非酿酒酵母对红心猕猴桃果酒品质及香气特征的影响

朱启燕1,李娇阳1,邰环1,陶燃1,黄琪1,李岑1,2,吴拥军1,2*,闫岩3*

1(贵州大学 生命科学学院,山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室,贵州 贵阳,550025)

2(贵州大学 辣椒产业研究院,贵州 贵阳,550025)

3(贵州大学 酿酒与食品工程学院,贵州省发酵工程与生物制药重点实验室,贵州 贵阳,550025)

摘 要 红心猕猴桃因高甜度和丰富的抗氧化化合物成为果酒加工的优质原料。该研究系统筛选非酿酒酵母(non-Saccharomyces yeasts,NSY)以增强红心猕猴桃果酒香气。首先,通过杜氏管实验和感官评价,筛选出Pichia kudriavzevii PP-7-6、Pichia occidentalis LM-1-4、Candida quercitrusa M-8-36、C.quercitrusa M-8-49和C.quercitrusa PP-5-3;其次,比较其与酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae,ScAQ)发酵酒的理化指标;最后,采用偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)对挥发性化合物开展差异分析。与ScAQ相比,NSY发酵乙醇产量降低34%~51%,且与红心猕猴桃汁存在显著色差;发酵提升了红心猕猴桃酒维生素C含量,其中P.occidentalis LM-1-4发酵后总黄酮和总酚保留率最高;NSY发酵红心猕猴桃果酒呈现更浓郁的果香和花香,同时酒精味和草本香减弱;PLS-DA揭示不同酵母发酵红心猕猴桃果酒中42种挥发性化合物存在显著差异,这些物质可能是香气差异的关键贡献者。NSY能有效提升红心猕猴桃酒风味复杂性和功能特性,为果酒产业开发本土微生物资源提供新策略。

关键词 非酿酒酵母;红心猕猴桃果酒;理化指标;挥发性化合物

猕猴桃(Actinidia chinensis var.chinensis)是中国特色水果,全球栽培面积达247 793 hm2,年产量超过432万t[1]。猕猴桃品种根据果肉颜色分为绿肉、黄肉和红肉类型。红心猕猴桃以其高抗氧化性(富含维生素C、总酚及矿物质)和高甜度为特征,是开发高附加值产品的优质原料[2]。中国红心猕猴桃主产区集中于陕西、四川、贵州和湖南。近年发酵技术的发展推动了低酒精度果酒(4% vol~8% vol)的开发,其能有效保留功能成分[2],为猕猴桃深加工提供了新途径。

果酒以清爽口感和独特风味著称,其香气主要由酯类、高级醇、萜烯、酮类、醛类和吡嗪等关键化合物贡献[3]。这些化合物的生物合成受到果酒发酵中酵母参与糖苷水解的β-葡萄糖苷酶代谢酶的调控。而多数非酿酒酵母(non-Saccharomyces yeasts,NSY)菌种比酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae,ScAQ)具有更高的胞外β-葡萄糖苷酶活性[3]。高级醇是增强果酒香气复杂性的关键组分,但过量会产生刺激性气味和苦味。果酒发酵中酵母菌的选择对发酵中高级醇含量的调控至关重要,而NSY菌种产生的此类化合物通常低于ScAQ[3]。商业ScAQ因发酵性能稳定被广泛应用,但单一菌种发酵导致的香气同质化问题日益显著。因此,探索NSY在果酒发酵中的应用以提升香气复杂性具有重要科学和产业价值。

NSY用于单一菌种发酵的潜力已受广泛关注。Pichia kudriavzevii能耐受果酒发酵低pH、高糖和高SO2的环境,其独特的硫醇转化酶系统可促进风味活性前体(如3-巯基己醇乙酸酯)的生成[4],有利于柑橘酒[5]、枇杷酒[6]和葡萄酒[7]的风味提升。类似地,采用Issatchenkia terricolaMetschnikowia pulcherrima单菌发酵可显著提升葡萄酒中萜烯、β-紫罗兰酮、高级醇和乙酸酯等特征香气物质[7]Hanseniaspora属菌种(包括H.uvarumH.opuntiaeH.occidentalis)及Torulaspora delbrueckii因其硫醇转化酶系统,在柑橘酒发酵中表现出优于ScAQ的风味增强能力[5]。然而,针对红心猕猴桃酒发酵的NSY筛选及其对挥发性化合物的影响研究尚未见报道。

因此,本研究通过评估理化参数和挥发性化合物成分,筛选适用于红心猕猴桃酒发酵的NSY菌株。采用杜氏管产气实验结合感官评价初筛适宜菌株,系统比较NSY与ScAQ发酵酒的理化特性,并全面解析ScAQ与NSY菌株所产酒的挥发性化合物特征。该结果为红心猕猴桃酒风味调控提供理论基础,并为开发本土酵母资源以提升地域特色发酵饮料的多样性和品质建立技术框架。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红心猕猴桃(Actinidia chinensis Planch)2023年10月采自贵州修文县,坐果110 d后采收,可溶性固形物12~15 °Brix,硬度6~8 N,选取无病害及机械损伤果实。枇杷(Eriobotrya japonica)、蓝莓(Vaccinium corymbosum)、黑桑葚(Morus nigra)和绿/红葡萄(Vitis vinifera)购买后于26 ℃存放1周成熟后用于红心猕猴桃发酵菌株筛选;ScAQ,安琪酵母公司。

1.2 仪器与设备

T100thermalcycler PCR仪,美国Bio-Rad公司;DYCP-32C电泳仪,北京六一电泳仪厂;PHS-25型pH计,上海越平科学仪器有限公司;UltraScan VIS色差仪,美国HunterLab公司;L5物联智能系列可见分光光度计,上海佑科仪器仪表有限公司;8890B GC系统、5977B MS/MSD,美国安捷伦技术公司。

1.3 实验方法

1.3.1 红心猕猴桃发酵菌株筛选

利用无菌双蒸水冲洗成熟果皮,5 000 r/min离心10 min收集果皮表面菌株。菌液稀释后涂布YPD培养基(10 g/L酵母提取物、20 g/L蛋白胨、20 g/L葡萄糖、15 g/L琼脂),挑取单菌落转接2,3,5-三苯基氯化四氮唑(2,3,5-triphenyltetrazolium chloride,TTC)平板,28 ℃培养48 h。选取典型酵母形态且显色显著的菌株进行杜氏小管实验[8]。为模拟红心猕猴桃发酵,杜氏小管实验中用22 °Brix猕猴桃汁替代YPD液体培养基中的葡萄糖。将初筛菌株接种于YPD液体培养基(28 ℃,180 r/min,24 h),按2%接种量转接至杜氏管(28 ℃,50 r/min)于24、48、72 h观察杜氏小管中的气泡。选取发酵速率快、产气能力强的前10株菌进行形态分析,并采用ITS-F(5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3′)和ITS-R(5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)引物进行菌株18S rDNA鉴定[9]。PCR产物由上海生工生物工程有限公司测序,结果经NCBI-BLAST在线工具分析,选取相似度最高的序列作为目标NSY分类依据。

1.3.2 酵母生长曲线测定

通过600 nm波长吸光度(OD600)测定ScAQ与NSY的生长曲线。菌株接种于YPD液体培养基,28 ℃、200 r/min振荡培养。每隔2 h测定并记录OD600值,监测26 h。

1.3.3 实验规模红心猕猴桃果酒发酵工艺

将红心猕猴桃洗净去皮,机械破碎,4层纱布过滤后添加56 mg/L K2S2O5溶液,加入20 mg/L果胶酶35 ℃酶解3 h后加葡萄糖调糖度至20 °Brix;果酱65 ℃巴氏灭菌1 h后接种酵母(体积分数2%)发酵7 d,离心取上清液进行后发酵10 d,添加56 mg/L K2S2O5溶液终止发酵,进行理化指标测试[10]。发酵于22 ℃(±0.5 ℃)恒温培养箱进行,发酵过程不调节pH,全程使用水封维持厌氧条件。

1.3.4 感官评价

感官评价小组由15人组成(年龄19~37岁,平均25岁)。所有成员均接受过感官分析培训(含54种香气标准品识别、气相色谱-嗅闻技术、气味阈值测定及感官定量描述分析法)。采用7项香气属性(果香、酒精味、甜香、酸味、草本香、花香、木香)表征红心猕猴桃酒香气特征[11]。评价前配制代表各属性的关键香气化合物标准溶液用于校准评价员[12]。通过PanelCheck软件基于Tucker-1图、F图和MSE图评估评价员一致性、区分度和重复性[13]。评价时,成员按六分量表(0~5)评定各描述符强度。酒样于20 ℃盛放于标注随机编码的玻璃容器中进行感官评定,结果取各香气属性平均分并绘制香气轮廓图谱。

1.3.5 理化参数分析

1.3.5.1 酸度

采用pH计记录pH值;总酸通过电位滴定法测定[14],取5 mL酒样用蒸馏水稀释6倍,以0.05 mol/L NaOH标准溶液滴定至pH 8.2。

1.3.5.2 糖度、还原糖与酒精度

糖度与酒精度测定参照文献方法[15];还原糖采用斐林试剂热滴定法测定[16]:斐林溶液Ⅰ、Ⅱ各取5 mL与50 mL水混合,加2滴亚甲基蓝指示剂,煮沸后滴定至蓝色近消失,记录样品溶液消耗体积,重复3次。

1.3.5.3 色度参数

参考文献[17]改进色差分析方法,10 mL样品置于石英比色皿,使用台式色差仪测定L*(明度)、a*(红绿值)、b*(黄蓝值)和ΔE(总色差)。

1.3.5.4 总多酚

参照HUANG等[15]改进的福林酚法测定,50 μL酒样与50 μL的75 g/L Na2CO3溶液、50 μL福林酚试剂、100 μL蒸馏水混合,反应30 min后测定765 nm吸光度,结果以没食子酸当量表示。

1.3.5.5 抗坏血酸

采用2,6-二氯靛酚法测定[18],5 mL酒样与15 mL草酸、3滴H2O2混合,滴定至淡粉色且稳定30 s。全程避光操作以防抗坏血酸降解。

1.3.6 挥发性化合物测定

1.3.6.1 顶空固相微萃取条件

取5 mL酒样与1.5 g NaCl加入20 mL玻璃瓶,添加内标物甲苯-d8(2.02 mg/L)和乙酸乙酯-d3(19.70 mg/L)各25 μL。样品瓶置于自动进样器,50 ℃平衡15 min后,顶空固相微萃取纤维头(2 cm,50/30 μm DVB/CAR/PDMS)暴露于顶空35 min。萃取物于GC进样口250 ℃解吸5 min(不分流模式)。

1.3.6.2 GC-MS分析

采用GC-MS解析挥发性化合物。DB-Wax色谱柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm)分离,高纯氦气(99.999%)为载气(流速1.5 mL/min)。温度程序从40 ℃开始,保持1 min,然后以4 ℃/min的速率升温至150 ℃。随后,温度以8 ℃/min的速率升至230 ℃,并保持15 min。

质谱数据(m/z 29~500)在70 eV电子电离模式下获取,离子源和四极杆温度分别为230 ℃和150 ℃。化合物基于质谱图与保留指数鉴定:质谱图与美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)谱库高度匹配则初步确认;保留指数值通过正构烷烃(C7~C40)标准品在DB-FFAP柱上测定,计算值与NIST Chemistry WebBook(https://webbook.nist.gov/chemistry/)报道值偏差≤5%时视为确证[16]

1.3.6.3 挥发性化合物半定量

鉴定化合物进行半定量分析:甲苯-d8作为芳香族/杂环化合物内标,乙酸乙酯-d3用于其他化合物。样品中挥发性化合物相对浓度参照文献方法计算[19]

1.4 数据处理

所有分析测定均有3次重复实验。数据以3个生物学重复的“平均值±标准差”表示。采用SPSS 25.0进行单因素方差分析与Duncan多重比较检验确定显著性(P<0.05);SIMCA 13.0进行偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)和变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)分析;热图通过ChiPlot(https://www.chiplot.online/)绘制。

2 结果与分析

2.1 红心猕猴桃发酵菌株初筛

TTC平板法通过显色反应筛选酵母菌株[20]。从成熟果皮初步分离约200株酵母菌株,以红心猕猴桃汁作为唯一碳源进行杜氏管产气实验评估发酵效率,记录菌株发酵24、48、72 h杜氏小管中的产气量,部分菌株发酵过程中产气情况如表1所示。以杜氏小管产气量(图1)作为筛选快速发酵菌株的主要标准[21],去除产气不佳的菌株,最终筛选出10株发酵能力优异的菌株PP5-3、PP-7-6、PP-2-16、PP-2-25、M-8-36、M-8-49、M-8-66、LM-1-4、PJ-I-5和PJ-I-6,其在72 h内CO2产量与ScAQ相当。用这10株酵母分别发酵红心猕猴桃酒,基于酒样整体香气愉悦度复筛出5株(PP-5-3、PP-7-6、M-8-36、M-8-49和LM-1-4)进行后续分析。

图1 部分酵母菌在杜氏小管中产生气体

Fig.1 Gas production in the Durham tubes via yeast strains

注:YPD液体培养基中的葡萄糖用22 °Brix红心猕猴桃汁代替,菌株以50 r/min孵育48 h。M-1-3:未产气,M-6-25:产气量为杜氏小管的1/4,TZ-1-1:产气量为杜氏小管的1/2,PP-7-6:产气装满杜氏小管。 红色箭头代表气泡位置。

表1 部分分离菌株杜氏小管的产气情况

Table 1 Gas-production in Durham tubes of some isolated strains

编号菌株24 h48 h72 h编号菌株24 h48 h72 h1ScAQ+++++++2PP-5-3++++++3PP-7-6+++++++4PP-2-16+++++5PP-2-25++++++6PP-6-12nd+++7PP-2-5nd+++8PP-3-1nd+++9PP-3-2nd+++10PP-4-8nd++11PP-6-4nd++12PP-7-12nd++13PP-6-8nd++14PP-2-34nd++15PP-4-7ndnd+16PP-6-10ndnd+17PP-7-9ndnd+18M-8-36++++++19M-8-49++++++20M-8-66nd+++++21M-8-37nd++++22M-6-68nd++++23M-6-16nd+++24M-6-17nd+++25M-6-11nd+++26M-8-68nd+++27M-6-67ndnd++28M-8-58+++

续表1

编号菌株24 h48 h72 h编号菌株24 h48 h72 h29M-1-3ndnd+30M-6-69nd++31M-8-42nd++32M-8-44nd++33M-8-52nd++34M-8-70nd++35M-1-3ndndnd36M-6-4ndnd+37M-6-14ndnd+38M-6-25nd++39M-8-53ndnd+40M-8-55ndnd+41M-8-73ndnd+42M-8-80ndnd+43LM-1-4++++++44LM-1-5++++45PTX-3-16nd++++46PTX-3-17nd++++47PTX-4-2nd++++48TZ-1-9+++++49TZ-1-11++++50TZ-2-1++++51TZ-1-1nd++++52TZ-1-10nd+++53PJ-I-5++++++54PJ-I-6++++++55PJ-I-1nd++++56PJ-4-28+++57PJ-I-3nd+++58PJ-I-4nd++59TZ-1-6nd++60PJ-4-29nd++61SS-2-1ndnd+62SS-3-1ndnd+

注:“nd”代表不产气;“+”,“++”和“+++”分别代表产气量分别为杜氏小管的1/4,2/4和4/4。

2.2 红心猕猴桃果酒感官评价

基于文献和感官品评小组选定7种香气属性,即果香、醇香、甜香、酸味、草本香、花香、木香剖析红心猕猴桃酒的整体香气轮廓[11]。图2显示不同菌株发酵酒的感官评价结果,所有属性均存在显著差异(P<0.05),香气差异源于酵母菌株的代谢特性差异。NSY发酵酒果香和花香评分显著高于ScAQ(P<0.05),其优势可能与酯类合成能力强相关。而ScAQ的高乙醇产量促进了酒体中高级醇的积累,增强了醇香和草本香,ScAQ样品中醇香强度是NSY的1.2~1.8倍。然而,过强的草本香可能掩盖其他风味,影响整体平衡,因此NSY发酵酒中草本香减弱有助于整体风味平衡,发酵猕猴桃果酒在风味协调性上更具优势。

图2 红心猕猴桃果酒香气特征

Fig.2 Aroma profiles of red-fleshed kiwifruit wines

2.3 筛选菌株的鉴定

所选5株菌株在YPD平板上菌落呈乳白色、湿润光滑(图3-a)。镜检显示椭圆形细胞形态(图3-b),符合典型酵母特征。

a-YPD固体培养基于28 ℃下培养48 h后的单菌落形态;b-显微镜下的菌落形态

图3 酵母菌株的形态学特征

Fig.3 The morphological characteristics of yeast strains

基于ITS rDNA序列邻接法构建的系统发育树(图4)鉴定出3种NSY,PP-7-6与Pichia kudravzevii同源性最高(100%),并与P.kudravzevii SA-NS2(OR672915)聚为一支;LM-1-4与Pichia occidentalis序列完全一致;M-8-36、M-8-49和PP-5-3与Candida quercitrusa相似度最高(98%),故归类为C.quercitrusa

图4 基于ITS rDNA序列数据的邻接法分析构建的系统发育树

Fig.4 Phylogenetic tree base on neighbor-joining analysis of ITS rDNA sequence data

注:★代表实验所筛选的目的酵母菌株。

2.4 酵母生长曲线

6株酵母在YPD液体培养基中的生长动力学监测显示不同生长模式(图5)。菌株在2~4 h进入指数生长期,C.quercitrusa PP-5-3、P.kudriavzevii PP-7-6、P.occidentalis LM-1-4和C.quercitrusa M-8-49在对数中期(4~14 h)生长加速,比生长速率较ScAQ高1.35倍。28 h后,实验菌株OD600值均显著高于ScAQ。其中C.quercitrusa M-8-36在0~14 h早期生长较快,稳定期增殖加速,最终生物量积累最高。

图5 酿酒酵母和非酿酒酵母的生长曲线

Fig.5 The growth curves of S. cerevisiae and non-Saccharomyces strains

NSY菌株在0~14 h表现出更强的生长活力,表明其在猕猴桃果酒发酵过程中具有改善发酵动态的潜力,通常在猕猴桃果酒发酵前期NSY能保持较好的生长活力[9]

2.5 理化特性

红心猕猴桃果汁与果酒的乙醇浓度、残糖、总酸、pH和可溶性固形物如图6所示。本研究中使用ScAQ发酵得到的果酒酒精度为12.4% vol,与文献报道的ScAQ在其他果酒发酵中的表现一致[22],且显著高于NSY发酵样品(P<0.01)(图6-a)。NSY通常有氧呼吸更活跃,会将更多碳源用于细胞生长和副产物(如甘油、有机酸)合成,而非完全转化为乙醇,发酵产生较低的酒精度,这一现象与已有研究相符,契合市场对低醇果酒的需求趋势[23]。较低酒精度的环境可能有利于NSY菌株维持较高的β-葡糖苷酶和酯酶活性,从而在猕猴桃果酒发酵过程中促进芳香物质和酯类化合物的合成[24]。ScAQ样品残糖量最低(1.8 g/L),相比红心猕猴桃果汁降低10.5 g/L,NSY样品残糖为4.4~10.3 g/L,显著高于ScAQ样品(图6-b)。这一结果说明ScAQ具有更高的糖醇转化效率,消耗了更多的还原糖。较高的残糖量可能影响果酒的微生物稳定性,后续研究可考虑采用ScAQ与NSY的混合发酵策略,以期在合理控制残糖的同时将酒精度调整至适宜范围,并兼具良好的风味特性[24]。有机酸含量是酒精饮料清爽特性的重要因素,红心猕猴桃酒总酸显著高于果汁,范围为8.5 g/L(M-8-49)~13.0 g/L(LM-1-4),ScAQ产酸量低于LM1-4但高于其他NSY菌株(图6-c)。果汁初始pH 4.7,发酵后显著降低(图6-d),与果酒发酵文献报道一致[25]。ScAQ与NSY发酵果汁pH无显著变化,最终pH值为3.8~4.0。果汁可溶性固形物发酵后显著降低,NSY发酵果酒固形物保留量为7.4 °Brix~18.1 °Brix,大部分NSY样品高于ScAQ发酵样品(图6-e)。

a-酒精度;b-还原糖;c-总酸;d-pH值;e-可溶性固形物

图6 不同酵母菌株发酵红心猕猴桃果酒各物质的含量变化

Fig.6 Changes in the content of various substances in red-fleshed kiwifruit wine fermented by different yeast strains

注:FK-红心猕猴桃,不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)(下同)。

a-L*值;b-a*值;c-b*值;d-ΔE

图7 不同酵母菌株发酵红心猕猴桃果酒的颜色特征

Fig.7 Color characteristics of red-fleshed kiwifruit wine fermented with different yeast strains

2.6 色度分析

颜色是酒精饮料的关键属性,显著影响消费者接受度。不同猕猴桃酒色度存在显著差异(图7)。发酵后L*值升高表明颜色强度降低,除M-8-36外,其余4株NSY的L*值均低于ScAQ样品。a*值反映红绿相对强度,NSY样品a*值低于果汁,绿色加深,但ScAQ样品a*值高于果汁,表明绿色较浅。b*值代表黄蓝光谱,除LM-1-4外,红心猕猴桃酒b*值显著高于果汁,但酒样实际不呈蓝色,可能与发酵过程液色变深有关。ScAQ样品b*值显著高于NSY样品(约1.2~3.0倍)。总色差(ΔE)量化L*a*b*参数的综合变化,用于评估果汁与酒的色差。如图7-d所示,ΔE值证实果汁与酒存在显著色差。LM-1-4样品ΔE值最高,ScAQ样品最低。值得注意的是,ScAQ样品颜色与果汁高度相似,所有NSY发酵样品与果汁及ScAQ均存在显著色差(P<0.05),表明ScAQ较NSY更能减少发酵中果汁褐变和氧化[26]

2.7 维生素C、总黄酮与总酚

维生素C、总黄酮和总酚与果酒抗氧化活性强相关。如图8所示,除M-8-36外,所有发酵样品维生素C含量均高于果汁,PP-5-3质量浓度最高(1.02 g/L)。发酵后维生素C含量变化趋势与先前研究一致[27],酿造过程微生物可能通过减少氧化损耗或促进前体转化提高果酒维生素C含量,发酵可提升红心猕猴桃汁维生素C含量。与果汁相比,红心猕猴桃酒总黄酮和总酚分别降低13.8%~47.5%和38.2%~51.4%。LM-1-4发酵酒总黄酮[(1.82±0.11) g/L]和总酚[(1.02±0.09) g/L]含量较高,表明其在发酵过程中保留功能成分的能力较强。与绿心低醇猕猴桃酒相比,该研究发酵获得的红心猕猴桃酒总酚含量较低,但总黄酮含量可高出4~10倍[28],高含量的黄酮可能与红心猕猴桃特有的花色苷类物质含量较高有关,这为红心猕猴桃酒具备优良风味品质提供了科学依据。

a-维生素C;b-总类黄酮;c-总酚类物质

图8 不同酵母菌株发酵红心猕猴桃果酒抗氧化物质的含量变化

Fig.8 Changes in the content of antioxidant substances in red-fleshed kiwifruit wine fermented by different yeast strains

2.8 挥发性物质分析

挥发性化合物影响果酒的香气,图9-a比较了5株NSY与ScAQ样品的挥发性物质。基于挥发性物质半定量结果进行PLS-DA分析(图9-b),不同菌株发酵样品明显聚类,表明挥发性物质可有效区分不同样品。虽然NSY样品整体香气强度优于ScAQ样品(图2),但并非所有NSY样品挥发性化合物的含量都高于ScAQ样品,香气组成仅仅是挥发性组分的一小部分,有研究表明,在绝大多数食品中对香气有贡献的化合物占比不到挥发性组分的10%[29]。因此,不同酵母发酵制备的猕猴桃果酒香气特征存在显著差异,很可能是差异性挥发性化合物使香气轮廓不同。

a-不同类别挥发性化合物的浓度;b-挥发性化合物的PLS-DA得分图;c-通过PLS-DA识别的VIP值>1的挥发性化合物;d-VIP值>1的化合物的热图及层次聚类

图9 红心猕猴桃果酒中挥发性化合物的分析

Fig.9 Analysis of volatile compounds in red-fleshed kiwifruit wine

通常VIP>1被视为不同类别样品的关键差异化合物,本研究中VIP>1的化合物包括18种酯、11种醇、5种醛、3种萜烯、2种酮、1种酸和2种其他化合物(图9-c)。不同样品中的18种差异化合物,如正己酸乙酯、乳酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯等在酒精饮料中呈现果香;醛类,如2-甲基丁醛和苯乙醛,分别具有青草香和花香;3种萜烯是α-松油醇、月桂烯和(+)-柠檬烯分别具有柑橘、辛辣和橙子的香气,这些化合物可能是引起不同样品香气轮廓差异的重要化合物。

对化合物进行无监督聚类分析,热图有效区分不同样品(图9-d),直观呈现香气多样性和区别。ScAQ发酵酒乙醇含量最高,醇香贡献率极高,这解释了其香气轮廓中醇香强度最高(图2)。值得注意的是,PP-7-6发酵酒中甲基庚烯酮浓度最高,该化合物具有果香且空气中嗅阈仅18.89 μg/m3[30],可能是整体果香的关键贡献者。果酒中酮类浓度与微生物脱羧酶活性相关,PP-7-6发酵酒中除甲基庚烯酮外,2-庚酮浓度也最高(图9-d),其总挥发性酮含量较高(图9-a),表明该NSY脱羧能力较强[20]。酸味是酒类香气的重要感官属性[31],VIP>1化合物中的酸类只有乙酸,ScAQ、PP-7-6和M-8-36发酵酒中乙酸浓度较高,但香气轮廓中仅PP-7-6和M-8-36两组发酵酒酸味强度显著,ScAQ样品酸香强度较弱,可能因其挥发性物质间的互作抑制了乙酸香气[32]

3 结论

本研究筛选出5株适用于红心猕猴桃酒发酵的NSY,系统评价了其发酵特性及对酒体品质与香气的影响。结果表明,NSY发酵显著增强了果酒的果香与花香特征,降低了酒精与草本气味,同时保留了更高的功能成分(如维生素C、总酚与黄酮)。通过PLS-DA揭示的42种差异挥发性化合物(酯类18种、醇类11种、醛类5种、萜烯3种、酮类2种、酸类1种及其他化合物2种),为NSY发酵猕猴桃果酒香气调控提供了理论基础。本研究为开发低酒精、高风味的红心猕猴桃酒提供了新策略,并展示了本土微生物资源在果酒产业中的应用潜力。后续研究将聚焦于NSY与酿酒酵母的混合发酵工艺优化。

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Influence of non-Saccharomyces yeasts on quality and aroma profiles of red-fleshed kiwifruit wine

ZHU Qiyan1, LI Jiaoyang1, TAI Huan1, TAO Ran1, HUANG Qi1, LI Cen1,2, WU Yongjun1,2*, YAN Yan3*

1(College of Life Sciences, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

2(Institute of Pepper Industry and Technology, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

3(School of Liquor and Food Engineering, Guizhou University, Guizhou Province Key Laboratory of Fermentation Engineering and Biopharmacy, Guiyang 550025, China)

ABSTRACT Red-fleshed kiwifruit serves as an excellent raw material for fruit wine processing due to its high sweetness and rich antioxidant compounds.This study systematically screened non-Saccharomyces yeasts (NSY) to enhance the aroma of red-fleshed kiwifruit wine.Durham tube assays combined with sensory evaluation selected five NSY strains,including Pichia kudriavzevii PP-7-6, Pichia occidentalis LM-1-4, Candida quercitrusa M-8-36, C.quercitrusa M-8-49, and C.quercitrusa PP-5-3.Physicochemical indices of wines fermented by these NSY strains and Saccharomyces cerevisiae (ScAQ) were then compared.Volatile compounds were finally analyzed using partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA).Compared with ScAQ-fermented wine, NSY-fermented wines exhibited 34%-51% lower ethanol production and showed significant color differentiation from red-fleshed kiwifruit juice.Fermentation enhanced vitamin C content in all wines, with P.occidentalis LM-1-4 retaining the highest levels of total flavonoids and total phenolics post-fermentation.Sensory evaluation demonstrated that NSY-fermented wines displayed more intense fruity and floral aromas while exhibiting reduced alcoholic and herb notes.PLS-DA further revealed significant differences in 42 volatile compounds among wines, which are likely key contributors to aroma divergence.NSY effectively enhances flavor complexity and functional properties of red-fleshed kiwifruit wine, providing a novel strategy for developing indigenous microbial resources in the fruit wine industry.

Key words non-Saccharomyces yeasts;red-fleshed kiwifruit wine;physicochemical properties;volatile compounds

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044196

引用格式:朱启燕,李娇阳,邰环,等.非酿酒酵母对红心猕猴桃果酒品质及香气特征的影响[J].食品与发酵工业,2026,52(13):133-142.ZHU Qiyan, LI Jiaoyang, TAI Huan, et al.Influence of non-Saccharomyces yeasts on quality and aroma profiles of red-fleshed kiwifruit wine[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(13):133-142.

第一作者:硕士研究生(吴拥军教授和闫岩副教授为共同通信作者,E-mail:wyjbio@163.com;yyan3@gzu.edu.cn)

基金项目:贵州省科技计划项目(黔科合支撑[2021]一般137)

收稿日期:2025-08-14,改回日期:2025-11-25