浸提橡木中香气成分的工艺研究

周兴鹏， 赵 华

(工业微生物教育部重点实验室，天津科技大学生物工程学院，天津 300457)

引 言

橡木，即栎属，广泛分布在北半球温和地区，主要是在北美洲[1]。中国也是栎属植物的分布中心之一，目前发现的有51个种、14个变种、1个变型。栽培历史较长的有8种，分布在全国各省区，是组成各地森林的重要树种。橡木中主要成分为纤维素、半纤维素、木质素和单宁，它们所占的比例分别为50%、20%、20%和10%。橡木中的木质素是一种大分子物质，其由各种芳香基团(紫丁香基丙烷、愈创木基丙烷、对羟基丙烷)与碳水化合物以酯键、半缩醛或缩醛结合在一起。橡木中的单宁为大分子非黄酮类水解单宁，如，鞣花单宁。橡木的酒精提取物中主要是挥发性化合物，浸泡橡木的过程中，通过酒精、水中的酸及空气中的氧的缓慢作用,橡木中的木质素、单宁及半纤维素等大分子物质分解氧化，生成各种香味成分，从而构成了橡木香气。从感官角度来看，顺、反式威士忌内酯，酚醛类化合物，如，丁香醛、香兰素，糠醛及其衍生物，挥发性酚类化合物，如，丁香酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚等[2-3]，这些挥发性化合物对于橡木风味和口感具有重要影响[4-5]。

以橡木为原料，以食用酒精为提取剂，通过3种提取方法制备橡木浸提液，以浸提液中挥发性香气为实验指标，确定橡木浸提液的最佳提取方式，并测定最佳生产工艺下橡木浸提液中挥发性成分。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

橡木：市售中度橡木片；95%酒精、活性炭，均为食品级，天津市宁河县酒厂；葡萄糖、无水乙醇、无水硫酸钠、无水碳酸钠，均为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

高速中药粉碎机，天津华鑫仪器厂；KH-500E型超声波清洗器，昆山禾创超声仪器有限公司；WH220型磁力搅拌器，德国维根斯公司；可调型恒温水浴锅，天津市中环实验电炉有限公司；RE-501型旋转蒸发仪，上海坦泽仪器设备有限公司；7890A/5975C型GC-MS联用仪，美国安捷伦科技公司；L-550型台式离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 制备橡木浸提液的工艺流程

将橡木直接放入干燥箱中烘干，烘干后粉碎过40目(350 μm)筛，过大的未粉碎颗粒可重复此操作，直至原料全部粉碎完全为止。取粉碎后的橡木粉末，按一定比例加入食用酒精，分别用3种提取方法进行浸提，提取结束后，将溶液分离，得到浸提原液。在浸提原液中加入一定量的澄清脱色剂，处理一段时间后离心得到澄清透亮的浸提液。

1.3.2 橡木浸提液的挥发性成分分析

1) 测定方法：浸提液的挥发性成分采用GC/MS法进行分析检测[6-7]。

2) 香味成分的提取[8]：取浸提液100 mL，用二氯甲烷萃取3次，每次30 mL，保留合并有机相，用50 g/L的碳酸钠溶液洗涤，弃去洗液，加入无水硫酸钠，置于4℃冰箱中脱水过夜，旋转蒸发浓缩至约1 mL。浓缩液以GC-MS检测分析。

3) GC-MS检测条件：色谱柱型号：HP-5色谱柱(60 m×0.32 mm×0.25 μm)；载气：氦气，70 kPa恒压模式；进样口温度：240 ℃；进样量：1 μL；分流比：10∶1；橡木浸提液时气相色谱升温程序：初始温度40 ℃，保持2 min；以4 ℃/min升至180 ℃，保持2 min；然后以6 ℃/min升至230 ℃，保持5 min。

电离方式：EI；电离能量：70 eV；传输线温度：280 ℃；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；溶剂延迟时间：9 min；扫描方式：全扫描(full)/选择离子扫描(sis)；扫描范围：35 amn～500 amn(原子质量单位)。

4) 数据分析：利用检索谱库NIST08和AMDIS进行分析确定，并计算各组分的相对含量。

2 结果与讨论

2.1 橡木浸提液提取条件的优化

橡木在葡萄酒中应用较多，主要赋予葡萄酒和谐复杂的橡木香气，降低生青味，增加酒的醇厚感。因此，以挥发性成分为实验指标研究，比较3种不同的提取方法，并从中选出最优的浸提方法。

取一定量橡木，按料液比1∶20加入55%的食用酒精。分别在70 ℃条件下回流提取2 h，超声提取40 min，搅拌提取2 h，均重复提取2次，合并提取液。各取适量提取液经液液萃取提取其中挥发性成分，通过GC-MS对其挥发性成分进行测定。以提取液的挥发性成分为指标，比较3种提取方式对橡木浸提效果的影响，选出最佳的提取方式。结果见表1和第12页图1。

表1 不同提取方法得到的橡木浸提液中挥发性成分的分析结果

(续表)

保留时间/min化合物名称分子式相对含量/%超声提取回流提取搅拌提取26.933丁位壬内酯C9H16O21.110.700.8427.6995-乙酰氧基甲基呋喃醛C8H8O40.770.841.1228.062威士忌内酯C9H16O23.962.884.2029.2412,6-二甲氧基苯酚C8H10O32.181.633.2129.8151-十四烯C14H28—0.22—30.051十四烷C14H302.361.830.6831.144香草醛C8H8O3—0.46—31.625肉豆蔻醛C14H28O0.720.45—32.0383-甲基十三烷C14H300.780.610.1832.172对二甲氧基苯甲醇C9H12O30.58——32.347异丁香酚C10H12O22.352.372.6533.184十五烷C15H322.442.010.8233.491甲基壬乙醛C12H24O—0.58—34.031磷酸三丁酯C12H27O4P—1.901.0934.2312,4-二叔丁基苯酚C14H22O0.920.840.4434.5857-甲基十五烷C16H34—0.34—34.808十九烷醇C19H40O0.350.36—34.9694-羟基-3-甲氧基苯丙酮C10H12O31.001.241.8635.0674-羟基-3-甲氧基苯乙醇C9H12O30.790.69—35.2973-甲基十五烷C16H34—0.32—35.8564-羟基-3-叔丁基-苯甲醚C11H16O20.710.911.9435.9361-十六烯C16H320.950.87—36.139正十六烷C16H340.730.610.2336.8454-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O31.491.141.4437.5252-甲基十七烷C18H380.50——37.5422,6,10-三甲基十五烷C18H38—0.4138.3534-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O3—0.350.4638.772高香草酸C9H10O4——0.7339.013丁香醛C9H10O43.674.384.4539.3052,6,11-三甲基十二烷C15H320.950.76—40.0434-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O37.527.157.0640.3234-正丙基联苯C15H160.651.471.2441.678松柏醇C10H12O31.562.397.0141.932,5-十八碳二炔酸甲酯C19H30O20.900.790.7342.1393,5-二甲氧基-4-羟基苯乙酸C10H12O58.607.727.3142.31植烷C20H421.12——43.3935-叔丁基焦棓酚C10H14O31.410.870.7144.146邻苯二甲酸正丁异辛酯C20H30O40.410.3745.2782-苯基甲苯C13H120.831.111.3045.517瓜萎镰菌醇C15H20O74.802.781.5745.978十五烷C15H32—0.57—46.218邻苯二甲酸二丁酯C16H22O40.92—0.3946.491棕榈酸C16H32O24.643.453.5846.643棕榈酸乙酯C18H36O2—0.53—47.3433,5-二甲氧基肉桂酸C11H12O44.915.1520.9347.6333-(2,5-二甲氧基苯基)丙酸C11H14O411.2913.283.5950.195亚油酸乙酯C20H36O21.742.191.7550.673硬脂酸C18H36O2—0.49—

图1 不同提取方法得到的橡木浸提液的香气种类对比图

由表1、图1可知，超声提取法得到的橡木浸提液中挥发性成分有41种，回流提取法得到的橡木浸提液中挥发性成分有54种，搅拌提取法得到的橡木浸提液中挥发性成分有36种。回流提取法得到的橡木浸提液中挥发性成分的总量最多，其次是超声提取法，搅拌提取法得到的挥发性成分总量最少。从香气种类上来说，回流提取法中的烷、酸、醛、酯、酚等各类香味物质数量也要高于其他两种方式。因此，回流提取法是提取橡木浸提液的最佳方法。

2.2 橡木浸提液的挥发性成分分析

橡木浸提液挥发性成分总离子流图见图2。用NIST标准普库检索并与标准图谱进行比对，检测出的主要挥发性成分及相对含量见表2。

图2 橡木浸提液GC-MS分析总离子流色谱图表2 橡木浸提液中的主要挥发性成分

序号保留时间/min化合物名称分子式相对含量/%110.089糠醛C5H4O214.15228.122威士忌内酯C9H16O22.88332.347异丁香酚C10H12O22.37433.205十五烷C15H322.01539.125丁香醛C9H10O44.38640.0434-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚C11H14O37.15741.717松柏醇C10H12O32.39842.2463,5-二甲氧基-4-羟基苯乙酸C10H12O57.72945.517瓜萎镰菌醇C15H20O72.781046.535棕榈酸C16H32O23.451147.3433,5-二甲氧基肉桂酸C11H12O45.151247.7093-(2,5-二甲氧基苯基)丙酸C11H14O413.281350.212亚油酸乙酯C20H36O22.19

由图2和表2可知，橡木浸提液中检出的挥发性成分共有54种，主要挥发性成分有13种，其中，含量最高的是糠醛(14.15%)，其余的有3-(2,5-二甲氧基苯基)丙酸(13.28%)，3,5-二甲氧基-4-羟基苯乙酸(7.72%)，4-烯丙基-2,6-二甲氧基苯酚(7.15%)，3,5-二甲氧基肉桂酸(5.15%)，丁香醛(4.38%)，棕榈酸(3.45%)，威士忌内酯(2.88%)，瓜萎镰菌醇(2.78%)，异丁香酚(2.37%)，松柏醇(2.39%)，亚油酸乙酯(2.19%)，十五烷(2.01%)。

3 结论

通过回流提取、超声提取和搅拌提取3种方式对橡木进行浸提，以挥发性成分为实验指标，得出最佳的提取方式为回流提取法。通过GC-MS对最佳工艺下制备的橡木浸提液中的挥发性成分进行分析，检测出挥发性成分共有54种，其中,主要挥发性成分(≥2%)有13种，含量最高的是糠醛。糠醛是重要的香料成分，作为食品添加剂广泛应用于食品加工行业[9]。该工艺操作简单，成本低廉，可用于企业的规模生产。