微波辐照对低度白酒黏度的影响

吴 昊，邓 波，张家润，宋 川，华 伟，雷翔云

(1.四川大学电子信息学院，四川成都 610065；2.泸州老窖股份有限公司，四川泸州646000)

为了解释白酒通过自然贮存能够改善口感这一现象，多年来的白酒陈化研究出现了“缔合说”“酯化说”“氧化说”“溶出说”“挥发说”等多种假说[1]，促进了人工酒类催陈的研究。其中“缔合说”认为，白酒内的分子通过缔合作用可以形成较稳定的缔合体结构，从而降低了酒体的刺激作用[2]。

在氢键缔合行为的研究中，吴继红[3]对多肽展开研究，使用紫外-可见吸收光谱与核磁共振波谱研究后发现氢键的缔合可以抑制白酒中甲酚的挥发性能，因此降低了异嗅味。仝建波等[4]使用紫外-可见分光光度计研究不同体积比的乙醇水溶液中乙醇-水的缔合作用，表明乙醇浓度为60 %vol时体积收缩量最大，认为可能是由于氢键形成了稳定环状三聚体缔合结构[5]，分子间的距离减小。S.D.Chavan 等[6]对乙二醇-水溶液和二甘醇-水溶液的研究表明，氢键的缔合行为对物理性质具有影响，因不同氢键缔合行为，导致二者介电常数、介电弛豫有显著差别。

微波催陈法是使用微波辐照以改善酒类口感的一种方法。微波催陈酒类的研究中，崔艳等[7]研究超声波和微波处理对葡萄酒的多糖、色度、总酸、pH 值、总酚等理化指标以及香气物质的影响。谢炎福[8]研究了超声波、微波和紫外线3 种方法对西瓜酒的影响，其中微波催陈的西瓜酒颜色最好。杨婷等[9]分析不同香型的白酒经微波处理后总酯、总酸、醛类等理化指标的变化。胡诗琪等[10]以浓香型白酒为研究对象，研究了微波处理对白酒中微量成分的影响。代佳慧等[11]研究了微波处理对3种浓香型白酒中的乙酸和乙酸乙酯含量的影响，然而，这些研究主要分析化学物质的变化，没有研究不同微波处理条件下，对白酒氢键缔合以及微量成分的影响。

黏度能够表征白酒内的总氢键缔合强度。同时，白酒的口感也与黏度有关，白酒的黏度大，流过舌头口腔时阻力大，使得口感醇厚浓郁[12]。曹敬华等[13]的研究表明，随着白酒的贮存时间延长，黏度会产生变化。

通过对白酒样品在不同微波处理条件（辐照时间、功率密度、温度等）下的黏度和化学物质的成分含量测试，可以研究不同微波处理条件对酒精度为43 %vol 的白酒样品的黏度的影响，并分析黏度变化的原因。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样：基础白酒，来自泸州某酒厂；蒸馏水。

仪器设备：乌氏黏度计（0.6～0.7 mm）；自制可调功率、可变频率微波实验装置（下文简称微波设备），该设备可以设定温度、辐照时间等参数，可设置0～50 W 微波辐照功率、微波频率可调节范围2300～2500 MHz。

1.2 试验方法

1.2.1 实验处理方法

为了充分体现微波对白酒内总氢键缔合程度的影响，避免自然贮存一段时间后缔合作用趋于稳定，同时研究微波对不同酒精度白酒的影响。微波处理前1 h 内，使用蒸馏水和72%vol 的白酒混合，使混合后的白酒酒精度为43%vol。

分别将100 mL 上述混合后的白酒装入容量为150 mL 的锥形瓶。根据实验需要的处理条件和方式，将装有1 份样品的锥形瓶置于微波实验装置中，设定实验设备的微波频率、功率、工作时间、工作温度等各项参数，进行微波处理并记录。处理完毕后取出锥形瓶，将处理后样品冷却到实验要求温度，取部分样品进行黏度测试。其余密封保存，进行含量测定。

其中一组43%vol 白酒样品，在40 ℃条件下恒温水浴处理，时间30 min。使用未经任何处理的一组43%vol白酒样品作为对照组。

其中使用恒定微波频率处理时，改变信号源输出频率使实验设备的S11小于-20 dB。

1.2.2 样品的检测方法

黏度检测：使用乌氏黏度计测量处理后白酒样品的黏度。记录测试温度，用洗耳球吸取黏度计内的液体到储液球中，测量液面通过上下标记之间的时间，获得被测白酒样品的黏度。每一组样品测量5次取其平均值。

黏度计算公式如下式[14]所示：

η=Kpt

其中：K为黏度计常数，对于特定的黏度计，K值恒定；p为待测液体的密度；t为液体在黏度计上下标记之间流动的时间，可直接反映出黏度值。

成分分析：样品经中国泸型酒质量控制研究中心按照白酒分析方法进行成分分析。

2 结果与分析

2.1 黏度分析

表1 为43%vol 白酒样品不同微波处理条件的黏度测量结果。处理条件：对照组为白酒样品未经任何处理；微波20 min、35 ℃为白酒样品在恒温35 ℃的条件下微波处理20 min；水浴30 min、40 ℃为白酒样品在恒温40 ℃的条件下恒温水浴处理30 min。

为了避免测试时温度变化产生的影响，将所有样品分为4 组进行测试，只在每一组内比较测量结果。因为实验使用同一乌氏黏度计测量样品的黏度。当白酒度数相同时，测试的时间可以反映出黏度的区别，如表1所示。

由表1 可知，当白酒酒精度为43%vol 时，13 组微波处理的白酒样品中，有11 组微波处理后的白酒样品时间平均值高于未处理的对照组白酒样品，而水浴处理的白酒样品时间平均值低于对照组白酒样品。这表明微波作用导致了黏度的增加。其中，25 min、54 ℃白酒样品的增幅0.61 %，其次为30 min、40 ℃的样品。43%vol 的白酒样品经微波处理后，白酒的黏度上升，表明白酒的总氢键缔合程度加强。

表1 不同处理条件的43 %vol白酒黏度测量时间平均值

2.2 微量成分对黏度的影响分析

罗莉萍[12]和乔华[15]等的研究表明，虽然白酒中乙醇和水为主要成分，但其他微量成分也对白酒的黏度有影响。黏度表征了液体在流动时相邻层间以不同的速度运动时产生的摩擦阻碍。而从分子角度看，阻碍与分子间的作用力有关。液体分子间形成的氢键使得液体的分子间相互作用力增强，阻碍液体分子的相对流动，从而增大了液体的黏度。因此可以从微量成分变化的角度进一步分析黏度变化的原因。根据黏度分析的结果，选取43 %vol白酒样品中黏度变化较为明显的样品和对照组进行对比。表2 为微波处理43%vol 白酒的其他成分对比。这表明微波处理后白酒样品的成分含量产生了变化，这是经微波处理后白酒黏度变化的原因之一。

不同的物质对黏度的影响不同。由表2可知，微波处理后含量变化较大的物质是乙酸和乙酸乙酯。乔华等[2]的实验表明，随着乙酸、乙酸乙酯、甲醇、乙醛的含量上升，黏度会先增大后减小，当酒精度为60 %vol，乙酸和乙酸乙酯的浓度约为1×10-2mol/L时，体系黏度最大。43%vol白酒与50%vol～60%vol的白酒相比，水的占比相对更大，更多的水无法参与形成稳定的乙醇-水团簇分子这种缔合行为，体系的缔合强度较低，黏度相对较小，会有更多的酸等物质参与缔合行为。研究表明，酸提供的H+还可以促进溶液质子间的快速交换[16]。因此，43%vol白酒黏度对酸的成分变化更加敏感，可以容纳更多的酸进一步提高体系的缔合程度，增大体系的黏度，使流过舌面与口腔时的阻力增大，口感更加醇厚浓郁。表2 中，乙酸和乙酸乙酯的含量不超过体系黏度最大的拐点的值。同时在该条件下，乙酸以及乙酸乙酯水解产生的乙酸还能够提供H+，H+可以促进溶液质子间的快速交换，使缔合平衡更快建立，因此实验使用微波25 min、54 ℃和微波30 min、40 ℃条件处理43 %vol 白酒后，黏度会高于对照组。

3 结论

针对不同处理条件的微波处理43 %vol 白酒后，样品黏度高于没有使用微波处理的白酒样品，表明微波处理使低度白酒的总氢键缔合程度上升。研究发现，时间为30 min，恒温温度为40 ℃和时间为25 min，恒温温度为54 ℃的微波条件处理体积为100 mL，酒精度为43%vol 白酒样品的结果表现较好。时间为30 min，恒温温度为40 ℃条件下的水浴加热对比实验表明，黏度上升主要是由微波的特性引起。微波处理后白酒样品的含量产生了变化，这是微波处理后白酒黏度变化的另一原因。因此从缔合说的角度分析得出结论，微波处理有助于低度白酒的陈化。

表2 微波处理43 %vol白酒其他成分的对比 (mg/L)