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  • 獼猴桃發酵果酒生產工藝研究進展2023-07-25

    獼猴桃(Actinidia chinensis Planch)為漿果類藤本植物,又名陽桃、奇異果等。果實肉肥多汁、清香宜人,富含維生素、糖類、有機酸和人體必需的多種氨基酸,因其營養價值高,深受消費者的喜愛。近年來,隨著農業的發展和管理技術的不斷提高,獼猴桃的產量有了大幅度的增加,造成了供過于求的局勢;據統計,2018年,全國獼猴桃種植面積24.12萬hm3,占全球獼猴桃種植面積的72%;總產量255萬t,占全球獼猴桃產量的55%,雖然獼猴桃種植規模不斷增長,但其經濟效益持續走低,亟待通過發展獼猴桃精深加工來延長產業鏈,提高鮮果的附加值,為產業帶來新的經濟增長點。

    獼猴桃果酒是以獼猴桃果汁(漿)為原料,經完全或部分發酵釀制而成的發酵酒。獼猴桃果酒因其風味獨特并富含多種營養物質,在眾多果酒產品中獨樹一幟,市場前景廣闊。國外獼猴桃精深加工技術研究相對集中,獼猴桃的加工主要以濃縮果汁為重點,開展集成膜、聚中空纖維素膜等膜濃縮技術及其對生物活性成分影響,超高壓滅菌等冷殺菌技術在獼猴桃果汁中應用以及獼猴桃果汁貯藏過程中風味品質解析、獼猴桃果酒等研究。國內許多學者分別從理化品質、風味品質、營養功能活性等方面系統開展了原料、菌種、發酵、澄清、陳釀等對獼猴桃果酒品質的影響。因此,本文結合當前實際生產需要和未來的研究熱點,對獼猴桃果酒釀造工藝研究進行了綜述,并對當前研究中存在的問題進行了討論和展望,以期為獼猴桃精深深加工提供理論依據。

    1 獼猴桃果酒發酵用原料品種

    我國獼猴桃原料豐富,但不同的原料因其營養物質不同。因此,獼猴桃品種的選擇是生產高品質獼猴桃酒的一個重要因素。

    目前我國獼猴桃主要有四大栽培品系(中華獼猴桃、美味獼猴桃、軟棗獼猴桃、毛花獼猴桃)52個品種,規模化栽培的品種以中華獼猴桃和美味獼猴桃居多[13]。隨著獼猴桃果酒加工技術的日趨成熟,為了獲得高品質果酒提高市場競爭力以及綜合利用資源,越來越多的學者在注重發酵工藝條件優化、產品質量評估及組成成分分析的同時,也將專用釀造原料的選種育種和多品種混合發酵作為獼猴桃果酒加工的重點研究方向之一。目前研究結果表明,原料品種對產品的理化性質、揮發性風味物質及其功能活性成分均有較大的影響。不同品種的果酒加工特性研究,為獼猴桃果酒加工專用品種的篩選與混合發酵提供了科學依據。

    2 獼猴桃果酒發酵用菌種

    2.1 獼猴桃用釀酒酵母

    風味在果酒中起著舉足輕重的作用,不僅賦予果酒獨特的感官特性,且直接影響消費者對產品的選擇性。在果酒釀造中,菌種是決定果酒風味核心要素。目前獼猴桃果酒生產上較多使用的是商業酵母,如安琪果酒酵母、葡萄酒酵母、活性干酵母及美極梅奇酵母(Metschnikowia pulcherrima)等,其中安琪活性干酵母及葡萄酒酵母在獼猴桃中應用良好,發酵速度較快,且發酵后產品果香濃郁、酸甜適口。但缺乏專用釀酒酵母使得獼猴桃果酒缺乏典型性風味,導致獼猴桃果酒同質化現象嚴重、品質特征性不突出。因此,為了適應市場的變化和消費者對不同風格獼猴桃酒的需求,同時考慮到原生微生物能更好地適應獼猴桃醪化學環境,更多研究者注重從野生獼猴桃本身附著的菌群中篩選發酵性能優良的菌株。目前從獼猴桃源篩選到的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)有十余株,其他酵母還有戴爾凱氏有孢圓酵母(Torulaspora delbrueckii),檸檬形克勒克酵母(Kloechera apiculate),葡萄園有孢漢遜酵母(Hanseniaspora vineae)等。由表1可知,獼猴桃源Saccharomyces cerevisiae X7-1、Saccharomyces cerevisiae T-13等菌株以及商業化的安琪活性干酵母、葡萄酒活性干酵母BV818等應用于獼猴桃果酒發酵中均具有良好的表現,具有發酵性能好、酒精轉化能力強、產香能力強、能夠有效保留果香等優點。而Saccharomyces cerevisiae HY以及商業化的安琪果酒酵母、美極梅奇酵母(Metschnikowia pulcherrima)在獼猴桃酒應用中效果不理想,主要表現為酒精耐受性差、產香能力較低。


      

    表1 獼猴桃發酵用菌種、發酵條件及酒體風味特征  

    Table 1 Fermentation strains,conditions and flavor characteristics of kiwi fruit wine


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    2.2 非釀酒酵母在獼猴桃果酒中的應用

    隨著風味組學技術和微生物組學技術的發展,釀造微生物與酒體風味物質組成之間關系被揭示,除釀酒酵母外,其它非釀酒微生物在香氣物質形成的作用及其機理逐漸被認知。研究表明,非釀酒微生物不僅可通過代謝產生香氣物質,同時還通過產生多種酶以及與釀酒酵母之間相互作用對果酒風味品質起到積極作用。因此,近年來,選擇性能優良的非釀酒酵母與釀酒酵母共發酵已成為提高獼猴桃酒香氣和品質的研究熱點,且應用效果良好。

    目前,應用于獼猴桃果酒發酵的菌種有戴爾有孢圓酵母、異常威克漢姆酵母、乳酸菌、酒曲與釀酒酵母的混合體系等。非釀酒微生物對果酒品質的影響主要體現在以下幾個方面:首先,與釀酒酵母相比,其他微生物乙醇轉化能力較低,且對酒精耐受能力也較低,因此混菌發酵會降低果酒的酒精度。其次,其他微生物如非釀酒酵母較釀酒酵母能夠產生更多種類和更高活性的果膠酶、糖化酶、脂肪酶等,提高發酵效率和產物代謝速率,提高原料利用率,縮短發酵周期。再次,在產生風味物質方面,其他微生物與釀酒酵母混合可增加果酒中風味物質的種類和含量,有效提升果酒風味品質,同時還具有較強的甘油產生能力,增加果酒的甜味,使果酒的口感更加圓潤。最后,多種微生物發酵果酒中內容物如多糖、甘露糖蛋白、有機酸、多酚等物質,具有改善果酒口感和酒體,增強甜度、圓潤度、芳香持久性,增加酒體穩定性等作用。但同時研究也表明,非釀酒酵母等其他菌種對發酵和成酒質量的影響和葡萄品種、成熟度、酵母屬種、菌株、接種時間、接種率和釀造方式等密切相關。因此依據不同品種獼猴桃、酵母種類、釀造方式和目標果酒類型進行工藝技術研發也是未來的重點和難點。

    3 獼猴桃果酒釀造工藝條件

    在獼猴桃果酒釀造工藝中,原料品種、原料處理方式、發酵溫度、發酵液p H值、菌種接種量、SO2添加量和初始糖度等因素對整個釀造過程以及成品酒的質量均有不同程度的影響。

    3.1 糖度

    糖是發酵微生物代謝的主要能源物質,是決定乙醇含量的物質基礎,同時影響果酒甜酸滋味和口感。相較于釀酒所需要的糖度,獼猴桃含糖量偏低,因此在獼猴桃果酒發酵過程中需要額外添加糖從而保證微生物的生長、繁殖、代謝以及乙醇含量。目前研究認為獼猴桃果酒糖度一般控制在20~25°Bx,但對加糖方式研究較少,且生產上對于加糖時間、加糖量、加糖形式等的把控也較為粗放。

    3.2 發酵溫度

    溫度是影響微生物代謝速率和酶活的關鍵因素,溫度對酒精含量、揮發性風味物質組成等均有密切關系,發酵溫度越高,酵母繁殖速率越快,代謝越旺盛,因此溫度過低酵母生長繁殖和代謝均會收到抑制,發酵啟動困難,容易污染雜菌,不利于酒精發酵和風味物質產生,但溫度過高酵母衰亡期也會提前,產酒能力下降,影響果酒品質和口感。因此,溫度的選擇是控制果酒發酵至關重要的條件,但不同品種、不同糖度條件下溫度選擇也不盡相同,目前研究和生產上采用的溫度一般為16~25℃,最高溫度一般控制在28℃以下。

    3.3 接種量

    接種量的大小主要影響果酒發酵的速率,發酵速率過慢產酒率低,不利于果酒品質形成,但接種量大會導致發酵過旺,發酵果酒品質不夠細膩柔和,因此適宜的酵母添加量對獼猴桃果酒品質和口感均有較大影響。雖然目前關于獼猴桃果酒接種量研究較多,但多數研究以百分比、質量體積比或質量比來表示,導致不同形式(液體、凍干粉),不同來源,不同活性酵母接種比例差異較大。因此,酵母接種量的確定需要結合發酵原料、p H、糖度、菌種來源及形式確定。

    3.4 果膠酶

    獼猴桃含有較高的果膠,因此在獼猴桃果酒中添加果膠酶提高出汁率、澄清度和增加有益物質溶出,改善果酒的穩定性、風味和口感。果膠酶的使用往往根據酶的來源和使用方法而差異較大,唐雪等認為貴長獼猴桃果酒最佳果膠酶使用量為0.2%,孫洪浩等認為野生獼猴桃最佳果膠酶使用量為80 mg/L。因此,酶的使用一方面要注重酶種類的選擇,要根據原料果膠含量特征、果膠酶品種活性等,另一方面注重果膠酶使用方法,應注意考察果膠酶使用條件(添加量、溫度、p H等)以及與其他酶如纖維素酶等的合理搭配。

    3.5 其他

    SO2添加量、原料預處理、p H、發酵時間等均會影響果酒風味品質。SO2具有抑菌、護色、抗氧化及增酸等作用,p H對菌種生長繁殖以及酶活等均有顯著影響,而帶渣發酵又會增加獼猴桃發酵醪中功能活性成分含量,以上各因素均會對果酒品質產生影響。但良好的果酒品質是以上各因素共同作用的結果。因此,以形成關鍵共性技術為導向,根據原料品種差異和輔料如果膠酶來源、品質、活性等的差異,優化工藝參數并形成穩定的釀造技術,是獼猴桃果酒發酵工藝研究的重點。

    4 降酸技術

    果酒中的有機酸是影響果酒發酵過程和風味品質的重要因素之一,獼猴桃果酒有機酸的來源包括原料和菌種,其中獼猴桃原料中富含奎尼酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸等,同時獼猴桃果酒發酵過程中許多微生物也會代謝產生乳酸等有機酸。研究表明,適量的有機酸可以賦予獼猴桃果酒醇厚感和清爽感,影響發酵微生物的代謝過程,促進果酒老熟與澄清,與合適的酒精協調可成就果酒的典型性。但過多的有機酸使獼猴桃果酒有酸澀感,口味酸澀,影響果酒的口感和品質。因此,在獼猴桃果酒釀制過程中往往需要進行降酸處理。

    目前國內外用于果酒降酸的方法主要有物理降酸法、化學降酸法、離子交換降酸法和生物降酸法。物理降酸法主要采用低溫法,經冷凍濃縮、沉淀、過濾、浸漬等繁雜處理降低到果酒中的酒石酸含量,但該方法雖然安全性高,但其操作較為復雜,且主要降低酒石酸含量,而獼猴桃中主要有機酸為奎寧酸和檸檬酸,因此該方法較少用于獼猴桃果酒發酵。化學降酸法主要是通過添加弱堿性鹽中和發酵體系中的有機酸從而達到降酸的目的,該方法操作簡單,但往往對弱堿鹽的種類、使用量和使用方法有嚴格要求,容易對果酒風味和口感產生影響。離子交換降酸法是利用樹脂中的活性離子與果酒中的有機酸離子進行交換中和酸根來降低果酒中酸含量,研究表明該方法在能夠有效降酸的同時,還由于其對果酒中有利的風味物質影響較小,對果酒不利的物質如糠醛有一定吸附作用,甚至能夠起到改善果酒風味的作用。此外,張軍翔等研究發現,果酒經過蘋果酸-乳酸發酵,在有效降低果酒的酸度的同時,還能夠提高果酒中活性成分的含量或種類,目前,WU Z等分別將酵母和植物乳桿菌應用于獼猴桃果酒降酸研究,且取得了較為理想的效果。隨著果酒降酸技術研究的不斷深入,依據果酒中酸的構成及特征選擇技術聯合降酸是果酒行業發展的趨勢,同時也是市場對于高品質果酒的必然選擇之一。

    5 澄清方法

    獼猴桃果酒成分復雜,其所含果膠、蛋白質、單寧、酒石酸等大分子物質容易引起果酒不澄清以及不穩定,在貨架期間容易出現沉淀和品質劣變的現象,導致產品品質不穩定。因此在裝瓶銷售之前有必要對其進行澄清處理。

    果酒澄清方法包括自然澄清、機械澄清和化學澄清三種方法。自然澄清耗時長、效果也較差。采用機械過濾澄清可以大大縮短澄清時間,且隨著微濾、超濾、反滲透等膜分離技術在果酒中的廣泛應用,機械澄清效果得到極大提升,但如何保持果酒風味品質以及如何延長膜的使用壽命、減少環境污染等問題是機械澄清技術需要解決的迫切問題。化學澄清是目前應用較多、效率較高且效果好的方法。獼猴桃果酒化學澄清常用的澄清劑有果膠酶、殼聚糖、雞蛋清、硅藻土、明膠等,孫洪浩等研究認為硅藻土、明膠和雞蛋清單一澄清效果最優,董瑞麗等確定獼猴桃果酒最佳澄清劑為殼聚糖,分析其主要原因在于澄清劑的澄清效果與獼猴桃原料、不穩定原因、使用條件(p H、溫度、使用量)等密切相關。為了減少發酵酒渾濁的因素不確定的影響,有效解決單一的澄清方法理想不理想等問題。徐洲等研究了復合澄清劑澄清效果,結果表明,采用復合澄清劑的效果好,而且對果酒的品質影響較小。

    6 獼猴桃果酒存在的問題

    目前應用于獼猴桃果酒的酵母菌株多為活性干酵母和葡萄酒酵母,因無專用釀造酵母這樣使得發酵酒產品主體香味不突出,產品品質呈現較大的差異;不僅限制了產業規模、效能的進一步提升,也限制了發酵果酒風味品質品控標準的升級,制約了產業的高質量發展。

    我國獼猴桃種植資源豐富,但是專用于釀酒的獼猴桃品種少有,因其不同的釀造原料和不同獼猴桃品種之間存在一定的差異性,使得加工出來的產品品質參差不齊,同時也使得獼猴桃的資源沒有得到很好的整合利用。

    相關標準和技術體系還不完善。目前獼猴桃釀造工藝主要是參考葡萄酒的工藝;然而不同的原料的成分、抗氧化活性、澄清處理等關鍵環節都不相同;缺少獼猴桃酒相關的國家標準,難以實現獼猴桃酒的標準化和現代化規模生產。

    相對于葡萄酒而言,獼猴桃酒在產量和銷售額以及市場份額都相差甚遠,同時發酵型獼猴桃果酒作為果酒行業的新興產品,整體市場定位還比較模糊,缺少代表性的企業和高端的品牌,市場帶動性較弱。

    7 結語

    隨著我國獼猴桃產業的發展,精深加工必將是獼猴桃產業發展的必由之路,果酒是目前獼猴桃最主要的加工方式市場潛力巨大。但獼猴桃果酒在走向可控化、標準化以及產品的高品質化過程中仍需從以下幾個方面開展研究:(1)篩選專用的釀造酵母、培育針對特殊原料的發酵菌種、不同復配菌的搭配以及工程菌(產香、產酯等)的培育;(2)加工專用原料的選育以及與其他水果復配發酵的研究;(3)除了針對主發酵階段進行工藝參數優化外,對其后期的后發酵(二次發酵)、澄清降酸,過濾等參數優化還得繼續深入研究,以備形成較完善的體系;(4)針對發酵型獼猴桃果酒要制定完備的評價標準體系,推動產業健康發展。


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