微波處理對黑米酒物理化學(xué)特性的影響

陳卓瑤 - 原江鋒,2 -,2 候增超 - 王大紅,2 -,2 李佩艷 - 龔明貴 - 張 彬

(1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院藥理科，江蘇 南京 210002)

黑米素有“藥米”“補血米”之稱，是稻米中的保健珍品[1]。黑米酒是以黑米為原料，以甜酒曲或黃酒曲發(fā)酵而成的，屬于黃酒類[1-2]。黑米酒中含有十分豐富的氨基酸[3]、礦物質(zhì)、維生素[4]等，以及數(shù)十種多酚類化合物[5]，具有較強的抗氧化活性[6]。消費者逐步意識到黑米酒的保健價值，對黑米酒的消費量逐年增加。發(fā)酵后的黑米酒口感較苦澀，在陳釀過程中黑米酒中活性物質(zhì)、酒體顏色等會發(fā)生變化，陳釀時間越長黑米酒的口感和色澤越好。傳統(tǒng)的陳釀方法需要消耗大量的成本和時間，不利于黑米酒企業(yè)的發(fā)展。

目前超聲波催陳、脈沖電場催陳、超高壓催陳等[7]人工催陳技術(shù)已用在對葡萄酒[8]、白酒[9]、醋[10]、黑米酒[11]的催陳研究中。微波催陳是一種新型技術(shù)，被認為是最具有前景的催陳技術(shù)之一。微波是頻率在300 MHz～300 GHz的非電離電磁波，在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療中使用的頻率一般為0.915～2.450 GHz[12]。微波技術(shù)由于熱效率高、穿透能力強等特點，通常用于縮短食品加工過程的時間。微波催陳技術(shù)是物理催陳法的一種，是指用人為地施加微波加速酒體中各種成分相互轉(zhuǎn)化的方法，促進酒的老熟，以縮短貯存時間[13]，其原理是：微波能夠產(chǎn)生高頻振蕩，促使酒中分子運動頻率與微波相同，酒中各種極性分子方向也隨之變化。使酒精與水分子結(jié)合形成更緊密、更穩(wěn)定的大分子群；新酒經(jīng)過微波處理之后，加速了酯化等反應(yīng)的進行，新的脂類化合物快速形成，酒的香味變得濃郁，因此可以加速酒的陳化[14]。胡詩琪等[15]研究優(yōu)化了白酒微波催陳工藝；江京等[16]研究發(fā)現(xiàn)了微波催陳黃酒的較佳工藝條件；李聰?shù)萚17]研究發(fā)現(xiàn)微波處理可以提高葡萄酒的色度，但對葡萄酒的pH沒有影響。黑米酒發(fā)酵后也需要陳釀，已有采用超聲處理可以催陳黑米酒的報道[11]，而關(guān)于微波處理對黑米酒物理化學(xué)特性的影響尚未見報道。

試驗擬利用微波處理黑米酒，探究不同微波功率、時間、溫度作用下對黑米酒的總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量、顏色以及抗氧化活性的影響，為微波催陳黑米酒過程中對黑米酒的物理化學(xué)特性的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

黑米酒：色澤紫黑、透明澄清、酒精度9%，陜西朱鹮黑米酒業(yè)有限公司；

沒食子酸：分析純，上海阿法埃莎化學(xué)有限公司；

蘆?。悍治黾?，中國食品藥品檢定研究所；

Folin-Ciocalteu：分析純，美國Sigma公司；

乙二胺四乙酸(EDTA)、三氯乙酸(TCA)、碳酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

實驗室微波合成儀：XH-MC-1型，北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；

自動色差計：SC-80C型，北京康光光學(xué)儀器有限公司；

紫外—可見光分光光度計：UV765型，上海儀電分析儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：RE-52A型，上海亞榮生化儀器廠；

低溫冷卻液循環(huán)泵：DLSB-10L型，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；

大扭矩調(diào)速型蠕動泵：WT6000S型，保定雷弗流體科技有限公司；

萬分之一天平：BS124S型，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 微波處理 通過以下單因素試驗設(shè)計，探究微波處理對黑米酒中主要活性成分、顏色、抗氧化活性的影響。

(1)微波功率：固定微波時間15 min，微波溫度40 ℃，研究微波輻射功率分別為100，300，500，700，900 W時對黑米酒中總酚、總黃酮、總花青素、顏色、抗氧化活性的影響。

(2)超聲時間：固定微波功率500 W，微波溫度40 ℃，研究微波輻射時間分別為5.0，7.5，10.0，12.5，15.0 min時對黑米酒中總酚、總黃酮、總花青素、顏色、抗氧化活性的影響。

(3)微波溫度：固定微波功率500 W，微波時間15 min，研究微波輻射溫度分別為40，50，60，70，80 ℃時對黑米酒中總酚、總黃酮、總花青素、顏色、抗氧化活性的影響。

1.2.2 總酚含量測定 采用Folin-酚比色法[18]，以沒食子酸為對照品。

1.2.3 總黃酮含量測定 采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[19]，以蘆丁為對照品。

1.2.4 總花青素含量測定 采用pH示差法[20]。

1.2.5 顏色測定 采用SC-80C全自動臺式色差計直接測量CIELab值。其中L*值表示亮度，稱為亮度指數(shù)，L*值越大則亮度越高，L*值越小則亮度越低；a*，b*是色度指數(shù)，a*>0，代表紅色，a*<0，代表綠色，b*>0，代表黃色，b*<0，代表藍色。進一步根據(jù)樣品的L*、a*、b*計算樣品色差ΔE*。

ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2。

(1)

1.2.6 DPPH自由基清除能力 參考Dutta等[21]的方法。

1.2.8 羥自由基(·OH)清除能力 參考Liu等[23]的方法。

1.2.9 抗脂質(zhì)過氧化能力 參考Yuan等[24]的卵磷脂法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以上所有單因素試驗均重復(fù)3次，使用Microsoft Office Excel 2010軟件進行圖表繪制，SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率對黑米酒中主要活性成分、顏色及抗氧化活性的影響

2.1.1 主要活性成分變化 經(jīng)試驗得，總酚類的標準曲線回歸方程為y=0.012 3x+0.005 4，R2=0.999 4；總黃酮的標準曲線回歸方程為y=0.002 9x+0.007 4，R2=0.999 4。

由圖1可知，與未處理的黑米酒相比，隨著微波功率的增加，黑米酒中總酚、總黃酮、總花青素的含量均呈下降趨勢；總酚下降幅度較小，總黃酮與總花青素的下降趨勢較為明顯；總酚、總黃酮、總花青素含量下降幅度分別為7.36%，12.01%，71.04%。針對活性成分變化的可能原因：① 微波產(chǎn)生的高頻電磁場會使水分子產(chǎn)生運動并相互摩擦，導(dǎo)致分子間化學(xué)鍵斷裂產(chǎn)生瞬時高溫，從而誘導(dǎo)自由基的產(chǎn)生[25]，因此微波處理后黑米酒發(fā)生的理化變化十分復(fù)雜，所以可以加速黑米酒的熟化。② 福林酚法測定的原理是氧化還原反應(yīng)，多酚類物質(zhì)在微波的作用下有可能發(fā)生了一定的變化，但福林酚法僅是測定含酚基團的數(shù)目，可能并不能區(qū)分由微波處理引起的變化，導(dǎo)致用該法測定的總酚含量變化并沒有總黃酮和總花青素顯著[26]。

2.1.2 顏色變化 由表1可知，微波處理對黑米酒的顏色變化影響較小。不同微波功率處理后黑米酒的L*、a*、b*均先增加后減小，即黑米酒的亮度、紅色和黃色指標在較低微波功率處理時有所增加，說明微波處理可以改善黑米酒的顏色。在微波功率為100 W時，黑米酒的L*、a*、b*值及ΔE*值最大，說明此時黑米酒顏色變化最為明顯。隨著微波功率的增加，高功率處理的黑米酒比低功率處理的黑米酒中主要活性成分含量和抗氧化活性明顯的降低，因此微波催陳黑米酒時應(yīng)選擇較低功率。

圖1 微波功率對黑米酒中總酚、總黃酮、總花青素含量的影響

Figure 1 Effects of microwave power on the contents of total phenols, total flavones and total anthocyanins in black rice wine

利用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對不同微波功率處理下黑米酒中總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量、L*、a*、b*值間的相關(guān)性進行分析，結(jié)果如表2所示。微波功率與總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量間有明顯相關(guān)性，系數(shù)為-0.988，-0.987，-0.999；總酚含量與總黃酮含量、總花青素含量之間也明顯相關(guān)，系數(shù)為0.982，0.984?？傸S酮含量與總花青素含量也明顯相關(guān)(0.983)。

表1 微波功率對黑米酒L*、a*、b*的影響

Table 1 Effects of microwave power onL*,a*,b*of black rice wine

微波功率/WL?a?b?ΔE?原酒35.07±0.1238.90±0.8431.26±1.040.0010035.55±0.1739.61±0.2932.05±0.181.1630035.43±0.1139.23±0.2132.01±0.140.7850035.16±0.3938.60±0.5131.97±0.280.7770035.10±0.2338.49±0.1631.60±0.120.2990035.08±0.0538.95±0.8031.57±0.460.31

? *具有顯著性差異，P<0.05；**具有極顯著差異，P<0.01。

圖2 微波功率對DPPH自由基、超氧陰離子、羥自由基清除率和抗脂質(zhì)過氧化能力的影響

Figure 2 Effect of microwave power on DPPH radical, superoxide anion, hydroxyl radical scavenging capacity and anti-lipid peroxidation capacity

2.2 微波時間對黑米酒中主要活性成分、顏色及抗氧化活性的影響

2.2.1 主要活性成分變化 由圖3可知，與未經(jīng)處理的黑米酒相比，隨著微波處理時間的增加，黑米酒中總酚和總黃酮含量整體呈緩慢下降趨勢，下降幅度分別為4.46%，9.40%；總花青素含量受微波時間影響較為顯著，微波處理5.0 min后下降速率明顯增加，下降幅度為64.47%。結(jié)果表明，微波處理時間對黑米酒中總酚、總黃酮含量的影響比對總花青素的要小，總花青素含量的變化可能與微波處理過程中花青素的降解和結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，其具體機理需要進一步研究。

2.2.2 顏色變化 由表3可知，不同微波時間處理后黑米酒的L*、a*、b*值隨著微波處理時間的增加均呈先增加后減小的趨勢。微波處理黑米酒15.0 min時，黑米酒b*和ΔE*值最大，即黑米酒顏色變化較為明顯。長時間微波處理對黑米酒的顏色變化比短時間處理影響要大?？傊?，微波處理時間對酒體的顏色影響不大。

圖3 微波時間對黑米酒中總酚、總黃酮、總花青素含量的影響

Figure 3 Effect of microwave time on the content of total phenols, total flavonoids and total anthocyanins in black rice wine

表3 微波時間對黑米酒L*、a*、b*的影響

Table 3 Effect of microwave time onL*,a*,b*of black rice wine

微波時間/minL?a?b?ΔE?原酒35.07±0.1238.90±0.8431.26±1.040.005.035.62±0.1639.26±0.8131.33±0.660.667.535.60±0.0939.14±0.2631.30±0.310.3310.035.42±0.1838.61±0.2231.31±0.140.4612.535.26±0.1438.60±0.1731.27±0.380.1215.035.16±0.3938.60±0.5131.97±0.280.77

將不同微波時間處理下黑米酒中總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量、L*、a*、b*進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。微波時間與總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量、L*之間有明顯相關(guān)性，系數(shù)分別為-0.988，-0.985，-0.994，0.980；總酚含量與總黃酮含量、總花青素含量之間也明顯相關(guān)(0.981，0.993)；總黃酮含量與總花青素含量也明顯相關(guān)，系數(shù)為0.994。

表4 不同微波處理時間黑米酒活性物質(zhì)與L*、a*、b*的相關(guān)性?

? *具有顯著性差異，P<0.05；**具有極顯著差異，P<0.01。

圖4 微波時間對清除DPPH自由基、超氧陰離子、羥自由基和抗脂質(zhì)過氧化能力的影響

Figure 4 Effect of microwave time on DPPH radical, superoxide anion, hydroxyl radicalscavenging capacity and anti-lipid peroxidation inhibition capacity

2.3 微波溫度對黑米酒中主要活性物質(zhì)、顏色及抗氧化活性的影響

2.3.1 主要活性成分變化 由圖5可知，與未經(jīng)處理的黑米酒相比，隨著微波處理溫度的增加，黑米酒總酚含量與總黃酮含量均呈下降趨勢；不同微波溫度處理對黑米酒中總花青素含量影響較為顯著，80 ℃時下降幅度為79.92%。由此可知，黑米酒中主要活性成分含量隨著微波溫度的增加而減小，說明微波催陳黑米酒時溫度不宜過高。過高的溫度對黑米酒有加熱的功能，因此應(yīng)避免過高的微波溫度影響黑米酒的風(fēng)味。

圖5 微波溫度對黑米酒中總酚、總黃酮、總花青素含量的影響

Figure 5 Effect of microwave time on the content of total phenols, total flavonoids and total anthocyanins in black rice wine

2.3.2 顏色變化 由表5可知，黑米酒的L*、a*、b*值均發(fā)生了不同程度的變化。微波處理溫度為80 ℃時ΔE*的值較高，說明過高的微波溫度對黑米酒的顏色影響較大。結(jié)合微波溫度對黑米酒中主要活性成分和抗氧化活性的影響可知，微波催陳黑米酒宜采用較低的溫度處理較為合適。

由表6可得，微波溫度與總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量之間有明顯相關(guān)性，系數(shù)分別為-0.972，-0.996，-0.994；總酚含量與總黃酮含量、總花青素含量也明顯相關(guān)(0.969，0.978)；總黃酮含量與總花青素含量明顯相關(guān)(0.972)。

表5 微波溫度對黑米酒L*、a*、b*的影響

Table 5 Effect of microwave temperature onL*,a*,b*of black rice wine

微波溫度/℃L?a?b?ΔE?原酒35.07±0.1238.90±0.8431.26±1.040.004035.16±0.3938.60±0.5131.97±0.280.775033.68±0.1338.47±0.1631.11±0.371.476033.65±0.2738.66±0.1531.13±0.231.647033.63±0.1838.70±0.2731.14±0.521.478033.59±0.1038.54±0.3131.10±0.242.10

表6 不同微波處理溫度黑米酒活性物質(zhì)與L*、a*、b*的相關(guān)性?

? *具有顯著性差異，P<0.05；**具有極顯著差異，P<0.01。

圖6 微波溫度對清除DPPH自由基、超氧陰離子、羥自由基和抗脂質(zhì)過氧化能力的影響

Figure 6 Effect of microwave temperature on DPPH radical, superoxide anion, hydroxyl radical scavenging capacity and anti-lipid peroxidation inhibition capacity

3 結(jié)論

通過試驗可知，不同微波功率、微波溫度、微波時間處理后，黑米酒中總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量以及黑米酒的抗氧化活性隨著微波功率的增大、溫度的升高、時間的延長均有不同程度的下降，且對黑米酒的亮度、紅色及黃色等顏色特性值也有不同程度的影響，但總體影響不大。主要原因是微波產(chǎn)生的高頻振蕩使黑米酒中分子的運動更加復(fù)雜，化學(xué)變化也更加明顯。對于黑米酒的抗氧化能力而言，其變化趨勢與主要活性成分含量存在高度相關(guān)性，黑米酒中總酚含量、總黃酮含量、總花青素含量和抗氧化活性的變化與陳釀過程中變化大致相同，說明微波處理可以有效地催陳黑米酒，但微波處理對于黑米酒中其他物質(zhì)的影響和具體處理參數(shù)還需進一步試驗研究。