微波处理对黑米酒物理化学特性的影响

陈卓瑶 - 原江锋,2 -,2 候增超 - 王大红,2 -,2 李佩艳 - 龚明贵 - 张 彬

(1.河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023；2.东部战区总医院药理科，江苏 南京 210002)

黑米素有“药米”“补血米”之称，是稻米中的保健珍品[1]。黑米酒是以黑米为原料，以甜酒曲或黄酒曲发酵而成的，属于黄酒类[1-2]。黑米酒中含有十分丰富的氨基酸[3]、矿物质、维生素[4]等，以及数十种多酚类化合物[5]，具有较强的抗氧化活性[6]。消费者逐步意识到黑米酒的保健价值，对黑米酒的消费量逐年增加。发酵后的黑米酒口感较苦涩，在陈酿过程中黑米酒中活性物质、酒体颜色等会发生变化，陈酿时间越长黑米酒的口感和色泽越好。传统的陈酿方法需要消耗大量的成本和时间，不利于黑米酒企业的发展。

目前超声波催陈、脉冲电场催陈、超高压催陈等[7]人工催陈技术已用在对葡萄酒[8]、白酒[9]、醋[10]、黑米酒[11]的催陈研究中。微波催陈是一种新型技术，被认为是最具有前景的催陈技术之一。微波是频率在300 MHz～300 GHz的非电离电磁波，在工业、科学和医疗中使用的频率一般为0.915～2.450 GHz[12]。微波技术由于热效率高、穿透能力强等特点，通常用于缩短食品加工过程的时间。微波催陈技术是物理催陈法的一种，是指用人为地施加微波加速酒体中各种成分相互转化的方法，促进酒的老熟，以缩短贮存时间[13]，其原理是：微波能够产生高频振荡，促使酒中分子运动频率与微波相同，酒中各种极性分子方向也随之变化。使酒精与水分子结合形成更紧密、更稳定的大分子群；新酒经过微波处理之后，加速了酯化等反应的进行，新的脂类化合物快速形成，酒的香味变得浓郁，因此可以加速酒的陈化[14]。胡诗琪等[15]研究优化了白酒微波催陈工艺；江京等[16]研究发现了微波催陈黄酒的较佳工艺条件；李聪等[17]研究发现微波处理可以提高葡萄酒的色度，但对葡萄酒的pH没有影响。黑米酒发酵后也需要陈酿，已有采用超声处理可以催陈黑米酒的报道[11]，而关于微波处理对黑米酒物理化学特性的影响尚未见报道。

试验拟利用微波处理黑米酒，探究不同微波功率、时间、温度作用下对黑米酒的总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量、颜色以及抗氧化活性的影响，为微波催陈黑米酒过程中对黑米酒的物理化学特性的影响提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

黑米酒：色泽紫黑、透明澄清、酒精度9%，陕西朱鹮黑米酒业有限公司；

没食子酸：分析纯，上海阿法埃莎化学有限公司；

芦丁：分析纯，中国食品药品检定研究所；

Folin-Ciocalteu：分析纯，美国Sigma公司；

乙二胺四乙酸(EDTA)、三氯乙酸(TCA)、碳酸钠、硝酸铝、氢氧化钠：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备

实验室微波合成仪：XH-MC-1型，北京祥鹄科技发展有限公司；

自动色差计：SC-80C型，北京康光光学仪器有限公司；

紫外—可见光分光光度计：UV765型，上海仪电分析仪器有限公司；

旋转蒸发器：RE-52A型，上海亚荣生化仪器厂；

低温冷却液循环泵：DLSB-10L型，巩义市予华仪器有限责任公司；

大扭矩调速型蠕动泵：WT6000S型，保定雷弗流体科技有限公司；

万分之一天平：BS124S型，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 微波处理 通过以下单因素试验设计，探究微波处理对黑米酒中主要活性成分、颜色、抗氧化活性的影响。

(1)微波功率：固定微波时间15 min，微波温度40 ℃，研究微波辐射功率分别为100，300，500，700，900 W时对黑米酒中总酚、总黄酮、总花青素、颜色、抗氧化活性的影响。

(2)超声时间：固定微波功率500 W，微波温度40 ℃，研究微波辐射时间分别为5.0，7.5，10.0，12.5，15.0 min时对黑米酒中总酚、总黄酮、总花青素、颜色、抗氧化活性的影响。

(3)微波温度：固定微波功率500 W，微波时间15 min，研究微波辐射温度分别为40，50，60，70，80 ℃时对黑米酒中总酚、总黄酮、总花青素、颜色、抗氧化活性的影响。

1.2.2 总酚含量测定 采用Folin-酚比色法[18]，以没食子酸为对照品。

1.2.3 总黄酮含量测定 采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[19]，以芦丁为对照品。

1.2.4 总花青素含量测定 采用pH示差法[20]。

1.2.5 颜色测定 采用SC-80C全自动台式色差计直接测量CIELab值。其中L*值表示亮度，称为亮度指数，L*值越大则亮度越高，L*值越小则亮度越低；a*，b*是色度指数，a*>0，代表红色，a*<0，代表绿色，b*>0，代表黄色，b*<0，代表蓝色。进一步根据样品的L*、a*、b*计算样品色差ΔE*。

ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2。

(1)

1.2.6 DPPH自由基清除能力 参考Dutta等[21]的方法。

1.2.8 羟自由基(·OH)清除能力 参考Liu等[23]的方法。

1.2.9 抗脂质过氧化能力 参考Yuan等[24]的卵磷脂法。

1.3 数据处理

以上所有单因素试验均重复3次，使用Microsoft Office Excel 2010软件进行图表绘制，SPSS 22.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 微波功率对黑米酒中主要活性成分、颜色及抗氧化活性的影响

2.1.1 主要活性成分变化 经试验得，总酚类的标准曲线回归方程为y=0.012 3x+0.005 4，R2=0.999 4；总黄酮的标准曲线回归方程为y=0.002 9x+0.007 4，R2=0.999 4。

由图1可知，与未处理的黑米酒相比，随着微波功率的增加，黑米酒中总酚、总黄酮、总花青素的含量均呈下降趋势；总酚下降幅度较小，总黄酮与总花青素的下降趋势较为明显；总酚、总黄酮、总花青素含量下降幅度分别为7.36%，12.01%，71.04%。针对活性成分变化的可能原因：① 微波产生的高频电磁场会使水分子产生运动并相互摩擦，导致分子间化学键断裂产生瞬时高温，从而诱导自由基的产生[25]，因此微波处理后黑米酒发生的理化变化十分复杂，所以可以加速黑米酒的熟化。② 福林酚法测定的原理是氧化还原反应，多酚类物质在微波的作用下有可能发生了一定的变化，但福林酚法仅是测定含酚基团的数目，可能并不能区分由微波处理引起的变化，导致用该法测定的总酚含量变化并没有总黄酮和总花青素显著[26]。

2.1.2 颜色变化 由表1可知，微波处理对黑米酒的颜色变化影响较小。不同微波功率处理后黑米酒的L*、a*、b*均先增加后减小，即黑米酒的亮度、红色和黄色指标在较低微波功率处理时有所增加，说明微波处理可以改善黑米酒的颜色。在微波功率为100 W时，黑米酒的L*、a*、b*值及ΔE*值最大，说明此时黑米酒颜色变化最为明显。随着微波功率的增加，高功率处理的黑米酒比低功率处理的黑米酒中主要活性成分含量和抗氧化活性明显的降低，因此微波催陈黑米酒时应选择较低功率。

图1 微波功率对黑米酒中总酚、总黄酮、总花青素含量的影响

Figure 1 Effects of microwave power on the contents of total phenols, total flavones and total anthocyanins in black rice wine

利用SPSS 22.0统计软件对不同微波功率处理下黑米酒中总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量、L*、a*、b*值间的相关性进行分析，结果如表2所示。微波功率与总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量间有明显相关性，系数为-0.988，-0.987，-0.999；总酚含量与总黄酮含量、总花青素含量之间也明显相关，系数为0.982，0.984。总黄酮含量与总花青素含量也明显相关(0.983)。

表1 微波功率对黑米酒L*、a*、b*的影响

Table 1 Effects of microwave power onL*,a*,b*of black rice wine

微波功率/WL∗a∗b∗ΔE∗原酒35.07±0.1238.90±0.8431.26±1.040.0010035.55±0.1739.61±0.2932.05±0.181.1630035.43±0.1139.23±0.2132.01±0.140.7850035.16±0.3938.60±0.5131.97±0.280.7770035.10±0.2338.49±0.1631.60±0.120.2990035.08±0.0538.95±0.8031.57±0.460.31

† *具有显著性差异，P<0.05；**具有极显著差异，P<0.01。

图2 微波功率对DPPH自由基、超氧阴离子、羟自由基清除率和抗脂质过氧化能力的影响

Figure 2 Effect of microwave power on DPPH radical, superoxide anion, hydroxyl radical scavenging capacity and anti-lipid peroxidation capacity

2.2 微波时间对黑米酒中主要活性成分、颜色及抗氧化活性的影响

2.2.1 主要活性成分变化 由图3可知，与未经处理的黑米酒相比，随着微波处理时间的增加，黑米酒中总酚和总黄酮含量整体呈缓慢下降趋势，下降幅度分别为4.46%，9.40%；总花青素含量受微波时间影响较为显著，微波处理5.0 min后下降速率明显增加，下降幅度为64.47%。结果表明，微波处理时间对黑米酒中总酚、总黄酮含量的影响比对总花青素的要小，总花青素含量的变化可能与微波处理过程中花青素的降解和结构变化有关，其具体机理需要进一步研究。

2.2.2 颜色变化 由表3可知，不同微波时间处理后黑米酒的L*、a*、b*值随着微波处理时间的增加均呈先增加后减小的趋势。微波处理黑米酒15.0 min时，黑米酒b*和ΔE*值最大，即黑米酒颜色变化较为明显。长时间微波处理对黑米酒的颜色变化比短时间处理影响要大。总之，微波处理时间对酒体的颜色影响不大。

图3 微波时间对黑米酒中总酚、总黄酮、总花青素含量的影响

Figure 3 Effect of microwave time on the content of total phenols, total flavonoids and total anthocyanins in black rice wine

表3 微波时间对黑米酒L*、a*、b*的影响

Table 3 Effect of microwave time onL*,a*,b*of black rice wine

微波时间/minL∗a∗b∗ΔE∗原酒35.07±0.1238.90±0.8431.26±1.040.005.035.62±0.1639.26±0.8131.33±0.660.667.535.60±0.0939.14±0.2631.30±0.310.3310.035.42±0.1838.61±0.2231.31±0.140.4612.535.26±0.1438.60±0.1731.27±0.380.1215.035.16±0.3938.60±0.5131.97±0.280.77

将不同微波时间处理下黑米酒中总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量、L*、a*、b*进行相关性分析，结果如表4所示。微波时间与总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量、L*之间有明显相关性，系数分别为-0.988，-0.985，-0.994，0.980；总酚含量与总黄酮含量、总花青素含量之间也明显相关(0.981，0.993)；总黄酮含量与总花青素含量也明显相关，系数为0.994。

表4 不同微波处理时间黑米酒活性物质与L*、a*、b*的相关性†

† *具有显著性差异，P<0.05；**具有极显著差异，P<0.01。

图4 微波时间对清除DPPH自由基、超氧阴离子、羟自由基和抗脂质过氧化能力的影响

Figure 4 Effect of microwave time on DPPH radical, superoxide anion, hydroxyl radicalscavenging capacity and anti-lipid peroxidation inhibition capacity

2.3 微波温度对黑米酒中主要活性物质、颜色及抗氧化活性的影响

2.3.1 主要活性成分变化 由图5可知，与未经处理的黑米酒相比，随着微波处理温度的增加，黑米酒总酚含量与总黄酮含量均呈下降趋势；不同微波温度处理对黑米酒中总花青素含量影响较为显著，80 ℃时下降幅度为79.92%。由此可知，黑米酒中主要活性成分含量随着微波温度的增加而减小，说明微波催陈黑米酒时温度不宜过高。过高的温度对黑米酒有加热的功能，因此应避免过高的微波温度影响黑米酒的风味。

图5 微波温度对黑米酒中总酚、总黄酮、总花青素含量的影响

Figure 5 Effect of microwave time on the content of total phenols, total flavonoids and total anthocyanins in black rice wine

2.3.2 颜色变化 由表5可知，黑米酒的L*、a*、b*值均发生了不同程度的变化。微波处理温度为80 ℃时ΔE*的值较高，说明过高的微波温度对黑米酒的颜色影响较大。结合微波温度对黑米酒中主要活性成分和抗氧化活性的影响可知，微波催陈黑米酒宜采用较低的温度处理较为合适。

由表6可得，微波温度与总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量之间有明显相关性，系数分别为-0.972，-0.996，-0.994；总酚含量与总黄酮含量、总花青素含量也明显相关(0.969，0.978)；总黄酮含量与总花青素含量明显相关(0.972)。

表5 微波温度对黑米酒L*、a*、b*的影响

Table 5 Effect of microwave temperature onL*,a*,b*of black rice wine

微波温度/℃L∗a∗b∗ΔE∗原酒35.07±0.1238.90±0.8431.26±1.040.004035.16±0.3938.60±0.5131.97±0.280.775033.68±0.1338.47±0.1631.11±0.371.476033.65±0.2738.66±0.1531.13±0.231.647033.63±0.1838.70±0.2731.14±0.521.478033.59±0.1038.54±0.3131.10±0.242.10

表6 不同微波处理温度黑米酒活性物质与L*、a*、b*的相关性†

† *具有显著性差异，P<0.05；**具有极显著差异，P<0.01。

图6 微波温度对清除DPPH自由基、超氧阴离子、羟自由基和抗脂质过氧化能力的影响

Figure 6 Effect of microwave temperature on DPPH radical, superoxide anion, hydroxyl radical scavenging capacity and anti-lipid peroxidation inhibition capacity

3 结论

通过试验可知，不同微波功率、微波温度、微波时间处理后，黑米酒中总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量以及黑米酒的抗氧化活性随着微波功率的增大、温度的升高、时间的延长均有不同程度的下降，且对黑米酒的亮度、红色及黄色等颜色特性值也有不同程度的影响，但总体影响不大。主要原因是微波产生的高频振荡使黑米酒中分子的运动更加复杂，化学变化也更加明显。对于黑米酒的抗氧化能力而言，其变化趋势与主要活性成分含量存在高度相关性，黑米酒中总酚含量、总黄酮含量、总花青素含量和抗氧化活性的变化与陈酿过程中变化大致相同，说明微波处理可以有效地催陈黑米酒，但微波处理对于黑米酒中其他物质的影响和具体处理参数还需进一步试验研究。