超聲降低紅酒中高級(jí)醇含量對(duì)酒體風(fēng)味特性的影響

張清安，徐博文，陳博宇，張寶善，程爽

超聲降低紅酒中高級(jí)醇含量對(duì)酒體風(fēng)味特性的影響

1陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安 710119；2南陽理工學(xué)院河南省工業(yè)微生物資源與發(fā)酵技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南陽 473000

【】明確超聲降低高級(jí)醇對(duì)紅酒風(fēng)味所帶來的影響，了解其風(fēng)味形成機(jī)制，為超聲技術(shù)應(yīng)用于降低高級(jí)醇并促進(jìn)紅酒風(fēng)味品質(zhì)的改善提供理論依據(jù)。首先采用電子舌和電子鼻對(duì)不同超聲條件處理后的紅酒進(jìn)行測定，并對(duì)所得結(jié)果用主成分分析（PCA）和判別函數(shù)分析（DFA）研究紅酒風(fēng)味品質(zhì)的變化；隨后用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析最優(yōu)降低高級(jí)醇的超聲參數(shù)處理后紅酒中揮發(fā)性成分的變化；最后，以正丙醇、異戊醇、正戊醇和異丁醇標(biāo)準(zhǔn)品為添加物構(gòu)建含高級(jí)醇的模型酒液體系，探究超聲降解高級(jí)醇時(shí)對(duì)紅葡萄酒風(fēng)味變化的具體影響機(jī)制。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲處理?xiàng)l件對(duì)紅酒感官品質(zhì)的影響用電子鼻、電子舌判定差異不顯著（尤其電子鼻的判定結(jié)果）；氣質(zhì)聯(lián)用分析表明，超聲不僅能夠增加酒中揮發(fā)性物質(zhì)的種類，還可以顯著增加酯類等物質(zhì)的相對(duì)含量，同時(shí)降低酸類、醇類等的含量；模型酒液體系研究結(jié)果與上述變化情況基本一致。超聲處理不僅可以有效降低紅酒中高級(jí)醇的含量，還可以促進(jìn)紅酒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的形成，進(jìn)而改善酒的風(fēng)味品質(zhì)，結(jié)果可為超聲技術(shù)用于改善紅酒品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

紅酒；模型酒；高級(jí)醇；超聲波；風(fēng)味

0 引言

【研究意義】近年來，超聲技術(shù)在酒類釀造和陳熟應(yīng)用研究中得到了廣泛關(guān)注，尤其在葡萄酒釀造中，超聲波不僅可用于葡萄汁的提取、發(fā)酵過程，還可用于殺菌和陳熟等工序。適度超聲處理不僅可以提升葡萄酒的產(chǎn)出率、縮短發(fā)酵時(shí)間[1-3]，而且還可以改善酒的顏色、口感等品質(zhì)[4-5]。一般來說，葡萄酒的口感品質(zhì)除了與酒中單寧、花色苷等物質(zhì)相關(guān)外，還與酒中高級(jí)醇（雜醇油）的含量有密切關(guān)系。研究顯示適度超聲處理可以顯著降低紅葡萄酒中高級(jí)醇的含量[6]，從而改善酒的口感品質(zhì)；但其降低高級(jí)醇的機(jī)制及產(chǎn)物是否會(huì)影響葡萄酒的香氣風(fēng)味等尚不明確，這對(duì)于該技術(shù)能否用于降低酒中高級(jí)醇起著至關(guān)重要的作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】酒中的高級(jí)醇含量與酒的感官品質(zhì)密切相關(guān)；白葡萄酒中高級(jí)醇的含量在0.2— 1.2 g?L-1，紅葡萄酒中為0.4—1.4 g?L-1[7]。一般來說，當(dāng)酒中高級(jí)醇總濃度低于0.3 g?L-1時(shí)，高級(jí)醇對(duì)葡萄酒的芳香形態(tài)有積極貢獻(xiàn)，可以增加酒體的果香和花香以及香氣的復(fù)雜度；當(dāng)高于0.4 g?L-1時(shí)，會(huì)產(chǎn)生刺激性和使人頭疼、惡心、嘔吐等不愉快的感受[8]。因此，如果酒中雜醇油含量過高就有必要進(jìn)行調(diào)控，目前常用的方法就是通過調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中影響高級(jí)醇形成的因素進(jìn)而降低高級(jí)醇的含量[9-12]。超聲波作為一種物理催熟紅酒技術(shù)，近幾年研究報(bào)道相對(duì)較多，其可能機(jī)制是通過超聲空化效應(yīng)所產(chǎn)生的局部瞬時(shí)高溫、高壓，誘發(fā)葡萄酒中相關(guān)化學(xué)成分進(jìn)行分子裂解而產(chǎn)生自由基，進(jìn)而引發(fā)一系列鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)，加快單寧、花色苷等物質(zhì)的氧化、縮合反應(yīng)，最終改善酒的口感、促進(jìn)酒體呈色和縮短陳釀時(shí)間[4-5,13-15]。而對(duì)于超聲波處理降低酒中高級(jí)醇含量的研究報(bào)道較少，向英等[16]研究表明，低頻超聲處理可以降低白酒中高級(jí)醇含量，增加酯類含量，縮短酒的陳釀期和加速酒的熟化；筆者課題組前期研究表明，適度超聲處理可以將葡萄酒中高級(jí)醇的含量降低40.44%[6]；閆春明[17]研究了超聲波和大孔樹脂降低黃酒中高級(jí)醇的方法，結(jié)果表明超聲處理可以將高級(jí)醇含量降低22.3%。相比較而言，通過改變發(fā)酵條件進(jìn)行生物調(diào)控降低高級(jí)醇含量的研究報(bào)道較多[18]，而且這些研究主要從酵母代謝方面入手調(diào)控高級(jí)醇的形成[19-22]，其機(jī)理也相對(duì)清晰。作為一種新型食品物理加工手段，超聲波已廣泛應(yīng)用于食品加工的各個(gè)領(lǐng)域[23-24]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】筆者課題組前期研究表明，適度超聲處理可以顯著降低紅葡萄酒中高級(jí)醇的含量，但高級(jí)醇的最終去向以及其降低對(duì)酒體風(fēng)味帶來什么影響，這些問題仍然不清楚。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用電子鼻、電子舌與氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析超聲處理降低高級(jí)醇并對(duì)紅葡萄酒風(fēng)味品質(zhì)的影響，通過建立模型酒液體系探究風(fēng)味變化的具體機(jī)制，為應(yīng)用超聲調(diào)控高級(jí)醇含量并改善紅酒感官品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2019年3—10月在陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院進(jìn)行。

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑 干紅葡萄酒，購自陜西三賢酒莊（2015年12月產(chǎn)赤霞珠干紅葡萄酒），酒精含量12%；正丙醇、異戊醇、正戊醇、異丁醇、無水乙醇均為色譜純（天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；試驗(yàn)所用水為純凈水，購于陜西娃哈哈乳品有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備 槽式超聲波多頻清洗機(jī)（SB- 500DTY），寧波新芝生物科技股份有限公司；電子鼻（Supernose），美國Isenso Group Corporation公司；電子舌（Smartongue），美國Isenso Group Corporation公司；75 μm PDMS萃取頭、SPME頂空進(jìn)樣器、HP-INNOWax石英毛細(xì)管色譜柱（60 m×0.32 mm×0.25 μm)、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(7890B-7000C)，安捷倫科技有限公司；色譜柱溫箱（ZW230Ⅱ型），大連伊利特分析儀器有限公司；色譜高壓恒流泵（P230Ⅱ型），大連伊利特分析儀器有限公司；TC-C18反相液相色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），安捷倫科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品超聲處理過程 試驗(yàn)在槽式超聲波多頻清洗機(jī)（SB-500DTY）中進(jìn)行，將每組處理樣品20 mL分別放置于30 mL螺紋棕色樣品瓶中（27.5 mm×72 mm），擰緊瓶蓋將樣品瓶固定在超聲清洗槽內(nèi)特定位置，控制槽內(nèi)水面高度相同，每組處理3次重復(fù)。

超聲頻率單因素試驗(yàn)：分別以頻率為25、40和59 kHz為變量，研究超聲溫度30℃，功率300 W和超聲時(shí)間30 min處理?xiàng)l件下酒體風(fēng)味的變化；超聲功率單因素試驗(yàn)：選取功率依次為150、200、300、400和450 W時(shí)，研究30℃、40 kHz和30 min處理?xiàng)l件下酒體風(fēng)味的變化；超聲波時(shí)間單因素試驗(yàn)：選取超聲時(shí)間為10、20、30、40和50 min，研究在30℃、40 kHz和300 W處理?xiàng)l件下酒體風(fēng)味的變化；超聲溫度單因素試驗(yàn)：選取溫度依次為20、25、30、35、40和45℃，研究在300 W、40 kHz和30 min處理?xiàng)l件下酒體風(fēng)味的變化。這些超聲參數(shù)處理對(duì)酒中高級(jí)醇的含量均有一定的降低作用[6]。

采用前期所優(yōu)化的降低高級(jí)醇的超聲參數(shù)（40 kHz、30 min、150 W和30℃）對(duì)酒體進(jìn)行處理并用GC-MS測定其揮發(fā)性成分的變化[6]。

1.2.2 模型酒液的制備 為進(jìn)一步探究超聲降低高級(jí)醇時(shí)對(duì)酒體揮發(fā)性物質(zhì)的影響原因，根據(jù)文獻(xiàn)[25]制備12%（v/v）的乙醇溶液、4 mol?L-1的氫氧化鈉溶液和0.5%（v/v）的硫酸溶液；通過溶解2.502 g七水硫酸亞鐵制備500 mL亞鐵儲(chǔ)備溶液，并用氫氧化鈉（4 mol?L-1）或0.5%（v/v）的硫酸溶液調(diào)整pH為3.4±0.1。向上述儲(chǔ)備液中加入1 mL正丙醇、1 mL異丁醇、1 mL異戊醇和1 mL正戊醇制備成模型酒液體系5 L，即為待測液體系[26]。

參考文獻(xiàn)[6]中超聲參數(shù)，對(duì)模型酒液體系進(jìn)行超聲處理并測定其揮發(fā)性成分的變化。

1.2.3 電子鼻的檢測方法 用電子鼻測定不同超聲處理紅酒樣品的相關(guān)風(fēng)味指標(biāo)值。電子鼻采樣前，量取20 mL樣品放置于50 mL離心管中并密封，用電子鼻對(duì)其頂空氣體進(jìn)行測定。電子鼻采樣參數(shù)設(shè)置如表1所示，每個(gè)樣品平行測定3次。隨后提取電子鼻各傳感器特征值，利用設(shè)備自帶軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）和判別函數(shù)分析（discriminant functions analysis，DFA）。電子鼻是由具選擇性的14個(gè)傳感器陣列、信號(hào)采集電路和基于模式識(shí)別的數(shù)據(jù)處理方法組成的現(xiàn)代化定性定量分析檢測儀器，主要機(jī)理是利用各個(gè)氣敏傳感器對(duì)復(fù)雜成分氣體具有不同響應(yīng)，借助數(shù)據(jù)處理方法對(duì)多種氣味進(jìn)行識(shí)別，最終對(duì)氣味特性進(jìn)行分析與評(píng)定，各傳感器的名稱和性能描述如表2所示。

表1 電子鼻試驗(yàn)設(shè)定參數(shù)

表2 電子鼻性能描述

1.2.4 電子舌檢測方法 分別將不同超聲處理的紅酒樣品（每個(gè)樣品20 mL）放置于電子舌儀器專用測量杯內(nèi)進(jìn)行分析測定。電子舌采樣參數(shù)設(shè)置為：儀器選取6個(gè)傳感器，采樣時(shí)間和傳感器自動(dòng)清洗時(shí)間共計(jì)4 min，分別提取各傳感器的特征值進(jìn)行分析，每個(gè)樣品用電子舌平行測定3次。

1.2.5 樣品中揮發(fā)性成分的GC-MS測定 取5.0 mL待測樣品于20 mL樣品瓶中并密封，將樣品瓶置于70℃加熱器中平衡40 min后，將經(jīng)老化的萃取頭（HS-SPME）插入密封的樣品瓶中（美國Supelco公司），70℃孵化30 min，頂空萃取40 min，然后在氣相色譜進(jìn)樣口230℃解析3 min，采用GC-MS分析其揮發(fā)性成分。GC條件：HP-INNOWax石英毛細(xì)管色譜柱（60 m×0.32 mm×0.25 μm，安捷倫科技中國有限公司）；起始溫度40℃，保留時(shí)間2.5 min，以5℃?min-1升至240℃，再以10℃?min-1升至250℃并保留7.5 min；不分流進(jìn)樣，載氣為He，流速為1 mL?min-1。MS條件：電離方式EI，電子能量70 eV，離子源溫度250℃，進(jìn)樣口溫度230℃，連接桿溫度230℃，質(zhì)量范圍m/z35—400 amu；化合物經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索同時(shí)與NIST2011數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，僅報(bào)道匹配數(shù)大于500（最大值為1 000）的化合物，采用峰面積歸一化法定量計(jì)算各揮發(fā)性成分的相對(duì)含量[27-28]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Origin 2017軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制圖表，SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析及差異顯著性分析（鄧肯氏多項(xiàng)式比較），＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 不同超聲處理對(duì)紅酒樣品風(fēng)味影響的電子鼻測定結(jié)果

采用電子鼻嗅覺評(píng)價(jià)方法對(duì)不同超聲條件（頻率、功率、時(shí)間、溫度）處理后紅酒樣品的揮發(fā)性風(fēng)味進(jìn)行分析。從圖1中可知，第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為60.94%，第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為28.32%，PCA主成分的累積貢獻(xiàn)量為89.26%，說明其保留了原始數(shù)據(jù)中大部分的信息量。DFA分析結(jié)果顯示DI=-21.66，該值為負(fù)值說明樣品之間具有重疊性，即不同超聲條件處理對(duì)紅酒的揮發(fā)性風(fēng)味品質(zhì)影響不顯著。

相比于傳感器的變化數(shù)據(jù)，雷達(dá)圖數(shù)據(jù)可以更加直觀地反映傳感器響應(yīng)值的差異情況。如圖2所示，S8傳感器對(duì)紅酒樣品的氣味響應(yīng)值最大，其次為S1、S2、S12、S13、S10和S5。響應(yīng)值的大小可以反映傳感器對(duì)紅酒中相關(guān)氣味的區(qū)別能力，也可作為風(fēng)味變化的理論依據(jù)[29-30]。

從雷達(dá)圖中可以發(fā)現(xiàn)，改變超聲條件后傳感器響應(yīng)值的變化均不顯著，這與PCA和DFA所得結(jié)果基本一致。同時(shí)，鑒于這些超聲參數(shù)在處理紅酒時(shí)對(duì)高級(jí)醇含量有明確的降低作用[31]，因此從電子鼻對(duì)氣味物質(zhì)的判別來說，所用的超聲參數(shù)在降低紅酒中高級(jí)醇時(shí)，并未影響到酒的其他相關(guān)風(fēng)味。其原因一方面可能與所選擇的超聲條件有關(guān)，另一方面也可能與電子鼻上傳感器所能響應(yīng)的物質(zhì)類別有關(guān)。

將不同超聲處理的紅酒樣品歸為一類建立PCA模型，而未超聲處理的紅酒樣品重復(fù)進(jìn)行3次判別分析。由圖3軟獨(dú)立建模聚類分析圖與表3結(jié)果可知，未經(jīng)超聲處理的紅酒樣品符合用超聲處理過的紅酒所建立的模型，即紅酒樣品經(jīng)不同超聲條件處理后，其嗅覺指標(biāo)（電子鼻傳感器響應(yīng)值）與未處理紅酒樣品無顯著差異，說明在選定的超聲波條件下處理紅酒，對(duì)其揮發(fā)性風(fēng)味品質(zhì)的影響較小，用電子鼻也難以鑒別出顯著差異。

圖1 電子鼻測定不同超聲處理紅酒樣品風(fēng)味變化的PCA（a）及DFA（b）圖

2.2 不同超聲處理對(duì)紅酒樣品感官影響的電子舌測定結(jié)果

圖4為采用電子舌方法評(píng)價(jià)不同超聲處理紅酒樣品的PCA與DFA的分析結(jié)果。由圖可知，第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為27.38%，第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為20.22%，PCA主成分累積貢獻(xiàn)量為47.60%，DI=-80.96，其保留信息量較低。DFA分析顯示DI=99.99，說明樣品之間具有差異性，不同超聲條件處理對(duì)紅酒的口感品質(zhì)具有一定的影響。這與電子鼻測定結(jié)果有所差異，一方面可能是兩種儀器設(shè)備測定物質(zhì)的原理和種類不一樣，前者偏向于易揮發(fā)性物質(zhì)；另一方面也說明隨著高級(jí)醇的降低，確實(shí)也對(duì)酒體的口感帶來了一定影響。

00-1、00-2和00-3分別為未處理紅酒樣品的3個(gè)平行測定

00-1, 00-2 and 00-3 represent the three replicates

圖4 電子舌測定不同超聲處理紅酒樣品的PCA（a）和DFA（b）圖

為進(jìn)一步判別超聲處理對(duì)紅酒感官品質(zhì)的影響，將超聲處理過的紅酒樣品進(jìn)行DFA和PCA建模處理，并與未超聲處理的樣品進(jìn)行對(duì)比。由圖5與表3可知，與未經(jīng)超聲處理紅酒樣品相比，00-3樣品不符合所建模型，說明經(jīng)不同超聲條件處理后部分紅酒樣品的口感品質(zhì)確實(shí)受到了一定程度的影響；但也存在未處理紅酒樣品落在G1、G3和G7區(qū)域內(nèi)的情況，說明仍有部分紅酒樣品在超聲降低高級(jí)醇的同時(shí)并未對(duì)其口感品質(zhì)帶來顯著影響。

整體而言，從電子鼻和電子舌分析測定結(jié)果可以看出，用選定的超聲條件降低酒中高級(jí)醇時(shí)，對(duì)酒體口感及揮發(fā)性風(fēng)味有一定影響，但不顯著。

圖5 電子舌對(duì)未處理紅酒樣品判別的DFA分析（a）和SIMCA分析圖（b）

2.3 超聲處理降低紅酒中高級(jí)醇時(shí)對(duì)酒中揮發(fā)性成分的影響

由表4和圖6可知，在未處理紅酒樣品中定性鑒定出41種揮發(fā)性成分，酸類、酯類物質(zhì)種類較多，其中酸類有7種、酯類17種、醇類3種、酮類4種、醛類4種、烷類2種、含硫化合物1種、其他物質(zhì)3種，其所占比重分別30.04%、33.02%、22.37%、1.61%、2.54%、1.05%、8.48%和0.14%，酸類、酯類、醇類物質(zhì)所占百分含量較大。酸類物質(zhì)中L-乳酸含量最高，其次是辛酸；酯類物質(zhì)中2-羥基丙酸乙酯含量最高，其次是丁二酸二乙酯；醇類物質(zhì)中-苯乙醇含量最高；醛類物質(zhì)中苯甲醛含量最高；酮類物質(zhì)中3-羥基-2-丁酮含量最高；烷類物質(zhì)中二甲基-2-辛烷-環(huán)丁烷含量最高；含硫化合物中主要檢測到3-巰基-L-纈氨酸。

表4 超聲處理前后紅酒中香氣物質(zhì)的變化

續(xù)表4 Continued table 4

超聲處理后紅酒樣品中定性鑒定出51種揮發(fā)性成分，同樣是酸類、酯類物質(zhì)種類較多，其中酸類有7種、酯類19種、醇類3種、酮類3種、醛類4種、烷類4種、酚類1種、含硫化合物2種、其他物質(zhì)8種，其所占比重分別為20.49%、44.91%、20.03%、0.77%、2.60%、1.56%、0.16%、8.52%、0.52%；酸類、酯類和醇類物質(zhì)所占相對(duì)百分含量較大。酸類物質(zhì)中L-乳酸含量最高，其次是辛酸；酯類物質(zhì)中2-羥基丙酸乙酯含量最高，其次是丁二酸二乙酯；醇類物質(zhì)中-苯乙醇含量最高；醛類物質(zhì)中苯甲醛含量最高；酮類物質(zhì)中3-羥基-2-丁酮含量最高；烷類物質(zhì)中3-乙基-5-（2-乙基丁基）-十八烷含量最高；含硫化合物中主要檢測到3-巰基-L-纈氨酸。

圖6 超聲處理前后紅酒樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的總離子流圖

一般來說，葡萄酒中揮發(fā)性物質(zhì)都有其特有的風(fēng)味，這些不同風(fēng)味組合在一起就構(gòu)成了葡萄酒特有的風(fēng)味感官品質(zhì)。如酸類物質(zhì)中己酸有類似甜味，辛酸有脂肪味、酸干酪味，壬酸有堅(jiān)果味；酯類中乳酸異戊酯有類似梨、香蕉的果香味，是葡萄酒釀造過程中乳酸發(fā)酵的產(chǎn)物；丁二酸二乙酯有微弱的、令人愉快的風(fēng)味；己酸乙酯有類似菠蘿、香蕉的果香；辛酸乙酯有香皂味、蠟燭味；癸酸乙酯和十六烷酸乙酯有油脂味、果香、花香味；脂肪酸乙酯是酵母菌在發(fā)酵過程中由脂肪酸合成或降解過程中形成的?；o酶A與乙醇分解而成。醇類是由氨基酸、碳水化合物和脂類等物質(zhì)的降解形成[32-33]，其中-苯乙醇有花香、木香味；雜醇油作為酵母代謝的副產(chǎn)物主要有異丁醇、異戊醇等，這些化合物來源于酵母作用下的葡萄糖合成代謝或氨基酸（纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸）的分解代謝[9-12,19,34]；醛類中苯甲醛有杏仁味、櫻桃味、開心果風(fēng)味。這些揮發(fā)性成分對(duì)紅酒的酒體風(fēng)味形成都有一定影響，因此，有必要探究超聲波在降低高級(jí)醇的過程中對(duì)這些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響。

根據(jù)圖7可以看出，經(jīng)超聲處理后紅酒中酸類、醇類、酮類物質(zhì)的含量比未處理樣品有所降低，其中酸類下降9.55%、醇類下降2.34%、酮類下降0.84%；酯類物質(zhì)含量增加11.89%。酯類物質(zhì)是酒的主體香氣物質(zhì)，其含量顯著增加，說明超聲波處理降低高級(jí)醇時(shí)還可加快酒的酯化反應(yīng)，提升酒的香氣；醇類與酮類物質(zhì)的降低也表明超聲處理加速了葡萄酒內(nèi)部醇-醛-酸-酯之間的轉(zhuǎn)化，最終使葡萄酒的香氣風(fēng)味得到改善。雖然用電子鼻和電子舌進(jìn)行定性鑒定的結(jié)果表明，經(jīng)超聲處理后的紅酒樣品與未處理樣品差異不顯著，但經(jīng)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定后卻發(fā)現(xiàn)酸類、醇類、酮類物質(zhì)顯著下降，而酯類顯著升高；這可能與儀器的測定原理和測定物質(zhì)種類差異有關(guān)?？傊?，雖然經(jīng)過超聲后酒樣總體感官風(fēng)味差異不大，但部分風(fēng)味物質(zhì)（尤其酯類物質(zhì)）含量還是發(fā)生了顯著變化。

2.4 超聲處理降低高級(jí)醇時(shí)對(duì)模型酒中揮發(fā)性成分的影響

由表5和圖8可知，未處理模型酒樣中定性鑒定到34種揮發(fā)性成分，酯類、醇類、烷類物質(zhì)的種類較多，其中酯類物質(zhì)有14種、醇類8種、烷類6種、醛類2種、苯類2種、其他物質(zhì)2種；其相對(duì)含量占比分別為：酯類物質(zhì)54.09%、醇類31.22%、烷類8.17%、醛類3.78%、苯類2.08%、其他物質(zhì)0.89%；酯類、醇類占比較大。酯類物質(zhì)中2-甲基丁酸戊酯含量較高，其次是丁酸-3-甲基丁酯；醇類物質(zhì)中3-甲基-苯甲酸-丁醇、3-甲基-甲酸-丁醇含量較高。

超聲處理后模型酒中定性鑒定到37種揮發(fā)性成分，同樣酯類、醇類物質(zhì)種類較多，其中酯類有25種、醇類5種、醛類2種、烷類3種、酚類1種、苯類物質(zhì)1種；占比分別為：酯類57.50%、醇類25.24%、醛類1.54%、烷類9.53%、酚類3.46%、苯類2.49%，酯類、醇類物質(zhì)占比較大。與未超聲模型酒液相比，經(jīng)超聲處理后酒液體系中無論酯類物質(zhì)種類還是含量都有所增加，這與紅酒中的相關(guān)變化基本一致。

表5 超聲處理前后模型酒中揮發(fā)性物質(zhì)的變化

圖7 超聲處理對(duì)紅酒中揮發(fā)性物質(zhì)的影響

圖8 超聲處理前后模型酒樣揮發(fā)性成分的總離子流圖

由圖9可知，模型酒中主要的揮發(fā)成分為酯類、醇類、醛類和烷類，這與紅酒樣中主要揮發(fā)性物質(zhì)基本吻合。醛類、醇類含量經(jīng)超聲處理后含量有所降低，其中醇類物質(zhì)下降19.15%、醛類下降59.40%，而酯類物質(zhì)含量增加3.41%。說明超聲處理對(duì)模型酒中揮發(fā)性成分有一定影響，尤其對(duì)醇類、醛類和酯類物質(zhì)。超聲處理后模型酒中酯類物質(zhì)如戊酸戊酯、辛酸乙酯、月桂酸異戊酯、癸酸乙酯等增加，而3-甲基-甲酸-丁醇、2-丁基-辛醇和2,4-二甲基苯甲醛下降，這可能與超聲導(dǎo)致酒體內(nèi)發(fā)生了酯化反應(yīng)有關(guān)[16]。3-甲基-甲酸-丁醇具有強(qiáng)烈的香蕉、李子等水果香味，是異戊醇的酯化產(chǎn)物；辛酸乙酯具有白蘭地酒香味，月桂酸異戊酯具有微弱的油脂香氣和奶油香，癸酸乙酯具有椰子香型香氣，超聲處理后這些酯類物質(zhì)含量的增加有利于紅酒香氣風(fēng)味的改善，但其具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

圖9 超聲處理對(duì)模型酒中揮發(fā)性物質(zhì)的影響

3 討論

前期研究表明，適度超聲處理可有效降低紅酒中高級(jí)醇的含量，其可能原因是超聲空化效應(yīng)可一定程度提高分子間的有效碰撞，加速葡萄酒的氧化、縮合和酯化等反應(yīng)，致使高級(jí)醇含量降低[6,31]；但在降低高級(jí)醇的同時(shí)是否會(huì)影響葡萄酒的感官品質(zhì)仍不確定。

電子鼻作為一種新興智能感官分析儀器，通過模擬人類嗅覺系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)待測對(duì)象的品質(zhì)評(píng)價(jià)，利用氣味指紋信息對(duì)氣體或揮發(fā)性成分進(jìn)行識(shí)別[35-37]。電子舌是基于生物仿生學(xué)原理通過模仿人類唾液及味覺感知機(jī)理而制成的一種新型仿生分析儀器，它通過味覺傳感器陣列獲取待測液信息，采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理，最終建立一個(gè)反映待測樣品某種特定感官的評(píng)價(jià)模型，從而形成反映樣本整體信息的“指紋”數(shù)據(jù)；電子舌已在茶葉飲料、酒類、咖啡等液體滋味的分類與評(píng)價(jià)方面有所應(yīng)用[38-39]。無論電子鼻還是電子舌，都具有操作簡單、能反映樣品整體信息、速度快和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測樣品的相對(duì)客觀分析，減少因感官評(píng)價(jià)員主觀反應(yīng)不同而導(dǎo)致的評(píng)定誤差，如果再結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)揮發(fā)性成分的定性與定量融合分析?？紤]到葡萄酒中的揮發(fā)性成分決定著酒體香氣的協(xié)調(diào)程度，對(duì)酒的風(fēng)味有決定性作用。鑒于此，本研究中將具有“模糊評(píng)價(jià)”屬性的電子鼻和電子舌技術(shù)結(jié)合具有“精準(zhǔn)檢測特性”的GC-MS分析技術(shù)來探討超聲處理對(duì)紅酒風(fēng)味特性的影響。

電子鼻定性判定結(jié)果表明，經(jīng)不同超聲條件處理后紅酒樣品嗅覺指標(biāo)與未處理紅酒樣品無顯著性差異，說明在選定的超聲波條件下處理紅酒對(duì)其揮發(fā)性風(fēng)味品質(zhì)特性影響較小。而電子舌測定結(jié)果表明，與未經(jīng)超聲處理紅酒樣品相比，經(jīng)不同超聲條件處理后部分紅酒樣品的口感品質(zhì)確實(shí)受到了一定程度的影響。這可能與兩種儀器測定物質(zhì)的種類和方法不同有關(guān)。

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析結(jié)果表明，在揮發(fā)性物質(zhì)的種類方面，超聲處理后比未處理酒樣多10種；但主體揮發(fā)性物質(zhì)如酸、酯和醇類等主要類別基本沒變化；但超聲處理后酯類含量顯著提高，而酸類和醇類含量降低，提示超聲波可能是通過加速醇和酸的酯化反應(yīng)從而提升酯類物質(zhì)含量和酒體的香氣風(fēng)味特性[4,14,23,40]。為進(jìn)一步探究在超聲降低高級(jí)醇時(shí)對(duì)酒中風(fēng)味物質(zhì)的影響機(jī)制，本研究采用構(gòu)建模型酒液并添加高級(jí)醇標(biāo)準(zhǔn)品的方式以簡化酒中非目標(biāo)物質(zhì)的干擾，增加研究的針對(duì)性。結(jié)果表明，在模型酒液體系中，酯類、醇類等物質(zhì)的變化趨勢(shì)與紅酒基本一致；經(jīng)超聲處理后模型酒液體系中醇類、醛類含量有所降低，而酯類含量增加；與紅酒樣品不同的是并未檢測到酸類物質(zhì)，原因有待進(jìn)一步探究。酯類物質(zhì)是酒的主體香氣物質(zhì)，其含量增加說明超聲波處理除了降低高級(jí)醇外，還可以加快酒的酯化反應(yīng)、提升酒的香氣，但這種香氣未必能與所用的電子鼻、電子舌傳感器有良好響應(yīng)，這也是電子鼻、電子舌判定結(jié)果不顯著的原因之一；醇類與酮類物質(zhì)的降低表明超聲處理可能加速了葡萄酒內(nèi)部醇-醛-酸-酯物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。另外，葡萄酒的感官特征是由香氣物質(zhì)的種類、數(shù)量、單個(gè)物質(zhì)的嗅覺閾值及香氣物質(zhì)之間的相互作用決定的[41]。劉迪等[42]研究表明，儲(chǔ)藏期間葡萄酒的香氣感官品質(zhì)與香味物質(zhì)（E）-2-辛稀-1-醇、香葉基丙酮等呈正相關(guān)性，而與香味物質(zhì)5-甲基呋喃醛、香茅醇等呈負(fù)相關(guān)性。李博斌等[43]研究表明，黃酒中揮發(fā)性成分與香氣評(píng)分值間的相關(guān)性不高，被認(rèn)為對(duì)黃酒香氣有極大作用的乙酸乙酯和香氣評(píng)分之間的相關(guān)性卻較低，甚至呈負(fù)相關(guān)。這說明酒體系中的香氣物質(zhì)與感官品質(zhì)的相關(guān)性較為復(fù)雜，不能僅以香味物質(zhì)的含量推斷整體的感官品質(zhì)，兩者的具體相關(guān)性仍需后續(xù)深入研究。這也從一定程度上解釋了電子鼻、電子舌測定結(jié)果與氣質(zhì)聯(lián)用分析結(jié)果之間有一定差異或不完全一致的原因。

因此，雖然經(jīng)過超聲后酒樣總體感官風(fēng)味差異不大，但部分滋味物質(zhì)（尤其酯類物質(zhì)）含量還是發(fā)生了顯著變化，說明超聲在降低高級(jí)醇的同時(shí)還可以提升酒的滋味特性；而且這些酯類物質(zhì)可能與超聲波降解高級(jí)醇有關(guān)，但其具體變化機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

不同超聲處理不會(huì)顯著影響紅酒的口感風(fēng)味品質(zhì)，但可以顯著降低紅酒中酸類和醇類等揮發(fā)性物質(zhì)并提升酯類物質(zhì)的含量。模型酒液體系研究結(jié)果也證實(shí)，超聲波在有效降低模型酒液中高級(jí)醇含量的同時(shí)，增加了酒中揮發(fā)性物質(zhì)的種類，并促進(jìn)了酯類物質(zhì)的生成。用優(yōu)化的超聲參數(shù)處理紅酒，不僅可以有效降低高級(jí)醇的含量，而且還可促進(jìn)酒中揮發(fā)性酯類物質(zhì)的生成，一定程度的改善紅酒的風(fēng)味品質(zhì)。

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Changes of Wine Flavor Properties from the Decreased Higher Alcohols Induced by Ultrasound Irradiation

1School of Food Engineering and Nutrition Sciences, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119;2Henan Key Laboratory of Industrial Microbial Resources and Fermentation Technology, Nanyang Institute of Technology, Nanyang 473000

【】 This research was conducted in order to investigate the effects of the decreased higher alcohols by ultrasound irradiation on the changes of wine flavor properties, so as to provide a theoretical basis for the application of ultrasound technology in decreasing the higher alcohols and improving the flavor properties of red wine. 【】 Firstly, the electronic tongue and electronic nose were employed to identify the wine samples treated by ultrasound irradiation, and the data about the flavor changes were analyzed by the principal component analysis (PCA) and discriminant function analysis (DFA), respectively. Thereafter, the gas chromatography mass spectrometer (GC-MS) was used to detect the changes of the volatile compounds in red wine induced by ultrasound irradiation with the optimum conditions being proved to effectively degrade the higher alcohols of red wine. Finally, the effects of the decreased higher alcohols from ultrasound irradiation on the volatile compounds and wine flavors, and the detailed mechanism were investigated by constructing the model wine solutions with the addition of the standards of N-propyl alcohol, isobutanol, isopentanol and n-pentanol.【】The results of single factor experiments from the electronic tongue and electronic nose indicated that no significant influence could be identified on the sensory properties of red wine exposed to ultrasound irradiation, while the varieties of the volatile compounds in red wine tentatively identified by GC-MS could be increased by the optimum ultrasonic treatment. Moreover, the content of esters increased, and the aldehydes and alcohols decreased correspondingly, which was in accordance with the results from the model wine.【】In conclusion, ultrasound treatment could not only degrade the content of higher alcohols, but also had a positive effect on the modification of taste, aroma and flavor properties of red wine by decreasing the higher alcohols, and all the results could provide a theoretical basis for the application of ultrasonic technology in improving the wine quality.

wine; model wine; higher alcohols; ultrasound; flavor

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.016

2020-08-14；

2021-01-25

國家自然科學(xué)基金（31972206）

張清安，Tel：13572932273；E-mail：qinganzhang@snnu.edu.cn

（責(zé)任編輯 趙伶俐）