葡萄皮渣酿造葡萄醋过程中化学成分动态变化分析

,, ,, ,李大

(1.广东石油化工学院果蔬加工与保藏开发中心,广东茂名 525000; 2.广东省茂名市质量计量监督检测所,广东茂名 525000; 3.茂名市食品药品检验所,广东茂名 525000)



葡萄皮渣酿造葡萄醋过程中化学成分动态变化分析

邓红梅1,古华龙2,邓云3,邱英莲3,黄瑶1,李大云1

(1.广东石油化工学院果蔬加工与保藏开发中心,广东茂名 525000; 2.广东省茂名市质量计量监督检测所,广东茂名 525000; 3.茂名市食品药品检验所,广东茂名 525000)

利用葡萄皮渣发酵的葡萄酒醪进行醋酸发酵酿造葡萄醋,并研究发酵过程中化学成分的动态变化。采用GC-MS、氨基酸分析仪和原子吸收光谱对发酵过程中化学成分动态变化进行分析。结果表明:葡萄酒醪和葡萄醋的香气成分的种类相似,主要为酯类和醇类(主要是琥珀酸单乙酯和苯乙醇);葡萄酒醪与葡萄醋氨基酸的种类和含量都相差较大,葡萄酒醪有15种氨基酸,葡萄醋只有5种氨基酸;检测的8种金属元素在葡萄酒醪和葡萄醋中差异不大。

葡萄皮渣,发酵,葡萄酒醪,葡萄醋,成分分析

众所周知,葡萄酒是对人体有益的低酒精健康饮品,可以提高人体免疫力、延缓衰老、促进机体新陈代谢[1-4]。全球每年葡萄酒消耗量约为307亿瓶。葡萄酒的生产伴随着大量的葡萄酿酒废弃物,俗称葡萄皮渣。为了避免环境污染,保证葡萄产业的可持续发展,加大对葡萄皮渣的深度开发利用,显得尤为重要。葡萄皮渣中含有大量的生物活性物质,其中主要是植物多酚化合物,如酚酸、黄酮、原花青素、白黎芦醇等,具有降血压、降血脂、抗氧化、抗肿瘤、抗心血管疾病等功效[5-8]。

前期本实验室研究了利用葡萄皮渣酿造葡萄醋的工艺[9],但是在葡萄皮渣酿造葡萄醋过程中酒精发酵阶段和醋酸发酵阶段各种物质发生了怎样的变化却少见报道。本实验采用GC-MS、氨基酸分析仪和原子吸收光谱技术对酒精发酵、醋酸发酵过程中化学成分动态变化进行分析研究,以期为葡萄皮渣酿造葡萄醋工业化发展提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

葡萄酒渣 由湖南赤霞珠葡萄酿酒后所得,主要成分是葡萄皮和葡萄籽;安琪红葡萄酒发酵酵母 湖北安琪酵母有限公司;沪酿1.01醋酸菌 上海酿造一厂。

Sykam全自动氨基酸分析仪 德国赛克姆公司;GCMS-2010QP-Plus气质联用仪(GC-MS) 日本岛津公司;AA-7000型原子吸收分光光度计 日本岛津公司;AFS-9330型双道原子荧光光度计 北京吉天仪器公司;PHS-3C型雷磁pH计 上海科晓科学仪器有限公司;YP40ZN型电子天平 上海精密科学仪器有限公司;WZ系列手持折光糖度计 上海聚亮光学仪器有限公司;RHWN-25OeATC型手持折光酒度计 漳州市新奥光电仪器有限公司;BSD-WX1280型立式智能精密摇床 上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

表2 双道原子荧光光谱工作条件Table 2 Working conditions for double channels AFS

1.2实验方法

1.2.1 葡萄酒渣酿造葡萄醋的工艺流程 将7.5 kg葡萄酒渣(湿重)装入已消毒的发酵罐(20 L)内→加蒸馏水(总量不超过罐容量70%为宜)→加白砂糖使糖度达18.0%→加入5.0%活化酵母→主发酵7 d→后发酵15 d→过滤→葡萄酒醪→调整酒度为9.0%vol→加入10%的二级醋酸菌种→有氧发酵10 d→封罐后熟30 d→膜过滤除菌→葡萄醋[9]。

1.2.2 GC-MS测定香气成分

1.2.2.1 样品预处理 取50 mL样品于分液漏斗,依次加入50、30、30 mL二氯甲烷,摇匀,分别萃取15、10、5 h,合并三次收集的有机相于旋转蒸发仪蒸发,蒸发剩5 mL时收集样品,密封备用。

1.2.2.2 色谱条件 色谱柱为Rtx-5MS(30 m×0.53 mm×1.0 μm),程序升温:柱温40 ℃保持1 min,以10 ℃/min升温240 ℃,保持5 min;进样口温度:220 ℃,不分流,载气He,进样量1 μL。

1.2.2.3 质谱条件 离子源EI,电子能量70 eV,离子源温度为200 ℃,接口温度为280 ℃。

1.2.3 氨基酸自动分析仪测定游离氨基酸含量

1.2.3.1 样品预处理 精确吸取2 mL样品于10 mL离心管中(并称量样品重量),加入2 mL 5%磺基水杨酸溶液,混匀,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盐酸溶液,3000 r/min离心15 min,上清液用0.45 μm微孔滤膜过滤,用移液管取1 mL滤液于25 mL烧杯中,在55 ℃ 抽真空的烘箱中烘干,再用5 mL移液管移取样品稀释液溶解,密封备用。

1.2.3.2 色谱条件 LCAK06/Na(水解氨基酸分析柱),柱温:58～74 ℃梯度控温;洗脱柱:0.45 mL/min;衍生泵:0.25 mL/min;检测器:440 nm/570 nm双波长检测器;反应器温度:130 ℃;进样体积50 μL。

1.2.4 原子吸收光谱测定微量元素

1.2.4.1 样品预处理 吸取酒样20 mL于100 mL消解罐中,在电热板加热赶酒精至近干约1～2 mL后,加10 mL 65%硝酸进行微波消解。吸取醋样1 mL于100 mL消解罐中加入10 mL 65%硝酸进行微波消解。两种样品消解后均移至电热板中赶酸至近干,加一级水分别定容于50 mL容量瓶中,然后分别用移液管从两个容量瓶中各移取5 mL消解液于另两个50 mL容量瓶中,分别加入2.5 mL 37.5%盐酸(测定砷元素时需同时加入10 mL抗坏血酸硫脲混合液),定容至50 mL,密封备用。

1.2.4.2 仪器工作条件 双道原子荧光光谱法测定铅、砷、汞元素,原子吸收光谱法测定铜、锌、锰、铁、钠元素,见表1和表2。

表1 原子吸收光谱工作条件Table 1 Working conditions for AAS

1.2.5 数据处理分析 质谱数据库NIST;氨基酸分析用ClarityAmino软件;元素分析用WizAArd软件。

2 结果与分析

2.1酒精发酵和醋酸发酵过程香气成分变化

葡萄酒醪和葡萄醋的香气成分的总离子流图,见图1～图2。从图中可以看出保留时间在10.0～11.0 min时的物质分离效果不是很理想。两图的出峰时间、峰尖个数和峰高都大致相同,每个图谱中都有大大小小的峰尖三十多个,这说明葡萄酒醪和葡萄醋的香气成分都有三十多种,利用 NIST 质谱库搜索相似度(SI),分别对其中面积较大的16个峰进行检索得出葡萄酒醪和葡萄醋的主要香气成分,采用峰面积归一化法计算出各组分的相对含量,见表3。

表3 葡萄酒醪和葡萄醋香气成分的分析结果Table 3 Analytical result of frangrance components in wine mash and grape vinegar

图1 葡萄酒醪香气成分总离子流图Fig.1 Total Ionic chromatogram of aroma components wine mash

图2 葡萄醋香气成分总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram of aroma components in grape vinegar

注:“-”表示不含该种物质。由表3可知,葡萄酒醪和葡萄醋的主要香气成分的种类相似,以高级醇和酯类最多,形成了葡萄酒醪和葡萄醋风味的主体。葡萄酒醪香气成分中有5种醇类物质占总峰面积的34.46%,葡萄醋香气成分中也有5种醇类物质占总峰面积的42.65%,相同的有苯乙醇、酪醇、异山梨醇和紫丁香醇4种,葡萄醋中比葡萄酒醪稍有增多。葡萄酒醪香气成分中有6种酯类(其中1种内酯)物质占总峰面积的64.24%,葡萄醋香气成分中也有6种同样的酯类物质占总峰面积的54.45%,除琥珀酸二甲酯外,葡萄醋中的另5种酯类都有增多。此外葡萄酒醪和葡萄醋香气成分中还有相同的4种烷烃类物质和1种酸类物质,只是相对含量不同，葡萄酒醪含量分别为1.17%、0.13%，葡萄酯含量分别为2.23%、0.67%。

果酒和果醋的香气主要包括品种香、发酵香和陈酿香,总的来说,芳香成分的大部分是由发酵香气组成[10-11]。醇类化合物主要是酵母发酵、氨基酸转化及亚麻酸降解物氧化的产物[12],表3中3-甲硫基丙醇是由蛋氨酸转化的[11],只在葡萄酒醪中检测到。苯乙醇是由苯丙氨酸转化的,它在葡萄酒醪中的相对含量为28.06%,而在葡萄醋中的相对含量为31.14%,该醇具有玫瑰花香味、蜂蜜味[13-14]。酪醇是由酪氨酸转化的[15],也是一种重要的呈香物质。适当的高级醇能赋于酒和醋良好的香气。酯类(包括内酯)主要由低碳脂肪酸通过辅酶A与醇类形成,或者来自氨基酸与酮酸的转化[12,16]。酯类物质特有的类似水果的味道是葡萄酒和葡萄醋风味的最重要成分之一,是形成酒、醋芳香的主要物质,如:琥珀酸二甲酯呈醚香、果香和焦香。其他烷烃类、酸类物质也是形成酒、醋风味的重要物质,各种香气成分相互调配协同,使酒、醋风味独特,丰满协调。

2.2酒精发酵和醋酸发酵过程游离氨基酸含量变化

利用氨基酸自动分析仪测定了17种氨基酸,除了脯氨酸的测定在波长440 nm,其余16 种氨基酸都在570 nm波长测定,图3是17种氨基酸标样色谱图。

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

图3 氨基酸标样色谱Fig.3 Chromatogram of standard sample of amino acids

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

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

注:“-”表示不含此种氨基酸。 从表4可见,葡萄酒醪有15种氨基酸,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种氨基酸,其中组氨酸(19.222 μg/mL)和天冬氨酸(14.910 μg/mL)含量最高。在酒精发酵与醋酸发酵过程中氨基酸发生了复杂的化学反应,而且不同的氨基酸含量变化也是不相同的[17]。酒中的氨基酸主要来源于果汁中的蛋白质酶解,酵母发酵过程中的代谢产物和发酵完毕后酵母细胞的自溶[18]。经过醋酸发酵后,葡萄醋氨基酸的种类和含量与葡萄酒醪的相比相差较大,可能是因为在醋酸发酵过程中,醋酸菌可以利用葡萄酒醪中氨基酸合成结构性和功能性蛋白质,用于生长醋酸菌体及合成酶类,也可以作为主要的营养氮源被醋酸菌快速利用,导致葡萄醋中游离的氨基酸总量会大量减少,且在发酵后期没有生成[17]。氨基酸对葡萄酒醪和葡萄醋的风味影响重大,脯氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、苏氨酸属甘味氨基酸,让产品风味甘醇,令人回味,谷氨酸、天冬氨酸味道鲜美带酸,赋予产品鲜酸爽口的风味,精氨酸、组氨酸微苦,相互调和也使产品产生独特的风味[19]。

2.3酒精发酵和醋酸发酵过程部分微量元素的变化

测定了葡萄酒醪和葡萄醋中8种微量元素及含量,结果见表5，8种金属元素在两种被测物中相差不大。矿质元素是葡萄酒、醋的重要组成,对葡萄酒、醋的颜色和风味都有重要影响[20]。矿质元素主要来源于葡萄原料中,而决定葡萄中矿质元素种类和含量的主要因素取决于葡萄种植和生长的环境(包括土壤、水质、气候等)[21]。所测得数据表明葡萄酒醪和葡萄醋各种微量元素含量基本保持一致,未发生明显变化,而且符合国家标准。

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

3 结论

3.1 葡萄酒醪主要香气成分中6种酯类物质占总峰面积的64.24%,5种醇类物质占总峰面积的34.46%,4种烷烃类物质占总峰面积的1.17%和1种酸类物质占总峰面积的0.13%。葡萄醋主要香气成分中6种酯类物质占总峰面积的54.45%,5种醇类物质占总峰面积的42.65%,4种烷烃类物质占总峰面积的2.23%和1种酸类物质占总峰面积的0.67%。

3.2 葡萄酒醪测出15种氨基酸,其中脯氨酸(260.722 μg/mL)和精氨酸(45.072 μg/mL)的含量最高。葡萄醋测出5种氨基酸,其中天冬氨酸(14.910 μg/mL)和组氨酸(19.222 μg/mL)含量最高。

3.3 葡萄酒醪和葡萄醋各种微量元素含量均符合国家标准,且两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

邓红梅(1965-)，女，大学本科，副教授，主要从事天然产物开发及食品生物技术方面的研究，E-mail:dhm005@126.com。

广东省高校果蔬加工与贮藏工程技术开发中心开放基金资助(2015B003);广东石油化工学院发展规划“创新强校”项目资助(GYFG2016B008)。

TS255.1

:A

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

10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.027