桑葚果园中酿酒酵母的分离鉴定及特性研究

章之柱,尹金彦,孟洋,陈莉*,卢红梅

(贵州大学 酿酒与食品工程学院,贵州 贵阳,550025)

摘 要 从桑葚果园中分离得到74株酵母,通过产气实验、TTC显色反应初筛,产酒精能力复筛得到最优菌株Y2。通过WL培养及26S rDNA序列分析,鉴定其为酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae。菌株Y2在28 ℃、pH 3.5时生长最佳,能耐受体积分数为12%乙醇,800 mg/L SO2。菌株Y2产酯能力较优,相比于商业酿酒酵母BV818,SLB,发酵桑葚酒风味物质酯类物质相对含量分别比BV818、SLB高2.63%、5.13%,所产桑葚酒风味优良,香气浓郁,对桑葚果酒的生产及桑葚产品开发具有潜在的应用价值。

关键词 酿酒酵母;分离鉴定;发酵特性;风味物质;桑葚果酒

桑葚是桑科植物桑树的果穗,其口味香甜微酸,营养丰富,富含花青素、硒、VC、多糖、白藜芦醇等功效成分,具有十分重要的开发利用价值[1-2]。桑葚除了鲜食外,还可加工成果汁、果酒、果脯、酸奶和果醋等多种特色食品[3]

将桑葚发酵制备成果酒,不仅能增加桑果的附加值,还能解决桑果的季节性过剩、不易储存等问题[4]。目前,桑葚酒的酿造通常是选用活性干酵母,缺乏专用的酵母。在酿造过程中,酵母菌通过代谢过程去影响桑葚酒的理化性质、风味、口感,进而决定桑葚酒的品质,因此,桑葚果酒酿造酵母的筛选具有十分重要的意义。曹倩雯等[5]从市售桑葚自然发酵后醪液中分离得到 42 株酵母,筛选出 1 株发酵性能良好、风味优良的酿酒酵母 JNB-14;颜雪辉[6]从桑葚鲜果、桑叶等原料纯化得到99株酵母菌,经过多级筛选得到能耐受14%的酒精和280 g/L糖,最高产酒精为10.6%,适合桑葚酒发酵的菌株SH1。酵母菌主要分布在偏酸性、含糖高环境中,特别是水果、蔬菜、及果园的土壤中[7],本实验从某桑葚果园土壤、桑叶、桑果中分离酵母菌,通过富集培养、纯化、TTC显色培养、酒精发酵等实验筛选出适宜酿造桑葚果酒的酵母菌,并对其进行相关特性研究,以期为其在桑葚果酒中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

桑葚、桑葚叶、土壤,均采集于贵州开阳某桑葚种植基地。活性干酵母BV818,安琪酵母股份公司;活性干酵母SELECTYS LA BAYANUS(SLB),烟台帝伯仕自酿机有限公司。

葡萄糖、酵母粉、蛋白胨、琼脂、wallerstein laboratory nutrient agar(WL)培养基、TTC培养基等生化试剂,上海博微生物科技有限公司;焦亚硫酸钠,烟台帝伯仕自酿机有限公司;其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

YXQ-LS-5DS11立式压力蒸汽灭菌器、SN-CJ-IF洁净工作台,上海博讯实业有限公司医疗设备厂;SPX-250B智能型生化培养箱,上海琅玕实验设备有限公司;722S可见分光光度计,上海菁华科技仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 酵母菌的分离、纯化

样品处理:取5 g土样于无菌试剂瓶,用无菌蒸馏水制成不同质量浓度梯度土壤悬液。取5 g研细桑叶于无菌试剂瓶,用无菌蒸馏水制成不同浓度梯度桑叶悬液。将桑果破碎,取5 mL浆液于无菌试剂瓶,用无菌蒸馏水制成不同浓度梯度桑果浆液[8]

增殖培养:取0.2 mL不同浓度梯度的桑果浆液、土壤悬液以及桑叶悬液,均匀涂布于酵母浸出胨肽葡萄糖培养基(yeast extract peptone dextrose medium,YPD),28 ℃恒温生化培养箱中培养72 h。

分离纯化:挑选能够在YPD上长出来的菌落,初步为酵母菌。在YPD上涂布划线培养,进一步分离纯化酵母菌,28 ℃恒温生化培养箱中72 h。通过观察菌落的形态和颜色,进行酵母菌株的初步筛选。对所得的酵母菌进行编号和保藏。

1.3.2 酵母菌初筛

TTC显色实验:将纯化菌接入TTC上层培养基,28 ℃培养48 h,再在其上覆盖一层TTC上层培养基,将其28 ℃培养3 h,观察菌落颜色[9]。产酒精能力越强,菌落红色越深。选取深紫色菌株进行产气实验。

产气实验:将颜色深的菌株制成菌悬液,以 5%的接种量接种至带有杜氏小管的试管中,YPD液体培养基静置培养,每隔 2 h观察杜氏小管内气体的含量,并记录。淘汰产气少或不产气的菌株,选出发酵快、产气多的菌株进行复筛。

1.3.3 酵母菌复筛

产酒降糖能力筛选:将初筛得到的菌制成菌悬液,按5%的接种量接种到YPD液体培养基,28 ℃培养8 d,参照GB 5009.225—2016《酒中乙醇测定》、GB 5009.7—2016《食品中还原糖测定》测发酵液酒精度和还原糖含量。选取产酒高残糖低的菌进行下一步筛选。

WL培养分类:将初筛得到的菌接株接种在WL平板,28 ℃倒置培养8 d,观察菌落形态与颜色,参考文献[10],进行初步分类鉴定。

1.3.4 产酒酵母菌的分子生物学鉴定

分子生物学鉴定:将获得的目的菌株纯化送四川擎科梓熙生物技术有限公司测序。以NL1(5′-GCATATCAATAAGCGGAGGAAAG-3′)和NL4(5′-GGTCCGTGTTTCAAGACGG-3′)为引物测定酵母菌26S rDNA 的D1/D2可变区序列。

系统发育树的构建:用基本局部比对搜索工具(basic local alignment search tool,BLAST)将测序结果在美国国家生物技术信息中心(National Center of Biotechnology Information,NCBI)中与已知酵母菌的26S rDNA基因序列进行同源性分析,并用MEGA5.10软件的邻接法(Neighbor-Joining),构建系统发育树,具体确定菌株的种属。

1.3.5 酵母菌发酵特性研究

菌种活化。将分离得到的菌株接种于YPD液体培养基中,28 ℃培养24 h,得到酵母菌悬液。

生长曲线测定。取菌悬液,按5%的接种量接种于含有无菌YPD液态培养基锥形瓶中,并放置在28 ℃、150 r/min的恒温振荡器内培养。做3个平行,以YPD液体培养基为空白,每隔2 h取出培养液,测定培养液OD600值,绘制生长曲线[11]

最适生长温度测定。按5%的接种量接种于含有无菌YPD液态培养基锥形瓶中,150 r/min的恒温振荡器内培养。培养温度分别设置为26、28、30、32、34、37 ℃。做3个平行,以YPD液体培养基为空白,培养30 h取出培养液,测定培养液OD600值,记录数据。

适宜生长pH的测定。取菌悬液,按5%接种量分别接入pH 2.5、3.5、4.5、5.5和6.5的YPD培养基中,最适温度培养30 h,测定培养液OD600值,确定其适宜pH值。

SO2耐受性能测定。取菌悬液,按5%的接种量接种于无菌YPD液态培养基锥形瓶中,加入除菌的焦亚硫酸钾调节培养基中SO2浓度,使其终浓度分别为50、100、200、400、600、800 mg/L,最适温度下培养30 h。做3个平行,以YPD液体培养基为空白,测定培养液OD600值,记录数据。分析所选酵母菌对SO2的耐受性[12]

乙醇耐受性能测定。取菌悬液,按5%的接种量分别接种于添加无水乙醇体积分数为6%、8%、10%、12%、14%的无菌YPD液态培养基锥形瓶中,在最适温度下培养30 h。做3个平行,以YPD液体培养基为空白,测定培养液OD600值。

1.3.6 酿酒酵母酿造桑葚果酒挥发性风味物质分析

桑葚果酒的酿造。将新鲜桑葚榨汁过滤,用蔗糖调糖度为22 °Brix,75 ℃巴氏杀菌15 min加入质量浓度为80 mg/L的偏重亚硫酸钾,5%接种量在最适生长温度恒温发酵7 d[4-5]。同时,用安琪酿酒酵母BV818和帝伯仕SLB作对比。利用顶空固相微萃取-气质联用方法分析桑葚酒的风味成分。固相微萃取:取5 mL样品置于20 mL顶空瓶中,加入2-辛醇作内标,将老化后的50/30 μmCAR/PDMS/DVB萃取头插入样品瓶顶空部分,于45 ℃吸附30 min,吸附后的萃取头取出后插入气相色谱进样口,于250 ℃解吸3 min,同时启动仪器采集数据。GC条件:色谱柱为DB-WAX, 30 m×0.25 mm×0.25 μm,柱温:起始温度 40 ℃,保持 3 min,然后以 5 ℃/min 升至100 ℃,再以 10 ℃/min 升至 230 ℃,保持 6 min;载气氦气;流速0.8 mL/min;进样口温度250 ℃。MS 条件:电离方式为EI+,电子能量 70 eV,接口温度 250 ℃,离子源温度 200 ℃,检测器电压1 000 V。通过计算机检索与NIST 14 Library相匹配,选择较高匹配度的检索结果确认检测物成分。各化合物的相对含量根据内标物2-辛醇利用归一化法进行计算得到。

1.3.7 数据处理与分析

所得数据通过Office 2007,SigmaPlot 14.0、Design-Expert、SPSS 22.0等软件进行处理,作图。

2 结果与分析

2.1 酵母菌的分离纯化及初筛

经过增值培养,分离纯化,从桑叶、桑果、土壤中中共筛选得到74株疑似酵母菌株,编号为Y1~Y74。

74株纯化的菌株进行TTC显色反应,其中11株呈深红色,22株呈红色,22株显浅红色,其余不变色。将11株深红色菌进行产气实验,其结果见表1。由表1可知,菌株Y1、Y2、Y8、Y22、Y39、Y41产气时间较早,均在6 h内开始产气;菌株Y1、Y8、Y41、Y42产气较快,在培养了16 h后气体充满了杜式小管。综合起始产气时间、小管满气时间,选择菌株Y1、Y2、Y8、Y22、Y39、Y41、Y42进行复筛。

表1 产气实验结果
Table 1 Result of product gas experiments

菌株编号产气起始时间/h小管满气时间/h菌株编号产气起始时间/h小管满气时间/hY1416Y371640Y2618Y39418Y8616Y41616Y22620Y42816Y281044Y431020Y321224

2.2 酵母菌的复筛结果

初筛得到的菌株YPD液体培养7 d后,测发酵液中乙醇和还原糖含量,由图1可知,菌株Y2、Y8、Y39产酒精能力很好,均超过10%vol,培养基利用率高,残余还原糖含量低,分别为1.3、 1.3、 1.4 g/L。将初筛选到的7株菌进行WL培养,菌株WL培养分类结果如表2所示。参照文献杨雪峰等[10]对菌落形态和颜色进行描述,将其分为5类。

图1 不同菌株产酒精能力和糖消耗能力
Fig.1 Alcohol production capacity and sugar consumption capacity of different strains

表2 酵母菌株WL菌落形态描述
Table 2 The description of yeast species on WL medium

菌落类型菌株编号形态描述AY1外表粗糙,有明显的褶皱,中间乳白色,四周灰绿色,突起呈圆锥形BY2菌落较大,表面光滑不透明,呈奶油状,中间淡淡的绿色,四周淡黄色CY8、Y22菌落光滑,呈乳白色,最外层带有菌丝DY39菌落表面光滑,呈乳白色,边缘带淡淡的绿色EY41、Y42菌落外围一圈呈奶油状,中间翠绿色,有球状突起

酵母菌株的WL培养特征如图2所示。根据杨雪峰等[10]的研究,毕赤酵母呈白色带淡绿色、表面粗糙有褶皱、中央有火山状凸起,观察到菌株Y1外表粗糙、有明显褶皱、中间乳白色、四周灰绿色、有锥形突起,初步判定Y1为毕赤酵母;酿酒酵母的形态特征为奶油色带绿色、有球状突起、光滑不透明,菌株Y2表面光滑不透明、中间呈淡绿色、四周淡黄色,菌株Y41与Y42边缘为奶油状、中间翠绿色、有球状突起,初步判定Y2、Y41、Y42为酿酒酵母;假丝酵母的形态特征为表面光滑、中央乳白色、边缘绿色,菌株Y8、Y22和Y39菌落光滑、呈乳白色、边缘带有淡绿色或有菌丝,初步判定菌株Y8、Y22和Y39为假丝酵母。结合发酵特性,选择产酒能力好的菌株Y2进行鉴定。

A-Y1;B-Y2;C-Y8、Y22;D-Y39;E-Y41、Y42
图2 酵母菌株在WL培养基上的菌落特征
Fig.2 Colony morphotypes of yeast species on WL medium

2.3 酵母菌的分子生物学鉴定结果

菌株Y2 26S rDNA D1/D2区的扩增产物条带如图3-a所示。目的条带清晰无杂带,片段大小在500 bp左右。将测序所得的酵母菌Y2的 26S rDNA D1/D2序列输入NCBI进行BLAST同源比对。结果显示,菌株Y2与酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae A57同源性最高,达到100%。将菌株Y2 与NCBI数据库中已知酵母进行序列比对,并构建系统发育树(图3-b)。从系统发育树来看,菌株Y2与酿酒酵母的亲缘关系最近。结合其形态学特点,该菌为酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae

a-电泳图;b-系统发育树
图3 菌株26S rDNA D1/D2序列扩增产物琼脂糖凝胶电泳图和Neighbor-Joining法绘制的系统发育树
Fig.3 Agarose gel electrophoretogram of Y2 strain 26S rDNA D1/D2 sequences amplifying product and the phylogenetic tree by Neighbor-Joining

2.4 产酒酵母菌的发酵特性

2.4.1 菌株Y2的生长曲线测定

以时间为横坐标,菌液OD600为纵坐标,绘制菌株Y2生长曲线(图4)。由图4可知,在0~2 h内,菌体数量增长缓慢,为延迟期;在2~10 h内,菌液OD600值迅速增加,为对数期;而10~40 h增长变得缓慢,为稳定期;40 h后菌液OD600值几乎保持稳定不变,达到最大值,菌株Y2生长停滞,进入衰亡期。

图4 菌株Y2的生长曲线
Fig.4 Growth curve of strain Y2

2.4.2 pH和温度对菌株Y2生长的影响

发酵过程中,酵母菌需要在一个适宜的条件下才能获得最佳生长,提高生产效率。pH、温度、乙醇、糖度、SO2等都影响菌的生长。由图5-a可知,培养基中pH从2.5增大到3.5时,菌液OD600随pH增大而上升;而当pH>3.5后,出现下降趋势。在pH为3.5时,菌液OD600达到最大值,菌株Y2生长得最好,说明其最适pH为3.5。同时,可以看出,当pH<3.5时,pH对菌株生长影响较大;相比之下在3.5~6.5时,pH变化对菌生长影响较小。温度对酵母菌Y2生长的影响如图5-b所示,随着培养温度的增加,菌液的OD600值呈现先增加后下降的趋势,当培养温度为28 ℃ 时,菌液OD600值达到最大;继续升高培养温度,菌液OD600值随培养温度的升高而逐渐减小,故28 ℃为菌株Y2最适生长温度。

a-pH; b-温度
图5 pH和温度对菌株Y2生长的影响
Fig.5 Effects of pH and temperature on the growth of strain Y2

2.4.3 菌株Y2耐受性研究

根据行业标准NY/T1508—2017《绿色食品 果酒》中规定果酒的酒精度为7%vol~18%vol。果酒的发酵菌株需要对酒精度具有较高的耐受性,才能够生产出符合标准的产品。菌株Y2乙醇耐受性如图6-a所示。随着乙醇体积分数增大,菌液OD600逐渐减小。当乙醇体积分数为6%、8%、10%时,菌株Y2仍然能够较好生长,达到一定OD600;而乙醇体积分数为12%、14%,菌株被明显抑制。说明菌株Y2最高能耐受约12%的乙醇。

果酒生产中常常添加SO2来抑制杂菌的生长和繁殖,保证主要生产菌株的发酵优势[13]。NY/T1508—2017规定的果酒中SO2最高添加量为400 mg/L。菌株Y2在不同质量浓度SO2条件下的生长情况如图6-b所示。由图6可知,随着SO2质量浓度增大,菌液OD600逐渐减小。说明SO2质量浓度越大,对菌株Y2的抑制作用越强。当SO2质量浓度为800 mg/L时,菌株Y2仍然可以生长,表明菌株Y2具有较强的耐SO2能力。

a-酒精度;b-SO2
图6 菌株Y2对酒精度和SO2的耐受性
Fig.6 Ethanol and SO2 tolerances of strain Y2

2.4.4 菌株发酵桑葚酒挥发性风味物质分析

挥发性风味物质是评价果酒品质的重要指标[4]。采用顶空固相微萃取-气质联用方法对3株酵母发酵的桑葚酒进行风味物质检测和分析,比较菌株Y2与酿酒酵母SLB、BV818的差异。不同菌株发酵桑葚酒风味物质相对含量如表3所示。

由表3可知,3株酵母发酵的桑葚酒中共检出79种挥发性风味物质,包括酯类26种、醇类17种、酸类11种、酮类9种、醛类8种、其他8种。菌株Y2发酵桑葚酒中检测出风味物质56种,BV818为52种,SLB为 53种,三者共有风味物质32种,占总风味组分的40.51%。

表3 不同菌株发酵桑葚酒挥发性风味物质相对含量 单位:%

Table 3 Relative contents of flavor substances mulberry wine fermented by different yeasts

序号名称Y2BV818SLB气味描述酯类A1乙酸甲酯--0.01-A2乙酸乙酯10.521.342.73水果香、葡萄味、樱桃味A3乙酸异丁酯0.080.020.10香蕉味、甜果味A4乙酸异戊酯0.920.581.89香蕉味A5丁酸乙酯--0.12-A6甲酸丁酯0.03--白兰地香味A7辛酸丁酯--0.02-A8正己酸乙酯0.840.881.55香甜味、菠萝味、蜡味A9己酸异丁酯--0.01A10乙酸己酯0.090.020.42苹果味、果香味A11庚酸乙酯0.020.01--A121-甲基庚基乙酸酯0.01---A13辛酸乙酯3.957.045.19奶香味、菠萝味甜,蜡质A14呋喃-2-羧酸乙酯0.030.03--A15γ-丁内酯0.040.050.03桃子味A16癸酸乙酯1.091.902.82苹果香、白兰地香味A17苯甲酸乙酯0.11-0.07薄荷味A189-癸烯酸乙酯0.120.870.28脂肪味A19乙酸苯乙酯0.620.410.55玫瑰花香、蜂蜜香A20月桂酸乙酯0.170.180.21肥皂味、乳脂味A21十六烷酸乙酯0.090.07-香草味、乳脂味A22十八酸乙酯-0.02--A23邻苯二甲酸二乙酯0.010.02--A24邻苯二甲酸二异丁酯0.020.030.02水果香、葡萄味、樱桃味A25癸酸异丁酯-0.010.02-A26棕榈酸乙酯-0.150.07-酸类B1乙酸1.070.400.94辛辣酸味B22-甲基丙酸0.080.19--B33-甲基戊酸-0.190.05-B4己酸0.070.100.08脂肪味、羊的气味B5辛酸0.440.810.28腐臭味、奶酪味B6非诺酸-0.01-B7壬酸0.01--B8癸酸0.500.600.33类似肥皂味B9顺式十八碳-9-烯酸0.02--B10月桂酸0.030.040.01椰子味、脂肪味B119-癸烯酸-0.06--醇类C1乙醇56.0659.2155.67-C23-甲基-2-丁醇0.02--C3异丁醇2.762.713.01杂合味、威士忌香味C4正丁醇-0.060.04C5异戊醇12.9316.4115.98果味、香蕉味、白兰地香味C6丙二醇0.05---C74-甲基-2-戊醇-0.06-C82-硝基乙醇-0.06-C9正己醇0.320.180.70苹果皮味、水果香C10反式-2-十一烯-1-醇--0.11-

续表3

序号名称Y2BV818SLB气味描述C11庚醇0.010.030.01-C12芳樟醇0.040.030.07-C13顺式-3-壬烯-1-醇--0.02C14香茅醇0.010.060.09花香、玫瑰香C15苯乙醇3.332.642.32玫瑰花香C16橙花叔醇0.080.11-花香、木头味C17金合欢醇--0.09-醛酮D1乙醛0.080.050.14辛辣味D2正辛醛0.03---D3壬醛0.220.12-坚果香味、椰子味D4癸醛0.290.270.52柑橘味、橙皮香D5苯甲醛0.08-0.05杏仁味、樱桃味D6月桂醛--0.03-D72-十一烯醛0.020.01-柑橘皮味D8十二醛-0.02--D92,3-戊二酮0.160.060.08焦糖味、拷香D103-羟基-2-丁酮0.08--D112-壬酮0.020.020.02D12壬酮--0.34奶酪、水果味、黄油味D13噻吩酮0.04-0.09D142-十一酮0.020.020.01D15苯乙酮0.01--D16大马士酮-0.010.02玫瑰芳香、糖果甜香D17香叶基丙酮0.07-0.05其他E1十一烷0.450.310.41E2乙酐0.180.170.16辛辣酸味E3对二甲苯0.010.02-E4十四烷基环氧乙烷0.02--E5苯乙烯0.05--E62,4-二叔丁基酚--0.54-E7香叶醇乙烯基醚--0.03E8苯并环丁烯--0.04

注:-表示未检测到;香气描述参考http://www.the good scents company.com/

将3株酵母发酵的桑葚酒风味物质用SPSS 22.0 进行主成分分析。由表4可知,主成分1的贡献率为57.656%,主成分2贡献率为42.344%,能代表风味物质特征。

表4 主成分的特征值和贡献率
Table 4 Eigenvalues of principal components and their contribution to total variance

成分特征值贡献率/%累计贡献率/%146.12557.65657.656233.87542.344100

不同菌株酿造桑葚酒挥发性风味物质主成分分析如图7所示。由图7-a可知,第1主成分主要与乙酸异戊酯(A4)、乙酸己酯(A10)、辛酸丁酯(A7)、己酸异丁酯(A9)等酯类成显著正相关,与月桂酸(B10)、橙花叔醇(C16)、对二甲苯(E3)等成显著负相关;第2主成分主要与乙酸苯乙酯(A19)、乙酸(B1)、苯甲醛(D5)等成显著正相关,与辛酸乙酯(A13)、正丁醇(C4)、异戊醇(C5)等成显著负相关。从图7-b不同菌株发酵桑葚酒得分图可知菌株Y2、BV818发酵桑葚酒与第1主成分有很高的负相关,菌株SLB发酵桑葚酒与第1主成分有很高的正相关;而菌株Y2发酵桑葚酒与第2主成分呈很高的正相关,菌株SLB、BV818发酵桑葚酒与第2主成分呈负相关。3株菌分布在不同的象限,反映出3种菌株发酵桑葚酒风味的差异与特点。

a-载荷图;b-得分图
图7 桑葚酒挥发性风味物质主成分分析图
Fig.7 PCA of the flavor components in mulberry wine

不同酵母发酵的桑葚酒中各类风味物质含量如图8所示。3种桑葚酒中各类风味物质相对含量从高到底依次为醇类、酯类、酸类、酮醛类、其他。酯类、醇类、酸类、醛类、酮类等风味物质的含量和比例赋予了果酒独具特色的香气和风格。

图8 不同酵母发酵桑葚酒各类风味物质相对含量
Fig.8 Relative contents of various flavor substances in mulberry wine fermented by different yeasts

菌株Y2、SLB、BV818发酵桑葚酒中醇类物质含量分别为75.60%、78.11%、81.55%,是桑葚酒中的主要香气成分。不同菌株发酵桑葚酒中醇类物质含量较高的物质均为乙醇、异戊醇、异丁醇、苯乙醇。异戊醇赋予桑葚酒浓郁的果香、花香、略带辛辣的白兰地酒香味;异丁醇具有杂醇味、威士忌香味;苯乙醇则具有玫瑰花香,它们使得桑葚酒风味浓郁优雅、层次丰富[14]

菌株Y2、SLB、BV818发酵桑葚酒中酯类物质含量分别为18.74%、16.11%、13.61%,酯类物质来自于发酵过程中醇类和酰基辅酶A的缩合反应,通常赋予果酒新鲜的水果香味[15]。3株酵母发酵的桑葚酒中酯类的种类和含量差异显著。菌株Y2中乙酸乙酯含量最高,其次是辛酸乙酯、癸酸乙酯;BV818和SLB中含量最高的则是辛酸乙酯、其次是癸酸乙酯、乙酸乙酯。乙酸乙酯和癸酸乙酯具有令人愉快的果香味,乙酸乙酯带有樱桃味、葡萄味,癸酸乙酯则具有草莓味[16]。辛酸乙酯赋予桑葚酒奶香、甜香、腊味。桑葚酒风味不仅受单一的酯类物质含量影响,还与各种酯类的累加效应有关[17]。3种酵母发酵桑葚酒产生不同种类和含量的酯类物质,使得3种桑葚酒酒体果香各异,风格突出。

菌株Y2、SLB、BV818发酵桑葚酒中酸类物质含量分别为2.21%、1.69%、2.39%。酸类物质在果酒中常常起到平衡、协调其他香味的作用。3种桑葚酒中酸类物质含量较高的成分是乙酸、辛酸和癸酸。菌株Y2、SLB发酵的桑葚酒中含量最高酸类物质的是乙酸,BV818则是辛酸。乙酸在果酒中呈辛辣味、辛酸和癸酸分别带有脂肪味、肥皂味[18]。酸类含量少时,桑葚酒清淡味短,而含量过高时则酒体粗糙浓烈,适宜的酸含量对桑葚酒主体风味很重要[19]

菌株Y2、SLB、BV818发酵桑葚酒中醛酮及其他类风味物质含量很低,均<1%,但对桑葚酒风味也有一定的贡献。乙醛、癸醛、2,3-戊二酮、乙酐、2-壬酮等为菌株Y2、SLB、BV818发酵桑葚酒中共有的物质,正辛醛、苯甲醛、苯乙酮、苯乙烯为菌株Y2产生的特有风味物质。其中2,3-戊二酮带有焦糖味、烤香味;乙醛、乙酐具有辛辣味;苯甲醛则带有杏仁味、坚果香[20]

3 结论

理想的桑葚酒酵母,需要良好的发酵性能,较强的耐受能力,协调丰富的产香性能。本研究从桑葚基地土壤、桑叶、桑果中分离筛选出74株酵母。通过发酵性能和耐受性筛选得到1株酵母菌株Y2。经WL培养及26S rDNA序列分析,鉴定其为酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae

菌株Y2最适培养温度为28 ℃,最适pH为 3.5,在体积分数12%乙醇和质量浓度800 mg/L SO2条件下仍然可以保持良好的生长。摇床培养32 h到达最大生长浓度,40 h后开始进入衰亡期。

菌株Y2发酵桑葚酒挥发性风味物质与商业酿酒酵母BV818、SLB相比各具特色,经主成分分析发现3种桑葚酒分布在不同区域,风格各异。菌株Y2发酵桑葚酒风味物质种类比BV818、SLB分别多4种、3种。从相对含量来讲,菌株Y2发酵桑葚酒醇类物质分别比BV818、SLB低2.51%、5.95%;而酯类物质比BV818、SLB高2.63%、5.13%;酸类物质比BV818高0.52%、比SLB低0.18%。与BV818、SLB 2株商业酿酒酵母相比,菌株Y2产醇能力相近,产酯能力较优,产酸能力适中。酯类物质多带有水果、花香,且阈值较低,相互作用能产生特殊风味,菌株Y2发酵桑葚酒风味也更加优良,香气更加馥郁。

在本实验基础上,后续研究将进行桑葚酒发酵条件优化与探索,为桑葚酒产品开发奠定理论基础,进而促进桑葚酒品质的提升及品类的丰富。

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Isolation and characterization of Saccharomyces cerevisiae in mulberry orchard

ZHANG Zhizhu,YIN Jinyan,MENG Yang,CHEN Li*,LU Hongmei

(School of Liquor and Food Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

Abstract Seventy-four yeast strains were isolated from the mulberry orchard, through gas production experiment, TTC color reaction preliminary selecting and alcohol production capacity filtering, the optimal strain Y2 was obtained. It was identified as Saccharomyces cerevisiae by wallerstein laboratory nutrient agar(WL) selective cultural medium and 26S rDNA sequence analysis. Strain Y2 grew best at 28 ℃ and pH 3.5, and could tolerate 12% ethanol (volume fraction), 800 mg/L SO2. Compared with commercial Saccharomyces cerevisiae BV818, SLB, the flavor substance of the relative ester content in the fermented mulberry wine was 2.63% and 5.13% higher than that of BV818 and SLB, respectively. The produced mulberry wine had excellent flavor and rich in aroma. It is of potential application value in the production of mulberry fruit wine and mulberry product development.

Key words Saccharomyces cerevisiae;separation and identification;fermentation characteristics;flavor substance;mulberry fruit wine

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.024083

引用格式:章之柱,尹金彦,孟洋,等.桑葚果园中酿酒酵母的分离鉴定及特性研究[J].食品与发酵工业,2020,46(14):148-155.ZHANG Zhizhu, YIN Jinyan, MENG Yang, et al. Isolation and characterization of Saccharomyces cerevisiae in mulberry orchard[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(14):148-155.

第一作者:硕士研究生(陈莉副教授为通讯作者,E-mail:3152539622@qq.com)

基金项目:贵州省科技支撑计划(黔科合支撑[2019]2317号)

收稿日期:2020-03-28,改回日期:2020-04-14