葡萄酒二氧化碳浸漬法的研究進展

陳敏，張昊，劉源，朱傳合*

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)和工程學(xué)院，山東泰安 271018）

二氧化碳浸漬法（稱為Carbonic Maceration法或Maceration Carbonique法，簡稱MC法）由法國學(xué)者Flanzy經(jīng)系統(tǒng)的研究后在1935年提出并推廣[1]。其特點是將整串或完好無損的葡萄漿果放置于充滿二氧化碳的密閉容器中，由漿果本身的內(nèi)源酶促使細(xì)胞進行厭氧代謝，隨后進行酒精發(fā)酵和后處理的葡萄酒釀造方法[2]。早期主要用于紅葡萄酒、桃紅葡萄酒，以及少數(shù)酸度較高的白葡萄酒的釀造[2-3]。在浸漬過程中，漿果細(xì)胞內(nèi)會發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，包括少量的糖轉(zhuǎn)化為酒精（1.5%～2%）、蘋果酸的降解、果膠部分溶解、蛋白質(zhì)水解以及酚類、揮發(fā)性化合物等次級代謝物的浸提和形成等[4-6]。通常，一些葡萄在被放入發(fā)酵罐時會被壓碎，其他少量葡萄在厭氧發(fā)酵過程中果皮會開裂，在果皮表面野生酵母的作用下，位于發(fā)酵罐底部的葡萄汁會進行部分酒精發(fā)酵，產(chǎn)生乙醇和二氧化碳[7]。二氧化碳浸漬具有降低酸度、改善品質(zhì)，適宜于特種原料釀造，在葡萄酒及果酒釀造中具有較大發(fā)展前景[8-9]。本文總結(jié)歸納二氧化碳浸漬對葡萄酒品質(zhì)影響及影響二氧化碳浸漬因素，為二氧化碳浸漬工藝更為廣泛應(yīng)用，改善果酒品質(zhì)提供參考。

1 二氧化碳浸漬過程中葡萄酒成分、香氣及抗氧化活性的變化

1.1 糖類物質(zhì)的變化

糖類物質(zhì)是構(gòu)成葡萄酒中大分子物質(zhì)的主要成分之一，是重要的呈味物質(zhì)，其含量及組成與葡萄品種、成熟度、果實的健康程度以及釀造工藝有密切關(guān)系，對葡萄酒的穩(wěn)定性、口感、顏色、香氣有重要影響[10-11]。厭氧條件下，葡萄漿果中的內(nèi)源酶促進果膠溶解，可發(fā)酵糖含量上升，果皮表面的麥角甾醇和齊墩果酸對酵母菌的代謝活動有促進作用[2]，利于葡萄汁中己糖（葡萄糖和果糖）轉(zhuǎn)化為乙醇，因此二氧化碳浸漬酒中殘?zhí)呛枯^低。此外，與傳統(tǒng)法釀造的葡萄酒相比，二氧化碳浸漬酒沒有經(jīng)歷橡木桶的陳釀及后熟過程，酒中沒有溶解陳釀后期酵母釋放的多糖以及木材中的糖苷物質(zhì)，二者的微生物群落差異也較大[7]，因此酒中的多糖含量較低、種類簡單。二氧化碳浸漬過程中利于多糖和肽與單寧分子縮合，可以使單寧不表現(xiàn)其收斂性，從而使葡萄酒的口感更為流暢、圓潤、柔和[2]。

1.2 酸組分的變化

酸是葡萄酒結(jié)構(gòu)的主要組分，對葡萄酒的感官質(zhì)量有重要影響，不僅是平衡葡萄酒口感的關(guān)鍵因素，還對葡萄酒的顏色、穩(wěn)定性有重要作用[12]。葡萄漿果中的有機酸主要是蘋果酸、酒石酸和檸檬酸。完整的葡萄漿果作為一個有機體，在二氧化碳浸漬過程中主要進行無氧呼吸作用，與厭氧代謝相關(guān)的酶類被激活，有機酸作為底物被消耗，蘋果酸在蘋果酸酶和乙醇脫氫酶等作用下轉(zhuǎn)化為乙醇，乳酸菌在厭氧條件下也可將蘋果酸轉(zhuǎn)化為乳酸[6]。厭氧代謝能夠分解部分酒石酸以及近一半的蘋果酸，產(chǎn)生少量乳酸、乙酸、琥珀酸，使總酸含量大幅下降，pH值上升，尖酸的口感也變得更加柔和、圓潤。李素岳[13]以‘蛇龍珠’葡萄為試材，研究了不同浸漬工藝對葡萄酒品質(zhì)的影響，結(jié)果表明二氧化碳浸漬工藝相比傳統(tǒng)工藝能夠顯著降低總酸含量。Joshi[14]分別采用傳統(tǒng)浸漬、熱浸漬、帶皮發(fā)酵和二氧化碳浸漬工藝釀造不同類型的葡萄酒，研究顯示經(jīng)二氧化碳浸漬法制備的葡萄酒擁有更低的酸度，更高的pH值，而且酒精度及揮發(fā)酸含量也降低。Olegar[15]利用‘霞多麗’品種研究不同浸漬工藝對白葡萄酒品質(zhì)的影響，也發(fā)現(xiàn)二氧化碳浸漬會使白葡萄酒總酸降低，pH升高，部分有機酸（如蘋果酸）分解為較弱的酸（如乳酸）。

1.3 色素及酚類物質(zhì)的變化

單寧和酚類物質(zhì)賦予葡萄酒“筋骨”，在葡萄酒感官特性的建立及發(fā)酵和陳釀過程中發(fā)揮著重要作用[16]。酚類物質(zhì)是影響葡萄酒顏色、澀味和苦味的重要成分，其穩(wěn)定性決定了葡萄酒的抗氧化活性和陳釀潛力。類黃酮包括花色素苷、低分子（兒茶素）和高分子原花青素（縮合單寧、原花青素），是最重要的多酚類化合物，對葡萄酒的色度、色調(diào)有重要影響[17]。雖然厭氧條件可以保護花色苷、單寧等酚類物質(zhì)免于氧化脫色，但和傳統(tǒng)工藝釀造的葡萄酒相比，二氧化碳浸漬強度較小，葡萄果汁與皮渣的接觸不充分，厭氧代謝產(chǎn)生的酒精較少，不利于酚類物質(zhì)的浸提以及葡萄籽和皮中單寧的攝取[18]，有利于葡萄酒形成柔順的口感。另外，二氧化碳浸漬法釀造的葡萄酒的特征會隨時間的延長逐漸變?nèi)酰坞x花青素逐漸被氧化[19]，單體色素反應(yīng)生成縮合產(chǎn)物（如吡喃花色素聚合物），導(dǎo)致顏色由紅色向褐色轉(zhuǎn)變，因此更適合快速消費，不宜陳釀。Carroll[20]利用4個葡萄品種在二氧化碳?xì)夥障路謩e進行16 ℃浸漬20 d和24 ℃浸漬10 d的處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紅葡萄酒樣品中的酚類物質(zhì)含量普遍較低，顏色較淺。Spranger等[21]采用二氧化碳浸漬法（溫度35 ℃、時間21 d）、帶梗浸漬法（時間7 d、21 d）和除梗浸漬法（時間7 d）釀造4種紅葡萄酒，結(jié)果顯示二氧化碳浸漬酒的色度較小，酚類化合物的組成與其他酒不同且總量較低，其中低聚原花青素和聚合原花青素的濃度明顯低于傳統(tǒng)釀造法酒。Castillo[22]的研究也認(rèn)為，二氧化碳浸漬釀造的葡萄酒中花青素水平更低。Gomez等[23]通過研究‘西拉’葡萄酒中花色苷組成發(fā)現(xiàn)二氧化碳浸漬酒中總花色素含量較低，但聚合色素的比例較高，也就是二氧化碳浸漬工藝不利于單葡萄糖苷等花色苷的浸提。而Lucía等[7]的研究表明，二氧化碳浸漬葡萄酒顯示出更高的顏色強度和總酚類化合物濃度，花色苷的種類與對照無明顯差異。因此，酚類物質(zhì)的提取強度取決于浸漬條件（溫度、時間）、葡萄漿果中酚類物質(zhì)的類型和分布、乙醇濃度以及二氧化硫濃度[24]。

1.4 香氣及揮發(fā)性物質(zhì)的變化

香氣質(zhì)量是影響葡萄酒感官質(zhì)量的重要因素，香氣成分是構(gòu)成香氣質(zhì)量的重要方面，可以體現(xiàn)葡萄酒的典型性和風(fēng)格[25]。除葡萄產(chǎn)地、品種和成熟度外，釀酒工藝對葡萄酒香氣成分的組成和含量也具有重要影響。研究顯示，二氧化碳浸漬法所創(chuàng)造的厭氧條件能夠降低由脂肪酸形成的己醇和3-己烯醇（草本風(fēng)味來源）的比例，因此可以減弱葡萄酒的生青味及泥土味，賦予更多花香和果香，產(chǎn)生二氧化碳浸漬的獨特香氣[21]。Etaio等[26]研究釀酒工藝（二氧化碳浸漬與除梗浸漬）對歐洲里奧哈紅葡萄酒感官和理化特性的影響，結(jié)果表明二氧化碳浸漬釀造的葡萄酒具有更多新鮮水果的香氣，如濃郁的紅黑漿果香氣，而甘草和樹果味較低。劉晶等[27]分析二氧化碳浸漬工藝對‘NW196’干紅葡萄酒中揮發(fā)性成分的影響，結(jié)果表明，和傳統(tǒng)葡萄酒相比，二氧化碳浸漬酒中酮類物質(zhì)的含量相對較低，但是酯類、酸類和酚類等物質(zhì)的含量以及揮發(fā)性物質(zhì)種類總數(shù)和總含量均表現(xiàn)出不同程度的上升。Sternad等[28]以‘美樂’葡萄為原料，分別用傳統(tǒng)法和二氧化碳浸漬法釀造葡萄酒，研究顯示，傳統(tǒng)酒中2-苯基乙醇、正己醇、異丁醇和異戊醇含量較高且含有更多苯類化合物，而二氧化碳浸漬酒含有較多芳香酸（癸酸、辛酸、丁酸）、異戊基乙酸和乙酸乙酯以及更豐富的醇類物質(zhì)。盡管二氧化碳浸漬法釀造的葡萄酒的特征香氣還沒有完全確定，但研究顯示肉桂酸乙酯和苯甲醛對其香氣組成具有突出貢獻。此外，二氧化碳浸漬法釀造的葡萄酒中有較高濃度的癸酸乙酯、丁香酚、甲基和乙基香草醇、乙基和乙烯基愈創(chuàng)木酚以及乙基和乙烯基苯酚，從葡萄中釋放出的萜類化合物也有助于二氧化碳浸漬葡萄酒獨特風(fēng)味的形成[5]。

1.5 含氮物質(zhì)與微生物的變化

二氧化碳浸漬過程會伴隨著總氮和氨基酸含量的升高，大多數(shù)氨基酸（酪氨酸、賴氨酸、甘氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、組氨酸）的含量都有所上升，但天冬氨酸和谷氨酸卻幾乎全部消失[1,29]，主要歸因于漿果果膠部分溶解和蛋白質(zhì)水解?？扇苄缘锏纳仙?、浸漬過程適宜的溫度（30～35 ℃）以及基質(zhì)中相對較低的總酸和酒精含量有利于酵母菌及乳酸菌的生長繁殖，為接下來的酒精發(fā)酵和蘋果酸-乳酸發(fā)酵奠定基礎(chǔ)，但同時也容易產(chǎn)生細(xì)菌性病害，影響葡萄酒品質(zhì)，因此應(yīng)嚴(yán)格控制衛(wèi)生狀況[29]。Guzzon等[30]研究二氧化碳浸漬對釀酒前期微生物群的影響，發(fā)現(xiàn)二氧化碳條件下更適合兼性厭氧菌如乳酸菌的生長，有利于蘋果酸的分解，而且在二氧化碳浸漬過程中觀察到最高的生物多樣性，另外，二氧化碳浸漬酒中生物胺濃度更高但低于危險值。也有研究顯示二氧化碳浸漬葡萄酒中乳酸菌的含量更高，且可以檢測到較少數(shù)量的酒香酵母群落。李華[2]的研究也顯示，浸漬過程中較低的酒精含量以及果實表面的脂肪酸等物質(zhì)能促進酵母菌的活動。

1.6 抗氧化活性的變化

葡萄酒抗氧化活性一般與酒中總酚含量、有機酸含量、生物活性成分具有良好的相關(guān)性。二氧化碳浸漬葡萄酒的抗氧化能力因葡萄品種、浸漬工藝、發(fā)酵工藝不同而有差異，但可以確定的是，在浸漬的各個階段葡萄汁的抗氧化能力與總酚、總黃酮、花青素等生物活性成分含量的變化呈正相關(guān)。Olejar[31]研究發(fā)現(xiàn)，用二氧化碳浸漬法釀造的‘長相思’葡萄酒中酚類物質(zhì)和氨基酸濃度均高于對照，抗氧化能力比對照提高6～7倍。此外，黃烷-3-醇、白藜蘆醇是主要存在于葡萄果梗、皮和種子中的高活性化合物，厭氧代謝產(chǎn)生的乙醇可以有效提取種子中的活性物質(zhì)，進而增加酒中氨基酸含量，增強抗氧化活性。Pellegrini等[32]發(fā)現(xiàn)，二氧化碳浸漬葡萄酒和對照葡萄酒的平均總抗氧化活性相似。Clare[33]發(fā)現(xiàn)二氧化碳浸漬酒和對照葡萄酒在白藜蘆醇的濃度上的沒有差異。此外，Sun等[19]發(fā)現(xiàn)，二氧化碳浸漬葡萄酒的白藜蘆醇含量低于傳統(tǒng)法制成的葡萄酒。盡管不同研究描述不同的試驗結(jié)果，但是二氧化碳浸漬酒應(yīng)該在短時間（一般是3個月）內(nèi)飲用，其生物活性物質(zhì)損失較小。相比之下傳統(tǒng)紅葡萄酒在老化后飲用，生物活性物質(zhì)含量降低，導(dǎo)致其抗氧化能力下降。

2 影響二氧化碳浸漬的因素

2.1 原料狀況

葡萄漿果的完整性有利于二氧化碳浸漬的順利進行，盡量降低葡萄的破損率是保證二氧化碳浸漬質(zhì)量的首要條件。二氧化碳浸漬所創(chuàng)造的厭氧條件，有利于一些厭氧或兼性厭氧微生物（如乳酸菌）的生長繁殖，若原料完整性和衛(wèi)生狀況較差，容易發(fā)生細(xì)菌性病害，造成乙酸和其他令人不快的化合物增加，水果香氣減少，出現(xiàn)黃油等風(fēng)味，酸味和澀味增加[30]。因此，在葡萄原料采收和運輸過程中應(yīng)盡量避免果實破碎和擠壓，最好進行人工采摘，挑選成熟果實，去除爛果[34]。接收原料時采用傳送帶運輸，裝罐時應(yīng)避免從高處往下倒[2]。另外，應(yīng)對葡萄原料的衛(wèi)生狀況進行嚴(yán)格控制，不能含有感染霉菌的果實。

2.2 溫度

溫度是影響二氧化碳浸漬最關(guān)鍵的因素之一，在浸漬過程中保持較高的溫度有利于蘋果酸的分解，而且能促進果實中酚類以及揮發(fā)性物質(zhì)的浸提[29,35]。在一定范圍內(nèi)，浸漬溫度越高，厭氧代謝啟動和平衡耗時越短，降酸速度越快、降幅越大，色素、酚類成分的提取速率越快、溶解量越大，而且會增加葡萄汁中色素、酚類、香氣的種類及聚合程度[1-2]。但是，要避免浸漬溫度過高，否則葡萄汁中的不穩(wěn)定成分容易被分解，且有感染雜菌的風(fēng)險，引起不良風(fēng)味。一般二氧化碳浸漬的溫度控制在30～35 ℃，浸漬結(jié)束后在較低的溫度下（18～20 ℃）進行酒精發(fā)酵[2,29]，為使下一階段酒精發(fā)酵順利進行，浸漬后期可適當(dāng)調(diào)整溫度。

2.3 時間

浸漬時間是對葡萄酚類物質(zhì)提取影響最大的因素，浸漬時間的延長會增加果皮和種子中兒茶素和原花色素的浸提，對葡萄酒中花青素-單寧復(fù)合物的形成有積極影響，有利于葡萄酒揮發(fā)性物質(zhì)的浸提以及顏色的穩(wěn)定性[24]。但經(jīng)歷過長時間的浸漬，葡萄汁的酒精度、酸堿度等物理和化學(xué)條件改變會導(dǎo)致花色苷在浸漬結(jié)束時減少，也會增加感染雜菌的風(fēng)險[24]。二氧化碳浸漬的時間取決于浸漬溫度，一般不少于8 d，有些紅葡萄品種甚至可達(dá)18～21 d。何忠寶[36]利用‘玫瑰香’葡萄為原料，研究二氧化碳浸漬法釀造葡萄醋的工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨浸漬時間的延長，葡萄汁的色度、2-苯乙醇（‘玫瑰香’品種的特征香氣物質(zhì)）含量及單寧含量明顯上升，浸漬后期上升趨勢放緩，最終確定最佳浸漬時間為5 d，制備出的葡萄醋色澤鮮艷，果香怡人。

2.4 其他因素

二氧化碳浸漬法對壓力條件沒有明確要求，一般二氧化碳的充入量應(yīng)為浸漬罐體積的3～4倍[2,37]。為抵消被漿果吸收以及發(fā)酵罐密封不嚴(yán)逸出的部分氣體，可在第二天補充適量二氧化碳。以黑果腺肋花楸為原料研究二氧化碳浸漬工藝釀造黑果腺肋花楸干酒的最佳參數(shù)，結(jié)果顯示，隨二氧化碳浸漬壓力的增加，總酸含量逐漸減少，單寧和花色素苷含量先增加后降低，主要原因在于一定范圍內(nèi)增加壓力能促進果實細(xì)胞內(nèi)發(fā)酵的進行，利于花色苷溶出，而壓力過大則會導(dǎo)致花色苷分解[38]。為獲得良好的二氧化碳浸漬效果，對于衛(wèi)生狀況不好的原料，有時會在裝罐時添加一定濃度的亞硫酸，但濃度不宜過大。

3 二氧化碳浸漬法的應(yīng)用

二氧化碳浸漬釀造法會使葡萄酒具有獨特的風(fēng)味，但也會掩蓋品種特性，一些優(yōu)良葡萄品種會喪失其典型風(fēng)格，因此二氧化碳浸漬法通常局限于少數(shù)紅葡萄品種。但隨著對二氧化碳浸漬研究的深入，這種獨特的釀造工藝被廣泛應(yīng)用于更多新型葡萄酒、葡萄醋以及果酒。Zhang[39]首次研究利用二氧化碳浸漬法釀造‘玫瑰香’葡萄酒，結(jié)果表明二氧化碳浸漬酒的色度及揮發(fā)性成分含量（6384.97 ug/L）顯著高于傳統(tǒng)葡萄酒，而且二氧化碳浸漬葡萄酒具有最高的氣味活性值（OAV）和感官評價得分，與其它常規(guī)方法相比，二氧化碳浸漬法顯著提高了‘玫瑰香’葡萄酒的質(zhì)量。劉晶[40]利用二氧化碳浸漬法釀造野生毛葡萄酒及其雜交種‘NW196’葡萄酒，研究表明二氧化碳浸漬法能有效降低葡萄酒總酸含量，減弱苦澀感，提高葡萄酒的感官質(zhì)量。李凱等[41]研究發(fā)現(xiàn)，二氧化碳浸漬法和傳統(tǒng)法釀造‘玫瑰香’葡萄酒在香氣成分中存在顯著差異。張軼斌等[42]運用低溫二氧化碳浸漬法、傳統(tǒng)法以及常溫二氧化碳浸漬法釀造新型‘玫瑰香’葡萄醋，結(jié)果表明，二氧化碳浸漬法可以很大程度保留酚類等功能因子，最大限度降低單寧含量，改善葡萄醋的口感和香氣質(zhì)量。董瑩璨等[43-44]研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)法相比，二氧化碳浸漬法能夠降低藍(lán)莓酒總酸，增強黃酮類和酚酸類物質(zhì)的浸提，提高酯類和萜烯類含量，使藍(lán)莓酒更具有清新優(yōu)雅的特點。

4 展望

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展和生活水平的提高，人們對酒類產(chǎn)品的需求逐漸增大，而且更加追求營養(yǎng)健康、口味多樣的酒類飲料。二氧化碳浸漬工藝釀造的葡萄酒具有更低的酸度、酒精度和單寧及酚類物質(zhì)，口感柔和，果香濃郁，有新鮮葡萄酒特有的風(fēng)格，更能迎合國人的口味需求。而且二氧化碳浸漬法釀造的葡萄酒生產(chǎn)周期短，能夠快速上市，企業(yè)資金流轉(zhuǎn)快，能大大提高經(jīng)濟效益[2,29]。但需要注意的是，二氧化碳浸漬法對原料要求嚴(yán)格，不同生理生化特征的葡萄對于二氧化碳浸漬的條件也不同，不適宜的浸漬溫度或時間會破壞葡萄酒的感官品質(zhì)。二氧化碳浸漬法對葡萄酒的積極效果必須建立在控制原料衛(wèi)生及浸漬條件上，在實際應(yīng)用中，還需要考慮不同葡萄品種之間的生化差異，同種葡萄采收成熟度的差異，原料運輸狀況的差異等因素的影響，如何針對差異來最大限度地保證二氧化碳浸漬的順利進行，提升葡萄酒的感官品質(zhì)，是未來需要系統(tǒng)深入研究的問題。

綜上，二氧化碳浸漬法在我國酒類產(chǎn)品市場中有很大的發(fā)展?jié)摿?，對果酒行業(yè)有重大意義。目前我國對二氧化碳浸漬法的研究比較少，研究內(nèi)容比較基礎(chǔ)，沒有充分地對二氧化碳浸漬法進行創(chuàng)新性利用，為了應(yīng)該結(jié)合實際進行更深入的研究，根據(jù)不同葡萄品種的生理生化特點，對該釀酒工藝進行歸納總結(jié)，使其廣泛應(yīng)用于葡萄酒及其他果酒的生產(chǎn)中，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。