蒙古櫟主要風味成分在風干過程中的變化

趙 虎,尹 雷,李蘭曉,李記明,姜文廣,于 英,沈志毅

(煙臺張裕集團有限公司技術(shù)中心,山東煙臺 264000)

蒙古櫟主要風味成分在風干過程中的變化

趙 虎,尹 雷,李蘭曉,李記明*,姜文廣,于 英,沈志毅

(煙臺張裕集團有限公司技術(shù)中心,山東煙臺 264000)

對蒙古櫟橡木在室外自然風干過程中糅花單寧、總酚和揮發(fā)性香氣成分的含量的變化進行了分析。結(jié)果表明:風干2年即可使總酚以及部分揮發(fā)性化合物達到穩(wěn)定,但鞣花單寧和具有不良氣味的化合物如壬烯醛、苯酚等變化較緩慢,需3年的時間才能達到穩(wěn)定水平。而風干時間達4年時,酚醛以及糠醛等化合物的含量由于氧化、揮發(fā)等原因則下降。因此,蒙古櫟適宜的風干時間確定為3年。

蒙古櫟,風干,糅花單寧,總酚,揮發(fā)性化合物,變化

橡木桶陳釀是葡萄酒生產(chǎn)中的重要工藝環(huán)節(jié),在橡木桶陳釀過程中,葡萄酒的顏色、香氣、口感均得以明顯改善,尤其是橡木中的一些揮發(fā)性香氣成分,如橡木內(nèi)酯類、酚醛類、糠醛類、揮發(fā)酚類化合物,可使葡萄酒產(chǎn)生橡木、香草、烤面包、煙熏等復雜香氣,是使葡萄酒產(chǎn)生陳釀特征的主要化合物[1]。葡萄酒行業(yè)使用的橡木桶,主要是源自法國的無柄橡(Quercuspetraea)和美國的美洲白橡(Quercusalba),且不同品種橡木的陳釀效果有明顯差別,無柄橡陳釀的酒,香氣較幽雅細膩,且易與葡萄酒的果香和酒香融為一體;而美洲白櫟的揮發(fā)性香氣物質(zhì)含量更多,較為濃烈,較易游離于所釀葡萄酒的果香和酒香之上。蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch)主要分布于我國東北地區(qū),是我國主要的工業(yè)用材樹種。研究表明,蒙古櫟制作橡木桶,陳釀效果介于兩者之間,具有更好的葡萄酒口感,能釀造橡木香、果香、酒香協(xié)調(diào)幽雅的葡萄酒,具有較高的應用潛力。

橡木桶對葡萄酒陳釀效果的影響,除品種因素外,橡木桶在制作過程中所經(jīng)歷的風干和烘烤工藝也會對橡木的成分產(chǎn)生明顯影響[2]。其中,風干是橡木桶制作過程中一個重要的、必不可少的工藝環(huán)節(jié)。由于剛砍伐時,橡木中的水分含量高達60%,其成分和機械性能并不適宜制作木桶,因此,必須通過風干使橡木中的水分降至適宜水平,以防止木板開裂和變形。

風干過程中,橡木的成分還將發(fā)生一系列有利于橡木品質(zhì)的變化[3],如隨著橡木中水分含量的減少,橡木中的纖維軟化,木板的機械抗性提高,降低了制桶過程中,桶板發(fā)生斷裂的幾率。更重要的是,在風干過程中,橡木中的化學成分由于蒸發(fā)以及降雨、紫外和微生物等因素的共同作用[4],發(fā)生復雜的變化,并在葡萄酒的陳釀過程中,對葡萄酒的風味產(chǎn)生影響。

對于葡萄酒陳釀經(jīng)常使用的兩種橡木,無柄橡和美洲白橡來講,由于品種特性差異,其風干時間也有所不同,美國橡木的風干時間一般為24個月,而法國橡木由于單寧含量較多,風干時間相對較長,一般為36個月。隨著國際葡萄酒市場的不斷發(fā)展,開發(fā)新的橡木資源的需求越來越大,國外學者對產(chǎn)自西班牙的橡木在風干過程中的變化進行研究[5-6],結(jié)果表明,風干過程中橡木的揮發(fā)性化合物和鞣花單寧等非揮發(fā)性化合物均產(chǎn)生復雜的變化,但與烘烤過程相比,風干對橡木成分的影響相對較小[7-10]。

目前,國內(nèi)已有多家橡木桶公司,除進口板材生產(chǎn)橡木桶外,也有廠家開始以國內(nèi)的橡木為原料生產(chǎn)橡木桶,但由于品種方面的差異,對于風干和烘烤等關(guān)鍵工藝對國產(chǎn)木桶成分的影響尚不清楚。因此,本研究對蒙古櫟在風干過程中,不同化合物和指標的變化情況進行研究,以期為國產(chǎn)橡木的規(guī)?；_發(fā)提供工藝技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蒙古櫟 由煙臺神馬橡木制品有限公司提供,產(chǎn)自中國長白山地區(qū),樹齡50年以上;無水乙醇、酒石酸、酒石酸氫鉀、無水硫酸鈉、氯化鈉為分析純試劑,二氯甲烷、γ-己內(nèi)酯、3,4-二甲基苯酚、順式橡木內(nèi)酯、反式橡木內(nèi)酯、丁香酚、鞣花酸、沒食子酸、香草酸、丁香酸、阿魏酸、香草醛、丁香醛、松柏醛、芥子醛均為色譜純 購自上海國藥集團。

QP2010 Plus氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司;RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠;1100型高液相色譜儀(二極管陣列檢測器) 美國Agilent公司;Lambd950紫外可見分光光度計 美國PE公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 橡木板的風干與取樣 橡木采伐后按照法國木桶的傳統(tǒng)切割方式,劈切成(100～110) cm×(6～12) cm×(3～3.3) cm的桶板,按照每層9根木板,每層木板與相鄰層木板垂直碼垛成20層高的木方,在室外進行自然風干,年降水量為600～700 mm,年平均氣溫11～13 ℃。取樣時,從木方中部隨機選擇5根木板并標記,每年的12月份檢測分析一次。

1.2.2 橡木提取液的制備 將橡木板兩端去除1 cm,然后從木板兩端分別截取5 cm木材并粉碎,粉碎后過20目篩,準確稱取5 g橡木粉末,置于250 mL模擬酒溶液中(12%vol乙醇,0.7 g/L酒石酸,1.11 g/L酒石酸氫鉀),20 ℃避光浸泡15 d,每天定時搖瓶一次,然后用布氏漏斗過濾,濾液置于4 ℃冰箱待測[11]。

1.2.3 總酚含量的測定 采用分光光度法[12]。將橡木提取液用蒸餾水稀釋10倍,用1 mm的比色皿,測定提取液在280 nm波長的吸光度?？偡雍恳韵鹉咎崛∫旱奈舛缺硎尽?/p>

1.2.4 鞣花單寧含量的測定 取0.5 mL橡木提取液,在氮吹和室溫條件下,加入2 mL 0.1 mol/L的亞硝酸溶液,密封條件下室溫反應60 min后,在600 nm波長下測定藍色溶液的吸光值,以吸光度為橫坐標，鞣花單寧含量為縱坐標，得到的標準曲線方程為Y=9.1582X+0.0296，R2=0.9982。根據(jù)標準曲線計算橡木中鞣花單寧的含量[13]。

1.2.5 揮發(fā)性化合物含量的測定

1.2.5.1 揮發(fā)性化合物的提取 準確取50 mL橡木提取液,添加100 μL以95%乙醇配制的內(nèi)標物γ-己內(nèi)酯和3,4-二甲基苯酚溶液(濃度分別為2 mg/mL、20 mg/L),加NaCl至飽和,用二氯甲烷液液萃取3次,每次15 mL。萃取結(jié)束后合并有機相,用無水硫酸鈉干燥,然后用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,30 ℃條件下將有機相濃縮至1 mL,再用氮吹儀吹至500 μL,置于4 ℃冰箱,供GC-MS分析[11]。

1.2.5.2 GC-MS分析 色譜條件:SUPELCOWAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm),進樣口溫度為230 ℃,檢測器溫度290 ℃;載氣為氦氣,流速為1.1 mL/min;進樣量為1 μL,分流比30∶1,升溫程序為:初溫45 ℃,以3 ℃/min升至230 ℃,保持25 min,然后以10 ℃/min升至270 ℃,保持21 min。

質(zhì)譜條件:EI電離源,電子轟擊能量為70 eV,離子源溫度為230 ℃;掃描范圍為35～350 amu[11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010做圖。用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行Duncan新復極差檢驗分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒙古櫟風干過程中鞣花單寧含量的變化

從圖1可以看出,蒙古櫟在風干過程中,鞣花單寧含量整體呈下降趨勢,在第1年的風干過程中,鞣花單寧的含量變化相對較小,與風干開始時的橡木(CK)相比,沒有顯著差異(p>0.05);而從風干的第2年時開始,鞣花單寧含量較原橡木顯著減少(p<0.05)。這表明橡木中的鞣花單寧,雖然可在溶解、氧化以及微生物的降解作用下出現(xiàn)含量降低的變化趨勢,但其含量變化需要相對較長時間。由于鞣花單寧具有較強的收斂性[15],因此,風干時間在3年及以上,可防止過多的糅花單寧進入到葡萄酒中而影響其口感。

圖1 蒙古櫟在風干過程中鞣花單寧含量的變化曲線Fig.1 Evolution of the concentration of ellagic tannin during seasoning process

2.2 蒙古櫟在風干過程中總酚含量的變化

從圖2可以看出,蒙古櫟在風干的前2年,由于降雨、氧化等因素的影響,橡木中總酚含量快速減少;此后,隨著風干時間的延長,總酚含量基本趨于穩(wěn)定,這可能是由于隨著風干時間的延長,橡木中水分含量尤其是自由水的含量減少,橡木中的酚類物質(zhì)溶出變慢,同時由于紫外和微生物等因素,橡木中木質(zhì)素降解產(chǎn)生的酚類化合物與溶出和氧化損失的多酚化合物趨于平衡,因此,在風干時間達到2年及以上時,橡木中的總酚含量即趨于穩(wěn)定。

表1 風干過程中酚醛和酚酮類化合物含量的變化(μg/g)Table 1 Evolution of the concentration of phenolic aldehyde and phenolic ketone during seasoning process(μg/g)

注:同行數(shù)據(jù)標有不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),表2～表4同。

圖2 風干過程中總酚含量的變化Fig.2 Evolution of the concentration of total phenol during seasoning process

2.3 蒙古櫟風干過程中酚醛和酚酮類化合物含量的變化

橡木中的酚醛和酚酮類化合物主要源于木質(zhì)素的降解,其中,香草醛是最易被人感知的橡木香氣成分之一,具有香草和奶香氣味[16]。從表1可以看出,在橡木中共檢測出16種酚醛和酚酮類化合物,其中,丁香醛含量最高,其次是香草醛、芥子醛和松柏醛以及3-甲氧基-4-羥基苯丙酮和乙基香草醚,其余酚醛或酚酮類化合物含量較低,均不足1 μg/g。

風干過程中,除丁酰香草酮、甲基香草醚和香草基丙酮這3種化合物的含量未出現(xiàn)顯著變化外,其余化合物的含量均出現(xiàn)顯著變化,尤其是香草醛、丁香醛和芥子醛這幾種含量較高的化合物,在風干時間為1年時,其含量較風干開始時無顯著變化或顯著下降,而在風干時間為2年時,其濃度較風干開始時顯著(p<0.05)增加。其他酚醛和酚酮類化合物,如松柏醛和乙酰香草酮等,其含量在風干過程中也出現(xiàn)顯著增加,并且其含量的最大值,大多都出現(xiàn)在風干時間為2年或3年時。而當風干時間為4年時,除少量的酚醛化合物如乙酰香草酮、乙基香草醚,其含量仍有顯著增加外,其他酚醛和酚酮類化合物的含量較風干3年時無顯著變化或下降。這主要是由于隨著風干時間的延長,大部分木質(zhì)素降解產(chǎn)生的酚醛和酚酮化合物,會由于揮發(fā)、氧化等原因而濃度下降。

2.4 風干過程中揮發(fā)酚類化合物含量的變化

表2 風干過程中揮發(fā)酚類化合物含量的變化(μg/g)Table 2 Evolution of the concentration of volatile phenolic compounds during seasoning process(μg/g)

表3 風干過程中內(nèi)酯、呋喃及相關(guān)化合物含量的變化(μg/g)Table 3 Evolution of the concentration of lactone and furfuran and related compounds during seasoning process(μg/g)

橡木中的木質(zhì)素可降解產(chǎn)生具有苯酚和甲氧基苯酚結(jié)構(gòu)的一系列揮發(fā)性酚類化合物,如愈創(chuàng)木酚、甲基愈創(chuàng)木酚、丁香酚等,這些化合物是使橡木產(chǎn)生煙熏和香料等氣味的主要化合物[17]。從表2可以看出,在橡木中共檢測出10種酚類化合物,其中丁香酚、4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚的含量相對較高,而其余8種揮發(fā)酚的含量均不足1 μg/g。

根據(jù)揮發(fā)酚的含量在風干過程中的變化規(guī)律,大體可以分為三類。第一類是風干過程中,其含量出現(xiàn)顯著變化的化合物,這類化合物主要包括具有甲氧基苯酚結(jié)構(gòu)的愈創(chuàng)木酚、4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和具有雙甲氧基苯酚結(jié)構(gòu)的2,6-二甲氧基苯酚和4-甲基-2,6-二甲氧基苯酚,其含量在風干的第1年或第2年出現(xiàn)顯著增加,而在風干的第3年和第4年,其含量保持不變或呈下降趨勢。第二類是在風干過程中,其含量雖有波動,但并未發(fā)生顯著變化,這類化合物包括丁香酚、異丁香酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚。而第三類化合物則主要包括苯酚,其含量在風干過程中顯著減少,尤其是風干第一年,其含量由風干開始時的0.73 μg/g快速降至0.26 μg/g,此后苯酚含量有所波動,但其含量無顯著變化。由于苯酚可使葡萄酒產(chǎn)生墨水和消毒水等不良氣味[18],因此,風干過程中苯酚含量減少,有利于提高橡木香氣品質(zhì)。

2.5 風干過程中內(nèi)酯、呋喃及相關(guān)化合物含量的變化

橡木中的內(nèi)酯類化合物,主要源于橡木中羥基脂肪酸的分子內(nèi)脫水[19],而呋喃、吡喃等化合物則由橡木中半纖維素降解產(chǎn)生的[20]。從表3可以看出,在橡木中共檢出順反橡木內(nèi)酯等內(nèi)酯類化合物3種,以及糠醛、麥芽酚、苯甲醛、2-乙?；秽?-吡咯甲醛等化合物13種。其中,順式橡木內(nèi)酯、反式橡木內(nèi)酯、糠醛和苯甲醇在未風干的橡木中含量較高,而其他幾種化合物的含量較低,均不足1 μg/g。風干過程中,2-乙?；秽㈨樂聪鹉緝?nèi)酯以及苯乙醇等12種化合物的含量在風干過程中雖有所波動,但與風干開始時的橡木相比,沒有顯著變化;而苯甲醛、苯甲醇、糠醛以及5-羥甲基糠醛這4種化合物的含量在風干過程中,均顯著升高,其中,苯甲醛和糠醛是使橡木產(chǎn)生杏仁和烤面包香氣的主要化合物[21]。

2.6 風干過程中脂肪醛和脂肪醇類化合物含量的變化

在風干過程中,橡木中的不飽和脂肪酸可氧化分解產(chǎn)生一些脂肪醛類和脂肪醇類化合物,這些化合是使橡木產(chǎn)生青草、灰塵和鋸末等不良氣味的主要化合物[22]。從表4可以看出,在橡木中共檢測出4種脂肪醛類和2種脂肪醇類化合物,其中2-壬烯醛和1-己醛是橡木中含量最多的兩種脂肪醛化合物,且這兩種化合物的閾值(分別為0.5和4.5 μg/kg)較低,是使橡木產(chǎn)生生草和生青等不良氣味的主要化合物。雖然1-己醛和2-辛烯醛的含量在風干過程中,均出現(xiàn)顯著增加的情況,但幾種脂肪醛類化合物的含量在風干前后整體呈顯著下降的趨勢,尤其是風干時間為3年時,脂肪醛類化合物的含量較新鮮橡木顯著減少,而風干時間為4年時,脂肪醛類化合物的含量基本趨于穩(wěn)定。由于己醛和壬烯醛具有明顯的青草氣味,因此,其含量的下降有利于提高橡木香氣的品質(zhì)。而1-己醇和2-乙基-1-已醇兩種脂肪醇類化合物,在風干過程中含量雖有所減少,但并無顯著變化,而且由于含量較低,閾值較高,對橡木及葡萄酒的風味不會產(chǎn)生明顯影響。

表4 風干過程中脂肪醛和脂肪醇類化合物含量的變化(μg/g)Table 4 Evolution of the concentration of aliphatic aldehydes and aliphatic alcohols during seasoning process(μg/g)

3 討論與結(jié)論

蒙古櫟進行自然風干的過程中,鞣花單寧和總酚的含量顯著減少,其中鞣花單寧含量降低的速率較慢,需3年時間達到穩(wěn)定,而總酚含量下降的速率較快,2年時間即達到穩(wěn)定。對揮發(fā)性化合物的檢測結(jié)果表明,風干過程中,香草醛、丁香醛等酚醛類化合物在風干2至3年時,濃度最高,此后由于氧化和揮發(fā)等因素,其含量保持不變或呈下降趨勢。揮發(fā)酚和內(nèi)酯及呋喃類化合物則表現(xiàn)出3種不同的變化趨勢,一類是具有甲氧基苯酚結(jié)構(gòu)的愈創(chuàng)木酚及其同系物和苯甲醛、苯甲醇、糠醛等化合物,其含量在風干過程中顯著增加;第二類則是丁香酚、橡木內(nèi)酯等化合物,其含量在風干過程中無顯著變化;第三類主要以苯酚為代表的,其含量在風干過程中顯著減少。橡木中易產(chǎn)生青草等不良氣味的化合物,如壬烯醛和己醛的含量,在風干3年時顯著減少。因此,從上述分析可以看出,在橡木的自然風干過程中,既存在風味化合前體的降解使揮發(fā)性化合物增加的因素,也存在揮發(fā)以及氧化等因素使揮發(fā)性化合物減少的因素。雖然風干2年時,即可使總酚以及香草醛和愈創(chuàng)木酚等揮發(fā)性化合物達到穩(wěn)定,但鞣花單寧和具有不良氣味的化合物如壬烯醛和苯酚的含量變化較慢,需3年的時間才能達到穩(wěn)定水平;而進一步延長風干時間,酚醛以及糠醛等化合物的含量由于氧化、揮發(fā)等產(chǎn)生損失。因此,蒙古櫟適宜的風干時間確定為3年。

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The changes of principal flavor components ofQuercusmongolicaduring seasoning process

ZHAO Hu,YIN Lei,LI Lan-xiao,LI Ji-ming*,JIANG Wen-guang,YU Ying,SHEN Zhi-yi

(Center of Science and Technology,Changyu Group Co.,Ltd.,Yantai 264000,China)

The content of ellagitannin,total phenol,and volatile components ofQuercusmongolicawere determined during the natural seasoning in the opening air. Results showed that the content of total phenolic and some volatile compounds reached stability after seasoned for two years,but the changes of ellagitannin and some undesirable odor compounds such as 2-nonenal,phenol were slowly,and it took three years to reach the level of stability. When the seasoning time got up to four years,the content of phenolic aldehyde and furfural compounds decreased due to the oxidation and volatilization. Therefore,the suitable seasoning time for Mongolia oak was determined as 3 years.

Quercusmongolica;seasoning;ellagitannin;total phenol;volatile components;changes

2016-10-11

趙虎(1979-)，男，碩士研究生，工程師，研究方向：葡萄與葡萄酒，E-mail：zhhu007@126.com。

*通訊作者:李記明(1966-)，男，研究員，研究方向：葡萄酒工藝和葡萄栽培，E-mail：zyljm@163.com。

山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才項目；煙臺市科技發(fā)展計劃項目(2013NC054)。

TS262.6

A

1002-0306(2017)08-0145-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.020