超聲波輔助熟化紅葡萄酒技術(shù)研究進(jìn)展*

張清安，范學(xué)輝，原江鋒

1(陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安，710062)

2(陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西 西安，710062)

3(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽，471003)

1 葡萄酒及其熟化方法概述

葡萄酒以鮮葡萄或葡萄汁為原料，經(jīng)全部或部分發(fā)酵釀制而成的，含有一定酒精度的發(fā)酵酒。發(fā)酵剛結(jié)束所獲得的葡萄酒通常稱為生葡萄酒，因口味粗糙、苦澀，香味淡薄，酒體不協(xié)調(diào)和飲后缺乏回味感等缺陷，要經(jīng)過一段時間的貯存。貯存期間生葡萄酒經(jīng)過一系列緩慢的物理、化學(xué)及生物化學(xué)變化后，酒體芳香醇和、豐滿協(xié)調(diào)，從而達(dá)到最佳飲用狀態(tài)。這個過程稱為葡萄酒的陳釀或老熟(化)或成熟［1］。

傳統(tǒng)的成熟方式也叫自然陳釀法，即將經(jīng)過發(fā)酵的新酒貯存在橡木桶里，后在酒窖中后經(jīng)過幾個月至幾年不等的存放期。酒在這個過程中通過橡木桶上的微孔攝取少許氧氣，從而誘導(dǎo)一系列復(fù)雜反應(yīng)的發(fā)生;同時，再加上橡木材料中芳香類物質(zhì)的融入，使酒的顏色、口感、香味等更加勻和、協(xié)調(diào)，此狀態(tài)的酒即為該酒的“酒峰”(Peak)或“壯年期”;而后隨著時間的推移，酒的品質(zhì)會逐漸下降、適口性降低［1-6］。

雖然自然老熟是一種經(jīng)典有效獲得高品質(zhì)葡萄酒的陳釀方法，但這種方法存在許多問題［7-8］:一是生產(chǎn)周期較長(少則需幾個月，多則幾年甚至更長)，從而限制了企業(yè)的生產(chǎn)量;其次，陳釀需要的大量橡木桶、酒窖和廠房也會占用大量資金，同時，由于特殊的管理要求也相應(yīng)增大了勞動強(qiáng)度;另外，貯存過程中易受到諸多不確定因素的影響，使不同批次酒的品質(zhì)有較大差異。因此，葡萄酒生產(chǎn)商和科技工作者，希望能找到一種人工催熟技術(shù)使“酒峰”盡可能早出現(xiàn)、晚消失，從而使酒的“最佳狀態(tài)”盡可能保持更長時間，以提高酒的品質(zhì)和生產(chǎn)量。

目前，已報道的有關(guān)酒類產(chǎn)品的人工催陳技術(shù)主要有微氧處理［9-11］、交流電場處理［12-13］、冷熱處理［14］、輻照處理［15-16］、脈沖電場處理［17-19］、微波處理［20］、超高壓處理［21-24］和超聲波處理［25-34］等。相比較而言，除了微氧處理和高壓脈沖電場處理研究相對深入系統(tǒng)和成熟外，其它技術(shù)的應(yīng)用研究還遠(yuǎn)不成熟。

2 超聲波應(yīng)用于加速葡萄酒成熟的研究進(jìn)展

在國內(nèi)，對于超聲處理催熟酒的研究主要始于20世紀(jì)70、80年代，而且這個階段的研究主要以白酒為主［35-39］，雖然取得了一定進(jìn)展，但由于存在“回生”及條件不易控制等問題，所以該技術(shù)并未獲得太多關(guān)注。近年來，隨著葡萄酒消費(fèi)市場和葡萄酒釀造工業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，葡萄酒催熟與陳釀的工藝和理念也發(fā)生了很大變化，將超聲應(yīng)用于催陳葡萄酒的研究也開始出現(xiàn)了“回暖”現(xiàn)象。

李卉［25］研究了超聲波對干紅葡萄酒感官指標(biāo)、花色素、色度、色調(diào)和總酸濃度的影響，結(jié)果表明經(jīng)超聲波處理18 min后葡萄酒整體質(zhì)量得到提升。趙贊［26］采用同樣的超聲參數(shù)研究對新鮮干紅葡萄酒香氣成分的影響，結(jié)果表明經(jīng)超聲波處理后，總酯的相對含量從19.61% 增加至31.19%，總醇的相對含量從70.16%降低至60.43%，超聲波處理可促進(jìn)酯化、去雜增香，使酒體柔和;而且經(jīng)超聲處理后的葡萄酒在存放過程中未見“回生”現(xiàn)象發(fā)生。周曉芳［27］研究表明，在超聲波功率120 W、頻率40 kHz、處理時間為20 min時，可以增加干紅葡萄酒的色度、色調(diào)和聚合大分子單寧的含量，降低總單體酚和總游離花色苷含量，消除不良?xì)馕读蛭?、減弱生葡萄酒的生青味和酵母味，增加焦糖和煙熏味，使果香味更加柔和、突出，口感更加平衡、協(xié)調(diào);而且如果超聲過程中添加6 g/L的橡木片，催陳效果更明顯，去除了硫味，增加了香子蘭和橡木香味，增強(qiáng)了煙熏、焦糖味，口感圓潤、醇厚、結(jié)構(gòu)感強(qiáng)?？傊?，橡木片和超聲波復(fù)合處理技術(shù)，能明顯縮短處理時間，增加催陳效果。

臺灣宜蘭大學(xué)的Chang［28-29］開展了超聲波(采用20 kHz和1.6MHz兩個頻率)催熟米酒和玉米酒的研究，結(jié)果表明超聲波確實(shí)可以加速酒的成熟，而飲料酒中酒精含量、可滴定酸值、揮發(fā)性芳香物質(zhì)、感官評定和酒齡與自然陳釀的飲料酒的品質(zhì)類似;而且20 kHz的效果較好，相比之下米酒較玉米酒更適合用超聲波催熟。

在國外，早在1963年，葡萄酒研究泰斗、美國加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的Singleton教授及其團(tuán)隊就開展了超聲波同時充氣加速紅葡萄酒熟化的相關(guān)研究，但限于當(dāng)時的研究條件和技術(shù)，而且經(jīng)超聲處理后紅葡萄酒的理化指標(biāo)(pH、可滴定酸、揮發(fā)性酸、氧化還原電位、揮發(fā)性醛、揮發(fā)性酯、干物質(zhì)、酒精、單寧等含量和酒的光譜特性)變化微小，而且不規(guī)律，同時感官品嘗發(fā)現(xiàn)了焦糊味［30］，所以該研究技術(shù)及結(jié)果當(dāng)時并未受到太多關(guān)注。

近年來，隨著現(xiàn)代分析測試技術(shù)和手段的發(fā)展與完善，將超聲波應(yīng)用于酒類產(chǎn)品快速熟化又引起了廣大科技工作者和相關(guān)企業(yè)的廣泛關(guān)注。目前已有3項相關(guān)專利獲批［33-34，40］，其中一項是有關(guān)促進(jìn)酒類熟化的超聲設(shè)備的開發(fā)及其應(yīng)用參數(shù)，另外兩項是有關(guān)超聲波處理對飲料品質(zhì)影響的應(yīng)用研究。日本在這方面開展的研究也相對較多［31，41-43］，但多數(shù)研究集中在超聲作用下酒或含酒精飲料(尤其白酒)中乙醇與水分子間的水簇形成機(jī)理及對酒品質(zhì)的影響，而對超聲誘導(dǎo)作用下葡萄酒中相關(guān)理化、感官指標(biāo)的變化及機(jī)理研究卻較少。

在歐盟，2010年歐盟第七框架計劃(7th Framework Programme，簡稱 FP7)啟動了“Novel method for assisting and accelerating the aging process of wine”(No.262614)面向歐盟中小企業(yè)受益的科技計劃，項目主要由西班牙的IRIS、Bodegas Torre Del Veguer、Cava Berdie、Cavas del Castillo de Perelada、法國波爾多的Chateau Pouget、德國吉森海姆的Forschungsanstalt Geisenheim、瑞士的Aktive Arc Sarl.和愛爾蘭都柏林大學(xué)等單位聯(lián)合攻關(guān)開展(項目工作和宣傳網(wǎng)站:http://projects.iris.cat/projects/ultrafinewine;http://www.ultrafinewine.eu/)。項目目的在于研究開發(fā)一種超聲設(shè)備并將其用于催熟紅葡萄酒。作者有幸成為項目組成員(2010-2012年在愛爾蘭都柏林大學(xué)事從孫大文院士開展博士后合作研究)并承擔(dān)超聲誘導(dǎo)處理對紅葡萄酒品質(zhì)影響的研究內(nèi)容。通過該項目的開展，開發(fā)出了用于紅葡萄酒老化的原型機(jī)(Flow Cell)，并研究了Flow Cell處理對酒的顏色(色值、色調(diào)等)、口感等感官指標(biāo)和pH、可滴定酸、揮發(fā)性酸、總酚、花青素(含總花青素、結(jié)合花青素和游離花青素)、乙醛、單寧、SO2、乙醇、還原糖、黃烷醇、酒石酸酯等化學(xué)指標(biāo)的影響，優(yōu)化了中試工藝參數(shù)范圍(聲功率小于35W/L，時間1 h以內(nèi)，溫度20℃左右)。研究結(jié)果表明，超聲處理的確對以上評價指標(biāo)有一定影響，能快速改變紅葡萄酒品質(zhì)。

但遺憾的是各酒莊(項目合作酒莊及在歐盟內(nèi)通過問卷所調(diào)查的其他7個國家的酒莊)對此新技術(shù)的應(yīng)用前景均持謹(jǐn)慎觀望態(tài)度。原因是經(jīng)過處理的紅葡萄酒雖然在感官方面的確得到了一定程度改善(感官評定試驗中，專業(yè)人士和一般消費(fèi)者均這樣認(rèn)為)，但化學(xué)指標(biāo)的變化卻似乎有些飄忽不定、無章可循，而酒莊人員卻堅持認(rèn)為只有明確了解酒中主要理化指標(biāo)的真實(shí)變化及規(guī)律，并使這些變化處于可控狀態(tài)之中。同時，酒的品質(zhì)與自然成熟酒的品質(zhì)類似時，他們心里才踏實(shí)、才敢將該技術(shù)真正應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。尤其，對紅葡萄酒中含量較高(1～4g/L)，且與酒的感官和顏色等品質(zhì)極為相關(guān)的酚類物質(zhì)(如黃烷-3-醇及花色苷類等物質(zhì))的變化規(guī)律是他們最為關(guān)心的。但這些卻是該項目未曾深入涉及的研究內(nèi)容，也可以說是該項目的遺憾之處;同時，也給后續(xù)研究提出了一個很好的課題。

3 展望

總之，國內(nèi)外現(xiàn)有研究均表明，適度(過強(qiáng)和過長時間處理將會破壞酒的品質(zhì))超聲波誘導(dǎo)處理的確可以在一定程度上影響甚至改善葡萄酒的品質(zhì)。但是，目前的研究多集中在超聲誘導(dǎo)對酒的理化及感官指標(biāo)變化的宏觀描述方面，且不同課題組所采用的超聲條件參數(shù)和所獲得結(jié)果也有很大差異，而對變化機(jī)理研究卻幾乎沒有涉及。尤其對于紅葡萄酒中含量較高的酚類物質(zhì)(如黃烷-3-醇及花色苷類等)在超聲場誘導(dǎo)下的變化機(jī)理以及其對酒的口感和顏色的影響，目前尚不清楚。畢竟，葡萄酒中的黃烷-3-醇及花色苷類物質(zhì)分別與酒的苦味、收斂性和褐變、顏色等特性緊密相關(guān)，很大程度上也是評價酒的品質(zhì)的重要指標(biāo);同時，這些物質(zhì)也是葡萄酒自然熟化過程中變化機(jī)理相對明確、研究集中的熱點(diǎn)［3，4，6，11，44-51］。鑒于酒中物質(zhì)種類繁多，要想弄清楚每一物質(zhì)在超聲場誘導(dǎo)下的具體變化及機(jī)理，難度很大甚至幾乎不可能;因此，在研究超聲加速紅葡萄酒老化機(jī)理時應(yīng)以酒中含量較高且對酒品質(zhì)有重要影響的代表性酚類物質(zhì)為對象開展研究，這樣研究結(jié)果也便于和這些物質(zhì)在自然熟化過程中相對明確的變化機(jī)理相比較。

自然熟化過程中，酒中酚類物質(zhì)在微量氧氣的作用下發(fā)生一系列氧化、縮合或聚合反應(yīng)，隨著時間的推移單體酚類含量下降、聚合酚類含量增加，酒的口感、顏色等特性也隨之改變［1］。由于超聲具有脫氣作用，所以可以肯定的是在超聲場誘導(dǎo)下，酒中氧氣含量會更低、由其所誘導(dǎo)的反應(yīng)將會更慢甚至不發(fā)生，也即此時氧氣及其引發(fā)的微氧化反應(yīng)已經(jīng)不是超聲加速酒類品質(zhì)改變的主要因素。但超聲空化及其所產(chǎn)的瞬時高壓、高溫能使水分子裂解從而產(chǎn)生氫及羥基自由基卻是不爭的事實(shí)［52，53］;而超聲作用于葡萄酒時能否誘導(dǎo)酒中乙醇、酚類物質(zhì)也產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)連鎖反應(yīng)導(dǎo)致酚類氧化成(半)醌類、聚合或降解;或者超聲是通過別的途徑加速紅葡萄酒老化，這些都是未解之謎;也是制約該技術(shù)能否真正應(yīng)用于催熟紅葡萄酒產(chǎn)業(yè)的瓶頸，有待于進(jìn)一步研究。

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