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江西省农业科学院农产品加工研究所刘光宪教授等|芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中挥发性香气物质的变化

江西省农业科学院农产品加工研究所刘光宪教授等|芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中挥发性香气物质的变化 食品工业科技编辑部
2023-11-22
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芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中挥发性香气物质的变化

图片来源于图司机

江西省农业科学院农产品加工研究所刘光宪教授等以芦笋副产物和猕猴桃为原料,酵母发酵酿制芦笋猕猴桃复合果酒,对其发酵过程中挥发性风味物质进行分析鉴定及变化规律研究,并探索出不同发酵阶段特征香气物质的差异性,旨在为芦笋猕猴桃复合果酒的开发提供理论参考,为芦笋副产物的精深加工提供新途径。


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不同发酵阶段芦笋猕猴桃复合果酒中挥发性香气物质分析
采用 SPEM-GC-MS 技术对芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中挥发性香味物质进行分析鉴定,由 表 1 可知, 共检测出 78 种挥发性香气物质, 包括37 种酯类、20 种羰基类、12 种醇类、5 种烷烃类、2 种酚类、1 种萜烯类和 1 种酸类。
由表 2 可知,发酵前期(1 d)、发酵中期(4 d)、发酵后期(7 d)、后发酵(15 d)、陈酿期(30 d)样品中分别检测出 51、38、24、21 和 26 种挥发性香味物质, 总质量浓度分别为 1882.559、11199.326、6786.553、4933.908、5712.280   μg/L。在芦笋猕猴桃复合果酒发酵期间,挥发性香气物质的种类是逐渐下降并趋于平稳的状态,质量浓度是呈先上升后下降并趋于平稳的状态。在整个发酵阶段中,含量较高的挥发性香气物质均为酯类和醇类,它们对芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中整体香气具有重大的贡献。该结果与有关 猕猴桃酒挥发性香气物质的研究一致。
1.1  各发酵阶段的芦笋猕猴桃复合果酒中酯类物质分析 

酯类是构成发酵酒香气骨架的主要成分,也是作为评价发酵酒的重要指标之一,其主要来源于酿酒酵母的发酵产物及高级醇、脂肪酸在酶催化下发生酯化反应;并能赋予水果和花香味,对增加酒体风味的多样性和愉悦性具有积极的作用。在以红心火龙果、猕猴桃、葡萄等为原料所酿造的果酒均体现出酯类对酒体风味的有着重要贡献。 

结果显示,酯类是芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中种类最多的挥发性香味物质。在芦笋猕猴桃复合果酒发酵阶段的 5 个样品中分别检测出 20、27、15、13 和 17 种酯类挥发性香味物质,总质量浓度分别为 653.284、6781.996、2275.226、1546.319 μg/L 和 2132.338 μg/L。酯类的含量变化呈先上升后下降并趋于平衡,这是由于酵母菌进入发酵后期之后,其活力变弱,因此与发酵中期相比,酒中的酯类含量有所下降。由于芦笋猕猴桃复合果酒中乙醇含量较高,在其发酵过程中,乙酯含量在总酯中所占比例相对较大,分别为54.72%、79.20%、72.92%、76.60%、70.14%, 乙酯含量占比呈现先上升后趋于稳定状态,这与酒中乙醇浓度随着发酵进行趋于平衡有关。

乙酸异戊酯、己酸乙酯、苯乙酸甲酯、辛酸乙酯、苯乙酸乙酯和癸酸乙酯为整个发酵阶段中共有的酯类化合物。在发酵中期癸酸乙酯1658.164 μg/L辛酸乙酯1429.724 μg/L乙酸异戊酯1150.851 μg/L和己酸乙酯516.763 μg/L的含量均高于其它发酵阶段在发酵前期苯乙酸乙酯87.149 μg/L和苯乙酸甲酯(47.439 μg/L)的含量均高于其它发酵阶段,并呈现逐渐下降并趋于稳定的状态。在发酵前期,主要的酯类是二氢茉莉酮酸甲酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯,含量最高的为二氢茉莉酮酸甲酯(132.332  μg/L),但在其它发酵阶段均未检测出该物质。在发酵中期、发酵后期、后发酵和陈酿期主要的酯类均为癸酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸异戊酯及乙酸乙酯,这些酯类化合物赋予了芦笋猕猴桃复合果酒果香、花香及甜香。其中,陈酿期中乙酸乙酯、乙酸异戊酯和辛酸乙酯的含量高于后发酵期。

1.2 各发酵阶段的芦笋猕猴桃复合果酒中醇类物质分析 

醇类是酯类化合物的前驱物质,是赋予发酵酒醇甜和香味的主要来源之一,其种类仅次于酯类。醇类化合物一方面是酵母通过糖分解代谢或脱羧反应而形成的代谢产物,另一方面是芦笋原料中蛋白质分解或微生物菌体蛋白水解成氨基酸,在发酵过程中,氨基酸发生脱氨、脱羧反应,并降解成各种醇类在芦笋猕猴桃复合果酒发酵阶段的 5 个样品中分别检测出 8666 6 种醇类挥发性香味物总质量浓度分别为 670.3214239.8004312.8853334.979 3536.846 μg/L,醇类的含量变化呈现先上升后下降并趋于平衡的状态。

异戊醇、异丁醇和苯乙醇为整个发酵阶段中共有的醇类化合物。在发酵后期异戊醇3357.138 μg/L和异丁醇497.657 μg/L的含量最高。在各发酵阶段含量最高醇类均为异戊醇,其属于高级醇是杂醇油的主要成分,也是葡萄酒中重要的风味物质,具有苹果白兰地香味和草香味,在整个发酵过程中呈现先上升后下降并趋于稳定状态。异丁醇是一种具有酒精味和指甲油味的高级醇,其变化规律与异戊醇类似。在芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中的苯乙基类物质主要为苯乙醇在发酵中期含量最高573.196 μg/L,它是莽草酸的衍生物,赋予酒浓郁的蔷薇香、玫瑰花香、茉莉花香等多种花香和果香有相关报道显示:异戊醇和苯乙醇是樱桃果酒和猕猴桃果酒主要醇类物质。2,3-丁二醇在发酵前期未检测到,其中发酵中期的含量最高628.089 μg/L),呈现先下降后缓慢上升的趋势,陈酿期的含量高于发酵后期和后发酵期。2,3-丁二醇具有黄油和奶油味,但阈值较大,对风味影响较小

1.3 各发酵阶段的芦笋猕猴桃复合果酒中其它香味物质分析 

酸类化合物属于酵母发酵的次级代谢产物,可与醇类化合物反应生成酯类,因其阈值较高,对酒的风味贡献起到助香、协调和平衡的辅助作用[22]。结果显示,仅在芦笋猕猴桃复合果酒的发酵中期检测到 104.267 μg/L 的乙酸,乙酸在低浓度时具有浓郁的、令人愉快的醋香味,对酒的口感及风味有较好的修饰作用。在其它发酵阶段均未检测到酸类化合物。

羰基类化合物可通过醇类氧化形成,但多数是微生物发酵的代谢产物之一,其赋予酒水果香味。结果显示,在发酵前期、发酵中期及发酵后期分别检测到 19、2和1种羰基类化合物,总质量浓度分别为484.644、15.927 和 154.173 μg/L。羰基类化合物主要产生于发酵前期,可能是由于前期微生物代谢活跃,产生的种类及量较多。但这类物质的化学性质较为活泼,是一种不稳定的中间化合物,会在发酵过程中进一步发生氧化形成羧酸类化合物,使其含量降低。为此,在后发酵及陈酿期均未检测到羰基类化合物。己醛是具有生青味的物质,仅在发酵前期中检测出,且是发酵前期含量(125.797 μg/L)最高的羰基类化合物。有研究表明己醛是红心火龙果汁中特征香气物质,但其酿制的果酒中并未含有该种化合物。

较高浓度的苯酚类化合物能赋予酒类似药味的香气。在芦笋猕猴桃复合果酒发酵阶段的 5 个样中共检测出 2 种苯酚类物质,在整个发酵阶段均检测到 2,4-二叔丁基苯酚,其具有浓郁的果香味,在发酵前期含量最高(44.221 μg/L)。此外,2,6-二叔丁基对甲酚仅存在于陈酿期。在整个发酵阶段检测到 2 种烷烃类化合物,其中环庚烷仅在发酵前期存在, 而柠檬烯存在于整个发酵阶段,其具有浓郁的柠檬和花香味,在发酵前期含量最高(22.741 μg/L)。虽然苯酚类和烷烃类化合物的种类和含量均较低,阈值较高,对风味贡献较低,但它们具有较为明显的香气特征,对芦笋猕猴桃复合果酒的主体香气具有一定的修饰作用。

萜烯类化合物通常是以糖苷的形式存在于果肉中,在微生物发酵过程中,经酶解作用下释放出来,形成游离状态且具有挥发性的风味物质。该类化合物阈值较低,且具有水果和花香味,即使在低浓度下对 酒的风味仍有着较大贡献。本实验中仅在发酵前期检测出桉叶油醇(3.566 μg/L),该物质赋予芦笋猕猴桃复合果酒水果甜香味及薄荷香气。有研究显示, 桉叶油醇普遍存在于猕猴桃果酒中。

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各发酵阶段的芦笋猕猴桃复合果酒特征香气分析

酒的主体风味、香气感官贡献率与各挥发性香气物质的浓度及其阈值密切相关,为进一步了解芦笋猕猴桃复合果酒发酵各阶段中主体挥发性香气物质成分,采用 OAV 法筛选出各发酵阶段的特征香气物质。OAV>1 的香气化合物对酒的风味特征有贡献, 且 OAV 值越大,对风味特征贡献就越大;而 OAV< 1 的香气化合物对酒整体风味起到一定的协调和修饰作用。

由表 3 可知,在芦笋猕猴桃复合果酒发酵过程中, 共得到 13 种特征香气物质, 包括 10 种酯类、2 种醛类和 1 种萜烯类。5 个样品中分别检测出 8、6、4、6 和 8 种特征香气物质。己酸乙酯和辛酸乙酯为 5 个样品中共有的特征香气物质,其中辛酸乙酯是在各发酵阶段中 OAV 值最大的化合物,这些化合物属于中链脂肪酸乙酯,具有浓郁的果香和花香味,因阈值较低,使得 OAV 值大,对酒的香气有着较大贡献,这说明果香和花香味是芦笋猕猴桃复合果酒的特征香气,这与 Zhao 等研究结论一致。其次,乙酸异戊酯和 2-甲基丁基乙酸酯的 OAV 较大,有研究表示,这些化合物是野生猕猴桃酒的特征香气物  质。其中,乙酸异戊酯是发酵中期、发酵后期、后发酵和陈酿期的特征香气物质;2-甲基丁基乙酸酯是发酵前期、后发酵和陈酿期的特征香气物质。己醛、苯乙醛和桉叶油醇仅在发酵前期检测出,也是发酵前期的主要特征香气成分,赋予花香、青草和薄荷香。2- 甲基丁酸乙酯具有甜水果味,仅在发酵前期和陈酿期检测出,虽含量较低,但其阈值为 1 μg/L,是发酵前期和陈酿期的特征香气物质。异戊酸乙酯仅在陈酿期检测出,属于陈酿期的特征香气物质,具有香蕉和甜水果味。癸酸乙酯属于中链脂肪酸乙酯,其阈值较高(200 μg/L),但其含量除在发酵前期含量较低外,其它阶段含量均较高,且 OAV 值>1,赋予一定的果香和脂肪味。因此,在芦笋猕猴桃复合果酒的不同发酵阶段的特征香气物质的成分存在一定的差异性。


本文主要研究了芦笋猕猴桃复合果酒在发酵前期、发酵中期、发酵后期、后发酵、陈酿期中挥发性香味物质的变化规律。在发酵期间,共检测出 78 种挥发性香气物质,其种类是逐渐下降并趋于平稳的状态,其质量浓度呈先上升后下降并趋于平稳的状态。各发酵阶段中含量较高的挥发性香气物质均为酯类和醇类,该类化合物对酒的整体香气具有重大贡献。
从 OAV 法鉴定出13种特征香气物质,主要为酯类化合物,其中整个发酵阶段中共有的特征香气物质为己酸乙酯和辛酸乙酯,赋予了芦笋猕猴桃复合果酒浓郁的果香和花香的特征香气。结果表明不同发酵阶段的特征香气物质成分存在一定的差异性,产生差异性的内在机理还需进一步研究。该研究一方面能为芦笋猕猴桃复合果酒的品质分析提供理论参考,另一方面也为芦笋副产物高值化综合利用提供新的途径
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