超高壓技術在酒類生產中的研究進展

王正榮，李瑋，楊麗，馬漢軍*

（河南科技學院食品學院，河南新鄉453003）

超高壓技術在酒類生產中的研究進展

王正榮，李瑋，楊麗，馬漢軍*

（河南科技學院食品學院，河南新鄉453003）

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

超高壓；釀酒業；殺菌保鮮；啤酒；催陳

超高壓技術（ultra high pressure processing，UHP）又稱為高靜壓技術（high hydrostatic pressure processing，HHP），是在密閉容器中以水作為傳壓介質，將100～1 000 MPa的靜態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]。食品超高壓技術是一種物理加工保鮮方法，相較于傳統方法具有自身的很多優勢，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以及色香味等成分。由于超高壓技術能作用于非共價鍵，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，超高壓技術還能改變某些食品的內部結構，有可能獲得新的成分和功效，同時獲得新物料的食品特性。超高壓加工技術作為一項共性技術，應用非常廣泛。

近年來，超高壓技術被廣泛的使用在食品工業中，如肉產品、果蔬類和海鮮類食品中[2-5]。超高壓應用到釀酒中的首次報道是在1994年，超高壓技術在釀酒工業化生產的首次報道是在2002年[6-7]。超高壓技術目前在釀酒制造業如啤酒、葡萄酒、白酒和果酒中均有報道，本文對國內外超高壓技術在釀酒業中的研究現狀、存在的問題以及發展前景進行了闡述。

1　超高壓在葡萄酒，白酒等釀造業中的應用

目前，關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

超高壓技術利用高壓影響微生物的生物化學反應，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，發生不可逆轉的變化，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]，將超高壓技術應用到葡萄酒中的研究開始于1994年，在該研究中發現，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，這一結果與果酒中的研究相似。FISCHER S等[15]發現，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時菌落總數降低了20%，而在pH值為4.0時能使菌落總數降低至90%左右。這些研究結果表明，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性。

目前，超高壓滅菌技術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，將超高壓技術應用產業中的研究很少，對于超高壓技術在釀酒中滅菌的基礎研究比較多，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、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應用到釀酒業中的必不可缺的研究內容。

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種的揮發性成分被檢測到，經過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、酒精與脂類的反應，使得葡萄酒中具有更多的香氣成分[17]。SANTOS M C等[18]研究發現，超高壓處理的紅葡萄酒具有成熟的水果香氣，經過6個月的窖藏后，經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，有機酸類的物質含量減少。酯類物質的含量在500 MPa以下含量減少，700 MPa時含量增加。醛酮類物質經過超高壓處理后，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。另外還發現，超高壓處理對桑葚酒和柚子酒的香氣成分也有影響[21-22]。可以這樣認為，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前提物質的濃度增加或者香氣成分的物質降解，因此，超高壓對酒類的香氣成分和呈味物質的變化也有所不同，超高壓對酒類中風味相關的底物和酶的變化還需要更加系統的研究，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，介質溫度為10～40℃條件下超高壓處理黃酒，結果表明，當壓力在300 MPa時具有比較好的感官品質，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、總醛、雜醇油，揮發性香氣成分及氨基酸總量的檢測發現，經超高壓處理的酒中醇類物質減少，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]研究發現，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減少，并且可以作為區分壓力的依據[25]。超高壓對催陳的影響主要在于對呈味物質的影響，但酒類中的呈味物質多達數幾百種，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定性，因此，如何將多種分析方法進行結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、設備的使用壽命等多方面因素限制產業化生產[26]，因此，能否降低設備造價直接關系到該技術最終能否實現產業化，這就需要研發一種在廠家可接受價格范圍內的設備。

1.4其他方面的研究

TABILO-MUNIZAGA G等[27]用超高壓處理未經皂土澄清的Sauvignonblanc葡萄酒，結果表明，經過400～550 MPa的超高壓處理后，葡萄酒顏色發生了變化，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部的分子矩陣發生變化，另外，酒精度數、pH和其他理化指標沒有發生明顯的變化，在對葡萄酒中的蛋白質的影響結果中顯示，在壓力400 MPa時，處理3 min葡萄酒中蛋白質的α-螺旋和轉角有增加趨勢，同時β-折疊輕微增加，造成這一結果的原因可能是，由于壓力的增加導致蛋白質的去折疊[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　超高壓技術在啤酒中的應用

啤酒作為世界上最暢銷的含酒精飲料，其穩定性是通過巴氏消毒的方式來實現的，通過熱處理后，其保質期達數月之久，盡管在實驗室中已經證明，1～5 PU（巴氏滅菌單位，在60℃條件下經歷1 min所引起的滅菌效應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，企業經常使用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品質，質構、風味、色澤和新鮮程度。

1998年，FISCHER S等[29]首次將超高壓技術應用到啤酒釀制過程中，麥芽顆粒經過300、500和700MPa處理后，蛋白質成分，高分子和低分子氮隨著壓力的增加而升高，結合性氮在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下麥芽發生了輕微的糖化現象，但隨著壓力的升高，糖化現象消失，同時隨著壓力的增加發酵降低，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），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下，經過49 d的測試，結果表明，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了明顯的下降，但伴隨出現了較高的冷藏濁度。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現：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現：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影響的研究中發現，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現，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）的處理結果發現，300 MPa和500 Mpa條件下啤酒的膠體穩定性較高，不會出現渾濁現象，其中Pilsener更加穩定，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現，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）結合熱處理（30～75℃）對β-葡聚糖酶活性的研究中發現，β-葡聚糖酶在400 MPa條件下具有最高的熱穩定性[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）條件下與傳統的巴氏消毒處理的對比中發現，超高壓和熱處理對啤酒的酒精含量、密度、麥芽汁濃度，發酵程度和pH、均沒有影響，但啤酒的顏色、蛋白質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現，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，通過超高壓處理發現，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條件下該酶表現出更高的穩定性，淀粉轉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現，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]，FISCHER S等[15]發現，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條件下菌落總數降低了20%，而在pH為4.0時能使菌落總數降低到90%左右。國內關于超高壓在啤酒保鮮中的報道比較少見，孟飛龍等[37]研究發現，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　總結與展望

超高壓技術首創于1990年代，主要作為一種殺菌方法，發展至今，逐步用于現代化生產。縱觀超高壓技術研究的發展過程，其在殺菌、鈍酶領域的研究一直居于主導地位，盡管超高壓在釀酒業中的研究并不是特別多，但超高壓技術的潛力不容小覷，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，而超高壓技術的應用能夠降低SO2的用量，另外，有很多研究表明，超高壓技術不但具有殺菌作用，而且也能改善酒類產品的感官性狀，并且，在果汁業中，壓力在400～600 MPa下效果較好。如何將超高壓技術在釀酒業中進行擴大化研究是值得期待的事情，目前，超高壓技術在釀酒業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的結構和生物效價的影響等，這些都有待深入。

超高壓技術作為一項新型技術在食品工業中具有廣泛的應用前景，但與該技術發展相關的應用基礎研究有待于更深入和系統的開展。

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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“百農英才”創新項目，河南科技學院國家級大學生創新訓練計劃項目

王正榮（1978-），女，副教授，博士，研究方向為農產品加工。

馬漢軍（1967-），男，教授，博士，研究方向為農產品加工。