青海柴达木盆地唐古特白刺果实酿酒潜力分析

孟江飞,刘羽佳,李光英,李甲宁,迟 明*

(1.西北农林科技大学 葡萄酒学院,陕西 杨陵 712100;2.青海省轻工业研究所有限责任公司,青海 西宁 810001)

唐古特白刺(Nitrariatangutorum)属于蒺藜科灌丛植物,主要分布于海拔2 700～3 100 m的干旱地带,在柴达木盆地分布尤为广泛,白刺果实酸甜可口,是一类待开发浆果[1],富含多糖、黄酮、氨基酸等营养成分和活性成分,具有清除自由基、抗氧化的功效,还具有改善免疫力的保健功能[2-6]。

唐古特白刺是一种高原沙生荒漠植被,具有较高的生态保护价值。其耐寒冷干燥和强烈风沙,耐盐碱,抗逆性强,常表现为干燥和盐碱地带植物群落和建殖群种[7-8]。在食用、药用、副产品加工等领域具有潜在的经济价值[9-14]。

本研究通过对唐古特白刺不同居群的果实理化指标(还原糖、总酸、pH)、酚类物质(单宁、总酚、花色苷)和香气成分进行分析,挖掘其酿酒潜力,为进一步对其开发和利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2021年8月,选择5个地理分布有差异的唐古特白刺天然居群进行样品采集,分别为青海省德令哈市尕海镇(QDG)、怀头他拉镇(QDH)、柯鲁柯镇(QDK)、海西州都兰县诺木洪乡(QHN)和宗加乡(QHZ)。采样点情况见表1。在5个样地中,每个样地选取20株生长状况良好的个体,间距>10 m,选取大小一致的白刺果实。原材料入实验室立即分类,-40 ℃下冷冻处理。榨汁并过滤获得新鲜的白刺果实果汁,以备进行各项指标测定。

表1 5个唐古特白刺天然居群环境参数Table 1 Environmental parameters of five natural populations of Nitraria tangutorum

1.2 试验方法

1.2.1 基本理化指标的测定 采用斐林试剂滴定法测定果实还原糖,酸碱中和滴定法测定总酸,利用Sartorius酸度计PB-10测定pH[15]。

1.2.2 总酚与香气物质的测定 采用福林-肖卡法测定总酚[16],在765 nm下测定吸光值。利用pH示差法测定总花色苷[17],分别在520 nm和700 nm下测定吸光值,结果以二甲花翠素-3-O葡萄糖苷(mg·g-1)计。采用甲基纤维素沉淀法(MCP法)测定单宁[18],结果以儿茶素(mg·L-1)表示。

果实香气物质萃取采用顶空固相微萃取(SPME)法[19]。使用气相色谱仪Agilent 7890 GC对香气物质进行测定,每个样品3个重复。试验所用质谱选用Agilent 5975C Inert MSD,仪器自带7683自动进样器。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2018对果实基本理化指标、酚类物质和香气物质数据进行整理。通过Agilent.MassHunter.Quantitative软件对香气物质数据进行分析,其余指标使用SPSS 21.0软件通过单因素anova检验进行分析,使用Origin2021软件绘图。

2 结果与分析

2.1 5个居群白刺基本理化指标分析

糖是酒精发酵的基质,果实中的含糖量会直接影响酒精饮料的最终酒度。果实中的还原糖含量见图1,在同一采摘时期,5个居群唐古特白刺果实的还原糖含量差异显著(P<0.05),其中居群QDK还原糖含量最高,为291 g·L-1,居群QHN还原糖含量最低,为154.67 g·L-1。孙薇等[20]研究6个品种葡萄(佳丽酿、巴贝拉、摩尔多瓦、西拉、桑娇维塞、小味尔多)还原糖含量为94.85～166.54 g·L-1,本研究中QDG、QDH、QDK、QHN居群的唐古特白刺果实还原糖含量高于上述6种葡萄,说明唐古特白刺果实具有酒精酿造类饮料开发潜力。

字母表示不同白刺居群在0.05水平的显著性差异。下同。图1 唐古特白刺果实还原糖含量Fig.1 Reducing sugar content of N.tangutorum fruit

总酸含量一定程度上决定了食用产品的口味风格和加工工艺[21]。由图2可知,QDK居群的总酸含量最高,为2.47 g·L-1,是QHZ居群的2.4倍。由图3可见,QHN居群的pH最高,QDG的pH最低,QDK居群和QHZ居群无显著差异。

图2 唐古特白刺果实总酸含量Fig.2 Total acid content of N.tangutorum fruit

图3 唐古特白刺果实pHFig.3 pH of N.tangutorum fruit

2.2 5个居群白刺酚类物质分析

在酒精饮料中,单宁可以抗氧化、抗自由基、稳定色素,同时还影响着酒的色泽、风味、稳定性。由图4可知,5个唐古特白刺天然居群单宁含量为23.47～37.34 mg·L-1,QHN居群单宁含量远高于其他居群。

图4 唐古特白刺果实单宁含量Fig.4 Tannin content of N.tangutorum fruit

由图5可见,5个唐古特白刺天然居群的果实总酚含量存在显著差异,QDH居群总酚含量较高。

图5 唐古特白刺果实总酚含量Fig.5 The total phenol content of N.tangutorum fruit

花色苷是花色素的糖苷化形式,在葡萄酒中的含量和组成决定了葡萄酒的色度、色调及颜色稳定性[22]。由图6可知,5个唐古特白刺天然居群花色苷含量为1.31～1.59 mg·g-1,无显著性差异。

图6 唐古特白刺果实花色苷含量Fig.6 Anthocyanins content of N.tangutorum fruit

2.3 5个居群白刺香气物质分析

5个唐古特白刺居群香气物质见表2,在5个居群中共检测出了52种挥发性物质,但只有香气活性值(odor activity value,OAV)≥1时,挥发性物质才对香气具有贡献[23]。

表2 不同居群唐古特白刺果实挥发性物质比较Table 2 Comparison of volatile substances in the fruit of N.tangutorum from different populations

由表2与表3可知,酯类是5个居群中挥发性物质总量最高的一类物质,相对含量为40.22%～71.00%。5个居群共检测出18种酯类物质,含量较多的有辛酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯等,其中辛酸乙酯在5个居群中的质量浓度均远高于阈值5 μg·L-1[24],作为特征香气物质为白刺果实提供了果香、茴香、花香等香味。己二酸二甲酯是居群QHN和居群QHZ中的特有物质。乙酸乙酯是葡萄酒中含量丰富的香气物质,为葡萄酒提供了果香和酯香[25]。乙酸乙酯的OAV在5个居群均<1,但在居群QHN与居群QHZ中的含量远高于居群QDG、QDH、QDK。此外,在5个居群中己酸乙酯的质量浓度均接近阈值14 μg·L-1,提供了果香、花香以及热带水果香气。

表3 唐古特白刺果实主要香气物质及含量Table 3 Main aroma components and content of N.tangutorum fruits

醇类物质相对含量为3.7%～13%,居群QDK中醇类物质总量与种类均比其他居群少。异戊醇为果实提供了苦杏仁味与涩味[26],居群QHN和居群QHZ中异戊醇含量高于另外3个居群。5个居群中共检测出5种醛类物质、6种酮类物质。

酸类物质相对含量为11.54%～27.31%,其中异戊酸含量最高,且5个居群中异戊酸均高于阈值33 μg·L-1,OAV>1,提供刺激性气味[27]。此外,居群QDK中异戊酸含量远高于其他居群。萜烯类相对含量较少,共检测到2种物质:芳樟醇和β-香茅醇,阈值分别为25、40 μg·L-1。

由表2与表3可知,居群QDG挥发性物质总量最少;居群QDK的挥发性物质种类最少,但是总量较高,(E)-2-己烯-1-醇、正己醇、丁酸丁酯和乙酸己酯都是居群QDK所区别于其他4个居群的香气物质;居群QHN与居群QHZ挥发性物质种类较多,总量较高。

根据上述分析,选择OVA值较高的5种特征香气物质:辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、异戊酸、芳樟醇,在5个居群中进行比较。由图7可知,居群QDG和居群QDH的特征香气物质含量总量比其余3个居群少;在5个居群中辛酸乙酯和己酸乙酯含量无显著性差异,居群QHN与QHZ中的乙酸乙酯含量远高于其余居群,异戊酸在居群QDK、QHN、QHZ中含量较高。

图7 5个居群的主要香气物质含量差别Fig.7 Differences in the main aroma substances contents among 5 populations

3 结论与讨论

3.1 结论

通过对唐古特白刺果实进行品质分析,发现唐古特白刺果实还原糖含量较高,最高为166.54 g·L-1,具有酒精酿造类饮料开发潜力;果实酚类物质含量较高,5个居群果实中单宁含量为23.47～37.34 g·L-1,总酚含量10.18～13.41 mg·g-1,

花色苷含量1.31～1.59 mg·g-1;唐古特白刺果实香气物质分析发现,5个居群中共检测出了52种挥发性物质,挥发性物质总量为1 901.727～5 776.801 μg·L-1。辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、异戊酸、芳樟醇是唐古特白刺果实的特征香气物质,为果实提供了果香、茴香味、花香、热带水果香气,可酿造具有唐古特白刺特征芳香的干型果酒。

3.2 讨论

糖与酸是果实中的重要营养物质,果实中的糖酸比是酿造酒精类饮料的基础指标[28]。在本研究中,居群QDK的含糖量与含酸量均高于其余居群,最适合作为酒精发酵类饮品原料。此外,酒精发酵中酵母菌的最适活动pH为4～6[29]。本研究中5个居群白刺果实pH均在5.21～5.51,有利于酒精发酵的进行。

单宁是酒精类饮料风味的决定性物质,在葡萄酒中缩合单宁可与花色苷结合有助于颜色的稳定[30],还可与口腔中的唾液蛋白结合,产生收敛感[31]。同时,花色苷作为唐古特白刺果实中的一类呈色物质,可以使其酒精类饮料酒体更加饱满[32]。有研究表明,在唐古特白刺为原料的干红酒样中花色苷发生酰基化,增强了干红的储藏性,营养价值也高于市售干红[12,33],此外唐古特白刺果实清除自由基的效果也优于抗坏血酸[34]。本研究发现,5个居群花色苷含量为1.31～1.59 mg·g-1,说明唐古特白刺果实可以酿造唐古白刺干红,同时也可作为一类天然色素资源。经研究表明,唐古特白刺果实的营养和活性成分有降血糖、降血脂、调节免疫力、抗疲劳和耐寒、抗氧化和延缓衰老以及抗肿瘤的作用[35],果实中多酚含量高于大部分常见果蔬[36],在本研究中居群QDH总酚含量高达13.41 mg·g-1,具有药物、功能性食品开发领域的潜力。

芳香物质是果实的风味品质的主要组成[37],但目前针对唐古特白刺果实芳香物质的研究较少。在本研究中,5个唐古特白刺居群中酯类物质占据主导地位,在不同居群中主要表现在较高含量的辛酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯,体现了唐古特白刺果实的花香以及果香。气味活性值(OVA)通常作为衡量香气物质贡献值的指标,只有当OVA>1时才对香气有贡献[38],但有研究表明OAV>0.1的成分也具有潜在的气味活性,在呈香过程中具有相互促进的效果[39]。本研究发现,辛酸乙酯和异戊酸在5个居群中OVA>1,是唐古特白刺居群中最主要的呈香物质,己酸乙酯OVA值接近1,己酸、β-香茅醇、芳樟醇在5个居群中OVA值均大于0.1,说明其在呈香过程中具有协同效应。值得注意的是,乙酸乙酯在居群QDG、QDH、QDK中OAV<0.1,在居群QHN、QHZ中OAV>0.1。此外居群QHN、QHZ中5种特征香气物质含量较高,因此居群QHN、QHZ可作为干红原料,酿造唐古特白刺特征芳香的干型果酒。

有研究指出,2012-2020年,唐古特白刺面积减少了56%,柴达木盆地天然分布的白刺中以唐古特白刺资源量仍居首位[1]。目前,对唐古特白刺的开发利用程度较低,但其经济、生态价值较高。因此,可加强唐古特白刺果实酿造干型果酒的研究,以提升当地唐古特白刺野生资源的利用效率,实现经济与生态价值的有机统一。