超高壓技術(shù)在酒類生產(chǎn)中的研究進展

王正榮，李瑋，楊麗，馬漢軍*

（河南科技學院食品學院，河南新鄉(xiāng)453003）

超高壓技術(shù)在酒類生產(chǎn)中的研究進展

王正榮，李瑋，楊麗，馬漢軍*

（河南科技學院食品學院，河南新鄉(xiāng)453003）

超高壓技術(shù)是一種新型的非熱力加工技術(shù)，在食品行業(yè)中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。該文綜述了超高壓技術(shù)對葡萄酒、白酒、果酒的殺菌作用、催陳作用和理化性質(zhì)的影響以及在啤酒釀造過程中的研究和應(yīng)用，并對超高壓技術(shù)在釀酒領(lǐng)域中的發(fā)展前景進行了初步展望。

超高壓；釀酒業(yè)；殺菌保鮮；啤酒；催陳

超高壓技術(shù)（ultra high pressure processing，UHP）又稱為高靜壓技術(shù)（high hydrostatic pressure processing，HHP），是在密閉容器中以水作為傳壓介質(zhì)，將100～1 000 MPa的靜態(tài)液體壓力施加于食品、生物制品等物料上并保持一定的時間，起到殺菌、滅酶等功能性作用[1]。食品超高壓技術(shù)是一種物理加工保鮮方法，相較于傳統(tǒng)方法具有自身的很多優(yōu)勢，首先，在加工過程中不需要添加任何添加劑，這對于目前很多消費者來說無疑是非常青睞的加工方式，另外，在加工過程中對食品破壞較少，能夠較好的保持食品中原有的營養(yǎng)以及色香味等成分。由于超高壓技術(shù)能作用于非共價鍵，保證共價鍵的完整，因此，超高壓可以在較低的溫度下就能達到殺菌效果，超高壓技術(shù)還能改變某些食品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有可能獲得新的成分和功效，同時獲得新物料的食品特性。超高壓加工技術(shù)作為一項共性技術(shù)，應(yīng)用非常廣泛。

近年來，超高壓技術(shù)被廣泛的使用在食品工業(yè)中，如肉產(chǎn)品、果蔬類和海鮮類食品中[2-5]。超高壓應(yīng)用到釀酒中的首次報道是在1994年，超高壓技術(shù)在釀酒工業(yè)化生產(chǎn)的首次報道是在2002年[6-7]。超高壓技術(shù)目前在釀酒制造業(yè)如啤酒、葡萄酒、白酒和果酒中均有報道，本文對國內(nèi)外超高壓技術(shù)在釀酒業(yè)中的研究現(xiàn)狀、存在的問題以及發(fā)展前景進行了闡述。

1　超高壓在葡萄酒，白酒等釀造業(yè)中的應(yīng)用

目前，關(guān)于超高壓對酒類的影響主要包括殺菌作用，對酒中芳香成分的影響和催陳作用等。

1.1殺菌作用

超高壓技術(shù)利用高壓影響微生物的生物化學反應(yīng)，細胞壁膜以及基因等多方面的變化，進而影響微生物原有的生理活動，使原有的生理功能遭到破壞，發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，導致微生物死亡[1]。目前，超高壓在釀酒中殺菌作用的影響涉及到葡萄糖、啤酒、果酒（包括蘋果酒、荔枝酒、香蕉酒、干紅棗酒等）[6，8-14]，將超高壓技術(shù)應(yīng)用到葡萄酒中的研究開始于1994年，在該研究中發(fā)現(xiàn)，當壓力超過300 MPa時，能很好的起到滅菌效果，并且，通過超高壓處理的葡萄酒顏色更亮，在貯藏過程中，顏色并無很大變化，這一結(jié)果與果酒中的研究相似。FISCHER S等[15]發(fā)現(xiàn)，在較低的pH值條件下超高壓對植物乳桿菌具有更好的殺菌效果，其中在pH6.5時菌落總數(shù)降低了20%，而在pH值為4.0時能使菌落總數(shù)降低至90%左右。這些研究結(jié)果表明，超高壓滅菌的效果與壓力大小、保壓時間、微生物種類、物料種類、pH和處理溫度具有相關(guān)性。

目前，超高壓滅菌技術(shù)的問題在于對芽孢的滅活上，有研究表明，在果酒中檢出革蘭氏陰性菌，當壓力到達900 MPa時仍能存活[11]，目前，在這方面的研究比較少。另外，將超高壓技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)中的研究很少，對于超高壓技術(shù)在釀酒中滅菌的基礎(chǔ)研究比較多，但對于建立壓力大小、保壓時間以及溫度等處理不同酒類，研究超高壓對其中的菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌等微生物的滅菌效果，建立微生物滅活的動力學模式，是目前將超高壓技術(shù)應(yīng)用到釀酒業(yè)中的必不可缺的研究內(nèi)容。

1.2對芳香成分的影響

SANTOS M C等[16]研究了超高壓對白葡萄酒和紅葡萄酒（不加二氧化硫）香氣成分的影響，結(jié)果表明，在壓力425 MPa和500 MPa條件下，作用5 min后，超過160種的揮發(fā)性成分被檢測到，經(jīng)過9個月的貯藏期后，超高壓處理的葡萄酒具有較多的呋喃類、醛類、酮類和縮醛類等香氣成分，通過超高壓處理能加速葡萄酒中的美拉德反應(yīng)、酒精與脂類的反應(yīng)，使得葡萄酒中具有更多的香氣成分[17]。SANTOS M C等[18]研究發(fā)現(xiàn)，超高壓處理的紅葡萄酒具有成熟的水果香氣，經(jīng)過6個月的窖藏后，經(jīng)過超高壓處理的葡萄酒具有較多的呋喃類香氣成分。張文葉等[19]在常溫條件下，超高壓處理對干紅棗酒香氣成分的影響，有機酸類物質(zhì)的含量在300 MPa以下有升高的趨勢，但在500 MPa以上，有機酸類的物質(zhì)含量減少。酯類物質(zhì)的含量在500 MPa以下含量減少，700 MPa時含量增加。醛酮類物質(zhì)經(jīng)過超高壓處理后，含量減少。孟憲軍等[20]用不同超高壓處理冰葡萄酒，香氣成分發(fā)生改變，其中以異戊醇、苯乙醇、丁二酸二乙酯、乙酸乙酯和己酸乙酯等物質(zhì)的含量變化較顯著，說明超高壓處理能改善冰葡萄酒的香氣。其中300 MPa超高壓處理能使冰葡萄酒的香氣更加豐富柔和。另外還發(fā)現(xiàn)，超高壓處理對桑葚酒和柚子酒的香氣成分也有影響[21-22]?？梢赃@樣認為，超高壓對可認為，超高壓對酒類中香氣成分的影響有所不同，一方面超高壓處理會降低或者激活和香氣有關(guān)的酶類的活性，另外一方面是通過超高壓處理能使香氣反應(yīng)前提物質(zhì)的濃度增加或者香氣成分的物質(zhì)降解，因此，超高壓對酒類的香氣成分和呈味物質(zhì)的變化也有所不同，超高壓對酒類中風味相關(guān)的底物和酶的變化還需要更加系統(tǒng)的研究，并不斷提出超高壓對酒類風味影響的機制，以便更好的將超高壓利用到釀酒的制造過程中。

1.3催陳作用

近年來，關(guān)于超高壓處理對酒催陳作用的研究屢有報道，蔡明迪等[23]在200～350 MPa下，處理0.5～2.0 h，介質(zhì)溫度為10～40℃條件下超高壓處理黃酒，結(jié)果表明，當壓力在300 MPa時具有比較好的感官品質(zhì)，保壓時間0.5 h能使酒具備良好的陳化效果，通過對黃酒中總酯、總酸、總?cè)㈦s醇油，揮發(fā)性香氣成分及氨基酸總量的檢測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超高壓處理的酒中醇類物質(zhì)減少，酯類與醛類含量增加，酸類變化不明顯，證明超高壓可促進醇、醛等物質(zhì)的氧化作用，酯化作用效果明顯，可有效改善黃酒風味，加速陳化過程。YANG T等[24]研究發(fā)現(xiàn)，西拉黑珍珠干紅在650 MPa超高壓處理2 h后，西拉黑珍珠干紅的顏色強度由8.44降至8.01，總酚、花青素、酒石酸酯、黃酮醇、單寧的含量減少，同時，酸味、酒精味和苦味略有上升。超高壓處理使葡萄酒中的酚類物質(zhì)減少，并且可以作為區(qū)分壓力的依據(jù)[25]。超高壓對催陳的影響主要在于對呈味物質(zhì)的影響，但酒類中的呈味物質(zhì)多達數(shù)幾百種，并且他們之間又存在著化學作用，這種化學作用是處于一種動態(tài)的平衡，該過程非常復雜，能夠掌握這種研究和分析的方法，目前還具有很大的局限性，導致目前還不能全面正確的分析超高壓對酒類的催陳效果，目前的研究多用感官評價來進行評定，但這種方法過于主觀，誤差也相對較大，而氣相色譜的方法具有不穩(wěn)定性，因此，如何將多種分析方法進行結(jié)合達到全面了解超高壓催陳的效果和作用機制。另外，超高壓設(shè)備對精密性和耐壓性要求高，而耐壓金屬材料價貴昂貴，密封性、壓力強度、設(shè)備的使用壽命等多方面因素限制產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)[26]，因此，能否降低設(shè)備造價直接關(guān)系到該技術(shù)最終能否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這就需要研發(fā)一種在廠家可接受價格范圍內(nèi)的設(shè)備。

1.4其他方面的研究

TABILO-MUNIZAGA G等[27]用超高壓處理未經(jīng)皂土澄清的Sauvignonblanc葡萄酒，結(jié)果表明，經(jīng)過400～550 MPa的超高壓處理后，葡萄酒顏色發(fā)生了變化，通過超高壓處理的葡萄酒的顏色比對照深，其原因可能是，由于超高壓處理下導致葡萄酒內(nèi)部的分子矩陣發(fā)生變化，另外，酒精度數(shù)、pH和其他理化指標沒有發(fā)生明顯的變化，在對葡萄酒中的蛋白質(zhì)的影響結(jié)果中顯示，在壓力400 MPa時，處理3 min葡萄酒中蛋白質(zhì)的α-螺旋和轉(zhuǎn)角有增加趨勢，同時β-折疊輕微增加，造成這一結(jié)果的原因可能是，由于壓力的增加導致蛋白質(zhì)的去折疊[28]，當壓力增加至45 MPa時，造成α-螺旋的減少和β-折疊的增加，另外通過差式掃描量熱法（differentialscanningcalorimeter，DSC）檢測顯示，除了在450 MPa作用3 min引起溶解溫度的升高外，其他壓力對樣品沒有明顯影響。

2　超高壓技術(shù)在啤酒中的應(yīng)用

啤酒作為世界上最暢銷的含酒精飲料，其穩(wěn)定性是通過巴氏消毒的方式來實現(xiàn)的，通過熱處理后，其保質(zhì)期達數(shù)月之久，盡管在實驗室中已經(jīng)證明，1～5 PU（巴氏滅菌單位，在60℃條件下經(jīng)歷1 min所引起的滅菌效應(yīng)為一個巴氏殺菌單位，即1個PU值）對微生物能達到有效的殺菌，但是，為了更加安全，企業(yè)經(jīng)常使用8～30 PU進行滅菌，這一過程將會導致啤酒風味的下降，而非熱加工過程可以很好的保持啤酒的風味。其中超高壓技術(shù)不僅能使食品在微生物安全方面得到保證，而且還能很好的保持食品固有的營養(yǎng)品質(zhì)，質(zhì)構(gòu)、風味、色澤和新鮮程度。

1998年，F(xiàn)ISCHER S等[29]首次將超高壓技術(shù)應(yīng)用到啤酒釀制過程中，麥芽顆粒經(jīng)過300、500和700MPa處理后，蛋白質(zhì)成分，高分子和低分子氮隨著壓力的增加而升高，結(jié)合性氮在500 MPa是達到峰值，隨后下降，游離氨基氮隨著壓力的增加而降低，黏度下降，值得注意的是，在300 MPa下麥芽發(fā)生了輕微的糖化現(xiàn)象，但隨著壓力的升高，糖化現(xiàn)象消失，同時隨著壓力的增加發(fā)酵降低，pH未變化。通過對麥芽汁超高壓處理后，苦味和酒花中的異-α-酸得到一定程度的降低。通過對成品啤酒的處理，相對于巴氏消毒來說，超高壓并沒有明顯的影響啤酒的色澤，香氣和泡沫的持久性，超高壓處理，其濁度得到了降低。

CASTELLARI M等[30]通過實驗對比了熱處理和超高壓對成熟期的啤酒的影響，實驗過程分成了兩個步驟，首先將樣品分別處理，其中一個樣品在600 MPa的壓力下處理5 min，另一個樣品進行熱處理（60℃、10 min），結(jié)果表明，這兩種處理方法對啤酒的主要成分沒有影響（pH、乙醇含量、苦味、多酚類物質(zhì)），但熱處理對色澤具有一定的影響，而高壓處理對色澤的幾乎沒有影響，熱處理明顯降低了濁度，另外，熱處理和超高壓處理均能達到殺菌的效果。在實驗第二部分中，通過超高壓和熱處理后，將樣品放置到黑暗狀態(tài)下，經(jīng)過49 d的測試，結(jié)果表明，熱處理和超高壓均對苦味有一定的影響，在熱處理下，羥甲基糠醛明顯升高，超高壓處理維持了較高的濁度，而通過熱處理后，啤酒的濁度在貯藏期的第一天就出現(xiàn)了明顯的下降，但伴隨出現(xiàn)了較高的冷藏濁度。兩種處理對色澤中的亮度（L*）影響并不大，兩種處理均能有效的抑制有害菌的生長。通過研究超高壓對麥芽制作過程的影響發(fā)現(xiàn)：通過40 MPa，100 MPa和200 MPa的超高壓處理后，大麥增加了12%～20%的水分，水分分布從62%增加到84%。另外，通過超高壓處理增加了麥芽的冷水提取物[31]。在對麥芽制漿過程中的研究中發(fā)現(xiàn)：200 MPa、300 MPa、400 MPa、500 MPa和600 MPa超高壓處理碾碎的麥芽20 min后，β-葡聚糖酶的活性有下降的趨勢。超高壓能促進淀粉的糊化過程[32]，對糖分和可溶性物質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，超高壓（400 MPa和600 MPa）能使糖的含量增加一倍，但糖分的增加沒有加熱處理下升高的快。在超高壓對麥芽汁和啤酒成品的研究中，將麥芽汁進行300MPa、500MPa和700MPa處理5 min，麥芽汁中的異-α-酸增加，隨著處理時間的延長，異-α-酸隨之增加[33]。

在對啤酒過濾過程中的影響中發(fā)現(xiàn)，超高壓（300 MPa、500 MPa和700 MPa條件下處理5 min）能夠縮短過濾時間，在300MPa條件下，其過濾的效果就像純凈水一樣清澈。通過超高壓對兩種不同啤酒（Lager和Pilsener）的處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)，300 MPa和500 Mpa條件下啤酒的膠體穩(wěn)定性較高，不會出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，其中Pilsener更加穩(wěn)定，主要原因在于Pilsener含有較多的啤酒花成分。在另外一項對麥芽汁和啤酒中的影響中發(fā)現(xiàn)，200 MPa、400 MPa和600 MPa條件下處理20 min，對麥芽汁的pH沒有影響，麥芽汁的顏色超高壓處理比熱處理要淺。熱處理下降低了二甲基硫（dimethyl sulphide，DMS）含量，而超高壓處理樣對其并沒有改變。熱處理的樣品比空白處理和超高壓處理的樣品苦味值要高得多，經(jīng)熱處理后的樣品異二羧酸和總酸也較高[34]。值得注意的是，超高壓處理增加了啤酒的泡沫和渾濁。通過超高壓（1～900 MPa）結(jié)合熱處理（30～75℃）對β-葡聚糖酶活性的研究中發(fā)現(xiàn)，β-葡聚糖酶在400 MPa條件下具有最高的熱穩(wěn)定性[35]。而在溫度高于55℃，或者高壓900 MPa，40℃條件下β-葡聚糖酶在30min內(nèi)完全失活，在高于600 MPa下酶活降低，在壓力215 MPa和55℃條件下，葡聚糖能達到最大的降解。在超高壓處理（200 MPa、250 MPa、300 MPa、350 MPa處理5 min）條件下與傳統(tǒng)的巴氏消毒處理的對比中發(fā)現(xiàn)，超高壓和熱處理對啤酒的酒精含量、密度、麥芽汁濃度，發(fā)酵程度和pH、均沒有影響，但啤酒的顏色、蛋白質(zhì)敏感性等會隨著壓力和熱處理時間的增加有增長的趨勢，苦味在傳統(tǒng)的巴氏消毒處理中更苦，在低于300 MPa條件下超高壓處理對苦味沒有明顯的影響[36]，相對于普通的巴氏消毒處理，超高壓處理對啤酒貨架期的影響中發(fā)現(xiàn)，兩種處理均能有效的抑制微生物的生長，其中乳酸菌和醋酸菌能抑制56 d，但超高壓處理能使啤酒的苦味和蛋白質(zhì)敏感性更低，冷藏渾濁會更高[37]。超高壓對啤酒的工藝也有一定的影響，通過超高壓處理發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的升高，大麥中的β-淀粉酶的耐溫性具有升高的趨勢，在0.1 MPa和超過500 MPa條件下，β-淀粉酶失活率上升，但在200 MPa和250 MPa條件下失活率不明顯，其中在200 MPa條件下該酶表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶在超高壓處理下，其最適壓力為370 MPa，85℃下，在700 MPa條件下，達到最高的耐受溫度。此時溫度約為105℃下，失活率為90%[15]。

將超高壓應(yīng)用于啤酒保鮮中的研究也屢有報道，CASTELLARI M等[30]利用超高壓進行啤酒保鮮，將發(fā)酵后的啤酒加壓至350 MPa，處理3～5 min，啤酒中酵母菌、乳酸菌等雜菌的殺滅作用顯著，成品酒的穩(wěn)定性達到3～6個月。此外，實驗還證明，更高的壓力（900 MPa）與更高的溫度還可殺死孢子。植物乳桿菌是造成啤酒腐敗的一種乳酸菌，其中植物乳桿菌TMW1.460具有較高的高耐酒花特性，在400 MPa和500 MPa的高壓處理條件下，其生長曲線在尾部出現(xiàn)了下降的趨勢，600 MPa條件下所有的細胞被殺死，通過對膜完整性的研究發(fā)現(xiàn)，超高壓處理下能將細胞膜進行破壞。同時降低新陳代謝速度[38]。在300 MPa條件下處理，如果在培養(yǎng)基中添加酒精和啤酒花提取物能顯著的降低植物乳桿菌TMW1.460的存活率[14]，F(xiàn)ISCHER S等[15]發(fā)現(xiàn)，在較低的pH值下，超高壓對植物乳桿菌具有更好的殺菌效果，其中在pH6.5條件下菌落總數(shù)降低了20%，而在pH為4.0時能使菌落總數(shù)降低到90%左右。國內(nèi)關(guān)于超高壓在啤酒保鮮中的報道比較少見，孟飛龍等[37]研究發(fā)現(xiàn)，以渾濁型生啤酒為材料，研究了超高壓對啤酒的保鮮作用，結(jié)果表明，在啤酒的生鮮風味、良好口感的前提下，當壓力300 MPa、保壓時間15 min、溫度25℃時，超高壓渾濁型生啤酒的風味最佳，處理效果相當于巴氏殺菌[39]。

3　總結(jié)與展望

超高壓技術(shù)首創(chuàng)于1990年代，主要作為一種殺菌方法，發(fā)展至今，逐步用于現(xiàn)代化生產(chǎn)?？v觀超高壓技術(shù)研究的發(fā)展過程，其在殺菌、鈍酶領(lǐng)域的研究一直居于主導地位，盡管超高壓在釀酒業(yè)中的研究并不是特別多，但超高壓技術(shù)的潛力不容小覷，眾所周知，SO2在葡萄酒和很多果酒中均需要使用，但SO2的添加對人體造成負面影響，而超高壓技術(shù)的應(yīng)用能夠降低SO2的用量，另外，有很多研究表明，超高壓技術(shù)不但具有殺菌作用，而且也能改善酒類產(chǎn)品的感官性狀，并且，在果汁業(yè)中，壓力在400～600 MPa下效果較好。如何將超高壓技術(shù)在釀酒業(yè)中進行擴大化研究是值得期待的事情，目前，超高壓技術(shù)在釀酒業(yè)中的研究主要集中在殺菌作用，以及酒的顏色、香氣、流變和營養(yǎng)成分影響的表征分析，但對超高壓對酒影響的機制并未涉及，目前，超高壓對酒的研究還不夠深入，如超高壓對葡萄酒中的花青素、黃酮類等功能性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生物效價的影響等，這些都有待深入。

超高壓技術(shù)作為一項新型技術(shù)在食品工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，但與該技術(shù)發(fā)展相關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究有待于更深入和系統(tǒng)的開展。

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Research progress on ultra-high pressure technology in alcoholic drinks

WANG Zhengrong,LI Wei,YANG Li,MA Hanjun*
(School of Food Science,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China)

Ultra-high pressure technique is a kind of new non-thermal technology,which has a very broad application prospect.The review summarized the effect of ultra-high pressure processing on bactericidal action,accelerating aging and physicochemical property of wine,Baijiu,fruit wine, and the application in beer brewing processing.Furthermore,the development prospect of ultra-high pressure processing trend was prospected in alcoholic drink industry.

ultra-high pressure;alcoholic drink industry;sterilization and preservation;beer;accelerating aging

TS262.4

0254-5071（2016）10-0022-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.006

2016-08-01

2015年度大學生“百農(nóng)英才”創(chuàng)新項目，河南科技學院國家級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目

王正榮（1978-），女，副教授，博士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。

馬漢軍（1967-），男，教授，博士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。