超高壓、微波和超聲波處理對黃芪配制酒品質的影響分析

孔祥錦,陳春霞,梁玉浩,崔媛媛,蔣玉梅

(甘肅農業大學 食品科學與工程學院,甘肅省葡萄與葡萄酒工程學重點實驗室,甘肅省葡萄與葡萄酒產業技術中心,甘肅 蘭州,730070)

配制酒是以蒸餾酒和(或)食用酒精為酒基,加入可食用輔料或食品添加劑調配、混合加工制成的飲料酒(GB 2757—2012《食品安全國家標準 蒸餾酒及其配制酒》)。配制酒無需發酵、生產周期短、原料多樣、口味豐富,市場廣闊,但多存在酒精感突出、香氣不協調等缺陷,需要通過陳釀改善[1]。近年來,應用超高壓[2]、微波[3]或超聲波[4]等高新技術催陳配制酒,改善配制酒品質已成為該領域的研究熱點之一。

葡萄酒微波催陳研究顯示[5],酒樣吸收微波產生熱效應,乙醇和水分子群被切成單個分子或小塊分子群,分子間的有效碰撞頻率大大增加,從而加速了乙醇和水分子的締合,分子活度下降,酒精刺激性隨之減小,口感趨于醇和。超聲波的高頻振動和空化效應可使酒樣處于短暫的高溫高壓狀態[6],組分活化能增加,極性分子親和力提高,促進了醇類等物質的酯化和縮合,進而形成陳釀香,酒樣口感和色澤被改善[7]。超高壓(high hydrostatic pressure,HHP,≥100 MPa)[8]處理可破壞分子間非共價鍵,增加分子間的親和性和表面張力,水和乙醇分子結合加速,酒香被平衡[9];同時超高壓不會破壞分子共價鍵[10],酒樣的色澤和營養價值得以較好保存。超高壓還能激活酯酶活性,促進醇和酸酯化,提升酒的香氣品質[11]。

黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bunge]、沙棘(HippophaerhamnoidesLinn)和蜂蜜均為藥食同源食品原料。黃芪富含多糖、皂苷、黃酮、氨基酸、黃芪堿等多種植物化學素[12],具有抗氧化和提高機體免疫力功效[13]。目前的黃芪產品主要以飲片和酒為主,然而,僅用黃芪制酒,藥草味突出,酒體平衡感差。沙棘果實富含有機酸、類胡蘿卜素和黃酮多酚[14]等活性組分,色澤金黃,黃芪配制酒中加入沙棘可有效改善酒的色澤、口感,柔和黃芪的藥草味,增加酒的健康性。蜂蜜富含礦物質、維生素、酶以及芳香化合物等物質,是一種具有較高營養價值的天然糖源[15],蜂蜜調糖,在改善黃芪配制酒口感的同時,還可增加酒樣的活性組分和香氣。目前以沙棘和蜂蜜與黃芪為原料的配制酒還未見上市和研究報道。

試驗以黃芪、沙棘、蜂蜜和食用酒精為原料配制黃芪酒,比較分析陳釀、超高壓、微波和超聲波處理酒樣的酒精度、pH、總黃酮、總酚、抗氧化性、色澤和香氣成分,探討超高壓、微波和超聲波處理酒樣與陳釀酒樣的品質差異,分析超高壓、微波和超聲波處理提升黃芪配制酒品質的可行性,以期為黃芪食品和黃芪酒的生產提供科學數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃芪(驗收標準BZ-006-01,黃芪甲苷含量0.053%),北京同仁堂參茸中藥制品有限公司;油菜蜜[還原糖含量(751.00±41) g/L,pH 3.97±0.01],四川成都平原;沙棘原漿[還原糖含量(68.5±0.41)g/L,pH 2.84±0.01],甘肅隴源紅生物科技有限公司;食用酒精(GB 31640—2016,優級,95%),河南鑫河陽酒精有限公司。

1.2 儀器與設備

L2-600/1超高壓設備,天津華泰森淼生物工程技術股份有限公司;SCIENTZ-IIDM微波光波超聲波萃取儀,寧波新芝生物科技股份有限公司;PAL-2型數顯手持折光儀,日本愛宕ATAGO公司;TU-810紫外可見分光光度計,北京普析通用儀器有限責任公司;Thermo Scientific 265079 GC-MS,DB-WAX色譜柱(60 m×2.5 mm×0.25 m),美國Thermo Scientific公司;固相微萃取頭,DVB/CAR/PDMS(50/30 μm),美國Surpelco公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黃芪酒配制

黃芪酒配制工藝流程如下:

黃芪→挑選、清洗→粉碎→食用酒精→浸漬(水、果膠酶、纖維素酶)→調味(蜂蜜、沙棘)→離心、過濾→陳釀/微波/超高壓/超聲波處理→成品

工藝要點:無蟲害、霉斑黃芪100 g,粉碎、過40目篩,黃芪粉按5 g/L加入11%(體積分數)的食用酒精中,加0.3%的果膠酶與纖維素酶,20 ℃浸漬20 h,過濾獲得黃芪浸漬液,風味調配為V(黃芪浸漬液)∶V(蜂蜜)∶V(沙棘原漿)=25∶1.9∶1。

1.3.2 試驗設計

超高壓處理400 MPa,18 min;微波處理640 W,180 s;超聲波處理150 W,600 s;陳釀:酒窖陳釀6個月(15±1) ℃;新鮮配制酒為對照,設3組技術平行。

1.4 檢測方法

1.4.1 理化指標

可溶性固形物采用手持糖度儀測定,酒精度、pH、總酸測定參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》測定。NaNO2-AlCl3比色法測定總黃酮[16],結果以蘆丁等價值表示(mg/L)。福林-肖卡法[17]測定總酚,結果以沒食子酸等價值表示(mg/L);紫外-可見分光光度計法[18]測定色澤指標,計算CIELAB顏色參數L*(亮度)、a*(紅/綠色度)、b*(黃/藍色度)、色度、色調;羥自由基清除率和鐵氰化鉀還原能力參照張立攀等[19]方法測定,試劑盒(上海優選生物科有限公司)測定總抗氧化能力。

1.4.2 香氣成分的分析

參照魯榕榕等[20]方法。6 mL酒樣于20 mL頂空瓶中,加1 g NaCl、磁力攪拌轉子、混合內標(59.64 μg/L 2-辛醇、19.88 μg/L 1-辛烯-3-酮和596.42 μg/L 3-羥基己酸乙酯各10 μL),密封、40 ℃攪拌恒溫30 min,活化固相微萃取頭40 ℃萃取30 min,色譜進樣口230 ℃解析10 min,GC-MS分析。

GC-MS:不分流進樣,50 ℃(10 min),3.0 ℃/min升至180 ℃(6 min);載氣(高純He)1 mL/min。電子沖擊電壓70 eV;連接桿溫度180 ℃;四極桿溫度150 ℃,離子源溫度250 ℃;質譜掃描范圍為50～350m/z。

定性:NIST譜庫檢索結合相對保留指數(retention index,RI)定性。RI依據組分保留時間以及正構烷烴(C6～C21)在相同色譜條件下的保留時間計算,與NIST、Wiley質譜庫RI對比,差值絕對值小于100的組分可定性為該化合物。

定量:混合內標半定量,香氣活性值(odor activity value,OAV)為香氣組分含量除以組分在乙醇溶液中的閾值。

1.5 數據處理

Microsoft Excel 2019軟件統計數據,SPSS Statistics 25.0進行數據顯著性分析,Origin 2018作圖,Simca 14.4軟件進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 酒精度、pH值、可溶性固形物和總酸的比較分析

比較分析酒樣的酒精度、pH值、可溶性固形物和總酸含量,結果顯示(表1),陳釀、超高壓、微波和超聲波處理對酒樣的酒精度影響較小,與對照差異不顯著。陳釀和3種技術處理均可降低酒樣總酸含量,提高pH,四者pH差異不顯著;超高壓處理總酸含量最低(3.62 g/L),與陳釀和微波處理酒樣差異不顯著,但顯著低于對照和超聲波處理酒樣。陳釀和超高壓處理酒樣的可溶性固形物含量與對照相比顯著提高;微波處理可溶性固形物含量最低(5.74%),低于對照(1.71%)。

表1 不同處理對酒樣酒樣酒精度、pH值、可溶性固形物含量和總酸含量的影響

胡詩琪等[21]采用微波催陳白酒發現,微波處理顯著降低了酒樣的總酸含量,與本試驗結果一致。試驗中超高壓處理酒樣pH值升高,其原因在于超高壓處理可加劇酸與醇的酯化[22],導致總酸降低、pH升高。超高壓處理與陳釀酒樣的酒精度、pH值、可溶性固形物和總酸含量沒有顯著差異。超高壓能夠在短時間內快速均勻的將能量傳遞到整個酒體,促使了分子間的氫鍵斷裂、能量釋放,增加分子反應活化能[23],從而使酒體理化品質改善效果接近陳釀。由此可見超高壓處理可替代陳釀改善酒樣理化品質。

2.2 色澤品質的比較分析

試驗酒樣CIELab分析和顏色在線轉化(https://www.colortell.com/labto)(圖1)結果顯示(表2),陳釀、超高壓、微波和超聲波處理酒樣的L*(亮度)值與對照相比均顯著提高,超聲波處理酒樣L*值最高(91.27),高出對照20.73%。超高壓處理和陳釀酒樣的L*值為84～85,差異不顯著。微波處理提高了酒樣的a*值(11.02),超聲波處理降低了酒樣的a*值(3.43),對照、陳釀和超高壓處理酒樣的a*值沒有顯著差異。酒樣b*值為18.33～44.22,主體色調為黃色。各處理比較顯示,超高壓處理酒樣b*值顯著高于對照、陳釀、微波和超聲波處理,黃色度增加,微波和超聲波處理酒樣顯著低于對照(41.82),黃色調減弱,陳釀與對照之間沒有顯著差異。色度比較可知超高壓處理與陳釀酒樣顯著高于對照、微波和超聲波處理酒樣,微波和超聲波處理酒樣顯著低于對照,超聲波處理酒樣最低,比對照低66.42%,顏色最淺。陳釀、超高壓、微波和超聲波處理均提高了酒樣的總色調值,和對照差異顯著,其中,超聲波處理酒樣色調最高(1.28),陳釀、微波和超高壓處理之間差異不顯著,為1.21～1.23。

圖1 酒樣處理組顏色表征

表2 黃芪配制酒的色澤指標

超聲波處理酒樣a*、b*值和色度降低,顏色最淺(圖1),超高壓處理酒樣飽和度和色度較高,顏色呈沙黃色(圖1),光澤較高。超高壓處理酒樣b*值最高,黃色調明顯上升,可能是物料中聚合態類胡蘿卜素裂解溶出的結果,超高壓會增加類胡蘿卜素分子間的碰撞,導致π -軌道電子斷裂[24],細胞壁和胞間細胞器中的聚合態類胡蘿卜素更易被釋放溶出[25]。超高壓處理酒樣除b*值顯著高于陳釀酒樣外,其余CIELab指標二者差異不顯著,說明超高壓處理酒樣的色澤品質接近陳釀,且超高壓處理更有利于酒樣類胡蘿卜素的溶出和保留。

2.3 總黃酮和總酚含量的比較分析

總酚和總黃酮含量比較可知(圖2),陳釀、超高壓、微波和超聲波處理均可顯著提高酒樣總黃酮和總酚含量。超高壓處理效果較明顯,分別比對照酒樣的總黃酮和總酚含量高188.84%和51.49%,比陳釀酒樣高3.44%和11.31%,說明超高壓相比陳釀更有利于對酒樣總酚和總黃酮的浸出和保留。超高壓處理酒樣總酚和總黃酮含量顯著增加的原因可能在于超高壓能夠破壞結合態多酚和黃酮類物質與生物大分子間化學鍵的連接[26],增加了酒樣的游離態多酚和黃酮類化合物。

圖2 黃芪配制酒中總黃酮和總酚含量

2.4 抗氧化能力的比較分析

抗氧化能力分析顯示(表3),陳釀、超高壓、微波和超聲波處理均顯著提升了酒樣的鐵氰化鉀還原力、羥自由基清除率和總抗氧化能力。微波提升酒樣抗氧化性的效果最好,其次為超高壓、陳釀、超聲波和對照酒樣,微波處理酒樣的鐵氰化鉀還原力、羥自由基清除率和總抗氧化能力較對照增加了74.04%、118.57%和18.30%。與陳釀相比,微波處理的鐵氰化鉀還原力高于陳釀,而超高壓處理酒樣的鐵氰化鉀還原力與陳釀相比沒有顯著差異。酒樣的抗氧化能力與其多酚和黃酮含量相關。

表3 黃芪配制酒抗氧化能力

2.5 酒樣指標綜合評價

主成分分析探討試驗酒樣基本理化、總酚、總黃酮和抗氧化等酒樣指標的綜合影響,14個指標中提取出特征值大于1的主成分3個,3個主成分的累積貢獻率達到了98.30%,可以對酒樣進行綜合評價(圖3)。主成分1中總酚和羥自由基有較高的正向量值,總酸有較高的負向量值,可以概括為抗氧化和味感指標(圖3-a、圖3-b);主成分2中酒樣b*值跟色度有較高的正向量值,L*值與色調有較高的負向量值,可以概括為色澤指標(圖3-a、圖3-c);主成分3中可溶性固形物有較高的正向量值,可以概括為味感指標(圖3-b、圖3-c)。主成分分析的14個指標可較全面的反應黃芪配制酒的理化性質、色澤和口感。綜合評分結果顯示(表4),超高壓>陳釀>微波>超聲波>對照,說明超高壓、微波和超聲波處理與陳釀均可改善黃芪配制酒的品質,超高壓處理酒樣效果最好。

a-PC1與PC2主成分載荷對比圖;b-PC1與PC3主成分載荷對比圖;c-PC2與PC3主成分載荷對比圖

表4 酒樣指標主成分得分表

2.6 香氣組成比較分析

2.6.1 香氣種類和含量的比較分析

香氣組成是反映酒樣香氣品質的重要指標。對照、超高壓、微波、超聲波處理和陳釀酒樣香氣分析共定性、定量145種香氣化合物(圖4),包括44種酯類、21種醇類、2種酸類、15種醛酮類,63種其他類物質。對照酒樣共定性香氣化合物46種,陳釀51種,微波52種,超高壓50種,超聲波43種,陳釀、微波、超高壓和超聲波與對照共有組分分別為15、29、19、22種。

圖4 黃芪配制酒中香氣物質種類、含量的變化

香氣總含量由高到低依次為超高壓>超聲波>陳釀>微波>對照(圖4),超高壓處理酒樣(13 028.47 μg/L)較對照(6 966.12 μg/L)增加了88.14%,較陳釀酒樣(8 072.38 μg/L)增加了61.40%。其中含量最高單組分均為辛酸乙酯(1 818.61～4 885.26 μg/L),主要呈菠蘿或蘋果等水果香氣,伴有白蘭地香韻,閾值(2.14 μg/L)遠遠低于乙酸乙酯(500.00 μg/L)等酯類風味物質,僅次于己酸乙酯(1.00 μg/L),是酒體香氣的重要貢獻物質。陳釀(4 196.19 μg/L)、超高壓(4 885.26 μg/L)、超聲波(3 096.39 μg/L)酒樣的辛酸乙酯含量均高于對照(1 818.61 μg/L),其中超高壓與陳釀增加幅度最大,由此推斷,超高壓與陳釀酒樣的菠蘿或蘋果等水果香和酒香較其他酒樣更濃郁。

酒樣酯類物質含量的變化趨勢與總香氣物質含量的變化趨勢一致,超高壓處理酒樣最高。與對照相比,超高壓、微波、超聲波處理與陳釀均豐富了酒體的酯類物質,增加了酒體果香感。對照酒樣未經處理,配制原料的香氣沒有融合、欠平衡,經過陳釀和技術處理后,酒樣香氣組分通過化學或生物反應,酯類物質增加,不同配制原料的香氣組分逐漸融合、趨于平衡。同時,JIA等[27]研究報道酯類物質增加是中國白酒的陳釀特征之一,說明超高壓、微波、超聲波處理對黃芪配制酒具有催陳作用。與對照相比,陳釀、超高壓、微波和超聲波處理酒樣均有新的醇類組分出現,包括異辛醇、4-萜烯醇、月桂醇、苯甲醇、2-乙基己醇、(-)-4-萜品醇、alpha-松油醇和糠醇,其感官表現以青香、果香和花香為主,說明處理可增加酒體香氣的復雜性,改善酒體的飽滿度和醇厚感。就醛酮類物質而言,陳釀、超高壓、微波、超聲波處理酒樣的含量分別較對照減少了58.79%、74.22%、35.72%和52.56%,原因可能是處理和陳釀過程中酒樣的醛酮類物質可氧化為酸,酸與醇經酯化可轉變為酯,從而使酒體香氣得以改善。

2.6.2 香氣的主成分分析

為明確香氣化合物與處理方式的關系,以試驗酒樣的香氣化合物含量為變量,進行主成分分析(principal component analysis,PCA),結果發現(圖5、圖6),對照酒樣的香氣組分與PC1、PC2正半軸相關,主要反應了Z15(己酸異丁酯),Z21(乙酸異戊酯)、C4(6-甲基-5-庚烯-2-醇),C5(1-壬醇)、C6(alpha-松油醇)、Q6(鄰-異丙基苯)等呈熱帶水果香、玫瑰香和橙子香的物質信息。微波處理酒樣的香氣組分分布于PC1、PC3正半軸,主要反應了Z18(2-甲基丙酸乙酯)、Z20(異丁酸異丁酯)、Z23(2-甲基丁酸-2-二甲基丙酯)、Z24(異丁酸異戊酯)、T7(丁醛二乙縮醛)、T9(庚醛)等呈菠蘿香、青香和堅果香的物質信息。超聲波處理酒樣的香氣組分分布于PC1正半軸、PC2負半軸,主要反應了Z25(己酸丁酯)、Z26(異戊酸己酯)、Z27(苯甲酸乙酯)、C12(1-辛烯-3-醇)、C18(糠醇)、Q11(環庚三烯)、Q13(1,2,4-三甲基苯)、T15(β-環檸檬醛)等呈青香、蘋果香以及焦糖香和面包香的組分信息。陳釀酒樣香氣組分主要位于PC1負半軸,PC2正半軸,Z39(辛酸甲酯)、Z41(丙烯酸異辛酯)、Z42(琥珀酸二乙酯)、Z44(月桂酸甲酯)、Z45(肉豆蔻酸乙酯)、Q16(2,6,10-三甲基十二烷)、Q17(4-苯基-1-環己烯)等物質貢獻較大,主要呈水果香、花香和甜香;超高壓處理酒樣與PC2負半軸相關、PC3正半軸相關,Z32(苯甲酸異丁酯)、Z33(油酸乙酯)、Z34(棕櫚酸乙酯)、Z35(9-十六碳烯酸乙酯)、Z36(2-甲基丁酸-3-甲基丁酯)、C14(2-乙基己醇)等物質貢獻較大,主要是酯類帶來的柑橘香、玫瑰香和甜香。

a-PC1與PC3主成分載荷對比圖;b-PC2與PC3主成分載荷對比圖

圖6 不同處理酒樣香氣物質PCA聚類樣品分布圖

主成分分析確定酒樣香氣感官特性主要包括果香、花香、堅果香、甜香和青香5種香氣類型。根據相關化合物OAV加成值繪制酒樣香型雷達圖(圖7),結果顯示,對照和處理酒樣的果香和青香感較突出,其次為花香、甜香和堅果香。對照青香感最強,果香感強度由高到低依次為超高壓、陳釀、微波、超聲波和對照,綜合分析顯示超高壓處理酒樣的果香和青香感強于陳釀酒樣,花香、甜香和堅果香與陳釀相似,說明超高壓處理可替代陳釀改善酒樣香氣構成,且效果優于陳釀。酒體分子在超高壓的擠壓下,表面張力增加,分子間距離縮短[28],酒體分子結構改變,也可能是超高壓處理酒樣的香氣風味較陳釀酒樣更加突出的原因之一,具體機理還需進一步的試驗研究。

圖7 酒樣香型雷達圖

3 結論

試驗比較分析了陳釀、超高壓、微波、超聲波處理對黃芪配制酒的品質影響。結果表明各處理均可改善黃芪配制酒的理化性質和香氣品質,其中超高壓處理可以顯著提高酒樣pH、可溶性固形物含量,酒樣呈沙黃色,b*值、總黃酮含量最高,主成分分析表明超高壓處理酒樣品質最優。酒樣香氣分析發現,對照和處理酒樣均以果香和青香為主,超高壓處理酒樣的香氣總量和酯類物質含量最高,果香味最濃,青香感高于陳釀酒樣,花香、甜香和堅果香與陳釀相似。綜上可得,超高壓技術具有替代陳釀的潛力,應用于黃芪配制酒的生產可改善酒樣香氣和理化品質。