氧化處理對黃酒中物質(zhì)含量的影響

王新勝， 周先漢,2， 曾慶梅

(1.合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，安徽合肥 230009 ；2.合肥工業(yè)大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230009)

?

氧化處理對黃酒中物質(zhì)含量的影響

王新勝1， 周先漢1,2， 曾慶梅2*

(1.合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，安徽合肥 230009 ；2.合肥工業(yè)大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230009)

摘要[目的]研究氧化處理對黃酒中總酸、總酚、總酯含量的影響，加快黃酒氧化并為促進(jìn)黃酒陳化提供參考。[方法]以古南豐黃酒為研究對象，研究雙氧水、超高壓2種處理方式對黃酒中物質(zhì)含量的影響。[結(jié)果]通過對模擬體系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鐵離子、多酚對黃酒氧化-酯化有作用；雙氧水作為氧化劑，酒中雙氧水濃度18 mg/L，50 ℃下作用5 h，黃酒中的總酚含量降到0.775 g/L，總酸含量降到4.75 g/L，總酯含量升高到35.12 mg/L；雙氧水協(xié)同超高壓處理黃酒的較適宜操作條件為：酒中雙氧水濃度達(dá)18 mg/L，壓力300 MPa，保壓20 min，此條件下黃酒中的總酚含量降到0.783 g/L，總酸含量降到4.68 g/L，總酯含量升高到42.58 mg/L。[結(jié)論] 研究可為開發(fā)實(shí)用化的黃酒陳化工藝拓展思路。

關(guān)鍵詞模擬體系；氧化劑；超高壓

黃酒是世界上公認(rèn)的三大古酒之一，與啤酒、葡萄酒并列，是我國國粹，有2 500～2 800年的歷史。新釀制的黃酒一般帶有輕微邪雜味，口感粗糙，香味不足，較刺激，欠柔和，此時酒中各成分分子不穩(wěn)定，排列混亂，需經(jīng)過一定時間的陳放，以增加香氣和提高酒的醇厚感、協(xié)調(diào)性，提高酒體的穩(wěn)定性[1]。這一過程稱為陳化或老熟。傳統(tǒng)的陳化方法是采用陶壇貯存，需經(jīng)0.5～1.0年，名酒需3年以上[2]，這將占據(jù)大量資源，限制黃酒企業(yè)發(fā)展。國內(nèi)外學(xué)者已對酒類的人工催陳方法進(jìn)行了相關(guān)研究，如脈沖電場法[2]、超聲法[3]、輻射法[4]、激光法[5]、高壓催陳法[6]等，大都處于實(shí)驗(yàn)室階段，極少投入工業(yè)化生產(chǎn)。

黃酒在陳化過程中會發(fā)生化學(xué)與物理變化，使酒質(zhì)得到改善[7]。氧化反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)的主體之一[8]，對黃酒陳化進(jìn)程及結(jié)果影響顯著。因此，研究黃酒各物質(zhì)在陳化過程中的相互作用，探討增強(qiáng)氧化技術(shù)對黃酒貯藏過程的影響，有助于開發(fā)實(shí)用化的黃酒陳化工藝拓展思路。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料及主要試劑。市售古南豐黃酒。95%乙醇溶液，無錫市展望化工試劑有限公司；乙酸(分析純)、碳酸鈉(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、硫酸亞鐵(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、酚酞(分析純)、亞硫酸鈉(分析純)、36%過氧化氫溶液，均購自國藥集團(tuán)藥業(yè)有限公司；鎢酸鈉(分析純)、鉬酸鈉(分析純)、濃鹽酸、硫酸鋰(分析純)，均購自西隴化工股份有限公司；沒食子酸(色譜純)，中國藥品生物制品檢定所；沒食子酸(分析純)、2-乙基丁酸(色譜純)，均購自阿拉丁試劑有限公司。

1.1.2主要儀器設(shè)備。食品超高壓處理設(shè)備(HPP-L3)，兵器工業(yè)第52研究所447廠；SPME手動進(jìn)樣裝置、頂空瓶(15 mL)、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，Supelco公司；氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀(SCION TQ)，德國布魯克公司。

1.2方法

1.2.1醇酸模擬體系。利用重蒸的無醛乙醇、雙蒸水及乙酸配制16%(V/V)乙醇水溶液600 mL以上，其中乙酸含量 4 g/L，用NaOH 調(diào)整pH至4.2。選用多酚(以沒食子酸加入)、Fe2+(以FeSO4加入)，按表1向醇酸模擬體系中進(jìn)行添加。將設(shè)計(jì)好的樣品裝入40 mL瓶中，瓶頂部留5 mm左右空間，保證有足夠氧存在，密封避光保存，3個月后測定乙醛、乙酸乙酯含量，試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.2增強(qiáng)氧化處理。

1.2.2.1溫度協(xié)同雙氧水處理。該試驗(yàn)主要以雙氧水添加量、作用時間、處理溫度3個因素考察處理前后黃酒中總酸、總酚、總酯含量變化。樣品達(dá)到反應(yīng)時間，即刻加入適量的亞硫酸鈉淬滅氧化劑。

添加量對黃酒中物質(zhì)成分的影響：取50 mL新酒分別加入預(yù)先稀釋到0.36%的雙氧水100、200、300、400、500 μL，50 ℃下處理2 h，測定黃酒中的總酸、總酚、總酯含量。

作用時間對黃酒中物質(zhì)含量的影響：取50 mL新酒加入預(yù)先稀釋到0.36%的雙氧水250 μL，在50 ℃下分別作用1、2、3、4、5、6 h，測定黃酒中的總酸、總酚、總酯含量。

作用溫度對黃酒物質(zhì)含量的影響：取50 mL 新酒加入預(yù)先稀釋到0.36%的雙氧水250 μL，分別在30、40、50、60、70、80 ℃下作用2 h，測定黃酒中的總酸、總酚、總酯含量。

表1　醇酸模擬體系添加構(gòu)成

1.2.2.2雙氧水協(xié)同超高壓處理。超高壓技術(shù)瞬時高壓，可以破壞酒體原有平衡，并可以提供氧化反應(yīng)所需活化能[9-10]。該試驗(yàn)以壓力、保壓時間、雙氧水添加量3個因素考察超高壓處理前后黃酒中物質(zhì)含量的變化。樣品達(dá)到反應(yīng)時間，即刻加入適量的亞硫酸鈉淬滅氧化劑。

壓力對黃酒中物質(zhì)成分含量的影響：取50 mL黃酒新酒，加入預(yù)先稀釋到0.36%的雙氧水250 μL，室溫下，分別在100、200、300、400 MPa壓力下處理30 min，測定黃酒中的總酸、總酚、總酯含量。

保壓時間對黃酒物質(zhì)含量影響：取50 mL黃酒新酒，加入預(yù)先稀釋到0.36%的雙氧水250 μL，室溫，300 MPa下，保壓處理10、20、30、40 min，測定黃酒中的總酸、總酚、總酯含量。

雙氧水添加量對黃酒中的物質(zhì)含量影響：取50 mL新酒，分別加入預(yù)先稀釋到0.36%的雙氧水0、100、200、300、400、500 μL，常溫下，超高壓壓力300 MPa，保壓30 min，測定黃酒中的總酸、總酚、總酯含量。

1.2.3檢測方法。醇酸模擬體系中乙醛、乙酸乙酯、酒中總酯含量，采用頂空固相氣質(zhì)聯(lián)用方式測定，以2-乙基丁酸為內(nèi)標(biāo)。 總酸含量測定參照GB/T 13662—2008進(jìn)行?？偡雍繙y定采用Folin-Ciocalteu法[11-12]。

2結(jié)果與分析

2.1醇酸模擬體系中乙醛、乙酸乙酯變化以醇酸模擬體系為研究對象，通過研究有氧條件下多酚、金屬離子的協(xié)同作用，研究乙醛、乙酸乙酯的形成機(jī)理。自然貯藏3個月后醇酸模擬體系中乙醛、乙酸乙酯含量，如圖1所示。

由圖1可見，有氧條件下，醇酸模擬體系中若不存在多酚，乙醇不易被氧化(如1、3號樣)；酚類物質(zhì)的存在，會導(dǎo)致乙醛含量增加(2號樣6.03 mg/L)；若同時還存在金屬離子的則會促進(jìn)乙醇-乙醛的氧化過程，如4號樣中乙醛含量為13.28 mg/L。

由1～4號溶液中乙醛的變化可以看出，在金屬離子存在下，醇酸模擬體系中乙酸乙酯含量明顯較高，其中3號比1號高26.23%，4號比2號高21.40%；酚類物質(zhì)對乙酸乙酯的產(chǎn)生影響不大。

圖1　貯藏3個月后模擬體系中乙醛和乙酸乙酯含量Fig.1　Acetaldehyde and ethyl acetate content in the simulation system after 3 months of storage

有氧條件下，金屬離子與酚類物質(zhì)存在協(xié)同作用，可導(dǎo)致酒中乙醛含量增加[13]。在氧氣以及催化劑 Fe2+的存在下，酚類物質(zhì)耦合形成醌類物質(zhì)時可產(chǎn)生過氧化氫；通過Fenton反應(yīng)，在金屬離子催化下，醇可被雙氧水氧化為醛[10]。葡萄酒中乙醛的形成途徑也是依據(jù)上述過程進(jìn)行的[14-17]。

醇酸模擬體系中乙酸乙酯的產(chǎn)生是乙酸與乙醇發(fā)生酯化作用的結(jié)果，金屬離子(該試驗(yàn)是Fe2+)可以促進(jìn)酯化反應(yīng)向產(chǎn)生乙酸乙酯的方向進(jìn)行。

2.2溫度協(xié)同雙氧水處理對黃酒的氧化作用

2.2.1雙氧水添加量對黃酒中物質(zhì)含量的影響。由圖2可見，隨著雙氧水添加量增大，黃酒中總酚含量含量逐漸降低，添加量500 μL時，總酚含量0.744 g/L,較空白樣降低11.85%。雙氧水添加量增大，總酸含量先減后增，在添加量300 μL時，達(dá)到最低4.78 g/L。雙氧水添加量超過300 μL時，醇→醛→酸的氧化反應(yīng)過于強(qiáng)烈，而酯化反應(yīng)速度不足以消耗過量的酸，形成總酸的累積。黃酒中各酯類物質(zhì)含量隨雙氧水添加量增加都有不同程度上升，在雙氧水添加量500 μL時，總酯含量34.51 mg/L，較未添加雙氧水時增加15.19%。

2.2.2作用時間對黃酒中物質(zhì)含量的影響。圖3表明，隨著處理時間的增加，酚類物質(zhì)在雙氧水作用下會一直被氧化，引起總酚含量的降低，在處理6 h后，總酚含量降到0.779 g/L，含量降低了7.70%。總酸含量在處理5 h后，降到最低值4.75 g/L，在6 h后，總酸含量出現(xiàn)些許上升，出現(xiàn)原因可能是5 h后，在雙氧水和溫度作用下，黃酒中氧化反應(yīng)速度高于酯化反應(yīng)速度，引起酸類物質(zhì)產(chǎn)生量高于減少量。雙氧水作用時間對黃酒中酯類物質(zhì)含量增加具有促進(jìn)作用，作用6 h后黃酒中總酯含量達(dá)到39.27 mg/L，較未處理時高31.07%。這是由于氧化反應(yīng)速度的升高，導(dǎo)致酸類物質(zhì)濃度的提高，促使酯化反應(yīng)向生成酯類物質(zhì)的方向進(jìn)行。

2.2.3作用溫度對黃酒物質(zhì)含量的影響。由圖4可見，黃酒中總酚含量隨作用溫度升高逐漸降低，在作用溫度80 ℃時，總酚含量降低速度明顯高于30～70 ℃的平均降低速度。總酸物質(zhì)含量在60 ℃時降低到最低值4.87 g/L，80 ℃時總酸含量5.13 g/L，含量較高，呈酸性明顯，表明過高溫度引起氧化反應(yīng)加劇，酸類物質(zhì)迅速累積，易引起黃酒酸敗。揮發(fā)性酯類物質(zhì)受溫度影響明顯，80 ℃時總酯含量37.58 mg/L，較30 ℃時總酯含量30.94 mg/L增加21.46%。

圖2　雙氧水添加量對黃酒中總酚、總酸、揮發(fā)性酯類含量的影響Fig.2　Effects of hydrogen peroxide dosage on content of total phenols,total acids and volatile esters in yellow rice wine

圖3　作用時間對黃酒中總酚、總酸、揮發(fā)性酯類含量的影響Fig.3　Effects of action time on content of total phenols,total acids and volatile esters in yellow rice wine

圖4　作用溫度對黃酒中總酚、總酸、揮發(fā)性酯類含量的影響Fig.4　Effects of action temperature on content of total phenols,total acids and volatile esters in yellow rice wine

2.3雙氧水協(xié)同超高壓處理對黃酒的氧化作用

2.3.1壓力對黃酒中物質(zhì)含量的影響。由圖5可以看出，壓力對黃酒中總酚、總酸含量影響趨勢一致，隨壓力增加，總酚、總酸含量均出現(xiàn)下降趨勢。在400 MPa壓力下，總酚、總酸含量分別為0.768、4.96 g/L，較空白樣的0.844、4.48 g/L分別下降9.00%和9.68%。壓力超過300 MPa，總酚、總酸含量降低不明顯。超高壓壓力對黃酒中揮發(fā)性酯類物質(zhì)影響明顯，在0～400 MPa下?lián)]發(fā)性酯類物質(zhì)隨壓力增大含量增加，400 MPa下總酯含量較0 MPa(常壓)下增加52.10%。

2.3.2保壓時間對黃酒中物質(zhì)含量影響。從圖6可以看出，保壓時間對黃酒中酚類物質(zhì)、酸類物質(zhì)都有影響，在0～40 min保壓時間內(nèi)，黃酒中總酚、總酸含量隨保壓時間的延長均出現(xiàn)降低。黃酒中揮發(fā)性物質(zhì)隨保壓時間的增加，揮發(fā)性酯類均有不同程度的增加。300 MPa保壓時間40 min時，黃酒中總酯含量為46.54 mg/L，比保壓時間0 min高50.42%。保壓時間超過20 min，對黃酒中揮發(fā)性酯類物質(zhì)的產(chǎn)生作用不明顯。

2.3.3雙氧水添加量對黃酒中物質(zhì)含量的影響。從圖7可以看出，雙氧水添加量對黃酒氧化作用明顯。在雙氧水添加量300 μL時，黃酒中總酸物質(zhì)含量達(dá)到最低4.53 g/L。但當(dāng)雙氧水添加量達(dá)500 μL，總酸含量增加到4.91 g/L,表明隨著雙氧水的添加，醇→醛→酸氧化進(jìn)程過快，酸類物質(zhì)產(chǎn)生迅速。黃酒中揮發(fā)性酯類物質(zhì)含量隨雙氧水添加量的增大而增加，黃酒中酯類物質(zhì)的產(chǎn)生是醇酸反應(yīng)的結(jié)果，酸類物質(zhì)的增加，可以促進(jìn)酯類物質(zhì)的產(chǎn)生。

圖5　壓力對黃酒中總酚、總酸、揮發(fā)性酯類含量的影響Fig.5　Effects of pressure on content of total phenols,total acids and volatile esters in yellow rice wine

圖6　保壓時間對黃酒中總酚、總酸、揮發(fā)性酯類含量的影響Fig.6　Effects of hold time on content of total phenols,total acids and volatile esters in yellow rice wine

圖7　雙氧水添加量協(xié)同超高壓對黃酒中總酚、總酸、揮發(fā)性酯類含量的影響Fig.7　Effects of hydrogen peroxide dosage with UHV on content of total phenols,total acids and volatile esters in yellow rice wine

3結(jié)論與討論

研究可知，鐵離子、沒食子酸對模擬體系中氧化酯化反應(yīng)有影響。單獨(dú)的鐵離子氧化作用微弱，對酯化反應(yīng)促進(jìn)作用明顯；單獨(dú)的沒食子酸對氧化反應(yīng)促進(jìn)作用明顯，對酯化反應(yīng)促進(jìn)作用不明顯；鐵離子、沒食子酸二者共同對促進(jìn)乙醇氧化進(jìn)程、酯化反應(yīng)效果更加顯著。

雙氧水能大幅度加快黃酒氧化反應(yīng)進(jìn)程，較適宜的操作條件為：酒中雙氧水濃度18 mg/L、50 ℃下作用5 h，此條件下黃酒中的總酚含量降到0.775 g/L，相當(dāng)于自然貯存5年；總酸含量降到4.75 g/L，相當(dāng)于自然貯存1年；總酯含量升高到35.12 mg/L。雙氧水協(xié)同超高壓處理黃酒的較適宜操作條件為：酒中雙氧水濃度達(dá)到18 mg/L、300 MPa、保壓20 min，此條件下黃酒中的總酚含量降到0.783 g/L，接近于自然貯存1年；總酸含量降到4.68 g/L，相當(dāng)于自然貯存5年；總酯含量升高到42.58 mg/L。

僅用雙氧水處理，在試驗(yàn)條件范圍內(nèi)，黃酒中總酚比新酒相對降低7.00%，總酸比新酒相對降低4.23%，總酯比新酒相對增加低于16%；僅用超高壓處理，在試驗(yàn)條件范圍內(nèi)，黃酒中總酚比新酒相對降低5.81%，總酸比新酒相對降低2.62%，總酯含量相對增加超過35%。由此可知，加入強(qiáng)氧化劑，對促進(jìn)黃酒的氧化進(jìn)程作用較明顯，而超高壓處理則更有利于酯化反應(yīng)的進(jìn)行。高濃度添加雙氧水、處理溫度過高時，總酸含量過快增加可能會引起黃酒酸敗，用雙氧水處理黃酒時均應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)時間和溫度。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡明迪,陳希，李汴生，等.超高壓處理對黃酒陳化的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2011,37(1): 26-31.

[2] 殷涌光,赫桂丹,石晶.高電壓脈沖電場催陳白酒的試驗(yàn)研究[J].釀酒科技,2005(12): 47-50.

[3] CHANG A C,CHEN F C.The application of 20 kHz ultrasonic wave to accelerate the aging of different wines[J].Food chemistry,2002,79: 501-506.

[4] CHANG A C.The effects of gamma irradiation on rice maturation[J].Food cemistry,2003,83: 323-327.

[5] 王汝侯,李明明,張長秀，等.激光陳化優(yōu)質(zhì)大曲酒[J].應(yīng)用激光,1998(5): 122-124.

[6] 段旭昌,李紹峰,張吉煥,等.超高壓技術(shù)處理對白酒物理特性和風(fēng)味的影響[J].中國食品學(xué)報(bào)，2006,6(6): 78-82.

[7] 楊國軍.黃酒的陳化[J].釀酒科技,2006(6):74-76.

[8] 杜小威,雷振河,翟旭龍,等.汾酒老熟研究階段報(bào)告(二)[J].釀酒科技,2002(6):38-41.

[9] 陳復(fù)生.食品超高壓加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[10] 王楊,何紅,馬格麗.白酒陳味及超高壓老熟技術(shù)研究[J].釀酒科技,2009(11):94-96.

[11] 葉杰,倪莉.Folin-ciocalteu法測定黃酒中總多酚含量[J].福建輕紡,2006(11):66-69.

[12] 趙曉娟,李敏儀,黃桂穎,等.Folin-Ciocalteu法測定蘋果醋飲料的總多酚含量[J].食品科學(xué),2013,34(8):31-35.

[13] 喬華.白酒陳化機(jī)理的研究及應(yīng)用[D].楊凌：西北農(nóng)林大學(xué),2013.

[14] AZHAGUMUTHU M，NABAE Y，OHSAKA T.Role of iron in the reduction of H2O2intermediate during the oxygen reduction reaction on iron-containing polyimide-based electrocatalysts[J].Rsc Advances,2016，6：3774-3777.

[15] DANILEWICZ J C.Review of reaction mechanisms of oxygen and proposed intermediate reduction products in wine: Central role of iron and copper[J].American journal of enology & viticulture,2003,54(2):73-85.

[16] LAVORTATO D,TEROUW J K,ARGEL T K,et al.Observation of the Hammick Intermediate: Reduction of the Pyridine-2-ylid Ion in the Gas Phase[J].Journal of the American chemical society,1996,118(47):11898-11904.

[17] FLYAGINA I S,HUGHES K J,POURKASHANIAN M,et al.DFT study of the oxygen reduction reaction on iron,cobalt and manganese macrocycle active sites[J].International journal of hydrogen energy,2014,39(36):21538-21546.

基金項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31371844)。

作者簡介王新勝(1989-)，男，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：食品化學(xué)。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事農(nóng)產(chǎn)品生物化工研究。

收稿日期2016-04-21

中圖分類號TS 262.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)15-058-04

Effects of Oxidation Processing on the Substance Content in China Rice Wine

WANG Xin-sheng1，ZHOU Xian-han1,2，ZENG Qing-mei2*

(1. School of Food Science and Engineering,Hefei University of Technology,Hefei,Anhui 230009; 2. Engineering Research Center of Bio-process of Ministry of Education,Hefei University of Technology,Hefei,Anhui 230009)

Abstract[Objective] The aim was to study effects of oxidation processing on the content of total acids,total phenols,total esters in rice wine,to provide reference for promoting oxidation and aging of rice wine. [Method] With Gunanfeng rice wine as study object,effects of hydrogen peroxide,ultra-high pressure on substance content in rice wine were studied. [Result] Through the simulation system study,it was found that iron ions,wine polyphenols had the role of oxidative esterification; hydrogen peroxide as the oxidant,oxidation of the wine was evident when the wine hydrogen peroxide concentration was 18 mg/L,50 ℃ under the action of 5 h,total phenolic content reduced to 0.775 g/L,total acid content reduced to 4.75 g/L,total ester content increased to 35.12 mg/L; the optimal conditions for hydrogen peroxide synergy of Chinese rice wine in ultra-high pressure were: hydrogen peroxide concentration in wine was 18 mg/L,300 MPa,hold time 20 min,total phenol content reduced to 0.783 g/L,total acid content reduced to 4.68 g/L,total ester content increased to 42.58 mg/L. [Conclusion] The study can expand thought for development of the practical technology of rice wine aging.

Key wordsSimulation system; Oxidant; Ultra-high pressure