响应面法优化香梨果酒发酵工艺及香气成分分析

响应面法优化香梨果酒发酵工艺及香气成分分析

果酒是在破坏、压果汁、发酵、调整和其他工艺中从水果中提取的低脂酒精饮料。梨在中国分布较广,被营养学家誉为“功能食品”,其品种有很多,最具有代表性的是香梨。香梨味道浓郁、皮薄、肉细、汁多甜酥、清爽可口,系梨之上品;此外,香梨还具有调节人体新陈代谢、促进血液循环、保护心脏、减轻疲劳、增强心肌活力、降低血压等多种功效本试验对河南平顶山香梨果酒生产工艺进行了研究,通过单因素和响应面试验优化确定最佳发酵工艺条件,采用顶空-固相微萃取(head-spacesolidphasemicroextraction,HS-SPME)结合气相色谱-质谱联用(gaschromatographymassspectrometry,GC-MS)分析1材料和方法1.1山西合成酶来源香梨:河南平顶山;果酒专用酵母:安琪酵母股份有限公司;白砂糖(食品级):漯河市农贸市场;异抗坏血酸钠:郑州拓洋实业有限公司;偏重亚硫酸钾:意大利拉曼公司;柠檬酸:潍坊美轩实业有限公司;EX-V果胶酶(10万U/g):曼森商贸有限公司;NaOH(分析纯):上海禹泰化工有限公司。1.2实验仪器与仪器SCIONSQ456气相色谱-质谱联用仪:美国布鲁克·道尔顿公司;手动固相微萃取(solid-phasemicroextraction,SPME)装置(15mLSPME,100μm聚二甲基硅烷(polydimethylsiloxane,PDMS)萃取头,手柄);HR1871PhilipsAvance系列榨汁机:飞利浦电子香港有限公司;SHHW21.600A(I)电热恒温水温箱:广州市典锐化玻实验仪器有限公司;XSE105DU电子称:深圳市盛美仪仪器有限公司;LHP-250型恒温恒湿培养箱:上海三发科学仪器有限公司;WYT型手持式糖量计折射仪:北京紫金光仪器有限公司;PHS-2C型酸度计:上海智光仪器仪表有限公司;721型分光光度计:上海天普仪器有限公司。1.3方法1.3.1梨果原汁的制备选择新鲜成熟的香梨,清水洗净后去皮、去核、切块、榨汁,过滤可得澄清梨果原汁。在梨果原汁加入(按梨汁质量)焦亚硫酸钾0.03%、异抗坏血酸钠0.07%和柠檬酸0.03%溶液进行护色1.3.2初始ph值对酵母接种量的影响初始pH值:分别调整梨汁初始pH值为3.0、3.2、3.4、3.6、4.0,在酵母添加量为0.3%的条件下,26℃恒温培养箱中静置培养,发酵7d后,以酒精度和感官评定来确定最适初始pH值。酵母接种量:调整梨汁初始pH值为3.5,分别将酵母添加量调整为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,置于26℃恒温培养箱中静置培养,发酵7d后,以酒精度和感官评定来确定最适酵母接种量。发酵温度:调整梨汁初始pH值为3.5,将酵母添加量调整为0.3%,分别在发酵温度为16℃、19℃、22℃、25℃、28℃的恒温培养箱中静置培养,发酵7d后,以酒精度、和感官评定来确定最佳发酵时间。1.3.3响应面优化试验在单因素试验的基础上,采用Box-Behnken中心组合设计原理,以初始pH值、酵母接种量、发酵温度为考察因素,以梨酒酒精度(Y)为响应值,利用DesignExpert8.0.6软件进行3因素3水平的响应面分析1.3.4感官评价标准酒精度测定:参照GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定;糖度测定:采用手持测糖仪测定;pH测定:采用酸度计测定;微生物检测按《食品卫生微生物学检验标准》(GB/T4789—2008)的相应方法执行。产品的综合评价:随机选定具有一定代表性的学生20名,逐一品尝各配方组合,并分别进行评分,再统计每个组合的果酒品质综合评定。感官评价标准见表2。香梨果酒香气成分的GC-MS分析:按照参考文献2结果与分析2.1香梨果酒生产工艺的单因素试验2.1.1初始ph值对发酵的影响发酵液的酸碱程度对酵母的生长和代谢产物的形成具有一定得影响。不同的酵母都有其最适合的生长范围。过高或过低都会抑制酵母体内酶的活性,使得酵母细胞的代谢受到阻碍,从而影响酒精的产量由图1可知,随着初始pH值的升高,酒精度及感官评分均呈先增加后降低的趋势,当初始pH值为3.4时,酒精度及感官评分均达到最高,主要原因是初始pH值过低时,酵母产生酒精的量较少,发酵原液的糖类没有转换成酒精,当pH>3.6时,发酵酒的口感粗糙,味道略微带酸,因此选择梨汁初始pH值为3.4较好。2.1.2接种量对香梨果酒酒精度及感官评分的影响接种量与发酵周期有直接关系。酵母接种量对香梨果酒酒精度和感官评分影响见图2。由图2可知,随着酵母接种量的增加,酒精度及感官评分均呈先增加后降低的趋势。当接种量为0.3%时,香梨果酒的酒精度及感官评分均达到最高。这主要是酒精的产出量随酵母接种量的增加而增大,当酵母添加量过低时,则发酵慢,料液中的糖不能完全被酵母利用,产生酒精度低2.1.3感官评分的确定发酵温度对梨酒酵母菌的生长有很大的影响,酵母接种量对香梨果酒酒精度和感官评分影响见图3。由图3可知,随着温度的升高,酒精度及感官评分均呈先增加后降低的趋势。温度升高时,发酵速度加快;如温度过高,酵母菌生长速度较快,容易衰老,不能在发酵后期将发酵液中的糖有效转化成酒精2.2香梨果酒酒精度评分回归模型的建立利用Design-expert8.0.6软件对表3进行数据分析,得到感官评分Y与自变量X对以上响应面回归模型进行方差分析,结果见表4,建立的数学模型,回归模型F=77.55,P<0.0001表明香梨果酒的酒精度评分与3个因素之间的回归方程极显著。因变量与所考察自变量之间的线性关系显著(R3个因素交互作用对香梨果酒感官评分影响的响应曲面及等高线见图4。由图4可知,在试验所选择的水平范围内,因素之间交互作用对香梨果酒的感官评分的影响相似,都随着各交互因素添加量的增加达到最大值后又降低,X2.3感官评分验证试验为了验证响应面预测得出的最佳工艺参数,按照初始pH值、酵母添加量、发酵温度分别为3.5,0.3%,25.2℃,进行3次平行验证试验,最终感官评分的平均值为94.4分,与预测值94.7较接近,在此条件下测定的酒精度为10.5%vol。说明该模型能很好地预测香梨果酒发酵条件与感官评分的关系。2.4香梨果酒酯类化合物检测按照本酿造工艺所得到的香梨果酒香气成分通过GC-MS分析,详细的鉴定结果见表5。通过GC-MS分析得出,共鉴定出68种香梨果酒的香气成分,占总香气成分的99.547%。从表1可以看出,香梨果酒香气物质主要包括酯类24种、醇类10种、醛类8种、酸类8种、酮类5种、萜烯类2种、烷烃类2种,酚类1种和6种其他类化合物。其中酯类物质占香气成分的48.395%;醇类物质占香气成分的31.569%;醛类占香气成分的2.187%;酸类占香气成分的4.904%;萜烯类占香气成分的3.124%。鉴定出的酯类化合物共有24种,是含量最多的香气成分,对香梨果酒的独特风味有重要的影响。一般认为酯类化合物形成途径是酵母的生物合成。其中检测出的乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、丁酸乙酯和乙酸异戊酯含量都较高,其分别代表较强的酒香气味;桔子或葡萄香味鉴定出酸类化合物8种,主要是对香梨果酒的口感和后味,但其阈值较高,对果酒的香气贡献起到助香、减少刺激和缓冲平衡的辅助作用3香梨果酒香气物质本研究通过单因素及响应面试验得到香梨果酒的最佳发酵条件为初始pH值3.5、酵母添加量0.3%、发酵温度25.2℃,在此条件下,香梨果酒的感官评分为94.4分,酒精度为10.5%vol。香梨果酒呈现淡金黄,澄清透明,均匀一致;酒体舒适并有香梨味柔和;醇香浓郁、性质稳定。从香梨果酒中共鉴定出香气物质68种,占总香气成分的99.547%