超聲波催陳米香型白酒的研究

魏群舒，楊 勇，陳 雨，方 坤，劉培華，歐志楓，李堅斌*

（1.廣西大學 輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530000；2.河南農業大學 食品科學技術學院，河南 鄭州 450000；3.廣西蔗糖產業協同創新中心，廣西 南寧 530000）

超聲波催陳米香型白酒的研究

魏群舒1，3，楊 勇2，陳 雨1，3，方 坤1，3，劉培華1，3，歐志楓1，3，李堅斌1*

（1.廣西大學 輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530000；2.河南農業大學 食品科學技術學院，河南 鄭州 450000；3.廣西蔗糖產業協同創新中心，廣西 南寧 530000）

米香型白酒的傳統陳化，耗費大量的時間、人力和財力，給企業帶來沉重的負擔。研究超聲波溫度、功率和作用時間對米香型白酒風味的影響，以期達到人工催陳的目的。結果表明，與傳統陳釀相比，在超聲頻率40 kHz，超聲溫度40℃，超聲功率180 W，超聲時間40 min條件下，超聲波催陳米香型白酒的總酸含量增加0.001 2 g/L、總酯含量增加0.075 g/L，異丁醇、異戊醇含量有不同程度地下降，分別減少了0.006 g/L、0.005 g/L，這些變化使米香型白酒的感官品質在色澤、風味、口感和整體品質方面有了明顯的提高。

超聲波；米香型白酒；人工催陳

米香型白酒的自然陳釀是一個漫長而復雜的過程，在貯存期間有酯化、水解、氧化、締和、縮合、揮發等多種理化反應發生[1-2]。隨著反應的進行，酒體中的硫醚、硫化氫等不良風味物質轉化揮發，以酯類物質為代表的米酒主要呈香組分含量增加，醇水間氫鍵重新排列，使酒體爆沖、辛辣感減低，口感馥郁，香氣層次感豐富，達到“除雜增香”的效果。但傳統陳釀工藝需要在室溫條件下（25℃）儲存1～3年，造成企業沉重的資本負擔，影響企業的經濟效益，因此探求米香型白酒的人工催陳技術勢在必行[3]。

超聲波本身具有較高的能量和強烈的振蕩效應，對酒體施加超聲波作用，能夠使酒體中產生大量的空化氣泡，并在空化氣泡表面產生巨大剪切力，使氣泡處于一種瞬時高溫高壓的微觀環境，加速了低分子組分的聚合反應以及縮合反應的進行[4-6]。并且超聲波可以使酒中產生羥基自由基，這些羥基自由基是氧化反應和酯化反應的必要條件，能夠促進酒中氧化反應的進行，進而加快酯化反應的進度[7-9]；由于超聲波產生的空化氣泡發生破裂，可以產生游離氧，更有利于酒中酸類物質的形成，從而對酒體中一些化學反應的進行有一定的促進作用，CHANG A等[10]通過使用1.6 MHz、20 kHz兩種功率的超聲波處理米香型白酒，發現雜醇油、乙醛的含量顯著降低，酒體品質明顯改善。另外，溫度的升高也會加速酒體中一些低沸點不良物質的揮發，進而改善酒體的風味。所以對熱作用處理后的白酒進行分析，篩選出最佳的處理溫度，為超聲波催陳研究提供一個合適的作用溫度。本研究通過運用合理溫度條件下超聲波的功率及時間對米香型白酒進行催陳研究，初步探究了超聲波適用于米香型白酒的最佳處理工藝，并為超聲波運用于企業生產過程中的米香型白酒的陳釀過程提供了一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

53%vol米香型白酒酒樣：南寧市某酒廠；無水乙醇（分析純）：成都市科隆化學品有限公司；二氯甲烷（純度≥99.9%）、乙酸正戊酯、異丁醇、異戊醇、β-苯乙醇、甲醇（均為分析純）：天津市光復精細化工研究所；乙酸乙酯、正丙醇、乳酸乙酯（均為色譜純）：阿拉丁試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SB25-12 DTDN型超聲波發生器：寧波新芝生物科技股份有限公司；GC-2010 Plus AF型氣相色譜儀：日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 超聲條件的確定

超聲溫度和超聲時間的確定[11]：取酒樣250 mL裝入500 mL的三角瓶中，塞上瓶塞并封口，放置于超聲波裝置中，選取超聲頻率40 kHz，超聲功率180 W的條件下，并將超聲發生器的溫度分別設置為40℃、50℃、60℃，分別作用50 min，每隔10 min取一次酒樣，測定米香型白酒的總酸、總酯含量，確定最佳的超聲溫度和超聲時間。

超聲功率的確定[12]：取酒樣250 mL裝入500 mL的三角瓶中，并用封口膠帶封口，放置于超聲波裝置中，選取頻率40kHz，超聲溫度40℃的條件下，180 W、300 W、420 W不同功率分別處理10 min、20 min、30 min、40 min、50 min。然后取超聲處理過的樣品，測定米香型白酒的總酸、總酯理化性質，確定最佳的超聲功率。

1.3.2 理化指標的測定

總酸含量的測定參照國標GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[13]中的酸堿滴定法；總酯含量的測定采用國標GB/T 10345—2007《白酒分析方法》中的指示劑法，總酯含量計算公式如下：

式中：x為樣品中總酯含量（以乙酸乙酯計），g/L；V0為空白試驗消耗硫酸標準溶液的體積，mL；c為硫酸標準溶液的摩爾濃度，mol/L；V1為滴定時消耗硫酸標準溶液的體積，mL；0.088為1.00 mL氫氧化鈉標準溶液（c=1.000 mol/L）相當的乙酸乙酯的質量，g；50.0為取樣量，mL。

1.3.3 芳香成分的測定[14]

米香型白酒中芳香成分的測定采用氣相色譜法。（1）樣品的前處理

取酒樣20mL，分別用10 mL、20 mL、30 mL二氯甲烷萃取，將萃取后有機相合并，并用KD濃縮器濃縮至1mL。吸取0.1 mL內標物溶液（以乙酸正戊酯作為內標，質量濃度為30g/L），加入濃縮后的酒樣中，用二氯甲烷定容至10mL，待測。

（2）氣相色譜法條件：SH-Stabilwax-DA色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣體積1 μL；氫氣流速40 mL/min；空氣流速400 mL/min；進樣器溫度220℃；氫火焰離子化檢測器（flame ionization detector，FID）溫度280℃；吹掃流速3 mL/min；分流比37∶1；升溫程序：初始柱溫為35 ℃，保留5 min，以5℃/min速率升溫至180℃，保留5 min。

（3）定性定量方法

定性方法：由氣相色譜圖的主要成分峰所出現的保留時間和標準樣品比對來定性分析。

定量方法：測定峰的面積，以乙酸正戊酯作為內標物，采用內標法對芳香化合物進行定量分析，獲得代表性化合物的準確定量數據。

1.3.4 感官評定

由廣西輕工業科學技術研究院酒業研究所內部人員和酒廠人員組成10人的感官評定小組。參照國標GB/T 10781.3—2006《米香型白酒》和國標GB/T 10345—2007《白酒分析方法》對處理前后的米香型白酒進行感官質量包括色、香、味、風味的品評，滿分100分，感官評分標準見表1。

表1 米香型白酒感官質量評分標準Table 1 Sensory evaluation standards of rice-flavorBaijiu

2 結果與分析

2.1 超聲處理溫度和時間對白酒理化性質的影響

2.1.1 超聲處理溫度和時間對白酒中總酸含量的影響

酒樣在超聲頻率40 kHz，超聲功率180 W，超聲處理溫度40℃、50℃、60℃條件下，分別經10 min、20 min、30 min、40 min、50 min的超聲處理，以常溫（25℃）條件下未超聲處理酒樣作為對照，測定總酸含量的變化，結果見圖1。

圖1 不同溫度條件下總酸含量的變化Fig.1 Changes of total acid contents under different temperature conditions

由圖1可知，隨著加熱處理時間的延長，總酸含量大致呈現先升高后降低的趨勢，0～10 min時，總酸含量上升，主要是陳釀過程中醇類被氧化成酸的結果，在10 min以后，總酸含量下降，有可能是過多的酸與醇發生酯化反應使酸減少[15]。但總體來說，40℃、50℃、60℃超聲溫度處理時，隨著時間的增加，總酸含量總體呈增多趨勢，50 min時分別增加0.005 g/L、0.007 g/L、0.007 g/L，說明長時間加熱，氧化反應導致總酸含量增多。熱作用能夠使酒中一些低沸點的不良物質揮發，適度的加熱有助于酒中邪雜味的去除，但過度的高溫也會使酒體中的一些香味物質揮發。因此，超聲溫度在40℃條件下超聲時間為40 min時，總酸含量趨于穩定，這有利于酒體口感的醇厚與穩定。

2.1.2 超聲處理溫度和時間對白酒中總酯含量的影響

酒樣在超聲頻率40 kHz，超聲功率180 W，超聲處理溫度40℃、50℃、60℃條件下，分別經10 min、20 min、30 min、40 min、50 min的超聲處理，以常溫（25℃）條件下未超聲處理酒樣作為對照，測定總酯含量的變化，結果見圖2。

圖2 不同溫度條件下總酯含量的變化Fig.2 Changes of total esters contents under different temperature conditions

由圖2可知，在各溫度條件下，隨著超聲時間在10～50min變化，總酯含量呈現先下降后升高之后再下降的趨勢。超聲波處理后，總酯含量下降，是由于超聲波處理對酒體施加外來能量場，破壞了其原來的平衡，導致其酯類主要向分解反應的方向進行[16]，而總酯含量的上升是由于在溫度的作用下，酸類與醇類發生酯化反應，使酸含量減少、酯含量增多。隨后由于長時間的加熱，會導致酯的揮發，使之含量降低。與傳統陳釀的酒樣相比較，超聲溫度40℃時總酯含量在40 min達到最高值0.450 g/L，雖然白酒在超聲溫度50℃、60℃作用時，總酯含量都有達到最高值，但長時間的溫度作用，都使得總酯含量低于傳統陳釀0.062 g/L、0.118 g/L；而且LIN Z R等[17]在研究中指出，低溫作用比高溫作用更能顯著影響酯化反應。加熱雖然在一定程度上可以促進酒的陳釀，但是在較低的溫度條件下，原子存在于較低的電子能級上，更容易被外部能量激發并轉變到較高的活性水平。相反，在較高溫度條件下，原子活性更高，外部能源的影響較弱，所以更容易受外界能量超聲波的作用。而且在食品的加工過程中，低溫可以減少一些不良物質的產生，更有利與健康的生活。

另外，由于酯類是芳香性氣味的揮發性化合物，是構成酒香的主要物質，在各種類型的釀造酒中均起重要作用，是形成酒體香氣濃郁的主要因素[16]，從而促使米香型白酒的香味更加醇厚。因此考慮超聲處理對酒中總酯含量的影響，選擇超聲溫度40℃條件下超聲40 min。

2.2 超聲波功率對白酒理化性質的影響

2.2.1 超聲波功率對白酒中總酸含量的影響

酒樣在超聲頻率40kHz，超聲溫度40℃、超聲處理功率180W、300W、420W條件下，分別經10min、20min、30min、40 min、50 min的超聲處理，以常溫（25℃）條件下未超聲處理酒樣作為對照，測定總酸含量的變化，結果見圖3。

圖3 不同超聲功率條件下總酸含量的變化Fig.3 Changes of total acid contents under different ultrasonic power conditions

由圖3可知，在超聲溫度40℃，不同功率條件下，總酸含量在10～50min范圍內，隨超聲時間的增加，總體呈現先降低后增加的趨勢。前期總酸含量下降，可能是因為酒中有大量游離的乙醇分子的存在，在超聲波高能場作用下，與酸類物質發生了酯化反應的結果[18]；之后總酸含量出現升高，酸類物質增多，原因有可能是超聲波的空化效應和機械效應使酒中生成一個高溫、高壓的極端微環境，增強了分子的活性，促進了酸類物質的形成[19]。超聲功率為180W時，總酸變化幅度不大，超聲功率為420 W時總酸含量起伏較大，說明功率越大，總酸含量的變化越不穩定；而超聲功率過低時，總酸的含量過高，米香型白酒的酸度過高，辛辣味嚴重，口感不柔和。結果表明，最佳超聲功率為180 W。

2.2.2 超聲波催陳對白酒中總酯含量的影響

酒樣在超聲頻率40kHz，超聲溫度40℃、超聲處理功率180W、300W、420W條件下，分別經10min、20min、30min、40 min、50 min的超聲處理，以常溫（25℃）條件下未超聲處理酒樣作為對照，測定總酯含量的變化，結果見圖4。

圖4 不同超聲功率條件下總酯含量的變化Fig.4 Changes of total esters contents under different ultrasonic power conditions

由圖4可知，在溫度40℃、不同功率條件下，總酯含量在10～50 min范圍內，隨超聲時間的延長，均呈先升高后緩慢下降的趨勢，說明前期超聲波處理促進了酒中酸類物質與醇類物質的酯化反應，使總酯含量升高；隨著超聲時間的增加，總酯含量緩慢下降，一方面發生著酯類的水解反應，一方面有可能是超聲波空化作用促進了氧化反應的進行，形成一些酸類物質，進而影響到水解反應的進行[20-21]。超聲功率為420 W條件下，總酯含量在10 min時達到最大0.452 g/L；超聲功率為300 W條件下，總酯含量在30 min時達到最大0.460 g/L；超聲功率為180 W條件下，總酯含量在40 min時達到最大0.462 g/L；說明短時間內，超聲波功率越大，醇類、酸類之間有更強烈的相互作用，對總酯含量的影響越大，促進其形成的速度越快。結果表明，最佳超聲功率為180 W。

2.2.3 米香型白酒中芳香成分分析

運用氣相色譜儀對傳統陳釀（陳釀溫度25℃，陳釀時間3個月）和超聲波處理（超聲溫度40℃，超聲功率180 W，超聲時間40min）后的米香型白酒進行芳香成分的測定，傳統陳釀和超聲波處理后的米香型白酒芳香成分檢測氣相色譜圖見圖5，主要組分含量的對比結果分析見表2。

圖5 傳統陳釀(A)和超聲處理(B)米香型白酒中主要芳香成分的氣相色譜圖Fig.5 Gas chromatogram of main aroma components in traditional aging(A)and ultrasonic treatment(B)rice-flavorBaijiu

表2 傳統陳釀和超聲處理米香型白酒中主要芳香成分的含量變化Table 2 Changes of main aroma components contents in rice-flavor Baijiuby traditional aging and ultrasonic treatment

由表2可知，經過超聲波處理后白酒中乙酸乙酯、乳酸乙酯含量均有不同程度地提高，分別增加了0.023 g/L、0.041 g/L。而酯類的增加，使酒中香味增強，愉悅感提高，對酒的品質有促進效果；另外，異丁醇、異戊醇含量有不同程度地下降，分別減少了0.006 g/L、0.005 g/L，雜醇油含量的減少，削弱了苦澀和辛辣味，有利于提升酒的感官質量。而未經超聲處理的傳統陳釀3個月的米香型白酒中總酸含量增加了0.000 8 g/L，總酯含量減少了0.068 g/L，相比于超聲處理的米香型白酒的總酸、總酯的含量變化不大，而超聲處理后的各主要成分的增加或減少，也可以說明超聲處理后的酒中發生著酯化水解平衡和氧化反應，致使呈香成分含量發生著不同程度地變化，這種變化與米香型白酒的自然陳釀過程中各成分的變化趨勢相似，說明了超聲處理對米香型白酒的催陳起到了很明顯的作用，可以被運用到米香型白酒的催陳過程中。

2.2.4 超聲波催陳對白酒感官品質的影響

未經超聲處理的傳統陳釀（3個月）的感官評分為80分，達到了優秀等級。由圖6可知，經過超聲波處理后的米香型白酒的感官評分雖然均低于傳統陳釀，但處理后的酒樣色澤更加清澈、苦澀刺激味減弱、口感變得細膩綿軟更加醇和，酒體也更加的飽滿，基本達到傳統陳釀的口感和品質。說明超聲波處理對酒的品質的影響是有利的，而在超聲功率180 W，超聲溫度40℃，超聲處理40 min時米香型白酒的感官評分最高為73分，高于未處理的原酒，與傳統陳釀質感相似，感官評價也達到了良好等級。

圖6 超聲處理下酒樣感官評分Fig.6 Sensory scores ofBaijiusimple by ultrasonic treatment

3 結論

結果表明，米香型白酒在超聲波作用下，酯類物質含量增加，雜醇油含量明顯降低，酒體的風味、口感有一定程度的改善，超聲波處理后的酒樣達到良好等級，接近傳統陳釀的質量，說明超聲波對米香型白酒的催陳有積極的影響。超聲波處理后，總酸含量增多、總酯含量增加，這是醇的氧化和酯化反應的結果。且在超聲溫度40℃，超聲功率180 W，超聲時間40 min的最適超聲條件下，總酸含量增加0.001 2 g/L、總酯含量增加0.075 g/L，酒體質量可以達到感官評分73分的最優品質。超聲波處理米香型白酒，可以在較短的時間內達到與傳統陳釀相同的口感與質感，表明超聲波催陳，在一定程度上可以改善米香型白酒的品質。參考文獻：

[1]CHANG A C.The effects of gamma irradiation on rice wine maturation[J].Food Chem,2003,83(3):323-327.

[2]白 雪，劉有智，袁志國.白酒催陳技術的發展與應用現狀[J].中國釀造，2019，28（11）：1-4.

[3]王允圃.白酒陳釀技術的研究進展[J].中國釀造，2011，30（7）：5-8.

[4]MASON T J,PANIWNYK L,LORIMER J P.The uses of ultrasound in food technology[J].Ultrason Sonochem,1996,3(3):s253-s260.

[5]曾新安，楊 星.不同濃度下乙醇-水溶液的締合狀態[J].華南理工大學學報：自然科學版，2010，38（12）：120-123.

[6]FERRARETTO P,CELOTTI E.Preliminary study of the effects of ultrasound on red wine polyphenols[J].Cyta J Food,2016,14(4):529-535.

[7]MATSUURA K,HIROTSUNE M,NUNOKAWA Y,et al.Acceleration of cell growth and ester formation by ultrasonic wave irradiation[J].J Fermen Bioeng,1994,77(1):36-40.

[8]BATES D,PATIST A.Industrial applications of high power ultrasonics in the food,beverage and wine industry[J].Novel Food Processg Technol,2010,10:119-138.

[9]PATIST A,BATES D.Industrial applications of high power ultrasonics[J].Spring New York,2011,11:599-616.

[10]CHANG A.Study of ultrasonic wave treatments for accelerating the aging process in a rice alcoholic beverage[J].Food Chem,2005,92(2):337-342.

[11]郭雪霞.葡萄酒人工催陳技術研究[D].保定：河北農業大學，2006.

[12]ZHENG X,ZHANG M,FANG Z,et al.Effects of low frequency ultrasonic treatment on the maturation of steeped greengage wine[J].Food Chem,2014,162(11):264-269.

[13]中華人民共和國國家質量監督檢驗總局，中國國家標準化管理委員會[J].釀酒，2009，36（1）：74-75.

[14]COCITO C,GAETANO G,DELFINI C.Rapid extraction of aroma compounds in must and wine by means of ultrasound[J].Food Chem,1995,52(3):311-320.

[15]李聰麗.超高壓處理對白酒催陳的研究[D].吉林：吉林農業大學，2014.

[16]謝炎福.三種不同催陳方法對西瓜酒的影響[J].中國釀造，2014，33（1）：109-113.

[17]LIN Z R,ZENG X A,YU S J,et al.Enhancement of ethanol-acetic acid esterification under room temperature and non-catalytic condition via plused electric field application[J].Food Bioprocess Technol,2012(5):2637-2645.

[18]ZHENG X,ZHANG M,FANG Z,et al.Effects of low frequency ultrasonic treatment on the maturation of steeped greengage wine[J].Food Chem,2014,162(11):264-269.

[19]莫瑞深.低頻超聲對黃酒催陳效果的研究[J].輕工科技，2007，23（9）：16-18.

[20]ASHOKKUMAR M,SUNARTIO D,KENTISH S,et al.Modification offoodingredientsbyultrasoundtoimprovefunctionality:Apreliminary study on a model system[J].Innov Food Sci Emerg Technol,2008,9(2):155-160.

[21]鄭飛云，姜 甜，董建軍，等.酒類主要風味物質對乙醇-水體系中氫鍵的影響[J].食品科學，2010，31（9）：106-112.

Accelerating aging of rice-flavorBaijiuby ultrasonic wave

WEI Qunshu1,3,YANG Yong2,CHEN Yu1,3,FANG Kun1,3,LIU Peihua1,3,OU Zhifeng1,3,LI Jianbin1*
(1.College of Light industry and Food Engineering,Guangxi University,Nanning 530000,China;2.College of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450000,China;3.Collaborative Innovation Center for Guangxi Suger Industry,Nanning 530000,China)

Traditional aging of rice-flavorBaijiu(Chinese liquor)consumes a lot of time,manpower and money,which brings a heavy burden to the enterprises.In order to achieve artificial accelerated ageing,the effects of ultrasonic temperature,power and time on rice-flavorBaijiuflavor were researched.The results showed that compared with traditional aging,under the conditions of ultrasonic frequency 40 kHz,temperature 40℃,power 180 W and time 40 min,the total acid and total ester contents in rice-flavorBaijiuincreased by 0.001 2 g/L and 0.075 g/L,respectively.The contents of isobutanol and isopentyl alcohols decreased in different degrees,by 0.006 g/L and 0.005 g/L,respectively.The sensory quality of the rice-flavor Baijiuwas significantly improved in color,flavor,taste and whole quality.

ultrasonic wave;rice-flavorBaijiu;artificial accelerated aging

TS261.4

0254-5071（2017）10-0066-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.10.015

2017-05-19

國家自然科學基金項目（20864001，31160326）；廣西科學研究與技術開發項目（桂科能10100025）；2016廣西區特色本科專業建設項目（T3050098001）

魏群舒（1993-），女，碩士研究生，研究方向為糖類物質的綜合利用。

*通訊作者：李堅斌（1970-），女，教授，博士，研究方向為糖類物質的綜合利用。