超高压技术在酒类生产中的研究进展

王正荣，李玮，杨丽，马汉军*

（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

超高压技术在酒类生产中的研究进展

王正荣，李玮，杨丽，马汉军*

（河南科技学院食品学院，河南新乡453003）

超高压技术是一种新型的非热力加工技术，在食品行业中具有非常广阔的应用前景。该文综述了超高压技术对葡萄酒、白酒、果酒的杀菌作用、催陈作用和理化性质的影响以及在啤酒酿造过程中的研究和应用，并对超高压技术在酿酒领域中的发展前景进行了初步展望。

超高压；酿酒业；杀菌保鲜；啤酒；催陈

超高压技术（ultra high pressure processing，UHP）又称为高静压技术（high hydrostatic pressure processing，HHP），是在密闭容器中以水作为传压介质，将100～1 000 MPa的静态液体压力施加于食品、生物制品等物料上并保持一定的时间，起到杀菌、灭酶等功能性作用[1]。食品超高压技术是一种物理加工保鲜方法，相较于传统方法具有自身的很多优势，首先，在加工过程中不需要添加任何添加剂，这对于目前很多消费者来说无疑是非常青睐的加工方式，另外，在加工过程中对食品破坏较少，能够较好的保持食品中原有的营养以及色香味等成分。由于超高压技术能作用于非共价键，保证共价键的完整，因此，超高压可以在较低的温度下就能达到杀菌效果，超高压技术还能改变某些食品的内部结构，有可能获得新的成分和功效，同时获得新物料的食品特性。超高压加工技术作为一项共性技术，应用非常广泛。

近年来，超高压技术被广泛的使用在食品工业中，如肉产品、果蔬类和海鲜类食品中[2-5]。超高压应用到酿酒中的首次报道是在1994年，超高压技术在酿酒工业化生产的首次报道是在2002年[6-7]。超高压技术目前在酿酒制造业如啤酒、葡萄酒、白酒和果酒中均有报道，本文对国内外超高压技术在酿酒业中的研究现状、存在的问题以及发展前景进行了阐述。

1　超高压在葡萄酒，白酒等酿造业中的应用

目前，关于超高压对酒类的影响主要包括杀菌作用，对酒中芳香成分的影响和催陈作用等。

1.1杀菌作用

超高压技术利用高压影响微生物的生物化学反应，细胞壁膜以及基因等多方面的变化，进而影响微生物原有的生理活动，使原有的生理功能遭到破坏，发生不可逆转的变化，导致微生物死亡[1]。目前，超高压在酿酒中杀菌作用的影响涉及到葡萄糖、啤酒、果酒（包括苹果酒、荔枝酒、香蕉酒、干红枣酒等）[6，8-14]，将超高压技术应用到葡萄酒中的研究开始于1994年，在该研究中发现，当压力超过300 MPa时，能很好的起到灭菌效果，并且，通过超高压处理的葡萄酒颜色更亮，在贮藏过程中，颜色并无很大变化，这一结果与果酒中的研究相似。FISCHER S等[15]发现，在较低的pH值条件下超高压对植物乳杆菌具有更好的杀菌效果，其中在pH6.5时菌落总数降低了20%，而在pH值为4.0时能使菌落总数降低至90%左右。这些研究结果表明，超高压灭菌的效果与压力大小、保压时间、微生物种类、物料种类、pH和处理温度具有相关性。

目前，超高压灭菌技术的问题在于对芽孢的灭活上，有研究表明，在果酒中检出革兰氏阴性菌，当压力到达900 MPa时仍能存活[11]，目前，在这方面的研究比较少。另外，将超高压技术应用产业中的研究很少，对于超高压技术在酿酒中灭菌的基础研究比较多，但对于建立压力大小、保压时间以及温度等处理不同酒类，研究超高压对其中的菌落总数、霉菌、酵母菌等微生物的灭菌效果，建立微生物灭活的动力学模式，是目前将超高压技术应用到酿酒业中的必不可缺的研究内容。

1.2对芳香成分的影响

SANTOS M C等[16]研究了超高压对白葡萄酒和红葡萄酒（不加二氧化硫）香气成分的影响，结果表明，在压力425 MPa和500 MPa条件下，作用5 min后，超过160种的挥发性成分被检测到，经过9个月的贮藏期后，超高压处理的葡萄酒具有较多的呋喃类、醛类、酮类和缩醛类等香气成分，通过超高压处理能加速葡萄酒中的美拉德反应、酒精与脂类的反应，使得葡萄酒中具有更多的香气成分[17]。SANTOS M C等[18]研究发现，超高压处理的红葡萄酒具有成熟的水果香气，经过6个月的窖藏后，经过超高压处理的葡萄酒具有较多的呋喃类香气成分。张文叶等[19]在常温条件下，超高压处理对干红枣酒香气成分的影响，有机酸类物质的含量在300 MPa以下有升高的趋势，但在500 MPa以上，有机酸类的物质含量减少。酯类物质的含量在500 MPa以下含量减少，700 MPa时含量增加。醛酮类物质经过超高压处理后，含量减少。孟宪军等[20]用不同超高压处理冰葡萄酒，香气成分发生改变，其中以异戊醇、苯乙醇、丁二酸二乙酯、乙酸乙酯和己酸乙酯等物质的含量变化较显著，说明超高压处理能改善冰葡萄酒的香气。其中300 MPa超高压处理能使冰葡萄酒的香气更加丰富柔和。另外还发现，超高压处理对桑葚酒和柚子酒的香气成分也有影响[21-22]。可以这样认为，超高压对可认为，超高压对酒类中香气成分的影响有所不同，一方面超高压处理会降低或者激活和香气有关的酶类的活性，另外一方面是通过超高压处理能使香气反应前提物质的浓度增加或者香气成分的物质降解，因此，超高压对酒类的香气成分和呈味物质的变化也有所不同，超高压对酒类中风味相关的底物和酶的变化还需要更加系统的研究，并不断提出超高压对酒类风味影响的机制，以便更好的将超高压利用到酿酒的制造过程中。

1.3催陈作用

近年来，关于超高压处理对酒催陈作用的研究屡有报道，蔡明迪等[23]在200～350 MPa下，处理0.5～2.0 h，介质温度为10～40℃条件下超高压处理黄酒，结果表明，当压力在300 MPa时具有比较好的感官品质，保压时间0.5 h能使酒具备良好的陈化效果，通过对黄酒中总酯、总酸、总醛、杂醇油，挥发性香气成分及氨基酸总量的检测发现，经超高压处理的酒中醇类物质减少，酯类与醛类含量增加，酸类变化不明显，证明超高压可促进醇、醛等物质的氧化作用，酯化作用效果明显，可有效改善黄酒风味，加速陈化过程。YANG T等[24]研究发现，西拉黑珍珠干红在650 MPa超高压处理2 h后，西拉黑珍珠干红的颜色强度由8.44降至8.01，总酚、花青素、酒石酸酯、黄酮醇、单宁的含量减少，同时，酸味、酒精味和苦味略有上升。超高压处理使葡萄酒中的酚类物质减少，并且可以作为区分压力的依据[25]。超高压对催陈的影响主要在于对呈味物质的影响，但酒类中的呈味物质多达数几百种，并且他们之间又存在着化学作用，这种化学作用是处于一种动态的平衡，该过程非常复杂，能够掌握这种研究和分析的方法，目前还具有很大的局限性，导致目前还不能全面正确的分析超高压对酒类的催陈效果，目前的研究多用感官评价来进行评定，但这种方法过于主观，误差也相对较大，而气相色谱的方法具有不稳定性，因此，如何将多种分析方法进行结合达到全面了解超高压催陈的效果和作用机制。另外，超高压设备对精密性和耐压性要求高，而耐压金属材料价贵昂贵，密封性、压力强度、设备的使用寿命等多方面因素限制产业化生产[26]，因此，能否降低设备造价直接关系到该技术最终能否实现产业化，这就需要研发一种在厂家可接受价格范围内的设备。

1.4其他方面的研究

TABILO-MUNIZAGA G等[27]用超高压处理未经皂土澄清的Sauvignonblanc葡萄酒，结果表明，经过400～550 MPa的超高压处理后，葡萄酒颜色发生了变化，通过超高压处理的葡萄酒的颜色比对照深，其原因可能是，由于超高压处理下导致葡萄酒内部的分子矩阵发生变化，另外，酒精度数、pH和其他理化指标没有发生明显的变化，在对葡萄酒中的蛋白质的影响结果中显示，在压力400 MPa时，处理3 min葡萄酒中蛋白质的α-螺旋和转角有增加趋势，同时β-折叠轻微增加，造成这一结果的原因可能是，由于压力的增加导致蛋白质的去折叠[28]，当压力增加至45 MPa时，造成α-螺旋的减少和β-折叠的增加，另外通过差式扫描量热法（differentialscanningcalorimeter，DSC）检测显示，除了在450 MPa作用3 min引起溶解温度的升高外，其他压力对样品没有明显影响。

2　超高压技术在啤酒中的应用

啤酒作为世界上最畅销的含酒精饮料，其稳定性是通过巴氏消毒的方式来实现的，通过热处理后，其保质期达数月之久，尽管在实验室中已经证明，1～5 PU（巴氏灭菌单位，在60℃条件下经历1 min所引起的灭菌效应为一个巴氏杀菌单位，即1个PU值）对微生物能达到有效的杀菌，但是，为了更加安全，企业经常使用8～30 PU进行灭菌，这一过程将会导致啤酒风味的下降，而非热加工过程可以很好的保持啤酒的风味。其中超高压技术不仅能使食品在微生物安全方面得到保证，而且还能很好的保持食品固有的营养品质，质构、风味、色泽和新鲜程度。

1998年，FISCHER S等[29]首次将超高压技术应用到啤酒酿制过程中，麦芽颗粒经过300、500和700MPa处理后，蛋白质成分，高分子和低分子氮随着压力的增加而升高，结合性氮在500 MPa是达到峰值，随后下降，游离氨基氮随着压力的增加而降低，黏度下降，值得注意的是，在300 MPa下麦芽发生了轻微的糖化现象，但随着压力的升高，糖化现象消失，同时随着压力的增加发酵降低，pH未变化。通过对麦芽汁超高压处理后，苦味和酒花中的异-α-酸得到一定程度的降低。通过对成品啤酒的处理，相对于巴氏消毒来说，超高压并没有明显的影响啤酒的色泽，香气和泡沫的持久性，超高压处理，其浊度得到了降低。

CASTELLARI M等[30]通过实验对比了热处理和超高压对成熟期的啤酒的影响，实验过程分成了两个步骤，首先将样品分别处理，其中一个样品在600 MPa的压力下处理5 min，另一个样品进行热处理（60℃、10 min），结果表明，这两种处理方法对啤酒的主要成分没有影响（pH、乙醇含量、苦味、多酚类物质），但热处理对色泽具有一定的影响，而高压处理对色泽的几乎没有影响，热处理明显降低了浊度，另外，热处理和超高压处理均能达到杀菌的效果。在实验第二部分中，通过超高压和热处理后，将样品放置到黑暗状态下，经过49 d的测试，结果表明，热处理和超高压均对苦味有一定的影响，在热处理下，羟甲基糠醛明显升高，超高压处理维持了较高的浊度，而通过热处理后，啤酒的浊度在贮藏期的第一天就出现了明显的下降，但伴随出现了较高的冷藏浊度。两种处理对色泽中的亮度（L*）影响并不大，两种处理均能有效的抑制有害菌的生长。通过研究超高压对麦芽制作过程的影响发现：通过40 MPa，100 MPa和200 MPa的超高压处理后，大麦增加了12%～20%的水分，水分分布从62%增加到84%。另外，通过超高压处理增加了麦芽的冷水提取物[31]。在对麦芽制浆过程中的研究中发现：200 MPa、300 MPa、400 MPa、500 MPa和600 MPa超高压处理碾碎的麦芽20 min后，β-葡聚糖酶的活性有下降的趋势。超高压能促进淀粉的糊化过程[32]，对糖分和可溶性物质影响的研究中发现，超高压（400 MPa和600 MPa）能使糖的含量增加一倍，但糖分的增加没有加热处理下升高的快。在超高压对麦芽汁和啤酒成品的研究中，将麦芽汁进行300MPa、500MPa和700MPa处理5 min，麦芽汁中的异-α-酸增加，随着处理时间的延长，异-α-酸随之增加[33]。

在对啤酒过滤过程中的影响中发现，超高压（300 MPa、500 MPa和700 MPa条件下处理5 min）能够缩短过滤时间，在300MPa条件下，其过滤的效果就像纯净水一样清澈。通过超高压对两种不同啤酒（Lager和Pilsener）的处理结果发现，300 MPa和500 Mpa条件下啤酒的胶体稳定性较高，不会出现浑浊现象，其中Pilsener更加稳定，主要原因在于Pilsener含有较多的啤酒花成分。在另外一项对麦芽汁和啤酒中的影响中发现，200 MPa、400 MPa和600 MPa条件下处理20 min，对麦芽汁的pH没有影响，麦芽汁的颜色超高压处理比热处理要浅。热处理下降低了二甲基硫（dimethyl sulphide，DMS）含量，而超高压处理样对其并没有改变。热处理的样品比空白处理和超高压处理的样品苦味值要高得多，经热处理后的样品异二羧酸和总酸也较高[34]。值得注意的是，超高压处理增加了啤酒的泡沫和浑浊。通过超高压（1～900 MPa）结合热处理（30～75℃）对β-葡聚糖酶活性的研究中发现，β-葡聚糖酶在400 MPa条件下具有最高的热稳定性[35]。而在温度高于55℃，或者高压900 MPa，40℃条件下β-葡聚糖酶在30min内完全失活，在高于600 MPa下酶活降低，在压力215 MPa和55℃条件下，葡聚糖能达到最大的降解。在超高压处理（200 MPa、250 MPa、300 MPa、350 MPa处理5 min）条件下与传统的巴氏消毒处理的对比中发现，超高压和热处理对啤酒的酒精含量、密度、麦芽汁浓度，发酵程度和pH、均没有影响，但啤酒的颜色、蛋白质敏感性等会随着压力和热处理时间的增加有增长的趋势，苦味在传统的巴氏消毒处理中更苦，在低于300 MPa条件下超高压处理对苦味没有明显的影响[36]，相对于普通的巴氏消毒处理，超高压处理对啤酒货架期的影响中发现，两种处理均能有效的抑制微生物的生长，其中乳酸菌和醋酸菌能抑制56 d，但超高压处理能使啤酒的苦味和蛋白质敏感性更低，冷藏浑浊会更高[37]。超高压对啤酒的工艺也有一定的影响，通过超高压处理发现，随着压力的升高，大麦中的β-淀粉酶的耐温性具有升高的趋势，在0.1 MPa和超过500 MPa条件下，β-淀粉酶失活率上升，但在200 MPa和250 MPa条件下失活率不明显，其中在200 MPa条件下该酶表现出更高的稳定性，淀粉转葡萄糖苷酶在超高压处理下，其最适压力为370 MPa，85℃下，在700 MPa条件下，达到最高的耐受温度。此时温度约为105℃下，失活率为90%[15]。

将超高压应用于啤酒保鲜中的研究也屡有报道，CASTELLARI M等[30]利用超高压进行啤酒保鲜，将发酵后的啤酒加压至350 MPa，处理3～5 min，啤酒中酵母菌、乳酸菌等杂菌的杀灭作用显著，成品酒的稳定性达到3～6个月。此外，实验还证明，更高的压力（900 MPa）与更高的温度还可杀死孢子。植物乳杆菌是造成啤酒腐败的一种乳酸菌，其中植物乳杆菌TMW1.460具有较高的高耐酒花特性，在400 MPa和500 MPa的高压处理条件下，其生长曲线在尾部出现了下降的趋势，600 MPa条件下所有的细胞被杀死，通过对膜完整性的研究发现，超高压处理下能将细胞膜进行破坏。同时降低新陈代谢速度[38]。在300 MPa条件下处理，如果在培养基中添加酒精和啤酒花提取物能显著的降低植物乳杆菌TMW1.460的存活率[14]，FISCHER S等[15]发现，在较低的pH值下，超高压对植物乳杆菌具有更好的杀菌效果，其中在pH6.5条件下菌落总数降低了20%，而在pH为4.0时能使菌落总数降低到90%左右。国内关于超高压在啤酒保鲜中的报道比较少见，孟飞龙等[37]研究发现，以浑浊型生啤酒为材料，研究了超高压对啤酒的保鲜作用，结果表明，在啤酒的生鲜风味、良好口感的前提下，当压力300 MPa、保压时间15 min、温度25℃时，超高压浑浊型生啤酒的风味最佳，处理效果相当于巴氏杀菌[39]。

3　总结与展望

超高压技术首创于1990年代，主要作为一种杀菌方法，发展至今，逐步用于现代化生产。纵观超高压技术研究的发展过程，其在杀菌、钝酶领域的研究一直居于主导地位，尽管超高压在酿酒业中的研究并不是特别多，但超高压技术的潜力不容小觑，众所周知，SO2在葡萄酒和很多果酒中均需要使用，但SO2的添加对人体造成负面影响，而超高压技术的应用能够降低SO2的用量，另外，有很多研究表明，超高压技术不但具有杀菌作用，而且也能改善酒类产品的感官性状，并且，在果汁业中，压力在400～600 MPa下效果较好。如何将超高压技术在酿酒业中进行扩大化研究是值得期待的事情，目前，超高压技术在酿酒业中的研究主要集中在杀菌作用，以及酒的颜色、香气、流变和营养成分影响的表征分析，但对超高压对酒影响的机制并未涉及，目前，超高压对酒的研究还不够深入，如超高压对葡萄酒中的花青素、黄酮类等功能性物质的结构和生物效价的影响等，这些都有待深入。

超高压技术作为一项新型技术在食品工业中具有广泛的应用前景，但与该技术发展相关的应用基础研究有待于更深入和系统的开展。

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Research progress on ultra-high pressure technology in alcoholic drinks

WANG Zhengrong,LI Wei,YANG Li,MA Hanjun*
(School of Food Science,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China)

Ultra-high pressure technique is a kind of new non-thermal technology,which has a very broad application prospect.The review summarized the effect of ultra-high pressure processing on bactericidal action,accelerating aging and physicochemical property of wine,Baijiu,fruit wine, and the application in beer brewing processing.Furthermore,the development prospect of ultra-high pressure processing trend was prospected in alcoholic drink industry.

ultra-high pressure;alcoholic drink industry;sterilization and preservation;beer;accelerating aging

TS262.4

0254-5071（2016）10-0022-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.006

2016-08-01

2015年度大学生“百农英才”创新项目，河南科技学院国家级大学生创新训练计划项目

王正荣（1978-），女，副教授，博士，研究方向为农产品加工。

马汉军（1967-），男，教授，博士，研究方向为农产品加工。