枸杞白蘭地蒸餾殘液營養(yǎng)成分組成及揮發(fā)性物質研究

黨 燕，趙智慧，董建方，馬 艷，黨文宏，張清安*

（1.陜西師范大學 食品工程與營養(yǎng)科學學院，陜西 西安 710119；2.寧夏紅枸杞產(chǎn)業(yè)有限公司，寧夏 中衛(wèi) 755100）

枸杞別名枸杞子，是一種著名的中藥材，廣泛分布在寧夏、甘肅、新疆、內蒙和河北等地，其中以寧夏枸杞質量最優(yōu)[1]。傳統(tǒng)上枸杞對一些慢性疾病，如發(fā)熱、盜汗、咳嗽、咯血和糖尿病都有很好的療效[2]；現(xiàn)代研究表明，枸杞具有多種藥理功能，如抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、免疫調節(jié)和降低血糖等[3-4]。白蘭地因其獨特的風味特征而受到越來越多的關注[5]。通常所說的白蘭地指以葡萄為原料發(fā)酵蒸餾制成的酒，而以其他水果為原料釀成的白蘭地，則應冠以相應原料水果的名稱[6-7]，枸杞白蘭地則是指以枸杞鮮果為原料通過發(fā)酵蒸餾制成的酒[8]。

在枸杞白蘭地的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量蒸餾殘液，如果自然排放，將會嚴重污染環(huán)境并造成資源浪費。但蒸餾殘液中含有豐富的多酚類、還原糖類和黃酮類營養(yǎng)成分，因此對蒸餾殘液的回收利用成為一個關鍵的技術問題[9]。有研究表明，從釀酒廢棄物中提取的具有抗氧化、抗炎作用的多酚、黃酮類化合物已經(jīng)作為制藥原料應用于化妝品中[10-11]。白蘭地的香氣成分極其復雜，目前我國僅能檢測到約50種芳香成分[6]。白蘭地特有的揮發(fā)性香氣部分來源于原料固有的香氣，但在發(fā)酵及蒸餾過程中形成的香氣成分構成了白蘭地的主要骨架香氣[7]。采用GC-IMS可以完成樣品的二維分離，對蒸餾殘液的鑒別和鑒定非常有利[12]。

目前對釀酒殘渣中營養(yǎng)成分的綜合利用研究較多[13-14]，但未有對蒸餾殘液重復利用的相關內容。本研究旨在了解枸杞白蘭地蒸餾殘液的理化性質、營養(yǎng)成分和揮發(fā)性風味，為枸杞白蘭地蒸餾殘液的進一步開發(fā)利用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

枸杞白蘭地蒸餾殘液由寧夏紅枸杞產(chǎn)業(yè)有限公司研發(fā)中心提供，并在-20 ℃冰箱中保存?zhèn)溆茫黄咸烟?、沒食子酸、蘆丁標準品：色譜純，成都曼思特生物科技有限公司；DNS試劑、福林酚：分析純，Sigma公司；碳酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、乙醇：分析純，天津天力化學試劑有限公司；試驗所用水為純凈水，購于陜西娃哈哈乳品有限公司。

SG恒溫水浴鍋，上海安亭科學儀器廠；KQ-300VDE數(shù)控超聲波清洗機，江蘇省昆山市超聲儀器有限公司；AL104型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；FB12-04有機膜設備，江蘇九吾高科技股份有限公司；101型電熱鼓風干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司；TU-1810紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 陶瓷膜預處理

枸杞白蘭地蒸餾殘液的陶瓷膜預處理：調節(jié)陶瓷膜分離機，安裝孔徑為5 nm的陶瓷膜，安裝完畢后啟用試驗機；取一定量的蒸餾殘液，對其進行粗濾處理，過濾后的液體置于陶瓷膜分離機中用0.4 MPa的壓力進行分離。實驗完成后，收集陶瓷膜濾過液（清液）與未透過液（濃縮液）。

1.2.2 陶瓷膜濃縮液與清液理化指標測定

可溶性固形物含量采用手持糖度計進行測定。

透光率的測定采用分光光度計法[15]。以蒸餾水做參比，在660 nm下，測定樣品的透光率，用透過率表示樣品的澄清度。

1.2.3 陶瓷膜濃縮液與清液營養(yǎng)成分測定

1.2.3.1 總糖的測定 參考趙凱等方法進行測定并稍作修改[16]。精確稱取25 mg葡萄糖標準品，用蒸餾水溶解后置于25 mL容量瓶中，加蒸餾水定容，得到1 mg/mL葡萄糖對照品溶液。

分別移取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL于25 mL容量瓶中，分別準確加入DNS試劑1.5 mL，用蒸餾水補至3 mL，充分混勻后沸水浴5 min，流水冷卻后蒸餾水定容。采用紫外分光光度計在490 nm下測定溶液的吸光值。

取1 mL樣品于25 mL容量瓶內，按照上述的方法處理后，測定樣品吸光值。

1.2.3.2 總酚的測定 按Foli-Ciocalteu 的方法進行總酚含量測定并稍作修改[17]。精確稱取2.75 mg 沒食子酸標準品，用蒸餾水溶解后置于25 mL容量瓶中，加蒸餾水水定容，得到0.11 mg/mL沒食子酸對照品溶液。

分別移取0.0、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL標準品溶液于25 mL的棕色容量瓶中，加蒸餾水至6.0 mL，然后分別加入福林酚試劑0.5 mL，混勻，在8 min內加入質量分數(shù)為20%的Na2CO3溶液1.5 mL，在25 ℃下避光反應1 h后定容至25 mL。采用紫外分光光度計在760 nm下測定溶液的吸光值。

取1 mL樣品于25 mL的棕色容量瓶，按照上述的方法處理后，測定樣品吸光值。

1.2.3.3 總黃酮的測定 參考楊銘等方法進行測定并稍作修改[18]。精確稱取5 mg蘆丁標準品，加入70%乙醇溶解后置于25 mL容量瓶，加蒸餾水定容，得到0.2 mg/mL的蘆丁對照品溶液。

分別移取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL 至10 mL 的容量瓶中，先加入5%NaNO2溶液0.4 mL，搖勻，靜置6 min，然后加入10%Al（NO3）3溶液0.4 mL，搖勻，靜置6 min，最后加入4%NaOH 溶液4.0 mL后，加蒸餾水至容量瓶刻度線并搖勻放置15 min。采用紫外分光光度計在510 nm下測定溶液的吸光值。

取1 mL樣品于10 mL的容量瓶，按照上述的方法處理后，測定樣品吸光值。

1.2.4 陶瓷膜濃縮液與清液揮發(fā)性風味物質測定

參考Chen等的方法[19]，并稍作修改。本實驗采用氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用（GC-IMS）技術測定陶瓷膜濃縮液和清液中揮發(fā)性風味物質。

頂空進樣條件：取100μL樣品置于20 mL頂空進樣瓶中。頂空孵化溫度：60 ℃；孵育時間：15 min；孵化轉速：500 r/min；進樣針溫度：85 ℃；進樣體積：100μL。

GC-IMS條件：分析時間：30 min；色譜柱：WAX色譜柱（0.53 mm×1μm×30 m）；柱溫：60 ℃；載氣/漂移氣：N2（純度≥99.99%）；流速：初始2 mL/min，保持2 min 后在8 min 內線性增至10 mL/min，后在10 min 內線性增至100 mL/min；IMS溫度：45 ℃。

頂空進樣后用FlavourSpec?風味分析儀直接測試，并進行3組平行實驗。借助G.A.S公司的功能軟件分析樣品中揮發(fā)性風味物質的指紋譜圖，然后利用系統(tǒng)軟件自帶的氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫（NIST）和離子遷移譜數(shù)據(jù)庫（IMS）對揮發(fā)性風味物質定性和定量分析。采用laboratory analytical viewer（LAV）軟件查看分析圖譜，從而對樣品的揮發(fā)性成分進行定量分析。利用LAV軟件的Gallery Plot和Reporter插件，獲得指紋圖譜及差異圖譜。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel對數(shù)據(jù)進行處理。

2 結果與分析

2.1 陶瓷膜濃縮液與清液理化指標分析

由表1可以看出，與濃縮液相比較，清液的透過性更好，色澤明亮，對后期產(chǎn)品的開發(fā)具有指導性作用?？扇苄怨绦挝锸侵腹心苋苡谒奶恰⑺?、維生素、礦物質等，以百分率表示，能夠反映罐頭食品、果蔬、飲料、果凍產(chǎn)品中主要營養(yǎng)物質多少的一個指標。從表1 中可以看到濃縮液與清液中可溶性固形物含量相同。

表1 陶瓷膜濃縮液與清液理化指標Table 1 Physical and chemical indexes of ceramic membrane concentrate and clear liquor

2.2 陶瓷膜濃縮液與清液營養(yǎng)成分分析

糖類又稱碳水化合物，在人體每日所需營養(yǎng)中占45%～55%，是六大營養(yǎng)要素之一。枸杞中的多糖具有多種重要生物活性，如抗氧化、抗腫瘤、免疫調節(jié)等[20]。根據(jù)不同濃度的葡萄糖溶液及其測定的吸光度進行線性擬合，得出線性回歸方程：y=0.021x-0.016，R2=0.995，具有較好的線性關系。

多酚類物質廣泛存在于水果及其制品中，多酚有助于穩(wěn)定水果加工品的色澤，并使水果加工品產(chǎn)生特殊風味，并且多酚具有生物活性，能發(fā)揮抗氧化、抗衰老、防癌、防紫外線等功效[21]。根據(jù)不同濃度的沒食子酸溶液及其測定的吸光度進行線性擬合，得出線性回歸方程：y=0.122x-0.012，R2=0.990，具有較好的線性關系。

黃酮類化合物不能在人體內直接合成，只能通過食物或藥物攝取，因此現(xiàn)今具有黃酮類物質的保健食品需求日益增加，而濃縮液以及清液中的黃酮類物質恰好滿足這一需求。根據(jù)不同濃度的蘆丁溶液及其測定的吸光度進行線性擬合，得出線性回歸方程：y=0.012x+0.007，R2=0.992，具有較好的線性關系。

根據(jù)線性回歸方程可計算各樣品中營養(yǎng)成分的含量，結果如表2所示。從表2中可以看出，經(jīng)過膜過濾的濃縮液與清液相比較，濃縮液中總糖、總黃酮的含量較高，清液中總酚的含量較高。

表2 陶瓷膜濃縮液與清液營養(yǎng)成分含量Table 2 Nutrients content of ceramic membrane concentrate and clear liquor

2.3 陶瓷膜濃縮液與清液揮發(fā)性風味物質分析

2.3.1 陶瓷膜濃縮液與清液GC-IMS揮發(fā)性成分譜圖

利用GC-IMS技術對枸杞白蘭地蒸餾殘液經(jīng)過陶瓷膜過濾后獲得的濃縮液與清液的揮發(fā)性氣味物質做了檢測。圖1是由GC-IMS自帶LAV分析軟件中的Reporter插件程序得到的3D譜圖。X軸為遷移時間，Y軸為保留時間，Z軸為信號峰強度，每一個點為一種氣味成分，色澤深淺代表信號強弱[22]。三維譜圖從左到右分別為濃縮液和清液，可以看到，各譜圖峰形相似，無法直接看出其差異，說明陶瓷膜濃縮液與清液的主要成分差異不大。

圖1 陶瓷膜濃縮液與清液GC-IMS三維譜圖Figure 1 Three dimensional GC-IMS spectra of ceramic membrane concentrate and clear liquor

圖2為陶瓷膜濃縮液與清液3D譜圖投影獲得的2D平面圖，其中圖2A為二維俯視圖，圖2B為扣除左側陶瓷膜濃縮液譜圖得到的清液的差異對比圖，可相對容易比較兩者之間揮發(fā)性氣味物質的差異。其中橫向坐標為離子遷移時間，縱向坐標為氣相色譜保留時間[23]。陶瓷膜濃縮液和清液的揮發(fā)性物質被氣相離子遷移譜較好地分離開來，且兩者中部分氣味物質含量有升有降，呈現(xiàn)了相對差異，見圖2B紅色虛線框區(qū)域所示，其中清液在橫坐標1.25處紅色部分較為明顯，說明清液含有部分高于濃縮液的揮發(fā)性物質。

圖2 陶瓷膜濃縮液與清液GC-IMS二位譜圖（A：俯視圖；B：差異對比圖）Figure 2 Two dimensional GC-IMS spectra of ceramic membrane concentrate and clear liquor

2.3.2 陶瓷膜濃縮液與清液GC-IMS揮發(fā)性氣味物質定性分析

利用離子遷移時間和保留指數(shù)對揮發(fā)性化合物進行定性鑒別，陶瓷膜濃縮液與清液揮發(fā)性部分化合物會產(chǎn)生二聚體甚至三聚體，它們保留時間相近但遷移時間不同。陶瓷膜濃縮液與清液中揮發(fā)性化合物定性分析如圖3所示，濃縮液與清液中揮發(fā)性化合物圖譜基本一致，但化合物含量存在差異。

圖3 陶瓷膜濃縮液與清液揮發(fā)性GC-IMS定性Figure 3 GC-IMS Characterization of ceramic membrane concentrate and clear liquor

從GC-IMS文庫中共鑒定出揮發(fā)性風味物質共計5類30種。其中酯類化合物共有8種，占26.7%；醇類化合物共有8種，占26.7%；酮類化合物共有6種，占20%；醛類化合物共有5種，占16.7%；酸類化合物共有3種，占9.9%（已刪除未定性成分）。其中單體、二聚體的化學式和CAS號都相同，僅形態(tài)不同，結果如表3所示。

表3 陶瓷膜濃縮液與清液揮發(fā)性成分的GC-IMS定性分析Table 3 Analysis of volatile components of ceramic membrane concentrate and clear liquor by GC-IMS

續(xù)表

續(xù)表

2.3.3 陶瓷膜濃縮液與清液揮發(fā)性氣味指紋圖譜

為了便于比較陶瓷膜濃縮液與清液中揮發(fā)性物質變化規(guī)律及相對含量差異，每個樣品做3次重復測定，樣品標號為縱坐標，揮發(fā)性物質成分為橫坐標，采用Gallery Plot 繪制揮發(fā)性物質指紋譜圖見圖4，圖4中顏色深淺反映揮發(fā)性成分含量差異（從上至下分別為濃縮液與清液）。

圖4 陶瓷膜濃縮液與清液氣味物質指紋圖譜Figure 4 Fingerprint of odor components of ceramic membrane concentrate and clear liquor

圖4中橫、縱向比較可知，陶瓷膜濃縮液與清液中揮發(fā)性物質種類和濃度存在明顯差異。圖4中A區(qū)域的物質在陶瓷膜濃縮液中的濃度較高，而在陶瓷膜清液中較低或沒有，主要物質包括丁醇、丙酮、2-丁酮和丁酸己酯等；圖中B區(qū)域的物質在陶瓷膜濃縮液和清液中濃度基本一致，主要物質有乙酸乙酯、3-羥基-2丁酮、正丙醇、2-丁醇、乙醇和2-甲基丙醛等；圖4中C區(qū)域的物質在陶瓷膜清液中的濃度最高，在陶瓷膜濃縮液中較低或沒有，主要包括的化合物有丙醛、丙烯醛、丙酸乙酯和乙酸甲酯等。

3 結論

本研究以枸杞白蘭地蒸餾殘液為原料，經(jīng)過膜處理技術獲得清液與濃縮液，通過理化指標、營養(yǎng)成分及揮發(fā)性化合物等指標綜合對比分析濃縮液與清液的品質。結果顯示：濃縮液與清液的可溶性固形物含量相同，但清液的透過率更好；濃縮液中總糖與總黃酮含量高于清液，清液中總酚含量略高于濃縮液；GC-IMS技術對枸杞白蘭地蒸餾殘液中揮發(fā)性化合物進行有效的分離、檢測，共鑒定出30種化合物，包括酯類8種、醇類8種、酮類6種、醛類5種、酸類3種。實驗結果表明，蒸餾殘液是枸杞白蘭地工業(yè)的一種有價值的副產(chǎn)品，其中濃縮液可以開發(fā)成保健品或添加在枸杞相關產(chǎn)品中，而清液可以開發(fā)成芳香味純露飲料，使其更加經(jīng)濟化、生態(tài)化。