5种谷物蛋白对干红葡萄酒的澄清效果分析

邓佳珩,屈慧鸽,李 伟,陶文欣,徐银星

(鲁东大学生命科学学院,山东烟台 264025)

5种谷物蛋白对干红葡萄酒的澄清效果分析

邓佳珩,屈慧鸽*,李 伟,陶文欣,徐银星

(鲁东大学生命科学学院,山东烟台 264025)

本项目从糯米、大米、燕麦、青稞和荞麦等5种谷物籽粒中分别提取蛋白质,并将其添加到干红葡萄酒中进行澄清处理,2周后感官评价和理化指标分析结果表明:供试的5种谷物蛋白均能显著降低干红葡萄酒的浊度,且不同蛋白、不同添加量对葡萄酒的色调、色度、总酚等主要指标均具有显著影响(p<0.05)。浊度与色度和总酚含量之间呈极显著正相关(p<0.01),与色调和酒石酸含量之间呈显著正相关(p<0.05),与滴定酸、蛋白质及单宁含量之间相关性不显著(p>0.05)。通过主成份分析法提取到3个公因子,建立了综合因子得分模型,其中有3个处理综合因子得分高于对照,分别是“青稞600”、“荞麦600”和“荞麦900”,其葡萄酒均澄清透亮,无异味,品评得分85以上。

干红葡萄酒,谷物蛋白,浊度,澄清

葡萄酒营养丰富,对人体有良好的保健作用,其中的蛋白质、果胶类、酚类物质、金属离子、多糖、有机酸类等在陈酿过程中会发生一系列的物理化学变化,有可能使葡萄酒发生混浊,进而影响葡萄酒的质量[1]。因此,葡萄酒在酿制过程中需要对其进行澄清处理,其中添加澄清剂进行澄清的方法就是通常所说的“下胶”处理,其原理是向葡萄酒中加入一些带正电或负电的亲水物质,使之与葡萄酒中带负电或正电的物质结合絮凝,从而形成沉淀或胶泥,再采用过滤或离心的方法将沉淀分离出去[2]。通过下胶,不仅使葡萄酒的澄清度提高,还可使其香气、口感更为细腻,酒质会得到较大改善[3-5]。因此,英文常把“下胶”译为“fining”,意思是不仅使葡萄酒澄清,而是对葡萄酒的一个整体优化,其中澄清效果是最重要的,也是最显而易见。

下胶过程中,除了下胶条件外,最主要的就是下胶材料的筛选。用于下胶的物质种类有很多,如蛋白、鱼胶及明胶,但使用剂量往往难以掌握;另外还有一些矿物质材料,如皂土等,应用比较广泛,但容易造成葡萄酒颜色的降低,所以应该慎重使用[6-7]。因此,开发新的澄清剂显得尤为重要。

近年来,植源性蛋白作为葡萄酒的澄清剂已引起人们的广泛关注,其原因主要是来源广泛,成本低,可再生,绿色环保,易于提取和操作;再就是谷物蛋白本身具有的凝胶性、乳化性和溶解性等,使其作为澄清剂具有天然优势[8-16]。国内关于谷物蛋白的研究,主要集中在营养保健及饲料添加剂等方面[17-19],将其作为葡萄酒澄清剂的研究也有少量报道,如将大豆蛋白在山葡萄酒中的应用[20],笔者曾用小麦谷朊蛋白应用于葡萄汁的前处理以及干红葡萄酒的澄清处理中,取得了良好的效果[21-22],但关于其它来源的谷物蛋白澄清效果未见报道。

因此,本项目是在前期工作基础之上,拟选取5种植物材料,提取谷物蛋白,将其按照一定比例添加到干红葡萄酒中,低温静置一段时间后,对葡萄酒进行相关指标测定,通过软件SPSS对数据进行统计分析[23],确定最佳蛋白种类及其添加量,期望为生产应用提供一定的理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 干红葡萄酒 蛇龙珠葡萄 采自山东烟台,按照干红葡萄酒酿造工艺正常管理,酒精发酵温度控制在28～30 ℃,时间约为6 d,分离自流酒,在陈酿罐中贮存6个月,取上清酒液用于澄清实验。

1.1.2 谷物蛋白及提取方法 5种谷物籽粒 分别购自超市,提取方法均采用碱提酸沉法[24-29],在已有参考文献基础上有一定的改动,其基本提取流程为:原材料→脱脂→粉碎→碱液浸提→等电点沉淀→水洗至中性→低温干燥→粉碎→谷物蛋白。具体如下:

燕麦蛋白:称取燕麦籽粒1 kg,先用石油醚脱脂60 min,然后烘干,粉碎,40目过筛。按照1∶15(w/v)的比例加入pH9的NaOH溶液,搅匀,分装在1000 mL的烧杯中,每个烧杯装500 mL,放进超声波清洗机中,温度50 ℃,频率40 kHz,功率500 W,时间25 min。离心(4500 r/min),收集上清液,用1∶1的盐酸溶液调至pH4.0,使其沉淀。离心(4500 r/min),收集沉淀,水洗至中性,再次离心,收集沉淀,50 ℃干燥,粉碎,过200目,备用。

青稞蛋白和荞麦蛋白的提取参数同燕麦蛋白,青稞蛋白的等电点为pH5.0,荞麦蛋白的等电点为pH3.8。

大米蛋白和糯米蛋白碱提条件为:料液比 1∶12,pH9,温度45 ℃,提取时间60 min,等电点为pH5.2,其它条件同燕麦蛋白的提取。

1.1.3 设备 超声波清洗机,SB25-12BTD型 宁波新芝生物科技有限公司;中药流水式粉碎机 LH-08B型,浙江温岭市创立药材器械厂;高速离心机 HC-3018型,安徽中科中佳科学仪器有限公司;自动电位滴定仪 ZD-3A型,上海安亭电子仪器厂;数显浊度仪 WGZ-1型,上海悦丰仪器仪表有限公司;紫外-可见分光光度计 TU-1810型,北京普析通用仪器有限公司;电子分析天平 CP214型,奥豪斯仪器(上海)有限公司;电子计价秤 ACS-30-J型,广东香山衡华集团股份有限公司;电热恒温水浴锅 HH-S型,金坛市恒丰仪器厂;电热恒温鼓风干燥箱 DHG-9423A型,上海精宏实验设备有限公司。

1.2 实验设计

量取供试葡萄酒375 mL若干份,分装在500 mL的三角瓶中,分别按照300、600、900 mg/L的添加量用精密电子天平称取5种谷物蛋白,先用少量葡萄酒溶解,然后再添加到相应的待试葡萄酒中,密封,在摇床上室温震荡12 h,然后转移到375 mL无色透明的冰酒瓶中,以不添加任何蛋白的原酒作为对照,每个处理3次重复,密封,0 ℃保存2周,分离沉淀,对清酒进行感官评价和主要相关指标检测。

为了简化,文中的处理样品均采用谷物蛋白原料名称和添加量表示,如从燕麦蛋白,添加量为300 mg/L,即可简写为“燕麦300”。

1.3 检测指标及方法

浊度:浊度计法[30]。先用零浊度水校零,再用400 NTU的标准溶液进行校正,然后测样品浊度。(NTU指散射浊度单位,表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度)。

蛋白质含量:考马斯亮蓝法[30]。用牛血清白蛋白作标准曲线,考马斯亮蓝G-250显色,用分光光度计在595 nm测吸光值,在标准曲线上查找样品中蛋白质含量。

总酚含量:福林-肖卡试剂比色法[30]。以焦性没食子酸作标准曲线,在765 nm处测吸光值,在标准曲线上查找样品中酚含量。

单宁含量:福林-丹尼斯试剂比色法[30]。在碱性溶液中,单宁类化合物将磷钼酸和磷钨酸盐类还原成蓝色化合物,在760 nm处测吸光值,在标准曲线上查找样品中的单宁含量。

色度:分光光度法[31]。以蒸馏水作空白,于1 cm比色皿中测样品在420、520、620 nm的吸光值,则色度=OD420+ OD520+ OD620。

色调:分光光度计法[30]。以420 nm和520 nm处吸光值的比值来表示色调,即色调=OD420/OD520。

酒石酸含量:分光光度计法[31]。加入30%醋酸,以1%的偏钒酸钠作显色剂,在500 nm处测定其吸光值,在酒石酸标准曲线上查找样品中酒石酸含量。

滴定酸含量:电位滴定法[32]。用0.05 mol/L的NaOH溶液滴定,以pH8.2为滴定终点。

品评得分:聘请10位具有国家品酒资格的品酒员或对葡萄酒具有鉴赏能力的消费者,按照“国际葡萄与葡萄酒组织:百分制”的评分标准打分[33],取其平均值即为品评得分。评分标准为:色泽10分,澄清度10分,果香15分,酒香15分,滋味40分,典型性40分,满分100分。

1.4 数据处理

表1 葡萄酒经谷物蛋白处理后的浊度和颜色指标

注：表中数据表示平均数±标准误,字母表示差异显著性(p<0.05),表2同。采用SPSS 22软件对实验数据进行统计分析。首先通过方差分析,利用Duncan方法进行多重比较。因为所测的相关指标较多,葡萄酒的质量又是各指标间的平衡体现。因此通过SPSS 22软件采用主成分方法对指标值进行因子分析,即以最少的公因子对各指标进行最大的解释[23],再根据系统自动计算的公因子得分及方差贡献率,构建数学模型。最后对综合因子得分进行聚类分析,采用组间联接平方距离的方法,绘制谱系图,根据与对照距离的远近以确定最佳处理条件。

2 结果与分析

2.1 谷物蛋白对干红葡萄酒外观指标的影响

浊度越低,说明葡萄酒澄清度越高。由表1可知,添加了谷物蛋白的所有葡萄酒,其浊度显著低于对照,这说明了谷物蛋白能提高葡萄酒的澄清度;不同蛋白质,添加量不同,其浊度不同;同一种蛋白质,随着添加量的增加,相应的葡萄酒浊度表现并无规律性;相同的添加量,不同的蛋白质,其浊度表现也无规律性。

色度和色调主要描述葡萄酒颜色,色调主要评价葡萄酒颜色的类别,色度评价葡萄酒颜色的深浅,色度越高,说明葡萄酒的颜色越深。由表1可知,所有处理的葡萄酒,其色度均显著低于对照,但不同处理间有一定的差异性,许多处理并不显著。对照的色调较大,但与部分处理间无显著性差异。这说明了谷物蛋白虽然能降低葡萄酒的浊度,却使葡萄酒的颜色均有一定程度的变浅,对色调也有一定的影响。作为干红葡萄酒,为了达到一定的澄清度和稳定性,澄清处理是葡萄酒酿造过程中必不可少的环节,所以既要保证葡萄酒的稳定性,又要尽可能地保持葡萄酒的颜色,减少其损失是酿酒师的追求目标。

2.2 谷物蛋白对干红葡萄酒澄清相关指标的影响

葡萄酒的滴定酸包括酒石酸、苹果酸、琥珀酸、丙酮酸及其盐等[1],其含量对葡萄酒的口感影响很大。适量的酸度能增加葡萄酒的清爽性,可以平衡酒体;但酸度过高或过低均影响葡萄酒的口感。在酒精发酵和陈酿过程中,酸度均有一定程度的变化,尤其在陈酿过程中,由于酒石酸的析出及澄清剂的添加,酸度一般会降低,口感变得柔和。由表2可以看出,“荞麦600”的滳定酸含量最低,但与对照及许多处理无显著性差异;“糯米900”的滳定酸含量度最高,也与对照及许多处理无显著性差异,而它们二者之间的差异显著,说明了谷物蛋白对葡萄酒的滴定酸含量影响不大,不同蛋白不同添加量对滴定酸含量的影响不同,其中青稞蛋白和燕麦蛋白的影响最小,与对照均无显著性差异。

酒石酸是葡萄酒中特有的酸,常常以盐的形式存在,随着温度、酒度等变化而结晶析出,对葡萄酒的稳定性影响较大[1],一般酒石酸含量过高容易造成葡萄酒的不稳定。由表2可知,除了“糯米300”、“大米300”和“大米600”与对照无显著差异外,其它处理的葡萄酒,其酒石酸含量均显著低于对照,其中荞麦蛋白的3个添加量最低,不同蛋白对葡萄酒的酒石酸含量影响显著(p<0.05)。

葡萄酒中的酚类物质分为色素和无色多酚两大类,其中色素包括黄酮及花色素,无色多酚包括酚酸、聚合多酚及单宁等[1]。酚类物质含量及组成影响葡萄酒的稳定性和澄清度,由表2可知,“青稞600”、“燕麦300”、“荞麦600”和“荞麦900”与对照无显著性差异,其它处理的葡萄酒,其总酚含量均显著低于对照,不同蛋白对葡萄酒的总酚含量影响显著(p<0.05)。

表2 葡萄酒经谷物蛋白处理后的主要相关指标含量

表3 葡萄酒经澄清处理后主要指标间的Pearson相关性

注：*.在 0.05 水平(双侧)上显著相关;**.在0.01 水平(双侧)上显著相关。单宁是一类特殊的酚类化合物,是由一些非常活跃的基本分子通过缩合或聚合作用形成的,能引起葡萄酒的涩感[1]。单宁含量过高,会影响葡萄酒的质量,但在陈酿过程中,由于沉淀和氧化作用,单宁含量不断降低。作为干红葡萄酒,单宁含量越高,尤其是小分子量的单宁含量越高,酒体越丰满,一般适合陈酿。因此,在酿酒过程中,从原料筛选及发酵过程尽可能地使单宁溶解,期望延长葡萄酒的寿命。由表2可知,大米蛋白和燕麦蛋白的3个添加量及“荞麦300”与对照无显著差异,其它处理均显著低于对照,不同蛋白对葡萄酒的单宁含量影响显著(p<0.05)。

蛋白质对葡萄酒的稳定性造成不利影响,容易使葡萄酒浑浊、沉淀。葡萄酒中本身就含有一定的蛋白质,而目前所用的澄清剂大部分也是蛋白质,其下胶原理是带不同电荷的蛋白互相吸引,进而形成沉淀析出,而且蛋白质还能与酚类物质结合,形成沉淀析出,进而提高葡萄酒的稳定性,达到下胶的目的[2]。由表2可知,大部分处理与对照的蛋白质含量无显著性差异,只有“大米300”、“燕麦300”和“荞麦300”显著高于对照,原因可能是蛋白质的添加量过少,与葡萄酒中的蛋白质及酚类物质结合能力不够,即不仅不能形成沉淀析出,反而还会溶解到酒中,进而增加了葡萄酒中的蛋白质含量。

通过以上分析可知,谷物蛋白对葡萄酒澄清相关指标均有一定的影响,不同蛋白、不同添加量影响不同,因为葡萄酒的质量是各指标间平衡作用的结果,究竟哪个处理对葡萄酒澄清效果最好,需要进一步进行综合分析。

2.3 不同指标间的相关性分析

如表3所示,通过相关性分析可知,葡萄酒的浊度与色度和总酚含量呈极显著正相关(p<0.01),与色调和酒石酸含量呈显著正相关(p<0.05),与滴定酸、蛋白质及单宁含量相关性不显著(p>0.05);色度除了与浊度呈极显著正相关外,还与酒石酸和总酚含量呈显著正相关;色调与蛋白质含量呈极显著负相关,与浊度呈显著正相关;滴定酸与单宁含量呈极显著负相关;蛋白质与单宁含量呈极显著正相关,还与酒石酸含量呈显著负相关;总酚与单宁含量显著正相关。

通过以上分析可知,正因为这些指标之间存在一定的相关性,才有必要对其进行因子分析,用尽可能少的公因子解释较多的指标信息,使分析得到简化。另外,有些指标是反向指标,如浊度和蛋白质含量是越低越好,因此对其进行倒数处理(数据略),然后进行因子分析。

2.4 谷物蛋白对干红葡萄酒的澄清效应因子分析

表4 提取的3个公因子及其方差贡献率

注：提取方法:主成份分析法。

表5 因子得分系数矩阵

表6 不同实验处理的得分情况

由表4、表5可知,通过主成分分析法提取了3个公因子,其特征值均大于1,总的方差累积贡献率为70.776%。其中第 1 个公因子的方差贡献率为29.756%,旋转后为25.359%,在此公因子上得分系数绝对值≥0.6的指标有浊度、色度和总酚,用F1表示;第2个公因子的贡献率为24.822%,旋转后为24.413%,得分系数绝对值≥0.6的指标有单宁、蛋白质和滴定酸,用F2表示;第3个公因子的贡献率为16.198%,旋转后为21.004%,得分系数绝对值≥0.6的指标有酒石酸,用F3表示。3个公因子的累积方差贡献率为70.776%,代表了各指标的大部分信息,说明因子分析是合理的[23]。

尽管葡萄酒的浊度均低于对照,但评价葡萄酒的质量除了浊度外,综合因子得分更加重要。通过SPSS软件,系统自动计算出不同实验处理在3个公因子上的得分,再根据各个因子旋转后的方差贡献率(表4)确定权重,综合加权后构建数学模型[23]:综合因子得分 F=(25.359×F1+24.413×F2+21.004×F3)/70.776,如表6所示,可以看出:“青稞600”综合因子得分最高,为0.7942,其次是“荞麦600”和“荞麦900”,分别为0.6436和0.5790,“对照”排名第4,其综合因子得分为0.3942,其它处理的综合因子得分均低于对照。

2.5 谷物蛋白对干红葡萄酒的澄清后感官评价

通过感官品评,其中“青稞600”、“荞麦600”和“荞麦900”的品评得分分别为88、86、85分,对照为80分。其中“青稞600”的澄清效果最佳,对其感官评价如下:

外观:宝石红色,带紫色调,澄清透亮,无悬浮物,无杂质;

香气:浓郁,纯正,优雅,果香、酒香协调,无异味;

滋味:具有纯净、幽雅、爽怡的口味,酒体丰满,协调;

风味:具有蛇龙珠干红葡萄酒的典型风格。

3 结论

供试的5种谷物蛋白都能显著降低干红葡萄酒的浊度,且不同蛋白、不同添加量对葡萄酒的色调、色度、总酚等主要指标均具有显著影响(p<0.05)。尽管经5种植物蛋白澄清后,其葡萄酒的浊度均有下降,但综合因子得分高于对照的只有“青稞600”、“荞麦600”和“荞麦900”,其葡萄酒均澄清透亮,无异味,品评得分85以上。

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权威·核心·领先·实用·全面

Analysis of fining effect on dry red wine with 5 grain proteins

DENG Jia-heng,QU Hui-ge*,LI Wei,TAO Wen-xin,XU Yin-xing

(College of Life Science,Ludong University,Yantai 264025,China)

The proteins which extracted from 5 kinds of grains,such as glutinous rice,rice,oats,highland barley and buckwheat were added to the dry red wine. After 2 weeks,the results of sense evaluation and physical and chemical analysis showed that the 5 grain proteins could significantly decrease the wine turbidity. Different protein and additive amount had significant influences on the tonality,chromaticity,total phenol content and other major indexes of the wines(p<0.05). Turbidity was associated extremely significant with chromaticity and the total phenol content(p<0.01),and was associated significant with tonality and tartaric acid content(p<0.05). It was not remarkable relevance with titrable acid,protein and tannin contents. Three common factors were extracted by principal component analysis method. Then the comprehensive factor score model was set up. Among them,the score of three treatments such as “Highland barley 600”,“Buckwheat 600” and “Buckwheat 900” were higher than control. The wines were clarifying and bright,no objectionable odors,and their taste scores were more than 85.

Dry red wine;grain protein;turbidity;fining

2016-08-25

邓佳珩(1996-)，女，在读学士，研究方向：为生物科学，E-mail：djheng04@163.com。

*通讯作者:屈慧鸽(1968-)，女，硕士，副教授，研究方向：葡萄与葡萄酒工程，E-mail：qhge@163.com。

山东省农业重大应用技术创新课题项目(鲁财指2014-38)；山东省自然科学基金培养基金项目(ZR2015PC008)；鲁东大学葡萄酒学院建设发展基金项目(2012HX027)。

TS262.7

A

1002-0306(2017)05-0077-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.006