無醇‘赤霞珠’紅葡萄酒工藝條件的優(yōu)化

陳方圓，何曦，鄭明鵬，李亞軍，張軍翔

（1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2. 寧夏大學(xué)食品與葡萄酒學(xué)院/葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心，寧夏銀川 750021）

近些年，隨著社會(huì)發(fā)展與人民生活水平的不斷提高，更加健康的飲食方式倍受關(guān)注，無醇葡萄酒（Non-alcohol wines）逐漸被消費(fèi)者所接受。無醇葡萄酒又稱脫醇葡萄酒[1]。脫醇葡萄酒是指用鮮葡萄或葡萄汁經(jīng)全部或部分發(fā)酵，采用特種工藝加工而成的酒精度為0.5%～1.0%的葡萄酒[2]。目前，我國已有無醇啤酒[3]、無醇椰棗酒[4]等產(chǎn)品，深受年輕人、婦女、老人及一些特殊人群的喜愛。試驗(yàn)證明，經(jīng)生產(chǎn)工藝的改善和脫醇設(shè)備的升級(jí)、香氣物質(zhì)回收等方式的建立，使無醇葡萄酒品質(zhì)得到大幅度提高[5]。

脫醇技術(shù)是生產(chǎn)無醇產(chǎn)品的關(guān)鍵，根據(jù)其機(jī)理可分為物理脫醇法與限制發(fā)酵法[6]。采用不同脫醇技術(shù)所獲得的產(chǎn)品，其酒體的和諧性與圓潤感會(huì)有所不同[7]。物理脫醇法是利用脫醇設(shè)備或工藝改良將乙醇從葡萄酒中分離出來，包括熱處理法、膜滲透法、萃取法和吸附法等。熱處理法包括旋轉(zhuǎn)錐柱、分子蒸餾法和真空蒸餾法；萃取法包括有機(jī)溶劑萃取法[8]和超臨界萃取法[9]；吸附法是利用苯乙烯多孔樹脂等對乙醇進(jìn)行吸附，僅適用于實(shí)驗(yàn)室[10]；膜滲透法有反滲透膜法和滲透汽化法。分子蒸餾裝置由進(jìn)料系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等組成[11]，與旋轉(zhuǎn)錐柱法一樣成本較高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)；真空蒸餾是在真空或減壓條件下進(jìn)行，設(shè)定蒸餾溫度、蒸餾時(shí)間等參數(shù)，將含有不同揮發(fā)性物質(zhì)的混合物沸騰，冷凝后分離過多的乙醇[12]。孫尤海等[13]利用真空蒸餾設(shè)備降低蒸餾溫度，縮短蒸餾時(shí)間，能夠有效改善脫醇葡萄酒的品質(zhì)；旋轉(zhuǎn)錐柱在真空條件下通過蒸汽提取酒液中的乙醇，有效回收揮發(fā)性成分[14]。

冷凍濃縮是利用冰與水溶液之間的固液平衡原理，設(shè)置溶液冰點(diǎn)溫度，水以固態(tài)方式從溶液中去除的一種濃縮方法[15]。張春婭等[16]通過對干白葡萄酒進(jìn)行冷凍濃縮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酒精和糖可進(jìn)行濃縮分離，改善了干白葡萄酒的品質(zhì)。孫卉卉等[17]采用改裝的冷凍濃縮裝置，證明冷凍濃縮是一種較好地保持葡萄汁品質(zhì)、香氣和營養(yǎng)成分的方法。蘇本義[18]通過設(shè)定葡萄酒冷凍濃縮冰點(diǎn)溫度，經(jīng)真空蒸餾對葡萄原酒進(jìn)行脫醇，最大限度保持葡萄原酒風(fēng)味、色澤與口感。通過冷凍除去葡萄酒中的部分水分，經(jīng)蒸餾脫去酒液中的乙醇，使揮發(fā)性香氣組分損失減小[19]。

本試驗(yàn)以‘赤霞珠’干紅葡萄酒為原料，采用冷凍濃縮和真空蒸餾法相結(jié)合的方法進(jìn)行脫醇，設(shè)定冷凍濃縮、旋蒸時(shí)間、旋蒸溫度參數(shù)梯度，篩選出最佳的脫醇技術(shù)參數(shù)，為無醇紅葡萄酒生產(chǎn)工藝提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘赤霞珠’干紅葡萄酒（酒度15.6% Vol，下同）：寧夏大學(xué)食品與葡萄酒學(xué)院；氫氧化鈉和碘：天津市大茂化學(xué)試劑廠；葡萄糖：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；硫酸銅、無水碳酸鈉、次甲基藍(lán)、酚酞、亞硫酸氫鈉：上海廣諾化學(xué)科技有限公司；鹽酸：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

恒溫水浴鍋（HH-4）：蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司；全自動(dòng)葡萄酒分析儀（Y15）：北京君恒貿(mào)易有限公司；雙光束紫外分光光度計(jì)（TU-1901）：北京普析通用儀器有限公司；電子分析天平（ME104E）：梅特勒-托利多儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（EV400）、真空泵（VP2C）、循環(huán)水冷卻器H50：北京萊伯泰科儀器股份有限公司；冰箱（BCD-190WDGC）；青島海爾股份有限公司。

1.3 工藝流程

‘赤霞珠’干紅葡萄酒→冷凍濃縮處理→固液分離→真空蒸餾脫醇→脫醇酒→貯存→調(diào)配→過濾→灌裝→包裝→無醇葡萄酒成品

1.4 主要試驗(yàn)步驟

1.4.1 冷凍濃縮

每處理取酒樣1 L，放入-18 ℃冷凍柜內(nèi)進(jìn)行處理，冷凍2～4 h后，將其中的冰晶與濃縮液進(jìn)行固液分離得到濃縮酒，完成葡萄酒冷凍濃縮處理。

冷凍濃縮率的計(jì)算：Rc（%）=Di/Db×100

式中：Rc指冷凍濃縮率；Db指葡萄酒冷凍前的體積；Di指冷凍后水的體積。

1.4.2 真空蒸餾

將冷凝裝置接通并降溫到5 ℃，同時(shí)開啟水浴鍋，設(shè)定不同溫度。從冷凍固液分離后的酒液中取300 mL加入茄形瓶內(nèi)（保持15～20 ℃），設(shè)置旋蒸儀轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)旋蒸儀，接通真空泵，關(guān)閉旋轉(zhuǎn)冷凝回流管頂塞進(jìn)行脫醇處理。

1.4.3 酒精度檢測

按照《葡萄酒、果酒通用分析方法》(GB/T 15038—2006)。

1.4.4 澄清、過濾

1.4.5 脫醇率的計(jì)算

Rd（%）=(Ab－Al)/Ab×100

式中：Rd指脫醇率；Ab指脫醇前酒度；Al指脫醇后酒度。

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)：在無醇葡萄酒生產(chǎn)過程中，探究原酒的冷凍濃縮率、真空蒸餾過程中旋蒸時(shí)間、旋蒸溫度3個(gè)因素對葡萄酒脫醇效果的影響。

1.5.1 冷凍濃縮對葡萄酒脫醇的影響

冷凍濃縮率即冷凍后水體積占原酒總體積的百分比，設(shè)置冷凍濃縮率為0、10%、15%、20%、25%、30%。在固定真空蒸餾旋蒸溫度35 ℃、旋蒸時(shí)間45 min條件下，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察冷凍濃縮對葡萄酒脫醇的影響。

1.5.2 真空蒸餾法旋蒸時(shí)間對葡萄酒脫醇的影響

有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在固定真空度0.005 MPa條件下，因旋蒸時(shí)間過長，會(huì)對酒的香氣與口感造成不良影響[20]，故所有處理蒸餾時(shí)間最長設(shè)置為45 min。在固定冷凍濃縮率25%、旋蒸溫度35 ℃下，設(shè)置旋蒸時(shí)間水平（25、30、35、40、45 min），進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察旋蒸時(shí)間對葡萄酒脫醇的影響。

1.5.3 真空蒸餾法旋蒸溫度對葡萄酒脫醇的影響

在固定冷凍濃縮率25%、旋蒸時(shí)間45 min下，設(shè)置旋蒸溫度水平（20、25、30、35、40 ℃），進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探究旋蒸溫度對葡萄酒脫醇的影響。

1.5.4 無醇葡萄酒工藝優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上得出冷凍濃縮率、旋蒸時(shí)間、旋蒸溫度3因素3水平進(jìn)行工藝優(yōu)化脫醇試驗(yàn)，具體因素水平見表1。通過以上研究結(jié)果得到紅葡萄酒在冷凍濃縮率、旋蒸時(shí)間、旋蒸溫度方面的最佳脫醇工藝條件。

表1 工藝優(yōu)化脫醇試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor level of dealcoholization orthocross test

1.6 檢測指標(biāo)及方法

1.6.1 感官評(píng)價(jià)方法

感官品評(píng)小組由寧夏大學(xué)食品與葡萄酒專業(yè)的博士、碩士研究生與葡萄酒學(xué)院大四學(xué)生（其中男生7人，女生8人，年齡均在20～28歲）組成，在標(biāo)準(zhǔn)品酒室（ISO 8589—1998）使用標(biāo)準(zhǔn)品酒杯（ISO 3591—1997），以盲品的方式進(jìn)行評(píng)鑒。感官品評(píng)采取百分制，外觀20分、香氣30分、口感40分、澄清度10分[1]，評(píng)分依據(jù)見表2。

表2 無醇葡萄酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria for non-alcohol wines

1.6.2 理化指標(biāo)

按照《葡萄酒、果酒通用分析方法》(GB/T 15038—2006)，對葡萄酒總酸、總糖等基本理化指標(biāo)進(jìn)行測定，采用貝塔·史密斯法[21]測總單寧。

色度的測定：分別測定葡萄酒在420、520、620 nm波長下的吸光值，3個(gè)波長的吸光值之和即為葡萄酒色度。色調(diào)的測定：葡萄酒色調(diào)為葡萄酒在420 nm和520 nm波長下吸光值之商。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office 2019對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Origin 2019軟件繪制折線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 冷凍濃縮率對葡萄酒脫醇的影響

由圖1可知，在固定真空蒸餾旋蒸溫度35 ℃、旋蒸時(shí)間45 min時(shí)，隨著冷凍濃縮率逐漸升高，酒精度越來越低。只經(jīng)過真空蒸餾，不冷凍濃縮時(shí)酒精度為4.47%，脫醇率為72.44%。當(dāng)冷凍濃縮率為30%時(shí)，酒精度最低為0.13%；冷凍濃縮率為25%時(shí)，達(dá)到無醇酒精度要求（0.5%～1%）。因此，選擇冷凍濃縮率20%、25%、30%，酒精度分別為1.87%、0.50%、0.13%，脫醇率分別為87.82%、96.79%、99.36%時(shí)，進(jìn)行工藝優(yōu)化脫醇試驗(yàn)。

圖1 冷凍濃縮率對酒精度的影響Figure 1 Influence of different freeze concentration rate on alcohol content

2.1.2 真空蒸餾法旋蒸時(shí)間對葡萄酒脫醇的影響

由圖2可知，隨著旋蒸時(shí)間的延長，酒精度越低；當(dāng)旋蒸時(shí)間為45 min，酒精度達(dá)到無醇葡萄酒酒精度要求（0.5%～1%）。因此選擇選擇旋蒸時(shí)間35、40、45 min，酒精度分別為1.80%、1.37%、0.3%，其脫醇率分別為88.46%、91.67%、98.08%。進(jìn)行工藝優(yōu)化脫醇試驗(yàn)。

圖2 旋蒸時(shí)間對酒精度的影響Figure 2 Effect of rotary evaporation time on alcohol content

2.1.3 真空蒸餾旋蒸溫度對脫醇的影響

由圖3可知隨著旋蒸溫度的升高，脫醇效果越好，當(dāng)旋蒸溫度為30、35、40 ℃時(shí)，酒精度均低于2%。因此選擇30、35、40 ℃，酒精度分別為1.87%、0.57%、0.27%，脫醇率分別為87.82%、96.79%、98.08%時(shí)進(jìn)行工藝優(yōu)化脫醇試驗(yàn)。

2.2 旋蒸溫度與旋蒸時(shí)間交互作用的脫醇效果分析

由表3可知，當(dāng)冷凍濃縮率20%、旋蒸時(shí)間35 min時(shí)，溫度30 ℃時(shí)酒精度降低到4.63%，脫醇率為67.26%；溫度40 ℃時(shí)酒精度降低到1.43%，脫醇率為89.87%，未達(dá)到無醇效果，說明35 min旋蒸時(shí)間太短，乙醇不能被有效的脫除。當(dāng)蒸餾時(shí)間40 min、溫度30 ℃時(shí)，酒精度降低到4%，脫醇率為71.73%，未達(dá)到無醇效果，旋蒸溫度40 ℃時(shí)，酒精度降低到0.7%，脫醇率達(dá)95.05%，達(dá)到無醇效果。當(dāng)旋蒸溫度為40 ℃，旋蒸時(shí)間40、45 min，脫醇率為95.05%、98.35%，酒精度均達(dá)到無醇效果，故蒸餾時(shí)間相同時(shí)，蒸餾溫度越高，脫醇效率越好。

表3 不同冷凍濃縮率下真空蒸餾脫醇效果Table 3 Dealcoholization effect of vacuum distillation under different freeze concentration rates

當(dāng)冷凍濃縮率25%時(shí)，分析不同溫度和時(shí)間條件下的脫醇效果。在旋蒸時(shí)間40 min，溫度35 ℃時(shí)酒精度降低到1.4%，脫醇率90.11%，未達(dá)到無醇效果；當(dāng)溫度在40 ℃時(shí)酒精度降低到0.37%，脫醇率為97.41%，達(dá)到無醇效果。當(dāng)旋蒸時(shí)間45 min時(shí)，旋蒸溫度35、40 ℃，脫醇率均為97.4%，達(dá)到無醇效果。

當(dāng)冷凍濃縮率30%，分析不同溫度和時(shí)間條件下的脫醇效果。在旋蒸溫度35 ℃、時(shí)間45 min時(shí)，脫醇率為96.70%，以及旋蒸溫度為40 ℃，旋蒸時(shí)間35、40、45 min，脫醇率分別為95.05%、97.41%、97.41%均達(dá)到無醇效果。

2.3 工藝優(yōu)化條件對‘赤霞珠’葡萄酒品質(zhì)的影響

2.3.1 工藝優(yōu)化條件對葡萄酒感官品質(zhì)的影響

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，篩選出9組無醇葡萄酒工藝優(yōu)化的脫醇參數(shù)，不同參數(shù)處理下產(chǎn)品的感官品評(píng)結(jié)果見表4。當(dāng)旋蒸溫度40 ℃時(shí)，旋蒸時(shí)間35 min的產(chǎn)品感官評(píng)分均高于其他時(shí)間處理；當(dāng)旋蒸溫度35 ℃、旋蒸時(shí)間45 min、冷凍濃縮率為25%時(shí)感官評(píng)分最高為88分，為本研究中最佳真空蒸餾脫醇工藝參數(shù)。

表4 無醇紅葡萄酒工藝優(yōu)化脫醇感官品評(píng)結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of dealcoholization process optimization for alcohol-free red wine

2.3.2 脫醇工藝優(yōu)化對‘赤霞珠’葡萄酒理化指標(biāo)的影響

由表4結(jié)果可知，干紅葡萄酒經(jīng)真空蒸餾工藝優(yōu)化得到無醇葡萄酒最佳脫醇參數(shù)為冷凍濃縮率25%，旋蒸溫度35 ℃，旋蒸時(shí)間45 min。將在此條件下獲得的無醇紅葡萄酒與干紅葡萄原酒對比，得出各理化指標(biāo)的變化。由表5可知，總酸增幅大于總糖，而經(jīng)無醇紅葡萄酒工藝優(yōu)化得到的無醇葡萄酒總酸、總糖顯著高于葡萄原酒，一定程度上會(huì)緩解無醇葡萄酒糖酸不平衡、口感粗糙的問題。無醇葡萄酒游離SO2低于原酒，而總單寧、總花色苷含量以及色度、色調(diào)均高于原酒。

表5 不同處理?xiàng)l件下葡萄酒理化指標(biāo)Table 5 Physicochemical indexes of wine under different treatments

3 結(jié)論與討論

隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，脫醇技術(shù)逐漸被開發(fā)并應(yīng)用于無醇葡萄酒的生產(chǎn)。物理脫醇真空蒸餾法（又稱減壓蒸餾）在負(fù)壓條件下進(jìn)行蒸餾操作，負(fù)壓條件降低了物質(zhì)的沸點(diǎn)，使得在較低的溫度下蒸餾出產(chǎn)品[22]。齊曉琴等[23]通過真空蒸餾設(shè)備對半甜型紅葡萄酒進(jìn)行脫醇研究，發(fā)現(xiàn)脫醇后的葡萄酒色度、總酸、總糖等均有一定程度的上升，與本研究結(jié)果相似。這是因?yàn)樵谡婵照麴s過程中，隨著水分從葡萄酒液體中蒸發(fā)，導(dǎo)致脫醇后酒液濃度增加。但也有利用真空蒸餾得到的果酒口感下降的情況，需要通過添加調(diào)味劑進(jìn)行口感改良。如劉向陽等[24]經(jīng)真空蒸餾制備零度藍(lán)莓果酒時(shí)，需通過添加芒果和葡萄汁調(diào)配口感；王蘇輝[25]以‘玫瑰香’葡萄為原料，采用真空蒸餾去除乙醇，脫醇后添加軟化水和濃縮葡萄汁改善口感。本研究通過對真空蒸餾法的工藝進(jìn)行優(yōu)化，在未添加任何輔料的前提下，提升了脫醇葡萄酒的口感，解決了因真空蒸餾而使風(fēng)味物質(zhì)消失的問題。

本研究以‘赤霞珠’干紅葡萄酒為原料，脫醇效果及感官評(píng)分為指標(biāo)，對冷凍濃縮、旋蒸時(shí)間、旋蒸溫度這三個(gè)因素進(jìn)行單因素和復(fù)合因素的工藝優(yōu)化試驗(yàn)，得到冷凍濃縮率25%、旋蒸時(shí)間45 min、旋蒸溫度35 ℃為最佳脫醇工藝參數(shù)。通過對真空蒸餾法進(jìn)行工藝優(yōu)化，未添加任何輔料，使口感得到一定程度的提升，并將溫度及時(shí)間參數(shù)相對縮短。工藝優(yōu)化后的無醇酒總糖、總酸、色度等理化指標(biāo)均為增長趨勢。此工藝為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無醇葡萄酒提供了新的工藝方法，對豐富葡萄酒類產(chǎn)品具有重要意義。