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(1.廣東石油化工學院果蔬加工與保藏開發(fā)中心,廣東茂名 525000; 2.廣東省茂名市質量計量監(jiān)督檢測所,廣東茂名 525000; 3.茂名市食品藥品檢驗所,廣東茂名 525000)

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葡萄皮渣釀造葡萄醋過程中化學成分動態(tài)變化分析

鄧紅梅1,古華龍2,鄧云3,邱英蓮3,黃瑤1,李大云1

(1.廣東石油化工學院果蔬加工與保藏開發(fā)中心,廣東茂名 525000; 2.廣東省茂名市質量計量監(jiān)督檢測所,廣東茂名 525000; 3.茂名市食品藥品檢驗所,廣東茂名 525000)

利用葡萄皮渣發(fā)酵的葡萄酒醪進行醋酸發(fā)酵釀造葡萄醋,并研究發(fā)酵過程中化學成分的動態(tài)變化。采用GC-MS、氨基酸分析儀和原子吸收光譜對發(fā)酵過程中化學成分動態(tài)變化進行分析。結果表明:葡萄酒醪和葡萄醋的香氣成分的種類相似,主要為酯類和醇類(主要是琥珀酸單乙酯和苯乙醇);葡萄酒醪與葡萄醋氨基酸的種類和含量都相差較大,葡萄酒醪有15種氨基酸,葡萄醋只有5種氨基酸;檢測的8種金屬元素在葡萄酒醪和葡萄醋中差異不大。

葡萄皮渣,發(fā)酵,葡萄酒醪,葡萄醋,成分分析

眾所周知,葡萄酒是對人體有益的低酒精健康飲品,可以提高人體免疫力、延緩衰老、促進機體新陳代謝[1-4]。全球每年葡萄酒消耗量約為307億瓶。葡萄酒的生產伴隨著大量的葡萄釀酒廢棄物,俗稱葡萄皮渣。為了避免環(huán)境污染,保證葡萄產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,加大對葡萄皮渣的深度開發(fā)利用,顯得尤為重要。葡萄皮渣中含有大量的生物活性物質,其中主要是植物多酚化合物,如酚酸、黃酮、原花青素、白黎蘆醇等,具有降血壓、降血脂、抗氧化、抗腫瘤、抗心血管疾病等功效[5-8]。

前期本實驗室研究了利用葡萄皮渣釀造葡萄醋的工藝[9],但是在葡萄皮渣釀造葡萄醋過程中酒精發(fā)酵階段和醋酸發(fā)酵階段各種物質發(fā)生了怎樣的變化卻少見報道。本實驗采用GC-MS、氨基酸分析儀和原子吸收光譜技術對酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵過程中化學成分動態(tài)變化進行分析研究,以期為葡萄皮渣釀造葡萄醋工業(yè)化發(fā)展提供一些理論依據。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

葡萄酒渣 由湖南赤霞珠葡萄釀酒后所得,主要成分是葡萄皮和葡萄籽;安琪紅葡萄酒發(fā)酵酵母 湖北安琪酵母有限公司;滬釀1.01醋酸菌 上海釀造一廠。

Sykam全自動氨基酸分析儀 德國賽克姆公司;GCMS-2010QP-Plus氣質聯(lián)用儀(GC-MS) 日本島津公司;AA-7000型原子吸收分光光度計 日本島津公司;AFS-9330型雙道原子熒光光度計 北京吉天儀器公司;PHS-3C型雷磁pH計 上?？茣钥茖W儀器有限公司;YP40ZN型電子天平 上海精密科學儀器有限公司;WZ系列手持折光糖度計 上海聚亮光學儀器有限公司;RHWN-25OeATC型手持折光酒度計 漳州市新奧光電儀器有限公司;BSD-WX1280型立式智能精密搖床 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠。

表2 雙道原子熒光光譜工作條件Table 2 Working conditions for double channels AFS

1.2實驗方法

1.2.1 葡萄酒渣釀造葡萄醋的工藝流程 將7.5 kg葡萄酒渣(濕重)裝入已消毒的發(fā)酵罐(20 L)內→加蒸餾水(總量不超過罐容量70%為宜)→加白砂糖使糖度達18.0%→加入5.0%活化酵母→主發(fā)酵7 d→后發(fā)酵15 d→過濾→葡萄酒醪→調整酒度為9.0%vol→加入10%的二級醋酸菌種→有氧發(fā)酵10 d→封罐后熟30 d→膜過濾除菌→葡萄醋[9]。

1.2.2 GC-MS測定香氣成分

1.2.2.1 樣品預處理 取50 mL樣品于分液漏斗,依次加入50、30、30 mL二氯甲烷,搖勻,分別萃取15、10、5 h,合并三次收集的有機相于旋轉蒸發(fā)儀蒸發(fā),蒸發(fā)剩5 mL時收集樣品,密封備用。

1.2.2.2 色譜條件 色譜柱為Rtx-5MS(30 m×0.53 mm×1.0 μm),程序升溫:柱溫40 ℃保持1 min,以10 ℃/min升溫240 ℃,保持5 min;進樣口溫度:220 ℃,不分流,載氣He,進樣量1 μL。

1.2.2.3 質譜條件 離子源EI,電子能量70 eV,離子源溫度為200 ℃,接口溫度為280 ℃。

1.2.3 氨基酸自動分析儀測定游離氨基酸含量

1.2.3.1 樣品預處理 精確吸取2 mL樣品于10 mL離心管中(并稱量樣品重量),加入2 mL 5%磺基水楊酸溶液,混勻,放置1 h,使蛋白沉淀,在加入1 mL 1%乙二胺四乙酸(EDTA)溶液和1 mL 0.06 mol/L鹽酸溶液,3000 r/min離心15 min,上清液用0.45 μm微孔濾膜過濾,用移液管取1 mL濾液于25 mL燒杯中,在55 ℃ 抽真空的烘箱中烘干,再用5 mL移液管移取樣品稀釋液溶解,密封備用。

1.2.3.2 色譜條件 LCAK06/Na(水解氨基酸分析柱),柱溫:58～74 ℃梯度控溫;洗脫柱:0.45 mL/min;衍生泵:0.25 mL/min;檢測器:440 nm/570 nm雙波長檢測器;反應器溫度:130 ℃;進樣體積50 μL。

1.2.4 原子吸收光譜測定微量元素

1.2.4.1 樣品預處理 吸取酒樣20 mL于100 mL消解罐中,在電熱板加熱趕酒精至近干約1～2 mL后,加10 mL 65%硝酸進行微波消解。吸取醋樣1 mL于100 mL消解罐中加入10 mL 65%硝酸進行微波消解。兩種樣品消解后均移至電熱板中趕酸至近干,加一級水分別定容于50 mL容量瓶中,然后分別用移液管從兩個容量瓶中各移取5 mL消解液于另兩個50 mL容量瓶中,分別加入2.5 mL 37.5%鹽酸(測定砷元素時需同時加入10 mL抗壞血酸硫脲混合液),定容至50 mL,密封備用。

1.2.4.2 儀器工作條件 雙道原子熒光光譜法測定鉛、砷、汞元素,原子吸收光譜法測定銅、鋅、錳、鐵、鈉元素,見表1和表2。

表1 原子吸收光譜工作條件Table 1 Working conditions for AAS

1.2.5 數(shù)據處理分析 質譜數(shù)據庫NIST;氨基酸分析用ClarityAmino軟件;元素分析用WizAArd軟件。

2 結果與分析

2.1酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵過程香氣成分變化

葡萄酒醪和葡萄醋的香氣成分的總離子流圖,見圖1～圖2。從圖中可以看出保留時間在10.0～11.0 min時的物質分離效果不是很理想。兩圖的出峰時間、峰尖個數(shù)和峰高都大致相同,每個圖譜中都有大大小小的峰尖三十多個,這說明葡萄酒醪和葡萄醋的香氣成分都有三十多種,利用 NIST 質譜庫搜索相似度(SI),分別對其中面積較大的16個峰進行檢索得出葡萄酒醪和葡萄醋的主要香氣成分,采用峰面積歸一化法計算出各組分的相對含量,見表3。

表3 葡萄酒醪和葡萄醋香氣成分的分析結果Table 3 Analytical result of frangrance components in wine mash and grape vinegar

圖1 葡萄酒醪香氣成分總離子流圖Fig.1 Total Ionic chromatogram of aroma components wine mash

圖2 葡萄醋香氣成分總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of aroma components in grape vinegar

注:“-”表示不含該種物質。由表3可知,葡萄酒醪和葡萄醋的主要香氣成分的種類相似,以高級醇和酯類最多,形成了葡萄酒醪和葡萄醋風味的主體。葡萄酒醪香氣成分中有5種醇類物質占總峰面積的34.46%,葡萄醋香氣成分中也有5種醇類物質占總峰面積的42.65%,相同的有苯乙醇、酪醇、異山梨醇和紫丁香醇4種,葡萄醋中比葡萄酒醪稍有增多。葡萄酒醪香氣成分中有6種酯類(其中1種內酯)物質占總峰面積的64.24%,葡萄醋香氣成分中也有6種同樣的酯類物質占總峰面積的54.45%,除琥珀酸二甲酯外,葡萄醋中的另5種酯類都有增多。此外葡萄酒醪和葡萄醋香氣成分中還有相同的4種烷烴類物質和1種酸類物質,只是相對含量不同，葡萄酒醪含量分別為1.17%、0.13%，葡萄酯含量分別為2.23%、0.67%。

果酒和果醋的香氣主要包括品種香、發(fā)酵香和陳釀香,總的來說,芳香成分的大部分是由發(fā)酵香氣組成[10-11]。醇類化合物主要是酵母發(fā)酵、氨基酸轉化及亞麻酸降解物氧化的產物[12],表3中3-甲硫基丙醇是由蛋氨酸轉化的[11],只在葡萄酒醪中檢測到。苯乙醇是由苯丙氨酸轉化的,它在葡萄酒醪中的相對含量為28.06%,而在葡萄醋中的相對含量為31.14%,該醇具有玫瑰花香味、蜂蜜味[13-14]。酪醇是由酪氨酸轉化的[15],也是一種重要的呈香物質。適當?shù)母呒壌寄苜x于酒和醋良好的香氣。酯類(包括內酯)主要由低碳脂肪酸通過輔酶A與醇類形成,或者來自氨基酸與酮酸的轉化[12,16]。酯類物質特有的類似水果的味道是葡萄酒和葡萄醋風味的最重要成分之一,是形成酒、醋芳香的主要物質,如:琥珀酸二甲酯呈醚香、果香和焦香。其他烷烴類、酸類物質也是形成酒、醋風味的重要物質,各種香氣成分相互調配協(xié)同,使酒、醋風味獨特,豐滿協(xié)調。

2.2酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵過程游離氨基酸含量變化

利用氨基酸自動分析儀測定了17種氨基酸,除了脯氨酸的測定在波長440 nm,其余16 種氨基酸都在570 nm波長測定,圖3是17種氨基酸標樣色譜圖。

表4 葡萄酒醪和葡萄醋氨基酸種類及含量Table 4 Types and contents of amino acid on wine mash and grape vinegar

圖3 氨基酸標樣色譜Fig.3 Chromatogram of standard sample of amino acids

圖4 葡萄酒醪氨基酸分析圖Fig.4 Wine mash amino acid analysis chart

圖5 葡萄醋氨基酸分析圖Fig.5 Grape vinegars amino acid analysis chart

注:“-”表示不含此種氨基酸。 從表4可見,葡萄酒醪有15種氨基酸,其中脯氨酸(260.722 μg/mL)和精氨酸(45.072 μg/mL)的含量最高。葡萄醋含有5種氨基酸,其中組氨酸(19.222 μg/mL)和天冬氨酸(14.910 μg/mL)含量最高。在酒精發(fā)酵與醋酸發(fā)酵過程中氨基酸發(fā)生了復雜的化學反應,而且不同的氨基酸含量變化也是不相同的[17]。酒中的氨基酸主要來源于果汁中的蛋白質酶解,酵母發(fā)酵過程中的代謝產物和發(fā)酵完畢后酵母細胞的自溶[18]。經過醋酸發(fā)酵后,葡萄醋氨基酸的種類和含量與葡萄酒醪的相比相差較大,可能是因為在醋酸發(fā)酵過程中,醋酸菌可以利用葡萄酒醪中氨基酸合成結構性和功能性蛋白質,用于生長醋酸菌體及合成酶類,也可以作為主要的營養(yǎng)氮源被醋酸菌快速利用,導致葡萄醋中游離的氨基酸總量會大量減少,且在發(fā)酵后期沒有生成[17]。氨基酸對葡萄酒醪和葡萄醋的風味影響重大,脯氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、蘇氨酸屬甘味氨基酸,讓產品風味甘醇,令人回味,谷氨酸、天冬氨酸味道鮮美帶酸,賦予產品鮮酸爽口的風味,精氨酸、組氨酸微苦,相互調和也使產品產生獨特的風味[19]。

2.3酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵過程部分微量元素的變化

測定了葡萄酒醪和葡萄醋中8種微量元素及含量,結果見表5，8種金屬元素在兩種被測物中相差不大。礦質元素是葡萄酒、醋的重要組成,對葡萄酒、醋的顏色和風味都有重要影響[20]。礦質元素主要來源于葡萄原料中,而決定葡萄中礦質元素種類和含量的主要因素取決于葡萄種植和生長的環(huán)境(包括土壤、水質、氣候等)[21]。所測得數(shù)據表明葡萄酒醪和葡萄醋各種微量元素含量基本保持一致,未發(fā)生明顯變化,而且符合國家標準。

表5 葡萄酒醪和葡萄醋微量元素種類及含量Table 5 Types and content of trace element on wine mash and grape vinegar

3 結論

3.1 葡萄酒醪主要香氣成分中6種酯類物質占總峰面積的64.24%,5種醇類物質占總峰面積的34.46%,4種烷烴類物質占總峰面積的1.17%和1種酸類物質占總峰面積的0.13%。葡萄醋主要香氣成分中6種酯類物質占總峰面積的54.45%,5種醇類物質占總峰面積的42.65%,4種烷烴類物質占總峰面積的2.23%和1種酸類物質占總峰面積的0.67%。

3.2 葡萄酒醪測出15種氨基酸,其中脯氨酸(260.722 μg/mL)和精氨酸(45.072 μg/mL)的含量最高。葡萄醋測出5種氨基酸,其中天冬氨酸(14.910 μg/mL)和組氨酸(19.222 μg/mL)含量最高。

3.3 葡萄酒醪和葡萄醋各種微量元素含量均符合國家標準,且兩者含量基本保持一致。

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Analysisonthedynamicchangeofchemicalcompositionintheprocessofbrewinggrapevinegarfromgrapepomace

DENGHong-mei1,GUHua-long2,DENGYun3,QIUYing-lian3,HUANGYao1,LIDa-yun1

(1.Technology Development Center of Fruit and Vegetable Processing and Storage Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China; 2.Maoming Quality Supervision and Inspection Measurement,Maoming 525000,China; 3.Maoming Food and Drug Administrating,Maoming 525000,China)

Wine mash fermented from grape pomace was used for acetic acid fermentation in brewing grape vinegar,and the dynamic changes of the chemical composition in the fermentation process was analyzed by GC-MS,amino acid analyzer and atomic absorption spectrographic analyzer. The results showed that the grape vinegar and wine mash contains similar types of aroma components,mainly esters and alcohols(specifically,monoethyl succinate and phenylethyl alcohol). On the other hand,the type and content of amino acids showed significant difference between wine mash and grape vinegar,with 15 amino acids in wine mash and 5 in grape vinegar. The contents of 8 metal elements tested in this study showed little difference between wine mash and grape vinegar.

grape pomace;fermentation;wine mash;grape vinegar;component analysis

2016-11-07

鄧紅梅(1965-)，女，大學本科，副教授，主要從事天然產物開發(fā)及食品生物技術方面的研究，E-mail:dhm005@126.com。

廣東省高校果蔬加工與貯藏工程技術開發(fā)中心開放基金資助(2015B003);廣東石油化工學院發(fā)展規(guī)劃“創(chuàng)新強?！表椖抠Y助(GYFG2016B008)。

TS255.1

:A

:1002-0306(2017)12-0146-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.027