邱曉曼,陳程鵬,洪厚勝
(1.南京工業(yè)大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院,江蘇 南京 211816;2.南京匯科生物工程設(shè)備有限公司,江蘇 南京 210009)
果醋是以水果為主要原料,經(jīng)酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵而成的一種風(fēng)味獨(dú)特的新型飲品或酸性調(diào)味品,其富含多種有機(jī)酸、維生素、氨基酸以及微量元素等營養(yǎng)物質(zhì),兼具水果和食醋兩者功能,具有緩解疲勞抗焦慮、促進(jìn)腸道代謝、降低血脂和預(yù)防高血壓和心腦血管疾病[1-3]等生理作用。
食品的風(fēng)味物質(zhì)是指能夠讓食品產(chǎn)生特殊氣味和口感的化合物,果醋中這類化合物的種類高達(dá)幾百種[4]。果醋的風(fēng)味特征由風(fēng)味成分的種類、數(shù)量、閾值及組分間的相互作用共同決定,是果醋感官品質(zhì)評定的研究重點(diǎn)[5]。隨著風(fēng)味分析技術(shù)不斷推陳出新并成功運(yùn)用于果醋,果醋風(fēng)味的研究也更加廣泛深入,研究的果醋品種更多,不再局限于蘋果醋和葡萄醋,研究的內(nèi)容包括風(fēng)味物質(zhì)的化學(xué)組成和含量,風(fēng)味物質(zhì)的生成機(jī)理,風(fēng)味物質(zhì)之間的相互作用,發(fā)酵過程中特征或主要風(fēng)味成分的變化規(guī)律,果醋成品中風(fēng)味物質(zhì)的安全性質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和閾值控制,以及風(fēng)味物質(zhì)的精確分析技術(shù)等[6]。
近年來我國多地發(fā)展特色林果業(yè),水果資源日漸豐富,加上現(xiàn)代社會(huì)人們注重質(zhì)量、崇尚健康,果醋相對于傳統(tǒng)飲料滿足了人們的新要求,越來越受到消費(fèi)者的親睞,市場非常廣闊。該文對近年來果醋風(fēng)味改良措施進(jìn)行總結(jié),旨在為果醋風(fēng)味物質(zhì)成分控制及感官理論體系建設(shè)提供依據(jù)。
果醋中的風(fēng)味物質(zhì)種類頗多,成分復(fù)雜,主要有酯類、醇類、酸類、醛類、酮類、酚類以及雜環(huán)類等。這些物質(zhì)共同協(xié)調(diào)、相互作用,成就果醋風(fēng)味優(yōu)良又獨(dú)特,這也是其區(qū)別于食醋和勾兌醋的主要特征。
有機(jī)酸是果醋的主要呈酸物質(zhì),決定著果醋的酸味質(zhì)量。果醋中含有多種有機(jī)酸,可分為兩類,一類是原料本身具有的,另一類是在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的。發(fā)酵過程中有機(jī)酸主要有兩個(gè)來源:①乙醇醋酸發(fā)酵產(chǎn)生乙酸,含量高且容易測定。②酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)生有機(jī)酸,這部分種類多、數(shù)量微、影響因素多且大部分為未知酸,測定較為困難。
不同品種的水果所含有的有機(jī)酸的組成和含量都是不同的,如蘋果酸在蘋果中含量為3.96 g/L[7],在葡萄中含量為2.432 g/L[4],而在枇杷中則為5.502 g/L[8],部分水果所含有的有機(jī)酸成分見表1。水果中含有的有機(jī)酸部分屬于不揮發(fā)性有機(jī)酸,香氣爽快自然,可直接進(jìn)入果醋成品,改變了果醋成品中不揮發(fā)酸和揮發(fā)酸的比例,使果醋刺激性酸味減弱變得柔和,從而提高果醋的口感質(zhì)量。
表1 部分水果所含有機(jī)酸成分Table 1 Organic acid composition in some fruits
果醋中含有多種有機(jī)酸,這些有機(jī)酸共同決定著果醋的酸味質(zhì)量,其富含的有機(jī)酸成分隨著釀造原料的不同而不同,但大多富含醋酸、琥珀酸、蘋果酸、檸檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、乳酸以及富馬酸。乙酸具有刺激性,乳酸有醇厚感,檸檬酸酸味圓潤平和持久,琥珀酸有鮮甜味,富馬酸和蘋果酸味道爽快但有澀味,而葡萄糖酸爽快卻柔和,特別是蘋果酸、檸檬酸和琥珀酸可以調(diào)和乙酸的刺激性,提高醋的酸味平和性,使其酸味柔和、醇厚[14]。研究發(fā)現(xiàn),五味子醋中含39種有機(jī)酸化合物[15],紅樹莓果醋醋中含19種有機(jī)酸化合物[16],蘋果醋中含17種有機(jī)酸化合物[17]。
果醋的揮發(fā)性成分包括酯、醇、酸、醛、酮、酚以及雜環(huán)類,其中酸、酯和芳香醇是果醋的主要嗅感物質(zhì),而其種類和閾值共同決定了果醋的風(fēng)味。果醋的揮發(fā)性成分少部分來源于水果本身,大部分是在酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵過程中形成的,每階段主要風(fēng)味物質(zhì)都不相同[18]。通過測定相對氣味活度值和主成分分析法就能夠了解各香氣成分對果醋總體風(fēng)味的貢獻(xiàn),從而確定主要風(fēng)味化合物[19]。
此外,不同種類甚至是同種不同品系的水果香氣成分以及含量都會(huì)有所差別。王怡玢等[20]比較了新疆野蘋果與富士蘋果的揮發(fā)性香氣物質(zhì),在新疆野蘋果中鑒定出67種揮發(fā)性香氣物質(zhì),含量>0.1 μg/g 的共有27種,其中含12類酯、8類醛、4類醇、1類烴,且苯甲醛是其特有成分;而在富士蘋果中檢測出49種揮發(fā)性香氣物質(zhì),含量>0.1 μg/g 的香氣揮發(fā)物共27種,其中含18種酯、4種醛、2種醇、1種酮,其特有成分是2-甲基丁酸丁酯。
研究表明,酯類、酚類、醚類和酮類物質(zhì)表現(xiàn)為果香型,醇類和醛類物質(zhì)表現(xiàn)為青香型,內(nèi)酯類物質(zhì)表現(xiàn)為甜香型,萜類物質(zhì)表現(xiàn)為花香型[21],部分果醋揮發(fā)性成分的香氣以及閾值見表2[18]。
表2 果醋部分揮發(fā)性成分的閾值以及香氣描述Table 2 Threshold and aroma description of some volatile components in fruit vinegar
閾值指一種化合物被人嗅覺器官感受到的所需的最小濃度值,每種成分都有其對應(yīng)的閾值。一種嗅味物質(zhì)對體系風(fēng)味中的作用可用氣味活性值來判斷,它是風(fēng)味物質(zhì)成分的濃度與閾值的比值,如果氣味活性值<1,說明該物質(zhì)對體系風(fēng)味特征的影響是不明顯的[22]。這也與Guadagni香氣理論相對應(yīng),食品中濃度高而閾值低的香氣成分很可能是食品中特征香氣成分或主體香氣成分[23]。閾值越小的成分存在感越強(qiáng),反之,閾值越大的成分存在感越弱。例如,蘋果酸閾值僅為0.027 mg/kg,但其能夠輕而易舉的被聞到。另外,果醋的香氣并不是簡單的由一種或兩種化合物糅雜的效果,而是幾十種揮發(fā)性成分共同作用的結(jié)果[24],而風(fēng)味閾值能體現(xiàn)該成分對果醋風(fēng)味的貢獻(xiàn),故研究主要風(fēng)味物質(zhì)的閾值,對果醋風(fēng)味改善有著深刻意義。
有機(jī)酸的檢測方法有分光光度法、酶法、酸堿滴定法和色譜法[25]??紤]到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性、再現(xiàn)性以及精確性,現(xiàn)在研究者大都采用色譜法。薄層色譜法由于定量能力不足以及檢測時(shí)間較長逐漸被舍棄,而氣相色譜法本身測出的有機(jī)酸種類和數(shù)量較多,與質(zhì)譜的聯(lián)用進(jìn)一步發(fā)揮了其長處。高效液相色譜法因其靈敏性好、準(zhǔn)確度高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)使得其應(yīng)用于果醋中有機(jī)酸的檢測更為普遍[26]?,F(xiàn)有研究中的絕大數(shù)都采用了反相高效液相色譜法,國家也發(fā)布了以此法來測定食品中有機(jī)酸的國家標(biāo)準(zhǔn)[27],少數(shù)采用高效離子排斥色譜法或親水作用力色譜法,農(nóng)業(yè)部則發(fā)行了以離子色譜法測定水果中有機(jī)酸的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[28]。
ZONG Y等[29]采用反相高效液相色譜結(jié)合紫外光電二極管同時(shí)測定了檸檬酸、乳酸、乙酸、琥珀酸、草酸5 種主要有機(jī)酸,檢測條件是C18色譜柱(150 mm×4.6 mm,5 μm),以pH 2.80的甲醇-0.010 mol/L磷酸二氫鈉緩沖液作流動(dòng)相,溫度23.0 ℃,流速0.80 mL/min,檢測波長210 nm,結(jié)果證明樣品分離效果較好,相關(guān)系數(shù)R>0.99。SHI J Y等[30]利用最小二乘支持向量機(jī)模式(least-squares support vector machine,LS-SVM)的近紅外光譜技術(shù)對醋的總酸含量進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)LS-SVM回歸模型不僅可以無損失精準(zhǔn)測定總酸含量,而且可以和傅里葉變換近紅外光譜技術(shù)結(jié)合對醋進(jìn)行分類,確定醋的質(zhì)量。
果醋的香氣組成非常復(fù)雜,既有原料本身的特征香氣,又有發(fā)酵過程中形成的各種醇類、酸類、醛類、酯類等香氣。果醋中香氣成分一般通過氣質(zhì)聯(lián)用法檢測,通過峰面積歸一法計(jì)算出樣品中各香氣成分的含量。
鑒于香氣物質(zhì)具有揮發(fā)性,所以要先提取后分析。香氣成分的提取技術(shù)直接影響其定性和定量分析結(jié)果。香氣物質(zhì)提取方法頗多,國內(nèi)外皆有大量的文獻(xiàn)報(bào)道,比如溶液萃取法、超臨界萃取[5]、靜態(tài)頂空提取法[24]、水蒸氣蒸餾法和頂空固相微萃取法[23]等。但傳統(tǒng)的提取技術(shù)或多或少存在著一些缺點(diǎn),特別是樣品中揮發(fā)性成分化學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變構(gòu)或分解時(shí),從而引起某些成分含量變化導(dǎo)致誤差加劇,這是無法彌補(bǔ)的。
頂空固相微萃取法(headspace solid-phase microextrac tion,HS-SPME)是新型香氣成分提取方法,克服了這些傳統(tǒng)香氣成分提取技術(shù)的缺點(diǎn),具有簡單、安全、高效等優(yōu)點(diǎn),將采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣結(jié)合在一起,可最大程度上減少樣品中香氣成分的損失,并能與液相色譜儀、氣相色譜-氫火焰檢測器或氣質(zhì)聯(lián)用儀聯(lián)用,香氣成分的分析水平進(jìn)一步得到提升。目前,固相微萃取在果醋香氣成分分析中已被廣泛應(yīng)用。郝紅梅等[31]采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對山楂果醋易揮發(fā)性成分進(jìn)行提取分析,得到了49 種化合物,研究結(jié)果表明對山楂果醋風(fēng)味貢獻(xiàn)順序依次是:酯類>酸類>醇類>酮類>醛類,還確定山楂果醋的主要香氣成分是乙酸、乙酸乙酯、乙醇、乙酸-3-甲基丁酯、苯甲酸乙酯、3-甲基丁醇、己酸乙酯、己酸、苯甲酸、2-丁醇、苯乙醇、辛酸、2-甲氧基-4-甲基苯酚。
此外還可以通過感官測試來評價(jià)果醋香氣,但感官測試最明顯的缺點(diǎn)是評價(jià)結(jié)果具有主觀性。最近為了彌補(bǔ)這項(xiàng)不足,電子鼻和電子舌系統(tǒng)被開發(fā)用于食品的香氣評價(jià)[32]。這類設(shè)備可以檢測到香氣閾值和氣味活動(dòng)值,分析每一種成分對食物風(fēng)味的貢獻(xiàn),客觀的評估果醋的質(zhì)量[33]。
果醋風(fēng)味是評價(jià)果醋品質(zhì)的重要指標(biāo),同時(shí)也在果醋產(chǎn)品市場上占據(jù)著絕大影響力,因此風(fēng)味改良是果醋發(fā)酵中時(shí)刻需關(guān)注的問題。從現(xiàn)有研究中發(fā)現(xiàn),對果醋風(fēng)味有影響的幾個(gè)因素分別是發(fā)酵原料、發(fā)酵菌種、發(fā)酵方法、澄清方法以及陳釀[5]。
水果的香氣十分宜人,不同的水果由于有機(jī)酸和揮發(fā)性成分種類和含量的差異而具有獨(dú)特的自然香氣[26],而這些差異直接使得最終的果醋風(fēng)味各具特色。水果香氣物質(zhì)的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。在果實(shí)成熟的過程中,青香型物質(zhì)的濃度逐漸下降,而果香型物質(zhì)如δ-癸內(nèi)酯和芳樟醇等開始出現(xiàn)并積累,然后在果實(shí)成熟時(shí)達(dá)到最大值[34]。
發(fā)酵原料也就是水果的選擇包括水果品種品系以及水果的成熟度等,加工果醋的原料應(yīng)是高質(zhì)量的經(jīng)過挑選的新鮮的成熟果實(shí),而落果和次果不適合加工。此外在果醋加工過程中,要盡量考慮到水果香氣成分的保留。
果醋的發(fā)酵過程中,原料中的部分糖和有機(jī)酸被酵母菌、醋酸菌和乳酸菌等微生物利用生成新的有機(jī)酸[35]。菌種不同,體內(nèi)的酶系也會(huì)不相同,那么菌種的物質(zhì)代謝途徑會(huì)更加不同,導(dǎo)致發(fā)酵最終成品的風(fēng)味各具特色。如酒石酸在嗜酸乳桿菌體內(nèi)酶系作用下被降解成乳酸和乙酸,釀酒酵母體內(nèi)的酵母酶系作用于果蔬汁會(huì)生成一些檸檬酸,但檸檬酸在乳酸菌的作用下又被轉(zhuǎn)化成醋酸。
酒精發(fā)酵大多選用酵母菌,如釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)KWN[19]。醋酸發(fā)酵代表性菌種一般屬于醋桿菌屬(Acetobacter)和葡糖醋桿菌屬(Gluconacetobacter),國外發(fā)酵菌株一般是歐羅巴葡糖醋桿菌(Gluconacetobacter europaeus)[36],國內(nèi)工廠發(fā)酵選用的菌種大都是巴氏醋桿菌(Acetobacter pasteurianus),如巴氏醋桿菌(Acetobacter pasteurianus)KSD5、巴氏醋桿菌(Acetobacter pasteurianus)JSTS以及滬釀1.01。國內(nèi)為了改善產(chǎn)品風(fēng)味,當(dāng)前的工作集中在從自然界分離培養(yǎng)高效專一菌種或者是對現(xiàn)有菌種進(jìn)行誘變選育。宋娟等[37]以酒精度為7%vol的蘋果酒發(fā)酵醪液為馴化介質(zhì),對引進(jìn)的醋酸桿菌20056進(jìn)行馴化與誘變選育。采用紫外誘變的方法,確定最佳誘變條件為誘變時(shí)間40 s、誘變距離40 cm、菌液稀釋度10-5,此時(shí)細(xì)胞致死率為82.15%。初步篩選出UV-3、UV-6、UV-11三株正突變菌株,產(chǎn)酸總量分別和誘變前的原菌株相比分別提高了20.45%、23.73%、24.61%,乙醇脫氫酶活性的峰值分別是原菌株的2.7、3.5、3.7倍。紫外誘變有效的提高了蘋果酒發(fā)酵醪液中的酒精轉(zhuǎn)化力,為優(yōu)勢醋酸菌的選育提供了簡便、有效的育種手段。
單一菌種發(fā)酵的果醋風(fēng)味欠佳,產(chǎn)品質(zhì)量也不穩(wěn)定,而多菌共酵可以有效改良產(chǎn)品風(fēng)味,特別是利用生香酵母(aromatizing yeast)可增加風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量,并提高產(chǎn)品風(fēng)味的復(fù)雜性與穩(wěn)定性。LIU Q等[7]在酒精發(fā)酵階段采用熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)和生香酵母(aromatizing yeast)進(jìn)行混菌發(fā)酵,相比于熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)單一發(fā)酵,混菌發(fā)酵的果醋總有機(jī)酸、總酯、總醇和總酚含量更高,且風(fēng)味成分比單一發(fā)酵的多3種物質(zhì),混菌發(fā)酵有效提高了果醋的質(zhì)量,鮮味和甜味。榮智興[38]以藍(lán)莓為原料對藍(lán)莓果醋加工工藝進(jìn)行了研究,通過引入乳酸菌發(fā)酵來改善藍(lán)莓果醋風(fēng)味和用天然材料固定醋酸菌發(fā)酵,提高醋酸發(fā)酵的效率。結(jié)果表明,多菌種混合發(fā)酵藍(lán)莓醋的酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行,再進(jìn)行醋酸發(fā)酵,接種比例為1∶2(酵母菌為1×107個(gè)/mL,乳酸菌為0.5×107個(gè)/mL)產(chǎn)生的非揮發(fā)酸含量為2.25 g/100 mL,較傳統(tǒng)發(fā)酵藍(lán)莓醋高出1.77 g/100 mL;多菌種混合發(fā)酵的藍(lán)莓醋的感官評分值也高于傳統(tǒng)發(fā)酵的藍(lán)莓醋。
果醋發(fā)酵方法按照發(fā)酵狀態(tài)可分為全固態(tài)發(fā)酵法、全液態(tài)發(fā)酵法和前液后固發(fā)酵法。固態(tài)發(fā)酵過程中,環(huán)境中的菌也會(huì)參與發(fā)酵,因此固態(tài)醋是多菌種和多酶系共同作用的結(jié)果,有機(jī)酸更豐富,風(fēng)味更醇厚,但其生產(chǎn)周期較長[14]。而液態(tài)發(fā)酵可達(dá)到規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)果醋,有利于縮短生產(chǎn)周期,然而成品滋味平淡,風(fēng)味欠佳[39]。
發(fā)酵方法對于不同水果的營養(yǎng)物質(zhì)的利用率不同,原料的營養(yǎng)物質(zhì)溶出率越高,果醋香氣越濃郁,口感越柔和,風(fēng)味越佳。西瓜醋液態(tài)醋酸發(fā)酵比固態(tài)醋酸發(fā)酵多15種揮發(fā)性成分,且含有2種固態(tài)醋酸發(fā)酵中沒有的酮類物質(zhì),有效的保留了西瓜中的揮發(fā)性成分,因此液態(tài)發(fā)酵更適合西瓜醋的釀造[40];而對于柿子來說,最佳發(fā)酵方法是固態(tài)發(fā)酵,固態(tài)發(fā)酵柿果醋揮發(fā)性成分較多,且總酸、黃酮、多酚、蛋白質(zhì)、氨基酸總含量均顯著高于液態(tài)靜置發(fā)酵果醋,尤其是香氣特征較明顯的乙酸乙酯含量的增加,使得固態(tài)發(fā)酵柿果醋風(fēng)味獨(dú)特醇厚,具有柿子特有的清香和濃郁的醋香[41]。
此外發(fā)酵時(shí)間也影響著果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)的溶出率。CHAI K F等[42]研究了不同發(fā)酵時(shí)間內(nèi)紅毛丹果實(shí)的營養(yǎng)物質(zhì)溶出率,結(jié)果表明,發(fā)酵3 d后發(fā)酵液中糖分,有機(jī)酸和抗壞血酸含量較高。薛淑琴等[43]對適度發(fā)酵和完全發(fā)酵的蘋果醋芳香物質(zhì)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)完全發(fā)酵蘋果醋中總酚含量和揮發(fā)性香氣成分種類明顯低于適度發(fā)酵,適度發(fā)酵蘋果醋在原果香風(fēng)味成分的保留、特征風(fēng)味成分種類、相對含量及相互之間的比例等方面比完全發(fā)酵的蘋果醋更易于形成高質(zhì)量的產(chǎn)品。
以水果為原料制作的果醋,由于原料本身的組成成分以及制作過程的影響,發(fā)酵結(jié)束后的果醋液中含有果實(shí)碎片、發(fā)酵微生物的懸浮物、大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、果膠、淀粉和植物纖維等,常常使得果醋顏色加深、液體渾濁,品質(zhì)嚴(yán)重下降,此必須對果醋進(jìn)行澄清處理[44]。果醋澄清方法較多,一般選擇用澄清劑(如殼聚糖、果膠酶、明膠、硅藻土)或膜過濾[45]。殼聚糖性質(zhì)穩(wěn)定,可增強(qiáng)果醋促進(jìn)胃蠕動(dòng)和降低血脂的生理功效;果膠酶可以將果膠和纖維素分解為半乳糖醛酸和果膠酸,降低其對果醋品質(zhì)的影響;而明膠對果醋風(fēng)味則有不良影響[46]。
陳釀的本質(zhì)是自然澄清,對果醋風(fēng)味起著至關(guān)重要的作用。隨著陳釀的開始,發(fā)酵液中的化學(xué)成分開始發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng),如醋酸的揮發(fā),不飽和脂肪酸的氧化,酚類物質(zhì)的變化、酯化反應(yīng)的進(jìn)行等,使得刺激酸冽的醋液色澤加深、質(zhì)地濃稠,口味柔軟協(xié)調(diào),香氣自然醇厚[47]。高質(zhì)量的果醋需經(jīng)過木桶的陳釀,如意大利的香醋,雪莉醋,陳釀時(shí)間越長,香氣越濃郁。木桶可以引起果醋中酚類物質(zhì)和揮發(fā)性成分的變化,加速果醋的成熟[48]。用于醋陳釀的木桶通常是橡木,有時(shí)也會(huì)用到槐木、櫻桃木、桑樹木、栗木等。在橡木木桶中的葡萄醋經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)了橡木內(nèi)酯異構(gòu)體,在櫻桃木桶中的醋檢測到了糠酸乙酯和安息香酸乙酯[49]。整體感覺上來看,櫻桃木桶用于陳釀最好,但從經(jīng)濟(jì)價(jià)值上選擇橡木木桶。
我國人均醋類消費(fèi)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美、日本等發(fā)達(dá)國家,對果醋風(fēng)味的改良,可開發(fā)高品質(zhì)果醋,極具市場潛力。果醋的風(fēng)味主要由顯酸和香氣物質(zhì)協(xié)同作用形成的,受到發(fā)酵原料、發(fā)酵菌種、發(fā)酵方法、澄清方法和陳釀的影響。本文主要對果醋風(fēng)味組成成分、檢測方法以及如何改善果醋風(fēng)味進(jìn)行了多方向的總結(jié),以期能夠?yàn)榻窈蠼ㄔO(shè)果醋的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)體系,果醋感官評價(jià)及主要風(fēng)味物質(zhì)特征體系提供建設(shè)性意見。