枸杞白兰地蒸馏残液营养成分组成及挥发性物质研究

党 燕，赵智慧，董建方，马 艳，党文宏，张清安*

（1.陕西师范大学 食品工程与营养科学学院，陕西 西安 710119；2.宁夏红枸杞产业有限公司，宁夏 中卫 755100）

枸杞别名枸杞子，是一种著名的中药材，广泛分布在宁夏、甘肃、新疆、内蒙和河北等地，其中以宁夏枸杞质量最优[1]。传统上枸杞对一些慢性疾病，如发热、盗汗、咳嗽、咯血和糖尿病都有很好的疗效[2]；现代研究表明，枸杞具有多种药理功能，如抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、免疫调节和降低血糖等[3-4]。白兰地因其独特的风味特征而受到越来越多的关注[5]。通常所说的白兰地指以葡萄为原料发酵蒸馏制成的酒，而以其他水果为原料酿成的白兰地，则应冠以相应原料水果的名称[6-7]，枸杞白兰地则是指以枸杞鲜果为原料通过发酵蒸馏制成的酒[8]。

在枸杞白兰地的生产过程中会产生大量蒸馏残液，如果自然排放，将会严重污染环境并造成资源浪费。但蒸馏残液中含有丰富的多酚类、还原糖类和黄酮类营养成分，因此对蒸馏残液的回收利用成为一个关键的技术问题[9]。有研究表明，从酿酒废弃物中提取的具有抗氧化、抗炎作用的多酚、黄酮类化合物已经作为制药原料应用于化妆品中[10-11]。白兰地的香气成分极其复杂，目前我国仅能检测到约50种芳香成分[6]。白兰地特有的挥发性香气部分来源于原料固有的香气，但在发酵及蒸馏过程中形成的香气成分构成了白兰地的主要骨架香气[7]。采用GC-IMS可以完成样品的二维分离，对蒸馏残液的鉴别和鉴定非常有利[12]。

目前对酿酒残渣中营养成分的综合利用研究较多[13-14]，但未有对蒸馏残液重复利用的相关内容。本研究旨在了解枸杞白兰地蒸馏残液的理化性质、营养成分和挥发性风味，为枸杞白兰地蒸馏残液的进一步开发利用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

枸杞白兰地蒸馏残液由宁夏红枸杞产业有限公司研发中心提供，并在-20 ℃冰箱中保存备用；葡萄糖、没食子酸、芦丁标准品：色谱纯，成都曼思特生物科技有限公司；DNS试剂、福林酚：分析纯，Sigma公司；碳酸钠、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、乙醇：分析纯，天津天力化学试剂有限公司；试验所用水为纯净水，购于陕西娃哈哈乳品有限公司。

SG恒温水浴锅，上海安亭科学仪器厂；KQ-300VDE数控超声波清洗机，江苏省昆山市超声仪器有限公司；AL104型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；FB12-04有机膜设备，江苏九吾高科技股份有限公司；101型电热鼓风干燥箱，北京科伟永兴仪器有限公司；TU-1810紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 陶瓷膜预处理

枸杞白兰地蒸馏残液的陶瓷膜预处理：调节陶瓷膜分离机，安装孔径为5 nm的陶瓷膜，安装完毕后启用试验机；取一定量的蒸馏残液，对其进行粗滤处理，过滤后的液体置于陶瓷膜分离机中用0.4 MPa的压力进行分离。实验完成后，收集陶瓷膜滤过液（清液）与未透过液（浓缩液）。

1.2.2 陶瓷膜浓缩液与清液理化指标测定

可溶性固形物含量采用手持糖度计进行测定。

透光率的测定采用分光光度计法[15]。以蒸馏水做参比，在660 nm下，测定样品的透光率，用透过率表示样品的澄清度。

1.2.3 陶瓷膜浓缩液与清液营养成分测定

1.2.3.1 总糖的测定 参考赵凯等方法进行测定并稍作修改[16]。精确称取25 mg葡萄糖标准品，用蒸馏水溶解后置于25 mL容量瓶中，加蒸馏水定容，得到1 mg/mL葡萄糖对照品溶液。

分别移取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL于25 mL容量瓶中，分别准确加入DNS试剂1.5 mL，用蒸馏水补至3 mL，充分混匀后沸水浴5 min，流水冷却后蒸馏水定容。采用紫外分光光度计在490 nm下测定溶液的吸光值。

取1 mL样品于25 mL容量瓶内，按照上述的方法处理后，测定样品吸光值。

1.2.3.2 总酚的测定 按Foli-Ciocalteu 的方法进行总酚含量测定并稍作修改[17]。精确称取2.75 mg 没食子酸标准品，用蒸馏水溶解后置于25 mL容量瓶中，加蒸馏水水定容，得到0.11 mg/mL没食子酸对照品溶液。

分别移取0.0、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL标准品溶液于25 mL的棕色容量瓶中，加蒸馏水至6.0 mL，然后分别加入福林酚试剂0.5 mL，混匀，在8 min内加入质量分数为20%的Na2CO3溶液1.5 mL，在25 ℃下避光反应1 h后定容至25 mL。采用紫外分光光度计在760 nm下测定溶液的吸光值。

取1 mL样品于25 mL的棕色容量瓶，按照上述的方法处理后，测定样品吸光值。

1.2.3.3 总黄酮的测定 参考杨铭等方法进行测定并稍作修改[18]。精确称取5 mg芦丁标准品，加入70%乙醇溶解后置于25 mL容量瓶，加蒸馏水定容，得到0.2 mg/mL的芦丁对照品溶液。

分别移取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL 至10 mL 的容量瓶中，先加入5%NaNO2溶液0.4 mL，摇匀，静置6 min，然后加入10%Al（NO3）3溶液0.4 mL，摇匀，静置6 min，最后加入4%NaOH 溶液4.0 mL后，加蒸馏水至容量瓶刻度线并摇匀放置15 min。采用紫外分光光度计在510 nm下测定溶液的吸光值。

取1 mL样品于10 mL的容量瓶，按照上述的方法处理后，测定样品吸光值。

1.2.4 陶瓷膜浓缩液与清液挥发性风味物质测定

参考Chen等的方法[19]，并稍作修改。本实验采用气相色谱-离子迁移谱联用（GC-IMS）技术测定陶瓷膜浓缩液和清液中挥发性风味物质。

顶空进样条件：取100µL样品置于20 mL顶空进样瓶中。顶空孵化温度：60 ℃；孵育时间：15 min；孵化转速：500 r/min；进样针温度：85 ℃；进样体积：100µL。

GC-IMS条件：分析时间：30 min；色谱柱：WAX色谱柱（0.53 mm×1µm×30 m）；柱温：60 ℃；载气/漂移气：N2（纯度≥99.99%）；流速：初始2 mL/min，保持2 min 后在8 min 内线性增至10 mL/min，后在10 min 内线性增至100 mL/min；IMS温度：45 ℃。

顶空进样后用FlavourSpec®风味分析仪直接测试，并进行3组平行实验。借助G.A.S公司的功能软件分析样品中挥发性风味物质的指纹谱图，然后利用系统软件自带的气相保留指数数据库（NIST）和离子迁移谱数据库（IMS）对挥发性风味物质定性和定量分析。采用laboratory analytical viewer（LAV）软件查看分析图谱，从而对样品的挥发性成分进行定量分析。利用LAV软件的Gallery Plot和Reporter插件，获得指纹图谱及差异图谱。

1.2.5 数据处理

使用Excel对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 陶瓷膜浓缩液与清液理化指标分析

由表1可以看出，与浓缩液相比较，清液的透过性更好，色泽明亮，对后期产品的开发具有指导性作用。可溶性固形物是指果汁中能溶于水的糖、酸、维生素、矿物质等，以百分率表示，能够反映罐头食品、果蔬、饮料、果冻产品中主要营养物质多少的一个指标。从表1 中可以看到浓缩液与清液中可溶性固形物含量相同。

表1 陶瓷膜浓缩液与清液理化指标Table 1 Physical and chemical indexes of ceramic membrane concentrate and clear liquor

2.2 陶瓷膜浓缩液与清液营养成分分析

糖类又称碳水化合物，在人体每日所需营养中占45%～55%，是六大营养要素之一。枸杞中的多糖具有多种重要生物活性，如抗氧化、抗肿瘤、免疫调节等[20]。根据不同浓度的葡萄糖溶液及其测定的吸光度进行线性拟合，得出线性回归方程：y=0.021x-0.016，R2=0.995，具有较好的线性关系。

多酚类物质广泛存在于水果及其制品中，多酚有助于稳定水果加工品的色泽，并使水果加工品产生特殊风味，并且多酚具有生物活性，能发挥抗氧化、抗衰老、防癌、防紫外线等功效[21]。根据不同浓度的没食子酸溶液及其测定的吸光度进行线性拟合，得出线性回归方程：y=0.122x-0.012，R2=0.990，具有较好的线性关系。

黄酮类化合物不能在人体内直接合成，只能通过食物或药物摄取，因此现今具有黄酮类物质的保健食品需求日益增加，而浓缩液以及清液中的黄酮类物质恰好满足这一需求。根据不同浓度的芦丁溶液及其测定的吸光度进行线性拟合，得出线性回归方程：y=0.012x+0.007，R2=0.992，具有较好的线性关系。

根据线性回归方程可计算各样品中营养成分的含量，结果如表2所示。从表2中可以看出，经过膜过滤的浓缩液与清液相比较，浓缩液中总糖、总黄酮的含量较高，清液中总酚的含量较高。

表2 陶瓷膜浓缩液与清液营养成分含量Table 2 Nutrients content of ceramic membrane concentrate and clear liquor

2.3 陶瓷膜浓缩液与清液挥发性风味物质分析

2.3.1 陶瓷膜浓缩液与清液GC-IMS挥发性成分谱图

利用GC-IMS技术对枸杞白兰地蒸馏残液经过陶瓷膜过滤后获得的浓缩液与清液的挥发性气味物质做了检测。图1是由GC-IMS自带LAV分析软件中的Reporter插件程序得到的3D谱图。X轴为迁移时间，Y轴为保留时间，Z轴为信号峰强度，每一个点为一种气味成分，色泽深浅代表信号强弱[22]。三维谱图从左到右分别为浓缩液和清液，可以看到，各谱图峰形相似，无法直接看出其差异，说明陶瓷膜浓缩液与清液的主要成分差异不大。

图1 陶瓷膜浓缩液与清液GC-IMS三维谱图Figure 1 Three dimensional GC-IMS spectra of ceramic membrane concentrate and clear liquor

图2为陶瓷膜浓缩液与清液3D谱图投影获得的2D平面图，其中图2A为二维俯视图，图2B为扣除左侧陶瓷膜浓缩液谱图得到的清液的差异对比图，可相对容易比较两者之间挥发性气味物质的差异。其中横向坐标为离子迁移时间，纵向坐标为气相色谱保留时间[23]。陶瓷膜浓缩液和清液的挥发性物质被气相离子迁移谱较好地分离开来，且两者中部分气味物质含量有升有降，呈现了相对差异，见图2B红色虚线框区域所示，其中清液在横坐标1.25处红色部分较为明显，说明清液含有部分高于浓缩液的挥发性物质。

图2 陶瓷膜浓缩液与清液GC-IMS二位谱图（A：俯视图；B：差异对比图）Figure 2 Two dimensional GC-IMS spectra of ceramic membrane concentrate and clear liquor

2.3.2 陶瓷膜浓缩液与清液GC-IMS挥发性气味物质定性分析

利用离子迁移时间和保留指数对挥发性化合物进行定性鉴别，陶瓷膜浓缩液与清液挥发性部分化合物会产生二聚体甚至三聚体，它们保留时间相近但迁移时间不同。陶瓷膜浓缩液与清液中挥发性化合物定性分析如图3所示，浓缩液与清液中挥发性化合物图谱基本一致，但化合物含量存在差异。

图3 陶瓷膜浓缩液与清液挥发性GC-IMS定性Figure 3 GC-IMS Characterization of ceramic membrane concentrate and clear liquor

从GC-IMS文库中共鉴定出挥发性风味物质共计5类30种。其中酯类化合物共有8种，占26.7%；醇类化合物共有8种，占26.7%；酮类化合物共有6种，占20%；醛类化合物共有5种，占16.7%；酸类化合物共有3种，占9.9%（已删除未定性成分）。其中单体、二聚体的化学式和CAS号都相同，仅形态不同，结果如表3所示。

表3 陶瓷膜浓缩液与清液挥发性成分的GC-IMS定性分析Table 3 Analysis of volatile components of ceramic membrane concentrate and clear liquor by GC-IMS

续表

续表

2.3.3 陶瓷膜浓缩液与清液挥发性气味指纹图谱

为了便于比较陶瓷膜浓缩液与清液中挥发性物质变化规律及相对含量差异，每个样品做3次重复测定，样品标号为纵坐标，挥发性物质成分为横坐标，采用Gallery Plot 绘制挥发性物质指纹谱图见图4，图4中颜色深浅反映挥发性成分含量差异（从上至下分别为浓缩液与清液）。

图4 陶瓷膜浓缩液与清液气味物质指纹图谱Figure 4 Fingerprint of odor components of ceramic membrane concentrate and clear liquor

图4中横、纵向比较可知，陶瓷膜浓缩液与清液中挥发性物质种类和浓度存在明显差异。图4中A区域的物质在陶瓷膜浓缩液中的浓度较高，而在陶瓷膜清液中较低或没有，主要物质包括丁醇、丙酮、2-丁酮和丁酸己酯等；图中B区域的物质在陶瓷膜浓缩液和清液中浓度基本一致，主要物质有乙酸乙酯、3-羟基-2丁酮、正丙醇、2-丁醇、乙醇和2-甲基丙醛等；图4中C区域的物质在陶瓷膜清液中的浓度最高，在陶瓷膜浓缩液中较低或没有，主要包括的化合物有丙醛、丙烯醛、丙酸乙酯和乙酸甲酯等。

3 结论

本研究以枸杞白兰地蒸馏残液为原料，经过膜处理技术获得清液与浓缩液，通过理化指标、营养成分及挥发性化合物等指标综合对比分析浓缩液与清液的品质。结果显示：浓缩液与清液的可溶性固形物含量相同，但清液的透过率更好；浓缩液中总糖与总黄酮含量高于清液，清液中总酚含量略高于浓缩液；GC-IMS技术对枸杞白兰地蒸馏残液中挥发性化合物进行有效的分离、检测，共鉴定出30种化合物，包括酯类8种、醇类8种、酮类6种、醛类5种、酸类3种。实验结果表明，蒸馏残液是枸杞白兰地工业的一种有价值的副产品，其中浓缩液可以开发成保健品或添加在枸杞相关产品中，而清液可以开发成芳香味纯露饮料，使其更加经济化、生态化。