超声波辅助熟化红葡萄酒技术研究进展*

张清安，范学辉，原江锋

1(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安，710062)

2(陕西师范大学体育学院，陕西 西安，710062)

3(河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳，471003)

1 葡萄酒及其熟化方法概述

葡萄酒以鲜葡萄或葡萄汁为原料，经全部或部分发酵酿制而成的，含有一定酒精度的发酵酒。发酵刚结束所获得的葡萄酒通常称为生葡萄酒，因口味粗糙、苦涩，香味淡薄，酒体不协调和饮后缺乏回味感等缺陷，要经过一段时间的贮存。贮存期间生葡萄酒经过一系列缓慢的物理、化学及生物化学变化后，酒体芳香醇和、丰满协调，从而达到最佳饮用状态。这个过程称为葡萄酒的陈酿或老熟(化)或成熟［1］。

传统的成熟方式也叫自然陈酿法，即将经过发酵的新酒贮存在橡木桶里，后在酒窖中后经过几个月至几年不等的存放期。酒在这个过程中通过橡木桶上的微孔摄取少许氧气，从而诱导一系列复杂反应的发生;同时，再加上橡木材料中芳香类物质的融入，使酒的颜色、口感、香味等更加匀和、协调，此状态的酒即为该酒的“酒峰”(Peak)或“壮年期”;而后随着时间的推移，酒的品质会逐渐下降、适口性降低［1-6］。

虽然自然老熟是一种经典有效获得高品质葡萄酒的陈酿方法，但这种方法存在许多问题［7-8］:一是生产周期较长(少则需几个月，多则几年甚至更长)，从而限制了企业的生产量;其次，陈酿需要的大量橡木桶、酒窖和厂房也会占用大量资金，同时，由于特殊的管理要求也相应增大了劳动强度;另外，贮存过程中易受到诸多不确定因素的影响，使不同批次酒的品质有较大差异。因此，葡萄酒生产商和科技工作者，希望能找到一种人工催熟技术使“酒峰”尽可能早出现、晚消失，从而使酒的“最佳状态”尽可能保持更长时间，以提高酒的品质和生产量。

目前，已报道的有关酒类产品的人工催陈技术主要有微氧处理［9-11］、交流电场处理［12-13］、冷热处理［14］、辐照处理［15-16］、脉冲电场处理［17-19］、微波处理［20］、超高压处理［21-24］和超声波处理［25-34］等。相比较而言，除了微氧处理和高压脉冲电场处理研究相对深入系统和成熟外，其它技术的应用研究还远不成熟。

2 超声波应用于加速葡萄酒成熟的研究进展

在国内，对于超声处理催熟酒的研究主要始于20世纪70、80年代，而且这个阶段的研究主要以白酒为主［35-39］，虽然取得了一定进展，但由于存在“回生”及条件不易控制等问题，所以该技术并未获得太多关注。近年来，随着葡萄酒消费市场和葡萄酒酿造工业的不断进步与发展，葡萄酒催熟与陈酿的工艺和理念也发生了很大变化，将超声应用于催陈葡萄酒的研究也开始出现了“回暖”现象。

李卉［25］研究了超声波对干红葡萄酒感官指标、花色素、色度、色调和总酸浓度的影响，结果表明经超声波处理18 min后葡萄酒整体质量得到提升。赵赞［26］采用同样的超声参数研究对新鲜干红葡萄酒香气成分的影响，结果表明经超声波处理后，总酯的相对含量从19.61% 增加至31.19%，总醇的相对含量从70.16%降低至60.43%，超声波处理可促进酯化、去杂增香，使酒体柔和;而且经超声处理后的葡萄酒在存放过程中未见“回生”现象发生。周晓芳［27］研究表明，在超声波功率120 W、频率40 kHz、处理时间为20 min时，可以增加干红葡萄酒的色度、色调和聚合大分子单宁的含量，降低总单体酚和总游离花色苷含量，消除不良气味硫味、减弱生葡萄酒的生青味和酵母味，增加焦糖和烟熏味，使果香味更加柔和、突出，口感更加平衡、协调;而且如果超声过程中添加6 g/L的橡木片，催陈效果更明显，去除了硫味，增加了香子兰和橡木香味，增强了烟熏、焦糖味，口感圆润、醇厚、结构感强。总之，橡木片和超声波复合处理技术，能明显缩短处理时间，增加催陈效果。

台湾宜兰大学的Chang［28-29］开展了超声波(采用20 kHz和1.6MHz两个频率)催熟米酒和玉米酒的研究，结果表明超声波确实可以加速酒的成熟，而饮料酒中酒精含量、可滴定酸值、挥发性芳香物质、感官评定和酒龄与自然陈酿的饮料酒的品质类似;而且20 kHz的效果较好，相比之下米酒较玉米酒更适合用超声波催熟。

在国外，早在1963年，葡萄酒研究泰斗、美国加利福尼亚大学戴维斯分校的Singleton教授及其团队就开展了超声波同时充气加速红葡萄酒熟化的相关研究，但限于当时的研究条件和技术，而且经超声处理后红葡萄酒的理化指标(pH、可滴定酸、挥发性酸、氧化还原电位、挥发性醛、挥发性酯、干物质、酒精、单宁等含量和酒的光谱特性)变化微小，而且不规律，同时感官品尝发现了焦糊味［30］，所以该研究技术及结果当时并未受到太多关注。

近年来，随着现代分析测试技术和手段的发展与完善，将超声波应用于酒类产品快速熟化又引起了广大科技工作者和相关企业的广泛关注。目前已有3项相关专利获批［33-34，40］，其中一项是有关促进酒类熟化的超声设备的开发及其应用参数，另外两项是有关超声波处理对饮料品质影响的应用研究。日本在这方面开展的研究也相对较多［31，41-43］，但多数研究集中在超声作用下酒或含酒精饮料(尤其白酒)中乙醇与水分子间的水簇形成机理及对酒品质的影响，而对超声诱导作用下葡萄酒中相关理化、感官指标的变化及机理研究却较少。

在欧盟，2010年欧盟第七框架计划(7th Framework Programme，简称 FP7)启动了“Novel method for assisting and accelerating the aging process of wine”(No.262614)面向欧盟中小企业受益的科技计划，项目主要由西班牙的IRIS、Bodegas Torre Del Veguer、Cava Berdie、Cavas del Castillo de Perelada、法国波尔多的Chateau Pouget、德国吉森海姆的Forschungsanstalt Geisenheim、瑞士的Aktive Arc Sarl.和爱尔兰都柏林大学等单位联合攻关开展(项目工作和宣传网站:http://projects.iris.cat/projects/ultrafinewine;http://www.ultrafinewine.eu/)。项目目的在于研究开发一种超声设备并将其用于催熟红葡萄酒。作者有幸成为项目组成员(2010-2012年在爱尔兰都柏林大学事从孙大文院士开展博士后合作研究)并承担超声诱导处理对红葡萄酒品质影响的研究内容。通过该项目的开展，开发出了用于红葡萄酒老化的原型机(Flow Cell)，并研究了Flow Cell处理对酒的颜色(色值、色调等)、口感等感官指标和pH、可滴定酸、挥发性酸、总酚、花青素(含总花青素、结合花青素和游离花青素)、乙醛、单宁、SO2、乙醇、还原糖、黄烷醇、酒石酸酯等化学指标的影响，优化了中试工艺参数范围(声功率小于35W/L，时间1 h以内，温度20℃左右)。研究结果表明，超声处理的确对以上评价指标有一定影响，能快速改变红葡萄酒品质。

但遗憾的是各酒庄(项目合作酒庄及在欧盟内通过问卷所调查的其他7个国家的酒庄)对此新技术的应用前景均持谨慎观望态度。原因是经过处理的红葡萄酒虽然在感官方面的确得到了一定程度改善(感官评定试验中，专业人士和一般消费者均这样认为)，但化学指标的变化却似乎有些飘忽不定、无章可循，而酒庄人员却坚持认为只有明确了解酒中主要理化指标的真实变化及规律，并使这些变化处于可控状态之中。同时，酒的品质与自然成熟酒的品质类似时，他们心里才踏实、才敢将该技术真正应用于生产实践中。尤其，对红葡萄酒中含量较高(1～4g/L)，且与酒的感官和颜色等品质极为相关的酚类物质(如黄烷-3-醇及花色苷类等物质)的变化规律是他们最为关心的。但这些却是该项目未曾深入涉及的研究内容，也可以说是该项目的遗憾之处;同时，也给后续研究提出了一个很好的课题。

3 展望

总之，国内外现有研究均表明，适度(过强和过长时间处理将会破坏酒的品质)超声波诱导处理的确可以在一定程度上影响甚至改善葡萄酒的品质。但是，目前的研究多集中在超声诱导对酒的理化及感官指标变化的宏观描述方面，且不同课题组所采用的超声条件参数和所获得结果也有很大差异，而对变化机理研究却几乎没有涉及。尤其对于红葡萄酒中含量较高的酚类物质(如黄烷-3-醇及花色苷类等)在超声场诱导下的变化机理以及其对酒的口感和颜色的影响，目前尚不清楚。毕竟，葡萄酒中的黄烷-3-醇及花色苷类物质分别与酒的苦味、收敛性和褐变、颜色等特性紧密相关，很大程度上也是评价酒的品质的重要指标;同时，这些物质也是葡萄酒自然熟化过程中变化机理相对明确、研究集中的热点［3，4，6，11，44-51］。鉴于酒中物质种类繁多，要想弄清楚每一物质在超声场诱导下的具体变化及机理，难度很大甚至几乎不可能;因此，在研究超声加速红葡萄酒老化机理时应以酒中含量较高且对酒品质有重要影响的代表性酚类物质为对象开展研究，这样研究结果也便于和这些物质在自然熟化过程中相对明确的变化机理相比较。

自然熟化过程中，酒中酚类物质在微量氧气的作用下发生一系列氧化、缩合或聚合反应，随着时间的推移单体酚类含量下降、聚合酚类含量增加，酒的口感、颜色等特性也随之改变［1］。由于超声具有脱气作用，所以可以肯定的是在超声场诱导下，酒中氧气含量会更低、由其所诱导的反应将会更慢甚至不发生，也即此时氧气及其引发的微氧化反应已经不是超声加速酒类品质改变的主要因素。但超声空化及其所产的瞬时高压、高温能使水分子裂解从而产生氢及羟基自由基却是不争的事实［52，53］;而超声作用于葡萄酒时能否诱导酒中乙醇、酚类物质也产生自由基，从而引发连锁反应导致酚类氧化成(半)醌类、聚合或降解;或者超声是通过别的途径加速红葡萄酒老化，这些都是未解之谜;也是制约该技术能否真正应用于催熟红葡萄酒产业的瓶颈，有待于进一步研究。

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