階段獼猴桃果酒樣品品質(zhì)的因子得分及聚類分析見(jiàn)圖4。

圖4 發(fā)酵過(guò)程中獼猴桃果酒品質(zhì)的因子得分圖（a）和聚類分析（b）Fig.4 Factor score map(a)and cluster analysis(b)based on quality of kiwifruit wine during fermentation process

由圖4a可知，雖然果酒樣品在四個(gè)象限內(nèi)均有分布，但亦呈現(xiàn)出一定的聚類趨勢(shì)，其中未發(fā)酵的獼猴桃果汁樣品分布在第二象限，發(fā)酵1 d的果酒樣品分布在第三象限，發(fā)酵4～10 d的果酒樣品分布在第四象限，發(fā)酵13 d的果酒樣品分布在X軸正方向，而發(fā)酵16～22 d的果酒樣品則分布在第一象限。值得一提的是，發(fā)酵前4 d時(shí)隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)樣品的空間排布整體偏向X軸正方向，而發(fā)酵7 d后隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)樣品的空間排布整體偏向Y軸正方向。由此可見(jiàn)，發(fā)酵4 d可能是獼猴桃果酒品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)之一，此時(shí)樣品已經(jīng)初步具備了獼猴桃果酒的品質(zhì)。結(jié)合因子載荷圖亦可知，發(fā)酵7 d后，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)獼猴桃果酒的苦味和后味B（苦味的回味）等滋味品質(zhì)逐漸增強(qiáng)，而氣味品質(zhì)并未發(fā)生明顯的變化。

由圖4b可知，不同發(fā)酵時(shí)間的果酒樣品整體上可分為3個(gè)聚類，其中聚類I由未發(fā)酵的獼猴桃果汁和發(fā)酵1 天的果酒樣品構(gòu)成，聚類II由發(fā)酵4 d、7 d、10 d和13 d的樣品構(gòu)成，而聚類Ⅲ由發(fā)酵16 d、19 d和22 d的樣品構(gòu)成。此結(jié)果與主成分分析結(jié)果相一致，由此可見(jiàn)，發(fā)酵4 d時(shí)樣品已經(jīng)初步具備了獼猴桃果酒的品質(zhì)，而當(dāng)發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)至16 d時(shí)其品質(zhì)可能會(huì)進(jìn)一步發(fā)生明顯的變化。

2.3 獼猴桃果酒發(fā)酵過(guò)程中關(guān)鍵指標(biāo)的甄別

本研究以聚類I、聚類II和聚類Ⅲ為分組依據(jù)，使用冗余分析對(duì)與發(fā)酵時(shí)間顯著相關(guān)的滋味和風(fēng)味指標(biāo)進(jìn)行了甄別，結(jié)果如圖5所示。

圖5 冗余分析雙序圖Fig.5 Biplot of redundancy analysis

由圖5可知，咸味、苦味、W2W、W1S、W5S、W1W、W5C、W1C和W3C等9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與RDA雙序圖約束軸上的樣品具有良好的賦值相關(guān)，可以代表與發(fā)酵時(shí)間顯著相關(guān)的品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中W1C、W3C和W5C位于聚類I一側(cè)，說(shuō)明這3個(gè)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)強(qiáng)度在未發(fā)酵的獼猴桃果汁和發(fā)酵1 d的獼猴桃果酒樣品中較大，而咸味、W1S、W2W、W5S和W1W則位于聚類Ⅲ一側(cè)，說(shuō)明這5個(gè)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)強(qiáng)度在發(fā)酵4 d以后的獼猴桃果酒樣品中較大。

本研究對(duì)RDA甄別出的9個(gè)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了進(jìn)一步分析，其隨發(fā)酵時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖6所示。由圖6可知，發(fā)酵前4 d時(shí)，電子鼻傳感器W5S、W1S、W1W和W2W對(duì)獼猴桃果酒的響應(yīng)值明顯增強(qiáng)，而電子鼻傳感器W1C、W3C和W5C的響應(yīng)值呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，同時(shí)獼猴桃果酒的咸味呈明顯上升趨勢(shì)，而苦味呈明顯下降趨勢(shì)。發(fā)酵4 d后各傳感器的響應(yīng)值基本趨于穩(wěn)定，由此可見(jiàn)，發(fā)酵4 d時(shí)樣品已經(jīng)初步具備了獼猴桃果酒的風(fēng)味品質(zhì)，這與主成分分析和聚類分析結(jié)果一致。

由圖6亦可知，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)至16 d后，獼猴桃果酒的咸味呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)，且傳感器W1S對(duì)獼猴桃果酒的響應(yīng)值明顯偏高，雖然經(jīng)過(guò)RDA判定傳感器W2W、W5S和W1W響應(yīng)值亦為導(dǎo)致不同發(fā)酵時(shí)間果酒品質(zhì)存在較大差異的指標(biāo)，但在發(fā)酵16 d后上述3個(gè)傳感器對(duì)獼猴桃果酒響應(yīng)值的變化不明顯。W1S主要對(duì)甲烷類揮發(fā)性風(fēng)味成分敏感，咸味亦為獼猴桃果酒的缺陷型指標(biāo)，由此可見(jiàn)，發(fā)酵16 d后獼猴桃果酒的品質(zhì)開(kāi)始下降。

圖6 發(fā)酵過(guò)程中獼猴桃果酒部分品質(zhì)指標(biāo)的變化Fig.6 Changes of partial quality indexes of kiwifruit wine during fermentation process

3 結(jié)論

采用徐香獼猴桃進(jìn)行果酒制備時(shí)，發(fā)酵4 d時(shí)總酸含量趨于穩(wěn)定，發(fā)酵7 d時(shí)酒精趨于穩(wěn)定，發(fā)酵4 d時(shí)發(fā)酵液已經(jīng)具備了獼猴桃果酒的滋味和風(fēng)味品質(zhì)，發(fā)酵16 d后獼猴桃果酒的品質(zhì)開(kāi)始下降，所以獼猴桃果酒的發(fā)酵時(shí)間不宜超過(guò)16 d。