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桑椹果酒发酵过程中挥发性物质的动态变化研究

2022-11-24 来源:步旅网
堡 中国食品添加剂 桑椹果酒发酵过程中挥发性物质的动态变化研究 张晶 ,左勇 (1.四川理工学院生物工程学院,自贡摘,黄丹丹 ,张鑫 ,孙时光 643000;2.川北医学院基础医学院,南充637000) 要:探究桑椹果酒发酵过程中挥发性物质变化情况,采用顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术 (SPME-HS—GC-MS)研究桑椹果酒不同发酵阶段挥发性风味物质组成情况,并对风味成分的相对含量进行 主成分分析。结果从不同发酵阶段桑椹果酒中共检测出35种挥发性风味物质,其中醇类11种,酯类6种,烷 烃类4种,醛类2种,烯烃类3种,酮类1种,其他化合物类8种,经主成分分析综合评价,发酵第6 d的桑 椹果酒风味最佳。 关键词:桑椹果酒,风味成分,顶空固相微萃取,气相色谱一质谱联用,主成分分析 中图分类号:TS255.46/TS262.7 文献标识码:A 文章编号:1006—2513(2018)02—0087—07 Study on dynamic changes of volatile components in mulberry wine during fermentation ZHANG Jing ,ZUO Yong ,HUANG Dan-dan ,ZHANG Xin ,SUN Shi-guang (1.College of Bioengineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong Sichuan 643000; 2.Department of Pathophysiology,Preclinical School of Noah Sichuan Medical College, Nanchong 637000) Abstract:To study changes of volatile components in mulberry wine,volatile components of mulberry wine collected at different stages of fermentation process were analyzed by the headspace solid-phase micro extraction (SPME)combined with gas chromatography—mass spectrometry(GC—MS),and relative contents of flavor were studied by principal component analysis(PCA).The result showed that 35 kinds of volatile components were detected in mulberry wine,including 1 1 alcohols,6 esters,4 alkanes,2 aldehydes,3 olefins,1 ketone and 8 other components.PCA analysis suggested that the best lavor fof mulberry wine was achieved after 6 days of fermentation. Key words:mulberry wine,volatile components,headspace solid—phase micro extraction,gas chromatography- mass spectrometry,principal component analysis 桑椹属热性浆果,果皮薄,汁液多,成熟季 节性较强,在常温下不耐贮藏,易腐烂变质,采 摘后需及时处理[11。为提高桑椹附加值,可通过 精深加工,开发如果汁、果酒等系列新产品,该 系列产品不仅延长桑椹的货架期,同时也能延伸 桑椹的产业链。桑椹果酒作为桑椹精深加工产品 的一种,是以成熟桑椹为原料,经发酵而成的产 品。桑椹用于果酒酿造,不但解决了新鲜桑椹因 收稿日期: 2017-l0 24 基金项目: 四川省苗子工程项目(2017XM122),内江市科技孵化和成果转化专项项目(2015KFN04),南充市重要技术攻关项目 (NSMC20170105),四川理工学院研究生创新项目(Y2016011),自贡市重点科技计划项目(2017CXM06)。 作者简介: 张晶(1992.9一),男,硕士,主要从事发酵食品方面的研究,E—mail:451298213@qq.com。 通讯作者 左勇(1972.12),男,教授,主要从事发酵食品方面的研究,E mail:sgzuoyong@tom.tom。 鲜销不及而腐烂变质的问题,避免了资源浪费, (称取适量安琪活性干酵母于20倍质量的5%糖 C活化60 min)为2 g/L,将发 促进果农增收,而且桑椹果酒保留了桑椹中原有 水中,于26~30 ̄ 的丰富营养成分,兼具饮料酒和保健酒的双重功 酵醪置于26℃培养箱发酵7 d。效,备受广大消费者的青睐l2 ]。 1.3实验方法 1.3.1取样 将酵母接入桑椹发酵醪的时间计作0 d,第0 目前,国内外学者针对桑椹果酒的研究主要 集中在桑椹果酒发酵菌种的筛选[51、果酒发酵 工艺条件的优化l61、营养和风味物质成分的检 d即为桑椹果汁,由于桑椹果酒发酵周期通常为 测[7-91以及酒体的澄清和稳定性研究l1 。对桑椹 果酒不同发酵阶段挥发性风味物质的组成及其变化 研究鲜有报道。桑椹果酒挥发性风味成分是评价果 酒品质的重要指标,研究桑椹果酒不同发酵阶段风 味物质的组成及其变化规律对果酒生产具有重要意 义Il1]。本研究对风味成分的相对含量进行主成分 分析,该分析作为一种多元统计分析方法,已广泛 应用于食品挥发性风味物质的研究[12 14],其利用 数学上降维处理问题的思想方法,借助于矩阵运 算,把高维变量空间进行降维处理,将研究事物的 若干指标转化为少数几个综合指标的方法,从而达 到简化系统结构、抓住问题实质的目的 】。 本文主要采用顶空固相微萃取结合气相色谱 质谱联用技术(SPME—HS—GC—MS)对桑椹果 酒不同发酵阶段风味物质进行提取与分析,并利 用SPSS软件对相关数据进行处理及主成分分析, 以研究桑椹果酒发酵过程中主体风味物质组成及 其含量,同时为评价桑椹果酒质量提供理论依据。 1材料与方法 1.1材料和仪器 果酒酿造所用桑椹购至四川某农场,菌种为 活性干酵母,购至安琪酵母股份有限公司。 BT125D分析天平,上海精密科学仪器有限 公司;萃取装置,美国Supelco公司;50/30UM DVB/CAR/PDMS固相微萃取头,上海安谱科 学仪器有限公司;Agilent 6890N一5975B气相色 谱一质谱联用仪,美国安捷伦公司。 1.2工艺路线 桑椹果实一破碎打浆一成分调整(添加白砂 糖)一主发酵一分离一后发酵一初滤一调整一陈 酿一澄清一精滤一装瓶一杀菌 调节桑椹发酵醪糖度为150 g/L,并按1 g/L 的量加入柠檬酸以调节发酵醪酸度,酵母接种量 7 d,从而设置桑椹果酒样品采集时间分别为0 d、 1 d 2 d 3 d 4 d、5 d,6 d 7 do 1.3.2 不同阶段桑椹发酵醪挥发性风味物质的提取 分别吸取10 mL不同阶段桑椹发酵醪于 15mL顶空瓶,加人1 g NaC1,置于恒温磁力搅拌 加热平台上。发酵醪于45℃预热10 min,将萃取 头伸入顶空部分,于45℃下吸附40 min后拔出, 插入气相色谱进样口,于230℃热解析3 min。 1.3.3对不同发酵阶段桑椹发酵醪挥发性风味物 质进行GC-MS分析 1.3.3.1 色谱条件DB-WAX毛细管色谱柱 (60 m×0.25 mm×O.25 um);载气为高纯度氦气; 流速为1 mL/min;进样口温度为230℃;手动无分 流进样;升温程序:起始柱温35℃,保持3 min, 以6℃/min的速率升温到150℃,保持1 min,再 以12℃/min的速率升温到230℃,保持3 min。 1.3.3.2质谱条件 电子轰击离子源(EI);电子 能量70 eV;扫描质量:20~550u;离子源温度 230℃;接口温度230℃。 1.3.3-3不同阶段发酵醪挥发性风味物质的定性 定量分析利用GC-MS分析所得全离子图谱, 结合保留时间,运用NIST 05标准谱库进行初步 检索,对桑椹果汁和不同阶段发酵液中的挥发性 物质进行定性分析,并采用峰面积归一化法确定 各挥发性风味成分的相对含量¨ 。 1.3.4主成分分析 采用SPSS19.0软件对不同阶段桑椹发酵醪 中挥发性风味成分的相对含量进行标准化处理, 并做因子分析,从而得到主成分及其特征值和贡 献率;再选择累计贡献率达到85%的主成分,将 标准化数据与主成分对应的特征向量相乘,得出 各样品主成分值;最后以每个主成分所对应的特 征值占所提取的主成分总的特征值之和的比例作 为权重,计算综合得分。 5 2结果与分析 2.1总离子流色谱图 25000000 OOOOO0      不同阶段发酵醪经顶空固相微萃取技术提取 O 并用气相色谱一质谱联用仪分析,所获得的8个 样品总离子流色谱图结果见图1。 2.2图谱分析 根据各阶段总离子流色谱图,结合保留时 20000000 间,运用NIST 05标准谱库对各化合物进行检索, 并通过面积归一化法求得各类化合物的相对百分 含量,结果见表1。 l50O0000 卅 l 0000000 由表1可知,从不同发酵阶段桑椹发酵醪中 共检测出挥发性风味物质35种,其中,从发酵 第0 d(桑椹果汁)桑椹醪液中检测出挥发性风 味物质为l5种,发酵第l d为11种,发酵第2 d 0 5 l0 l5 20 25 30 35 时间(min) 为12种,发酵第3 d为14种,发酵第4d为12 种,发酵第5d为13种,发酵第6 d为l2种,发 酵第7 d为15种。 图1 桑椹果酒发酵过程中挥发性风味成分的 GC-MS总离子流色谱图 Fig.1 GC—MS total ion chromatogram of volatile components in mulberry wine during fermentation process 表1桑椹果酒发酵过程中主要挥发性风味成分的相对含量 Table 1 Relative contents of volatile components in mulberry wine during fermentation process C hina  F ood Additives鲨堕塑窭 == :::: 不同发酵阶段桑椹果酒挥发性风味成分相对百分含量(%) 物质名称 Od ld 2d 3d 4d 5d 6d 7d 十六烷 六甲基环三硅氧烷 八甲基环四硅氧烷 2.58 5.6l 3.46 乙缩醛 8羟基哇啉2甲醛 2.95 7.84 32.18 335 0_36 0.51 二乙胺苯丙酮 月桂烯 右旋萜二烯 3~亚甲基一6一环己烯 l,2丙二胺 N (2苯乙基)乙酰胺 十六烷基二甲基叔胺 乙酸 0.8O 4.O5 0.84 0.62 2一氨基6甲基苯甲酸 高酞酸酐 2,6二叔丁基对甲酚 乙二醇苯醚 0.12 0.14 0.13 8.83 注:表中“一”代表未检测出该类物质。 通过对比,桑椹果汁和发酵醪中挥发性风  一O O ∞ 助于酒的呈香,而体积分数过高时会产生刺激性 H 0 0 味物质的种类和含量都存在明显差异。桑椹果汁 中挥发性风味物质以萜烯、醇、烷烃类化合物为 主。萜烯类化合物有着极低的香气阈值,在果实 中含量丰富,赋予果实浓郁的果香¨ 。桑椹果汁 气味,影响果酒品质,还会出现饮后上头及不适 感l 。苯乙醇具有柔和持久的玫瑰香和蜜香,对 1果酒香气的形成有积极作用。酯类化合物是构成 果酒香气的重要物质,主要是由醇和酸类物质通 中,右旋萜二烯含量最高,达到32.18%,同时还 有含量较为丰富的月桂烯、3一亚甲基-6环己 过酯化反应合成,形成于果酒发酵阶段,它们赋 予果酒独特的水果香气,对果酒总体香气的形成 具有重要作用怛…。桑椹果酒中酯类物质主要有辛 烯,此外桑椹果汁中还含有较高含量的醇类物质 如芳樟醇、异辛醇、4一萜烯醇、苯乙醇,这些物 质赋予桑椹果实独特的香气。 在桑椹果酒各发酵阶段,醇类、酯类开始 大量生成。其中,乙醇是最丰富的挥发性物质, 酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、月桂酸乙酯, 它们共同赋予桑椹果酒浓郁的香气特征。这些物 质在发酵开始l d后开始形成,且其相对含量随 着发酵的进行有所波动,这可能是由于发酵醪中 各种物质相互转化引起的。在桑椹果酒发酵过程 它赋予桑椹果酒特有的清香,其相对含量从发 酵第1d的73.04%逐渐上升至81.43%。桑椹果 中,基本没有检测到萜烯类化合物,可能是在发 酵过程中被代谢成其他物质,这会在一定程度上 导致果酒天然香气的丧失及酒香的不和谐 。 酒发酵第1 d,异丁醇、异戊醇、苯乙醇等含量 达到最高,分别为0.96%、8.66%、12.76%,此 后,三种物质的相对含量逐渐下降,最终含量分 别为0.58%、4.81%、8.96%。当异丁醇、异戊醇 等高级醇与果酒中的酸、酯含量配比恰当时,有 由于桑椹果汁与不同发酵阶段桑椹醪液中 挥发性风味物质的种类和含量存在较大差异,因 而不能直接根据化合物的组成和含量推断发酵时 间对桑椹果酒挥发性风味物质的影响。故提取桑 椹果汁和不同发酵阶段桑椹醪液中挥发性风味 物质,利用SPSS软件进行主成分分析。主成分 物质名称主成分在各变量的载荷 —— 主成分1主成分2主成分3主成分4 相关矩阵的特征值、方差贡献率及累计贡献率 见表2。 表2主成分的特征值、贡献率以及累计贡献率 Table 2 Eigenvalues,contribution rates and cumulative contribution rates of principal components 以特征值大于1,累计方差贡献率大于85% 两个指标确定主成分个数,由表2可知,前4 个主成分的贡献率分别为57.963%、12.643%、 9.470%、8.209%,累计达到88.285%,说明前4 个主成分基本包含了全部指标具有的信息,可以 用来进行后续分析。所得的主成分载荷矩阵见 表3。 表3主成分载荷矩阵 Table 3 Loading matrix of principal components 主成分在各变量的载荷 物质名称—— 主成分1主成分2主成分3主成分4 由于主成分的载荷系数反映了桑椹果汁和果 酒中各挥发性物质对该主成分的影响,由表3可 知,第一主成分与异辛醇、芳樟醇、萜烯醇、氨 基丁烷、十六烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环 四硅氧烷、二乙胺苯丙酮、月桂烯、右旋萜二 烯、亚甲基环己烯、十六烷基二甲基叔胺、氨基 甲基苯甲酸、二叔丁基对甲酚高度正相关,与乙 醇、异丁醇、异戊醇、癸酸乙酯高度负相关。对 第二主成分贡献较大的物质有乙二醇苯醚、甲氨 基乙醇、羟基喹啉甲醛,对第三主成分贡献较大 ChinaFoodAdditives 试验研究 的物质有氨基丙醇、丁二醇、丙三醇、乙缩醛、 丙二胺、乙酸,对第四主成分贡献较大的物质有 草氨酸乙酯、棕榈酸乙酯、苯乙基乙酰胺、高酞 酸酐。 醇类物质中,高级醇如异丁醇、异戊醇是桑 椹果酒重要的风味物质,除乙醇外高级醇对果酒 香气成分的贡献约占50%,当高级醇含量超过其 中国食品添加剂 分最高。其主要原因是桑椹果酒中的主要风味物 质醇类、酯类在发酵初期开始形成,到发酵后期 种类和含量基本稳定,因此,对整个发酵过程进 行综合评价结果表明,经发酵6 d的桑椹果酒风 味最佳。 3结论 本文采用顶空固相微萃取结合气相色谱质谱 联用技术对不同发酵阶段桑椹果酒挥发性风味成 感官阈值,会对果酒风味产生不良影响,甚至毒 害作用_2引。酯类物质在桑椹果酒的发酵过程中逐 渐形成,其中辛酸乙酯具有类似白兰地的香气并 带有甜味,癸酸乙酯具有椰子气味,乙酸苯乙酯 具有桃香味,月桂酸乙酯呈淡而舒适的葡萄气味。 酸类物质如乙酸具有强烈的刺激性气味,一旦果 酒中乙酸含量超过感官阈值会给人不愉快的、刺 鼻的酸味,从而会影响桑椹果酒的品质【 引。 将8个样品测定值进行标准化处理,分别与 主成分对应的特征向量相乘,可得到各样品不同 的主成分值,以每个主成分所对应的特征值占所 提取的主成分总的特征值之和的比例作为权重, 再计算出综合得分,计算结果见表4。 表4标准化后主成分得分 Table 4 Standardized principal component scores 由于综合得分的高低反映了桑椹果酒的嗅闻 强度,得分越高则说明此阶段样品所包含的风味 物质越接近桑椹果酒整个发酵过程中主要的香味 物质,即表明此阶段桑椹果酒的香气最为浓郁。 由表4可知,随着桑椹果酒发酵的进行,其综合 得分逐渐上升,到发酵进行到第6 d时,综合得 分进行分析,共检测出35种挥发性风味物质,其 中醇类和酯类物质是桑椹果酒发酵过程中最主要 的风味物质,分别为11种和6种,此外烷烃类4 种,醛类2种,烯烃类3种,酮类1种,和其他 化合物类8种。通过采用SPSS对桑椹果酒发酵 各阶段风味物质进行主成分分析,揭示了具体风 味成分对桑椹果酒主体风味的贡献大小,获得桑 椹果酒整个发酵阶段的关键性风味物质组成。通 过对发酵各阶段桑椹果酒进行综合评价,结果表 明,发酵6 d时桑椹果酒风味最佳。 参考文献: 【1]梁艳英,王华,任玉巧.桑椹成熟期间主要化学成分的变 化规律IJ1.西北农林科技大学学报(自然科学版),2006, (4):48 50. 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