猕猴桃发酵果酒生产工艺研究进展2023-10-19

猕猴桃(Actinidia chinensis Planch)为浆果类藤本植物,又名阳桃、奇异果等。果实肉肥多汁、清香宜人,富含维生素、糖类、有机酸和人体必需的多种氨基酸,因其营养价值高,深受消费者的喜爱。近年来,随着农业的发展和管理技术的不断提高,猕猴桃的产量有了大幅度的增加,造成了供过于求的局势;据统计,2018年,全国猕猴桃种植面积24.12万hm3,占全球猕猴桃种植面积的72%;总产量255万t,占全球猕猴桃产量的55%,虽然猕猴桃种植规模不断增长,但其经济效益持续走低,亟待通过发展猕猴桃精深加工来延长产业链,提高鲜果的附加值,为产业带来新的经济增长点。

猕猴桃果酒是以猕猴桃果汁(浆)为原料,经完全或部分发酵酿制而成的发酵酒。猕猴桃果酒因其风味独特并富含多种营养物质,在众多果酒产品中独树一帜,市场前景广阔。国外猕猴桃精深加工技术研究相对集中,猕猴桃的加工主要以浓缩果汁为重点,开展集成膜、聚中空纤维素膜等膜浓缩技术及其对生物活性成分影响,超高压灭菌等冷杀菌技术在猕猴桃果汁中应用以及猕猴桃果汁贮藏过程中风味品质解析、猕猴桃果酒等研究。国内许多学者分别从理化品质、风味品质、营养功能活性等方面系统开展了原料、菌种、发酵、澄清、陈酿等对猕猴桃果酒品质的影响。因此,本文结合当前实际生产需要和未来的研究热点,对猕猴桃果酒酿造工艺研究进行了综述,并对当前研究中存在的问题进行了讨论和展望,以期为猕猴桃精深深加工提供理论依据。

1 猕猴桃果酒发酵用原料品种

我国猕猴桃原料丰富,但不同的原料因其营养物质不同。因此,猕猴桃品种的选择是生产高品质猕猴桃酒的一个重要因素。

目前我国猕猴桃主要有四大栽培品系(中华猕猴桃、美味猕猴桃、软枣猕猴桃、毛花猕猴桃)52个品种,规模化栽培的品种以中华猕猴桃和美味猕猴桃居多[13]。随着猕猴桃果酒加工技术的日趋成熟,为了获得高品质果酒提高市场竞争力以及综合利用资源,越来越多的学者在注重发酵工艺条件优化、产品质量评估及组成成分分析的同时,也将专用酿造原料的选种育种和多品种混合发酵作为猕猴桃果酒加工的重点研究方向之一。目前研究结果表明,原料品种对产品的理化性质、挥发性风味物质及其功能活性成分均有较大的影响。不同品种的果酒加工特性研究,为猕猴桃果酒加工专用品种的筛选与混合发酵提供了科学依据。

2 猕猴桃果酒发酵用菌种

2.1 猕猴桃用酿酒酵母

风味在果酒中起着举足轻重的作用,不仅赋予果酒独特的感官特性,且直接影响消费者对产品的选择性。在果酒酿造中,菌种是决定果酒风味核心要素。目前猕猴桃果酒生产上较多使用的是商业酵母,如安琪果酒酵母、葡萄酒酵母、活性干酵母及美极梅奇酵母(Metschnikowia pulcherrima)等,其中安琪活性干酵母及葡萄酒酵母在猕猴桃中应用良好,发酵速度较快,且发酵后产品果香浓郁、酸甜适口。但缺乏专用酿酒酵母使得猕猴桃果酒缺乏典型性风味,导致猕猴桃果酒同质化现象严重、品质特征性不突出。因此,为了适应市场的变化和消费者对不同风格猕猴桃酒的需求,同时考虑到原生微生物能更好地适应猕猴桃醪化学环境,更多研究者注重从野生猕猴桃本身附着的菌群中筛选发酵性能优良的菌株。目前从猕猴桃源筛选到的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)有十余株,其他酵母还有戴尔凯氏有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii),柠檬形克勒克酵母(Kloechera apiculate),葡萄园有孢汉逊酵母(Hanseniaspora vineae)等。由表1可知,猕猴桃源Saccharomyces cerevisiae X7-1、Saccharomyces cerevisiae T-13等菌株以及商业化的安琪活性干酵母、葡萄酒活性干酵母BV818等应用于猕猴桃果酒发酵中均具有良好的表现,具有发酵性能好、酒精转化能力强、产香能力强、能够有效保留果香等优点。而Saccharomyces cerevisiae HY以及商业化的安琪果酒酵母、美极梅奇酵母(Metschnikowia pulcherrima)在猕猴桃酒应用中效果不理想,主要表现为酒精耐受性差、产香能力较低。


  

表1 猕猴桃发酵用菌种、发酵条件及酒体风味特征  

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


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2.2 非酿酒酵母在猕猴桃果酒中的应用

随着风味组学技术和微生物组学技术的发展,酿造微生物与酒体风味物质组成之间关系被揭示,除酿酒酵母外,其它非酿酒微生物在香气物质形成的作用及其机理逐渐被认知。研究表明,非酿酒微生物不仅可通过代谢产生香气物质,同时还通过产生多种酶以及与酿酒酵母之间相互作用对果酒风味品质起到积极作用。因此,近年来,选择性能优良的非酿酒酵母与酿酒酵母共发酵已成为提高猕猴桃酒香气和品质的研究热点,且应用效果良好。

目前,应用于猕猴桃果酒发酵的菌种有戴尔有孢圆酵母、异常威克汉姆酵母、乳酸菌、酒曲与酿酒酵母的混合体系等。非酿酒微生物对果酒品质的影响主要体现在以下几个方面:首先,与酿酒酵母相比,其他微生物乙醇转化能力较低,且对酒精耐受能力也较低,因此混菌发酵会降低果酒的酒精度。其次,其他微生物如非酿酒酵母较酿酒酵母能够产生更多种类和更高活性的果胶酶、糖化酶、脂肪酶等,提高发酵效率和产物代谢速率,提高原料利用率,缩短发酵周期。再次,在产生风味物质方面,其他微生物与酿酒酵母混合可增加果酒中风味物质的种类和含量,有效提升果酒风味品质,同时还具有较强的甘油产生能力,增加果酒的甜味,使果酒的口感更加圆润。最后,多种微生物发酵果酒中内容物如多糖、甘露糖蛋白、有机酸、多酚等物质,具有改善果酒口感和酒体,增强甜度、圆润度、芳香持久性,增加酒体稳定性等作用。但同时研究也表明,非酿酒酵母等其他菌种对发酵和成酒质量的影响和葡萄品种、成熟度、酵母属种、菌株、接种时间、接种率和酿造方式等密切相关。因此依据不同品种猕猴桃、酵母种类、酿造方式和目标果酒类型进行工艺技术研发也是未来的重点和难点。

3 猕猴桃果酒酿造工艺条件

在猕猴桃果酒酿造工艺中,原料品种、原料处理方式、发酵温度、发酵液p H值、菌种接种量、SO2添加量和初始糖度等因素对整个酿造过程以及成品酒的质量均有不同程度的影响。

3.1 糖度

糖是发酵微生物代谢的主要能源物质,是决定乙醇含量的物质基础,同时影响果酒甜酸滋味和口感。相较于酿酒所需要的糖度,猕猴桃含糖量偏低,因此在猕猴桃果酒发酵过程中需要额外添加糖从而保证微生物的生长、繁殖、代谢以及乙醇含量。目前研究认为猕猴桃果酒糖度一般控制在20~25°Bx,但对加糖方式研究较少,且生产上对于加糖时间、加糖量、加糖形式等的把控也较为粗放。

3.2 发酵温度

温度是影响微生物代谢速率和酶活的关键因素,温度对酒精含量、挥发性风味物质组成等均有密切关系,发酵温度越高,酵母繁殖速率越快,代谢越旺盛,因此温度过低酵母生长繁殖和代谢均会收到抑制,发酵启动困难,容易污染杂菌,不利于酒精发酵和风味物质产生,但温度过高酵母衰亡期也会提前,产酒能力下降,影响果酒品质和口感。因此,温度的选择是控制果酒发酵至关重要的条件,但不同品种、不同糖度条件下温度选择也不尽相同,目前研究和生产上采用的温度一般为16~25℃,最高温度一般控制在28℃以下。

3.3 接种量

接种量的大小主要影响果酒发酵的速率,发酵速率过慢产酒率低,不利于果酒品质形成,但接种量大会导致发酵过旺,发酵果酒品质不够细腻柔和,因此适宜的酵母添加量对猕猴桃果酒品质和口感均有较大影响。虽然目前关于猕猴桃果酒接种量研究较多,但多数研究以百分比、质量体积比或质量比来表示,导致不同形式(液体、冻干粉),不同来源,不同活性酵母接种比例差异较大。因此,酵母接种量的确定需要结合发酵原料、p H、糖度、菌种来源及形式确定。

3.4 果胶酶

猕猴桃含有较高的果胶,因此在猕猴桃果酒中添加果胶酶提高出汁率、澄清度和增加有益物质溶出,改善果酒的稳定性、风味和口感。果胶酶的使用往往根据酶的来源和使用方法而差异较大,唐雪等认为贵长猕猴桃果酒最佳果胶酶使用量为0.2%,孙洪浩等认为野生猕猴桃最佳果胶酶使用量为80 mg/L。因此,酶的使用一方面要注重酶种类的选择,要根据原料果胶含量特征、果胶酶品种活性等,另一方面注重果胶酶使用方法,应注意考察果胶酶使用条件(添加量、温度、p H等)以及与其他酶如纤维素酶等的合理搭配。

3.5 其他

SO2添加量、原料预处理、p H、发酵时间等均会影响果酒风味品质。SO2具有抑菌、护色、抗氧化及增酸等作用,p H对菌种生长繁殖以及酶活等均有显著影响,而带渣发酵又会增加猕猴桃发酵醪中功能活性成分含量,以上各因素均会对果酒品质产生影响。但良好的果酒品质是以上各因素共同作用的结果。因此,以形成关键共性技术为导向,根据原料品种差异和辅料如果胶酶来源、品质、活性等的差异,优化工艺参数并形成稳定的酿造技术,是猕猴桃果酒发酵工艺研究的重点。

4 降酸技术

果酒中的有机酸是影响果酒发酵过程和风味品质的重要因素之一,猕猴桃果酒有机酸的来源包括原料和菌种,其中猕猴桃原料中富含奎尼酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸等,同时猕猴桃果酒发酵过程中许多微生物也会代谢产生乳酸等有机酸。研究表明,适量的有机酸可以赋予猕猴桃果酒醇厚感和清爽感,影响发酵微生物的代谢过程,促进果酒老熟与澄清,与合适的酒精协调可成就果酒的典型性。但过多的有机酸使猕猴桃果酒有酸涩感,口味酸涩,影响果酒的口感和品质。因此,在猕猴桃果酒酿制过程中往往需要进行降酸处理。

目前国内外用于果酒降酸的方法主要有物理降酸法、化学降酸法、离子交换降酸法和生物降酸法。物理降酸法主要采用低温法,经冷冻浓缩、沉淀、过滤、浸渍等繁杂处理降低到果酒中的酒石酸含量,但该方法虽然安全性高,但其操作较为复杂,且主要降低酒石酸含量,而猕猴桃中主要有机酸为奎宁酸和柠檬酸,因此该方法较少用于猕猴桃果酒发酵。化学降酸法主要是通过添加弱碱性盐中和发酵体系中的有机酸从而达到降酸的目的,该方法操作简单,但往往对弱碱盐的种类、使用量和使用方法有严格要求,容易对果酒风味和口感产生影响。离子交换降酸法是利用树脂中的活性离子与果酒中的有机酸离子进行交换中和酸根来降低果酒中酸含量,研究表明该方法在能够有效降酸的同时,还由于其对果酒中有利的风味物质影响较小,对果酒不利的物质如糠醛有一定吸附作用,甚至能够起到改善果酒风味的作用。此外,张军翔等研究发现,果酒经过苹果酸-乳酸发酵,在有效降低果酒的酸度的同时,还能够提高果酒中活性成分的含量或种类,目前,WU Z等分别将酵母和植物乳杆菌应用于猕猴桃果酒降酸研究,且取得了较为理想的效果。随着果酒降酸技术研究的不断深入,依据果酒中酸的构成及特征选择技术联合降酸是果酒行业发展的趋势,同时也是市场对于高品质果酒的必然选择之一。

5 澄清方法

猕猴桃果酒成分复杂,其所含果胶、蛋白质、单宁、酒石酸等大分子物质容易引起果酒不澄清以及不稳定,在货架期间容易出现沉淀和品质劣变的现象,导致产品品质不稳定。因此在装瓶销售之前有必要对其进行澄清处理。

果酒澄清方法包括自然澄清、机械澄清和化学澄清三种方法。自然澄清耗时长、效果也较差。采用机械过滤澄清可以大大缩短澄清时间,且随着微滤、超滤、反渗透等膜分离技术在果酒中的广泛应用,机械澄清效果得到极大提升,但如何保持果酒风味品质以及如何延长膜的使用寿命、减少环境污染等问题是机械澄清技术需要解决的迫切问题。化学澄清是目前应用较多、效率较高且效果好的方法。猕猴桃果酒化学澄清常用的澄清剂有果胶酶、壳聚糖、鸡蛋清、硅藻土、明胶等,孙洪浩等研究认为硅藻土、明胶和鸡蛋清单一澄清效果最优,董瑞丽等确定猕猴桃果酒最佳澄清剂为壳聚糖,分析其主要原因在于澄清剂的澄清效果与猕猴桃原料、不稳定原因、使用条件(p H、温度、使用量)等密切相关。为了减少发酵酒浑浊的因素不确定的影响,有效解决单一的澄清方法理想不理想等问题。徐洲等研究了复合澄清剂澄清效果,结果表明,采用复合澄清剂的效果好,而且对果酒的品质影响较小。

6 猕猴桃果酒存在的问题

目前应用于猕猴桃果酒的酵母菌株多为活性干酵母和葡萄酒酵母,因无专用酿造酵母这样使得发酵酒产品主体香味不突出,产品品质呈现较大的差异;不仅限制了产业规模、效能的进一步提升,也限制了发酵果酒风味品质品控标准的升级,制约了产业的高质量发展。

我国猕猴桃种植资源丰富,但是专用于酿酒的猕猴桃品种少有,因其不同的酿造原料和不同猕猴桃品种之间存在一定的差异性,使得加工出来的产品品质参差不齐,同时也使得猕猴桃的资源没有得到很好的整合利用。

相关标准和技术体系还不完善。目前猕猴桃酿造工艺主要是参考葡萄酒的工艺;然而不同的原料的成分、抗氧化活性、澄清处理等关键环节都不相同;缺少猕猴桃酒相关的国家标准,难以实现猕猴桃酒的标准化和现代化规模生产。

相对于葡萄酒而言,猕猴桃酒在产量和销售额以及市场份额都相差甚远,同时发酵型猕猴桃果酒作为果酒行业的新兴产品,整体市场定位还比较模糊,缺少代表性的企业和高端的品牌,市场带动性较弱。

7 结语

随着我国猕猴桃产业的发展,精深加工必将是猕猴桃产业发展的必由之路,果酒是目前猕猴桃最主要的加工方式市场潜力巨大。但猕猴桃果酒在走向可控化、标准化以及产品的高品质化过程中仍需从以下几个方面开展研究:(1)筛选专用的酿造酵母、培育针对特殊原料的发酵菌种、不同复配菌的搭配以及工程菌(产香、产酯等)的培育;(2)加工专用原料的选育以及与其他水果复配发酵的研究;(3)除了针对主发酵阶段进行工艺参数优化外,对其后期的后发酵(二次发酵)、澄清降酸,过滤等参数优化还得继续深入研究,以备形成较完善的体系;(4)针对发酵型猕猴桃果酒要制定完备的评价标准体系,推动产业健康发展。