超高压处理对发酵桑椹酒香气的影响*

袁小单，马永昆，王行，马辉，邓娜娜，徐伟

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江，212013)

桑椹，又叫桑果，为桑科落叶乔木桑树的成熟果实，有红桑、白桑、紫桑等不同种类，而含丰富红色素的紫椹被广泛用于酿酒，其品种有“镇椹一号”、“台桑”、“大十”等，但不同品种的桑椹香气相差较大，因此酿出的桑椹酒香气也有很大差别，因此研究桑椹酒的香气有助于高品质桑椹酒的开发。此外，新酿制出来的桑椹酒有较强的刺激感，香气不协调，需要经过长期陈酿才能变得协调柔和，但自然陈酿生产周期长、资本消耗大、质量不可控。超高压技术应用于催陈酒类有催陈效率高、温度升幅小、条件可控、质量稳定等明显优势。近年来，国内外研究表明［1－2］，超高压技术应用于酒类处理时，会导致液体体积减小、反应物浓度增加、分子运动碰撞加剧、pH降低、温度升高等，同时高压物理能会导致酯键、氢键等键能变化，引起合成、分解等化学反应，从而高效催陈酒类。李汴生［3］、励建荣等［4］用超高压处理黄酒，均发现黄酒的酯类等特征香气物质有所增加，其香气得到改善;梁茂雨等［5］用超高压处理干红葡萄酒后，发现酯类化合物增加，产品风味更柔和。本课题组也在超高压黄酒香气成分方面做了研究，发现超高压后黄酒的香气得到了改善［6］。本文用超高压技术处理桑椹酒，采用SPME-GC-MS联用的方法检测超高压处理前后的桑椹酒主要香气成分，结合感官评价，以期得到高品质的桑椹酒，并为桑椹酒的超高压催陈提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

桑椹:镇椹一号，采自镇江世业洲生态园。

壬醇(色谱纯)，美国 sigma公司;NaCl(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

3L智能化超高压食品处理装置，江苏大学超高压食品研究所提供;手动进样器，美国Supelco公司;50/30um DVB/CAR/PDMS萃取纤维头，美国Supelco公司;Agilent6890/5973型气质联用仪，美国Agilent公司;PC-420型电热磁力搅拌器，美国Corning公司;手动式塑料薄膜封口机，浙江省永嘉水电机械厂。

1.3 试验方法

1.3.1 桑椹酒的制备方法

桑椹冻果在常温下解冻，打浆后，离心取清汁，向桑椹清汁中加适量果胶酶，于30℃恒温水浴锅酶解1 h，再加入适量酵母，22℃下进行主发酵，主发酵结束后18℃下进行后发酵，后发酵完成后得到的桑椹原酒，用聚乙烯袋包装置于4℃冰箱备用(24 h内处理)。

1.3.2 桑椹酒超高压处理

超高压处理压力分别为200、400和600 MPa，保压时间为20 min，温度为25℃，对应样品编号为A200、A400和A600，未处理样品编号为A0.1，超高压设备有效体积3 L，升压速率100 MPa/min，解压时间12 s，保压过程中压差为±10 MPa。处理后的样品置于4℃下保藏，待检，时间不超过24 h。

1.3.3 桑椹酒SPME萃取方法

实验中比较了不同萃取头对桑椹酒香气的萃取效果，发现50/30umDVB/CAR/PDMS萃取头更适合桑椹酒，它不仅萃取的总化合物多，总色谱峰的面积大，全面，而且色谱峰响应强度也稍大。萃取条件:取5 mL桑椹酒加入15 mL顶空瓶中，添加1.0 g分析纯NaCl、4 μL 的壬醇(内标)，于 40℃ 加热平台上预热10 min后，萃取30 min，磁力搅拌速度800 r/min。

1.3.4 GC-MS参数条件及分析

色谱柱:DB-WAX柱(60m×0.25 mm，0.25 μm)。

色谱条件:SPME萃取头解吸5 min，进样口温度280℃，载气为高纯氦气，流量1.0 mL/min，不分流。程序升温:起始温度50℃，保持5 min，以6℃/min的速度升至150℃，再以8℃/min的速度升至230℃，保持5 min。

质谱条件:5973型四极杆质谱仪，接口温度250℃，电子轰击(EI)离子源，电子能量为70eV;电子倍增器电压为1 353V;离子源温度为230℃;四极杆温度为150℃;质量扫描范围33～450amu。

定性方法:将未知图谱与NIST98库图谱比对，结合质谱以及桑椹酒香气物质成分的气相色谱Kovats保留指数［7］(retention index)进行定性。

定量方法:采用内标法定量，根据对桑椹酒中挥发性香味化合物进行分离鉴定时添加内标的量，以挥发性香味化合物的色谱峰面积与内标的色谱峰面积进行比较，计算出每一种挥发性香味化合物相对于内标的量。

1.3.5 感官评定方法

由12名经过感官培训的品评专业人员对桑椹酒香气的典型性、协调性、丰富性进行评价，利用排序分析法对桑椹酒样品香气按照由弱到强排序。

2 结果与分析

2.1 桑椹酒香气成分总离子流图

桑椹酒经不同超高压条件处理后，经GC-MS检测得到总离子流图，如图1所示。其中A0.1为未处理的桑椹酒，A200、A400、A600为 200、400、600 MPa 处理 20 min的桑椹酒。

图1 超高压处理前后桑椹酒香气成分总离子流图Fig.1 Total ion current chromatogram of Gas Chromatography-Mass Spectrometry(GC-MS)of untreated and high pressure treated mulberry wine

2.2 桑椹酒主体香气成分筛选

桑椹酒香气成分总离子流图见图1，桑椹酒的香气成分主要由醇类、酯类、酸类、酮类等30种成分构成(表1)。食品中香气成分的阈值及其含量，是用来评价该香气成分对食品风味贡献的重要参数，根据Guadagni的香气值理论［10］，食品中香气浓度高而阈值低的成分很可能是食品的特征香气或主体香气成分，而香气强度是指香气浓度与香气阈值的比值［11］，可以反映某一香气成分对食品总体风味的贡献程度。表2列出了桑椹酒中特征香气成分的香气阈值［9－10］及香气强度，异戊醇、苯乙醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、壬醛的香气强度均大于1，，可初步判定这些物质是对桑椹酒的风味贡献比较大的特征香气成分。这与 Luchai Butkhup［9］、赵新节［12］等学者检测到的桑椹酒特征香气成分基本相同，这些成分呈现出果香、酯香、植物的花香和水果的甜香，构成了桑椹酒特有的香气。

表1 不同超高压处理桑椹酒的香气成分及其含量Table 1 Contents and aromatic compounds identified in different ultra high pressure treated mulberry wine

2.3 超高压处理对桑椹酒香气成分的影响

2.3.1 超高压处理对桑椹酒中醇类、醛类的影响

超高压400 MPa、600 MPa处理20 min后，桑椹酒中乙醇含量分别下降2.63%和3.39%。乙醇含量的降低可使酒体变柔和，减少刺激感。在高压下水分子可能更容易结合乙醇分子，使醇-水的缔合度增加［9］，并且在高压下，一些中性酸会发生解离反应，释放出H+［13］，使体系pH值下降，而微酸环境下乙醇-水缔合体之间的质子交换加速，有利于更稳定缔合体形成，这对陈酿是有利的［14］。异戊醇经 200 MPa处理20 min，其含量增加了0.28%，而400 MPa、600 MPa处理20 min后，其含量分别下降6.56%和10.65%。异戊醇的合成是以亮氨酸为前体物，在脱氨酶、脱羧酶等酶的参与下完成的。200 MPa的压力可能激活了脱氨酶、脱羧酶的活性，异戊醇的合成效率变高，从而含量增加;压力大于400 MPa，蛋白质受到较大破坏变性沉淀较多，不利于氨基酸形成，所以在400 MPa、600 MPa处理下可能导致异戊醇的前体物亮氨酸含量减少，从而使异戊醇含量下降。

表2 桑椹酒中特征香气成分香气描述、香气阈值及香气强度Table 2 Descriptions，odor thresholds and odor activity values of characteristic aroma components in mulberry wine

β-苯乙醇属芳香醇类，具有蜂蜜甜香、玫瑰花香［15］，400 MPa处理20 min增加了4.60%。醇类含量的增加，可能是高压物理能使某些结合醇类的糖苷健断裂，使桑椹酒中的醇类香气成分释放［16］。从这些变化中可以看出，超高压处理对桑椹酒的香气能够起到改善的作用。

乙醛具特有的刺激性气味［15］，经 200 MPa、400 MPa和600 MPa处理20 min后含量分别下降了8.03%、14.04%和17.73%。超高压下可能使乙醛发生氧化反应生成乙酸，乙酸含量的增加又促进了乙酸乙酯的合成。

壬醛具有玫瑰花香、李子香，经400 MPa、600 MPa处理20 min后含量分别增加了4.55%和2.21%。乙醛含量的降低可以减少桑椹酒的刺激感，壬醛含量的增加可以丰富桑椹酒花香香气，使整体香气柔和。

2.3.2 超高压处理对桑椹酒中酯类、酸类的影响

乙酯类在桑椹酒中占很大比重，其中一些是主要香气成分。乙酸乙酯具有果香、酯香，己酸乙酯具有强烈的酒香和苹果香，辛酸乙酯具有带有甜味的果香，这些酯类的含量在400 MPa处理20 min后均有不同程度的增加，分别增加了7.70%、62.40%和7.82%。检测发现，400 MPa下乙醇、乙酸、己酸、辛酸的含量有所下降，说明它们参与合成了以上酯类，使其含量增加，并且超高压处理过程中，压力每升高100 MPa，高压腔内温度会提高 2 ～3℃［17］，温度的升高也能够加速醇、酸的酯化反应［18］。乙酸异戊酯具有新鲜香蕉味、果香，是桑椹酒特征香气之一，在超高压条件下，桑椹酒中参与异戊醇和乙酸反应的酶可能被激活，从而导致乙酸异戊酯含量的增加。400 MPa、600 MPa处理20 min其含量显著增加，分别增加了17.63%和10.86%。以上数据表明，超高压处理有促进酯类物质合成的作用，从而使桑椹酒的酯香、果香更突出。

乙酸具有醋味，辛酸有腐败味、涩味，这些气味都会对桑椹酒香气产生不利的影响。经超高压处理含量均有下降。400 MPa处理20 min，乙酸含量下降显著(P＜0.05)，下降了27.35%，600 MPa处理 20 min，辛酸含量显著下降(P＜0.05)，下降了12.08%，酸类的减少降低了桑椹酒的刺激感，使整体香气更趋向柔和。

2.4 超高压处理对桑椹酒感官品质的影响

超高压处理前后的桑椹酒由12位品评员进行品评，A0.1、A200、A400、A600的秩和分别为 14、27、45、35。采用Friedman检验进行样品显著差异分析，查表得出自由度为3，5%显著水平X02=7.81［19］，计算得 X2=27.45＞X02，采用最小显著极差法进行多重比较，通过比较LSD0.05值和两个样品的秩和差值，确定各样品间的差异程度。通过分析可以得出，在5%的显著水平上，A0.1与 A200、A400和 A600差异性显著，A400与A200和A600差异性显著A200和A600差异不显著，所以经400 MPa、20 min处理的样品A400的香气最好，果香浓郁丰富、协调柔和;A200，A600样品的香气次之，果香典型但不突出，略有刺激感;对照A0.1的香气最弱，有典型果香但刺激感较强，香气不协调。

3 结论

(1)桑椹酒香气成分主要由醇、酯、酸、醛等30种化合物组成，特征香气成分为异戊醇、、苯乙醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、乙醛、壬醛等。

(2)通过对挥发性香气成分的检测表明，超高压处理可增加桑椹酒中乙醇、水之间的缔合度，促进醇类、醛类的氧化作用，酸、醇之间的酯化作用，有一定催陈作用。

(3)压力对桑椹酒的催陈效果影响较大。桑椹酒经400 MPa、20 min处理，酯类含量显著增加，酸类含量显著下降(P＜0.05)，香气更加丰富柔和，相应的，感官评价结果表明400 MPa处理20 min的桑椹酒香气柔和典型、醇厚协调。

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