桑葚(Fructus mori)富含多种营养成分,如多酚、黄酮、花青素等生物活性成分[1],具备抗氧化、抗炎[2]以及降血糖等多种生理作用[3]。在食品加工领域,将桑葚制成发酵饮品是充分发挥其价值的重要途径,桑葚果醋是其中的典型代表。

苹果是全球范围内栽培最为广泛的水果之一,富含苹果酸、膳食纤维及多种维生素,其风味温和,酸爽清甜,是酿造果醋的理想基质。

果醋作为一种集营养、保健与风味于一体的发酵饮品,市场潜力巨大。其品质核心在于醋酸发酵阶段,醋酸菌将乙醇转化为乙酸[4],并伴随一系列复杂反应,生成酯类、醇类、酸类等多种挥发性风味物质,共同组成了果醋独特的感官特征。目前,对于单一原料果醋的工艺较为常见,但针对复合果醋,尤其是桑葚-苹果这类特色组合的发酵机理研究尚不深入,多数研究停留在单因素试验优化工艺参数阶段,未能系统揭示多因素间的交互作用及其对最终产品风味的定向影响规律。

本研究采用响应面法对桑葚-苹果复合果醋的初始酒精度、发酵温度及接种量进行优化,以获取最佳发酵工艺。并以最佳工艺为基础,系统制备了桑葚-苹果复合果汁、复合果酒、复合果醋,以及作为对照的单一发酵桑葚果醋和单一发酵苹果醋。通过HPLC、GC-MS与电子鼻技术[5],定量分析上述样品中有机酸与挥发性风味物质的差异,并利用主成分分析(principal component analysis,PCA)进行深度数据挖掘。本研究不仅旨在确定桑葚-苹果复合果醋的最佳发酵条件,更力求阐明醋酸发酵阶段风味物质的转化路径,揭示复合发酵相较于单一发酵的独特风味构成机理[6],从而为高品质复合果醋的开发提供坚实的理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

桑葚、富士苹果、白砂糖,延吉百货大楼;果胶酶、酵母菌Fermivin(均为食品级),Bio-Ingredients Specialist公司;沪酿101醋酸菌,上海市酿造科学研究所;酵母膏(食品级),安琪酵母股份有限公司。

1.1.2 试剂

K2S2O5、Na2CO3、无水乙醇、NaOH、CuSO4、K2SO4、H2SO4、HCl、HCl标准溶液、硼酸溶液、乙醚、磷酸,分析纯,天津科密欧试剂公司;草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、丁二酸(色谱级,纯度>99%),上海麦克林生化科技股份有限公司;芦丁标准品、没食子酸标准品,上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Varioskan LUX多功能酶标仪,美国Thermoscientific公司;PHS-3E数字酸度计,上海雷磁仪器厂;YP20002电子天平,上海越平科学仪器有限公司;FA2104N分析天平,上海佑科仪器仪表有限公司;WYA-2S手持糖度仪,上海三信仪表厂;SGW-400酒精计,上海精科实业有限公司;HWS-26恒温水浴锅、BPH-9052电热恒温培养箱,上海博迅医疗生物仪器股份有限公司;SFY-20红外水分测定仪,上海吉华实业有限公司;HPLC、GC-MS,美国Waters公司;PEN3电子鼻,德国AIRSENSE公司。

1.3 实验方法

1.3.1 桑葚-苹果复合果醋的工艺流程

原料处理:桑葚果实去除发软腐败部分,洗净去梗,晾干控水;苹果洗净去皮后切成小块,将果核完全去除。将桑葚与苹果按质量比1∶1的比例匀浆破碎,经过滤后调整糖度,添加50 mg/L焦亚硫酸钾杀菌6～12 h[7],杀菌后添加果胶酶(0.17%,体积分数,45 ℃酶解2.5 h)提高出汁率。酶解后的复合果浆用3层纱布挤压过滤放于灭菌后的发酵罐(1 L)备用,根据1.7 g/L的糖能产生1%体积分数酒精加入适量白砂糖[8]。调节至发酵所需的糖度。

酒精发酵:将酵母菌Fermivin预先活化后按5%的接种量添加至发酵罐中,盖紧发酵罐盖子并添加水封单向排气阀,置于阴暗处于22～24 ℃酒精发酵。发酵6 d后取出调节乙醇含量[8]。

醋酸菌活化:葡萄糖10 g/L、酵母膏10 g/L溶解后分装于锥形瓶,115 ℃下高温蒸汽灭菌20 min。冷却至室温后添加30 mL/L无水乙醇混匀[9]。无菌环境下用无菌接种环在斜面保藏种中挑取1～2环接入活化培养基中。随后将其置于恒温振荡培养箱中培养(30 ℃,150～180 r/min,24～48 h)[10]。当培养液呈现均匀浑浊状并散发出浓郁的醋酸香气时,表明菌体已成功活化并处于对数生长期,即可用于后续醋酸发酵。

醋酸发酵:将活化后的醋酸菌根据需求接种量添加至发酵液中,在100 r/min条件下摇瓶发酵[11],控制发酵温度发酵7 d完成醋酸发酵。

1.3.2 单因素试验

基于本研究发酵工艺,将醋酸发酵初始酒精度设置为:4%、5%、6%、7%、8%,固定其他发酵条件:醋酸菌接种量为8%,发酵温度33 ℃,pH值调节为5.0;将醋酸菌接种量设置为:4%、6%、8%、10%、12%,固定其他发酵条件:初始酒精度为6%,发酵温度33 ℃,pH值调节为5.0;将发酵温度设置为29、31、33、35、38 ℃,固定其他发酵条件:初始酒精度为6%,醋酸菌接种量为8%,pH值调节为5.0。以产酸量和感官评价作为试验指标进行分析。

1.3.3 响应面试验

本实验采用响应面法进行分析和预测桑葚-苹果复合果醋的最佳发酵工艺条件,以产酸量(Y)和感官评价(Z)作为响应值,以初始酒精度(A),醋酸菌接种量(B)和发酵温度(C)作为自变量[12],通过响应面设计软件Design-Expert 13.0实施响应面试验优化发酵工艺。采用三因素三水平Box-Behnken设计分析各因子对响应值的影响,实现工艺参数的多目标优化。通过回归模型考察各因子主效应及交互作用,并采用方差分析(analysis of variance,ANOVA)验证模型显著性,最终确定桑葚果酒酿造工艺的参数最优值。具体因子水平根据单因素试验结果设置,如表1所示。

1.3.4 总酸含量的测定

根据GB/T 5009.41—2003《食醋卫生标准的分析方法》,采用滴定法进行总酸含量的测定[13]。

1.3.5 总酚含量的测定

构建0.1～2.4 μg/mL没食子酸标准曲线。样品与标准品均经福林酚显色体系处理(2 mL试剂,100 g/L Na2CO3 10 mL),50 ℃水浴显色60 min后,765 nm测定吸光值(A),得线性方程Y=3.736 6X+0.021 5(R2>0.995)并按公式(1)计算总酚含量:

总酚含量

(1)

式中:V,样品提取液(或待测溶液)总体积,mL;N,稀释倍数;A,样品溶液在 765 nm 处的吸光度;m,样品质量,g。

1.3.6 总酚含量的测定

建立0～3.5 mg/L芦丁标准曲线,通过亚硝酸钠-硝酸铝络合反应(0.5 mL 5% NaNO2,0.5 mL 10% Al(NO3)3,5 mL 4% NaOH)显色,静置30 min后于509 nm处比色,获得方程Y=10.061X-0.002 1(R2>0.996)。

1.3.7 DPPH自由基清除率的测定

参考郎瑞[14]的方法并略作修改。精确配制0.1 mmol/L 的DPPH-乙醇溶液作为工作液。将待测样品用超纯水进行一系列梯度稀释。取不同浓度的5种待测样品液1.0 mL,分别与2.0 mL DPPH工作液涡旋混合,室温避光反应30 min后,于517 nm波长下测定其吸光度(A)。同时,以1.0 mL相应浓度的样品液与2.0 mL无水乙醇混合,测定样品本底吸光度(B);以1.0 mL超纯水与2.0 mL DPPH工作液混合,测定阳性对照吸光度(C)。按公式(2)计算各浓度下的DPPH自由基清除率。以样品浓度为横坐标,清除率为纵坐标[15],绘制剂量-效应曲线,通过线性回归分析计算清除率为50%时对应的样品浓度,即IC50值。IC50值越小,清除DPPH自由基的能力越强[16]。

DPPH自由基清除率

(2)

式中:A,样品溶液与DPPH工作液反应后的吸光度;B,样品本底吸光度;C,对照组(超纯水与DPPH工作液)吸光度。

1.3.8 ABTS阳离子自由基清除率的测定

参考王倩等[17]的方法并略作修改,将7 mmol/L ABTS溶液与2.45 mmol/L过硫酸钾溶液等体积混合,于室温暗处静置12～16 h,生成ABTS储备液。临用前用无水乙醇稀释至其在734 nm波长下的吸光度为0.70±0.02,即为ABTS工作液[17]。将5种待测样品进行梯度稀释,取0.1 mL不同浓度的样品与3.9 mL ABTS工作液混合,室温反应6 min后,立即于734 nm下测定其吸光度(A)。以0.1 mL超纯水与3.9 mL ABTS工作液混合作为对照,测定其吸光度(B)。按公式(3)计算各浓度下的ABTS阳离子自由基清除率[18]。同上,通过剂量-效应曲线计算IC50值。

ABTS阳离子自由基清除率

(3)

式中:A,样品溶液与ABTS工作液反应后的吸光度;B,对照组(超纯水与ABTS工作液)吸光度。

1.3.9 感官评价

邀请12名学生和教师进行感官评价(6男6女组成,具备感官评价经验,无感官缺陷,年龄范围为25～40岁),在标准感官评价条件下进行盲评,桑葚-苹果复合果醋的感官评分标准如表2所示。

1.3.10 电子鼻检测

采用PEN3型电子鼻对同一发酵条件下的单一发酵桑葚果醋、单一发酵苹果醋、桑葚-苹果复合果醋、桑葚-苹果复合果酒,未经发酵的桑葚-苹果复合果汁5种样品进行风味检测[19]。PEN3型电子鼻具有的10个传感器及性能特性见电子版增强出版附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044924,下同),量取5.0 mL样品于专用样品瓶中,密封后于40 ℃水浴30 min。以400 mL/min的流速抽取顶空气体进行检测,检测时间100 s。每个样品平行测定5次,每次检测后以600 mL/min的流速清洗传感器120 s,确保信号恢复至基线。

1.3.11 有机酸含量测定

采用HPLC对5种样品进行有机酸含量检测[20]。色谱条件为:Welch Ultimate AQ-C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流动相为V(0.1%磷酸水溶液,pH 2.6)∶V(甲醇)=97∶3,等度洗脱;流速0.5 mL/min;柱温40 ℃;检测波长210 nm;进样量20 μL。根据有机酸的浓度和峰面积绘制标准曲线,见附表2。

1.3.12 挥发性香气成分分析

1.3.12.1 GC-MS条件

采用DB-FFAP极性毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)进行物质分离,以高纯He(≥99.999%)作为载气,流速控制在1 mL/min。进样系统采用手动进样模式,进样量1 μL,启用非分裂流程序。色谱柱温梯度设定如下:初始40 ℃保持5 min,随后以10 ℃/min速率程序升温至240 ℃并保持2 min。质谱检测系统参数设置如下:传导线温度280 ℃,离子源温度230 ℃,电子轰击电离(electron impact ionization,EI)模式,电子能量70 eV,质量扫描范围20～350 amu[21]。

1.4 数据统计分析

利用Excel 2012进行数据处理,用SPSS 22.0软件进行统计分析。结果以3个生物重复(n=3)的“平均值±标准差”表示。在分析前对数据进行正态性检验(Shapiro-Wilk)与方差齐性检验(Levene)。符合正态分布且方差齐性的组间数据采用单因素方差分析(one-way analysis of variance,one-way ANOVA),事后比较采用Tukey HSD检验;不满足上述条件时采用Kruskal-Wallis H检验。显著性水平设定为P<0.05。响应面优化部分使用Design-Expert 13进行模型拟合与方差分析,报告模型显著性(P值)、F值、R2及失拟项P值。采用Origin 2021,GraphPad Prism 10.0软件进行制图及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验优化发酵条件

2.1.1 初始酒精度对桑葚-苹果复合果醋发酵的影响

根据单因素试验结果,不同初始酒精度对桑葚-苹果复合果醋的产酸量具有显著影响。如图1所示,当初始酒精度为4%和5%时,产酸量较低,分别为2.80、3.03 g/100 mL,表明底物乙醇不足限制了醋酸菌的代谢活性。当初始酒精度提升至6%时,产酸量达到最高值5.03 g/100 mL,说明该浓度下底物供给与菌体生长达到最佳平衡。同时,该组的感官评价总分亦为最高(25.4/28.0),如表3所示,其产品在色泽、浓郁的复合果香与醋香、以及酸甜适口的柔和风味方面均获得了最佳评分。然而,当初始酒精度进一步增加至7%和8%时,产酸量反而下降至4.43、3.97 g/100 mL,这可能是由于较高浓度的乙醇对醋酸菌产生了抑制作用。同时感官评价结果显示其风味协调性下降,口感出现轻微刺激感。因此,初步确定6%为最适发酵初始酒精度,并确定初始酒精度5%、6%、7%作为后续响应面试验中的3个水平。

2.1.2 醋酸菌接种量对桑葚-苹果复合果醋发酵的影响

醋酸菌接种量对桑葚-苹果复合果醋的产酸量具有显著影响。如图2所示,当接种量从4%增加至8%时,产酸量随之显著上升,并在接种量为8%时达到峰值(5.53 g/100 mL)。说明适度提高接种量有利于快速启动发酵并提升酸转化效率。感官评价结果如表4所示,接种量为8%的样品在风味协调性与香气浓郁度方面表现最佳,获得了最高的感官总分。然而,当接种量超过8%继续增至10%和12%时,产酸量反而分别下降至5.10、4.37 g/100 mL,可能由于菌体密度过高导致营养物质竞争加剧或代谢副产物积累,从而抑制发酵进程,此结果与感官评价中风味协调性下降、口感出现轻微刺激感的描述相符。因此,初步确定8%为最适醋酸菌接种量,并确定醋酸菌接种量6%、8%、10%作为后续响应面试验中的3个水平。

2.1.3 醋酸发酵温度对桑葚-苹果复合果醋发酵的影响

根据单因素试验结果,发酵温度对桑葚-苹果复合果醋的产酸量影响显著。如图3所示,当温度从29 ℃升高至33 ℃时,产酸量由4.03 g/100 mL显著提升至5.17 g/100 mL,表明在此温度范围内醋酸菌的代谢活性随温度上升而增强。当温度为33 ℃时产酸量达到峰值,说明该温度最适于菌体生长与酸化作用。感官评价结果与此高度一致,如表5所示,33 ℃条件下发酵的果醋在色泽明亮度、香气浓郁度及风味协调性方面均表现最佳。当温度继续升高至35、38 ℃时,产酸量分别下降至4.77、4.23 g/100 mL,这可能是由于高温对醋酸菌产生抑制甚至损伤,导致代谢效率降低,同时感官评价也显示这些温度下产品的风味品质明显下降,出现口感不够协调等问题。因此,初步确定33 ℃为最适醋酸发酵温度。并确定醋酸发酵温度31、33、35 ℃作为后续响应面试验中的3个水平。

2.2 响应面优化试验结果

根据单因素试验结果,以产酸量(Y)和感官评价(Z)作为响应值,每个影响因素选择3个水平:A:初始酒精度5%、6%、7%、B:醋酸菌接种量6%、8%、10%、C:醋酸发酵温度31、33、35 ℃,设计响应面试验,经Box-Behnken分析得出结果如表6所示。

各因素水平对产酸量与感官评分的影响具有一定的差异。总体上,当初始酒精度、接种量及发酵温度处于中等水平时,产酸量和感官评分均较高,说明各因素间存在明显的交互作用及二次效应。根据Box-Behnken设计及显著性分析得到产酸量(Y)与感官评分(Z)的回归方程如下:

Y=4.97+0.028 0A+0.053 2B-0.009 2C+0.228 5AB-0.022 5AC-0.016 5BC-0.530 0A2-0.300 4B2-0.150 5C2

Z=6.55+0.070 1A+0.033 3B-0.058 4C-0.062 8AB+0.217 5AC+0.005 8BC-0.918 5A2-0.621 8B2-0.207 0C2

响应面方差分析结果如表7所示,模型的回归项在Y和Z的分析中均极显著(P<0.01),说明所得回归模型能较好地反映各因素与响应值之间的关系。产酸量(Y)方面,A2、B2、AB项显著(P<0.05),初始酒精度与接种量的二次项及二者交互作用对产酸量有显著影响;感官评分方面(Z),A、C、A2、B2、C2及多项交互项均极显著(P<0.01),说明感官受三因素的非线性效应和交互作用共同影响。响应面模型方差分析结果显示模型极显著(P<0.001),失拟项不显著(P>0.05),决定系数R2=0.983 6,说明模型拟合良好,可用于预测。

由回归方程绘制的响应面图如图4所示,三因素对产酸量与感官评分的影响趋势基本一致:随初始酒精度与接种量的增加,响应值先升高后降低;发酵温度在较低或较高水平时均不利于产酸及风味形成。通过对试验结果的分析,确定了桑葚-苹果复合果醋发酵的最佳工艺参数是:初始酒精度为6.27%、醋酸菌接种量为7.91%、醋酸发酵温度为33.19 ℃时,产酸量与感官评分均达到最优,分别为4.91 g/100 mL与6.47分,说明该条件下的发酵过程最有利于有机酸积累及风味物质生成。

根据模型预测最佳优化结果进行近似优化试验,考虑到实际操作修正为:初始酒精度为6%、醋酸菌接种量为8%、醋酸发酵温度为33 ℃,pH值调节为5.0。验证实验所得果醋的产酸量为5.12 g/100 mL,相对偏差为4.28%;感官评价分数为6.27,相对偏差为3.09%。表明验证实验与模型预测结果较为接近,优化工艺参数可靠。

2.3 电子鼻传感器响应值

对于5种样品的响应雷达图如图5所示,10个传感器的响应及雷达图的形状在样品的差异下有明显区别,5种样品的风味轮廓得以有效区分:桑葚-苹果复合果酒在S2(对醇类、醛酮类灵敏)和S8(对醇类、醛酮类灵敏)传感器上响应值显著最高,这与酒精发酵产生大量乙醇和高级醇的特征完全吻合。所有果醋样品在S2和S8上的响应值均介于果酒和果汁之间,反映了醋酸发酵过程中醇类物质被消耗转化;果醋在S7(对无机硫化物灵敏)传感器上的响应增强,标志着发酵风味的形成。在原料差异方面,桑葚果醋在S1、S5、S9(对芳烃类灵敏)等传感器上的响应普遍高于苹果果醋,体现了桑葚更浓郁的果香特征。桑葚-苹果复合果醋在多个传感器(S1、S5、S7、S8)上展现出最高或较高的响应值,表明其风味并非单一原料风味的简单叠加,而是通过复合发酵产生了更为丰富、协调的独特风味轮廓。

2.4 有机酸成分分析结果

基于有机酸测定结果如表8可知,不同样品的有机酸组成及含量存在显著差异(P<0.05),其中复合果醋样中乙酸、苹果酸及乳酸含量显著高于单一桑葚果醋与苹果果醋,表明复合发酵可增强酸味强度并改善酸型结构,反映了原料特性及发酵进程的深远影响。果汁阶段以苹果酸和柠檬酸为主要特征酸;经酒精发酵后,果酒中乳酸含量显著上升;而在所有果醋样品中,乙酸成为绝对优势有机酸,占比高达85%以上,这是醋酸发酵成功的直接标志。值得注意的是,桑葚-苹果复合果醋的乙酸含量55.30 g/L与总酸含量63.29 g/L均最高,且其酒石酸、乳酸与丁二酸等风味酸也保持较高水平,表明复合发酵不仅实现了高效的乙醇转化,更赋予了产品更为浓郁、协调且层次丰富的酸味特征,从而在理化层面上印证了其感官品质的优越性。

2.5 挥发性香气成分分析结果

5种样品中挥发性香气化合物测定结果如附表3所示,5种样品的挥发性香气成分在组成与含量上呈现显著差异如图6所示,揭示了发酵过程的动态演变及原料配比的协同效应。主要酯类化合物(乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯)在复合果醋中含量显著高于单一果醋(P<0.05),这些酯类的显著积累可能与酵母代谢产生的高级醇和醋酸菌酯化反应协同有关,从而形成果香和花香更加突出的风味特征。桑葚-苹果复合果汁以己醇2 850.8 mg/L和己醛285.9 mg/L为主,呈现典型的青草与绿叶香气特征;经酒精发酵后,复合果酒中酯类总量上升至50.75%,其中乙酸异戊酯1 680.8 mg/L与苯乙醇1 847.5 mg/L的显著积累共同构成果酒浓郁的果香与花香基调;在醋酸发酵阶段,所有果醋样品中乙酸含量急剧升高1 062.5～1 252.8 mg/L,奠定了其酸香底蕴,同时酯化反应进一步强化,尤其是乙酸异戊酯与乙酸苯乙酯在复合果醋中分别达到4 125.8、681.5 mg/L,为其带来极为突出的香蕉、梨与玫瑰花香。桑葚-苹果复合果醋不仅在关键酯类与酸类物质含量上两种单一发酵果醋,其检出的物质总数(38种)也为所有样品中最高,表明复合发酵有效促进了风味物质的多样性与复杂性,形成了层次更为丰富、果香与花香协调的独特风味轮廓。乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、己酸乙酯、苯乙醇和异戊醇为差异最显著的关键化合物。乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯是典型的果香和花香赋香物质,对复合果醋整体芳香贡献度较大。结果显示原料复配能显著促进芳香酯类与芳香醇类物质的生成,使复合果醋具有更复杂、协调的果香与花香特征。

PCA结果表明,前2个主成分PC1和PC2的方差贡献率分别为58.41%和32.51%,累计贡献率达90.92%(图7),能够较好地反映样品间挥发性成分的主要差异,说明PCA模型具有较高的解释力和可靠性。

由图7可见,各样品间分布区隔明显。未发酵果汁位于左上象限,与发酵样品显著分离,表明发酵过程显著改变了体系中挥发性香气物质的组成。桑葚-苹果复合果酒分布于左下象限,与果汁和果醋样品差异明显,推测其在酒精发酵过程中生成了较多酯类和醇类化合物。基于主成分得分矩阵的置换检验表明,不同样品间差异显著(P=0.012),进一步验证了复合果醋与单一果醋在气味轮廓上差异显著。单一桑葚果醋与单一苹果醋聚集于右上象限,二者分布相近但仍存在差异,说明其挥发性成分具有一定相似性但原料差异仍对香气特征具有显著影响。桑葚-苹果复合果醋位于两者之间并呈独立聚类,显示其兼具桑葚与苹果发酵产物的香气特征,同时形成了具有独特风味特征的复合香气谱。

结果表明,优化发酵条件下所得的桑葚-苹果复合果醋在挥发性香气化合物组成上与对照样品存在显著差异,具有独特的香气特征与风味优势,体现了复合发酵在风味形成方面的协同效应与独特性。

2.6 体外抗氧化试验结果

桑葚-苹果复合果醋在所有测定指标上均展现出卓越的抗氧化活性,如图8-a和8-b所示。总酚与总黄酮含量最高,分别达到1 852.3 mg GAE/L与895.7 mg RE/L,表明复合发酵工艺能有效富集并可能转化生成更多的活性物质。复合果醋的DPPH自由基清除率显著高于单一桑葚果醋(P<0.05)。与此相对应,其在清除自由基能力上也最为突出。如图8-c和8-d所示,DPPH自由基与ABTS阳离子自由基清除实验的IC50值最低,分别为25.1、21.6 μL/mL,这反映了其强效的抗氧化潜能。复合果醋的抗氧化能力显著优于单一桑葚果醋,证实了苹果的引入产生了积极的协同增效作用,而非简单稀释;其各项指标也远高于发酵前的果汁与果酒阶段,证明醋酸发酵是大幅提升产品抗氧化特性的关键工艺步骤。综上所述,桑葚-苹果复合果醋因其富含酚类物质与强大的自由基清除能力,成为一种极具开发潜力的功能性饮品。

3 讨论

3.1 复合发酵对挥发性香气的影响与形成机制

挥发性风味物质是果醋品质差异的核心指标。GC-MS分析结果显示,复合果醋样中检测到的香气化合物种类与总相对含量均高于单一果醋,尤其是酯类和醇类的累积量显著增加(P<0.05)。乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、苯乙醇等芳香化合物在复合样中显著升高,这些成分具有较低的嗅觉阈值,可赋予产品明显的果香和花香特征。

原料复配可能通过多种途径促进这些关键物质的形成。苹果原料中丰富的苹果酸与可发酵糖为酵母提供了充足的碳源,而桑葚中多酚、氨基酸与花青素等成分可调节酵母代谢途径,增加高级醇(如异戊醇、苯乙醇)的生成。这些醇类在醋酸菌的酯化反应作用下,与乙酸结合生成相应的乙酸酯,从而显著提升香气复杂度。复合发酵体系的pH值与有机酸缓冲能力更适宜酵母和醋酸菌的共代谢,促进香气前体物质的合成与转化。与单一桑葚或苹果果醋相比,复合果醋在酯类/醇类比例上明显提高,使整体香气更趋平衡、柔和,果香突出、酸香协调。

3.2 风味特征与感官品质的协同作用

感官评价结果表明,复合果醋在香气浓郁度、果香纯正度、口感协调性等指标上评分显著优于单一果醋(P<0.05),与挥发性成分的差异结果相一致。酯类物质含量的增加带来甜果香与花香感,高级醇与少量醛类物质的平衡则减少了刺激性气味,使整体风味更为圆润。桑葚的花青素及苹果的果酸共同作用,也可能增强口感的清爽度与层次感。

综上所述,原料复配在促进酵母与醋酸菌协同代谢、调节酸醇平衡及增强香气复杂度方面发挥了显著作用,为果醋风味品质提升提供了有效途径。

4 结论

通过单因素与响应面试验综合优化,确定桑葚-苹果复合果醋的最优发酵工艺参数为:初始酒精度为6%、醋酸菌接种量为8%、醋酸发酵温度为33 ℃,pH值调节为5.0。此条件下发酵的复合果醋产酸量与感官品质均达到最佳,验证试验与模型预测值偏差较小,回归模型稳定可靠。

最佳工艺条件下制备的复合果醋总酸及乙酸含量显著高于相同发酵条件下的单一果醋,酒石酸、乳酸、丁二酸等有机酸协同构建了柔和且层次丰富的酸味体系,为产品风味提供了理化基础。复合果醋中共检测到38种香气化合物,酯类物质占比最高,乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯等关键成分的大量生成赋予产品独特的果香与花香,与单一发酵样相比,复合果醋中乙酸异戊酯含量显著提高(P<0.05),表明桑葚-苹果原料复配促进了芳香酯类的生成。电子鼻与PCA结果进一步验证了其香气特征的独特性与协调性。桑葚-苹果复合果醋总酚与总黄酮含量显著高于其他样品,具有较强的DPPH自由基与ABTS阳离子自由基清除能力,说明复合发酵有助于活性物质的富集与抗氧化性能提升。

桑葚-苹果复合果醋在风味品质和功能特性上均优于单一果醋,显示出良好的营养保健潜力与产业化应用前景,以期为复合果醋类功能性饮品的开发提供理论基础与实践依据。

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Optimization of fermentation process for mulberry-apple compound fruit vinegar and study on its flavor characteristics and antioxidant activity

HU Jinhe, LI Jiajun, ZHANG Huiming, JIN Tieyan*

(College of Agriculture, Yanbian University, Yanji 133000, China)

ABSTRACT To develop high-quality composite fruit vinegar with both nutritional and flavor characteristics, this study utilized mulberries and apples as raw materials to produce mulberry-apple composite fruit vinegar through alcoholic fermentation and acetic acid fermentation.The effects of fermentation conditions on the quality of mulberry-apple composite fruit vinegar were investigated.Using acid yield and sensory evaluation as response values, the fermentation process was optimized through single-factor experiments and the Box-Behnken response surface method.Results indicated that initial alcohol content, acetic acid bacteria inoculum level, and fermentation temperature significantly influenced both acid yield and sensory quality, with interactions existing among these factors.The optimal process conditions were an initial alcohol content of 6%, an acetic acid bacteria inoculum of 8%, and a fermentation temperature of 33 ℃.Under these conditions, acid production reached 5.12 g/100 mL, and the sensory score was 6.27, showing minimal deviation from the model prediction.The composite fruit vinegar produced under these conditions exhibited the highest acetic acid content (55.30 g/L).A total of 38 volatile aroma compounds were detected, with esters predominating, imparting a harmonious, rich fruit and floral bouquet to the product.Antioxidant assays revealed total phenolic and flavonoid contents of 1 852.3 mg GAE/L and 895.7 mg RE/L, respectively.The vinegar exhibited outstanding antioxidant activity with the strongest DPPH and ABTS radical scavenging capacities.The optimized fermentation process significantly enhanced the flavor quality and functional properties of the mulberry-apple composite fruit vinegar, providing scientific support for the development of composite fruit vinegar-based health beverages.

Key words mulberry-apple compound fruit vinegar;response surface optimization;fermentation process optimization;sensory quality

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044924

引用格式：胡晋赫,李佳俊,张蕙铭,等.桑葚-苹果复合果醋发酵工艺优化及其风味特征与抗氧化活性研究[J].食品与发酵工业,2026,52(15):215-225.HU Jinhe, LI Jiajun, ZHANG Huiming, et al.Optimization of fermentation process for mulberry-apple compound fruit vinegar and study on its flavor characteristics and antioxidant activity[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(15):215-225.

第一作者：硕士研究生(金铁岩副教授为通信作者,E-mail:jintieyan@ybu.edu.cn)

收稿日期：2025-10-24,改回日期：2025-12-15