蒙古栎主要风味成分在风干过程中的变化

赵 虎,尹 雷,李兰晓,李记明,姜文广,于 英,沈志毅

(烟台张裕集团有限公司技术中心,山东烟台 264000)

蒙古栎主要风味成分在风干过程中的变化

赵 虎,尹 雷,李兰晓,李记明*,姜文广,于 英,沈志毅

(烟台张裕集团有限公司技术中心,山东烟台 264000)

对蒙古栎橡木在室外自然风干过程中糅花单宁、总酚和挥发性香气成分的含量的变化进行了分析。结果表明:风干2年即可使总酚以及部分挥发性化合物达到稳定,但鞣花单宁和具有不良气味的化合物如壬烯醛、苯酚等变化较缓慢,需3年的时间才能达到稳定水平。而风干时间达4年时,酚醛以及糠醛等化合物的含量由于氧化、挥发等原因则下降。因此,蒙古栎适宜的风干时间确定为3年。

蒙古栎,风干,糅花单宁,总酚,挥发性化合物,变化

橡木桶陈酿是葡萄酒生产中的重要工艺环节,在橡木桶陈酿过程中,葡萄酒的颜色、香气、口感均得以明显改善,尤其是橡木中的一些挥发性香气成分,如橡木内酯类、酚醛类、糠醛类、挥发酚类化合物,可使葡萄酒产生橡木、香草、烤面包、烟熏等复杂香气,是使葡萄酒产生陈酿特征的主要化合物[1]。葡萄酒行业使用的橡木桶,主要是源自法国的无柄橡(Quercuspetraea)和美国的美洲白橡(Quercusalba),且不同品种橡木的陈酿效果有明显差别,无柄橡陈酿的酒,香气较幽雅细腻,且易与葡萄酒的果香和酒香融为一体;而美洲白栎的挥发性香气物质含量更多,较为浓烈,较易游离于所酿葡萄酒的果香和酒香之上。蒙古栎(QuercusmongolicaFisch)主要分布于我国东北地区,是我国主要的工业用材树种。研究表明,蒙古栎制作橡木桶,陈酿效果介于两者之间,具有更好的葡萄酒口感,能酿造橡木香、果香、酒香协调幽雅的葡萄酒,具有较高的应用潜力。

橡木桶对葡萄酒陈酿效果的影响,除品种因素外,橡木桶在制作过程中所经历的风干和烘烤工艺也会对橡木的成分产生明显影响[2]。其中,风干是橡木桶制作过程中一个重要的、必不可少的工艺环节。由于刚砍伐时,橡木中的水分含量高达60%,其成分和机械性能并不适宜制作木桶,因此,必须通过风干使橡木中的水分降至适宜水平,以防止木板开裂和变形。

风干过程中,橡木的成分还将发生一系列有利于橡木品质的变化[3],如随着橡木中水分含量的减少,橡木中的纤维软化,木板的机械抗性提高,降低了制桶过程中,桶板发生断裂的几率。更重要的是,在风干过程中,橡木中的化学成分由于蒸发以及降雨、紫外和微生物等因素的共同作用[4],发生复杂的变化,并在葡萄酒的陈酿过程中,对葡萄酒的风味产生影响。

对于葡萄酒陈酿经常使用的两种橡木,无柄橡和美洲白橡来讲,由于品种特性差异,其风干时间也有所不同,美国橡木的风干时间一般为24个月,而法国橡木由于单宁含量较多,风干时间相对较长,一般为36个月。随着国际葡萄酒市场的不断发展,开发新的橡木资源的需求越来越大,国外学者对产自西班牙的橡木在风干过程中的变化进行研究[5-6],结果表明,风干过程中橡木的挥发性化合物和鞣花单宁等非挥发性化合物均产生复杂的变化,但与烘烤过程相比,风干对橡木成分的影响相对较小[7-10]。

目前,国内已有多家橡木桶公司,除进口板材生产橡木桶外,也有厂家开始以国内的橡木为原料生产橡木桶,但由于品种方面的差异,对于风干和烘烤等关键工艺对国产木桶成分的影响尚不清楚。因此,本研究对蒙古栎在风干过程中,不同化合物和指标的变化情况进行研究,以期为国产橡木的规模化开发提供工艺技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蒙古栎 由烟台神马橡木制品有限公司提供,产自中国长白山地区,树龄50年以上;无水乙醇、酒石酸、酒石酸氢钾、无水硫酸钠、氯化钠为分析纯试剂,二氯甲烷、γ-己内酯、3,4-二甲基苯酚、顺式橡木内酯、反式橡木内酯、丁香酚、鞣花酸、没食子酸、香草酸、丁香酸、阿魏酸、香草醛、丁香醛、松柏醛、芥子醛均为色谱纯 购自上海国药集团。

QP2010 Plus气相色谱质谱联用仪 日本岛津公司;RE-52A旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂;1100型高液相色谱仪(二极管阵列检测器) 美国Agilent公司;Lambd950紫外可见分光光度计 美国PE公司。

1.2 实验方法

1.2.1 橡木板的风干与取样 橡木采伐后按照法国木桶的传统切割方式,劈切成(100～110) cm×(6～12) cm×(3～3.3) cm的桶板,按照每层9根木板,每层木板与相邻层木板垂直码垛成20层高的木方,在室外进行自然风干,年降水量为600～700 mm,年平均气温11～13 ℃。取样时,从木方中部随机选择5根木板并标记,每年的12月份检测分析一次。

1.2.2 橡木提取液的制备 将橡木板两端去除1 cm,然后从木板两端分别截取5 cm木材并粉碎,粉碎后过20目筛,准确称取5 g橡木粉末,置于250 mL模拟酒溶液中(12%vol乙醇,0.7 g/L酒石酸,1.11 g/L酒石酸氢钾),20 ℃避光浸泡15 d,每天定时摇瓶一次,然后用布氏漏斗过滤,滤液置于4 ℃冰箱待测[11]。

1.2.3 总酚含量的测定 采用分光光度法[12]。将橡木提取液用蒸馏水稀释10倍,用1 mm的比色皿,测定提取液在280 nm波长的吸光度。总酚含量以橡木提取液的吸光度表示。

1.2.4 鞣花单宁含量的测定 取0.5 mL橡木提取液,在氮吹和室温条件下,加入2 mL 0.1 mol/L的亚硝酸溶液,密封条件下室温反应60 min后,在600 nm波长下测定蓝色溶液的吸光值,以吸光度为横坐标，鞣花单宁含量为纵坐标，得到的标准曲线方程为Y=9.1582X+0.0296，R2=0.9982。根据标准曲线计算橡木中鞣花单宁的含量[13]。

1.2.5 挥发性化合物含量的测定

1.2.5.1 挥发性化合物的提取 准确取50 mL橡木提取液,添加100 μL以95%乙醇配制的内标物γ-己内酯和3,4-二甲基苯酚溶液(浓度分别为2 mg/mL、20 mg/L),加NaCl至饱和,用二氯甲烷液液萃取3次,每次15 mL。萃取结束后合并有机相,用无水硫酸钠干燥,然后用真空旋转蒸发仪,30 ℃条件下将有机相浓缩至1 mL,再用氮吹仪吹至500 μL,置于4 ℃冰箱,供GC-MS分析[11]。

1.2.5.2 GC-MS分析 色谱条件:SUPELCOWAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm),进样口温度为230 ℃,检测器温度290 ℃;载气为氦气,流速为1.1 mL/min;进样量为1 μL,分流比30∶1,升温程序为:初温45 ℃,以3 ℃/min升至230 ℃,保持25 min,然后以10 ℃/min升至270 ℃,保持21 min。

质谱条件:EI电离源,电子轰击能量为70 eV,离子源温度为230 ℃;扫描范围为35～350 amu[11]。

1.3 数据处理

用Microsoft Excel 2010做图。用SPSS 17.0对数据进行Duncan新复极差检验分析。

2 结果与分析

2.1 蒙古栎风干过程中鞣花单宁含量的变化

从图1可以看出,蒙古栎在风干过程中,鞣花单宁含量整体呈下降趋势,在第1年的风干过程中,鞣花单宁的含量变化相对较小,与风干开始时的橡木(CK)相比,没有显著差异(p>0.05);而从风干的第2年时开始,鞣花单宁含量较原橡木显著减少(p<0.05)。这表明橡木中的鞣花单宁,虽然可在溶解、氧化以及微生物的降解作用下出现含量降低的变化趋势,但其含量变化需要相对较长时间。由于鞣花单宁具有较强的收敛性[15],因此,风干时间在3年及以上,可防止过多的糅花单宁进入到葡萄酒中而影响其口感。

图1 蒙古栎在风干过程中鞣花单宁含量的变化曲线Fig.1 Evolution of the concentration of ellagic tannin during seasoning process

2.2 蒙古栎在风干过程中总酚含量的变化

从图2可以看出,蒙古栎在风干的前2年,由于降雨、氧化等因素的影响,橡木中总酚含量快速减少;此后,随着风干时间的延长,总酚含量基本趋于稳定,这可能是由于随着风干时间的延长,橡木中水分含量尤其是自由水的含量减少,橡木中的酚类物质溶出变慢,同时由于紫外和微生物等因素,橡木中木质素降解产生的酚类化合物与溶出和氧化损失的多酚化合物趋于平衡,因此,在风干时间达到2年及以上时,橡木中的总酚含量即趋于稳定。

表1 风干过程中酚醛和酚酮类化合物含量的变化(μg/g)Table 1 Evolution of the concentration of phenolic aldehyde and phenolic ketone during seasoning process(μg/g)

注:同行数据标有不同小写字母表示差异显著(p<0.05),表2～表4同。

图2 风干过程中总酚含量的变化Fig.2 Evolution of the concentration of total phenol during seasoning process

2.3 蒙古栎风干过程中酚醛和酚酮类化合物含量的变化

橡木中的酚醛和酚酮类化合物主要源于木质素的降解,其中,香草醛是最易被人感知的橡木香气成分之一,具有香草和奶香气味[16]。从表1可以看出,在橡木中共检测出16种酚醛和酚酮类化合物,其中,丁香醛含量最高,其次是香草醛、芥子醛和松柏醛以及3-甲氧基-4-羟基苯丙酮和乙基香草醚,其余酚醛或酚酮类化合物含量较低,均不足1 μg/g。

风干过程中,除丁酰香草酮、甲基香草醚和香草基丙酮这3种化合物的含量未出现显著变化外,其余化合物的含量均出现显著变化,尤其是香草醛、丁香醛和芥子醛这几种含量较高的化合物,在风干时间为1年时,其含量较风干开始时无显著变化或显著下降,而在风干时间为2年时,其浓度较风干开始时显著(p<0.05)增加。其他酚醛和酚酮类化合物,如松柏醛和乙酰香草酮等,其含量在风干过程中也出现显著增加,并且其含量的最大值,大多都出现在风干时间为2年或3年时。而当风干时间为4年时,除少量的酚醛化合物如乙酰香草酮、乙基香草醚,其含量仍有显著增加外,其他酚醛和酚酮类化合物的含量较风干3年时无显著变化或下降。这主要是由于随着风干时间的延长,大部分木质素降解产生的酚醛和酚酮化合物,会由于挥发、氧化等原因而浓度下降。

2.4 风干过程中挥发酚类化合物含量的变化

表2 风干过程中挥发酚类化合物含量的变化(μg/g)Table 2 Evolution of the concentration of volatile phenolic compounds during seasoning process(μg/g)

表3 风干过程中内酯、呋喃及相关化合物含量的变化(μg/g)Table 3 Evolution of the concentration of lactone and furfuran and related compounds during seasoning process(μg/g)

橡木中的木质素可降解产生具有苯酚和甲氧基苯酚结构的一系列挥发性酚类化合物,如愈创木酚、甲基愈创木酚、丁香酚等,这些化合物是使橡木产生烟熏和香料等气味的主要化合物[17]。从表2可以看出,在橡木中共检测出10种酚类化合物,其中丁香酚、4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚的含量相对较高,而其余8种挥发酚的含量均不足1 μg/g。

根据挥发酚的含量在风干过程中的变化规律,大体可以分为三类。第一类是风干过程中,其含量出现显著变化的化合物,这类化合物主要包括具有甲氧基苯酚结构的愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚和具有双甲氧基苯酚结构的2,6-二甲氧基苯酚和4-甲基-2,6-二甲氧基苯酚,其含量在风干的第1年或第2年出现显著增加,而在风干的第3年和第4年,其含量保持不变或呈下降趋势。第二类是在风干过程中,其含量虽有波动,但并未发生显著变化,这类化合物包括丁香酚、异丁香酚和4-乙基愈创木酚。而第三类化合物则主要包括苯酚,其含量在风干过程中显著减少,尤其是风干第一年,其含量由风干开始时的0.73 μg/g快速降至0.26 μg/g,此后苯酚含量有所波动,但其含量无显著变化。由于苯酚可使葡萄酒产生墨水和消毒水等不良气味[18],因此,风干过程中苯酚含量减少,有利于提高橡木香气品质。

2.5 风干过程中内酯、呋喃及相关化合物含量的变化

橡木中的内酯类化合物,主要源于橡木中羟基脂肪酸的分子内脱水[19],而呋喃、吡喃等化合物则由橡木中半纤维素降解产生的[20]。从表3可以看出,在橡木中共检出顺反橡木内酯等内酯类化合物3种,以及糠醛、麦芽酚、苯甲醛、2-乙酰基呋喃、2-吡咯甲醛等化合物13种。其中,顺式橡木内酯、反式橡木内酯、糠醛和苯甲醇在未风干的橡木中含量较高,而其他几种化合物的含量较低,均不足1 μg/g。风干过程中,2-乙酰基呋喃、顺反橡木内酯以及苯乙醇等12种化合物的含量在风干过程中虽有所波动,但与风干开始时的橡木相比,没有显著变化;而苯甲醛、苯甲醇、糠醛以及5-羟甲基糠醛这4种化合物的含量在风干过程中,均显著升高,其中,苯甲醛和糠醛是使橡木产生杏仁和烤面包香气的主要化合物[21]。

2.6 风干过程中脂肪醛和脂肪醇类化合物含量的变化

在风干过程中,橡木中的不饱和脂肪酸可氧化分解产生一些脂肪醛类和脂肪醇类化合物,这些化合是使橡木产生青草、灰尘和锯末等不良气味的主要化合物[22]。从表4可以看出,在橡木中共检测出4种脂肪醛类和2种脂肪醇类化合物,其中2-壬烯醛和1-己醛是橡木中含量最多的两种脂肪醛化合物,且这两种化合物的阈值(分别为0.5和4.5 μg/kg)较低,是使橡木产生生草和生青等不良气味的主要化合物。虽然1-己醛和2-辛烯醛的含量在风干过程中,均出现显著增加的情况,但几种脂肪醛类化合物的含量在风干前后整体呈显著下降的趋势,尤其是风干时间为3年时,脂肪醛类化合物的含量较新鲜橡木显著减少,而风干时间为4年时,脂肪醛类化合物的含量基本趋于稳定。由于己醛和壬烯醛具有明显的青草气味,因此,其含量的下降有利于提高橡木香气的品质。而1-己醇和2-乙基-1-已醇两种脂肪醇类化合物,在风干过程中含量虽有所减少,但并无显著变化,而且由于含量较低,阈值较高,对橡木及葡萄酒的风味不会产生明显影响。

表4 风干过程中脂肪醛和脂肪醇类化合物含量的变化(μg/g)Table 4 Evolution of the concentration of aliphatic aldehydes and aliphatic alcohols during seasoning process(μg/g)

3 讨论与结论

蒙古栎进行自然风干的过程中,鞣花单宁和总酚的含量显著减少,其中鞣花单宁含量降低的速率较慢,需3年时间达到稳定,而总酚含量下降的速率较快,2年时间即达到稳定。对挥发性化合物的检测结果表明,风干过程中,香草醛、丁香醛等酚醛类化合物在风干2至3年时,浓度最高,此后由于氧化和挥发等因素,其含量保持不变或呈下降趋势。挥发酚和内酯及呋喃类化合物则表现出3种不同的变化趋势,一类是具有甲氧基苯酚结构的愈创木酚及其同系物和苯甲醛、苯甲醇、糠醛等化合物,其含量在风干过程中显著增加;第二类则是丁香酚、橡木内酯等化合物,其含量在风干过程中无显著变化;第三类主要以苯酚为代表的,其含量在风干过程中显著减少。橡木中易产生青草等不良气味的化合物,如壬烯醛和己醛的含量,在风干3年时显著减少。因此,从上述分析可以看出,在橡木的自然风干过程中,既存在风味化合前体的降解使挥发性化合物增加的因素,也存在挥发以及氧化等因素使挥发性化合物减少的因素。虽然风干2年时,即可使总酚以及香草醛和愈创木酚等挥发性化合物达到稳定,但鞣花单宁和具有不良气味的化合物如壬烯醛和苯酚的含量变化较慢,需3年的时间才能达到稳定水平;而进一步延长风干时间,酚醛以及糠醛等化合物的含量由于氧化、挥发等产生损失。因此,蒙古栎适宜的风干时间确定为3年。

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The changes of principal flavor components ofQuercusmongolicaduring seasoning process

ZHAO Hu,YIN Lei,LI Lan-xiao,LI Ji-ming*,JIANG Wen-guang,YU Ying,SHEN Zhi-yi

(Center of Science and Technology,Changyu Group Co.,Ltd.,Yantai 264000,China)

The content of ellagitannin,total phenol,and volatile components ofQuercusmongolicawere determined during the natural seasoning in the opening air. Results showed that the content of total phenolic and some volatile compounds reached stability after seasoned for two years,but the changes of ellagitannin and some undesirable odor compounds such as 2-nonenal,phenol were slowly,and it took three years to reach the level of stability. When the seasoning time got up to four years,the content of phenolic aldehyde and furfural compounds decreased due to the oxidation and volatilization. Therefore,the suitable seasoning time for Mongolia oak was determined as 3 years.

Quercusmongolica;seasoning;ellagitannin;total phenol;volatile components;changes

2016-10-11

赵虎(1979-)，男，硕士研究生，工程师，研究方向：葡萄与葡萄酒，E-mail：zhhu007@126.com。

*通讯作者:李记明(1966-)，男，研究员，研究方向：葡萄酒工艺和葡萄栽培，E-mail：zyljm@163.com。

山东省泰山产业领军人才项目；烟台市科技发展计划项目(2013NC054)。

TS262.6

A

1002-0306(2017)08-0145-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.020