超高压处理对蛇龙珠葡萄中酚类物质的影响

杨培玉,张波*,蒋玉梅,王学庆,吕转转,韩丽婷,张潇方

(甘肃农业大学 食品科学与工程学院,甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室,甘肃省葡萄酒产业技术研发中心,甘肃 兰州,730070)

摘 要 酚类物质是影响酿酒葡萄品质的关键因素之一,同时也会对葡萄酒的质量产生重要影响,因此备受人们的重视。该文以蛇龙珠葡萄为原料,研究不同压力(100、200、300、400、500 MPa)和时间(5、15、25、35、45 min)处理下葡萄果实酚类物质的变化。结果表明,400 MPa压力处理和25 min时间处理下的作用效果最好。经超高压处理后,处理样品的总花色苷、总黄酮、总酚、黄酮醇类、黄烷醇类、未酰化和乙酰化花色苷酚等酚类物质的含量与对照相比均显著增加,并引起其颜色参数L*值的降低和值的升高,造成处理样品颜色向深红色的状态转变。该研究结果可为超高压技术在葡萄与葡萄酒品质提升方面提供参考。

关键词 高静水压;葡萄汁;品质;酚类化合物;颜色

超高压(ultra-high pressure, UHP)又称为高压加工或高静水压,通常是指处理强度超过100 MPa的压强[1]。研究显示,超高压处理会破坏分子间的非共价键,影响蛋白质的立体结构,降低微生物和酶的活性等,因此常作为一种非热杀菌方式以提高食品的安全性和保质期[2]。此外,相较于超声波、脉冲电场等技术,超高压处理能最大程度保留食品的营养成分[3]。特别对于果蔬而言,能减少其颜色和香气的损失,保持其天然风味,目前已在甜橙[4]、刺梨[5]、蓝莓[6]等加工中获得良好效果,具有较高的商业应用价值。

酚类物质是植物中重要的次级代谢产物,具有抗氧化作用。此外对于酿酒葡萄等水果而言,酚类物质还与其颜色和口感等风味品质高度相关,因此备受科研人员的关注。目前,通过改良葡萄栽培架势、调控植株种植树势、优化果穗修剪方式、葡萄植株田间生草和根域限制处理等栽培调控手段可促进葡萄中酚类物质积累[7]。但上述方法耗时较长且在不同地区易受环境等因素影响。因此,如何通过技术手段有效改善酿酒葡萄中的酚类物质含量,亟待研究。

超高压可破坏果蔬的液泡和细胞膜结构,增加其细胞的渗透性,引起其内含物扩散的增加,大大提高处理样品(蓝莓[6]、石榴[8]、西番莲果皮[9]、柚子[10]等)的提取效率。虽然该技术在改善果蔬酚类物质方面已有一定数量的报道,但对于酿酒葡萄而言,相关的研究还很有限。研究表明,酿酒葡萄中的酚类物质对提高和改善葡萄酒的感官品质(颜色、口感)和生物活性功能(抗氧化、抗菌)发挥重要作用[11]。因此,如果能通过发酵前的超高压处理,提高其酚类物质含量,这将有助于葡萄酒质量的提升。

为此,本实验拟通过对蛇龙珠葡萄实施不同条件的超高压(压力和时间)处理,研究其对果实中酚类物质和基本理化指标的影响,以期通过前处理过程提高酿酒葡萄的果实品质,并进一步为开展超高压在酿酒葡萄中的应用提供一定的数据参考和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 样品采集

选择种植于甘肃省张掖市高台县祁连庄园的酿酒葡萄‘蛇龙珠’为原材料,采自2020年。

1.1.2 试剂与标准品

花色苷标准品(花青素-3-O-葡萄糖苷、花翠素-3-O-葡萄糖苷、甲基花青素-3-O-葡萄糖苷、甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷、二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷),法国Extrasynthese公司;非花色苷酚类物质标准品(原儿茶酸、4-羟基苯甲酸、4-羟基肉桂酸、咖啡酸、芥子酸、阿魏酸、槲皮素、香草酸、龙胆酸等),美国Sigama-Aidrich公司;甲醇、乙酸乙酯、甲酸、乙腈(均为色谱级),美国Fisher公司;福林-肖卡试剂,厦门海标科技有限公司;无水Na2CO3、干没食子酸、KCl、CH3COONa、NaNO2、AlCl3和NaOH,国药集团化学试剂有限公司;芦丁标品,上海源叶生物科技有限公司;K2S2O5溶液,天津市滨海科迪化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

1200系列高效液相色谱仪串联6410B三重串联四级杆质谱仪(配有G1322A真空脱气机、G1312B二元高压梯度泵、G1367C自动进样器、G1316B柱温箱、G1314C VWD检测器)、Poroshell 120 EC-C18色谱柱(50 mm×2.1 mm,2.7 μm),美国安捷伦科技有限公司;L2-600/1超高压设备,天津华泰森淼生物工程技术股份有限公司;TU-1810PC紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;RE-6000A旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂;TGL-16M型冷冻离心机,湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;PHS-3E pH计,上海雷磁有限责任公司。

1.3 实验方法

1.3.1 原料预处理

挑选新鲜酿酒葡萄,剔除霉烂和杂物后去梗,将葡萄果粒包装后抽真空,再对葡萄进行超高压处理。处理条件为不同压力(100、200、300、400、500 MPa)与时间(25 min)和温度(15 ℃)的组合;不同时间(5、15、25、35、45 min)与压力(300 MPa)和温度(15 ℃)的组合。超高压处理后破碎,每1 L加入0.5 mL的K2S2O5溶液,4 ℃浸渍24 h后,纱布过滤再10 000 r/min离心10 min,离心后的葡萄汁超低温保存待测。

1.3.2 基础理化指标的测定

pH、总糖参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的方法,颜色、总花色苷和总酚参照李宁宁[12]的方法,总黄酮参照苏鹏飞[13]的方法。

1.3.3 花色苷酚

采用高效液相色谱仪,样品测定前经0.45 μm滤膜过滤,进样量5 μL。洗脱采用的流动相为:0.1%(体积分数)的甲酸水溶液为A相,含0.1%甲酸的甲醇乙腈溶液(V甲醇V乙腈=1∶1)为B相。洗脱程序为10%到46%的B相持续28 min,46%至10%B相1 min,后运行程序5 min。流动相流速为0.4 mL/min,柱温55 ℃。质谱采用ESI离子源,正离子模式,喷雾电压为4 kV,离子源温度150 ℃,干燥气温度350 ℃,流量12 L/h,雾化器压力35 psi,检测器为多反应监测模式。花色苷的定性依据为花色苷母离子谱库和经过碰撞诱导裂解(collision induced dissociation, CID)产生的子离子谱库。各花色苷衍生物的含量根据建立的标准曲线进行定量。

1.3.4 非花色苷酚

样品前处理:取20 mL葡萄汁,用20 mL乙酸乙酯连续萃取3次,合并有机相部分于旋转蒸发仪45 ℃浓缩至干,残留物甲醇溶解定容至2 mL后储存于-80 ℃待液相分析用。进样前经0.45 μm有机膜过滤。

实验所采用的液相和质谱系统,除了离子源采用负离子模式,其他参数与花色苷的检测方法相同。

1.4 数据分析与统计

花色苷酚和非花色苷酚数据在Mass Hunter上分析,每种物质含量均以经过标准曲线换算后的质量浓度表示。使用SPSS 19.0分析软件中Duncan法对数据进行显著性检验。图形采用Origin 2021绘制。

2 结果与分析

2.1 超高压处理对常见基础理化指标的影响

通过比较不同压力和时间超高压处理的蛇龙珠葡萄果实总糖和pH数据可知(表1和表2),总糖含量分别在224.23~229.89 g/L和223.78~229.88 g/L的范围内变化(P>0.05),表明超高压操作未对其含量产生明显影响,这与CHANG等[14]研究结果相似。但与总糖的结果不同,实验中的pH数据却显示不同压力水平会引起样品中H+浓度的变化,导致pH值产生波动,考虑这可能与超高压技术会影响果汁的流变特性[15],进而改变果实内H+分布有关。

表1 不同压力处理对总糖、pH和颜色的影响
Table 1 Effects of different pressure treatments on total sugar, pH and color

指标(编号)CK不同压力/MPa100200300400500pH(1)3.93±0.01b3.95±0.01a3.95±0.01a3.94±0.00ab3.95±0.00a3.95±0.01a总糖(2)229.43±3.67a225.60±3.22a227.98±3.63a224.23±4.42a229.89±2.23a226.53±2.17aL*(3)68.11±0.50a58.33±0.88b57.59±0.36b57.59±0.45b53.20±0.97c52.76±0.33ca*(4)30.76±0.57d37.05±0.63c36.64±0.36c38.13±0.32b41.67±0.61a40.88±0.26ab*(5)10.29±0.43d17.8±0.38b19.50±0.25a18.17±0.40b16.29±0.70c17.69±0.24bC*ab(6)32.44±0.54d41.10±0.69c41.5±0.40bc42.24±0.14b44.75±0.71a44.54±0.17ah*ab(7)0.32±0.01e0.45±0.01b0.49±0.00a0.44±0.01b0.37±0.01d0.41±0.01cΔE*ab(8)/13.85±0.90c15.17±0.50b15.08±0.52bc19.44±1.22a19.83±0.46a

注:总糖单位为g/L,同行小写字母不同表示差异显著(P<0.05)(下同)。

表2 不同时间处理对总糖、pH和颜色的影响
Table 2 Effects of different time treatments on total sugar, pH and color

指标(编号)CK不同时间/min515253545pH(1)3.93±0.01ab3.92±0.01b3.94±0.01a3.94±0.01a3.94±0.00a3.94±0.01a总糖(2)229.43±3.67a229.88±1.69a223.78±4.88a224.76±6.46a227.01±2.98a223.85±6.95aL*(3)68.11±0.50a58.03±1.56b55.30±1.26c57.60±0.44b52.15±0.75d54.44±0.85ca*(4)30.76±0.57c38.58±0.43b38.92±0.65b38.37±0.12b41.72±0.54a38.82±0.35bb*(5)10.29±0.43d16.97±0.61c18.46±0.85b18.00±0.21b18.43±0.14b19.56±0.58aC*ab(6)32.44±0.54d42.15±0.63c43.08±0.93bc42.38±0.12bc45.61±0.51a43.47±0.56bh*ab(7)0.32±0.01d0.41±0.01c0.44±0.01b0.44±0.00b0.42±0.01c0.47±0.01aΔE*ab(8)/14.41±1.76d17.26±2.02bc15.10±0.92cd21.00±0.17a18.39±0.64b

比较样品的CIELab颜色参数发现,压力升高可明显引起亮度(L*值)的降低,造成处理样品颜色加深(当压力在100~500 MPa时,较对照降低了9.78~15.35 a.u.),这与王明雪等[16]的研究结果相似。另外,提高压力可导致样品红色色调(a*值)和色饱和度值)呈现先增加后降低的趋势(400 MPa时分别提高了35.47%和37.95%),而黄/蓝色值(b*值)和色调值)则逐步增加,这将最终导致处理样品的呈色状态较对照出现明显区别。比较样品的色差值可知,100~500 MPa下的在13.85~19.83 a.u.(当 a.u.时表明有人眼可视的差别[12]),特别当压力水平在400~500 MPa条件时与对照的显著性差异最大(P<0.05)。这可能与压力处理会引起葡萄果皮细胞组织的分解破裂,加速细胞内物质渗出有关[17]。此外,较高的压力还会钝化果蔬内源酶的活性,降低其对颜色的破坏[18]

同样,比较不同处理时间下的样品颜色发现,随着处理时间的延长(5~45 min),L*值降低了10.08~15.96 a.u.,而b*值和值则呈增加的趋势(分别提高了90.09%和46.88%)。另外,a*值和值也分别提高了35.63%和40.60%。最终处理样品在35 min水平下表现出与对照较大的视觉差别

由此可以得出,超高压处理后的蛇龙珠葡萄汁颜色加深、红色加强、色泽的饱和度更高,这将有利于保持和改善处理后葡萄汁的呈色状态。TORRES-OSSANDN等[17]研究认为,超高压处理引起的颜色变化与其酚类物质影响直接相关。为此,本实验对其酚类物质进行测定,以具体研究超高压处理下酚类物质的变化情况。

2.2 超高压处理对基础理化指标的影响

由图1可知,随处理压力的增加,供试样品中总花色苷、总黄酮和总酚均表现出含量增加的变化,特别是当压力水平在500 MPa时,上述物质的含量出现峰值,由最初的137.04、215.35和936.67 mg/L,提高至151.72、230.61、1 027.58 mg/L,与对照相比均呈现显著变化(P<0.05)。这与高压作用会引起细胞结构的破坏,促进细胞内多酚物质的溶出有关,并在一定程度也解释了超高压处理使样品色泽得到改善的原因。此外,实验发现,尽管高压会促进酚类物质的渗出,但处理过程也会发生由于高压降解导致多酚含量的降低。例如,超高压处理在300~400 MPa出现的波动,这一现象与刘凤霞[15]观察的结果相似,不过具体的原因还需做进一步的分析。

a-总花色苷压力组;b-总黄酮压力组;c-总酚压力组
图1 不同压力处理对酚类物质的影响
Fig.1 Effects of different pressure treatments on phenolic compounds
注:不同小写字母表示差异显著,P<0.05(下同)。

由图2可知,对不同超高压处理时间进行比较发现,随着处理时间的增加,供试样品中总花色苷、总黄酮和多酚含量呈现先升高后降低的变化,并均在35 min时达到峰值,与对照相比,分别提高了7.97%、8.72%和10.35%。之后,由于操作时间的延长(45 min),各酚类物质出现不同程度的降低,但含量依旧较对照高出3.85%~5.50%。

a-总花色苷时间组;b-总黄酮时间组;c-总酚时间组
图2 不同时间处理对酚类物质的影响
Fig.2 Effects of different time treatments on phenolic compounds

2.3 超高压处理对各酚类化合物的影响

葡萄中的酚类化合物根据其结构特征和性质特点可主要可分为花色苷酚和非花色苷酚两大类。由表3可知,样品中非花色苷酚共鉴定出5种酚酸类化合物、11种黄酮醇类化合物和2种黄烷-3-醇类化合物,以及花色苷酚共鉴定出5种未酰化花色苷、2种乙酰化花色苷和1种香豆酰化花色苷,其中黄酮醇类化合物的含量最高,占全体酚类化合物的47.51%,其次是未酰化花色苷、乙酰化花色苷和酚酸类化合物,而黄烷-3-醇类化合物和香豆酰化花色苷的含量相对较低,仅以痕量形式存在。

表3 不同压力处理对酚类化合物的影响 单位:mg/L
Table 3 Effects of different pressure treatments on phenolic compounds

物质指标(编号)CK不同压力/MPa100200300400500非花色苷酚4-羟基苯甲酸(N1)0.15±0.01a0.09±0.02b————原儿茶酸(N2)0.52±0.01a0.47±0.01b0.46±0.01b0.43±0.00c0.42±0.01c0.41±0.01c龙胆酸(N3)0.33±0.00a0.33±0.00a0.33±0.00a0.33±0.00a0.32±0.00b0.32±0.00b没食子酸(N4)2.56±0.07a2.45±1.88ab1.63±1.33ab0.06±0.05ab1.39±1.14ab—阿魏酸(N5)0.64±0.01a0.36±0.02cd0.36±0.00cd0.42±0.09bc0.30±0.00d0.50±0.00b酚酸类总量4.19±0.10a3.70±1.86ab2.78±1.33ab1.24±0.04b2.43±1.15ab1.23±0.01b槲皮素(N6)0.59±0.03a0.39±0.02b0.07±0.02c———山奈酚-3-O-半乳糖苷(N7)2.54±0.03de2.27±0.13e2.99±0.05c2.71±0.15cd4.76±0.24a3.48±0.12b山奈酚-3-O-葡萄糖苷(N8)14.86±0.15cd13.82±0.04d17.29±0.32c16.79±1.32c28.40±2.59a20.17±0.64b槲皮素-3-O-鼠李糖苷(N9)0.98±0.00b0.67±0.03c0.79±0.01bc0.92±0.10b1.51±0.19a0.80±0.04bc槲皮素-3-O-半乳糖苷(N10)6.09±0.14bc5.92±0.18c6.69±0.11bc7.13±0.64b10.39±0.76a7.09±0.36b槲皮素-3-O-葡萄糖苷(N11)29.82±0.34b28.72±0.83b30.80±0.75b33.28±2.01b46.28±4.33a33.16±1.58b槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷(N12)23.14±0.20ab21.99±0.88b19.55±0.28b23.22±3.13ab27.52±3.55a19.98±0.39b异鼠李素-3-O-葡萄糖苷(N13)6.36±0.06bc5.77±0.08c6.71±0.31bc6.56±0.48bc9.56±0.94a7.13±0.27b杨梅酮-3-O-半乳糖苷(N14)0.46±0.024.54±3.630.04±0.020.18±0.113.57±2.91—杨梅酮-3-O-葡萄糖苷(N15)0.01±0.00bc—0.04±0.02bc0.03±0.02bc0.15±0.04a0.05±0.01b丁香亭-3-O-葡萄糖苷(N16)13.75±0.10d14.02±0.21d14.44±0.13cd15.32±1.11bc16.77±0.25a16.33±0.34ab黄酮醇类总量98.59±0.86b98.10±5.01b99.42±2.02b106.13±9.08b148.92±15.80a108.18±3.76b原花色素B1(N17)—5.57±3.85a0.09±0.083.34±0.51ab4.99±3.29ab0.41±0.18b原花色素B2(N18)—2.73±2.23a—2.58±0.14a1.90±1.55a—黄烷-3-醇类总量—8.30±6.08a0.09±0.085.92±0.66a6.89±4.84a0.41±0.18非花色苷酚总量102.78±0.96b110.11±12.96b102.29±3.43b113.29±9.77b158.24±21.80a109.82±3.95b花色苷酚花青素-3-O-葡萄糖苷(A1)—0.07±0.05 ——0.46±0.19a0.02±0.01甲基花青素-3-O-葡萄糖苷(A2)7.64±0.03b7.41±0.14b7.55±0.01b8.19±0.22a8.10±0.09a7.36±0.12b花翠素-3-O-葡萄糖苷(A3)—0.15±0.12a——0.32±0.21a—甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷(A4)—0.40±0.33a——0.14±0.11a—二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷(A5)84.06±0.97c88.28±2.73ab83.14±0.09c84.29±0.32c90.48±1.81a85.81±1.38bc未酰化总量91.71±0.94c96.31±3.37ab90.69±0.10c92.48±0.54bc99.50±2.42a93.19±1.52bc甲基花青素-3-O-乙酰化葡萄糖苷(A6)—0.55±0.27b0.38±0.02b0.64±0.11b1.01±0.08a0.08±0.03二甲花翠素-3-O-乙酰化葡萄糖苷(A7)13.01±0.03d25.06±3.38b22.93±0.49bc23.76±0.73b30.54±1.93a19.83±0.09c乙酰化总量13.01±0.03d25.62±3.66b23.30±0.52bc24.4±0.85b31.55±2.00a19.92±0.12c二甲花翠素-3-O-香豆酰化葡萄糖苷(A8)——————花色苷酚总量104.72±0.96d121.93±7.03b113.99±0.62bc116.88±1.39bc131.05±4.42a113.11±1.64c

注:“—”表示痕量。

酚酸类化合物主要存在于酿酒葡萄的果皮和果肉中,由于分子结构中含有较多羟基,因此具有较强的抗氧化性和自由基清除能力[19]。由表3可知,酚酸类化合物总量随压力升高而逐渐降低,在500 MPa时其总量最低,由对照的4.19 mg/L降至1.23 mg/L。其中原儿茶酸和龙胆酸在500 MPa时与对照相比分别降低了21.15%和3.03%(P<0.05),阿魏酸则在400 MPa时含量剧烈下降了53.13%(P<0.05)。对于4-羟基苯甲酸和没食子酸则分别在200 MPa和500 MPa后无检出。

黄酮醇类化合物主要存在于葡萄果皮中,多以糖苷态的形式存在。由表3可知,在400 MPa处理下黄酮醇类化合物含量明显升高(148.92 mg/L),与对照相比增加近51.05%,而其他压力处理和对照之间却无明显差别(P>0.05)。试样中黄酮醇类按照其各自的含量高低呈现如下的排列顺序:槲皮素类>山奈酚类>丁香亭类>异鼠李素类>杨梅酮类。其中,槲皮素类化合物中非糖苷化的槲皮素在压力处理下出现含量的降低,由对照的0.59 mg/L,分别降至100和200 MPa时的0.39和0.07 mg/L(P<0.05),并在300 MPa后无检出。而其糖苷类衍生物(槲皮素-3-O-鼠李糖苷、槲皮素-3-O-半乳糖苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷和槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷等)均在400 MPa超高压处理后表现出含量的增加,与对照相比提高了18.93%~70.61%(P<0.05)。类似的情况在山奈酚类化合物中也表现出400 MPa时含量明显增加的变化,其中山奈酚-3-O-半乳糖苷和山奈酚-3-O-葡萄糖苷分别由最初的2.54和14.86 mg/L增加至4.76和28.4 mg/L(P<0.05)。此外,杨梅酮-3-O-葡萄糖苷、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷和丁香亭-3-O-葡萄糖苷也呈现先增加后降低的趋势,并均在400 MPa处理时达到峰值,分别增加了0.14、3.20和3.02 mg/L(P<0.05)。

研究显示,通常酿酒葡萄中黄烷-3-醇类化合物的寡聚体以二聚体居多,主要存在于葡萄的果皮和果籽中,本实验检测到2种黄烷-3-醇二聚体(原花色素B1和原花色素B2)。在未加压的对照样品中,实验无原花色素B1和原花色素B2物质的检出,但通过超高压处理,原花色素B1和原花色素B2在超高压处理后均有所增加,但与前述黄酮醇类化合物变化不同,2种化合物在100 MPa下含量最高(为5.57和2.73 mg/L,P<0.05)。

花色苷酚是红葡萄中的主要呈色物质。由表3可知,在超高压处理下,花色苷酚总量呈现先增加后下降的变化,并在400 MPa时含量达到峰值,这与前文中总花色苷的变化情况一致,与对照相比提高25.14%(P<0.05)。其中,甲基花青素和二甲花翠素的3-O-葡萄糖苷分别从对照组的7.64和84.06 mg/L增加至400 MPa时的8.10和90.48 mg/L(P<0.05),二者的乙酰化衍生物分别从对照的0.00和13.01 mg/L增加至400 MPa时的1.01和30.54 mg/L(P<0.05)。而花青素、花翠素和甲基花翠素的3-O-葡萄糖苷等花色苷酚化合物却在不同压力处理后出现不同程度的变化,其中花青素-3-O-葡萄糖苷在400 MPa时与对照相比提高了0.46 mg/L(P<0.05)。

表4显示,不同时间超高压处理可导致蛇龙珠葡萄非花色苷酚和花色苷酚总量在15~35 min和5~45 min时与对照相比分别增加了32.41%~43.19%和10.91%~18.12%(P<0.05)。其中非花色苷酚中黄酮醇类化合物的含量最高,总量在25 min时出现峰值,由最初的98.59 mg/L提高至135.48 mg/L(P<0.05)。槲皮素类化合物中只有槲皮素在超高压处理后降低,而其他化合物都呈现先增加后减少的趋势。槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷、槲皮素-3-O-鼠李糖苷、槲皮素-3-O-半乳糖苷和槲皮素-3-O-葡萄糖苷等都在25 min处理下与对照相比分别提高了25.67%、25.51%、39.24%和43.39%(P<0.05)。同样地,山奈酚-3-O-半乳糖苷、山奈酚-3-O-葡萄糖苷、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷、丁香亭-3-O-葡萄糖苷等也在25 min时增加了15.64%~52.09%。黄烷-3-醇类化合物中的原花色素B1和原花色素B2在对照组检出量极低,在35 min时含量达到最高,分别增加至12.90和8.21 mg/L(P<0.05),但各处理组之间则无显著性差异变化(P>0.05)。酚酸类化合物是非花色苷酚中含量最低的一类物质,与黄酮醇类化合物和黄烷-3-醇类化合物变化趋势相反,5种酚酸类化合物在处理后与对照相比均有不同程度的减少,其中阿魏酸在加压25 min下与对照相比降低了43.75%(P<0.05)。

表4 不同时间处理对酚类化合物的影响
Table 4 Effects of different time treatments on phenolic compounds

物质指标(编号)CK不同时间/min515253545非花色苷酚4-羟基苯甲酸(N1)0.15±0.01a———0.10±0.04b—原儿茶酸(N2)0.52±0.01ab0.52±0.08ab0.55±0.12a0.45±0.01ab0.45±0.01ab0.41±0.02b龙胆酸(N3)0.33±0.00a0.33±0.00a0.32±0.00b0.32±0.00b0.33±0.00a0.33±0.00a没食子酸(N4)2.56±0.07a5.81±5.80a8.81±8.74a2.91±2.04a3.11±1.65a2.53±2.53a阿魏酸(N5)0.64±0.01a0.36±0.00b0.44±0.08b0.37±0.04b0.42±0.03b0.41±0.08b酚酸类总量4.19±0.10a7.01±5.88a10.12±8.78a4.06±2.02a4.40±1.60a3.68±2.47a槲皮素(N6)0.59±0.03a0.02±0.020.07±0.070.52±0.10a0.39±0.01b—山奈酚-3-O-半乳糖苷(N7)2.54±0.03cd2.81±0.21bc2.93±0.13b3.43±0.01a2.47±0.05cd2.35±0.40d山奈酚-3-O-葡萄糖苷(N8)14.86±0.15c18.63±1.21b19.64±1.11b22.60±0.58a15.46±1.35c15.50±1.22c槲皮素-3-O-鼠李糖苷(N9)0.98±0.00b0.94±0.05bc0.97±0.13bc1.23±0.05a0.74±0.19d0.77±0.11cd槲皮素-3-O-半乳糖苷(N10)6.09±0.14c7.07±0.28b7.64±0.12b8.48±0.82a7.16±0.71b5.95±0.11c槲皮素-3-O-葡萄糖苷(N11)29.82±0.34c34.98±0.77b39.62±3.62a42.76±2.63a34.66±4.38b29.85±0.27c槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷(N12)23.14±0.20b23.38±0.59b29.59±1.15a29.08±3.27a27.54±2.96a20.89±1.94b异鼠李素-3-O-葡萄糖苷(N13)6.36±0.06b7.23±0.30a7.39±0.64a7.95±0.08a6.03±0.30b6.19±0.59b杨梅酮-3-O-半乳糖苷(N14)0.46±0.02a2.28±2.23a1.84±1.52a3.43±3.12a0.43±0.14a2.86±2.73a杨梅酮-3-O-葡萄糖苷(N15)0.01±0.000.06±0.02a0.07±0.04a0.09±0.04a—0.01±0.01丁香亭-3-O-葡萄糖苷(N16)13.75±0.10b15.22±0.62a15.50±0.58a15.90±0.37a15.70±0.24a15.22±0.55a黄酮醇类总量98.59±0.86c112.62±1.81b125.26±7.69a135.48±11.06a110.58±9.84bc99.59±1.96c原花色素B1(N17)—4.11±2.74a5.78±3.21a5.49±3.01a12.9±5.91a9.02±8.85a原花色素B2(N18)—3.02±2.07a3.38±1.62a2.15±1.30a8.21±4.13a5.95±5.95a黄烷-3-醇类总量—7.13±4.81a9.16±4.83a7.64±4.31a21.11±10.03a14.97±14.80a非花色苷酚总量102.78±0.96b126.76±8.88ab144.53±21.30a147.17±17.39a136.09±21.47a118.24±19.23ab花色苷酚花青素-3-O-葡萄糖苷(A1)—0.03±0.02 0.03±0.020.09±0.07 0.14±0.11 0.08±0.06 甲基花青素-3-O-葡萄糖苷(A2)7.64±0.03ab7.84±0.06ab7.25±0.12b7.03±0.34b8.38±0.43a7.71±0.63ab花翠素-3-O-葡萄糖苷(A3)—0.04±0.04a0.02±0.01a0.15±0.12a0.26±0.21a0.04±0.04a甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷(A4)—0.14±0.120.13±0.110.26±0.210.44±0.360.40±0.33二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷(A5)84.06±0.97b86.34±1.55ab83.39±3.28b82.63±2.81b91.40±2.59a89.2±4.97ab未酰化总量91.71±0.94b94.39±1.66ab90.80±3.54b90.16±3.55b100.62±3.71a97.43±6.02ab甲基花青素-3-O-乙酰化葡萄糖苷(A6)—0.75±0.14a0.57±0.16a0.57±0.23a0.38±0.28a0.62±0.44a二甲花翠素-3-O-乙酰化葡萄糖苷(A7)13.01±0.03b27.15±2.25a26.41±2.70a25.31±2.85a21.74±3.64a25.54±5.44a乙酰化总量13.01±0.03b27.90±2.39a26.98±2.87a25.87±3.08a22.12±3.92a26.16±5.88a二甲花翠素-3-O-香豆酰化葡萄糖苷(A8)—0.34±0.280.49±0.400.11±0.090.38±0.310.11±0.09花色苷酚总量104.72±0.96b122.63±4.33a118.28±6.81ab116.15±6.73ab123.12±7.94a123.70±12.00a

由表4可知花色苷酚中未酰化花色苷总量在35 min时达到峰值,由最初的91.71 mg/L提高至100.62 mg/L(P<0.05)。甲基花青素-3-O-葡萄糖苷和二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷是未酰化花色苷中含量最高的2种物质,均在35 min时含量升至最高,与对照相比分别提高了9.69%和8.73%(P<0.05),而其他3种花色苷酚仅在超高压处理后出现小幅增加。乙酰化花色苷中甲基花青素-3-O-乙酰化葡萄糖苷和二甲花翠素-3-O-乙酰化葡萄糖苷在5~45 min时与对照相比分别提高了0.38~0.75和8.73~14.89 mg/L(P<0.05),但不同处理组之间无显著性变化(P>0.05)。

2.4 超高压处理影响葡萄的主成分分析

2.4.1 不同压力处理的主成分分析

为了进一步探讨超高压处理对蛇龙珠葡萄理化指标和酚类化合物的影响,运用Origin软件对不同条件超高压处理蛇龙珠葡萄的总糖(1)、pH(2)、颜色(3~8)、总花色苷(9)、总黄酮(10)、总酚(11)、花色苷酚(A1~A8)以及非花色苷酚(N1~N18)类化合物进行主成分分析。

结果如图3所示,不同压力梯度下,前3个主成分的累积贡献率为89.3%,可反映较多的数据变化信息。PC1的正半轴主要反映了a*值(8)、总花色苷(9)、总黄酮(10)、4种花色苷酚化合物(A1、A5、A6-7)和7种黄酮醇类非花色苷酚化合物(N7、N8、N10、N11、N13、N15、N16)等信息,PC2的正半轴反映了总糖(2)、花翠素-3-O-葡萄糖苷(A3)、没食子酸(N4)、槲皮素-3-O-鼠李糖苷(N9)和槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷(N12)等信息,而PC3则与甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷(A4)、杨梅酮-3-O-半乳糖苷(N14)、原花色素B1和原花色素B2(N17、N18)等化合物相关性较高。综合可知,压力300~500 MPa处理位于PC1的正半轴,且400 MPa处理的PC1得分最高,因此400 MPa处理与总花色苷、总黄酮、花色苷酚化合物和黄酮醇类化合物等物质的相关性更强,推测这可以提高酚类化合物的含量,并使葡萄红色加深、色饱和度更高。而对照组位于PC2正半轴、PC1和PC3的负半轴,主要反映了L*值和酚酸类化合物等信息。压力100 MPa处理则位于PC3的正半轴,表明100 MPa处理可以提高甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷、杨梅酮-3-O-半乳糖苷和黄烷-3-醇等化合物的含量。

a-压力组前2主成分因子载荷图;b-压力组第1和第3主成分因子载荷图;c-压力组聚类样品分布图
图3 不同压力处理的因子载荷图和聚类样品分布图
Fig.3 Factor load diagram and cluster sample distribution diagram of different pressure treatments

2.4.2 不同时间处理的主成分分析

如图4所示,不同时间梯度下,提取主成分的前3个特征值,PC1的贡献率为47.6%,PC2的贡献率为27.6%,PC3的贡献率为11.9%,表明该模型可以反映87.1%的数据变化信息。PC1的正半轴主要反映了除L*值外的颜色指标(4~8)、总花色苷(9)、总黄酮(10)、总酚(11)、丁香亭-3-O-葡萄糖苷(N16)、黄烷-3-醇(N17、N18)、甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷(A4)和乙酰化花色苷(A6、A7)等信息,PC2的正半轴反映了除槲皮素和丁香亭-3-O-葡萄糖苷(N7~N15)外全部黄酮醇类化合物的信息,而PC3则主要反映了花青素-3-O-葡萄糖苷(A1)、花翠素-3-O-葡萄糖苷(A3)、4-羟基苯甲酸(N1)和槲皮素(N6)等化合物的信息。由图4可知,5~45 min压力处理时位于PC1的正半轴,且35 min处理时PC1的得分最高,因此35 min处理与除L*值外的颜色指标、总花色苷、总黄酮、总酚、丁香亭-3-O-葡萄糖苷、黄烷-3-醇、甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷和乙酰化花色苷等信息的相关性更强,推测这可以使葡萄红色加深,并提高酚类化合物的含量。而对照组则位于PC1和PC2的负半轴,主要反映了酚酸类化合物(N1、N3、N5)等信息。值得注意的是,25 min处理位于前3主成分的正半轴且都具有较高的得分,表明25 min处理与山奈酚类化合物(N7、N8)、槲皮素-3-O-半乳糖苷(N10)、槲皮素-3-O-葡萄糖苷(N11)、槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷(N12)、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷(N13)、杨梅酮-3-O-葡萄糖苷(N15)和丁香亭-3-O-葡萄糖苷(N16)等化合物高度相关,表明25 min处理时对黄酮醇类化合物的提升贡献较大。

a-时间组前两主成分因子载荷图;b-时间组第一和第三主成分因子载荷图;c-时间组聚类样品分布图
图4 不同时间处理的因子载荷图和聚类样品分布图
Fig.4 Factor load diagram and cluster sample distribution diagram of different time treatments

3 讨论

酚类化合物对酿酒葡萄的品质至关重要,如何改善其中的酚类物质已成为科研的重点。而最新的研究发现,超高压能改变细胞膜蛋白质的构象,降低其选择性,从而使酚类化合物更易于提取,提高处理样品的酚类含量[20]

本实验研究了不同压力和时间的超高压处理对蛇龙珠葡萄颜色和酚类化合物的影响。实验结果表明,400 MPa和25 min处理对样品的作用效果最好,可显著提高其总花色苷、总黄酮、总酚、非花色苷酚、花色苷酚等的含量,并使处理样品颜色向深红色调方向发展。这一现象与BARBA等[6]的实验结果类似,该研究发现,通过超高压处理后蓝莓汁总酚含量增加13%~27%,总花色苷和花色苷酚化合物的含量也较未处理增加明显(在400 MPa/15 min时达到最大值,提高了16%)。此外,超高压在石榴汁[8]、西番莲果皮[9]、柚子[10]等的应用中也表现出使样品酚类含量显著升高的现象。

然而超高压处理并非对所有果蔬都有类似的效果。TORRES-OSSANDN等[17]发现浓缩白葡萄汁受超高压处理会降低酚类含量,并推测这可能与处理造成细胞结构损伤,引起酚类化合物稳定性下降有关。此外,研究显示,温度也是超高压处理的主要控制参数之一,不同温度会引起样品中酚类物质的变化。在菠萝浆的研究中发现,酚类物质在50 ℃时显著增加,而60或70 ℃时则明显减少[21]。另外,超高压处理过程中产生的均衡效应、勒夏特列效应、微观有序效应会使各种生物大分子的物质结构、状态等发生一定变化,从而改变其原有性质[22]。同时,高压会引起体系内物质能量的变化,加速反应进行[23]。再有,由于超高压处理对酶的钝化效果较差,因此酚类物质和颜色的变化还有可能和酶的影响相关[15]。总之,适宜的超高压条件可以在保持食品本身色香味不变的情况下极大地增加食品的营养。

4 结论

本文以蛇龙珠酿酒葡萄为原料,对其果实施加不同程度的超高压处理,研究压力和时间对酚类化合物和理化指标的影响,结果表明:

超高压处理对pH和总糖的影响较小,但不同压力和时间处理都可明显地引起样品颜色参数的变化,造成L*值的降低和值的升高,其中在压力400~500 MPa(19.44~19.83 a.u.)、时间35 min(21.00 a.u.)条件下处理与对照的颜色差别明显。

超高压处理可造成样品总花色苷、总黄酮、总酚等含量的增加,特别是在压力400~500 MPa、时间25~35 min条件下提高显著。而分析具体的酚类物质发现,各类型酚类物质在超高压处理下变化表现不同,但在压力400 MPa和时间5~35 min处理组效果最佳。

主成分分析结果表明400 MPa和25 min处理的作用效果最好,会显著提高其总花色苷、总黄酮、总酚、黄酮醇类、黄烷醇类、未酰化和乙酰化花色苷酚等的含量,使蛇龙珠葡萄的颜色更加深红。

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Effects of ultra-high pressure treatment on phenolic compounds in Cabernet Gernischet grape

YANG Peiyu, ZHANG Bo*, JIANG Yumei, WANG Xueqing, LYU Zhuanzhuan, HAN Liting, ZHANG Xiaofang

(College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Gansu Key Laboratory of Viticulture and Enology, Research and Development Center of Wine Industry in Gansu Province, Lanzhou 730070, China)

ABSTRACT Phenols are one of the key factors affecting the quality of wine grapes, and they also have an important impact on the quality of wine, so people attach great importance to them. In this paper, the Cabernet Gernischet grape was used as the raw material to study the changes of phenolic compounds in grape fruit under different pressure (100, 200, 300, 400, 500 MPa) and time (5, 15, 25, 35, 45 min). Results showed that 400 MPa pressure treatment and 25 min time treatment had the best effect. After ultra-high pressure treatment, the contents of total anthocyanins, total flavonoids, total phenols, flavonols, flavanols, unacylated, and acetylated anthocyanins in the treated samples significantly increased compared with the control, which resulted in the decrease of L* value and the increase of a* value, value, b* value, and value of the color parameters, resulting in the color change of the treated samples to deep red. The results of this study can provide some data reference for the improvement of grape and wine quality by ultra-high pressure technology.

Key words high hydrostatic pressure; grape juice; quality; phenolic compounds; colour

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032632

引用格式:杨培玉,张波,蒋玉梅,等.超高压处理对蛇龙珠葡萄中酚类物质的影响[J].食品与发酵工业,2023,49(17):110-119.YANG Peiyu, ZHANG Bo, JIANG Yumei, et al.Effects of ultra-high pressure treatment on phenolic compounds in Cabernet Gernischet grape[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(17):110-119.

第一作者:硕士研究生(张波教授为通信作者,E-mail:zhangbo@gsau.edu.cn)

基金项目:甘肃省葡萄酒产业发展专项资金项目(GSPTJZX-2020-4,2017010);甘肃省科技计划项目(20YF3NA017)

收稿日期:2022-06-13,改回日期:2022-07-13