模拟条件下酚酸类化合物对中短链脂肪酸乙酯类物质挥发性的影响及作用机制研究

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香气是判断葡萄酒感官及其内在品质的重要指标,酯类物质作为葡萄酒中最重要的一类香气化合物,对葡萄酒整体香气的表达具有至关重要的作用。研究发现,多酚化合物能够与挥发性香气物质作用,影响香气物质的释放,改善葡萄酒品质。因此,本试验采用超高效液相色谱-电喷雾离子化串联质谱(UPLC-ESI-MS/MS)技术对葡萄中的多酚进行测定,在明确葡萄中各酚类化合物种类和含量的基础上,选取其中结构特征突出且苯环侧链基团规律性明显的11种酚酸类化合物(以下简称酚酸)和3种中短链脂肪酸乙酯类物质(以下简称酯类物质)为材料,通过优化试验条件,利用短时间(1 min)顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)技术,分别研究模拟条件下11种酚酸对3种酯类物质(乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯)挥发性的影响。同时采用紫外吸收光谱法分别测定酚酸与酯类物质的紫外光谱特征,计算反应过程中的化学平衡常数(K)和热力学参数(ΔGo、ΔHo、ΔSo),研究酚酸与酯类物质相互作用机制。以期为多酚影响葡萄酒挥发性化合物呈香的研究提供重要的理论依据和科研方向。主要研究结果如下:通过测定甘肃河西走廊产区不同成熟期黑比诺葡萄中的多酚物质,结果表明:黑比诺葡萄中的多酚物质主要包括花色苷类、酚酸类、黄烷醇类、黄酮醇类以及芪类,而且随着成熟期的不同,各类物质中单体多酚的种类和含量也呈现不同的变化规律。通过对测定酯类物质顶空浓度的试验条件进行优化,最终选择萃取纤维50/30μm DVB/CAR/PDMS、水浴平衡时间120 min,解析时间3 min。利用优化的试验条件,分别测定11种酚酸对乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯挥发性的影响。结果表明,模拟溶液中添加不同的酚酸对酯类物质的挥发性均有不同的抑制效果,而且随着酚酸浓度的增加,抑制效果也逐渐增强。同时,根据酚酸苯环侧链基团的不同,又分别对比分析了含有不同羟基数、不同甲氧基数的酚酸以及羟基数和甲氧基数均相同的羟基苯甲酸类酚酸和羟基肉桂酸类酚酸对酯类物质挥发性的影响。结果表明,随着酚酸苯环侧链羟基数和甲氧基数量的增加,酚酸对乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯挥发性的抑制作用也逐渐增强,抑制效果(强→弱)顺序为:没食子酸>原儿茶酸>p-羟基苯甲酸>苯甲酸,咖啡酸>p-香豆酸>肉桂酸;丁香酸>香草酸>p-羟基苯甲酸,芥子酸>阿魏酸>p-香豆酸。同时,甲氧基取代羟基的情况下,会减弱抑制效果,由试验结果可以看出:原儿茶酸>香草酸,没食子酸>丁香酸,咖啡酸>阿魏酸。此外,在苯环侧链羟基数和甲氧基数相同的情况下,羟基肉桂酸类对酯类物质挥发性的抑制效果均强于羟基苯甲酸类,具体表现为:肉桂酸>苯甲酸,p-香豆酸>p-羟基苯甲酸,咖啡酸>原儿茶酸,阿魏酸>香草酸,芥子酸>丁香酸。综合分析各酚酸对酯类物质挥发性的影响,得出11种酚酸对酯类物质抑制效果(强→弱)顺序为:咖啡酸>芥子酸>阿魏酸>p-香豆酸>没食子酸>肉桂酸>丁香酸>原儿茶酸>香草酸>p-羟基苯甲酸>苯甲酸。同时,本试验结果发现随着酯类物质碳链长度的增加,各酚酸对酯类物质挥发性的抑制效果均逐渐减弱。通过测定酚酸和酯类物质的紫外吸收光谱(190 nm~350 nm),计算化学平衡常数(K)和热力学参数(ΔGo、ΔHo、ΔSo),结果表明:酚酸与酯类物质的反应是自发反应(ΔGo<0),且ΔGo值越小,两种物质相互作用能力越强。具体表现为(弱→强):苯甲酸<p-羟基苯甲酸<香草酸<原儿茶酸<丁香酸<肉桂酸<没食子酸<p-香豆酸<阿魏酸<芥子酸<咖啡酸。同时,对于苯环侧链含有不同羟基数、不同甲氧基数的酚酸以及羟基数和甲氧基数均相同的羟基苯甲酸类和羟基肉桂酸类酚酸,对应的酚酸与酯类物质相互作用能力的强弱关系均与其对酯类物质挥发性的影响规律相吻合,进一步证明了试验结果的可行性与可靠性。此外,各酚酸与酯类物质反应的ΔHo和ΔSo值均大于0,说明酚酸与酯类物质主要受疏水作用的影响,且ΔHo值的大小与酚酸结构具有很大的相关性。
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