脉冲电场和磁场对葡萄酒香气的影响.docx

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脉冲电场和磁场对葡萄酒香气的影响

摘要

关于脉冲电场和磁场对葡萄酒香气的影响，在国内和国际上这方面的研究很少。

本实验通过查阅大量的国内外相关文献资料，设计科学严谨的实验方法，使用先进的仪器和技术，获取大量的第一手数据，经过科学的统计学分析，得出相应结论。

相信随着进一步实验的开展，更多有价值数据的获得，必将能够填补这方面的实验空白，从而指导葡萄酒的生产。

本实验通过对经脉冲电场和磁场的处理后的葡萄酒样品进行顶空固相微萃取——气相色谱法分析，研究了其香气成分的变化情况。

研究结果表明：

1、经过一定条件的脉冲电场处理后，总酸、总酯的含量有所上升；葡萄酒中的杂醇含量有所下降。

2、经过一定条件的磁场处理后，葡萄酒中总酸含量表现为先上升后下降；总酯含量有所增加，但有小幅波动；杂醇含量则先下降后上升。

3、与未处理样品相比，处理后的葡萄酒陈香明显增加，口感更为醇和，酒体丰满协调。

关键词：

脉冲电场；磁场；葡萄酒香气

Abstract

Thetopicoftheimpactofwinearomatreatedbypulseelectricfieldandmagneticfieldwasresearchedrarelyonthedomesticandinternationalareas.Byreferringtoalargenumberofdomesticandforeign-relatedliteratures,designingstrictscientificexperimentmethod,experimentalizingwithadvancedequipmentandtechnology,wecanattainalotofdata,analyzedatawithscientificstatisticalmethod,andgaincorrespondingconclusions.Webelievethatwithfurtherexperiments,anincreasingnumberofvaluabledataacquisition,willbeabletofillthatgapintheexperiment,andguidewineproduction.

Thecontentvariationofaromainwinetreatedbypulseelectricfieldandmagneticfieldwasmeasuredbysolidphasemicroextraction（SPME）&gaschromatography（GC）.Theresultsshowedthat:

1．Afterpulseelectricfieldtreatment,therelativecontentsoftotalesterandtotalacidincreased;therelativecontentsoffuseloilweredecreased;

2．Aftermagneticfieldtreatment,therelativecontentsoftotalacidincreasedatfirstanddecreasedlater;therelativecontentsoftotalesterincreasedalthoughsomejumps;therelativecontentsoffuseloilweredecreasedfirstandincreasedlater.

3．Comparedwithuntreatedwine,thetreatedwinewashighinremarkableagingaroma,enjoyableflavorandthetreatedwine’sstylebecamemorefull-bodied.

Keywords:

pulseelectricfield;magneticfield;thearomaofwine

目录

第一章文献综述…………………………………………………1

1.1研究背景……………………………………………………………1

1.1.1葡萄…………………………………………………………………………1

1.1.2赤霞珠葡萄…………………………………………………………………1

1.1.3葡萄酒………………………………………………………………………2

1.1.4葡萄酒香气…………………………………………………………………2

1.1.5脉冲电场……………………………………………………………………4

1.1.6磁场…………………………………………………………………………4

1.1.7气相色谱法…………………………………………………………………5

1.2研究意义……………………………………………………………6

1.2.1葡萄酒芳香物质提取方法…………………………………………………6

1.2.2葡萄酒芳香物质的鉴定和分析方法………………………………………8

1.2.3本实验的研究意义…………………………………………………………9

第二章实验材料与方法………………………………………10

2.1样品的处理…………………………………………………………10

2.1.1脉冲电场处理部分………………………………………………………10

2.1.2磁场处理部分……………………………………………………………10

2.2萃取提香……………………………………………………………10

2.2.1主要实验试剂和仪器……………………………………………………10

2.2.2实验方法…………………………………………………………………11

2.3气相色谱分析…………………………………………………………………11

2.3.1实验仪器…………………………………………………………………12

2.3.2实验方法…………………………………………………………………12

第三章实验结果与分析………………………………………13

3.1脉冲电场处理部分…………………………………………………………13

3.1.1样品的GC图谱……………………………………………………………13

3.1.2样品中香气物质的变化…………………………………………………15

3.2磁场处理部分…………………………………………………………………18

3.2.1样品的GC图谱……………………………………………………………18

3.2.2样品中香气物质的变化…………………………………………………20

第四章讨论………………………………………………………………………24

4.1脉冲电场处理部分…………………………………………………………24

4.2磁场处理部分…………………………………………………………………24

第五章总结………………………………………………………………………25

5.1实验总结………………………………………………………………………25

5.1.1脉冲电场对葡萄酒香气的影响…………………………………………25

5.1.2磁场对葡萄酒香气的影响………………………………………………25

5.2进一步的实验设想…………………………………………………………25

参考文献…………………………………………………………26

致谢………………………………………………………………28

第一章文献综述

1.1研究背景

1.1.1葡萄

葡萄属于葡萄科（Vitaceae），葡萄属（Vitis）。

葡萄科共有11个属，约600余个种。

其中经济价值最高的是葡萄属，它有70多个种，我国约有35个种。

它分布在世界上北纬52º到南纬43º的广大地区。

一般按地理分布和生态特点，可分为欧亚种群、东亚种群和北美种群。

欧亚种群具有最大的经济价值，绝大数栽培种均属此种群；其次为北美种群和东亚种群。

我国栽培品种都基本建立在欧亚种葡萄上。

葡萄是地球上最古老得植物之一，也是人类最早栽培得果树之一，现在更是世界上栽培面积最大、产量最高的水果。

葡萄在全世界水果类生产量几乎占到四分之一，是当今世界上人们喜食的第二大果品，在全世界的果品生产中，葡萄的产量及栽培面积一直居于首位。

其果实除作为鲜食用外，主要用于酿酒，还可制成葡萄汁、葡萄干和罐头等食品。

根据国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）2005年发布的统计资料，对世界葡萄与葡萄酒产业的状况和发展趋势进行了分析。

全世界葡萄栽培面积经过多年的持续上升至上世纪70年代末达最高峰，为10700mha，然后不断下降至1998年。

从1999年开始我们可区别两个时期，快速增长期：

1999年～2002年增长了179mha，特别是从1999年到2000年，增长了125mha；然后是基本稳定期，从2002年以来，世界葡萄栽培面积基本稳定在略高于7900mha的水平上，2004年为7905mha，其中我国的栽培面积是450mha。

根据世界葡萄栽培面积的长期变化和近年来的变化趋势，OIV认为，到2008年，世界葡萄栽培总面积将接近8000mha，比现在要增加100mha。

葡萄可分为酿造品种、鲜食品种、制干品种等几大类，世界葡萄的80％用于酿酒，11％用于鲜食，8%-9％用于制汁。

我国葡萄却是65％用来鲜食，酿造葡萄只占21％，用于制汁的数量微乎其微，因而提高我国葡萄深加工的能力，增加葡萄的附加值，成为葡萄产业亟待解决的问题。

[1]

1.1.2赤霞珠葡萄

赤霞珠（CabernetSauvignon,C.S.）又名解百纳，是我国红葡萄酒的重要品种之一。

原产法国，欧亚种。

我国于1892年由西欧引入山东烟台，1980年后又多次从法国引入北京、沙城、新疆和青岛等地。

目前山东、河北、河南、陕西和北京均有栽培。

果穗小，平均穗重165.2g，圆锥形。

果粒着生中等密度，平均粒重1.9g，圆形，紫黑色，有青草味，可溶性固形物含量16.3%～17.4%，含酸量0.56%。

汁多，具典型的解百纳（青草味）香型。

浆果含糖量160g·L-1～200g·L-1，含酸量6g·L-1～7.5g·L-1，出汁率75%～80%，由它酿制的高档干红葡萄酒宝石红色，澄清透明，醇和协调，酒体丰实，滋味醇厚，具独特风味，香气完整，品质上等。

[1]

1.1.3葡萄酒

葡萄酒是指用纯葡萄汁发酵，经陈酿处理后生成的低酒精度饮料。

全世界葡萄酒品种繁多，一般按以下几个方面进行葡萄酒的分类：

（一）按酒的颜色

1．红葡萄酒：

葡萄带皮发酵而成，酒色分为深红，鲜红，宝石红等，近几年来桃红葡萄酒在国际市场上也颇流行，桃红葡萄酒色泽介于红葡萄酒和白葡萄酒之间。

2．白葡萄酒：

用白葡萄或红葡萄榨汁后不带皮发酵酿制，色淡黄或金黄，澄清透明，有独特的典型性。

（二）按酒内糖分多少

1．干葡萄酒：

亦称干酒，原料（葡萄汁）中糖分完全转化成酒精，残糖量在4g·L-1以下，口评时已感觉不到甜味，只有酸味和清怡爽口的感觉。

干酒是世界市场主要消费的葡萄酒品种，也是我国旅游和外贸中需要量较大的种类。

干酒由于糖分极少，所以葡萄品种风味体现最为充分，通过对干酒的品评是鉴定葡萄酿造品种优劣的主要依据。

另外干酒由于糖分低，从而不会引起酵母的再发酵，也不易引起细菌生长。

2．半干葡萄酒，含糖量在4g·L-1～12g·L-1之间，欧洲与美洲消费较多。

3．半甜葡萄酒，含糖量在12g·L-1～50g·L-1之间，味略甜，是日本和美国消费较多的品种。

4．甜葡萄酒：

葡萄酒含糖量超过50g·L-1，口评可以感到甜味的称为甜葡萄酒。

质量高的甜酒是用含糖量高的葡萄为原料，在发酵尚未完成时即停止发酵，使糖分保留在4%左右，但一般甜酒多是在发酵后另行添加糖分。

我国及亚洲一些国家甜酒消费较多。

[2]

本实验所用的样品为赤霞珠干红葡萄酒。

1.1.4葡萄酒香气

香气是评判葡萄酒品质的一个重要的感官指标。

葡萄酒芳香物质的种类、含量、感觉阈值及其之间的相互作用决定着葡萄酒的感官质量，它们是构成葡萄酒质量的主要因素，决定着葡萄酒的风味和典型性。

葡萄酒的芳香物质是具挥发性的、能够产生一定气味的含香物质的总称。

葡萄和葡萄酒香气是由几百种挥发性化合物组成，成分十分丰富，种类复杂，主要成分有酯、醇、萜烯、酚、羧醛、内酯、脂肪酸、单萜醇氧化物等，而且各组分浓度差别大，浓度最大的可达几个mg·L-1、最小的仅几个ng·L-1，极性和沸点相差也很大。

根据已有的研究报道，葡萄酒的香气大约有800多种物质，这些物质不仅气味各异，而且它们之间还通过累加作用、协同作用、分离作用以及抑制作用等相互作用，而使香气千变万化，多种多样。

它的剖析工作始终是葡萄酒研究中急需研究的课题。

研究葡萄酒中的芳香物质，对优质葡萄与葡萄酒质量评价系统建立及酿酒工艺实施具有重要的理论与实践意义。

[3]

1.1.4.1香气的分类

各类呈香物质是各类气味的基础。

香气对应着许多复杂的呈香物质。

在葡萄酒中，根据这些物质的来源，又可将葡萄酒的香气分为三大类：

源于葡萄浆果的香气被称为一类香气，又叫果香或品种香；源于发酵的香气被称为二类香气，又叫发酵香或酒香；源于陈酿的香气被称为三类香气，又叫陈酿香或醇香。

在醇香中，根据陈酿方式不同，又有还原醇香和氧化醇香两类。

由于醇香是由一、二类香气物质，特别是一类香气物质经过转化而成的，而且与前两类香气比较，它的出现较慢，但更为馥郁、清晰、优雅、持久。

所以，将一、二类香气统称为类似表香的芳香，以与类似底香的醇香相区别。

1.1.4.2一类香气（果香或品种香）

构成葡萄酒一类香气的呈香物质来源于葡萄浆果，所以这类香气又叫果香或品种香。

一类香气的类型（分类）按气味分类，主要属于花香、果香、植物与矿物气味这三大类。

由于一类香气的呈香物质来源于葡萄浆果，所以葡萄品种以及影响葡萄品种表现、决定葡萄浆果质量的气候、土壤、栽培技术（成熟度的控制）等因素（决定了葡萄酒的质量）是决定葡萄酒香气质量的自然因素。

而影响浆果的自然因素在酒中得以表现的酿造工艺、陈酿方式均为影响葡萄酒一类香气表现的人为因素。

所以，影响一类香气的因素分自然因素和人为因素二大类。

1.1.4.3二类香气（酒香或发酵香）

　　构成葡萄酒二类香气的呈香物质来源于酒精发酵，所以这类香气又叫酒香或发酵香。

二类香气的类型主要属于化学气味。

构成葡萄酒二类香气的物质（呈香物质）主要有高级醇、酯、有机酸、醛类等。

醛类多数是微生物活动的产物。

醛类引起的气味如发酵气味，新鲜酵母、干酵母气味（类似VB1的气味）。

老酒气味，干面包气味，以及烂苹果味（醛引起的气味会在新葡萄酒的自然澄清和SO2处理过程中逐渐消失）。

其它大部分是酒精发酵过程中产生的副产物。

另外，苹果酸-乳酸发酵过程中形成的一些挥发性物质，也是二类香气的构成部分。

正是由于这些物质的（作用）存在，才使得不同产地、不同年份、不同品种、不同类型的葡萄酒具有一些共同的感官特征。

当然，由于发酵原料、酵母菌种、发酵条件、陈酿条件等不同，这些呈香物质（副产物）的含量、比例有所变化，所以不同葡萄酒的二类香气的类型及其质量也可发生很大的变化。

影响二类香气的主要因素有：

发酵原料、酵母菌种、发酵条件。

1.1.4.4三类香气（醇香或陈酿香）

　　构成葡萄酒三类香气的呈香物质来源于陈酿过程，故又称陈酿香或醇香。

根据陈酿方式不同，三类香气分为还原醇香和氧化醇香两类。

1）还原醇香：

在还原条件下（在厌氧条件下）形成的香气，主要指在贮藏罐、木桶和酒瓶中形成的香气。

2）氧化醇香：

在氧化陈酿条件下形成的香气。

三类香气的类型主要有动物气味、香脂气味、烧焦气味（主要是丹宁变化或溶解橡木成分形成的气味）和香料气味等。

三类香气的形成非常复杂，成年葡萄酒的三类香气（陈酿香）是一类香气、二类香气的构成成分在陈酿条件下变化的结果。

所以，影响一类香气、二类香气的因素以及陈酿条件都将影响葡萄酒三类香气的质量。

1.1.5脉冲电场

1.1.5.1电场的定义

电场，是一种物质。

电场的基本特性是对静止或运动的电荷有作用力，其作用力的大小为：

正电荷受力方向与场强的方向相同，负电荷受力方向与场强方向相反。

一般通过电场线来形象描述电场的分布，电场分为两种：

一种是静电场，另外一个为感应电场。

1.1.5.2电场强度

描述某点电场特性的物理量，是矢量。

电场强度简称场强，场强的定义是根据电场对电荷有作用力的特点得出的。

对电荷激发的静电场和变化磁场激发的涡旋电场都适用。

场强的单位是牛顿每库伦（N·C-1）或伏特每米（V·m-1），两个单位名称不同大小一样。

场强数值上等于单位电荷在该点受的电场力，方向与正电荷受力方向相同.

1.1.5.3电场的特性

电场的特性是对电荷有作用力，电场力与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反。

电场是一种物质，具有能量，场强大处电场的能量大。

已知电场强度可判定电场对电荷的作用力，电介质（绝缘体）的电击穿与场强大小有关.

1.1.5.4脉冲

电压或电流的波形像心电图上的脉搏跳动的波形。

脉冲的原意被延伸出来得：

隔一段相同的时间发出的波等机械形式，学术上把脉冲定义为：

在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量。

脉冲有间隔性的特征，因此可以把脉冲作为一种信号。

脉冲信号的定义为：

相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号，大部分信号周期内没有信号．就象人的脉搏一样．现在一般指数字信号，它已经是一个周期内有一半时间（甚至更长时间）有信号。

1.1.6磁场

1.1.6.1磁场的定义

磁场（magneticfield）：

能够产生磁力的空间存在着磁场。

磁场是一种特殊的物质。

磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。

电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。

由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。

磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。

与电场相仿，磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场，描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B，也可以用磁力线形象地图示。

然而，作为一个矢量场，磁场的性质与电场颇为不同。

运动电荷或变化电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，都是无源有旋的矢量场，磁力线是闭合的曲线族，不中断，不交叉。

换言之，在磁场中不存在发出磁力线的源头，也不存在会聚磁力线的尾闾，磁力线闭合表明沿磁力线的环路积分不为零，即磁场是有旋场而不是势场（保守场），不存在类似于电势那样的标量函数。

1.1.6.2电磁场

电磁场是电磁作用的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电磁场以波动形式在空间传播。

电磁波以有限的速度传播，具有可交换的能量和动量，电磁波与实物的相互作用，电磁波与粒子的相互转化等等，都证明电磁场是客观存在的物质，它的“特殊”只在于没有静质量。

磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，磁场是广泛存在的。

为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。

在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。

甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。

1.1.6.3磁场方向

规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向。

1.1.6.4磁力线

在磁场中画一些曲线，使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同，这些曲线叫磁力线。

磁力线是闭合曲线。

规定小磁针的北极所指的方向为磁力线的方向。

磁铁周围的磁力线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁力线从S极到N极。

1.1.7气相色谱法

1.1.7.1气相色谱法的分类

就其操作形式而言，气相色谱法属于柱色谱法。

按固定相的物态，分为气-固色谱法（GSC）及气-液色谱法（GLC）两类。

按柱的粗细和填充情况，分为填充柱色谱法及毛细管柱色谱法两种。

填充柱是将固定相填充在金属或玻璃管中（常用内径4mm）。

毛细管柱（内径0.1mm～0.5mm）可分为开管毛细管柱、填充毛细管柱等。

按分离机制，可分为吸附及分配色谱法两类。

气-液色谱法属于分配色谱法。

在气-固色谱法中，固定相常用吸附剂，因此多属于吸附色谱法。

当固体固定相为分子筛时，分离是靠分子大小差异及吸附两种作用。

[4]

1.1.7.2气相色谱法的一般流程

载气由高压气瓶供给，经压力调节器降压，经净化器脱水及净化，由稳压阀调至适宜的流量而进入色谱柱，经检测器流出色谱仪。

待流量、温度及基线稳定后，即可进样。

液态样品用微量注射器取样，由进样器注入，气态样品可用六通阀或注射器进样，样品被载气带入色谱柱。

样品中各组分在固定相与载气间分配，由于各组分在两相中的分配系数不等，它们将按分配系数大小的顺序依次被载气带出色谱柱。

分配系数小的组分先流出；分配系数大的后流出。

流出色谱柱的组分被载气带入检测器，检测器将各组分的浓度（或质量）的变化，转变为电压（或电流）的变化，电压（或电流）随时间的变化由记录器记录。

色谱柱及检测器是气相色谱仪的两个主要组成部分。

现代气相色谱仪都应用计算机和相应的色谱软件，具有处理数据及控制实验条件等功能。

[5]

1.1.7.3气相色谱法的特点

气相色谱法具有分离效能高、选择性好、灵敏度高、样品用量少、分析速度快（几秒至几十分钟）及应用广等优点。

受样品蒸汽压限制是其弱点，对于挥发性较差的液体、固体，需采用制备衍生物或裂解等方法，增加挥发性。

据统计，能用气相色谱法直接分析的有机物约占全部有机物的20%。

1.1.7.4气相色谱法的应用

气相色谱法是从1952年才迅速发展起来的一种分离分析方法。

最早是用于分离分析石油产品，目前已广泛用于石油化学、化工、有机合成、医药、生物化学、食品分析和环境监测等领域。

在药物分析中，气相色谱法已成为有关物质检查、原料药和制剂的含量测定、中草药成分分析、药物的纯化、制备的一种重要手段。

1.2研究意义

1.2.1葡萄酒芳香物质提取方法

水果果实香气成分的研究最早出现在20世纪60年代，最早报道多见于草莓、葡萄等常见水果中各种香气化合物的鉴定与含量的测定。

80年代的研究重点则放在具体化合物对果实香气的感官贡献方面。

进入90年代，随着高精密仪器的发展，香气成分的研究也更加深入广泛，香气成分生物化合途径及相关酶的研究，栽培条件、外界因子和果实采后处理对香气形成影响的相继报道出现。

但是无论分析仪器如何发展，风味物质的提取的前处理是芳香物质分析的关键步骤，选择适当的前处理方法是芳香物质准确分析和得到正式反应的前提和主要限制因子。

因此，有必要对各种前处理方法进行简要的评述。

目前，国内外芳香物质的提取有许多方法，常见方法包括有机溶剂提取法、静态顶空提取法、动态顶空提取法、同时蒸馏萃取法、超临界流体萃取法和顶空固相微萃取法等几种。

[6]

1.2.1.1有机溶剂法

该方法根据相似相溶的原理，利用挥发性物质在溶剂相和食品或溶剂相和蒸馏液的分配系数不同，可直接从食品中萃取、分离挥发性物质，或从蒸馏水溶液中萃取挥发性物质。

该方法可通过选择不同的溶剂有针对性地提取香气成分。

M.Ortega-Heras用二氯甲烷作萃取剂对酒样进行萃取，得到结论此方法对低、中