主题 | 不同的发酵模式和澄清阶段来表征猕猴桃酒的颜色、物理化学性质、有机酸和香气特征 | ||
| 题目 | Comprehensive comparison of flavor and metabolomic profiles in kiwi wine fermented by kiwifruit flesh with different colors | ||
| 期刊 | LWT | ||
| 中科院分区 | 1区 | 影响 因子 | 6.056 |
| 第一 作者 | Gao Jing | 通讯 作者 | Liu Jian； Pang Xue li |
| 单位 | Institute of Tobacco Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao, 266001, China | ||
| 原文 链接 | https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.116097 | ||
果酒酿造过程中数百种成分的平衡赋予了葡萄酒丰富的色泽、香气和味道，以及愉悦的精神体验。不同水果的理化性质和风味特征差异很大，大多数水果都是有益的。这些优势是未来果酒工业化的重要基础。过去十年，果酒行业在许多国家发展迅速，但除葡萄酒外的产品质量低下一直是限制该行业发展的主要障碍。浊度和沉淀是果酒生产中常见的问题，这是由于水果中含有大量的果胶、蛋白质和多酚，导致出汁率低，新鲜葡萄酒难以澄清。果酒的发酵模式与原料特性有关。果皮浸渍发酵可以保留品种的香气和营养成分，但多酚的浸出会导致浅色果酒氧化变色，果皮会与麦芽浆中的单宁和黄烷醇相互作用，影响葡萄酒的品质。
澄清度是果酒的重要质量指标，果酒一般通过对新鲜葡萄酒进行物理或化学处理，达到一定的澄清度。猕猴桃、桑葚、青梅等水果果胶、蛋白质含量较高，澄清难度较大。由于果实和工艺的差异，澄清剂的适宜添加阶段并不固定，例如在氮含量较低的葡萄汁中加入澄清剂，可能造成氮和蛋白质的损失，导致发酵停滞。然而，在果酒发酵前和发酵过程中加入澄清剂的报道却很少。
本研究探讨果汁、果泥和带皮果泥发酵对猕猴桃酒颜色、理化性质、有机酸和香气特征的影响，并进一步分析澄清剂添加阶段对鲜酒颜色和香气特征的影响。旨在改善颜色和风味，提高猕猴桃酒的品质。不同发酵方式分组如下：（1）果泥：水果去皮后制成泥状；（2）果泥：去皮后制成泥状，将果泥过滤后得到果汁；（3）带皮果泥：水果不去皮制成泥状。果酒分别定义为:接种前（BFG和BFB）、发酵前期（总糖15.65%，EFG和EFB）和发酵后期（总糖4.84%，LFG和LFB）。
3.1 发酵模式对猕猴桃酒品质的影响
如图1所示，不同发酵模式的猕猴桃酒总糖和总酸度存在明显差异。果汁发酵、果泥发酵和果泥带皮发酵的总糖含量依次增加，表明不同发酵方式下酵母利用率存在差异。果皮和果泥发酵可以提高葡萄酒的营养价值，如有效氮等。通常情况下，果汁与果皮对果酒理化参数的影响大于果泥发酵。与果汁和果泥发酵相比，带皮果泥发酵的总酸度分别降低了8.59%和10.00%，果皮和果渣的存在导致葡萄酒的总酸度较低。然而，不同发酵方式之间的色度和色调没有显著差异。在果酒发酵前或发酵过程中，果皮与果汁接触会导致颜色增加，这是因为果汁中的果皮化合物会被提取出来。猕猴桃酒的颜色变化的差异可能是由于果皮成分的差异，这在橙汁酒中也观察到。
图1 不同发酵方式对猕猴桃葡萄酒的理化性质、色泽和有机酸含量
不同猕猴桃酒中草酸和L-苹果酸的含量存在显著差异。柠檬酸和L-苹果酸是主要的有机酸，其比例从88.55%到90.57%不等。带皮果泥发酵中的草酸含量明显高于果汁发酵，而L-苹果酸则高于果泥发酵。发酵模式对有机酸的影响受水果品种的影响。例如，果肉和果皮提取率高，葡萄酒中酒石酸、乙酸和琥珀酸的含量更高。果肉发酵芒果酒中柠檬酸和苹果酸的含量明显低于果汁发酵酒。与果汁酒相比，果肉树莓酒中酒石酸、草酸和乙酸的含量更高。
在不同猕猴桃酒中共检测到35种挥发性物质，根据其化学结构分为7类，包括酯类（19种）、醇类（4种）、酸类（5种）、醛类（1种）、酮类（1种）、酚类（2种）和萜烯类（3种）。发酵方式对挥发性物质的种类和含量有显著影响（见表S1）。果汁和果泥总挥发性物质含量分别达到24.25 mg/L和26.52 mg/L，明显高于带皮果泥发酵酒的14.47 mg/L。酯类、醛类和萜烯类物质在果汁和果泥发酵酒中的含量显著增加，而总挥发性物质、酸类和酮类物质的含量在果泥发酵酒中较高，酚类物质在果汁发酵酒中的含量较高。对未与果皮接触的猕猴桃果酒中酯类成分的含量进行了测定，发现果皮接触是提取品种香气化合物的有效途径，而果皮接触的猕猴桃果酒中品种香气和发酵香气成分含量较低。
此外，在果汁、果泥和带皮果泥发酵中分别检测出了30种、30种和23种挥发性物质，而9-癸烯酸乙酯、十六酸甲酯、癸酸庚酯和2-甲基丁基十二酸酯仅在果汁和果泥发酵中检测出；果汁和果泥发酵中未检测和新发现的挥发性物质分别为5种和3种；9-氧代壬酸乙酯、苯甲酸甲酯、壬酸、香叶基丙酮和芳樟醇在果汁发酵中消失，十四酸乙酯、8-甲基壬酸甲酯和2,4-二叔丁基苯酚在果汁发酵中新发现。而乙酸己酯、十四酸乙酯、8-甲基壬酸甲酯、2,4-二叔丁基苯酚和芳樟醇在果泥发酵中消失，9-氧代壬酸乙酯、苯甲酸甲酯和香叶基丙酮在果泥发酵中新检测出。带皮果泥发酵中有12种挥发性物质未检测出，可能是由于发酵差异或吸附所致，芳樟醇在果泥发酵中新检测出。
辛酸乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、十四酸乙酯、9-十六烯酸乙酯、反式脂肪酸乙酯和亚麻酸乙酯等，酯类主要以山梨酸乙酯为主，占酯类的91.79%～95.61%。果泥发酵和果汁发酵的酯类含量分别为16.68 mg/L和17.03 mg/L，比带皮果泥发酵的酯类含量高125.50%和130.28%，主要是由于苯乙酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、十四酸乙酯、亚麻酸乙酯、十六酸甲酯、癸酸庚酯和十二酸2-甲基丁酯等酯类含量增加所致。果汁发酵过程中9-癸烯酸乙酯、十四酸乙酯、9-十六酸乙酯、8-甲基壬酸甲酯含量显著增加，果泥发酵过程中反式脂肪酸乙酯、9-氧代壬酸乙酯、苯甲酸甲酯、异戊癸酸乙酯含量显著增加，带皮果泥发酵过程中乙酸己酯和己酸乙酯含量增加。
异戊醇和苯乙醇为主要醇类成分，占醇类成分的87.97%～90.03%，果肉发酵产物醇类含量较果汁发酵产物提高了21.74%，主要是因为异丁醇和异戊醇含量分别提高了79.19%和27.55%，带皮果泥发酵中己醇含量提高了29.16%～37.98%。此外，果泥发酵产物酸类成分达到4.21 mg/L，较果汁和带皮果泥发酵产物分别提高了46.61%和71.68%，主要是因为酸类成分的提高，但辛酸和癸酸占比高达86.34%～94.29%。而果汁发酵产物中壬酸含量明显降低，果皮发酵产物中癸酸和十二酸含量明显降低。
果汁和果泥发酵产物醛类和萜类物质含量显著增加，主要是因为3,4-二甲基苯甲醛和法尼醇的含量较高。果肉发酵产物香叶基丙酮含量达到37.07 μg/L，果汁发酵产物2,4-二叔丁基苯酚含量达到85.41 μg/L。然而，只有带皮果泥发酵产物芳樟醇和(R)-香茅醇含量显著增加。果皮浸渍有利于猕猴桃香气特征的形成，因为萜类物质含量显著增加。果皮的完整性和发酵温度影响果皮接触时萜类物质含量。
在葡萄酒发酵之前或发酵过程中接触果皮会导致香气特征发生变化，这通常包括游离和结合品种化合物的增加，因为果皮在很大程度上决定了Pinot noir葡萄酒的香气，无味的果皮成分在酵母酒精发酵后会产生红色和黑莓果香。然而，这种影响与品种、温度和接触时间有关。例如，果皮接触可以丰富Narince葡萄酒中的游离和结合香气化合物，而 Listan ' blanco葡萄酒的大多数香气化合物在含量上没有差异，这可能与果皮接触有关，并且随着果皮接触时间的增加，萜烯、酯、酸和硫醇的含量显着减少。与果汁相比，猕猴桃果肉发酵中的醇、酸、萜烯和一些乙酯的含量有所增加。果肉接触可以增强芒果酒中单萜烃、高级醇和乙酸酯的含量，并减少过量脂肪酸及其乙酯的产生。与果肉接触的山楂酒中异戊醇、苯乙醇、乳酸乙酯和乙酸异戊酯的含量明显高于未与果肉接触的山楂酒。这些结果都表明果肉接触可以强化和多样化果酒的香气特征。
选取重要的挥发性物质（OAV>0.1）进行PCA（图2），PC1和PC2分别解释了62.40%和37.60%的变异。结果表明，挥发性物质的组成与发酵方式密切相关。其中，苯乙酸酯、9-癸烯酸乙酯、十四酸乙酯、4-乙烯基愈创木酚与果汁发酵关系密切；辛酸乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、苯甲酸甲酯、苯乙醇、己酸、辛酸、癸酸、十二酸与果泥发酵有关；己酸乙酯和芳樟醇与带皮果泥发酵有关。
图2 不同发酵方式对猕猴桃葡萄酒中挥发物的主成分分析
如图3所示，发酵方式对猕猴桃酒的风味特征有显著影响，其中，果泥发酵中己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、苯甲酸甲酯、辛酸、癸酸的OAV最高，乙酯和苯甲酸甲酯具有花香、果香和甜味，辛酸和癸酸具有奶酪香和脂肪香；而果汁发酵中9-癸烯酸乙酯、十六酸乙酯和4-乙烯基愈创木酚的OAV最高，分别具有花香、甜味和辛辣味。芳樟醇仅在带皮发酵的果泥中检测到，具有浓郁的柑橘香气。OAV分析与感官评价结果与文献中的结果一致。例如，用果胶酶处理的未提取（捣碎）山楂酒比用或不用果胶酶处理的提取（果汁）山楂酒香气更浓郁，因为较高浓度的乙酸异戊酯、2-苯基乙基乙酸酯和一些醇类有助于产生水果味、蜡味和酒味的感官属性。
图3 不同发酵方式猕猴桃葡萄酒中挥发物的 OAV 风味特征
3.2 澄清阶段对猕猴桃酒品质的影响
由表1可知，澄清阶段对猕猴桃酒的总酸度、酒精度、色度、色相、澄清度均有显著影响。其中，EFG和EFB澄清阶段的总酸度较对照组有所提高，酒精度不受澄清剂添加量影响；发酵初期和后期澄清阶段的色度和色相较对照明显降低，分别降低了15.63%～28.13%和9.30%～23.26%，澄清度降低。发酵前添加澄清剂对葡萄酒色泽特征的影响不明显，其影响与酵母菌株、澄清剂用量和品种有关，而发酵过程中添加澄清剂对果酒色泽特征影响的报道却很少。例如，发酵前添加膨润土对A420、A520和A620吸光度的影响因所用酵母的不同而不同，这可能是由于果实成分与细胞壁的相互作用以及酵母菌株的特定代谢活性所致。发酵前添加钠基膨润土显著改变了Pinot noir葡萄酒的颜色浓度和色调，而钙基、钠基和钙基组合膨润土的影响不明显。发酵前后添加PVPP的麝香葡萄酒的初始颜色随PVPP剂量的增加而显著降低。
表1 不同澄清阶段猕猴桃葡萄酒的物理化学性质和颜色
在猕猴桃酒中共检测到51种挥发性物质，包括酯类 (17)、醇类 (15)、酸类 (2)、醛类 (9)、酮类 (4)、酚类 (1) 和萜烯类 (3)，总挥发性物质含量范围为10.93mg/L至14.48mg/L（表S2）。挥发性物质的种类和含量受澄清阶段的显著影响。其中，与对照组相比，BFG和LFB澄清过程中乙酯和酯类含量显著增加，BFG澄清过程中酸类含量降低，而其他澄清阶段酸、醛和酮类含量显著降低。发酵后期添加澄清剂有利于乙酯、乙酸酯和酸的保存。有趣的是，LFB澄清过程中澄清度和乙酯、酯类含量同时提高。果酒发酵前添加澄清剂会影响颜色特征，而对香气特征的影响并不固定。醇类物质比例增加了0.70%～14.81%（图4），酸类、醛类、酮类、萜烯类物质比例分别降低了1.83%～7.07%、0.91%～5.24%、0.34%～1.42%、0.03%～0.45%；而BFG和LFB澄清过程中酯类物质比例分别增加了5.31%和2.97%，其余澄清阶段降低了0.69%～2.08%，对照和LFB澄清过程中主要挥发性物质比例差异较小。此外，对照组检测出22种挥发性物质，BFG、EFG、LFG澄清组分别检测到27、27、33种挥发性物质，与对照组相比分别消失了5、7、6种挥发性物质，新发现了4、6、11种挥发性物质；BFB、EFB、LFB澄清组分别检测到18、24、31种挥发性物质，未检测出13、8、6种挥发性物质，新发现了3、4、9种挥发性物质。酯类含量为0.93～1.85 mg/L，澄清后十六酸甲酯、亚硫酸、2-乙基己基己酯含量降低。BFG和LFB澄清阶段酯类成分含量较对照分别增加了45.47%和51.87%，其中，BFG澄清阶段酯类成分中乙酸异戊酯、乙酸己酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、十六酸乙酯含量增加，LFB澄清阶段酯类成分中乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、乙酸己酯、丁二酸乙酯、十四酸异丙酯含量增加，其余澄清阶段乙酸乙酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯含量均有所增加，辛酸乙酯含量有所降低。澄清阶段对醇类成分种类影响显著（图5）。例如，与对照相比，发酵澄清前阶段新检测出了1-庚醇、癸醇；发酵澄清初期新检测出了[S,S]-2,3-丁二醇、反式-3-己烯醇、1-庚醇、3-甲硫基丙醇、2-辛醇、乙基己醇；发酵澄清后期新检测出了丙醇、2,3-丁二醇、1-庚醇、3-甲硫基丙醇；除LFB澄清阶段外，其他酸类和辛酸含量均明显降低，在LFG澄清阶段新检测出了己酸。
图4 不同澄清阶段猕猴桃葡萄酒的挥发物分布
癸醛和十二醛在澄清后与对照相比含量有所降低，新检测出2-己烯醛和苯甲醛；除LFB澄清外，其他醛类和辛醛含量均有所降低，醛类含量降低了24.48%～73.19%。苯乙醛、2,4-二甲基苯甲醛、十一醛在澄清的不同阶段含量均有所降低。此外，六氢法呢基丙酮含量在澄清后明显降低，大马酮在BFB、EFG和LFG澄清中也有所降低，而在LFB澄清中新检测出丙酮和5-甲基-3-己烯-2-酮。在BFB澄清过程中，α-松油醇的含量显著降低，而在LFB澄清过程中，新发现了2,4-二叔丁基苯酚和反式芳樟醇氧化物（呋喃类化合物）。在感官评价中，高浓度的发酵酯与花香和果香的强度较高有关，众所周知，乙基酯和乙酸酯有助于形成此类风味特征，结果与发酵过程中添加和未添加膨润土的葡萄酒中报告的相同。
图5 不同澄清阶段猕猴桃葡萄酒中挥发物的热图集群
澄清剂对香气特征的影响与澄清剂的添加时间、类型和剂量、葡萄品种和葡萄园气候有关。许多文献报道，在葡萄汁中添加澄清剂或开始发酵时添加澄清剂有利于澄清操作，但是会损失乙基酯和乙酸酯、萜烯和其他品种香气。这可能与澄清剂吸附葡萄汁营养物质有关，不利于酵母产生发酵香气，也不利于葡萄汁结合香气化合物的吸附。例如，用澄清剂混合物（酪蛋白酸钾、膨润土和微晶纤维素）处理的果汁比单独用膨润土处理的葡萄酒中乙酯、醋酸盐和萜烯化合物的浓度要低。
图6 不同澄清阶段猕猴桃葡萄酒理化性质、颜色和挥发物的偏最小二乘判别分析
如图6所示，总变异可解释51.20%，颜色、理化性质、特征挥发性物质（OAV>0.1）与澄清阶段有关。其中，色度、色调、酒精度、己酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、乙酸异戊酯、芳樟醇、α-松油醇与对照、BFG、BFB澄清阶段关系密切，总糖、总酸、T680和丁酸乙酯与EFG和EFB澄清过程相关，己酸、琥珀酸乙酯和异戊醇与LFG和LFB澄清过程相关。澄清阶段对猕猴桃酒挥发性物质的影响显著（图7），且46种挥发性物质在不同酒种间的含量存在显著差异。例如，在LFB澄清过程中,酸、辛酸、醛、癸醛、十二醛、辛醛、十一醛、酮、六氢法呢基丙酮、十六酸甲酯、亚硫酸、2-乙基己基己酯的含量显著增加；在LFB澄清过程中，反式-3-己烯醇、2,4-二甲基苯甲醛、5-甲基-3-己烯-2-酮、乙酸异丁酯、十四酸异丙酯、琥珀酸乙酯、十四酸异丙酯、3-羟基-2,2,4-三甲基戊基异丁酸酯的含量显著增加；而在LFB澄清过程中,丁酸异丁酯、1-庚醇、2,3-丁二醇、丙醇、己酸、2-己烯醛、2,4-二叔丁基苯酚和反式芳樟醇氧化物（呋喃类）在LFG澄清过程中得到明显改善。
图7 线性判别分析不同澄清阶段猕猴桃葡萄酒中挥发物的效应量
猕猴桃果酒的色度和色调在果汁、果泥和带皮果泥发酵之间没有差异，但总糖、总酸、草酸和L-苹果酸的含量存在显著差异。果汁和果泥发酵中的酯类、醛类和萜烯类物质含量明显较高。果泥发酵中的总挥发性物质、酸类和酮类物质含量最高，其OAV风味特征表现出浓郁的花香、果香、甜味和奶酪香。此外，澄清阶段对猕猴桃酒的总酸度、酒精度、色度、色调、挥发性物质种类和含量有显著影响。发酵前期和后期澄清液的色度较对照降低了15.63～28.13%、色相降低了9.30～23.26%，澄清度由对照的79.72%提高到84.91%～88.29%；LFB澄清液与对照液之间主要挥发性物质含量及比例差别不大，LFB澄清液的乙酯和酯类物质含量明显增加。
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文献解读：侯丹婷
编辑：侯丹婷
校稿：赵沁雨
审核：马婷婷
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