結(jié)果與討論

3.1. 模型解測量

為了突出葡萄酒主要成分對表面張力的影響，制備了乙醇、蛋白質(zhì)和單寧標(biāo)準(zhǔn)溶液，并在三種不同的基質(zhì)中測定了它們的表面張力：水、水/乙醇混合物（12%，v/v 乙醇）和模型葡萄酒溶液（12%，v/v 乙醇，2 g/L 酒石酸，pH 3.5）。 研究的濃度在通常在葡萄酒中發(fā)現(xiàn)的范圍內(nèi)。 選擇 BSA 作為參考蛋白質(zhì)，代表表面活性蛋白質(zhì)。 眾所周知，BSA 具有與廣泛使用的表面活性劑十二烷基硫酸鈉 (SDS) 相當(dāng)?shù)膬?yōu)異發(fā)泡性能（Razafindralambo 等，1996）。 結(jié)果如表 1 所示。使用市售的釀酒單寧（從葡萄皮和種子中提取的單寧的天然混合物），因為它們被認(rèn)為是葡萄酒中天然存在的單寧的代表。 結(jié)果如圖1所示。

表 1 乙醇和 BSA 標(biāo)準(zhǔn)溶液在水、水/乙醇混合物（12%，v/v 乙醇）和模型葡萄酒溶液（12%，v/v 乙醇，2 g/L 酒石酸，pH 3.5）中的表面張力值25歲。

圖 1. 釀酒葡萄皮和種子單寧在水、水/乙醇混合物（12%，v/v 乙醇）和模型葡萄酒溶液（12%，v/v 乙醇，2）中的表面張力值（25 度） g/L 酒石酸，pH 3.5)。 結(jié)果表明平均值 ? 標(biāo)準(zhǔn)偏差（n = 3）。

發(fā)現(xiàn)去離子水的表面張力在 25 ℃ 時等于 72.8 ± 0.1 mN/m。 普遍接受的普通水表面張力值等于 71.98 +- 0.36 mN/m at 25°（普通水物質(zhì)表面張力的 IAWPS 釋放，1994），而在 25° 報道的值從 71.82 mN/m（ Douglas, 1950) 到 73 mN/m (Smith 和 Sorg, 1941)。 觀察到的差異可能是由于分析中使用的水類型（普通水、蒸餾水和去離子水）、系統(tǒng)中存在的痕量雜質(zhì)或測量方法的不確定性（Gaonkar 和 Neuman，1987 年）。 乙醇的加入顯著降低了水的表面張力——這種有機(jī)化合物的影響之前已經(jīng)被研究過（Janczuk 等人，1985 年；Va′zquez 等人，1995 年）。 對于 12% (v/v) 的平均乙醇含量，標(biāo)準(zhǔn)溶液的表面張力比去離子水低 20 mN/m 以上（分別為 49.5 ± 0.6 和 72.8 ± 0.1 mN/m）。 另一方面，10% (v/v) 溶液（在 25 度，等于 52.2 ± 0.8 mN/m）的表面張力比去離子水低 20.6 mN/m（表 1）； 這與 Jin 等人獲得的值相當(dāng)。 (2009)（5% 和 10% (v/v) 乙醇-水溶液分別為 59.7 和 53.4 mN/m，溫度為 20 +- 1 冷卻）。 在模型葡萄酒溶液中，測得的表面張力值略低 (48.3 mN/m)，這可能是由于添加了酒石酸。 酒石酸水溶液(2g/L)的表面張力經(jīng)測量為69mN/m。

關(guān)于 BSA 溶液，觀察到表面張力值的顯著變化。 隨著 BSA 含量的增加，不僅在同一基質(zhì)內(nèi)發(fā)現(xiàn)差異，而且在三種不同基質(zhì)之間也存在差異（表 1）。 正如預(yù)期的那樣，所使用的白蛋白表現(xiàn)出很強(qiáng)的表面活性，并導(dǎo)致溶液表面張力顯著降低，測得的最低值 (44.3 mN/m) 是含 0.250 g BSA/L 的模型酒溶液的值。

在水醇 BSA 溶液中，測得的值從 49.1 到 47.6 mN/m（平均值為 48.1 mN/m），表明蛋白質(zhì)對乙醇已經(jīng)引起的作用的貢獻(xiàn)。 乙醇溶液的極性低于水，因此，蛋白質(zhì)可能會改變其折疊方式，以增加其表面疏水性和柔韌性，在基質(zhì)中存在醇的情況下變得更具表面活性。 這可以證明觀察到的 BSA 水醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的表面張力值降低是合理的。 所有溶液中最低的表面張力值是在 BSA 模型葡萄酒溶液中測得的（46.3–44.3 mN/m，而相應(yīng)的對照溶液中為 48.3 mN/m）（表 1）。 這可能歸因于模型溶液的標(biāo)準(zhǔn)化 pH 值（等于 3.5），這顯然影響了電荷，因此影響了白蛋白在此特定基質(zhì)中的構(gòu)型和溶解度。 根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，在低于白蛋白等電點(diǎn) (pI = 4.7) 的 pH 值下，螺旋分子構(gòu)型發(fā)生顯著變化，分子內(nèi)鍵斷裂，分子展開，使蛋白質(zhì)更具疏水性，因此具有更高的表面活性 (Foster , 1960)。

在單寧標(biāo)準(zhǔn)水溶液的情況下，從圖 1 中可以明顯看出，與葡萄籽單寧相比，葡萄皮單寧引起的表面張力降低更大。 觀察到葡萄皮單寧比葡萄籽單寧更具表面活性，部分原因可能是前者具有更高的聚合度，因此比后者更疏水（Poncet-Legrand 等，2003；Crespy， 2006）。 在其他兩個溶液系列（水醇和模型酒）中，乙醇的存在再次增加了表面張力值，而單寧的添加進(jìn)一步降低了表面張力僅 1.5 mN/m（與具有表面張力的相應(yīng)對照溶液相比）分別等于 49.5 和 48.3 mN/m）。 觀察值與書目數(shù)據(jù)一致，給出的表面張力等于 48.4 ? 12% (v/v) 的葡萄籽單寧乙醇溶液為 0.05 mN/m（Poncet-Legrand 等，2003）。 此外，相同的參考文獻(xiàn)提到濃度高于 1 g/L 時會形成葡萄單寧分子的膠體聚集體，這為最后三種標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.0、2.0 和 4.0 g）獲得的相似表面張力值提供了可能的解釋。單寧/L）的水醇和模型酒系列。

3.2. 表面張力與葡萄酒分析參數(shù)之間的統(tǒng)計相關(guān)性

檢測到乙醇、蛋白質(zhì)和單寧對水性、水醇和模型葡萄酒標(biāo)準(zhǔn)溶液的表面張力有顯著影響，以及上述基質(zhì)之間的重要變化后，我們認(rèn)為繼續(xù)對真實(shí)葡萄酒樣品進(jìn)行研究很有趣。 我們的目標(biāo)是評估盡可能多的其他葡萄酒化合物對表面張力的影響，獲得統(tǒng)計相關(guān)性，最后，基于對葡萄酒表面張力的簡單測量，獲得基本釀酒參數(shù)值的預(yù)測模型。

表 2 在 20 個葡萄酒樣品中測定的分析參數(shù)的平均值。

為此，對 20 種靜止、白色和紅色希臘單品種葡萄酒樣品進(jìn)行了常規(guī)釀酒學(xué)參數(shù)（乙醇含量、比重、還原糖、可滴定酸度、揮發(fā)性酸度、總 SO2 和 pH 值）和表面張力的測定。 還進(jìn)行了使用 HPLC 測定有機(jī)酸（酒石酸、蘋果酸、乳酸和檸檬酸）、陽離子（鉀、鈉、鎂和鈣）、甘油和酚類化合物以及使用氣相色譜法測定揮發(fā)性化合物的基本儀器分析。 最后，采用光譜法進(jìn)行總酚指數(shù)、單寧和蛋白質(zhì)測定。 結(jié)果如表 2 和表 3 所示。關(guān)于蛋白質(zhì)測定，可能影響所有樣品的系統(tǒng)分析誤差可視為不影響最終值，因為所研究的葡萄酒具有相似的乙醇含量。 此外，在葡萄酒樣品中加入已知量的標(biāo)準(zhǔn) BSA 溶液進(jìn)行的分析未發(fā)現(xiàn)對蛋白質(zhì)測定有任何干擾（數(shù)據(jù)未顯示）。 上述數(shù)據(jù)與表面張力的相關(guān)性分析結(jié)果如表4所示。

葡萄酒的表面張力值在 43.6 到 47.6 mN/m 之間變化（表 2）。 平均而言，白葡萄酒的表面張力值高于紅葡萄酒（平均值分別為 46.5 和 45.0 mN/m），這一結(jié)果與文獻(xiàn)非常一致（Andre′s-Lacueva 等，1997；Pe′ ron 等人，2000 年）。 乙醇含量最低（11.2%）的樣品 W9（白葡萄酒）表現(xiàn)出最高的表面張力值（47.6 mN/m），而酒精強(qiáng)度最高（14.2%）的樣品 R3（紅葡萄酒）表現(xiàn)出最低的表面張力值張力值 (43.6 mN/m)，考慮到乙醇對表面張力的影響，這是預(yù)期的結(jié)果。 樣品 R3 還含有非常豐富的蛋白質(zhì)和單寧，如前所述，這兩種成分都會降低表面張力。 該特定樣品還含有高濃度 (8.2 mg/L) 的甘油。

表 3 在 20 個葡萄酒樣品中測定的揮發(fā)性化合物濃度的平均值。

統(tǒng)計分析顯示，在檢查的 24 個分析參數(shù)中，有 12 個與表面張力顯著相關(guān)（P < 0.05）（表 4）。 其中有 10 個（乙醇、蛋白質(zhì)、單寧、揮發(fā)性酸度、pH、鉀、鈉、甲醇和總酚——280 nm 吸光度和 HPLC 測定）具有負(fù)相關(guān)系數(shù)，表明它們與表面張力成反比，較高的它們的值，樣品的表面張力越低。 另外兩個（蘋果酸和總 SO2）具有正相關(guān)系數(shù)。 測量的最小 P 值 (P = 0.000000) 對應(yīng)于乙醇，第二小 (P = 0.000476) 對應(yīng)于單寧，表明這兩個參數(shù)與表面張力的相關(guān)性最好。 不出所料，還原糖和比重根本沒有關(guān)聯(lián)，因為糖分子表現(xiàn)出高水溶性并且?guī)缀鯖]有表面活性。

表 4 在 95% 置信水平 (n=25) 下表面張力和化學(xué)變量之間的平均值、相關(guān)系數(shù) (r) 和決定系數(shù) (R2)。

與其他研究一致，乙醇對葡萄酒的表面張力起著關(guān)鍵作用（Pe′ron 等人，2000 年；Liger-Belair，2005 年）。 盡管它不是典型的表面活性劑——即具有疏水鏈、親水鏈和臨界膠束濃度的分子 (Myers, 1988)——乙醇在葡萄酒中的濃度很高，實(shí)際上控制著表面張力值的基本變化。 因此，對于酒精濃度為 12% 的葡萄酒，表面張力預(yù)計約為 49.5 mN/m（表 1）。 然而，實(shí)際上這種情況很少發(fā)生。 為了解釋樣品與樣品之間平均值的輕微增加或減少，有必要考慮其他表面活性葡萄酒化合物（如蛋白質(zhì)和單寧）的存在和影響。 蛋白質(zhì)，雖然在葡萄酒中發(fā)現(xiàn)的數(shù)量很少（幾毫克/升），但具有非常重要的表面特性，可以顯著降低其表面張力。 單寧由于其芳香環(huán)和非離子中心 -O-（Poncet-Legrand 等，2003）也具有表面活性劑特性，盡管它們的臨界膠束濃度（膠束形成點(diǎn)）尚未確定。 Andre′s-Lacueva 等人。 (1997) 描述了蛋白質(zhì)和單寧之間的結(jié)構(gòu)相互作用，可增強(qiáng)起泡酒中的泡沫穩(wěn)定性。 在我們的研究中進(jìn)行的統(tǒng)計分析表明，上述參數(shù)與表面張力之間存在這種相關(guān)性（所有三個 P 值均顯著低于 0.05：Pethanol = 0.000000；Pprotein = 0.000697；Ptannin = 0.000476）。

本研究中通過 HPLC 測定的單個酚類化合物的總和（花青素、兒茶素和表兒茶素）也與表面張力高度相關(guān)（P = 0.000592）。 據(jù)幾位研究人員稱，葡萄酒多酚會與蛋白質(zhì)和多糖相互作用，從而影響其表面特性（Segarra 等，1995；Frazier 等，2003；Poncet-Legrand 等，2003；Viljanen 等，2005）。 最后，苯酚指數(shù)是指所有在其分子中具有苯環(huán)的化合物，因此在 280 nm 處具有最大吸光度，與 P = 0.000537 顯示出非常好的相關(guān)性。 從這些結(jié)果可以看出，酚類化合物（簡單分子以及單寧等復(fù)雜分子）會影響葡萄酒的表面張力，并且它們在葡萄酒中的濃度越高，后者的表面張力就越小。

揮發(fā)性酸度、pH、鉀、鈉和甲醇也與表面張力相關(guān)（表 4）。 眾所周知，pH 值會影響一些最基本的葡萄酒化合物，更具體地說，影響不同形式的二氧化硫、電離形式的花青素或蛋白質(zhì)構(gòu)型之間的平衡。 例如，在代表葡萄酒的 pH 值約為 3.50 時，葡萄酒蛋白質(zhì)——其中絕大多數(shù)表現(xiàn)出低等電點(diǎn)（4.1 < pI < 5.8）（Ferreira 等人，2002）——看起來更疏水，即更多的表面活躍（Brissonnet 和 Maujean，1993 年）。 這種效應(yīng)可以部分解釋與表面張力相關(guān)的 pH 值 P = 0.001476。 另一方面，pH 值本身受電解質(zhì)存在的影響。 由于葡萄酒中最重要的鹽是酒石酸與鉀和鈉陽離子的鹽，它們對 pH 值的影響顯然也對表面張力有影響。 這可能就是為什么相應(yīng)的 P 值為 PK + = 0.002635 和 PNa + = 0.014844，遠(yuǎn)低于 0.05 的原因。 就揮發(fā)性酸度而言，我們知道同系乙酸的脂肪酸具有離子化的羧酸頭，因此它們可以影響表面張力值的變化。 最后，之前的研究提到了高級醇和某些揮發(fā)性酯與葡萄酒表面張力的相關(guān)性（Andre′s-Lacueva 等，1996a；Liger-Belair，2005）。 然而，在本研究中，甲醇首次在統(tǒng)計上與表面張力直接相關(guān)。

其他研究人員也提出了蘋果酸和表面張力之間的相關(guān)性，如值 P = 0.020418 (<0.05) 所示（Andre′s-Lacueva 等人，1996a）。 正相關(guān)系數(shù)反映在樣品的分析特性上。 例如，具有最高表面張力值 (47.6 mN/m) 的 W9 樣品的蘋果酸濃度也最高 (3.4 g/L)，如表 2 所示。這也表明在生產(chǎn)過程中潛在的蘋果酸乳酸發(fā)酵靜止葡萄酒可以降低最終產(chǎn)品的表面張力。 如前所述，二氧化硫也存在這種與表面張力的比例關(guān)系，因為其相關(guān)系數(shù)也是正的（表 4）。

當(dāng)比較具有相似酒精度等級的白葡萄酒和紅葡萄酒，即分別含有 12.2% 和 12.3% (v/v) 乙醇的樣品 W2 和 R7 時，上述參數(shù)的協(xié)同作用清楚地顯示出來。 由于紅葡萄酒樣品 R7 中酚類物質(zhì)的含量增加且蛋白質(zhì)含量更高，人們預(yù)計該樣品的表面張力會比白葡萄酒樣品 W2 低得多。 然而，紅葡萄酒中較高（幾乎兩倍）的二氧化硫和蘋果酸濃度（分別為 106 毫克/升和 1.0 克/升，而分別為 64 毫克/升和 0.6 克/升）使其表面張力值為與白葡萄酒相同（兩種情況下均為 46.3 mN/m）。

3.3. 預(yù)測模型

如統(tǒng)計分析所示，乙醇、單寧和蛋白質(zhì)是與表面張力最相關(guān)的三個參數(shù)。 一方面考慮到它們在釀酒學(xué)上的重要性，另一方面考慮到它們的測定方法費(fèi)力，我們使用回歸分析研究了各種數(shù)學(xué)模型，目的是通過簡單的表面測量獲得評估其濃度水平的預(yù)測模型。緊張。 正如預(yù)期的那樣，最適合的模型用于估計乙醇含量。 描述它的散點(diǎn)圖和線性方程如圖 2 所示。該模型將乙醇濃度的變化解釋為 91.4%，估計的標(biāo)準(zhǔn)誤差等于 0.3 mN/m。

關(guān)于蛋白質(zhì)和單寧，線性預(yù)測模型分別僅解釋了 48% 和 50% 的方差，與表 4 中給出的 R2 值一致。這個結(jié)果意味著對這些參數(shù)的預(yù)測相當(dāng)差，盡管蛋白質(zhì)是表面的-活性分子，而單寧在本研究中與表面張力有很強(qiáng)的相關(guān)性； 因此，預(yù)計會有更好的結(jié)果。 僅為乙醇提供了令人滿意的模型的事實(shí)可能是由于其在葡萄酒中的含量高，但也可能是因為乙醇值涵蓋了圖中很寬的濃度范圍（11.2-14.2% vol.）（圖 2）。 2）。 蛋白質(zhì)和單寧的情況并非如此，因為在特定樣品中，它們的含量值僅涵蓋圖的兩個極端：對于蛋白質(zhì)，白葡萄酒為 0.081 至 0.140 g/L，紅葡萄酒為 0.563 至 0.883 g/L葡萄酒； 白葡萄酒單寧為 0.1 至 0.3 g/L，紅葡萄酒單寧為 2.9 至 4.5 g/L（表 2）。 然而，令人鼓舞的是，盡管它們僅基于 20 個樣本，但這些預(yù)測模型的 R2 分別為 0.4809 和 0.5015。

圖 2. 根據(jù)靜止葡萄酒的表面張力預(yù)測乙醇濃度的最佳擬合模型圖。

圖 3. 50 種靜止葡萄酒的酒精強(qiáng)度（% vol.）的預(yù)測值與測量值。

為了測試乙醇預(yù)測模型，我們分析了第二組 30 個葡萄酒樣品。 所提出的線性模型預(yù)測的值與葡萄酒酒精度等級的測量值的圖如圖 3 所示。更新的模型解釋了 81.3% 的乙醇含量變化，而現(xiàn)在估計的標(biāo)準(zhǔn)誤差為 0.36 % (v/v)。 盡管必須進(jìn)一步優(yōu)化，但該統(tǒng)計工具為文獻(xiàn)中現(xiàn)有的那些提供了一種額外的方法，用于簡單快速地估計靜止葡萄酒的酒精等級（Rocchia 等，2007a，b）。

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