超聲波輔助熟化紅葡萄酒技術研究進展*

張清安，范學輝，原江鋒

1(陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安，710062)

2(陜西師范大學體育學院，陜西 西安，710062)

3(河南科技大學食品與生物工程學院，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，經全部或部分發酵釀制而成的，含有一定酒精度的發酵酒。發酵剛結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，酒體不協調和飲后缺乏回味感等缺陷，要經過一段時間的貯存。貯存期間生葡萄酒經過一系列緩慢的物理、化學及生物化學變化后，酒體芳香醇和、豐滿協調，從而達到最佳飲用狀態。這個過程稱為葡萄酒的陳釀或老熟(化)或成熟［1］。

傳統的成熟方式也叫自然陳釀法，即將經過發酵的新酒貯存在橡木桶里，后在酒窖中后經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，從而誘導一系列復雜反應的發生;同時，再加上橡木材料中芳香類物質的融入，使酒的顏色、口感、香味等更加勻和、協調，此狀態的酒即為該酒的“酒峰”(Peak)或“壯年期”;而后隨著時間的推移，酒的品質會逐漸下降、適口性降低［1-6］。

雖然自然老熟是一種經典有效獲得高品質葡萄酒的陳釀方法，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)，從而限制了企業的生產量;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增大了勞動強度;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有較大差異。因此，葡萄酒生產商和科技工作者，希望能找到一種人工催熟技術使“酒峰”盡可能早出現、晚消失，從而使酒的“最佳狀態”盡可能保持更長時間，以提高酒的品質和生產量。

目前，已報道的有關酒類產品的人工催陳技術主要有微氧處理［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和成熟外，其它技術的應用研究還遠不成熟。

2 超聲波應用于加速葡萄酒成熟的研究進展

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

李卉［25］研究了超聲波對干紅葡萄酒感官指標、花色素、色度、色調和總酸濃度的影響，結果表明經超聲波處理18 min后葡萄酒整體質量得到提升。趙贊［26］采用同樣的超聲參數研究對新鮮干紅葡萄酒香氣成分的影響，結果表明經超聲波處理后，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%，超聲波處理可促進酯化、去雜增香，使酒體柔和;而且經超聲處理后的葡萄酒在存放過程中未見“回生”現象發生。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，消除不良氣味硫味、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、協調;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，增強了煙熏、焦糖味，口感圓潤、醇厚、結構感強。總之，橡木片和超聲波復合處理技術，能明顯縮短處理時間，增加催陳效果。

臺灣宜蘭大學的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，結果表明超聲波確實可以加速酒的成熟，而飲料酒中酒精含量、可滴定酸值、揮發性芳香物質、感官評定和酒齡與自然陳釀的飲料酒的品質類似;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戴維斯分校的Singleton教授及其團隊就開展了超聲波同時充氣加速紅葡萄酒熟化的相關研究，但限于當時的研究條件和技術，而且經超聲處理后紅葡萄酒的理化指標(pH、可滴定酸、揮發性酸、氧化還原電位、揮發性醛、揮發性酯、干物質、酒精、單寧等含量和酒的光譜特性)變化微小，而且不規律，同時感官品嘗發現了焦糊味［30］，所以該研究技術及結果當時并未受到太多關注。

近年來，隨著現代分析測試技術和手段的發展與完善，將超聲波應用于酒類產品快速熟化又引起了廣大科技工作者和相關企業的廣泛關注。目前已有3項相關專利獲批［33-34，40］，其中一項是有關促進酒類熟化的超聲設備的開發及其應用參數，另外兩項是有關超聲波處理對飲料品質影響的應用研究。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理及對酒品質的影響，而對超聲誘導作用下葡萄酒中相關理化、感官指標的變化及機理研究卻較少。

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等單位聯合攻關開展(項目工作和宣傳網站:http://projects.iris.cat/projects/ultrafinewine;http://www.ultrafinewine.eu/)。項目目的在于研究開發一種超聲設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事從孫大文院士開展博士后合作研究)并承擔超聲誘導處理對紅葡萄酒品質影響的研究內容。通過該項目的開展，開發出了用于紅葡萄酒老化的原型機(Flow Cell)，并研究了Flow Cell處理對酒的顏色(色值、色調等)、口感等感官指標和pH、可滴定酸、揮發性酸、總酚、花青素(含總花青素、結合花青素和游離花青素)、乙醛、單寧、SO2、乙醇、還原糖、黃烷醇、酒石酸酯等化學指標的影響，優化了中試工藝參數范圍(聲功率小于35W/L，時間1 h以內，溫度20℃左右)。研究結果表明，超聲處理的確對以上評價指標有一定影響，能快速改變紅葡萄酒品質。

但遺憾的是各酒莊(項目合作酒莊及在歐盟內通過問卷所調查的其他7個國家的酒莊)對此新技術的應用前景均持謹慎觀望態度。原因是經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，專業人士和一般消費者均這樣認為)，但化學指標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為只有明確了解酒中主要理化指標的真實變化及規律，并使這些變化處于可控狀態之中。同時，酒的品質與自然成熟酒的品質類似時，他們心里才踏實、才敢將該技術真正應用于生產實踐中。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極為相關的酚類物質(如黃烷-3-醇及花色苷類等物質)的變化規律是他們最為關心的。但這些卻是該項目未曾深入涉及的研究內容，也可以說是該項目的遺憾之處;同時，也給后續研究提出了一個很好的課題。

3 展望

總之，國內外現有研究均表明，適度(過強和過長時間處理將會破壞酒的品質)超聲波誘導處理的確可以在一定程度上影響甚至改善葡萄酒的品質。但是，目前的研究多集中在超聲誘導對酒的理化及感官指標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和所獲得結果也有很大差異，而對變化機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(如黃烷-3-醇及花色苷類等)在超聲場誘導下的變化機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-醇及花色苷類物質分別與酒的苦味、收斂性和褐變、顏色等特性緊密相關，很大程度上也是評價酒的品質的重要指標;同時，這些物質也是葡萄酒自然熟化過程中變化機理相對明確、研究集中的熱點［3，4，6，11，44-51］。鑒于酒中物質種類繁多，要想弄清楚每一物質在超聲場誘導下的具體變化及機理，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理時應以酒中含量較高且對酒品質有重要影響的代表性酚類物質為對象開展研究，這樣研究結果也便于和這些物質在自然熟化過程中相對明確的變化機理相比較。

自然熟化過程中，酒中酚類物質在微量氧氣的作用下發生一系列氧化、縮合或聚合反應，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下，酒中氧氣含量會更低、由其所誘導的反應將會更慢甚至不發生，也即此時氧氣及其引發的微氧化反應已經不是超聲加速酒類品質改變的主要因素。但超聲空化及其所產的瞬時高壓、高溫能使水分子裂解從而產生氫及羥基自由基卻是不爭的事實［52，53］;而超聲作用于葡萄酒時能否誘導酒中乙醇、酚類物質也產生自由基，從而引發連鎖反應導致酚類氧化成(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;也是制約該技術能否真正應用于催熟紅葡萄酒產業的瓶頸，有待于進一步研究。

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