張苗苗，曹國珍，繆建順，李文建，陸　　棟，*

（1.中國科學(xué)院近代物理研究所，甘肅蘭州730000；2.甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點實驗室，甘肅蘭州730000；3.蘭州大學(xué)藥學(xué)院，甘肅蘭州730000；4.西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州730070）

物理方法在釀造酒催陳中的研究進展

張苗苗1，2，曹國珍1，3，繆建順1，4，李文建1，2，陸棟1，2，*

（1.中國科學(xué)院近代物理研究所，甘肅蘭州730000；2.甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點實驗室，甘肅蘭州730000；3.蘭州大學(xué)藥學(xué)院，甘肅蘭州730000；4.西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州730070）

物理方法以其作用快速，無額外添加物等特點在酒類催陳中得到國內(nèi)外的廣泛認可。采用適當(dāng)?shù)奈锢矸椒ㄌ幚磲勗炀瓶娠@著改善酒類品質(zhì)，縮短陳釀周期，提高企業(yè)效益。本文對超高壓、電場、超聲波、微波等物理方法在釀造酒人工催陳中的作用機理、催陳效果及應(yīng)用范圍等方面的研究進行了綜合評價，并展望了各種方法的發(fā)展方向和應(yīng)用前景。

釀造酒，物理方法，人工催陳

酒類按照制造工藝和性質(zhì)可分為蒸餾酒、釀造酒、配制酒3大類。釀造酒是制酒原料（谷物、果汁）經(jīng)發(fā)酵后，在貯存容器內(nèi)經(jīng)過一段時間的窖藏產(chǎn)生的酒精飲品，包括葡萄酒、啤酒、米酒和果酒等，以葡萄酒和我國的黃酒為代表產(chǎn)品［1］。新釀造出的酒稱之為新酒，口感和香味差，需在橡木桶或陶壇等容器中進行陳釀老熟，使酒香味增加，口味變得協(xié)調(diào)柔和，而老熟期的長短直接決定著酒類產(chǎn)品的市場占有率和企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，在保證質(zhì)量的前提下，采用各種物理方法縮短酒類的老熟期，成為酒類研究人員努力的目標(biāo)。近年來，國內(nèi)外研究人員采用超高壓、電場、超聲波、微波等物理方法對葡萄酒及黃酒等進行催陳處理，并取得了一定成功。本文以葡萄酒和黃酒為主，對國內(nèi)外用于釀造酒催陳的物理方法的作用機理、應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點等方面的研究進行綜述。

1　釀造酒的陳釀

釀造酒貯存后，發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2、醛類、醇類等可揮發(fā)性物質(zhì)逐漸擴散；果膠、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)沉淀；酒中醇、水分子相互締合，醇、醛類發(fā)生氧化反應(yīng)和縮合反應(yīng)，醇、酸類通過酯化作用，使釀造酒中各類香味物質(zhì)成分不斷達到新的平衡，以改善酒中香氣，促使酒體變得醇和、協(xié)調(diào)、飽滿，此過程可稱為釀造酒的陳釀老熟。

2　釀造酒的物理催陳方法

2.1超高壓催陳

食品超高壓技術(shù)又稱高靜水壓技術(shù)，是指將食品放入液體介質(zhì)（通常是水）中，經(jīng)100MPa以上的壓力處理，在常溫甚至更低的溫度下對食品進行殺菌、滅酶、改善食品功能特性等，以達到食品加工貯藏的目的［2］。此技術(shù)已被廣泛用于葡萄酒，黃酒的催陳處理中。Yang Tao等［3］采用650MPa的高壓對西拉黑珍珠干紅分時間段進行處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)650MPa處理2h后西拉黑珍珠干紅的顏色強度從8.44降低到8.01，同時總酚、花青素、酒石酸酯、黃酮醇、單寧的含量減少；并且顏色強度、總酚、花青素含量等參數(shù)在增壓條件下的變化遵循韋伯模型，感官品評后發(fā)現(xiàn)其酸味、收斂性、酒精味和苦味的強度略有增加，但是對味覺的貢獻無顯著性差異。超高壓技術(shù)對葡萄酒質(zhì)量影響的預(yù)測研究，證實了壓力及持續(xù)時間對葡萄酒的質(zhì)量參數(shù)具有顯著性影響，并且壓力的影響更為重要，超高壓處理可使葡萄酒中酚類物質(zhì)減少，并且酚類成分可作為區(qū)分壓力的依據(jù)［4］。李樂等［5］檢測了經(jīng)超高壓處理后葡萄酒中蘆丁、楊梅素、桑色素等5種黃酮醇的含量，發(fā)現(xiàn)它們的含量隨著處理時間和壓力的變化與陳釀過程中的波動性變化類似。梁茂雨等［6］的研究結(jié)果顯示，采用300MPa的超高壓處理葡萄酒2h，可使酒中酯類化合物增加，改善產(chǎn)品感官品質(zhì)。以上研究表明超高壓用于葡萄酒處理具有一定的實用價值。李紹峰［7］發(fā)現(xiàn)壓力在500MPa內(nèi)不會對葡萄酒的風(fēng)格造成破壞，這與Yang Tao等［3］的研究結(jié)果不盡相同，所以超高壓處理葡萄酒具有壓力選擇性，而處理效果需結(jié)合理化指標(biāo)及感官評價綜合考慮。

韋廣權(quán)［8］采用超高壓處理丹陽黃酒，得出經(jīng)400MPa處理20min后，黃酒中醇、酯、醛、酸類物質(zhì)含量的變化使其品質(zhì)得到改善，感官評價最佳。而傳統(tǒng)型沉缸酒在300MPa下保壓處理0.5h時，陳化效果良好，黃酒風(fēng)味得到改善的同時也未對氨基酸成分造成顯著破壞［9-10］，并且在400MPa下處理丹陽封缸酒15min后其香氣含量變化最明顯，與一年的陳酒相近，說明超高壓對丹陽黃酒具有一定的催陳效果［10］。裴洋等［11］發(fā)現(xiàn)山楂黃酒經(jīng)超高壓處理后，香氣物質(zhì)的變化主要是酯類、醇類增加，乙醛含量減低，400MPa處理山楂黃酒15min后，處理樣品的香氣變化最顯著，感官評價結(jié)果與氣質(zhì)聯(lián)用分析結(jié)果相符。而對于蘋果黃酒，300MPa處理15min時，最有利于酯類和醇類物質(zhì)的合成，處理樣品的綜合評分最高［12］。綜合以上研究可以看出超高壓用于處理傳統(tǒng)黃酒，壓力稍低的情況下，處理時間較長；壓力較高的情況下，處理時間較短；而對于水果黃酒，處理壓力及時間都與釀造原料相關(guān)?？傮w而言，在工業(yè)生產(chǎn)中，超高壓處理除了影響葡萄酒、黃酒的質(zhì)量外，還能解決葡萄酒、黃酒在自然陳釀過程中蒸發(fā)浪費、需時過長、占地面積過大等一系列問題，是一種有效的酒處理方法。

2.2電場催陳

電場可促使分子電離，降低反應(yīng)所需的活化能，提高分子間的有效碰撞率，加快處于動態(tài)平衡的化學(xué)反應(yīng)速率，在加速氧化還原、締合、水解等反應(yīng)的同時促進貯酒容器中各類化合物的浸取與擴散［13］。常用的電場包括脈沖電場和交流電場兩種，而脈沖電場可用于發(fā)酵前的葡萄處理和發(fā)酵后的酒處理。Noelia López等［14］采用5kV/cm，2.1kj/kg的脈沖電場對新釀葡萄酒進行處理，發(fā)現(xiàn)處理樣品的顏色強度、總多酚類、單寧酸比對照更加豐富，其視覺特征表現(xiàn)較好。葡萄殘渣經(jīng)脈沖電場處理后釀制的葡萄酒中花青素混合物的濃度比對照樣品高，浸漬時間從268h減少到72h［14］，采用脈沖電場處理赤霞珠葡萄后再發(fā)酵，同樣可減少發(fā)酵浸漬時間并獲得更多的酚類物質(zhì)［15］，桃紅葡萄酒的生產(chǎn)時，采用5kV/cm，50脈沖的電場處理葡萄后再發(fā)酵，可在減少發(fā)酵浸漬時間的同時促進花青素的提取［16］。從以上研究可以看出，脈沖電場用于發(fā)酵前葡萄處理主要可減少浸漬時間和促進酚類物質(zhì)溶出；而用于葡萄酒處理則可增強顏色強度及提高酚類物質(zhì)含量。Dan Zhao等設(shè)計了一款含有乙醇、水、（+）-兒茶酸和乙醛的葡萄酒模型，發(fā)現(xiàn)高壓脈沖電場可增強（+）-兒茶酸和乙醛之間的縮合反應(yīng)；在40kV/cm的場強下，縮合反應(yīng)的活化能從41.59kJ/mol降低到28.98kJ/mol，隨著場強的增加，（+）-兒茶酸的含量明顯下降，并且在此場強下反應(yīng)31.12ms時，（+）-兒茶酸的含量與未加場強反應(yīng)62.23ms時的含量相當(dāng)［17］。此研究結(jié)果印證了電場催陳酒類的反應(yīng)機理。蘇慧娜等［18］采用高壓脈沖電場對新鮮干紅葡萄酒進行處理，當(dāng)電場強度低于18kV/cm時，原花色素的含量、平均聚合度及組成單元的變化顯著。且隨著場強增加，處理效果越接近陳釀，但是當(dāng)場強達到24kV/cm時，處理效果下降。陳杰等［19］采用自行研制的高壓脈沖電場設(shè)備對新鮮干紅葡萄酒進行處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)不同電場能量密度處理后，葡萄酒中黃烷-3-醇和酚酸的含量變化顯著，葡萄酒色度與色調(diào)值有顯著提高，當(dāng)注入電場能量密度為60.5J/mL時，處理效果最顯著。范松梅，朱暢等［20-21］通過實驗確定了脈沖數(shù)2，電場強度10kV/cm，處理溫度10或15℃為高壓脈沖電場催陳干紅葡萄酒的最佳參數(shù)，經(jīng)此條件催陳的葡萄酒不管是從干浸出物、pH等指標(biāo)還是綜合評分都為最高。劉學(xué)軍［22］采用高壓脈沖電場對干紅葡萄酒做了改性與增香研究，發(fā)現(xiàn)處理樣品的雜醇油含量下降，總酸、總酯和苯乙醇含量上升，處理后的葡萄酒口感醇和，酒體豐滿協(xié)調(diào)。同時也發(fā)現(xiàn)高壓脈沖電場能夠增加干紅葡萄酒的氫鍵締合能力，形成大而穩(wěn)定的締合體，促進葡萄酒老熟［23］。綜上研究可以看出，脈沖電場用于葡萄酒催陳的技術(shù)基本成熟，并且用于實驗室處理時已有現(xiàn)成的實驗裝置，其操作靈活，安全無污染；而用于生產(chǎn)時也可以根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模對處理量進行調(diào)整，所以比較適用于釀酒企業(yè)的規(guī)?；幚?。

交流電場已被用于工廠中新鮮卡百內(nèi)葡萄酒的實驗催陳，Xin An Zeng等［24］采用600V/cm的交流電場對新鮮卡百內(nèi)葡萄酒催陳3min，發(fā)現(xiàn)新酒從粗糙、辛辣變得協(xié)調(diào)與優(yōu)雅，酒中可揮發(fā)性醇類和醛類大量減少，酯類和自由氨基酸含量略有升高，證實了交流電場可用于葡萄酒的催陳處理，并且一些釀酒企業(yè)已計劃將其用于實踐生產(chǎn)。

2.3超聲波催陳

超聲陳化是利用超聲處理產(chǎn)生的巨大剪切應(yīng)力和瞬間高溫高壓環(huán)境，促進酒體發(fā)生一系列物理化學(xué)及生化變化，加速分子間的締合和邪雜物質(zhì)的揮發(fā)，提升酒感官品質(zhì)的過程［25］。Chang等［26］發(fā)現(xiàn)采用20KHz的超聲波對米酒和玉米酒進行催陳處理時，米酒的催陳效果要好于玉米酒。對米酒而言，通過對比理化指標(biāo)、感官評價及老熟時間后，發(fā)現(xiàn)20KHz的處理效果優(yōu)于1.6MHz的處理效果［27］，這說明低頻超聲波更適用于米酒的催陳。孫慧等［28］采用超聲波對刺梨干紅葡萄酒催陳，發(fā)現(xiàn)采用50KHz的超聲頻率處理25min，陳釀30d后，可改善葡萄酒苦澀味重的缺陷。游玉明［29］采用28KHz的超聲頻率對50℃的柚子酒處理15min，發(fā)現(xiàn)處理后柚子酒中總酯、干浸出物等均有所增加，香氣成分變化較大，符合自然陳釀趨勢。周曉芳和王毓寧等［30-31］分別采用橡木片結(jié)合超聲波的方式對干紅葡萄酒和黑莓干紅酒進行處理，證明了適當(dāng)?shù)奶幚項l件，同樣可縮短陳釀時間，提高酒的品質(zhì)。李卉，趙赟，陳萍等［32-34］采用超聲波對葡萄酒處理18min后發(fā)現(xiàn)，超聲波能加速葡萄酒內(nèi)部的氧化、還原、酯化反應(yīng)，改變葡萄酒中酸類、酯類等物質(zhì)含量及花色素和色度值。從以上研究可以看出，超聲波處理葡萄酒可去雜增香，促進酒體老熟，經(jīng)超聲波催陳的葡萄酒色澤鮮亮，酒體澄清，整體感覺令人愉快。但是部分酒樣經(jīng)超聲波催陳后還需貯存一段時間，才能改善口感，這說明催陳特征不明顯，并且超聲波作為高能量的處理方法，超聲頻率過高時易產(chǎn)生預(yù)期外物質(zhì)，在工業(yè)化生產(chǎn)過程中需對處理樣的穩(wěn)定性及酒體中易氧化物變化進行實時監(jiān)測。而采用低頻處理又要對葡萄酒進行加熱或者額外添加橡木片等，無疑使處理工序復(fù)雜化。所以如何確定合適的超聲頻率是超聲處理過程中亟待解決的一大難題。

舒杰［35］研究發(fā)現(xiàn)，于20℃下采用135W的超聲處理黃酒20min時，其感官品質(zhì)最佳；酒中酸類、酯類物質(zhì)含量增加，氨基酸總量基本不變，大部分理化指標(biāo)與一年陳黃酒最為接近。蔡明迪，陳漢勇［36-37］采用混頻處理的方法對黃酒進行處理，發(fā)現(xiàn)隨著混頻數(shù)增加，黃酒中總酯及總固形物含量提高，總體口感提升，辛辣感下降，證明了三頻混頻處理效果優(yōu)于兩頻及單頻，并且確定了60W/L為最佳功率密度。采用超聲波處理黃酒可促進酒中各成分間的氧化及酯化反應(yīng)，加速黃酒陳化，提高感官品質(zhì)，并且操作簡單，生產(chǎn)成本低，可行性強。但是目前對于超聲波處理黃酒后回生問題的研究方法還未見報道，為此，對于這一部分還需開展更為深入的跟蹤研究。

2.4微波催陳

微波催陳是指通過高頻電磁場使酒中的極性分子和水分子高頻極化，重新組合，加快醇化的過程［38］。李聰研究了微波處理對干紅葡萄酒理化指標(biāo)、主要成分、感官特性的影響規(guī)律，得到420W處理10min時酒樣感官評價最高，對新鮮葡萄酒處理5min時，葡萄酒顏色最佳［39-40］。郭雪霞［41］采用中高火和中火微波處理葡萄酒，通過對乙酸乙酯及正丙醇等物質(zhì)含量的變化及感官分值的綜合考慮，認為中火微波處理2min時，葡萄酒的催陳效果較好。而王英臣［38］基于微波催陳的原理，自行設(shè)計了一套葡萄酒催陳裝置，該裝置實現(xiàn)了微波處理酒樣的可控性。申世軒［42］以540W微波對刺梨干紅處理3min，間隔處理3次，陳釀1個月，發(fā)現(xiàn)處理樣品綜合品質(zhì)得到明顯改善，可達到1年酒的陳釀效果。游玉明［29］發(fā)現(xiàn)采用微波中火力對柚子酒處理6min時，催陳效果較好，柚子酒品質(zhì)有一定提高，但陳化效果不及自然陳釀一年或三年酒的品質(zhì)。江京等［43］采用微波對新釀黃酒進行催陳，實驗結(jié)果表明，檸檬酸添加量0.3%，微波處理能量87.5J/s、處理時間3min一次為微波催陳黃酒的最佳條件，該條件下，催陳黃酒中總酸、總酯和風(fēng)味物質(zhì)的組成與自然陳釀三年的黃酒相近。以上研究證明了微波可用于釀造酒的催陳處理，但是對于部分酒樣，需通過增加處理次數(shù)或者添加其他物質(zhì)才能改善酒的口感，但是低能量的重復(fù)積累及添加物質(zhì)并未實現(xiàn)氫鍵的締合，而采用中高火力處理酒樣會影響酒中較為敏感的化合物，甚至?xí)a(chǎn)生預(yù)期外的有害物質(zhì)，所以將微波用于酒類的工業(yè)化處理還需通過多次實驗驗證。

2.5其他催陳方法

除了以上的催陳方法，常用的催陳方法還包括輻照處理、冷熱處理、磁場、紅外及激光催陳等。Chang［44］發(fā)現(xiàn)采用劑量為20Gy/min的γ射線對米酒進行輻照處理，1h之內(nèi)就能改善米酒口感，提升品質(zhì)，但是對處理樣中的輻照殘留物需謹慎對待，在此研究的基礎(chǔ)上，Chang還對比了不同頻率超聲波及γ-輻照對玉米酒的催陳效果，發(fā)現(xiàn)γ-輻照的效果要好于超聲波［45］。但是鑒于γ射線催陳設(shè)備投資較大，輻照劑量不易控制，并且劑量過大的情況下會生成預(yù)期外物質(zhì)及存在輻照殘余等問題，直接影響了其用于釀造酒處理的研究進程。郭雪霞［41］的研究表明，低溫處理可使葡萄酒中酯類含量增加，醇類含量降低；并且葡萄酒于-4～-5℃處理160d時，感官分值極顯著高于對照；50℃加熱處理5d后，葡萄酒的催陳效果較好。趙赟［46］的研究也表明，干紅葡萄酒經(jīng)90d的冷凍處理后，可提升其整體品質(zhì)；50℃加熱處理5d后，尖酸味減弱，苦澀味較協(xié)調(diào)，陳香增加，葡萄酒整體感覺有所提升。但是相對于其他技術(shù)方法，采用冷或者熱處理能耗大，時間長，不適于釀造酒的規(guī)模化處理。而綜合張慶華和蘇慧娜等［47-48］的研究結(jié)果可以看出，適當(dāng)?shù)拇艌鎏幚砟苁蛊咸丫浦蟹宇愇镔|(zhì)和原花色素的變化朝著陳釀方向進行。但是磁場單獨用于釀造酒催陳的研究較少，一般都是與電場結(jié)合以電磁場的形式進行催陳［49］，這在解決磁場催陳設(shè)備龐大問題的同時也使電磁場催陳設(shè)備的研發(fā)進入到了新的階段。而紅外和激光作為上世紀八九十年代出現(xiàn)的物理催陳技術(shù)，主要用于黃酒類的催陳。李開炳，陳允魁等的研究結(jié)果證實了紅外技術(shù)能有效縮短黃酒的陳釀時間［50-51］；經(jīng)激光催陳的黃酒，其總酯和游離氨基酸增加，有利于黃酒品質(zhì)的提升［52］。但是相對于近幾年發(fā)展起來的物理技術(shù)而言，紅外催陳對溫度要求比較嚴格，需要在加熱或者在不同溫度交替下才能完成，所以限制了其推廣應(yīng)用；而激光催陳需根據(jù)黃酒成分確定波長，選擇性過強，用于實踐生產(chǎn)時會額外增加生產(chǎn)難度和工序。總而言之，隨著物理技術(shù)的發(fā)展，在釀造酒催陳過程中γ射線輻照、冷熱處理、磁場、紅外及激光等方法或是因其生產(chǎn)設(shè)備投入較大或是工藝步驟繁復(fù)，已逐漸被研究人員和企業(yè)所淘汰。

3　物理方法在葡萄酒催陳方面的比較

文中綜述了物理方法在葡萄酒、黃酒等方面的催陳研究?，F(xiàn)以葡萄酒為例，選取研究較為深入的文獻資料，對比幾種物理方法對葡萄酒的影響作用，比較內(nèi)容如表1所示。由表1可見，衡量葡萄酒老熟的指標(biāo)除了酚類、酯類、醇類等物質(zhì)外，顏色強度和入口風(fēng)味等感官評價作為衡量葡萄酒催陳效果的重要指標(biāo)，也被納入了研究范圍之內(nèi)。

表1　物理方法對葡萄酒的主要影響Table 1　The principal effect on wine of physical methods

4　結(jié)論與展望

采用物理方法對釀造酒進行陳化處理主要是在外界設(shè)施提供能量的基礎(chǔ)上，促進了酒中各類物質(zhì)的揮發(fā)、氧化、縮合、酯化等作用，加速了酒的老熟速度。物理技術(shù)作為促進釀造酒老熟的有效方法，可縮短釀造酒貯存時間，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。文中所述的物理方法已被廣泛用于釀造酒的催陳研究，期間也伴隨著專用催陳設(shè)備的研發(fā)［19，38］，但是與傳統(tǒng)的自然陳釀相比，采用這些物理技術(shù)對釀造酒進行催陳還具有一定缺陷，不管是高壓、電場還是超聲波處理需將能量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)才能改善酒的品質(zhì)。例如超高壓及高壓脈沖電場催陳，在壓力或者電場強度過高的情況下，會破壞酒的風(fēng)格，影響催陳效果［7，18］；而冷熱催陳方法能耗高，時間長［46］；其余方法在快速改善酒的口感和品質(zhì)的同時也容易生成預(yù)期外的新物質(zhì)。對于不同酒樣，同一處理方法催陳效果各異，一定程度上限制了這些方法的推廣應(yīng)用，所以后續(xù)研究可在優(yōu)化各類物理催陳方法的同時，嘗試多種方法的組合利用及探索新的催陳方法以彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，期望在推進人工陳釀技術(shù)工業(yè)化進程的同時也給釀酒企業(yè)帶來效益。

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Research progress of artificial aging of fermented wine with physical methods

ZHANG Miao-miao1，2，CAO Guo-zhen1，3，MIAO Jian-shun1，4，LI Wen-jian1，2，LU Dong1，2，*
（1.Institute of Modern Physics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；2.Key Laboratory of Microbial Resources Exploition and Application，Lanzhou 730000，China；3.School of Pharmacy，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China；4.College of Life Science，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China）

As fast acting，no additional additives in artificial aging of fermented wine，physical methods are widely recognized in domestic and overseas.Appropriate physical methods are employed to treat with fermented wine could improve the quality of wine，reduce the aging time and increase the efficiency of the enterprise.In this paper，we comprehensively evaluated the artificial aging mechanism，aging effect and range of application of physical methods applied for artificial aging of fermented wine including high hydrostatic pressure，electric field，ultrasonic wave and microwave.We also prospected the future of development direction and application prospect of various artificial aging methods.

fermented wine；physical methods；artificial aging

TS262.6

A

1002-0306（2015）12-0395-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.12.075

2014－08－26

張苗苗（1986-），女，碩士，研究實習(xí)員，主要從事食品處理與質(zhì)量安全控制方面的研究。

陸棟（1979-），男，副研究員，主要從事輻射生物學(xué)方面的研究。

中國科學(xué)院西部之光人才培養(yǎng)計劃項目（Y306010XB0）。