荔枝酒加工过程中香气成分变化规律及特征香气研究

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荔枝酒香气成分是评价荔枝酒好坏的一个重要指标,但在发酵过程中存在大量香气物质的损失,尤其是具有品种香特性的萜类物质,包括特征香气物质顺式-玫瑰醚。改良酿酒工艺是目前保护特征香气物质的主要手段,而对于香气的损失原因并未做相关深入探讨,尽管有提到香气的损失是由CO2散逸引起的,但未有直接证据证实。另外,在此过程中由何种作用力引起的仍需进一步研究。基于此,本研究以槐枝荔枝品种为研究对象,研究了荔枝汁香气轮廓及特征香气物质顺式-玫瑰醚在发酵、加工、陈酿过程中的变化规律及损失;同时通过气相离子迁移谱(GC-IMS)可视化分析了特征香气物质的挥发特性;比较了不同橡木桶和瓶贮陈酿对特征香气物质的保留差异;结合分子动力学模拟和发酵实验模拟从物理和生化两个分子层面来研究特征香气物质的损失机理。具体研究结果如下:统计分析已有荔枝及相关产品文献中“典型”、“主要”、“特征”等香气化合物,选出研究荔枝汁和荔枝酒的10种典型化合物(特征香气物质顺式-玫瑰醚、前体物质香茅醇和香叶醇、苯乙醇、芳樟醇、柠檬烯、1-辛烯-3醇、辛酸、辛酸乙酯、乙酸异戊酯)。同时优化出具有荔枝汁和荔枝酒萜类香气成分适用性的50/30 DVB/CAR/PDMS萃取头。研究了荔枝汁发酵过程中香气成分变化规律,发现萜类香气成分和顺式-玫瑰醚的损失主要发生在主发酵阶段(4-6天),辛酸和辛酸乙酯在该阶段大量形成。利用GC-IMS研究了发酵过程中特征香气成分顺式-玫瑰醚及其前体香茅醇的挥发特性,结果表明顺式-玫瑰醚的挥发性高于香茅醇,这与它们的环状和链状结构有关,且荔枝中顺式-玫瑰醚以单体和二聚体混合物而香茅醇以单体形式存在。以上结果表明对荔枝酒香气成分的调控宜在主发酵结束前后进行。结合分子动力学模拟和发酵实验模拟从分子层面解析特征香气成分顺式-玫瑰醚的损失机理。分子动力学模拟表明CO2对顺式-玫瑰醚有相互静电引力和范德华引力作用,其中范德华引力更大,从而降低了顺式-玫瑰醚的扩散系数;又由于CO2分子间作用力大于CO2对顺式-玫瑰醚的束缚力,加之乙醇引发的Marangoni对流更利于CO2携带顺式-玫瑰醚的挥发损失;发酵模拟实验表明CO2的生成速率和顺式-玫瑰醚的损失速率均符合Slogistic1模型,可用于顺式-玫瑰醚的损失判断;发酵模拟实验结合分子动力学模拟说明了顺式-玫瑰醚的大量损失受自由扩散、CO2相互作用力、物理转化和生物转化共同影响,其中物理转化产物主要是柠檬烯、L-薄荷醇、苯乙酮和枯烯,生物转化产物主要是柠檬烯、罗勒烯和α-松油醇。提出通过控制发酵条件(如缓慢发酵酵母菌种、低温发酵等)来减缓CO2的挥发强度,或通过筛选不含或低表达或敲除ATF1和ATF2基因片段的酵母菌种进行发酵等方法,可以调控荔枝酒的香气。对荔枝酒加工全程中不同形态香气成分的变化规律进行了研究,分别检出192种游离态和65种键合态香气成分。结果表明游离态的萜类和顺式-玫瑰醚的损失主要发生在主发酵前期(2-3天)。发酵结束后,荔枝酒中典型香气成分的键合态是游离态的4-1740倍,键合态醛酮类香气物质达最大6025.85μg/L为游离态醛酮类物质的2000倍。与已有研究相比,苯甲醇、香叶醇、香茅醇、月桂烯、苯乙醇和芳樟醇为共同键合态香气物质,异辛醇、乙酸香叶酯、癸酸乙酯、正庚醇、顺式-香苇醇、壬醛、橙花醚、D-香芹酮、顺式-玫瑰醚、香叶基丙酮、熏衣草醇、桃金娘醇、反式-玫瑰醚、异香叶醇、2,4-二叔丁基苯酚、α-松油醇和苯乙酮首次以键合态在荔枝中检出。荔枝汁键合态香气成分以香叶醇和苯甲醇为主,发酵时键合态和游离态香气成分分别以香叶醇和香茅醇为主;通过PCA和热图分析,键合态香气成分更适合为后续荔枝酒香气物质调控研究提供前体;另外,在发酵过程中氨基酸代谢过程中消耗最快的为丙氨酸,其次为谷氨酸,之后为天冬氨酸、丝氨酸和异亮氨酸,其中丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸可能参与了特征香气成分顺式-玫瑰醚的生物代谢。提出在主发酵结束后添加β-葡萄糖苷酶或AR2000酶和后发酵结束后调整合适pH环境缓释键合态香气成分转化为游离态香气成分的方法,以达到改善荔枝酒香气的目的。研究了不同陈酿形式对荔枝酒各香气成分的影响,不同橡木桶陈酿过程中均存在萜类和酯类香气成分的大量损失(乙酸乙酯大量增加),损失主要包括芳樟醇、顺式-玫瑰醚、香茅醇、香叶醇、乙酸异戊酯、辛酸乙酯和甲酸香叶酯、癸酸、β-愈创木烯、反式-橙花叔醇、α-杜松醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯等;同时伴随有醇类和酸类香气成分的形成,其中辛酸、苯乙醇和异戊醇增加明显。此外,具有水果香的异戊醛在美国橡木桶中表现出更高的香气活性(134.82>88.72)。瓶贮陈酿也存在典型香气成分的损失,包括苯乙醇、芳樟醇和香叶醇的逐渐损失;其中1年瓶贮中的特征香气成分顺式-玫瑰醚均高于法国/美国橡木桶陈酿8个月;乙酸在瓶贮陈酿中有富集趋势。以上结果表明美国橡木桶适合萜类香气物质的保留,法国橡木桶适合酯类香气物质的保护,提出荔枝酒选择美国橡木桶陈酿或常温瓶贮陈酿不超过1年或低温保藏的方法可改善荔枝酒香气。
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