瞬时超高压处理对‘赤霞珠’葡萄酒风味品质的影响

段卫朋，马腾臻，李蔚，赵婉珍，周继亘，韩舜愈

(甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室，甘肃 兰州 730070)

葡萄酒香气是评判葡萄酒质量的重要指标之一，决定着葡萄酒的风味和典型性[1].已经报道的香气物质有1300多种，主要包括酯、醇、酸、萜烯等.葡萄酒的风味受葡萄品种、酿造工艺、产地气候条件和土壤等因素的影响[2].我国西部产区‘赤霞珠’葡萄酒存在果香不足，香气细腻度、优雅度缺乏以及颜色稳定性差的问题[3].新酿造的葡萄酒口感欠佳，需要一定时间经过各种生理生化反应才能使香气达到最佳，从而改善酒的风味.但陈酿过程往往耗时过长，增加了生产成本[4]，因此急需一种加工技术解决以上问题.

超高压均质技术(ultra-high pressure homogenization，UHPH)，也称为动态高压，均质压力一般为60 MPa以上[5].UHPH处理过程中，流体通过均质阀中狭窄的可调间隙获得高压、高速，产生压力梯度、剪切力、高速碰撞、空穴效应.UHPH是一种非热力加工技术，可以有效降低热加工过程中热效应对食品的影响，避免了营养物质的流失，特别适合流体食品的连续加工[6-7].近年来，有关UHPH技术的研究主要集中在果蔬汁和乳制品的杀菌、钝酶及保持稳定性方面.Crue[8]利用超高压均质技术在200和300 MPa下处理豆浆，细化了豆浆的颗粒，使豆浆更稳定，也改变了豆浆的颜色，表观粘度.潘见等[9]发现西瓜汁经超高压均质处理后，随均质次数的增多，综合感官评价不断下降，多次均质有可能破坏果汁的原有风味.梁茂雨等[10]发现‘赤霞珠’葡萄酒经超高压处理后酯类物质含量增加，风味更柔和.冷慧娟等[11]研究表明，静态超高压处理‘赤霞珠’葡萄酒后，乙醇、杂醇油、总酸和醛类的含量有所减少，苯乙醇、总酯的含量有所增加，当压力达到500 MPa时，风味变差.综合前人研究，国内由于机械设备及技术等客观因素，几乎所有研究报道均为静态超高压在葡萄酒上的应用，而UHPH处理对葡萄酒品质和香气物质的影响却鲜有报道.

本试验为了解决西部产区‘赤霞珠’葡萄酒果香不足，香气细腻度、优雅度缺乏以及自然陈酿熟化时间长这一问题，综合前人对超高压技术在葡萄酒上的研究，以河西产区的‘赤霞珠’葡萄酒为试验材料，分别经UHPH不同压力和循环次数处理，采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱联用法(GC-MS)检测葡萄酒中香气物质的变化并进行分析，为超高压均质技术在改善葡萄酒香气方面应用提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘赤霞珠’干红葡萄酒来自甘肃农业大学葡萄酒酿造实验室；2-辛醇(色谱纯)购置于美国Sigma公司；无水乙醇、氯化钠、偏重亚硫酸钾、盐酸、氢氧化钠、硫酸、无水葡萄糖等均为国产分析级；费林溶液、次甲基蓝指示液、酚酞指示液、碘标准滴定液等按照国标配制[12].

HPP.L3-600/0.6型超高压处理设备(工作条件为100 MPa，6 L/h、200 MPa，4 L/h)：天津市华泰森淼生物工程技术有限公司；CP214电子天平：上海奥豪斯仪器有限公司；HH-S型恒温水浴锅：金坛市恒丰仪器制造有限公司；265079气相色谱-质谱联用仪、TG-WAX色谱柱：美国Thermo Scientific公司；顶空固相微萃取装置、DVB/Carboxen/PDMS(50/30 μm)萃取器：美国Surpelco公司；GZX-GF101-Ⅱ电热恒温鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械有限公司；18100摩尔超纯水机：重庆摩尔水处理设备有限公司；MSC-400磁力加热搅拌器：德国Wiggen Hauser公司.

1.2 试验方法

1.2.1 超高压均质处理 使用前用85 ℃质量分数为0.03%NaOH溶液、0.01%柠檬酸溶液及0.3%的偏重亚硫酸钠溶液清洗，再用95 ℃以上的热水循环30 min，对机器和管道进行消毒.

待管道冷却后，将酒样灌入超高压均质机进料口，进行高压均质处理，压力分别为100、200 MPa，每个酒样分别在两个压力下循环处理1、2、3次得到6组不同处理条件，记为P100-1、P100-2、P100-3、P200-1、P200-2和P200-3，以不施加压力为对照记为P0，共7组.每组3个平行,每个平行每次处理量为375 mL，处理后将酒样灌装至玻璃瓶中，于4 ℃冰箱中保存待测.

1.2.2 理化指标测定 参照GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定总糖含量、总酸含量、酒精体积分数、挥发酸含量等指标[13].色度、色调、总花色苷、总酚含量测定参照翦祎等[14]报道的方法.

1.2.3 香气成分分析

1.2.3.1 葡萄酒香气成分提取 将5 mL葡萄酒放入20 mL萃取瓶，加入3 g NaCl和50 μL质量浓度为1.64 mg/L的2-辛醇溶液作为内标，密封好后置于40 ℃水浴，顶空萃取30 min后，GC-MS进样解吸10 min.

1.2.3.2 GC-MS分析 色谱条件：TG-WAX色谱柱(60 m×0.25 mm，0.5 μm)，进样口温度250 ℃；升温程序：初温50 ℃保持5 min，以6 ℃/min升至230 ℃，保持10 min；载气：高纯He；分流比30∶1；流速1.0 mL/min；不分流进样.

质谱分析：电子电离源；电子能量70 eV；传输线温度230 ℃；离子源温度250 ℃；质量扫描范围50～450 m/z.

1.2.3.3 香气成分的定性与定量 由GC-MS分析所得的样品质谱图经计算机在NIST、Wiley数据库检索比对及资料参考，进行定性分析.各成分的含量采用内标法进行半定量分析.按公式(1)计算：

(1)

式中，Xi为待测成分的质量浓度(μg/L)；Cs为内标2-辛醇的质量浓度(μg/L)；As为内标物的峰面积；Ai为待测物的峰面积.

1.2.3.4 香气贡献评价 各香气物质对葡萄酒整体香气的的贡献采用气味活性值(odor activity value，OAV)进行评价.按公式(2)计算：

(2)

式中，C为香气物质质量浓度(μg/L)；T为相应的感官阈值(μg/L).一般认为，OAV大于1的成分为样品主体呈香化合物，OAV越大，对香气的贡献也就越大[16].

1.3 数据分析

每个试验组均设3个生物学平行，2次技术平行.数据采用 Microsoft Office Excel 2007进行处理，图用OriginPro 9.0绘画.

2 结果与讨论

2.1 超高压均质处理对理化指标的影响

‘赤霞珠’葡萄酒经超高压均质处理后理化指标的检测结果如表1所示.与未处理组P0相比，处理后总酸含量有所下降，这可能是经超高压处理后，酯化反应加剧，消耗了酸类物质[10].挥发酸含量和酒精度在处理组与对照组间没有发现有规律的差异.与P0相比，处理后样品色度、色调、总花色苷含量升高，这说明超高压均质处理并没有对酒的颜色产生影响，相反地，酒的色泽变得更加深厚和饱满的趋势，这可能是超高压均质处理后，使花色苷降解的多酚氧化酶和糖苷水解酶的活力被抑制；另一方面，可能是超高压均质处理使聚合反应加剧，形成了聚合花色苷[17-18].100 MPa处理后，随着循环次数增加，花色苷的含量逐渐增加，200 MPa处理也出现相同的规律，但值得注意的是，P100-3组和P200-1组相比，与颜色相关的值相近.处理后总酚含量相比空白略有上升，但P200-3组的含量低于空白，这可能是一些酚酸发生了氧化反应导致含量下降.

2.2 超高压均质处理对香气成分的影响

由表2可知，对照组和处理组共测出香气物质82种，其中酯类25种，醇类30种，酸类14种，萜烯类6种，其他物质7种.P0、P100-1、P100-2、P100-3、P200-1、P200-1、P200-3处理组分别测出69、63、64、67、68、68、70种香气物质.新鲜干红葡萄酒经超高压均质处理后，其香气物质成分与含量均发生了变化.

表1 不同处理组赤霞珠干红葡萄酒理化指标

2.2.1 醇类化合物 醇类是酒精发酵主要产物之一，主要由糖代谢、氨基酸脱羧和脱氢产生，它能赋予葡萄酒特有的香气[19].由表2可知，不同处理条件下醇总含量不同，随着压力的增大而逐渐减少，其中200 MPa循环1次的总量最低.本试验共检测到醇类物质30种，其中1-戊醇的含量最高，占醇类总量的50%以上 ，其次是苯乙醇、正己醇，这几种醇为发酵过程的主要副产物，均为杂醇油，也是酒中容易让人上头的物质，近几年来众多研究人员都是通过酿造工艺条件控制杂醇油的含量[20-22].在本试验中发现经过超高压处理后，苯乙醇与正己醇的含量减少，其中苯乙醇在200 MPa下均与对照组存在显著性差异.1-戊醇的含量在100 MPa下与对照组相比

有所上升，在200 MPa下含量快速下降，与P0相比P200-1、P200-2、P200-3分别减少了28.1%、17.0%、23.3%，且差异显著，其中P200-1下降最为显著，这同醇类物质总含量结果相同.同样也表明在压力一定的条件下，醇含量不随循环次数的增加而减少.这一结果同冷慧娟等[11]报道一致.但严蕊等[23]发现静态超高压处理使黑莓酒中醇类物质的含量增加，这可能是因为静态超高压与瞬时动态超高压的工作原理不同.动态瞬时超高压处理使得新鲜‘赤霞珠’干红葡萄酒中醇物质降低可能是由于超高压加快了杂醇油的反应速度，使其与酸类发生了酯化反应[24]，或者是促进醇类物质的氧化，使其转化为醛或酸.

表2 不同处理组‘赤霞珠’干红葡萄酒香气成分及含量

“-”表示酒样中未检测到该种香气成分；同一行标注不同字母表示差异显著(P<0.05).

“-” indicates that the aroma component is not detected in the wine sample；Different letters in the same row means significant difference(P<0.05).

2.2.2 酯类化合物 酯类化合物可以赋予葡萄酒果香、花香等气味，具有香味清，气味爽，令人愉悦的特点.一般酯类物质主要来源于脂肪酸氧化、氨基酸代谢及醇和醛等代谢合成[25].本试验酒样中共检测到酯类物质25种，其中辛酸乙酯的含量最高，其次为癸酸乙酯、乙酸乙酯.这几种化合物都具有花香、果香.由表2可知，随着压强、循环次数的增加，酒中酯类物质的含量依次升高.与对照组相比，P100-1、P100-2、P100-3、P200-1、P200-2、P200-3组酯类物质总含量分别上升了9.6%、11.5%、32.3%、48.6%、55.0%、61.2%，且均与对照组存在显著性差异，但200 MPa下酯类含量要比100 MPa升高更显著，其中，P200-1、P200-2、P200-3相比对照组，辛酸乙酯的含量提高了3.7%、16.6%、23.8%，癸酸乙酯的含提高了28.7%、28.5%、16.8%，乙酸乙酯的含量分别提高了2.18、1.09、1.13倍，P200-2处理下这3种物质含量都和对照组有显著性差异.同时我们也发现辛酸、乙酸、癸酸等物质含量都降低，这可能是由于经过超高压均质处理后，酸和醇分子间发生了有效碰撞，加剧了酯化反应[26]，从而酯类化合物含量升高.归根结底在于葡萄酒的体积及分子间距由于压力的增大而被压缩减小.超高压提供了外源能量，从而打破自然条件下葡萄酒中所有分子的平衡，使得分子重新排列，促进缔合反应的进行.

2.2.3 脂肪酸化合物 葡萄酒中的有机酸大部分为酒精发酵与苹乳发酵的代谢副产物.研究表明，当酸类物质含量小于阈值时，对酒的感官品质有积极贡献，为酒带来新鲜感并平衡果香[27]；大于阈值时，则会给香气带来负面影响[28].本试验酒样中共检测出14种脂肪酸类物质，由表2可知，100 MPa处理后脂肪酸的含量与对照组相比变化不大，200 MPa下脂肪酸总含量较低，其中P200-1处理的酒中脂肪酸含量最低，且和其他组存在显著性差异.辛酸含量最高，其次为乙酸、正癸酸、己酸等，这几种酸的含量随着压强的增大而降低，这说明新鲜干红葡萄酒经瞬时超高压处理后，分子间发生了剧烈碰撞，酯化反应加快，消耗了脂肪酸[26].脂肪酸与醇类物质含量的降低均是由于酒体本身受到强烈撞击而相互碰撞、摩擦剪切，使得分子间的氢键、离子键、疏水键发生变化，等到泄压后恢复不了原来空间结构而造成的.

2.2.4 萜烯类化合物 萜烯类化合物为葡萄的次级代谢产物，一般作为葡萄酒特征品种香，存在形式主要为键合态，在酿造过程中由于糖苷酶酶解为挥发性的游离态香气化合物[29].试验酒样中共检出6种萜烯，对照组与处理组共有的为5种，其中香茅醇含量和大马士酮的含量较高.但我们发现超高压均质处理对萜烯类物质的影响并没有呈现一定的规律.

2.3 超高压均质处理对‘赤霞珠’葡萄酒香气感官表现影响

我们根据香气的感官特征并参照葡萄酒香气轮盘进行划分[30]，将‘赤霞珠’葡萄酒香气成分划分为9个系列，1为土壤味，2为坚果味，3为花香味，4为果香味，5为焦糖味，6为植物味，7为脂肪味，8为微生物，9为刺鼻味.根据各香气化合物阈值与浓度计算各系列香气成分活性值(OAV)并计算香气强度值[15,29,31-34]，如表2所示.一般认为，OAV>1表示该物质对葡萄酒的香气贡献率较大，为样品的主体呈香物质[16].本试验中OAV>1的物质有15种.其中辛酸乙酯的OAV值最高.

表3 不同处理‘赤霞珠’干红葡萄酒香气成分活性值(OVA)及特征描述

“-”表示未检测到香气成分；“”表示OAV<0.01；

“-” indicates that the aroma component is not detected in the wine sample；“”indicates OAV<0.01.

图1 对照与处理酒样在超高压前与超高压后香气轮廓的差异香气强度对比Figure 1 Total OAV differents of wine aroma series between two stsges (before and after UHPH)

为了明确高压对新鲜‘赤霞珠’干红葡萄酒香气轮廓的影响，我们对超高压处理后与处理前的酒样香气轮廓各组的OAV相减作图.由图1可知，葡萄酒中香气贡献较大的是果香味、花香味、脂肪味、植物味.超高压处理后葡萄酒中的花香、果香、焦糖香及脂肪味都不同程度的升高，其中果香改变最大，泥土味、植物味以及刺鼻味明显降低，这说明瞬间动态高压处理后酒中的香气成分与含量发生明显的改变，对葡萄酒的香气品质有极大的促进作用.葡萄酒中的花果香主要来自于酯类与萜烯类化合物，由表2可知，对酯类中OAV贡献较大的香气物质为辛酸乙酯、癸酸乙酯、琥珀酸二乙酯，萜烯中主要为大马士酮.除P100-1外，P100-2、P100-3、P200-1、P200-2、P200-3组果香都高于对照，而且随着压强及循环次数的增加不断升高，OAV分别高于对照1.5%、10.9%、18.8%、27.0%、34.3%.对于花香，P100-1、P100-2组低于对照，P100-3以及P200-1，P200-2，P200-3花香均高于对照，分别高于对照6.4%、4.2%、16.9%、26.0%.脂肪味主要来自于脂肪酸和个别酯类，本试验处理组中只有P100-1、P100-2组低于对照，其他组则相反，其中P200-1与P200-2条件下对酒中脂肪味贡献较大.酒中的具有植物味香气的物质主要为C6化合物，本试验酒样中发现对OAV贡献较大的物质为正己醇、3-己烯-1-醇.在超高压处理下，这几种物质含量均降低，很大程度上降低了酒中生青植物味.泥土味和刺鼻味为酒中一些不良的香气，本试验中主要贡献物质为1-辛烯-3-醇、1-戊醇.同样经过不同的压力与循环次数处理后降低了这两种物质的含量，从而减少了酒中的泥土味与刺鼻味.

3 结论

本试验探究动态超高压均质技术对‘赤霞珠’干红葡萄酒风味的影响，并得出了一定的结论，其中色度和总花色苷含量逐渐增加，醇与脂肪酸的含量降低，酯类化合物含量上升，香气构成中花香、果香、焦糖香、脂肪味等香气都有所提高，不良的风味有所降低，如：泥土味与植物味；试验中发现压强对风味影响较大，其中200 MPa下效果较好，但与循环次数不成正比.

后期待解决问题：超高压均质的压力最高可达400 MPa，但国内仪器较难实现，如条件容许，可探索更高压强对葡萄酒香气的影响.