基于渗透汽化膜生产脱醇酒的香气成分 及功能特性变化

吕泽，关毅军，王伟雄，黎进雪，王妍凌，古丽米热·祖努纳，方川川，张海军，武运*，党国芳*

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052） （2.新疆中信国安葡萄酒业有限公司，新疆昌吉 832299）（3.吐鲁番楼兰酒庄股份有限公司，新疆吐鲁番，838201）

葡萄酒是以鲜葡萄或葡萄汁为原料，经全部或部分发酵酿制而成，含有一定酒精度的发酵酒[1]。近年来，葡萄酒的有益功效逐渐被消费者熟知，葡萄酒消费日益大众化[2]。但是，葡萄酒通常含有12%（V/V）左右的酒精度，会带来潜在的人体健康风险，因此，越来越多的消费者更青睐饮用脱醇葡萄酒酒[3]。据报道，脱醇酒的市场份额在不断增加，脱醇酒市场具有巨大的潜力和广阔的前景[4]。脱醇葡萄酒是采用鲜食葡萄或葡萄汁经全部或部分发酵，采用特种工艺加工而成的、酒精度为0.5%～1%的葡萄酒[4]，脱醇葡萄酒的概念早在上世纪80年代就已经出现，它前期的生产过程和普通葡萄酒并无区别，只不过添加了去酒精工艺，却保留了葡萄酒中大部分的香气和多酚物质[5,6]。

渗透汽化膜脱醇技术可以将葡萄酒转化为高度酒和脱醇酒，不仅解决了葡萄酒产能过剩的问题，而且有助于开发出深受消费者欢迎的两种新型葡萄酒，即高度酒和脱醇酒。渗透汽化法制备脱醇酒具有很多优点比，比如：低工作温度、低香气损失率、选择性广等[7]。但葡萄酒经过脱醇工艺处理后，其香气、酚类物质等可能会发生一定的改变。

葡萄酒香气主要来源于葡萄、葡萄酒发酵过程以及陈酿阶段。葡萄酒主要香气成分包括酯类、醇类、酸类等，这些物质均对葡萄酒风味有着极大作用。葡萄酒对人体有益的主要功能特性包括抗氧化、抗动脉硬化、降血糖、预防癌症、抗心血管病等，这些功能特性主要来源于葡萄酒中多酚类化合物[8-10]。葡萄酒中多酚物质被称为“天然的自由基清除剂”，可通过将羟基结构上的氢离子转移达到稳定自由基的目的；葡萄酒在浸渍及陈酿的过程中，酚类物质的数量会增加，这样抗自由基的功效也随之增加，从而达到为人体抗氧化的功效[11-13]。本文通过顶空固相微萃取气质联用技术对干红葡萄酒原酒和脱醇酒挥发性香气成分进行测定，并对葡萄原酒和脱醇酒多酚物质含量和抗氧化能力的检测，再结合动物试验的研究，探究脱醇后干红葡萄酒的香气成分及功能特性的变化，为新疆脱醇酒产业提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

干红葡萄酒，100%赤霞珠酿造，新疆中信国安葡萄酒业有限公司；亚硫酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸、氯化钠、苯酚、碳酸钠、葡萄糖、3,5二硝基水杨酸，国药集团；福林酚、DPPH、Trolox、p-DMACA、ABTS+，美国Sino Standards公司；高密度脂蛋白胆固醇（High Density Lipoprotein Cholesterol，HDL-C试剂盒、低密度脂蛋白（Low Density Lipoprotein Cholesterol，LDL-C）试剂盒、总胆固醇（Total Cholesterol，TC）试剂盒、甘油三酯（Triglyceride，TG）试剂盒、白蛋白（Albumin，ALB）试剂盒、血糖（Blood Glucose，GLU）剂盒、球蛋白（Globulin，GLOB）试剂盒、GPX3试剂盒、SAT试剂盒、SOD试剂盒，合肥莱尔生物科技有限公司；雄性SD大鼠共24只（许可证号SCXK2018-0002），6周龄，体重约200 g，购自新疆医科大学实验动物中心。

溶剂：CH3CO2Na·3H2O溶液；H2O2溶液；Al(NO3)3溶液；FeSO4溶液；K2S2O8溶液；HCl溶液、KCl溶液；NaOH溶液、乙醇溶液、乙腈、甲醇等。

1.2 仪器与设备

PDMS商用复合膜，中国南京久思高科技；气质联用仪，美国Perkin Elmer公司；毛细管色谱柱，美国Perkin Elmer公司；万分之一天平，北京赛多利斯科学仪器有限公司；SHD-Ⅲ循环水式多用真空泵，巩义予华仪器设备有限公司；RE-69旋转蒸发器，上海安亭生化仪器厂；pH计，北京华美沃特分析仪器科技有限公司；手持糖度计，北京蓝伯斯科技有限公司；高速冷冻离心机，巩义市宏华仪器设备工贸有限公司；BK-TS1B生物组织脱水机，济南来宝医疗器械有限公司；简易型生物组织包埋机，湖北孝感阔海医疗科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 渗透汽化法制备脱醇酒

第一阶段：利用分离膜，将赤霞珠干红原酒在合适的温度和分离时间条件下进行分离，酒精、部分水及挥发性香气成分透过膜富集，在低真空状态下汽化，通过冷凝收集得到酒精浓度明显提升的渗透液，未透过膜的一侧原料，酒精度不断降低，葡萄中的酚类物质、有机酸等被浓缩，最终可制得酒精度在1%Vol.以下的脱醇酒基酒。进料温度：45 ℃；运行时间：12 h；原料循环泵流量为48 m³/h；膜上游侧原料循环系统压力≤0.3 MPa；膜下游真空系统压力为5 kPa；载冷剂温度：-10～-15 ℃。

第二阶段：继续利用分离膜，对第一阶段的渗透液进行分离，未透过膜的一侧得到酒精度在1.0% Vol以下的脱醇液，膜的透过侧最终富集得到高酒精度的高度酒。进料温度：45 ℃；运行时间：12 h；原料循环泵流量为20 m³/h；膜上游侧原料循环系统压力≤0.3 MPa；膜下游真空系统压力为2 kPa；载冷剂温度：-10～-15 ℃。

本文主要研究脱醇酒，高度酒留作后期研究，具体工艺流程见图1。

1.3.2 基础理化指标检测

酒精度、总糖、总酸、pH均采用GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的方法进行测定[14]。

1.3.3 多酚物质及体外抗氧化能力检测

总酚：Folin-Ciocalteu法测定；总黄烷-3-醇：DMACA法测定；总花色苷：pH示差法测定；总黄酮：三氯化铝法测定；ABTS自由基：ABTS自由基清除法测定；DPPH自由基：DPPH自由基清除法测定；羟自由基：D-脱氧核糖-铁体系法测定[15]。

1.3.4 样品香气成分分析

GC条件：毛细管色谱柱：WAX ETR 30 m×0.25 mm×0.50 μm，载气：He，流速1 mL/min；程序升温：初始温度35 ℃保持2 min，以4 /min℃ 升温至230 ℃保持7 min；不分流进样；进样口温度：240 ℃。

MS条件：离子源温度：230 ℃；传输线温度：240 ℃；电子轰击源：70 eV；质量扫描范围：30～550 amu。

以乙酸正戊酯和2-乙基丁酸为内标进行定量分析。

1.3.5 动物试验

将雄性SD大鼠经7 d适应性喂养后，按体重随机分为3个小组，即1组：干红葡萄酒酒组（n=8），2组：脱醇酒组（n=8），3组：对照组（n=8），试验周期为8周，每天定时进行灌胃，对照组灌以蒸馏水，1组灌干红葡萄酒，2组灌脱醇酒，各组灌胃剂量均为13.8 mL/kg，葡萄酒样品灌胃剂量按照《实验生理科学》中公式[16]，在结合成年人1周酒精摄入量不超过100 g计算[17]，共持续54 d。结束时进行组织取材，对大鼠进行心脏穿刺采血用于血清生化检测，取材前禁食不禁水。

1.3.6 数据统计分析

采用Excel（版本号：16.0.12527.20470，Microsoft，USA）、SPSS Statistics （26.0.0.0，IBM，USA）、Origin (9.5.0.185，Microcal，USA)，进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 理化指标结果分析

表1 基本理化指标 Table 1 Basic physical and chemical indexes

脱醇酒酒精度为0.49% Vol，符合国家对脱醇酒酒精度小于0.5% Vol的标准，相较于原酒，脱醇酒总糖显著升高（p＞0.05），总酸显著升高（p＜0.05），pH显著降低（p＜0.05）。

2.2 GC-MS结果分析 2

.2.1 定性分析

干红葡萄酒和脱醇酒的总离子流图如图2，通过定性分析发现，共检测出45种挥发性物质，主要包括酯类、醇类、酸类、烃类、酚类和萜烯类六大类，结果如表2所示。干红葡萄酒原酒与脱醇干红葡萄酒中挥发性物质有所差异，酯类物质占15种，为葡萄酒香气的主导成分，葡萄酒中果香气味由其产生；醇类物质共10种，是葡萄酒中主要香气成分之一，能够赋予葡萄酒更为复杂的香气；酸类物质6种，酸类物质主要来源于发酵香气[18]；烃类物质10种，酚类物质2种，萜烯类物质2种。

表2 干红葡萄酒及脱醇酒挥发性成分检测结果 Table 2 Detection results of volatile components in dry red wine and dealcoholized wine

2.2.2 定量分析

续表2

干红葡萄酒原酒和脱醇酒通过GC-MS分析其挥发性成分含量结果见表2。由表2和图3可知，干红葡萄酒和脱醇干红葡萄酒的主要挥发性成分含量有一定差异，干红葡萄酒香气含量为464.36 mg/L，脱醇酒的香气含量为301.75 mg/L。干红葡萄酒香气成分含量为醇类＞酯类＞酸类＞酚类＞萜烯类＞烃类，分别占总香气的58.33%、35.07%、2.76%、2.06%、0.93%、0.85%，而脱醇酒酯类＞醇类＞酸类＞萜烯类＞酚类＞烃类，分别占总香气的53.54%、25.34%、13.21%、4.73%、1.81%、1.38%。

由表2可知干红葡萄酒酯类、醇类物质含量最高，酸类、酚类中等，萜烯类、烃类含量最低，脱醇酒酯类、醇类物质含量最高，酸类、萜烯类中等，酚类、烃类最低。干红葡萄酒的醇类相对含量较高，而脱醇酒的酯类相对含量较高。

2.2.3 渗透汽化膜脱醇对干红葡萄酒香气成分的影响

大多数酯类化合物是在发酵过程中形成的[19]，从表2和图3可以看出，相较于原酒，脱醇酒中酯类物质的种类和含量有了部分改变。原酒含有酯类15种，总量为162.84 mg/L，相对含量为37%；脱醇酒含有酯类14种，总量为161.55 mg/L，相对含量为53.54%。其中，脱醇酒完全失去丁二酸二乙酯，且己酸乙酯、葵酸乙酯的含量损失较大。丁二酸二乙酯的香气特点是果香、甜瓜香；己酸乙酯的香味特点是苹果、香蕉和菠萝等果香；葵酸乙酯的香味特点是果香、脂肪味。十四酸乙酯在脱醇酒中的含量增多，原酒中含量为20 mg/L，脱醇后含量是42.06 mg/L，这是由于脱醇过程中醇类与酸类物质可能发生反应，有一些新的酯类物质产生，造成干红葡萄酒与脱醇酒中的酯类物质存在一定差距。

酒精发酵、氨基酸转化及亚麻酸降解物的氧化是葡萄酒中的醇类主要来源于[20-23]。由表2和图3可知原酒中的醇类有10种，含量为270.84 mg/L，相对含量为58%。脱醇酒中共有中有10醇类物质，含量为76.47 mg/L，相对含量为25%。脱醇酒中异戊醇、异丁醇含量相比于原浆酒急剧减少，已经低于阈值，异戊醇与异丁醇都具有果香味、溶剂味、酒精味，故会让脱醇酒具有更好的风味。

葡萄酒中酸类物质可分为有机酸和无机酸，有机酸包括酒石酸和苹果酸等，适量的酒石酸和苹果酸会让人感觉舒适，但过量的则会让人感到尖锐、刺鼻[24-26]。由表2可知，原酒和脱醇酒中都检测到6种酸类化合物，分别为葵酸、丁酸、己酸、辛酸、月桂酸、苹果酸。其中辛酸在干红葡萄酒原酒中含量为10.56 mg/L，脱醇酒中含量为36.74 mg/L，有较高的提升，这可能是由于脱醇后样品体积减少的原因，其余酸类物质变化不大。绝大部分有机酸都对葡萄酒的香气起较好的作用，可与醇类生成具有良好香气的酯类。

2.3 多酚物质含量分析

采用常规理化方法对原酒及脱醇酒中总酚、总黄酮、总黄烷-3-醇、总花色苷含量进行测定，结果如图4所示。在葡萄酒中，多酚影响着葡萄酒的颜色、口感结构、陈年状态以及健康功效等[27-29]。相较于原酒，脱醇酒总酚含量上升21.59%（p＜0.05），总黄酮含量上升25.21%（p＜0.05），总黄烷-3-醇含量上升20.00%（p＜0.05）、总花色苷含量上升35.64%（p＜0.05），这是由于原酒渗透汽化后还产生了高度酒和脱醇液，脱醇后干红葡萄酒原酒功能特性的变化还需要结合抗氧化能力值来评定。

2.4 体外抗氧化能力测定

葡萄酒的抗氧化功能深受消费者关注，本研究通过测定各样品对DPPH·、ABTS+·及·OH的清除力评定各样品体外抗氧化能力，结果如图5所示。

根据抗氧化能力结果显示，相对于干红葡萄酒原酒，脱醇酒DPPH清除力上升17.45%（p＜0.05），ABTS清除力上升9.19%（p＜0.05），羟自由基的清除力上升2.82%（p＞0.05），可见脱醇酒体外抗氧化能力变化较小，说明在脱醇后对葡萄酒抗氧化能力变化不大。而葡萄酒自身抗氧化能力与原料生长环境、条件及成品酿造工艺及后期储藏都有关系。通过样品中多酚物质含量与抗氧化能力值结果分析得知，渗透汽化脱醇法对葡萄酒原酒酚类物质及抗氧化能力影响较低，在降低酒精对人体造成的损伤时，还可以保留其对人体有益的功能特性，这与刘瑞[30]的研究结果基本一致。

2.5 动物试验结果分析

2.5.1 大鼠血酯功能指标

据报道，适量饮用葡萄酒可使血液中HDL-C含量升高，HDL-C能够降低血液中多余低密度脂蛋白（LDL-C）、TC、TG等物质的含量，从而促进胆固醇流入血液排向肝脏，经过肝脏分解排出体外，达到血浆中降低胆固醇含量的目的，从而保护心血管[31,32]。本研究比较了不同样品灌胃后对大鼠血酯功能指标的影响，结果如图6所示，结果表明，与对照组相比，干红葡萄酒组和脱醇酒组大鼠血清中TC、TG含量均显著降低（p＜0.05），其中关于TC、TG，干红葡萄酒组大鼠分别降低12.01%、14.12%，脱醇酒组大鼠分别降低21.52%、17.17%；干红葡萄酒组HDL-C指标增加6.24%（p＜0.05），LDL-C降低4.14%（p＞0.05），而脱醇酒组大鼠HDL-C指标升高14.52%（p＜0.05），LDL-C降低29.89%（p＜0.05）。三组大鼠数据对比说明脱醇酒对心血管病的保护作用，干红葡萄酒组对大鼠血酯功能影响还有待探究。当血清中低密度脂蛋白、甘油三酯及胆固醇含量增多，高密度脂蛋白含量降低时提示血管内部可能出现相关疾病[29]，从而引起缺血性心血管疾病，因此脱醇酒组和干红葡萄酒组大鼠血酯中HDL-C升高、LDL-C指标显著降低再次证明了脱醇酒在心血管病方面的保护作用。

2.5.2 大鼠血液营养功能指标分析

临床医学中，TP、ALB、GLOB这三项指标是研究动物健康状态的参数[33]。当血清中TP或ALB降低时，会出现肾病综合征，蛋白质分泌过剩等情况[34]。本实验研究了不同样品灌胃后对大鼠血液营养功能指标的影响，结果如图7所示。结果表明，各处理组的ALB、TP及GLOB参数间无明显变化，这表明适量饮用葡萄酒与脱醇酒不会改变血清酯质水平。两组大鼠血清中GLU水平呈下降趋势（p＜0.05），说明长期饮用葡萄酒及脱醇酒对机体血糖控制有益。

2.5.3 大鼠抗氧化功能指标分析

人体内含有的抗氧化物质来源于自身合成和食物供给，葡萄酒中含有多种抗氧化物质，它们可通过激发机体内关于抗氧化的诸多系统，使机体内SOD、CAT、GPX3等抗氧化物质含量提升，其对自由基清除及提升抗氧化防御系统有辅助作用[35-37]。抗氧化酶SOD、CAT和GPX3的检测结果见图8，与对照组相比，干红葡萄酒组大鼠与脱醇酒组的大鼠血清中SOD含量显著升高（p＜0.05），分别升高27.43%、74.97%；大鼠血清中CAT含量分别亦显著升高（p＜0.05），分别升高224.69%、566.14%；脱醇葡萄酒组大鼠血清中GPX3含量升高102.19%（p＜0.05），干红葡萄酒组大鼠血清中GPX3含量升高21.45%（p＞0.05)。相较于干红葡萄酒组，脱醇葡萄酒组CAT、GPX3均显著升高 （p＜0.05），因此，饮用干红葡萄酒及脱醇酒会对机体肝脏抗氧化系统活性有改善作用，饮用脱醇酒对机体肝脏抗氧化能力改善作用更强，这与Miloradovic[38]的研究结果脱醇酒对机体抗氧化系统活性有一定的改善作用一致。

3 结论

3.1 采用HS-SPME结合GC-MS技术对干红葡萄酒原酒以及脱醇酒进行挥发性风味成分分析，共检测出45种香气化合物，其中干红葡萄酒有44种香气化合物，脱醇酒中含有42种香气化合物，脱醇酒的香气成分含量可达干红葡萄酒香气成分含量的64.98%，即脱醇酒保留了大部分干红葡萄酒中的挥发性风味物质。

3.2 采用常规理化方法检测干红葡萄酒和脱醇酒中总酚、总黄酮、总黄烷-3-醇、总花色苷含量进行检测，相较于干红葡萄酒原酒，脱醇酒总酚含量上升21.59%（p＜0.05），总黄酮含量上升25.21%（p＜0.05），总黄烷-3-醇含量上升20.00%（p＜0.05）、总花色苷含量上升35.64%（p＜0.05），脱醇酒DPPH清除力上升17.45%（p＜0.05），ABTS清除力上升9.19%（p＜0.05），羟自由基的清除力上升2.82%（p＞0.05），说明脱醇酒的总酚含量和抗氧化能力都会有所提升。

3.3 相较于对照组，干红葡萄酒组大鼠和脱醇酒组大鼠血清中TC、TG含量均显著降低（p＜0.05），干红葡萄酒组HDL-C指标增加6.24%（p＜0.05），LDL-C降低4.14%（p＞0.05），脱醇酒组大鼠HDL-C指标升高14.52%（p＜0.05），LDL-C降低29.89%（p＜0.05），两组大鼠血清中血糖水平均呈现下降趋势，说明长期饮用葡萄酒及脱醇酒对机体血糖控制有益；干红葡萄酒组与脱醇酒组的大鼠血清中SOD含量分别升高27.43%、74.97%（p＜0.05）；大鼠血清中CAT含量分别升高224.69%、566.14%（p＜0.05）；干红葡萄酒组大鼠血清中GPX3含量升高21.45%（p＞0.05）、脱醇葡萄酒组大鼠血清GPX3含量升高102.19%（p＜0.05）。

3.4 综上所述脱醇酒不但降低酒精对人体的伤害，并且香气含量可达干红葡萄酒香气含量的64.98%，具有良好的风味，多酚物质含量及体外抗氧化指标均有所提升，体内生理生化指标均有所改善，但本试验样本量较少，且缺乏安全性方面指标，后续会加大样本量并进行安全性指标的研究，为企业生产优质脱醇酒提供理论依据。