葡萄酒氧化褐变的机制及二氧化硫抗氧化替代物的研究

葡萄酒的氧化褐变严重影响了葡萄酒的质量,是葡萄酒生产中长期存在的一个重要问题。传统抗氧化剂二氧化硫（SO2）因存在诸多问题尤其是对人体健康的不利影响而日益引起人们的忧虑,急需减少其使用量或寻找其替代物。然而,SO2可能的抗氧化替代物-抗坏血酸（Vc）在葡萄酒中的应用也并不成功。因此,寻找有效防止葡萄酒氧化褐变的新型抗氧化剂,对降低SO2用量,稳定和改善葡萄酒的质量,促进葡萄酒的发展具有重要的现实意义。论文基于对葡萄酒氧化褐变的机制和葡萄酒抗氧化研究现状的全面的、综合的分析,筛选出可能代替SO2的抗氧化剂EDTA（乙二胺四乙酸）,通过模拟系统和葡萄酒中的抗氧化实验与SO2的抗氧化作用进行了比较,并探讨了它们间的抗氧化协同作用,主要获得了以下研究结果: A.理论研究结果:铜铁离子在葡萄酒非酶氧化褐变过程中可能起着关键的作用。有关葡萄酒氧化褐变机制的大量文献综合分析表明:葡萄酒的氧化主要表现为酚类物质的氧化,它们的非氧化性褐变反应和它们在偶合氧化反应中的再生能力是导致葡萄酒褐变的根本原因;多酚氧化酶是酶促氧化链式反应的引发剂,而邻醌是能够产生多酚链式反应的活化粒子,以褐色素为最终产物,但主要限于在葡萄汁中发生;而在葡萄酒中,主要表现为非酶氧化褐变,虽然非酶氧化过程中也有邻醌的形成,且醌随后发生的反应与酶促氧化十分相似,但形成醌的速率十分缓慢,需要铜铁离子的参与,更多地表现为依赖铜铁离子的氧化褐变:铜铁离子在启动和延伸葡萄酒非酶氧化褐变反应中起着关键的催化作用。这对有目的地寻找葡萄酒中SO2的抗氧化替代物有重要的指导意义。 B.实验研究结果 1.模拟酒系统中的实验结果:证实了铜铁离子（尤其是亚铁离子）在葡萄酒氧化褐变过程中的关键作用,并初步验证了EDTA的抗氧化效果（与SO2相比）。参照目前典型葡萄酒中铜铁离子的平均浓度范围,实验首先研究了铜铁离子对模拟酒氧化褐变的影响,结果显示:随着离子浓度的增加,Fe2+促氧化作用增强,在实验的42天内,从第7天起酒样的褐变均表现为0级动力学,褐变速率常数（k）的变化范围是10～40×10-5/天,42天后,Fe2+浓度与酒样的褐变程度极显著正相关（R2=0.9838）;而在实验浓度条件下,Cu2+几乎没有催化氧化作用,一定程度上甚至抑制了酒样的褐变,与Fe2+配合使用也没有表现出协同催化氧化作用。实验42天后,多元线性回归分析结果显示:溶解氧消耗量（?DO）和氧化还原电位降低量（?Eh）与酒样褐变增加量（?A420）间极显著正相关（R2=0.8241 p<0.01）。随后,过氧化氢（H2O2）对模拟酒氧化褐变影响的实验结果表明:单独添加一定量的H2O2对酒样褐变的影响很小,但当与铜铁离子一起添加时,酒样中溶解氧（DO）含量,氧化还原电位（Eh）均显著下降,而褐变程度则急剧上升,现象十分明显。这说明:?OH在葡萄酒氧化褐变的过程中可能比H2O2发挥着更为重要的作用,也即Fenton反应对深入理解葡萄酒的氧化褐变十分重要。 EDTA（25mg/L）和SO2（50mg/L）抗氧化的初步实验结果显示,虽然EDTA效果不及SO2,但低浓度的EDTA就能阻止铜铁离子的催化氧化作用,有效地抑制模拟酒的氧化褐变。 2.葡萄酒中的抗氧化实验结果:在实验条件下,EDTA和SO2均表现出了一定的抗氧化作用;虽然它们在白葡萄酒和红葡萄酒中的作用效果不同,但是两者配合使用后都表现出了很强的协同抗氧化作用。 实验以EDTA和SO2为抗氧化剂,通过饱和氧的方法,研究了它们在赤霞珠干红葡萄酒和霞多丽干白葡萄酒中的抗氧化作用。结果表明:在白葡萄酒中,在低浓度条件下（≤30mg/L）,EDTA的抗氧化效果优于SO2,在红葡萄酒中,低浓度条件下（≤30mg/L）,SO2的抗氧化效果则优于EDTA;两者抗氧化的机制也不同,EDTA主要是抑制了酒样对DO的消耗,但很难降低酒样的Eh,而SO2抑制酒样消耗DO的作用很有限（且依赖于浓度）,主要是降低了酒样的Eh;两者配合使用后,低浓度下就表现出了很好的协同抗氧化作用,不仅有效地抑制了酒样对DO的吸收,而且稳定了葡萄酒的Eh,有效地降低了酒样的褐变程度。低浓度条件下,EDTA和SO2均有效地防止了酚类物质的降解,但对主要酚类物质组成的影响在白葡萄酒中不同,在红葡萄酒中却差异不大;与应用同浓度的单一抗氧化剂相比,两者配合使用后更有效地抑制了葡萄酒中主要酚类物质的氧化降解,起到了很好的保护作用。 3. EDTA和SO2配合使用对葡萄酒质量影响的实验结果:两者配合使用后,EDTA都很好地增强了SO2的抗氧化作用,对葡萄酒的质量也没有产生不利的影响。低浓度条件下（≤30mg/L）,EDTA和SO2配合使用,处理酒样在室温下放置三个月后,评价了它们对葡萄酒理化指标和感官质量的影响,结果显示:无论是在红葡萄酒还是在白葡萄酒中,低浓度条件下,两者配合使用后,EDTA都显著增强了SO2的抗氧化作用,有效地降低了葡萄酒的褐变程度,抑制了酒样中酚类物质的氧化,而且没有对酒样的理化性质和感官质量产生不利的影响。感官质量综合评价的结果表明:在实验条件下,白葡萄酒中以（20mg/L EDTA+30mg/L SO2）处理的酒样最好,红葡萄酒中以（20mg/L EDTA+15mg/L SO2）处理的酒样最好。 综上表明,EDTA配合SO2使用在酿酒学上具有重要的现实意义:不仅有效防止了葡萄酒的氧化褐变,没有对葡萄酒的质量产生不利的影响,而且显著降低了SO2在葡萄酒中的使用量,在葡萄酒生产中有很好的应用前景。