北冰红山葡萄酒CO2浸渍发酵工艺研究

钟　宝，文连奎*

（1.吉林农业大学 食品科学与工程学院，吉林 长春 130118；2.吉林农业科技学院 食品工程学院，吉林 吉林 132101）

北冰红山葡萄酒CO2浸渍发酵工艺研究

钟宝1，2，文连奎1*

（1.吉林农业大学 食品科学与工程学院，吉林 长春 130118；2.吉林农业科技学院 食品工程学院，吉林 吉林 132101）

以北冰红山葡萄为原料酿制山葡萄酒，通过试验确定CO2浸渍时间为10 d，浸渍温度为31℃时浸渍效果最佳。在单因素试验的基础上，利用响应面法对北冰红山葡萄酒的发酵工艺条件进行优化。结果表明，最优发酵工艺条件为酵母添加量160 mg/L，发酵温度21℃，发酵时间23 d，在此条件下制得北冰红山葡萄酒的平均酒精度为10.40%vol。

北冰红；山葡萄酒；CO2浸渍发酵；响应面

北冰红为山葡萄种间杂交得到的酿酒葡萄品种，果粒圆形，蓝黑色，果粉厚。在吉林省东部山区生长的北冰红山葡萄，浆果平均含糖（滴定糖）11.01%、总酸含量1.43%，单宁含量0.034 4%，出汁率67.88%。果皮红色素含量高，平均含量是高粱红色素的10余倍［1］。此外，北冰红果实还含有蛋白质、矿物质（钾、钙、磷、铁）等营养元素，具有降压开胃，预防和治疗神经衰弱，胃疼腹胀、心血管疾病等功效。

CO2浸渍酿造法［2-8］是将整粒葡萄放入密闭容器中，充满CO2气体，使葡萄细胞在无氧条件下代谢，果实在厌氧条件下进行的细胞内发酵作用和浸渍，然后进行酒精发酵的葡萄酒酿造方法。所酿制的葡萄酒降酸明显口感柔和、香气较丰富，具有不同于传统葡萄酒的特殊风味。

本试验以北冰红山葡萄为原料，采用CO2浸渍酿造法，经发酵、澄清得到北冰红山葡萄酒，为北冰红山葡萄开发利用及其企业生产提供依据。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

北冰红山葡萄：通化市柳河县葡萄酒研发中心提供；酿酒干酵母：安琪酵母股份有限公司；果胶酶：南宁东恒华道生物科技有限责任公司；膨润土、壳聚糖（食品级）：北京万佳首化生物科技有限公司。

马铃薯葡萄糖琼脂培养基（potato dextrose agar，PDA）：马铃薯200 g，葡萄糖20 g，琼脂15～20 g，自来水1 000 mL，自然pH值。

1.2仪器与设备

天众1.5葡萄脱梗机：河南天众机械制造有限公司；DC-P3色差计：北京市兴光测色仪器公司；TB-214电子天平：赛多利斯仪器系统公司；TGL-16G台式离心机：上海安亭科学仪器厂；R-210旋转蒸发仪：瑞士步琪公司；DIRECT-Q3超纯水器：美国密理博公司；SY-360超声清洗器：上海宁商超声仪器有限公司；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；PE20K酸度计：梅特勒托利多仪器（上海）有限公司；UV-1700紫外可见分光光度计：日本津岛公司。

1.3方法

1.3.1工艺流程

北冰红山葡萄（择选）→整穗山葡萄CO2密闭浸渍（SO255 mg/mL）→分离压榨→酒精发酵（加入酵母种液）→倒灌→苹果酸乳酸发酵→澄清（澄清剂）→陈酿→干红葡萄酒

1.3.2操作要点

原料选择：选用优质北冰红山葡萄，选择最佳采摘时节，挑选质量好的果实，除去成熟度差和变质的颗粒，同时应最大限度地确保葡萄颗粒的完整，分选后一般不采用除梗破碎，应立即整穗入罐，装罐应采用工具将葡萄果穗缓慢送入罐底，避免造成果实破碎。

密闭浸渍：将整穗葡萄放入浸渍罐中，充入二氧化碳气体，调整不同CO2浸渍温度，每隔24 h测定总酸（以酒石酸计）的变化，通过绘制不同温度、不同时间总酸变化曲线，确定最佳浸渍时间和最佳浸渍温度。

分离压榨：分离压榨应该尽量迅速进行，减少氧化对成酒品质的影响。

酒精发酵：先将酿酒干酵母放入PDA培养基中活化24 h。再根据相关参考文献［9-14］，确定实验中影响较大的因素为酵母添加量、发酵温度、发酵时间，通过单因素和响应面试验优化发酵工艺。

苹果酸-乳酸发酵［15］：葡萄酒的苹果酸-乳酸发酵是酒精发酵后由乳酸菌引起的第二次发酵，该过程将苹果酸经脱羧作用转化为乳酸和CO2。酒精发酵后，将葡萄酒倒入干净的酒罐中，并将温度保持在20℃左右，静置30 d左右，苹果酸乳酸可能自然触发。同时控制温度低于15℃，pH控制在3.1～3.3发酵。

澄清：在葡萄酒的生产过程中为保证酒的稳定性和澄清度，需要澄清处理，本试验选取2种澄清剂进行澄清处理，取50 mL的原酒置于100 mL比色管中，分别添加1%果胶酶溶液、1%的膨润土悬浮液，进行澄清试验，通过测定透光率，确定最佳澄清剂。

1.3.3二氧化碳浸渍条件确定

将酿酒葡萄置于CO2气体中，分别考察不同浸渍时间及浸渍温度对总酸含量的影响。

1.3.4单因素试验

酵母添加量的确定：取100 mL葡萄汁，装入500 mL三角瓶中，在发酵温度21℃、发酵时间23 d条件下，分别接入120 mg/L、140 mg/L、160 mg/L、180 mg/L、200 mg/L酿酒酵母，考察酵母添加量对酒精度的影响。

发酵温度的确定：取100mL葡萄汁，装入500 mL三角瓶中，接入160 mg/L酿酒酵母，发酵时间为23 d，分别在发酵温度为17℃、19℃、21℃、23℃、25℃条件下发酵，考察发酵温度对酒精度的影响。

发酵时间的确定：取100 mL葡萄汁，装入500 mL三角瓶中，接入160 mg/L酿酒酵母，发酵温度为21℃，分别发酵19 d、21 d、23 d、25 d、27 d，考察发酵时间对酒精度的影响。

1.3.5响应面试验

在单因素试验的基础上，选取酵母添加量、发酵温度、发酵时间为3个因素，以发酵结束后的酒精度作为响应值，进行响应面分析，每一组试验设计两个重复，计算其平均值。响应面试验因素与水平见表1。

表1　北冰红山葡萄酒发酵条件优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for fermentation conditions optimization

1.3.6测定方法

总酸、酒精度：按照GB 15037—2006《葡萄酒》的方法测定。

2　结果与分析

2.1二氧化碳浸渍条件确定

2.1.1二氧化碳浸渍时间对总酸的影响

图1　二氧化碳浸渍时间对总酸的影响Fig.1 Effect of carbonic maceration time on total acid

由图1可知，葡萄浆果与外界CO2的交换最初在酿酒葡萄置入CO2气体的几天内，由于产生细胞内发酵，所以，浸渍过程中总酸不断下降，测定不同葡萄中总酸的变化，从第5天开始降酸明显，第8天开始逐渐趋于稳定，从第9、10天开始无明显变化，并且在第10天总酸量降到最低，因此确定浸渍时间为10 d。

2.1.2二氧化碳浸渍温度对总酸的影响

图2　二氧化碳浸渍温度对总酸的影响Fig.2 Effect of carbonic maceration temperature on total acid

CO2进入葡萄浆果，浆果吸收CO2的量取决于温度条件。其中，浆果吸收的CO2一部分被果实中的酶系统利用，合成苹果酸、琥珀酸、氨基酸、糖以及酒精等物质，在吸收CO2的同时，浆果也释放CO2（这是厌氧条件下，果实进行细胞内发酵的结果）。在葡萄品种相同的情况下，总酸的分解与温度有关，在一定范围内，温度越高，总酸含量的降低幅度越大、速度越快。但如果达到一定下降值，下降会逐渐趋于缓慢，直至停止。由图2可知，浸渍温度为25～29℃时总酸下降较快；浸渍温度高于30℃时，酸度变化开始减慢；浸渍温度为31℃时，酸度降至最低，接下来无明显变化，因此，确定最佳浸渍温度为31℃。

2.2北冰红山葡萄酒发酵单因素试验

2.2.1酵母添加量对山葡萄酒发酵的影响

图3　酵母添加量对酒精度的影响Fig.3 Effect of yeast addition on alcohol content

由图3可知，在酵母添加量为120～160 mg/L时，随着添加量的上升，酒精度升高，添加量为160 mg/L时酒精度最高，为9.8%vol；酵母添加量＞160 mg/L后，由于没有充足的糖分，酒精度开始下降。因此，选取酵母添加量140 mg/L、160 mg/L、180 mg/L进行发酵试验。

2.2.2发酵温度对山葡萄酒发酵的影响

图4　发酵温度对酒精度的影响Fig.4 Effect of fermentation temperature on alcohol content

由图4可知，在发酵温度为17～21℃时，随着温度的上升，酒精度升高，发酵温度为21℃时酒精度最高，为9.9%vol；当发酵温度高于21℃后，酒精度达到一定值，糖类转换成酒精过程中会产生CO2，由于测定过程中打开酿酒罐，会有微量酒精挥发，再加之乙醇是许多香气物质形成的基础，也会有少量酒精参与反应。因此，发酵温度过低时，发酵速度慢，酒精生产量少，随着添加量的上升，酒精度随之升高，当达到一定值时，酒精度稍有降低，并逐渐稳定。因此，选择19℃、21℃、23℃进行发酵试验。

2.2.3发酵时间对发酵的影响

图5　发酵时间对酒精度的影响Fig.5 Effect of fermentation time on alcohol content

由图5可知，在发酵时间为19～23 d时，随着发酵时间的增加，酒精度上升，发酵时间为23d时，酒精度为10.0%vol，继续延长发酵时间，由于缺少碳源酒精度变化趋于平稳。因此选择21～25 d进行发酵试验。

2.3响应面法优化北冰红山葡萄酒工艺条件

2.3.1响应面分析试验设计

根据单因素，进行响应面分析，安排17组处理组合，考察酵母添加量（A），发酵温度（B），发酵时间（C）对葡萄酒酒精度（R1）的影响，结果见表2。

表2　北冰红山葡萄酒发酵条件优化响应面试验结果与分析Table 2 Results and analysis of response surface methodology for fermentation condition optimization

2.3.2北冰红山葡萄酒发酵回归模型、方差分析及显著性检验

对表2进行多元回归模型拟合、方差分析及显著性检验。得到初步回归方程为：

对该模型进行显著性检验，可得到方差分析见表3。

表3　回归方程方差分析Table 3 Analysis of variance for fitted quadratic regression equation

由表3可知，模型的P值＜0.000 1，说明该模型极显著，回归模型设计与实际测定值能够最大限度的拟合，试验误差较小，因此，可以用该回归方程代替试验真实值对试验结果进行分析，得到复相关系数R2=99.36%，修正相关系数%预测值与实测值之间存在着高度相关性，说明该方程具有较高的可靠性。回归模型中，一次项A、B、C，交互项AC、BC，二次项A2、B2、C2，均表现出了极显著水平。方差分析结果还表明，影响酒精度的因素为酵母添加量A＞发酵时间C＞发酵温度B。

2.3.3各因素交之间互作用对酒精发酵的响应面分析

酵母添加量、发酵温度、发酵时间交互作用对酒精度的影响等高线和响应面图见图6。

由图6可知，酵母添加量、发酵温度、发酵时间各因素对酒精度影响显著。由回归方程可知，最佳组合为酵母添加量160.30 mg/L、发酵温度20.88℃、发酵时间22.92 d。对应的果酒酒精度为10.42%vol。考虑到实际操作，将最佳条件修正为酵母添加量160 mg/L、发酵温度21℃、发酵时间23 d。在此条件下进行3次验证试验，制得果酒酒精度的平均值为10.40%vol，与理论预测值较为接近，表明响应面得到的数学模型是可靠的，具有实用价值。

图6　酵母添加量、发酵温度、发酵时间交互作用对果酒酒精度影响的等高线和响应面图Fig.6 Response surface plots and contour line of effects of interaction between yeast addition，fermentation temperature and time on grape wine alcohol content

3　结论

采用不同浸渍时间、浸渍温度对北冰红山葡萄进行浸渍，最佳浸渍时间为10 d，最佳浸渍温度为31℃。

在单因素试验基础上，利用响应面对酿造条件进行了优化，通过响应面分析，所得数据表明，酵母添加量A＞发酵时间C＞发酵温度B。得到最佳酿制工艺参数为酵母添加量160 mg/L、发酵温度21℃、发酵时间23 d，在此条件下制得山葡萄酒酒精度平均值为10.40%vol。

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Carbonic maceration techniques ofBeibinghongAmur grape wine

ZHONG Bao1，2，WEN Liankui1*
（1.College of Food Science and Engineering，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China；2.School of Food Technology，Jilin Agricultural Science and Technology College，Jilin 132101，China）

UsingBeibinghongAmur grape as main raw material，BeibinghongAmur grape wine was prepared.The optimum carbonic maceration effect was obtained as time 10 d，and temperature 31℃.According to the single factor experiments，the fermentation technology was optimized by response surface methodology.The results showed that the optimal fermentation technology was yeast addition 160 mg/L，fermentation temperature 21℃，fermentation time 23 d.Under these conditions，the average alcohol content of theBeibinghongAmur grape wine was 10.40%vol.

Beibinghong；Amur grape wine；carbonic maceration fermentation；response surface methodology

TS261.4

0254-5071（2016）03-0032-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.03.008

2015-12-18

吉林农业科技学院校级重点学科项目（吉农院合字［2015］第X063号）

钟宝（1987-），男，硕士研究生，研究方向为农产品加工及贮藏。

文连奎（1962-），男，教授，博士，研究方向为农品加工及贮藏工程。