冷凍濃縮技術對赤霞珠葡萄、葡萄汁及葡萄酒品質的影響

雷小青 王曉宇 鄭永政 張軍翔 陳彤國 袁緩緩 王雪輝 朱艷云

摘要：影響中國葡萄酒品質的最關鍵問題之一是釀酒葡萄中的風味物質含量較低，部分地區所釀葡萄酒質量較差。為研究冷凍濃縮技術對赤霞珠葡萄、葡萄汁及葡萄酒的影響，通過對冷凍溫度和冷凍時間的控制，提高釀酒葡萄及葡萄酒中的風味物質，并采用主成分分析選取生產優質葡萄酒的適宜條件。結果表明，冷凍濃縮后葡萄的出汁率和葡萄汁及葡萄酒的產品得率有明顯的下降，糖、酸、總酚、總黃烷醇、花色苷等重要成分的含量均有明顯提高。初始含糖量為180 g/L的葡萄在-10℃冷凍處理12 h后其含糖量達到240 g/L，故該條件下處理的葡萄適宜生產優質干紅葡萄酒;葡萄汁在-IO℃冷凍處理10-12 h，含糖量達300 g/L以上，可用于生產酒精度較高的類冰葡萄酒;對葡萄酒進行冷凍濃縮后，含糖量、含酸量及酚類物質含量等重要指標均有所提升。本研究結果為類冰酒和優質葡萄酒的生產提供了一定的理論基礎。

關鍵詞：冷凍濃縮;赤霞珠葡萄;葡萄汁;葡萄酒

中圖分類號：S663.1

文獻標識碼：A

文章編號： 1000-4440（2019）03-0698-07

赤霞珠葡萄（Cabernet Sauvignon）屬于歐亞品種，別名蘇維翁，是傳統的釀造紅葡萄酒的優良品種，也是世界上種植最為廣泛的品種之一。赤霞珠葡萄、葡萄汁及葡萄酒中主要含水、糖類、有機酸和酚類物質等成分。其中，糖對葡萄發酵和酒的口感調整有重要的意義[1]，有機酸在葡萄酒的顏色、平衡度、口感、酵母的生長活性、抑制細菌滋生等方面有良好的調節作用[2]，而酚類物質不僅賦予葡萄酒特殊的滋味、氣味、顏色和結構，還具有降血脂、抗過敏、抗菌、預防心臟病和高血壓等功效[3-5]。

然而，赤霞珠葡萄、葡萄汁和葡萄酒在加工過程中往往會遇到風味物質含量較低等[6]問題，需要通過技術處理對其質量進行改善。近年來中國葡萄酒產業發展迅速、產品種類多、消費者需求旺盛，特別是冰酒等高端酒的需求。但冰酒受原料、產地及環境的影響限制了其發展[7]。利用人工技術模擬和干預生產類冰酒，可不受地域限制，也可有效調整葡萄酒成分。因此，冷凍濃縮技術作為新的改善葡萄酒品質和生產高品質冰酒的方法逐漸被廣泛應用[8-12]。通過冷凍濃縮處理葡萄、葡萄汁及葡萄酒，除去一部分水以提高其內含物的濃度，減少揮發性芳香成分、酶、色素和維生素的損失[13]，降低和控制病原微生物的數量，從而提高葡萄和葡萄產品的品質。該處理具體可分為：冷卻過程、冰結晶的結晶過程、冰和濃縮液的分離過程[14-15]，濃縮液的濃縮程度用可溶性固形物含量表示。有研究結果表明，對葡萄原料進行冷凍濃縮處理能夠有效提高糖、酸含量，但對葡萄酒冷凍濃縮處理的應用和對處理后的葡萄汁和葡萄酒的酚類物質、花色苷等的研究較少。

本試驗擬研究冷凍濃縮條件對赤霞珠葡萄、葡萄汁以及葡萄酒的影響，通過對不同冷凍溫度和冷凍時間的控制，測定相應條件下的含糖量、含酸量及酚類物質等理化指標，并運用主成分分析方法分析，以期確定冷凍濃縮技術生產各種類型紅葡萄酒的適宜工藝條件，為冷凍濃縮技術在葡萄酒產業上的應用做出積極的貢獻。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

赤霞珠葡萄采摘于陜西涇陽白王鎮機關釀酒葡萄示范區，采摘后存放在4℃左右的冷庫。赤霞珠單品干紅葡萄酒來自寧夏御馬酒莊。氫氧化鈉、碳酸鈉、鹽酸、甲醇、氯化鈉、醋酸、醋酸鈉、福林酚等為分析純。

1.2 儀器與設備

GY-1型果實硬度計為天津侯平實驗儀器貿易有限公司產品，722型可見分光光度計為上海光譜儀器有限公司產品，PAL-1型手持折光儀為上海鑫際儀器有限公司產品，L050萬能榨汁器為汕頭市立信塑膠制品有限公司產品，恒溫培養箱由寧波江南儀器廠生產，pH計由上海精密科學儀器有限公司生產。

1.3 方法

1.3.1 樣品的處理 本試驗所選擇樣品種類分別為：赤霞珠葡萄、葡萄汁和葡萄酒，對其處理如下：葡萄和葡萄汁在-5℃、-7 ℃、-10℃下分別冷凍濃縮處理6h、8h、10 h、12 h，葡萄酒在-10℃下冷凍濃縮處理6h、8h、10 h、12 h。

1.3.2 各項理化指標的測定

1.3.2.1 表面硬度的測定使用GY-I型果實硬度計直接測定新鮮葡萄及通過不同冷凍條件處理后的葡萄樣品的表面硬度。

1.3.2.2 出汁率或產品得率的測定稱取一定質量的上述葡萄、葡萄汁、葡萄酒樣品按不同冷凍條件處理后，再次稱質量。按照公式（1）計算出各條件下葡萄的出汁率或葡萄汁及葡萄酒的產品得率。

出汁率（產品得率）=L1/L2xl00%

（1）

式中：L1：濃縮后的葡萄、葡萄汁或葡萄酒處理液質量;L2：濃縮前的葡萄、葡萄汁或葡萄酒樣品質量。

1.3.2.3 酒精度測定[16] 采用GB 5009.225 -2016中的方法測定酒中的乙醇濃度。

1.3.2.4含糖量測定[17] 采用GB 5009.7-2016中的方法測定樣品中的含糖量。

1.3.2.5 含酸量測定[18] 采用GB/T 12456-2008中的方法測定樣品中含酸量（以酒石酸計，g/L）。

1.3.2.6總酚、總黃烷醇和花色苷的測定[19-20] 總酚含量采用福林消卡法（ F-C）測定，結果以沒食子酸計;總黃烷醇含量采用對二甲氨基肉桂醛（ DMACA）法測定，結果以兒茶酚計;花色苷含量采用pH示差法測定。

1.4 數據處理

采用Origin 9.0軟件繪制圖表，采用SPSS 21.0軟件進行主成分分析，采用DPS 7.05軟件處理數據并進行顯著性分析，每個樣品平行測定3次，測定結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 冷凍濃縮處理對葡萄的影響

本試驗對比了釀酒葡萄樣品分別在-5℃、-7 ℃、-10℃3個不同溫度下的表面硬度、出汁率、含糖量、含酸量、總酚含量、總黃烷醇含量和花色苷含量隨冷凍時間的變化情況，結果如圖1、圖2所示。

由圖1可知，隨冷凍溫度的下降或冷凍時間的延長，出汁率呈下降趨勢，表面硬度、含糖量和含酸量呈上升趨勢;出汁率由79%下降至58%，表面硬度由2.Ox10 Pa上升到9.4x10 Pa，含糖量由180g/L上升到240 g/L，含酸量由5.0 g/L上升到6.7g/L。之所以選擇低于0℃的溫度，是因為低溫處理可以破壞葡萄果皮細胞的結構，加快酚類物質和芳香物質的溶出，有利于提高葡萄中糖酸含量和加快酚類物質及芳香物質的溶出[21]。圖1所表現的結果是由于冷凍溫度均處于0℃以下，水結成冰時，由于氫鍵作用使水分子形成規則的空間結構，使得分子間的空隙變大且保持一定[22]，導致表面硬度增大，出汁率相應變小。而由于在各溫度梯度上冷凍2h和4h，其出汁率與對照組相比變化不明顯，因此不考慮冷凍時間為2h和4h的出汁率變化情況。當含糖量和含酸量相對較低時，葡萄所釀的酒表現為酒精度偏低，口感平淡且香氣不足;含糖量和含酸量相對較高時，所釀的酒酒精度適宜，口感較為和諧、圓潤、香氣較足。因此，在保證出汁率的前提下，盡量選擇較高的含糖量和含酸量，以達到生產優質葡萄酒的要求。

由圖2可知，隨冷凍時間的延長，總酚、總黃烷醇和花色苷含量呈現上升趨勢，上升平緩;總酚含量為365 - 752 mg/L GAE（沒食子酸當量）、總黃烷醇含量為98 - 203 mg/L CTE（兒茶素當量），花色苷含量為58-81 mg/L。該結果與樊士吳等[12]的研究結果較為接近。冷凍濃縮處理前，總酚含量較低，所釀酒體表現為柔順、不具有較強烈結構感;冷凍濃縮處理后，總酚含量增加，總黃烷醇和花色苷含量也增加，所釀酒體表現為顏色較深、酒體的結構感較強。

綜合考慮，在表面硬度相對較低、出汁率相對較高的基礎上，盡可能選擇使葡萄含糖量和含酸量相對較高的冷凍條件，如-10℃時處理10 h和12 h的冷凍條件;同時根據結構感的要求選擇使總酚、總黃烷醇和花色苷含量較適宜的冷凍條件，這樣既可以保證所釀葡萄酒有較高的酒精度，使葡萄酒具有較為濃烈的酒香味及醇溶性芳香物質的香味[23]，也可以改善葡萄酒的感官特性。

2.2 冷凍濃縮處理對葡萄汁的影響

如圖3所示，隨冷凍溫度的下降或冷凍時間的延長，葡萄汁的產品得率明顯下降，含糖量和含酸量均不斷上升;產品得率由79%下降至13%，當產品得率為79%時，含糖量和含酸量分別為180 g/L、5g/L;產品得率為13%時，含糖量和含酸量分別為326 g/L、8.5g/L。與處理后葡萄的出汁率相比，處理后葡萄汁的產品得率下降更迅速。葡萄汁在-10 0C時冷凍10 h和12 h時，其含糖量均在300g/L以上，根據含糖量和酒精度之間的轉換關系[24]可知，所釀葡萄酒為類冰葡萄酒。

由圖4可知，隨冷凍溫度的下降或冷凍時間的延長，總酚含量、總黃烷醇含量和花色苷含量呈現上升趨勢;且冷凍時間越長，三者上升的趨勢越平緩;結合圖3和圖4可知，當產品得率為79%時，總酚含量、總黃烷醇含量和花色苷含量分別為：375 mg/L、98 mg/L和58 mg/L;產品得率為13. 8%時，總酚含量、總黃烷醇含量和花色苷含量分別為：1 279mg/L、270 mg/L和112 mg/L;與冷凍濃縮之前的相比，總酚含量增加3倍、總黃烷醇含量和花色苷含量均增加2倍以上，且酚類物質含量均遠大于對葡萄進行冷凍濃縮處理后的酚類物質含量。

綜合考慮，由于葡萄汁產品得率下降幅度比較大，導致含糖量、含酸量、總酚、總黃烷醇以及花色苷含量具有明顯的上升幅度;在保證釀酒葡萄初始質量優良（初始含糖量約為180 g/L）的前提上，葡萄汁-10℃下冷凍濃縮10- 12 h可用于生產類冰葡萄酒。

2.3 冷凍濃縮處理對葡萄酒的影響

由圖5-圖7可知，經過冷凍濃縮后的葡萄酒各指標均發生明顯變化，產品得率下降的同時其他指標均顯著上升，當冷凍時間越長時，變化趨勢越慢。含糖量、含酸量、酒精度、總酚含量、總黃烷醇含量以及花色苷含量的變化范圍分別為：85 - 115 g/L、6.8 -8.0 g/L、12.8% - 17. 4%、l 759-2 299 mg/L、1 251-1 783 mg/L和75 - 192 mg/L。除含糖量外，冷凍濃縮后的葡萄酒其他指標均明顯大于冷凍濃縮處理的葡萄和葡萄汁;酒精使葡萄酒的冰點降低，在-5℃時開始結冰，-10℃時各指標均明顯改善[25]，但考慮到能量消耗問題，選擇冷凍溫度為-10℃，對正常葡萄酒（酒精度大約12%）進行冷凍濃縮處理，不僅改變了酒的類型，還改善了酒的質量，因為酒中酚類物質的增加，酒的抗氧化活力也隨之增強。2.4 -10℃冷凍濃縮處理后葡萄、葡萄汁及葡萄酒理化指標的主成分分析

主成分分析是一種采用降維的思想對樣品進行綜合評價的多元數據統計的方法，能夠客觀、全面地對-10 0C冷凍濃縮處理后葡萄、葡萄汁及葡萄酒的品質進行評價，為釀造優質干紅葡萄酒和優質類冰酒提供理論參考。根據上述結論，3種樣品在-10℃時冷凍濃縮的效果最為明顯。因此，選擇-10℃這一冷凍溫度梯度處理的所有的樣品為主成分分析的對象。

采用SPSS 21.0軟件對16個不同冷凍濃縮條件處理下的葡萄、葡萄汁及葡萄酒樣品的理化指標進行相關性分析。結果如表l所示，總酚與總黃烷醇呈極顯著正相關（P<0.01），相關系數為0.96，即隨著總酚含量的增大，總黃烷醇含量增大;含糖量與總黃烷醇含量呈極顯著負相關，相關系數為-0.92;總黃烷醇含量與花色苷含量呈顯著正相關（P<0.05），相關系數為0.68。因此，-10℃冷凍濃縮處理后葡萄、葡萄汁及葡萄酒理化指標的相關性較強，可以進一步做主成分分析。

本試驗通過考察特征值λ>1并綜合考慮累計貢獻率確定主成分數[26]，最終確定2個主成分。表2反映了2個主成分的特征值、貢獻率以及累計貢獻率。前2個成分所構成的數據量為總數據量的96.29%，故提取的2個主成分能夠較完整反映所有指標的綜合信息。第1主成分的貢獻率解釋了變異性的59.41%，主要反映總酚含量、總黃烷醇含量的變異信息;第2主成分的貢獻率解釋了變異性的36.89%，主要反映含酸量和花色苷含量的變異信息。

圖8顯示的是提取的2個主成分與葡萄、葡萄汁和葡萄酒的理化指標之間的相關性。除含酸量以外，第一主成分對樣品的其他指標的解釋充分、合理，且第一主成分對含糖量的代表性最為強烈，其與酚類物質呈明顯正相關，與含糖量呈負相關。

由圖9可知，葡萄酒進行冷凍濃縮處理所得結果與其他樣品冷凍濃縮處理后所得結果差異較大，所有樣品按照分類幾乎各自聚集在一起。進一步研究將考慮采用頂空固相萃取、氣相色譜一質譜聯用以及電子鼻等技術去分析不同冷凍濃縮條件處理對葡萄及葡萄酒香氣成分的影響，以期為冷凍濃縮技術應用于葡萄及葡萄酒生產加工提供技術參考。

3 結論

通過對赤霞珠葡萄、葡萄汁和葡萄酒進行冷凍濃縮處理的綜合分析，得出以下結論：除葡萄的出汁率以及葡萄汁和葡萄酒的產品得率外，冷凍濃縮處理后各樣品的理化指標均有所增長且增幅不一;若生產優質干紅葡萄酒，則冷凍濃縮條件為葡萄在-10℃冷凍濃縮處理12 h。若生產酒精度較高的類冰葡萄酒，則冷凍濃縮條件為葡萄汁在-10℃冷凍濃縮處理10 -12 h。本試驗通過對所得指標進行主成分分析，較真實、客觀地反映葡萄、葡萄汁及葡萄酒的綜合質量。因此，冷凍濃縮技術是為解決釀酒葡萄受自然災害導致葡萄風味物質不足等問題以及生產優質葡萄酒及類冰酒提供了一種有效的方法，同時也為葡萄酒工業化生產奠定了一定的理論基礎以及數據支持。

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（責任編輯：陳海霞）