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媚丽葡萄酒氧化褐变的动力学研究

发布人:杜康集团 来源:杜康集团 www.fzfzcoc.com更新日期: 2018-10-23 01:56:52

媚丽葡萄酒氧化褐变的动力学研究

葡萄酒是一类营养价值很高的传统饮料,特别是红葡萄酒,其含有丰富的酚类物质,有很强的抗氧化性,能有效清除体内的活性氧自由基,有预防心血管疾病、抗菌、抗病毒、抗癌等功效[1-5]。但葡萄、葡萄酒中的许多物质,在葡萄酒酿造、储存过程中很容易被氧化,使酒呈现褐色,酒液混浊,产生氧化气味,最终导致褐变[6]。依据发生机制,葡萄酒的氧化褐变主要分为酶促氧化褐变和非酶氧化褐变,前者主要发生于葡萄酒酿造的早期(即葡萄汁中),而后者主要发生在葡萄酒中[7]。其中,酚类物质尤其是黄烷醇类,在氧化褐变过程中的影响最大[8-11],SO2、抗坏血酸、过渡金属离子等也发挥着重要作用[6,12-14]。

“媚丽”是由西北农林科技大学葡萄酒学院于1982-1988年采用“欧亚种内轮回选择法”选育而成的一个葡萄新品系[15],2010-08通过陕西省果树品种审定委员会审定。“媚丽”葡萄是一个抗病性强、综合性状优良的酿酒与鲜食兼用的中熟品种,适宜在我国华北、西北地区及南方地区推广(http://www.winefountain.org/simple/?t321.html)。目前,对“媚丽”果实及葡萄酒特性方面已做了一些研究[16-18],但对“媚丽”所酿葡萄酒氧化褐变的研究尚未见报道。为此,本研究通过加速氧化的方法,研究不同工艺所酿“媚丽”葡萄酒的氧化褐变动力学,深入探讨“媚丽”葡萄酒的氧化稳定性,为“媚丽”葡萄品种的推广及葡萄酒市场的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料


1.1.1 试验用酒样 试验酒样按照传统工艺于2010年酿造[19-20],分别为“媚丽”干红葡萄酒、桃红葡萄酒、汽酒和梅鹿辄干红葡萄酒(作为对照,与“媚丽”葡萄品质一致)。酿酒用葡萄均采自陕西杨凌西北农林科技大学葡萄酒学院葡萄苗木基地,酒样均在西北农林科技大学葡萄酒学院试验中心酿制,主要生产流程如下:

(1)干红葡萄酒。葡萄原料→分选→除梗破碎(加入50 mg/L的SO2,质量分数1%的酵母)→浸渍发酵(20~25 ℃,浸渍时间一般为发酵开始后5 d)→酒精发酵监控(相对体积质量降到1.0以下)→出酒、分离皮渣(18~20 ℃,葡萄酒还原糖<2 g/L)→苹果酸乳酸发酵(18~20 ℃)→发酵监控→发酵结束→稳定性试验及处理→过滤→装瓶。

(2)桃红葡萄酒。葡萄原料→分选→除梗破碎(用50 mg/L SO2处理)→低温短期浸渍(2~24 h,<20 ℃)→分离皮渣→澄清→酒精发酵(18~20 ℃)监控(相对体积质量降到1.0以下)→澄清(SO2处理)→密闭储藏→冷处理→稳定性试验及处理→过滤→装瓶。

(3)汽酒。葡萄原料→分选→直接压榨、分离皮渣→澄清葡萄汁(SO2、膨润土处理,加入活性干酵母)→酒精发酵(18~20 ℃)监控(相对体积质量降到1.0以下)→分离倒罐→澄清(SO2处理)→密闭储藏→稳定性试验及处理→过滤→装瓶时加入0.3 MPa的CO2。

1.1.2 主要试剂与仪器 主要试剂有没食子酸(生化级);膨润土、葡萄糖、无水硫酸铜、无水乙醇、甲醇、钨酸钠、钼酸钠、硫酸锂、磷酸、碳酸钠、柠檬酸、磷酸氢二钠、盐酸、氢氧化钠、硫酸、碘、碘化钾,均为国产分析纯,天津富宇有限公司生产。

主要仪器有自动氧化还原电位滴定仪(ZDJ-4A型,上海雷磁)、紫外-可见分光光度计(UV-2450,SHIMADZU,Japan)、pH计(pH-3B型,上海雷磁)、恒温鼓风干燥箱。

1.2 酒样处理和加速氧化


基于Singleton等[21]建立的加速氧化褐变方法并稍加调整,在120 mL具盖螺旋口玻璃瓶中加入酒样60 mL,用封口膜封口,加盖,在恒温鼓风干燥箱((50±1) ℃)中加速氧化反应30 d,根据试验数据的变化,分别于第0,4,7,10,15,23,30天时取样测定褐变程度、氧化还原电位、游离SO2含量和pH值,于试验开始和结束时取样测定基本理化指标。每个酒样重复3次。

1.3 测定项目及方法


1.3.1 褐变程度的测定 褐变程度的测定采用吸光值法,测定酒样在420和520 nm处的吸光值(A420 nm和A520 nm),用A420 nm表示褐变程度,A520 nm表示葡萄酒氧化后的红色色调。使用紫外-可见分光光度计,4 mm斜槽石英比色杯测定。以柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液(pH 3.2)为对照调零,并在测定前将酒样先经0.45 μm水系滤头过滤,再用该缓冲液将红葡萄酒稀释10倍[22-23]。

稀释用的缓冲液为McIlvaine′s缓冲液(pH3.2),其配制方法如下:

母液A(0.1 mol/L柠檬酸):1个水分子的柠檬酸2.1 g溶于100 mL蒸馏水中。

母液B(0.2 mol/L磷酸钠):12个水分子的磷酸氢二钠7.16 g溶于100 mL蒸馏水中。

将75 mL母液A与21 mL母液B混合,即可得到pH 3.2的McIlvaine′s缓冲液。

母液A、B分开放置,每次现配现用。测定前酒样经0.45 μm水系滤头过滤后测定。

1.3.2 氧化还原电位的测定 葡萄酒的氧化还原电位(Eh)以甘汞电极为参比电极,铂金电极为指示电极,用ZDJ-4A型自动氧化还原电位滴定仪测定,测定前利用标准氧化还原电位溶液进行校正。

1.3.3 游离SO2和pH的测定 游离SO2和pH的测定参照王华[24]的方法。

1.3.4 基本理化指标的测定 总酚、还原糖、总酸、挥发酸、酒度等测定参照王华[24]的方法。

1.4 数据统计分析


试验数据的差异显着性通过Duncan新复极差法实现,主要变量与褐变程度的相关性分析均通过回归分析(95%显着水平)实现,所用数理统计软件为DPS7.55。试验结果以“平均值±标准差”表示。褐变速率k利用A420 nm与时间的回归分析获得。

2 结果与分析

2.1 葡萄酒加速氧化期间的褐变动力学


2.1.1 葡萄酒褐变程度的变化 试验结果(图1a)表明,在整个加速氧化过程中,对照酒样2010年梅鹿辄干红和2010年媚丽干红、桃红的褐变程度(A420 nm)基本相同,总体上都呈现先迅速上升,再迅速下降,之后缓慢上升,最后出现下降的趋势;而媚丽汽酒在整个加速氧化过程中变化较为和缓,仅有少量增加。与A420 nm不同,葡萄酒在波长520 nm处的吸光值A520 nm起初迅速增加后,紧接着持续下降,并持续到试验结束(图1b)。

在整个加速氧化试验过程中,葡萄酒的褐变程度从第0天的0.140~1.083增加到第30天的0.261~1.870。对照酒样梅鹿辄干红的褐变程度变化最大,对于不同工艺酿造的“媚丽”葡萄酒,其褐变程度有明显差异,时间越长,差异越显着,褐变程度从大到小的顺序为:“媚丽”干红>“媚丽”桃红>“媚丽”汽酒,但均显着低于梅鹿辄干红(图1a)。

图1 加速氧化期间各酒样褐变程度随时间的变化

Fig.1 Changes of wine browning degrees with time during accelerated oxidation

2.1.2 葡萄酒褐变动力学模型 白葡萄酒的褐变动力学通常符合0级动力学变化(去除前几天的数据)[25-26],以氧化时间为横坐标(x),以褐变程度(A420 nm)为纵坐标(y),0级动力学方程为y=kx+b,k为褐变速率。本研究对7 d后的试验数据进行线性拟合(去除与Sioumis等[25]和Francisco等[26]试验结果一致的第1阶段0,4 d的数据),结果见表1。表1显示,除媚丽汽酒外,其他酒样均不符合0级动力学变化;而用一元二次方程模型时的决定系数为0.536 6~0.992 8,说明该模型能更好地描述葡萄酒加速氧化7 d后褐变程度(A420 nm)的变化,且初始褐变速率为一元二次方程求导后,x为7时的值,即7 d后媚丽葡萄酒的初始褐变速率从大到小依次为:媚丽干红(29.0×10-3 d-1)>媚丽桃红(12.0×10-3 d-1)>媚丽汽酒(2.4×10-3 d-1),均小于对照酒样梅鹿辄干红(101.4×10-3 d-1)。

表1 葡萄酒氧化褐变动力学模型

Table 1 Dynamics model of wine oxidative browning

注:*表示P<0.05,**表示P<0.01。

Note:* Represents P<0.05,** Represents P<0.01.

酒样Samples0级反应Zero?orderreactionA420-tR2一元二次方程模型QuadraticequationmodelA420-tR2k/10-3·d-1梅鹿辄干红Merlotredwiney=0.0205x+1.46410.4725 y=-0.0035x2+0.1504x+0.52350.9928??101.4媚丽干红Meiliredwiney=-0.0208x+1.94400.6799y=-0.0021x2+0.0584x+1.370.9521?29.0媚丽桃红Meilirosewiney=-0.0094x+0.99540.3949y=-0.0009x2+0.0246x+0.74850.536612.0媚丽汽酒Meilisparklingwiney=0.0063x+0.06380.9574??y=0.0001x2+0.001x+0.10180.9758?2.4

2.1.3 葡萄酒加速氧化期间氧化还原电位、游离SO2和pH的变化 由图2a可以看出,所有酒样氧化还原电位(Eh)的变化比较一致:在最初7 d迅速上升,之后趋于平稳,23 d后,除媚丽汽酒仍变化和缓外,其他酒样均稍有增加,整体上表现为媚丽桃红>梅鹿辄干红>媚丽干红,但差异不显着。由图2b可以看出,酒样中游离SO2的含量先迅速降低,且初始游离SO2含量越高下降越快;然后稍有增加又持续下降,最后趋于一致(30 d时),游离SO2含量很低,酒样间差异不显着(P>0.05)。由图2c可以看出,各酒样pH值的变化趋势较为一致,在整个加速氧化期间持续下降;pH值的变化符合0级动力学模型,下降速率由大到小的顺序依次是:梅鹿辄干红(6.1×10-3d-1)>媚丽汽酒(5.9×10-3d-1)>媚丽干红(5.4×10-3d-1)>媚丽桃红(3.3×10-3d-1)。

进一步分析显示,随着加速氧化时间的变化,酒样中游离SO2含量和氧化还原电位Eh均表现出规律性的变化(图2d),相关分析表明两者存在显着负相关关系(R=-0.85,P<0.05)。

由表2可以看出,除pH值变化差异不大外,游离SO2含量、氧化还原电位和褐变程度在加速氧化30 d前后的变化值都较大,其中变化最大的是对照酒样梅鹿辄干红,变化较小的是媚丽汽酒。相关分析结果表明,只有游离SO2含量的变化量与氧化还原电位变化量间呈显着负相关(R=-0.89,P<0.05),与褐变程度变化量间极显着负相关(R=-0.98,P<0.01)。

图2 加速氧化期间各酒样主要变量的变化

Fig.2 Changes of main parameters related to browning during accelerated oxidation

表2 加速氧化30 d前后酒样pH、游离SO2、氧化还原电位及褐变程度(A420 nm)的变化

Table 2 Variations of wine pH values,free sulfur dioxide,redox potential and browning degrees after 30 days’ oxidation

酒样SamplespH游离SO2含量/(mg·L-1)Freesulfurdioxide氧化还原电位/mVRedoxpotentialA420nm梅鹿辄干红Merlotredwine-0.16-10.85149.50.787媚丽干红Meiliredwine-0.16-4.99125.30.217媚丽桃红Meilirosewine-0.10-3.37133.70.087媚丽汽酒Meilisparklingwine-0.19-2.31119.70.121

2.2 氧化褐变对葡萄酒基本理化指标的影响


由表3可以看出,经过30 d的加速氧化,除还原糖含量变化较小外,葡萄酒的其他基本理化指标均发生了很大变化:总酸和挥发酸的增加量达极显着水平(P<0.01),酒度的下降达极显着水平(P<0.01),总酚含量下降不显着。可见,经过氧化褐变后葡萄酒的品质均不同程度降低。总体而言,“媚丽”葡萄酿制的3款酒中,媚丽汽酒的基本理化指标变化最小,这可能是由于二氧化碳的保护作用所致[27-28],其次为媚丽桃红和媚丽干红。

表3 0和30 d葡萄酒的基本理化指标及变化量

Table 3 Basis indexes and variations of wines at 0 and 30 d

注:总酸以酒石酸计,挥发酸以乙酸计。

Note:Total acid was analyzed as tartaric acid and volatile acid as acetic acid.

项目Items酒样Samples总酚/(mg·L-1)Totalphenol总酸/(g·L-1)Totalacid挥发酸/(g·L-1)Volatileacid还原糖/(g·L-1)Reducingsugar酒度/%Alcohol第0天Thezeroday梅鹿辄干红Merlotredwine691.05±5.266.81±0.040.30±0.012.27±0.1211.04媚丽干红Meiliredwine648.95±16.326.60±0.040.22±0.002.36±0.0612.82媚丽桃红Meilirosewine338.42±18.236.56±0.050.20±0.021.32±0.1111.52媚丽汽酒Meilisparklingwine154.21±14.977.01±0.070.16±0.010.75±0.019.94第30天Thethirtiethday梅鹿辄干红Merlotredwine583.97±16.7212.85±0.252.73±0.162.35±0.058.15媚丽干红Meiliredwine455.40±16.7213.56±0.252.36±0.122.38±0.157.36媚丽桃红Meilirosewine223.65±5.5011.25±0.002.70±0.200.87±0.067.57媚丽汽酒Meilisparklingwine130.14±9.2012.41±0.131.28±0.200.46±0.023.52变化量Variation梅鹿辄干红Merlotredwine-107.086.042.430.08-2.89媚丽干红Meiliredwine-193.556.962.140.02-5.46媚丽桃红Meilirosewine-114.774.692.50-0.45-3.95媚丽汽酒Meilisparklingwine-24.075.401.12-0.29-6.42

3 讨 论


本研究结果表明,随着加速氧化时间的延长,红葡萄酒的褐变程度(A420 nm)均有所增大,梅鹿辄干红、媚丽干红和媚丽桃红第1阶段都呈现快速上升、随后下降,第2阶段则缓慢上升,到第30天时又表现出下降的趋势;在加速氧化的30 d内,7 d后的褐变变化符合一元二次方程模型,初始褐变速率k为2.4×10-3~29.0×10-3 d-1。红葡萄酒氧化褐变的动力学变化与Sioumis等[25]和Francisco等[26]在白葡萄酒氧化褐变研究中的第1阶段相似,但第2阶段不同。Sioumis等[25]和Francisco等[26]在研究中发现,第2阶段白葡萄酒的褐变程度几乎呈直线增加,表现为0级动力学变化。而在本试验加速氧化的第2阶段,酒样的褐变程度缓慢上升后又呈现出下降趋势(第30天时)。这首先是由于试验条件的差异,前者在加速氧化期间,酒样处理时瓶口始终开放,有充分的氧气进入,而本试验酒样处理时瓶口密封且酒样∶空气=1∶1(初始时氧气基本饱和);其次也是最大的区别,即本试验中所用酒样为桃红或红葡萄酒(含有花色苷),与白葡萄酒不同。而本研究中的媚丽汽酒在加速氧化期间,各测定指标均始终缓慢上升,这是由于二氧化碳的保护作用所致[27-28],其在整个加速氧化期间氧化褐变较小。

本研究中酒样氧化褐变的可能机理是:加速氧化初始时,由于有大量氧气存在,易氧化的酚类物质被迅速氧化生成醌和H2O2,并很快通过缩聚反应形成褐色素[29],所以初始时氧化还原电位和褐变程度A420 nm、A520 nm(醌显红色)迅速增加;但由于酒样中氧化还原物质如某些氧化还原酚、SO2等的存在,醌或形成的部分聚合物被还原为原先的酚,表现为褐变程度A420 nm、A520 nm、氧化还原电位等的略微下降,以及游离SO2含量的迅速下降(主要与H2O2反应);但是随着氧化的进一步进行,游离SO2含量越来越低及H2O2的积累,褐变程度A420 nm和氧化还原电位缓慢增加,而在该过程中,随着一些氧化中间产物如乙醛、乙醛酸等的逐渐形成,在花色苷的存在下,加速了花色苷-单宁的聚合[6-7,30],这在一定程度上增强了葡萄酒的氧化稳定性,表现为最后褐变程度的增加,A520 nm的持续下降也在一定程度上说明了游离花色苷向聚合花色苷的转变。当然,葡萄酒的氧化褐变是一个很复杂的过程,葡萄品种、葡萄酒的类型、温度、光照、pH及金属离子等都会影响葡萄酒的氧化褐变,所以,进一步阐明其机理还需要对其单体酚的种类组成及变化进行进一步分析[26,31]。

长期以来,SO2一直作为葡萄酒中的抗氧化剂应用。SO2通过与氧快速反应,抑制了酒中的其他组分氧化,从而起到抗氧化作用[6]。但近年来的大量研究表明,在规定SO2添加量的前提下,葡萄酒中的某些酚类物质比SO2吸收及消耗氧更快,而SO2的抗氧化作用主要表现为与过氧化氢(H2O2)的反应[32]。但是,在游离SO2严重缺乏的情况下,其他的一些酚类物质还会被氧化[33]。所以在30 d的加速氧化过程中,随着游离SO2含量的持续降低,H2O2会逐渐积累,褐变程度A420 nm在波动中仍有增加,在统计学上与游离SO2呈极显着负相关。

4 结 论


在氧气量一定的情况下,媚丽葡萄酒的褐变程度(A420 nm)表现出先迅速上升后迅速下降,之后一直缓慢上升,试验结束时(第30天)又有下降的趋势;7 d后媚丽葡萄酒的氧化褐变动力学变化更符合一元二次方程模型,初始褐变速率k为2.4×10-3~29.0×10-3 d-1。同时,对于同年份(2010年)、同产区(陕西杨凌)的“媚丽”葡萄酿造的干红、桃红和汽酒,其氧化褐变程度也存在差异,但均优于传统工艺酿造的梅鹿辄干红葡萄酒。本试验条件下,不同工艺酿造的媚丽葡萄酒中,其氧化稳定性从大到小依次为:媚丽汽酒>媚丽桃红>媚丽干红。


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Kinetics of oxidative browning in “Meili” wines


LIANG Sha1,2,LI Hua1,2,GUO An-que1,2,ZHANG Jing1,2,MI Chuan-qing1,2,WANG Hua1,2

(1 College of Enology,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China;2 Shaanxi Engineering Research Center for Viti-Viniculture,Yangling,Shaanxi 712100,China)


Abstract: 【Objective】 The study was to explore oxidation stability of “Meili” wines brewed by different crafts,which would provide helpful information for the promotion,development and application of “Meili” grape in future.【Method】 Employing the thermostatic air-blower-driven drying closet ((50±1) ℃) to accelerate the oxidation test,the kinetics of oxidative browning in “Meili” red wines,“Meili” rose wines and “Meili” sparkling wines was studied using Merlot red wines as the control.【Result】 Over a period of 30 days’ accelerated oxidation,the browning degrees (A420 nm) of “Meili” wines generally tended to obey quadratic equation model from the 7th day of the treatment,and the initial browning rates (k) of “Meili” wines varied from 2.4×10-3 to 29.0×10-3 d-1.The correlation analysis of the main parameters studied before and after 30 days showed that there was a significantly negative correlation (R=-0.89,P<0.05) between the variation of free sulfur dioxide and redox potential variation,and a markedly negative correlation (R=-0.98,P<0.01) between free sulfur dioxide and browning degree.The changes of basic indexes showed that the quality of wines was reduced after oxidation,and “Meili” sparkling winse had the minimum changes.【Conclusion】 Among different “Meili” wines,the oxidation stability changed as follows:“Meili” sparkling wines>“Meili” rose wines>“Meili” red wines.


Key words:“Meili” wine;oxidation browning;kinetics


网络出版时间:2012-11-19 16:46

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20121119.1646.030.html


[中图分类号] TS262.6


[文献标志码] A


[文章编号] 1671-9387(2012)12-0164-07


[收稿日期] 2012-04-01


[基金项目] 农副产品深加工技术示范项目(2008XH4-2)


[作者简介] 梁 莎(1987-),女,陕西汉中人,硕士,主要从事葡萄酒抗氧化研究。E-mail:419386996@qq.com


[通信作者] 郭安鹊(1976-),男,河南泌阳人,博士,主要从事葡萄酒化学和抗氧化研究。E-mail:guoanque@nwsuaf.edu.cn

王 华(1959-),女,河北阜城人,教授,博士生导师,主要从事葡萄与葡萄酒研究。E-mail:wanghua@nwsuaf.edu.cn


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