白酒糟类黑精含量、结构和生理活性的初步探究

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白酒糟(distilled spent grain,DSG),是白酒酿造结束后残留的主要固体废弃物,产量大且价格低廉,富含蛋白质、淀粉等多种营养成分,主要用于家禽的喂养,利用价值低。类黑精(melanoidins)是白酒酿造时产生的一种黑褐色物质,在白酒糟中有明显的积累。类黑精具有抗氧化、抑菌、降血压和益生元等多种生理活性,在食品、医药和化妆品行业具有巨大应用前景,然而目前对白酒糟类黑精的研究几乎处于空白。本研究首先建立定量方法对酿造过程和酿造物料中类黑精的分布进行测定,进一步评估白酒糟类黑精的理化特性和生理活性,最后采用多种技术手段对类黑精的结构进行初步解析。主要研究内容及结论如下:(1)建立定量标准曲线,对类黑精的含量进行测定。以绝干重计(dry weight,dw),浓香型、清香型和酱香型酒糟中类黑精的含量分别为266.80 g·kg-1dw、161.60 g·kg-1dw和336.80 g·kg-1dw;低温、中高温和高温大曲中类黑精的含量分别为28.80 g·kg-1dw、49.60 g·kg-1dw和95.20 g·kg-1dw。发酵过程中,类黑精的含量由133.60 g·kg-1dw增长到159.60 g·kg-1dw,增加了26.00 g·kg-1dw,增长19.46%;蒸馏过程中,类黑精的含量由170.30 g·kg-1dw增加到268.60 g·kg-1dw,增加了98.30 g·kg-1dw,增长57.72%。推测白酒糟类黑精主要在蒸馏过程中产生。(2)以浓香型白酒糟为研究对象,提取获得类黑精组分RF1、RF2、RF3和RF4,其中RF4组分中类黑精含量最高(174.30 g·kg-1dw)。超滤对RF4组分进一步分离,获得6个不同分子量组分:RF4-1(<3 k Da),RF4-2(3~10 k Da),RF4-3(10~30 k Da),RF4-4(30~50 k Da),RF4-5(50~100 k Da)和RF4-6(>100 k Da),其中RF4-6组分中类黑精最多(127.60 g·kg-1dw),说明浓香型白酒糟主要含分子量>100 k Da的类黑精。(3)从褐变强度、化学组成、稳定性和金属离子螯合特性四个方面对超滤获得的浓香型白酒糟类黑精组分RF4-1、RF4-2、RF4-3、RF4-4、RF4-5和RF4-6的理化特性进行分析。结果表明RF4-6组分的褐变最强,碳水化合物、蛋白质和酚类三大物质的含量也最高;各类黑精组分在强氧化剂(过氧化氢)和紫外的存在下相对不稳定,在强还原剂(亚硫酸钠)、甜味剂(葡萄糖和蔗糖)和不同类型光照(白炽灯和漫射灯)下相对稳定;各类黑精组分均可与Fe2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+和Ni2+螯合,但不同分子量类黑精对不同金属离子的螯合能力存在差异,其中RF1-1组分对Zn2+螯合能力最强,为83%。(4)对不同分子量类黑精组分RF4-1,RF4-2,RF4-3,RF4-4,RF4-5和RF4-6的体外抗氧化、体外抗血管紧张素转换酶(angiotensin-converting enzyme,ACE)和抑菌活性进行评估。各类黑精组分均具有抗氧化和抗ACE活性,且RF4-6组分的抗氧化能力最强,RF4-2组分的ACE抑制活性(92.74%)最强;滤纸片法测定各类黑精组分对酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、产黄青霉菌和大肠杆菌的抑制作用,发现不同分子量类黑精在浓度为0.5 g·L-1、2 g·L-1、4 g·L-1、6 g·L-1、8 g·L-1、10 g·L-1、15 g·L-1、20 g·L-1、25 g·L-1、30 g·L-1、35 g·L-1、40 g·L-1和45 g·L-1时,对这四种菌均无抑制作用。(5)从多个角度对类黑精(RF4-6)的结构进行初步探究。扫描电镜显微镜(scanning electron microscope,SEM)显示类黑精表面颗粒大小不均一,结构不致密,形状与多糖类似;元素分析(elemental analysis,EA)测定类黑精中C、H、O和N的含量分别为37.11±0.64%、5.51±0.16%、54.48±0.46%和2.86±0.09%,化学最简式为C15H27O17N;紫外可见分光光谱(ultraviolet and visible spectrophotometry,UV-VIS)分析发现类黑精结构中存在芳香环,傅立叶红外变换光谱(fourier transform infrared,FT-IR)鉴定出类黑精结构中存在C=O,N?H,C?N,O?H,C?H,C?O,C?C和?C?CO?C?等官能团;热裂解-气相色谱质谱(pyrolysis gas chromatography mass spectrometry,Py-GC-MS)鉴定出类黑精结构中69种挥发性化合物,其中糖类衍生物(8.12%)的含量高于蛋白衍生物(3.29%);N,O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(N,O-bis-(trimethylsilyl)trifluoroacetamide,BSTFA)衍生化联合GC-MS法定性出类黑精结构中5种糖类,分别为葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、来苏糖和塔罗糖,总含量为192.86 g·kg-1RF4-6 dw,5种酚类,分别为阿魏酸、原儿茶酸、对羟基苯甲酸、香草酸和对香豆酸,总含量为1.24 g·kg-1 RF4-6 dw。柱前衍生化结合高效液相色谱法共测定类黑精结构中17种游离氨基酸,总含量为108.61 g·kg-1RF4-6 dw。葡萄糖(84.72 g·kg-1RF4-6 dw)、脯氨酸(63.54 g·kg-1 RF4-6 dw)和阿魏酸(0.39 g·kg-1RF4-6 dw)是类黑精结构中主要的糖类、氨基酸和酚酸组成。白酒糟类黑精可能是多糖型结构。
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