葡萄酒二氧化碳浸渍法的研究进展

陈敏，张昊，刘源，朱传合*

（山东农业大学食品科学和工程学院，山东泰安 271018）

二氧化碳浸渍法（称为Carbonic Maceration法或Maceration Carbonique法，简称MC法）由法国学者Flanzy经系统的研究后在1935年提出并推广[1]。其特点是将整串或完好无损的葡萄浆果放置于充满二氧化碳的密闭容器中，由浆果本身的内源酶促使细胞进行厌氧代谢，随后进行酒精发酵和后处理的葡萄酒酿造方法[2]。早期主要用于红葡萄酒、桃红葡萄酒，以及少数酸度较高的白葡萄酒的酿造[2-3]。在浸渍过程中，浆果细胞内会发生一系列复杂的化学变化，包括少量的糖转化为酒精（1.5%～2%）、苹果酸的降解、果胶部分溶解、蛋白质水解以及酚类、挥发性化合物等次级代谢物的浸提和形成等[4-6]。通常，一些葡萄在被放入发酵罐时会被压碎，其他少量葡萄在厌氧发酵过程中果皮会开裂，在果皮表面野生酵母的作用下，位于发酵罐底部的葡萄汁会进行部分酒精发酵，产生乙醇和二氧化碳[7]。二氧化碳浸渍具有降低酸度、改善品质，适宜于特种原料酿造，在葡萄酒及果酒酿造中具有较大发展前景[8-9]。本文总结归纳二氧化碳浸渍对葡萄酒品质影响及影响二氧化碳浸渍因素，为二氧化碳浸渍工艺更为广泛应用，改善果酒品质提供参考。

1 二氧化碳浸渍过程中葡萄酒成分、香气及抗氧化活性的变化

1.1 糖类物质的变化

糖类物质是构成葡萄酒中大分子物质的主要成分之一，是重要的呈味物质，其含量及组成与葡萄品种、成熟度、果实的健康程度以及酿造工艺有密切关系，对葡萄酒的稳定性、口感、颜色、香气有重要影响[10-11]。厌氧条件下，葡萄浆果中的内源酶促进果胶溶解，可发酵糖含量上升，果皮表面的麦角甾醇和齐墩果酸对酵母菌的代谢活动有促进作用[2]，利于葡萄汁中己糖（葡萄糖和果糖）转化为乙醇，因此二氧化碳浸渍酒中残糖含量较低。此外，与传统法酿造的葡萄酒相比，二氧化碳浸渍酒没有经历橡木桶的陈酿及后熟过程，酒中没有溶解陈酿后期酵母释放的多糖以及木材中的糖苷物质，二者的微生物群落差异也较大[7]，因此酒中的多糖含量较低、种类简单。二氧化碳浸渍过程中利于多糖和肽与单宁分子缩合，可以使单宁不表现其收敛性，从而使葡萄酒的口感更为流畅、圆润、柔和[2]。

1.2 酸组分的变化

酸是葡萄酒结构的主要组分，对葡萄酒的感官质量有重要影响，不仅是平衡葡萄酒口感的关键因素，还对葡萄酒的颜色、稳定性有重要作用[12]。葡萄浆果中的有机酸主要是苹果酸、酒石酸和柠檬酸。完整的葡萄浆果作为一个有机体，在二氧化碳浸渍过程中主要进行无氧呼吸作用，与厌氧代谢相关的酶类被激活，有机酸作为底物被消耗，苹果酸在苹果酸酶和乙醇脱氢酶等作用下转化为乙醇，乳酸菌在厌氧条件下也可将苹果酸转化为乳酸[6]。厌氧代谢能够分解部分酒石酸以及近一半的苹果酸，产生少量乳酸、乙酸、琥珀酸，使总酸含量大幅下降，pH值上升，尖酸的口感也变得更加柔和、圆润。李素岳[13]以‘蛇龙珠’葡萄为试材，研究了不同浸渍工艺对葡萄酒品质的影响，结果表明二氧化碳浸渍工艺相比传统工艺能够显著降低总酸含量。Joshi[14]分别采用传统浸渍、热浸渍、带皮发酵和二氧化碳浸渍工艺酿造不同类型的葡萄酒，研究显示经二氧化碳浸渍法制备的葡萄酒拥有更低的酸度，更高的pH值，而且酒精度及挥发酸含量也降低。Olegar[15]利用‘霞多丽’品种研究不同浸渍工艺对白葡萄酒品质的影响，也发现二氧化碳浸渍会使白葡萄酒总酸降低，pH升高，部分有机酸（如苹果酸）分解为较弱的酸（如乳酸）。

1.3 色素及酚类物质的变化

单宁和酚类物质赋予葡萄酒“筋骨”，在葡萄酒感官特性的建立及发酵和陈酿过程中发挥着重要作用[16]。酚类物质是影响葡萄酒颜色、涩味和苦味的重要成分，其稳定性决定了葡萄酒的抗氧化活性和陈酿潜力。类黄酮包括花色素苷、低分子（儿茶素）和高分子原花青素（缩合单宁、原花青素），是最重要的多酚类化合物，对葡萄酒的色度、色调有重要影响[17]。虽然厌氧条件可以保护花色苷、单宁等酚类物质免于氧化脱色，但和传统工艺酿造的葡萄酒相比，二氧化碳浸渍强度较小，葡萄果汁与皮渣的接触不充分，厌氧代谢产生的酒精较少，不利于酚类物质的浸提以及葡萄籽和皮中单宁的摄取[18]，有利于葡萄酒形成柔顺的口感。另外，二氧化碳浸渍法酿造的葡萄酒的特征会随时间的延长逐渐变弱，游离花青素逐渐被氧化[19]，单体色素反应生成缩合产物（如吡喃花色素聚合物），导致颜色由红色向褐色转变，因此更适合快速消费，不宜陈酿。Carroll[20]利用4个葡萄品种在二氧化碳气氛下分别进行16 ℃浸渍20 d和24 ℃浸渍10 d的处理，结果发现红葡萄酒样品中的酚类物质含量普遍较低，颜色较浅。Spranger等[21]采用二氧化碳浸渍法（温度35 ℃、时间21 d）、带梗浸渍法（时间7 d、21 d）和除梗浸渍法（时间7 d）酿造4种红葡萄酒，结果显示二氧化碳浸渍酒的色度较小，酚类化合物的组成与其他酒不同且总量较低，其中低聚原花青素和聚合原花青素的浓度明显低于传统酿造法酒。Castillo[22]的研究也认为，二氧化碳浸渍酿造的葡萄酒中花青素水平更低。Gomez等[23]通过研究‘西拉’葡萄酒中花色苷组成发现二氧化碳浸渍酒中总花色素含量较低，但聚合色素的比例较高，也就是二氧化碳浸渍工艺不利于单葡萄糖苷等花色苷的浸提。而Lucía等[7]的研究表明，二氧化碳浸渍葡萄酒显示出更高的颜色强度和总酚类化合物浓度，花色苷的种类与对照无明显差异。因此，酚类物质的提取强度取决于浸渍条件（温度、时间）、葡萄浆果中酚类物质的类型和分布、乙醇浓度以及二氧化硫浓度[24]。

1.4 香气及挥发性物质的变化

香气质量是影响葡萄酒感官质量的重要因素，香气成分是构成香气质量的重要方面，可以体现葡萄酒的典型性和风格[25]。除葡萄产地、品种和成熟度外，酿酒工艺对葡萄酒香气成分的组成和含量也具有重要影响。研究显示，二氧化碳浸渍法所创造的厌氧条件能够降低由脂肪酸形成的己醇和3-己烯醇（草本风味来源）的比例，因此可以减弱葡萄酒的生青味及泥土味，赋予更多花香和果香，产生二氧化碳浸渍的独特香气[21]。Etaio等[26]研究酿酒工艺（二氧化碳浸渍与除梗浸渍）对欧洲里奥哈红葡萄酒感官和理化特性的影响，结果表明二氧化碳浸渍酿造的葡萄酒具有更多新鲜水果的香气，如浓郁的红黑浆果香气，而甘草和树果味较低。刘晶等[27]分析二氧化碳浸渍工艺对‘NW196’干红葡萄酒中挥发性成分的影响，结果表明，和传统葡萄酒相比，二氧化碳浸渍酒中酮类物质的含量相对较低，但是酯类、酸类和酚类等物质的含量以及挥发性物质种类总数和总含量均表现出不同程度的上升。Sternad等[28]以‘美乐’葡萄为原料，分别用传统法和二氧化碳浸渍法酿造葡萄酒，研究显示，传统酒中2-苯基乙醇、正己醇、异丁醇和异戊醇含量较高且含有更多苯类化合物，而二氧化碳浸渍酒含有较多芳香酸（癸酸、辛酸、丁酸）、异戊基乙酸和乙酸乙酯以及更丰富的醇类物质。尽管二氧化碳浸渍法酿造的葡萄酒的特征香气还没有完全确定，但研究显示肉桂酸乙酯和苯甲醛对其香气组成具有突出贡献。此外，二氧化碳浸渍法酿造的葡萄酒中有较高浓度的癸酸乙酯、丁香酚、甲基和乙基香草醇、乙基和乙烯基愈创木酚以及乙基和乙烯基苯酚，从葡萄中释放出的萜类化合物也有助于二氧化碳浸渍葡萄酒独特风味的形成[5]。

1.5 含氮物质与微生物的变化

二氧化碳浸渍过程会伴随着总氮和氨基酸含量的升高，大多数氨基酸（酪氨酸、赖氨酸、甘氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、组氨酸）的含量都有所上升，但天冬氨酸和谷氨酸却几乎全部消失[1,29]，主要归因于浆果果胶部分溶解和蛋白质水解。可溶性氮化物的上升、浸渍过程适宜的温度（30～35 ℃）以及基质中相对较低的总酸和酒精含量有利于酵母菌及乳酸菌的生长繁殖，为接下来的酒精发酵和苹果酸-乳酸发酵奠定基础，但同时也容易产生细菌性病害，影响葡萄酒品质，因此应严格控制卫生状况[29]。Guzzon等[30]研究二氧化碳浸渍对酿酒前期微生物群的影响，发现二氧化碳条件下更适合兼性厌氧菌如乳酸菌的生长，有利于苹果酸的分解，而且在二氧化碳浸渍过程中观察到最高的生物多样性，另外，二氧化碳浸渍酒中生物胺浓度更高但低于危险值。也有研究显示二氧化碳浸渍葡萄酒中乳酸菌的含量更高，且可以检测到较少数量的酒香酵母群落。李华[2]的研究也显示，浸渍过程中较低的酒精含量以及果实表面的脂肪酸等物质能促进酵母菌的活动。

1.6 抗氧化活性的变化

葡萄酒抗氧化活性一般与酒中总酚含量、有机酸含量、生物活性成分具有良好的相关性。二氧化碳浸渍葡萄酒的抗氧化能力因葡萄品种、浸渍工艺、发酵工艺不同而有差异，但可以确定的是，在浸渍的各个阶段葡萄汁的抗氧化能力与总酚、总黄酮、花青素等生物活性成分含量的变化呈正相关。Olejar[31]研究发现，用二氧化碳浸渍法酿造的‘长相思’葡萄酒中酚类物质和氨基酸浓度均高于对照，抗氧化能力比对照提高6～7倍。此外，黄烷-3-醇、白藜芦醇是主要存在于葡萄果梗、皮和种子中的高活性化合物，厌氧代谢产生的乙醇可以有效提取种子中的活性物质，进而增加酒中氨基酸含量，增强抗氧化活性。Pellegrini等[32]发现，二氧化碳浸渍葡萄酒和对照葡萄酒的平均总抗氧化活性相似。Clare[33]发现二氧化碳浸渍酒和对照葡萄酒在白藜芦醇的浓度上的没有差异。此外，Sun等[19]发现，二氧化碳浸渍葡萄酒的白藜芦醇含量低于传统法制成的葡萄酒。尽管不同研究描述不同的试验结果，但是二氧化碳浸渍酒应该在短时间（一般是3个月）内饮用，其生物活性物质损失较小。相比之下传统红葡萄酒在老化后饮用，生物活性物质含量降低，导致其抗氧化能力下降。

2 影响二氧化碳浸渍的因素

2.1 原料状况

葡萄浆果的完整性有利于二氧化碳浸渍的顺利进行，尽量降低葡萄的破损率是保证二氧化碳浸渍质量的首要条件。二氧化碳浸渍所创造的厌氧条件，有利于一些厌氧或兼性厌氧微生物（如乳酸菌）的生长繁殖，若原料完整性和卫生状况较差，容易发生细菌性病害，造成乙酸和其他令人不快的化合物增加，水果香气减少，出现黄油等风味，酸味和涩味增加[30]。因此，在葡萄原料采收和运输过程中应尽量避免果实破碎和挤压，最好进行人工采摘，挑选成熟果实，去除烂果[34]。接收原料时采用传送带运输，装罐时应避免从高处往下倒[2]。另外，应对葡萄原料的卫生状况进行严格控制，不能含有感染霉菌的果实。

2.2 温度

温度是影响二氧化碳浸渍最关键的因素之一，在浸渍过程中保持较高的温度有利于苹果酸的分解，而且能促进果实中酚类以及挥发性物质的浸提[29,35]。在一定范围内，浸渍温度越高，厌氧代谢启动和平衡耗时越短，降酸速度越快、降幅越大，色素、酚类成分的提取速率越快、溶解量越大，而且会增加葡萄汁中色素、酚类、香气的种类及聚合程度[1-2]。但是，要避免浸渍温度过高，否则葡萄汁中的不稳定成分容易被分解，且有感染杂菌的风险，引起不良风味。一般二氧化碳浸渍的温度控制在30～35 ℃，浸渍结束后在较低的温度下（18～20 ℃）进行酒精发酵[2,29]，为使下一阶段酒精发酵顺利进行，浸渍后期可适当调整温度。

2.3 时间

浸渍时间是对葡萄酚类物质提取影响最大的因素，浸渍时间的延长会增加果皮和种子中儿茶素和原花色素的浸提，对葡萄酒中花青素-单宁复合物的形成有积极影响，有利于葡萄酒挥发性物质的浸提以及颜色的稳定性[24]。但经历过长时间的浸渍，葡萄汁的酒精度、酸碱度等物理和化学条件改变会导致花色苷在浸渍结束时减少，也会增加感染杂菌的风险[24]。二氧化碳浸渍的时间取决于浸渍温度，一般不少于8 d，有些红葡萄品种甚至可达18～21 d。何忠宝[36]利用‘玫瑰香’葡萄为原料，研究二氧化碳浸渍法酿造葡萄醋的工艺参数，发现随浸渍时间的延长，葡萄汁的色度、2-苯乙醇（‘玫瑰香’品种的特征香气物质）含量及单宁含量明显上升，浸渍后期上升趋势放缓，最终确定最佳浸渍时间为5 d，制备出的葡萄醋色泽鲜艳，果香怡人。

2.4 其他因素

二氧化碳浸渍法对压力条件没有明确要求，一般二氧化碳的充入量应为浸渍罐体积的3～4倍[2,37]。为抵消被浆果吸收以及发酵罐密封不严逸出的部分气体，可在第二天补充适量二氧化碳。以黑果腺肋花楸为原料研究二氧化碳浸渍工艺酿造黑果腺肋花楸干酒的最佳参数，结果显示，随二氧化碳浸渍压力的增加，总酸含量逐渐减少，单宁和花色素苷含量先增加后降低，主要原因在于一定范围内增加压力能促进果实细胞内发酵的进行，利于花色苷溶出，而压力过大则会导致花色苷分解[38]。为获得良好的二氧化碳浸渍效果，对于卫生状况不好的原料，有时会在装罐时添加一定浓度的亚硫酸，但浓度不宜过大。

3 二氧化碳浸渍法的应用

二氧化碳浸渍酿造法会使葡萄酒具有独特的风味，但也会掩盖品种特性，一些优良葡萄品种会丧失其典型风格，因此二氧化碳浸渍法通常局限于少数红葡萄品种。但随着对二氧化碳浸渍研究的深入，这种独特的酿造工艺被广泛应用于更多新型葡萄酒、葡萄醋以及果酒。Zhang[39]首次研究利用二氧化碳浸渍法酿造‘玫瑰香’葡萄酒，结果表明二氧化碳浸渍酒的色度及挥发性成分含量（6384.97 ug/L）显著高于传统葡萄酒，而且二氧化碳浸渍葡萄酒具有最高的气味活性值（OAV）和感官评价得分，与其它常规方法相比，二氧化碳浸渍法显著提高了‘玫瑰香’葡萄酒的质量。刘晶[40]利用二氧化碳浸渍法酿造野生毛葡萄酒及其杂交种‘NW196’葡萄酒，研究表明二氧化碳浸渍法能有效降低葡萄酒总酸含量，减弱苦涩感，提高葡萄酒的感官质量。李凯等[41]研究发现，二氧化碳浸渍法和传统法酿造‘玫瑰香’葡萄酒在香气成分中存在显著差异。张轶斌等[42]运用低温二氧化碳浸渍法、传统法以及常温二氧化碳浸渍法酿造新型‘玫瑰香’葡萄醋，结果表明，二氧化碳浸渍法可以很大程度保留酚类等功能因子，最大限度降低单宁含量，改善葡萄醋的口感和香气质量。董莹璨等[43-44]研究发现，与传统法相比，二氧化碳浸渍法能够降低蓝莓酒总酸，增强黄酮类和酚酸类物质的浸提，提高酯类和萜烯类含量，使蓝莓酒更具有清新优雅的特点。

4 展望

随着经济快速发展和生活水平的提高，人们对酒类产品的需求逐渐增大，而且更加追求营养健康、口味多样的酒类饮料。二氧化碳浸渍工艺酿造的葡萄酒具有更低的酸度、酒精度和单宁及酚类物质，口感柔和，果香浓郁，有新鲜葡萄酒特有的风格，更能迎合国人的口味需求。而且二氧化碳浸渍法酿造的葡萄酒生产周期短，能够快速上市，企业资金流转快，能大大提高经济效益[2,29]。但需要注意的是，二氧化碳浸渍法对原料要求严格，不同生理生化特征的葡萄对于二氧化碳浸渍的条件也不同，不适宜的浸渍温度或时间会破坏葡萄酒的感官品质。二氧化碳浸渍法对葡萄酒的积极效果必须建立在控制原料卫生及浸渍条件上，在实际应用中，还需要考虑不同葡萄品种之间的生化差异，同种葡萄采收成熟度的差异，原料运输状况的差异等因素的影响，如何针对差异来最大限度地保证二氧化碳浸渍的顺利进行，提升葡萄酒的感官品质，是未来需要系统深入研究的问题。

综上，二氧化碳浸渍法在我国酒类产品市场中有很大的发展潜力，对果酒行业有重大意义。目前我国对二氧化碳浸渍法的研究比较少，研究内容比较基础，没有充分地对二氧化碳浸渍法进行创新性利用，为了应该结合实际进行更深入的研究，根据不同葡萄品种的生理生化特点，对该酿酒工艺进行归纳总结，使其广泛应用于葡萄酒及其他果酒的生产中，创造更大的经济效益。