浸提橡木中香氣成分的工藝研究

周興鵬， 趙 華

(工業(yè)微生物教育部重點實驗室，天津科技大學生物工程學院，天津 300457)

引 言

橡木，即櫟屬，廣泛分布在北半球溫和地區(qū)，主要是在北美洲[1]。中國也是櫟屬植物的分布中心之一，目前發(fā)現(xiàn)的有51個種、14個變種、1個變型。栽培歷史較長的有8種，分布在全國各省區(qū)，是組成各地森林的重要樹種。橡木中主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和單寧，它們所占的比例分別為50%、20%、20%和10%。橡木中的木質(zhì)素是一種大分子物質(zhì)，其由各種芳香基團(紫丁香基丙烷、愈創(chuàng)木基丙烷、對羥基丙烷)與碳水化合物以酯鍵、半縮醛或縮醛結(jié)合在一起。橡木中的單寧為大分子非黃酮類水解單寧，如，鞣花單寧。橡木的酒精提取物中主要是揮發(fā)性化合物，浸泡橡木的過程中，通過酒精、水中的酸及空氣中的氧的緩慢作用,橡木中的木質(zhì)素、單寧及半纖維素等大分子物質(zhì)分解氧化，生成各種香味成分，從而構(gòu)成了橡木香氣。從感官角度來看，順、反式威士忌內(nèi)酯，酚醛類化合物，如，丁香醛、香蘭素，糠醛及其衍生物，揮發(fā)性酚類化合物，如，丁香酚、愈創(chuàng)木酚、4-甲基愈創(chuàng)木酚等[2-3]，這些揮發(fā)性化合物對于橡木風味和口感具有重要影響[4-5]。

以橡木為原料，以食用酒精為提取劑，通過3種提取方法制備橡木浸提液，以浸提液中揮發(fā)性香氣為實驗指標，確定橡木浸提液的最佳提取方式，并測定最佳生產(chǎn)工藝下橡木浸提液中揮發(fā)性成分。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

橡木：市售中度橡木片；95%酒精、活性炭，均為食品級，天津市寧河縣酒廠；葡萄糖、無水乙醇、無水硫酸鈉、無水碳酸鈉，均為分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

高速中藥粉碎機，天津華鑫儀器廠；KH-500E型超聲波清洗器，昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；WH220型磁力攪拌器，德國維根斯公司；可調(diào)型恒溫水浴鍋，天津市中環(huán)實驗電爐有限公司；RE-501型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海坦?jié)蓛x器設(shè)備有限公司；7890A/5975C型GC-MS聯(lián)用儀，美國安捷倫科技公司；L-550型臺式離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 制備橡木浸提液的工藝流程

將橡木直接放入干燥箱中烘干，烘干后粉碎過40目(350 μm)篩，過大的未粉碎顆?？芍貜?fù)此操作，直至原料全部粉碎完全為止。取粉碎后的橡木粉末，按一定比例加入食用酒精，分別用3種提取方法進行浸提，提取結(jié)束后，將溶液分離，得到浸提原液。在浸提原液中加入一定量的澄清脫色劑，處理一段時間后離心得到澄清透亮的浸提液。

1.3.2 橡木浸提液的揮發(fā)性成分分析

1) 測定方法：浸提液的揮發(fā)性成分采用GC/MS法進行分析檢測[6-7]。

2) 香味成分的提取[8]：取浸提液100 mL，用二氯甲烷萃取3次，每次30 mL，保留合并有機相，用50 g/L的碳酸鈉溶液洗滌，棄去洗液，加入無水硫酸鈉，置于4℃冰箱中脫水過夜，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至約1 mL。濃縮液以GC-MS檢測分析。

3) GC-MS檢測條件：色譜柱型號：HP-5色譜柱(60 m×0.32 mm×0.25 μm)；載氣：氦氣，70 kPa恒壓模式；進樣口溫度：240 ℃；進樣量：1 μL；分流比：10∶1；橡木浸提液時氣相色譜升溫程序：初始溫度40 ℃，保持2 min；以4 ℃/min升至180 ℃，保持2 min；然后以6 ℃/min升至230 ℃，保持5 min。

電離方式：EI；電離能量：70 eV；傳輸線溫度：280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四級桿溫度：150 ℃；溶劑延遲時間：9 min；掃描方式：全掃描(full)/選擇離子掃描(sis)；掃描范圍：35 amn～500 amn(原子質(zhì)量單位)。

4) 數(shù)據(jù)分析：利用檢索譜庫NIST08和AMDIS進行分析確定，并計算各組分的相對含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 橡木浸提液提取條件的優(yōu)化

橡木在葡萄酒中應(yīng)用較多，主要賦予葡萄酒和諧復(fù)雜的橡木香氣，降低生青味，增加酒的醇厚感。因此，以揮發(fā)性成分為實驗指標研究，比較3種不同的提取方法，并從中選出最優(yōu)的浸提方法。

取一定量橡木，按料液比1∶20加入55%的食用酒精。分別在70 ℃條件下回流提取2 h，超聲提取40 min，攪拌提取2 h，均重復(fù)提取2次，合并提取液。各取適量提取液經(jīng)液液萃取提取其中揮發(fā)性成分，通過GC-MS對其揮發(fā)性成分進行測定。以提取液的揮發(fā)性成分為指標，比較3種提取方式對橡木浸提效果的影響，選出最佳的提取方式。結(jié)果見表1和第12頁圖1。

表1 不同提取方法得到的橡木浸提液中揮發(fā)性成分的分析結(jié)果

(續(xù)表)

保留時間/min化合物名稱分子式相對含量/%超聲提取回流提取攪拌提取26.933丁位壬內(nèi)酯C9H16O21.110.700.8427.6995-乙酰氧基甲基呋喃醛C8H8O40.770.841.1228.062威士忌內(nèi)酯C9H16O23.962.884.2029.2412,6-二甲氧基苯酚C8H10O32.181.633.2129.8151-十四烯C14H28—0.22—30.051十四烷C14H302.361.830.6831.144香草醛C8H8O3—0.46—31.625肉豆蔻醛C14H28O0.720.45—32.0383-甲基十三烷C14H300.780.610.1832.172對二甲氧基苯甲醇C9H12O30.58——32.347異丁香酚C10H12O22.352.372.6533.184十五烷C15H322.442.010.8233.491甲基壬乙醛C12H24O—0.58—34.031磷酸三丁酯C12H27O4P—1.901.0934.2312,4-二叔丁基苯酚C14H22O0.920.840.4434.5857-甲基十五烷C16H34—0.34—34.808十九烷醇C19H40O0.350.36—34.9694-羥基-3-甲氧基苯丙酮C10H12O31.001.241.8635.0674-羥基-3-甲氧基苯乙醇C9H12O30.790.69—35.2973-甲基十五烷C16H34—0.32—35.8564-羥基-3-叔丁基-苯甲醚C11H16O20.710.911.9435.9361-十六烯C16H320.950.87—36.139正十六烷C16H340.730.610.2336.8454-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O31.491.141.4437.5252-甲基十七烷C18H380.50——37.5422,6,10-三甲基十五烷C18H38—0.4138.3534-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O3—0.350.4638.772高香草酸C9H10O4——0.7339.013丁香醛C9H10O43.674.384.4539.3052,6,11-三甲基十二烷C15H320.950.76—40.0434-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O37.527.157.0640.3234-正丙基聯(lián)苯C15H160.651.471.2441.678松柏醇C10H12O31.562.397.0141.932,5-十八碳二炔酸甲酯C19H30O20.900.790.7342.1393,5-二甲氧基-4-羥基苯乙酸C10H12O58.607.727.3142.31植烷C20H421.12——43.3935-叔丁基焦棓酚C10H14O31.410.870.7144.146鄰苯二甲酸正丁異辛酯C20H30O40.410.3745.2782-苯基甲苯C13H120.831.111.3045.517瓜萎鐮菌醇C15H20O74.802.781.5745.978十五烷C15H32—0.57—46.218鄰苯二甲酸二丁酯C16H22O40.92—0.3946.491棕櫚酸C16H32O24.643.453.5846.643棕櫚酸乙酯C18H36O2—0.53—47.3433,5-二甲氧基肉桂酸C11H12O44.915.1520.9347.6333-(2,5-二甲氧基苯基)丙酸C11H14O411.2913.283.5950.195亞油酸乙酯C20H36O21.742.191.7550.673硬脂酸C18H36O2—0.49—

圖1 不同提取方法得到的橡木浸提液的香氣種類對比圖

由表1、圖1可知，超聲提取法得到的橡木浸提液中揮發(fā)性成分有41種，回流提取法得到的橡木浸提液中揮發(fā)性成分有54種，攪拌提取法得到的橡木浸提液中揮發(fā)性成分有36種?；亓魈崛》ǖ玫降南鹉窘嵋褐袚]發(fā)性成分的總量最多，其次是超聲提取法，攪拌提取法得到的揮發(fā)性成分總量最少。從香氣種類上來說，回流提取法中的烷、酸、醛、酯、酚等各類香味物質(zhì)數(shù)量也要高于其他兩種方式。因此，回流提取法是提取橡木浸提液的最佳方法。

2.2 橡木浸提液的揮發(fā)性成分分析

橡木浸提液揮發(fā)性成分總離子流圖見圖2。用NIST標準普庫檢索并與標準圖譜進行比對，檢測出的主要揮發(fā)性成分及相對含量見表2。

圖2 橡木浸提液GC-MS分析總離子流色譜圖表2 橡木浸提液中的主要揮發(fā)性成分

序號保留時間/min化合物名稱分子式相對含量/%110.089糠醛C5H4O214.15228.122威士忌內(nèi)酯C9H16O22.88332.347異丁香酚C10H12O22.37433.205十五烷C15H322.01539.125丁香醛C9H10O44.38640.0434-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O37.15741.717松柏醇C10H12O32.39842.2463,5-二甲氧基-4-羥基苯乙酸C10H12O57.72945.517瓜萎鐮菌醇C15H20O72.781046.535棕櫚酸C16H32O23.451147.3433,5-二甲氧基肉桂酸C11H12O45.151247.7093-(2,5-二甲氧基苯基)丙酸C11H14O413.281350.212亞油酸乙酯C20H36O22.19

由圖2和表2可知，橡木浸提液中檢出的揮發(fā)性成分共有54種，主要揮發(fā)性成分有13種，其中，含量最高的是糠醛(14.15%)，其余的有3-(2,5-二甲氧基苯基)丙酸(13.28%)，3,5-二甲氧基-4-羥基苯乙酸(7.72%)，4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚(7.15%)，3,5-二甲氧基肉桂酸(5.15%)，丁香醛(4.38%)，棕櫚酸(3.45%)，威士忌內(nèi)酯(2.88%)，瓜萎鐮菌醇(2.78%)，異丁香酚(2.37%)，松柏醇(2.39%)，亞油酸乙酯(2.19%)，十五烷(2.01%)。

3 結(jié)論

通過回流提取、超聲提取和攪拌提取3種方式對橡木進行浸提，以揮發(fā)性成分為實驗指標，得出最佳的提取方式為回流提取法。通過GC-MS對最佳工藝下制備的橡木浸提液中的揮發(fā)性成分進行分析，檢測出揮發(fā)性成分共有54種，其中,主要揮發(fā)性成分(≥2%)有13種，含量最高的是糠醛?？啡┦侵匾南懔铣煞?，作為食品添加劑廣泛應(yīng)用于食品加工行業(yè)[9]。該工藝操作簡單，成本低廉，可用于企業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)。