X射线辐照预处理提升黑皮诺果汁与葡萄酒的化学组成及感官品质研究

《Future Foods》：X-ray irradiation pretreatment improves the chemical composition and sensory profile of Pinot Noir juice and wine

本研究针对黑皮诺葡萄因皮薄易病、早收导致酚类和挥发性化合物积累不足的问题，创新性地采用X射线辐照（XRI）预处理技术。研究发现，适宜剂量（如3 kGy）的XRI可显著提升葡萄酒中总酚含量（最高增加38.11%）、改善色泽、增加酯类挥发性化合物（如乙酸乙酯、辛酸乙酯），并增强黑水果和绿水果香气，同时降低植被气味。该技术为可持续酿酒工艺提供了新思路，有望在提升葡萄酒品质的同时满足环保生产需求。

　　

在葡萄酒酿造领域，黑皮诺（Pinot Noir）作为一种皮薄易受病害侵袭的葡萄品种，常常因雨季提前采收而导致酚类物质和挥发性化合物积累不足，进而影响最终葡萄酒的色泽、香气和整体品质。传统的酿造技术如冷浸渍和闪蒸处理虽在一定程度上能提升提取效率，但仍存在局限——例如热加工可能导致香气降解，而机械破碎法虽提高提取率却可能引入不良风味。随着消费者对可持续和环保加工技术的需求日益增长，非热加工技术逐渐受到关注，其中辐照技术因能有效灭菌、改性且不产生化学残留，展现出广阔的应用前景。

尽管γ射线和电子束辐照在葡萄酒行业已有初步应用，但X射线辐照（XRI）因其更强的穿透能力和更好的安全性，在葡萄预处理及其对葡萄酒化学与感官特性影响方面的研究仍较为缺乏。为此，本研究系统探讨了不同剂量XRI对黑皮诺葡萄汁及葡萄酒的化学成分和感官特性的影响，旨在为优化酿酒工艺提供新的技术途径。相关成果发表在《Future Foods》上。

本研究主要采用了以下关键技术方法：利用5 MeV/150 kW高频高压电子加速器及X射线转换钽靶对去梗黑皮诺葡萄进行0至5 kGy不同剂量的XRI处理；采用小容器发酵法进行酒精发酵，并监测发酵过程中的温度、密度与糖含量变化；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析仪测定酒精、残糖、有机酸等基本理化参数；采用Folin-Ciocalteu法、甲基纤维素沉淀法、p-DMACA-HCl法及pH示差法分别测定总酚、总单宁、总黄烷-3-醇及总花色苷含量；利用CIELab法量化果汁与葡萄酒的色泽特征；通过高效液相色谱（HPLC）分析单体花色苷组成；借助顶空-固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）技术定性定量挥发性化合物，并计算气味活性值（OAV）；应用电子舌系统采集葡萄酒味觉剖面；组织经过培训的品评小组进行定量描述分析（QDA），对葡萄酒的外观、口感和香气进行感官评价。所有统计分析均使用SPSS进行单因素方差分析（ANOVA），并使用Tukey检验比较组间差异。

在葡萄酒的基本理化参数方面，研究发现XRI处理对残糖、pH、苹果酸和挥发性酸度无显著影响，但高剂量（5 kGy）会导致滴定酸和酒石酸含量显著降低，而0.5 kGy处理则使乙醇浓度显著升高。这些变化可能与XRI引起的自由基反应及营养物质释放有关。

酚类含量与抗氧化活性分析表明，XRI处理显著增加了葡萄酒中的总酚含量，其中2 kGy剂量下增幅最大（38.11%）。总单宁、总黄酮及总黄烷-3-醇含量随辐照剂量增加呈先升后降再升的趋势，低剂量（0.5 kGy）和高剂量（5 kGy）均显著提高了这些化合物的含量。抗氧化能力（ABTS和DPPH法）的变化趋势与上述酚类物质一致，表明XRI处理通过促进酚类物质的提取而增强了葡萄酒的抗氧化活性。

在色泽和单体花色苷特性方面，XRI处理显著改善了果汁的颜色参数，≥1 kGy的剂量提高了a（红-绿轴）和C_ab（色度）值，且ΔE_ab（色差）大于3，说明颜色变化肉眼可见。对于葡萄酒而言，3 kGy处理显著提升了a、C_ab和ΔE_ab值，但5 kGy处理却导致L*（亮度）值升高和黄色调加深。通过HPLC分析发现，malvidin-3-O-glucoside（Mv）是主要的单体花色苷，3 kGy处理显著提高了Mv和peonidin-3-O-glucoside（Pn）的含量，而较高剂量则降低了petunidin-3-O-glucoside（Pt）的浓度。

挥发性化合物分析显示，XRI处理改变了果汁和葡萄酒中挥发性物质的组成与含量。在葡萄酒中，3 kGy处理显著增加了乙酸乙酯、辛酸乙酯和水杨酸乙酯的浓度，而2 kGy处理则提高了己酸含量。此外，除5 kGy处理外，其余XRI剂量均增强了黑水果和绿水果香气，并降低了植被气味。通过OAV分析，筛选出13种OAV>1的挥发性化合物，其中β-紫罗兰酮、(Z)-2-己烯-1-醇和2-甲氧基-3-异丁基吡嗪是品种香气成分，XRI处理显著增加了β-紫罗兰酮的浓度。

电子舌和感官定量描述分析结果表明，5 kGy处理显著改变了葡萄酒的味觉特性，包括降低酸度和咸味，增加苦味、浓郁度和鲜味。QDA结果与电子舌数据基本一致，发现3 kGy处理增强了葡萄酒的澄清度和颜色密度，但降低了光泽度。在香气方面，除5 kGy外，XRI处理均提升了黑水果和绿水果香气，而3 kGy处理还显著增强了热带水果和烘烤香气。

通过相关性分析发现，乙醇含量与总黄酮、总单宁和总黄烷-3-醇呈极显著正相关，而这些酚类物质又与苦味、鲜味和浓郁度正相关。挥发性化合物中，苯乙醇与花卉和热带水果香气正相关，而与植被气味负相关；酯类物质如乙酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯则与绿水果、黑水果和花卉香气显著相关。

本研究结论表明，X射线辐照预处理可有效改善黑皮诺葡萄酒的化学组成和感官品质。其中，2 kGy处理最有利于酚类物质的提取，3 kGy处理则在提升色泽和酯类香气方面效果最佳，而5 kGy剂量虽能增加某些成分的浓度，但可能对香气 profile 产生不利影响。总体而言，XRI技术为葡萄酒酿造提供了一种可持续且高效的方法，有望在提升产品质量的同时减少对传统加工技术的依赖。未来研究可关注XRI处理对葡萄酒陈酿潜力的影响及其作用机理的深入探索。