無醇‘赤霞珠’紅葡萄酒工藝條件的優化

陳方圓，何曦，鄭明鵬，李亞軍，張軍翔

（1. 寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021；2. 寧夏大學食品與葡萄酒學院/葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心，寧夏銀川 750021）

近些年，隨著社會發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注，無醇葡萄酒（Non-alcohol wines）逐漸被消費者所接受。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全部或部分發酵，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]等產品，深受年輕人、婦女、老人及一些特殊人群的喜愛。試驗證明，經生產工藝的改善和脫醇設備的升級、香氣物質回收等方式的建立，使無醇葡萄酒品質得到大幅度提高[5]。

脫醇技術是生產無醇產品的關鍵，根據其機理可分為物理脫醇法與限制發酵法[6]。采用不同脫醇技術所獲得的產品，其酒體的和諧性與圓潤感會有所不同[7]。物理脫醇法是利用脫醇設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。熱處理法包括旋轉錐柱、分子蒸餾法和真空蒸餾法；萃取法包括有機溶劑萃取法[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行吸附，僅適用于實驗室[10]；膜滲透法有反滲透膜法和滲透汽化法。分子蒸餾裝置由進料系統、蒸發系統、冷凝系統、真空系統等組成[11]，與旋轉錐柱法一樣成本較高，不適合大規模生產；真空蒸餾是在真空或減壓條件下進行，設定蒸餾溫度、蒸餾時間等參數，將含有不同揮發性物質的混合物沸騰，冷凝后分離過多的乙醇[12]。孫尤海等[13]利用真空蒸餾設備降低蒸餾溫度，縮短蒸餾時間，能夠有效改善脫醇葡萄酒的品質；旋轉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，設置溶液冰點溫度，水以固態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行冷凍濃縮試驗，發現酒精和糖可進行濃縮分離，改善了干白葡萄酒的品質。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、香氣和營養成分的方法。蘇本義[18]通過設定葡萄酒冷凍濃縮冰點溫度，經真空蒸餾對葡萄原酒進行脫醇，最大限度保持葡萄原酒風味、色澤與口感。通過冷凍除去葡萄酒中的部分水分，經蒸餾脫去酒液中的乙醇，使揮發性香氣組分損失減小[19]。

本試驗以‘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合的方法進行脫醇，設定冷凍濃縮、旋蒸時間、旋蒸溫度參數梯度，篩選出最佳的脫醇技術參數，為無醇紅葡萄酒生產工藝提供技術支撐。

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）：寧夏大學食品與葡萄酒學院；氫氧化鈉和碘：天津市大茂化學試劑廠；葡萄糖：天津市科密歐化學試劑有限公司；硫酸銅、無水碳酸鈉、次甲基藍、酚酞、亞硫酸氫鈉：上海廣諾化學科技有限公司；鹽酸：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

恒溫水浴鍋（HH-4）：蘇州威爾實驗用品有限公司；全自動葡萄酒分析儀（Y15）：北京君恒貿易有限公司；雙光束紫外分光光度計（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；旋轉蒸發儀（EV400）、真空泵（VP2C）、循環水冷卻器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→調配→過濾→灌裝→包裝→無醇葡萄酒成品

1.4 主要試驗步驟

1.4.1 冷凍濃縮

每處理取酒樣1 L，放入-18 ℃冷凍柜內進行處理，冷凍2～4 h后，將其中的冰晶與濃縮液進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 ℃，同時開啟水浴鍋，設定不同溫度。從冷凍固液分離后的酒液中取300 mL加入茄形瓶內（保持15～20 ℃），設置旋蒸儀轉速，啟動旋蒸儀，接通真空泵，關閉旋轉冷凝回流管頂塞進行脫醇處理。

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 試驗設計

采用單因素試驗設計：在無醇葡萄酒生產過程中，探究原酒的冷凍濃縮率、真空蒸餾過程中旋蒸時間、旋蒸溫度3個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 ℃、旋蒸時間45 min條件下，進行單因素試驗，考察冷凍濃縮對葡萄酒脫醇的影響。

1.5.2 真空蒸餾法旋蒸時間對葡萄酒脫醇的影響

有試驗發現，在固定真空度0.005 MPa條件下，因旋蒸時間過長，會對酒的香氣與口感造成不良影響[20]，故所有處理蒸餾時間最長設置為45 min。在固定冷凍濃縮率25%、旋蒸溫度35 ℃下，設置旋蒸時間水平（25、30、35、40、45 min），進行單因素試驗，考察旋蒸時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%、旋蒸時間45 min下，設置旋蒸溫度水平（20、25、30、35、40 ℃），進行單因素試驗，探究旋蒸溫度對葡萄酒脫醇的影響。

1.5.4 無醇葡萄酒工藝優化試驗設計

在單因素試驗基礎上得出冷凍濃縮率、旋蒸時間、旋蒸溫度3因素3水平進行工藝優化脫醇試驗，具體因素水平見表1。通過以上研究結果得到紅葡萄酒在冷凍濃縮率、旋蒸時間、旋蒸溫度方面的最佳脫醇工藝條件。

表1 工藝優化脫醇試驗因素水平表Table 1 Factor level of dealcoholization orthocross test

1.6 檢測指標及方法

1.6.1 感官評價方法

感官品評小組由寧夏大學食品與葡萄酒專業的博士、碩士研究生與葡萄酒學院大四學生（其中男生7人，女生8人，年齡均在20～28歲）組成，在標準品酒室（ISO 8589—1998）使用標準品酒杯（ISO 3591—1997），以盲品的方式進行評鑒。感官品評采取百分制，外觀20分、香氣30分、口感40分、澄清度10分[1]，評分依據見表2。

表2 無醇葡萄酒感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria for non-alcohol wines

1.6.2 理化指標

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進行測定，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個波長的吸光值之和即為葡萄酒色度。色調的測定：葡萄酒色調為葡萄酒在420 nm和520 nm波長下吸光值之商。

1.7 數據處理

采用Microsoft Office 2019對試驗數據進行統計分析，使用Origin 2019軟件繪制折線圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

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 ℃、旋蒸時間45 min時，隨著冷凍濃縮率逐漸升高，酒精度越來越低。只經過真空蒸餾，不冷凍濃縮時酒精度為4.47%，脫醇率為72.44%。當冷凍濃縮率為30%時，酒精度最低為0.13%；冷凍濃縮率為25%時，達到無醇酒精度要求（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，進行工藝優化脫醇試驗。

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 真空蒸餾法旋蒸時間對葡萄酒脫醇的影響

由圖2可知，隨著旋蒸時間的延長，酒精度越低；當旋蒸時間為45 min，酒精度達到無醇葡萄酒酒精度要求（0.5%～1%）。因此選擇選擇旋蒸時間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%。進行工藝優化脫醇試驗。

圖2 旋蒸時間對酒精度的影響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，當旋蒸溫度為30、35、40 ℃時，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%時進行工藝優化脫醇試驗。

2.2 旋蒸溫度與旋蒸時間交互作用的脫醇效果分析

由表3可知，當冷凍濃縮率20%、旋蒸時間35 min時，溫度30 ℃時酒精度降低到4.63%，脫醇率為67.26%；溫度40 ℃時酒精度降低到1.43%，脫醇率為89.87%，未達到無醇效果，說明35 min旋蒸時間太短，乙醇不能被有效的脫除。當蒸餾時間40 min、溫度30 ℃時，酒精度降低到4%，脫醇率為71.73%，未達到無醇效果，旋蒸溫度40 ℃時，酒精度降低到0.7%，脫醇率達95.05%，達到無醇效果。當旋蒸溫度為40 ℃，旋蒸時間40、45 min，脫醇率為95.05%、98.35%，酒精度均達到無醇效果，故蒸餾時間相同時，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

當冷凍濃縮率25%時，分析不同溫度和時間條件下的脫醇效果。在旋蒸時間40 min，溫度35 ℃時酒精度降低到1.4%，脫醇率90.11%，未達到無醇效果；當溫度在40 ℃時酒精度降低到0.37%，脫醇率為97.41%，達到無醇效果。當旋蒸時間45 min時，旋蒸溫度35、40 ℃，脫醇率均為97.4%，達到無醇效果。

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

2.3 工藝優化條件對‘赤霞珠’葡萄酒品質的影響

2.3.1 工藝優化條件對葡萄酒感官品質的影響

根據以上試驗結果，篩選出9組無醇葡萄酒工藝優化的脫醇參數，不同參數處理下產品的感官品評結果見表4。當旋蒸溫度40 ℃時，旋蒸時間35 min的產品感官評分均高于其他時間處理；當旋蒸溫度35 ℃、旋蒸時間45 min、冷凍濃縮率為25%時感官評分最高為88分，為本研究中最佳真空蒸餾脫醇工藝參數。

表4 無醇紅葡萄酒工藝優化脫醇感官品評結果Table 4 Sensory evaluation results of dealcoholization process optimization for alcohol-free red wine

2.3.2 脫醇工藝優化對‘赤霞珠’葡萄酒理化指標的影響

由表4結果可知，干紅葡萄酒經真空蒸餾工藝優化得到無醇葡萄酒最佳脫醇參數為冷凍濃縮率25%，旋蒸溫度35 ℃，旋蒸時間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，得出各理化指標的變化。由表5可知，總酸增幅大于總糖，而經無醇紅葡萄酒工藝優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、色調均高于原酒。

表5 不同處理條件下葡萄酒理化指標Table 5 Physicochemical indexes of wine under different treatments

3 結論與討論

隨著科技的發展和技術的進步，脫醇技術逐漸被開發并應用于無醇葡萄酒的生產。物理脫醇真空蒸餾法（又稱減壓蒸餾）在負壓條件下進行蒸餾操作，負壓條件降低了物質的沸點，使得在較低的溫度下蒸餾出產品[22]。齊曉琴等[23]通過真空蒸餾設備對半甜型紅葡萄酒進行脫醇研究，發現脫醇后的葡萄酒色度、總酸、總糖等均有一定程度的上升，與本研究結果相似。這是因為在真空蒸餾過程中，隨著水分從葡萄酒液體中蒸發，導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，需要通過添加調味劑進行口感改良。如劉向陽等[24]經真空蒸餾制備零度藍莓果酒時，需通過添加芒果和葡萄汁調配口感；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行優化，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味物質消失的問題。

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