超声波-橡木片复合催陈技术对寒富苹果白兰地陈酿的影响

赵 金，刘 夏，颜廷才

（沈阳农业大学食品学院，沈阳110161）

寒富苹果是由沈阳农业大学选育而成的区域型优良品种，具有很强的抗寒性，近年来在辽宁、吉林等北方地区迅速推广[1-2]。但目前，寒富苹果基本依赖于鲜食销售，对寒富苹果的深加工大多数停留在试验研究水平，市场加工产品较少，所以，发展寒富苹果加工品，提高其利用效率，对增加其价值具有重要研究意义。

白兰地酒属于蒸馏酒，由原料经发酵、蒸馏、陈酿、调配等步骤而成[3]。苹果白兰地不仅具有独特的风味，在发酵过程中还产生很多营养物质，具有良好的保健功能性[4]。酿造条件、蒸馏过程的控制都将对苹果白兰地中的异丁醇、异戊醇及苯乙醇等含量的影响，这些物质的含量将直接影响苹果白兰地的口感和香气[5-6]。陈酿环节是影响白兰地品质的重要环节之一。自然陈酿是将蒸馏液放入橡木桶中，在数月甚至数年的时间里，酒体与橡木桶之间发生物理化学变化，从而改善产品色、香、味，达到陈酿的目地[7-9]。自然陈酿方式生产周期长，耗材量大，不能充分合理的利用资源，企业的生产压力大大增加[10]。为提高成本效益，尝试和探索不同的人工催陈技术非常重要。

目前，国内外大多数催陈研究主要是以葡萄白兰地或者白酒为主，常用方法为以边角橡木为原料制成的橡木制品替代橡木桶，可增大与酒体接触面积，加快橡木与酒体成分间的相互作用，降低成本，促进陈酿过程[11-12]。目前研究发现在对比橡木桶、橡木片、栗木片3 种陈化方式下白兰地感官及化学性质的变化明显[13]。此外，研究发现橡木片与不锈钢罐的结合使陈酿后的白兰地中含有更多的强抗氧化物质及关键的香气化合物[14]。超声波催陈近些年来广泛应用于葡萄酒、米酒等发酵酒产品的酿造工艺中，被认为是加速酒类催陈技术中最有前景的一种方法。使用超声波催陈李子白兰地，发现李子白兰地整体感官水平提高，证明超声处理对白兰地这种蒸馏酒也可以起到催陈作用[15]。常见方法还有超高压催陈、脉冲电场催陈、冷热交替催陈、辐射催陈法、红外和激光技术等。但是对于苹果白兰地催陈技术目前未见到相关报道。

本研究以寒富苹果蒸馏原液为原料，选择不同烘烤程度的橡木片，同时用超声波物理催陈方式加以辅助，研究单一和复合的催陈技术对寒富苹果白兰地陈化期间风味的影响。通过顶空固相微萃取联合气相色谱/质谱法和电子舌研究寒富苹果白兰地陈化期间的香气、滋味变化，并对不同催陈方式后的酒样进行感官鉴定，以期为寒富苹果白兰地生产提供更多理论依据，为果酒陈酿领域提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料：成熟的寒富苹果，购买于辽宁省沈阳市金德胜果园，集体运回后于冷库以5℃条件贮存。橡木片：轻度烘烤橡木片（Light,L）、中度烘烤橡木片（Middle,M）、重度烘烤橡木片（Heavy,H）均购于法国帝伯仕品牌。试剂：福林酚试剂、酚酞指示剂、氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠、氯化钾、酒石酸均购于国药化学试剂厂；没食子酸标准品购于sigma公司。

1.2 仪器与设备

DK-S22 恒温水浴锅（常州国华科技有限公司）、UV-5100 紫外-可见分光光度计（上海谱元仪器有限公司）、Agilent 5975C-7890A气质联用仪（美国Supelco公司）、75μmCAR/PDMS SPME 萃取头（美国Supelco公司）、TS5000-Z电子舌（日本INSENT公司）、JD4000-3电子分析天平（沈阳龙腾电子有限公司）、SB25-12DTN超声波清洗机（上海三申器械有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 制备寒富苹果白兰地蒸馏液 寒富苹果白兰地蒸馏液制备流程为：寒富苹果→破碎→榨汁→调整成分→发酵→蒸馏→取样。

1.3.2 单一橡木片催陈对白兰地陈化效果的影响 将轻（L）、中（M）、重（H）度烘烤的橡木片以4g·L-1的比例分别加入到寒富苹果白兰地蒸馏液中，陈酿初始组为蒸馏液（0d），对照组为橡木桶自然陈酿的酒样（Control,C），通过气相色谱与质谱联用的方法测定陈酿45d 后寒富苹果白兰地香气成分的变化，同时在陈酿期间的1，4，8，15，45d分别取样测定其滋味的变化。

1.3.3 超声波-橡木片复合催陈对白兰地陈化效果的影响 在1.3.2 的基础上，在陈酿的1，8，15d 使用超声波（Ultrasound,U）对酒体进行催陈处理，超声波频率为40kHz，功率为200W，处理时间为20min。分组及测定方法同1.3.2。

1.3.4 气相色谱/质谱法测定香气成分 （1）样品预处理。将酒样稀释10 倍，取8mL 于含有2g NaCl 的采样瓶中，40℃水浴5min 后，将进样器插入，顶空吸附10min 后拔出。将进样器插入气相色谱仪中并在250℃下热解析5min。（2）GC-MS 分析。在氦气流速为1mL·min-1条件下，使用DB-1701 色谱柱进样，温度为250℃。升温程序为45℃保持2.5min，升温至180℃ (3℃·min-1)，再升温至230℃ (6℃·min-1)维持3min。使用EI 电离源，质量扫描范围55～550m·z-1，离子源温度230℃，电子能量70eV。（3）数据采集和分析。使用Agilent 软件进行数据处理，经计算机自动检索并与标准物质质谱图比对后确定未知化合物，通过面积归一化法计算相对含量。

1.3.5 滋味测定 使用电子舌对样品进行滋味测定，样品测定前用蒸馏水稀释。

1.3.6 感官评价 参考GBT/11856-2008 制定寒富苹果白兰地感官评定标准（表1）。由10 名受过专业训练的评酒员组成品评团队，取其平均值作为最终结果。

表1 寒富苹果白兰地感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard for Hanfu apple brandy

1.3.7 统计学分析 利用SPSS软件分析试验数据的显著性。使用Duncan 多范围检验方法来确定各组样品之间的差异，其中，p＜0.05代表样品间差异显著。

2 结果与分析

2.1 催陈方法对白兰地陈酿期间香气的影响

寒富苹果白兰地是寒富苹果酒经蒸馏以后获得的浓缩物，含有苹果酒的绝大多数香气物质，也含有苹果中的一些香气成分，种类比较多。由表2可知，寒富苹果白兰地香气种类比较全，从酯类到烯萜类都有，每一类里还有很多具体种类；最多的是酯类成分，对照原样中含有19种，还检出9种醇类成分，8类芳香族成分，2种酸类，羰基与烯萜类各1种，未检出烃类与呋喃类，除乙醇外在寒富苹果白兰地蒸馏液中共检测出40种挥发性物质成分。新蒸馏白兰地味道强烈刺激，主要是含有较多醇类酸类，经陈酿后发生酯化反应，酯类会明显增多，醇类与酸类相对含量会逐渐减少，味道变得柔和香甜。由表2 可知，陈酿经过陈酿45d 后，各种处理一般都是酯类与芳香族香气成分种类明显增加，其他香气种类数量基本不变化；橡木片能明显增加酯类香气种类，超声处理后香气种类没有明显变化规律，差异也不明显。香气种类最多的还是酯类，重度烘烤加超声波处理的酯类种类最多达到33种，最少的是中度烘烤橡木片加超声处理，只有24种。芳香族香气成分种类增加最多的是对照处理，达到14种，最低的是轻度烘烤橡木片种类只有11种。陈酿后出现了3种烃类与3种呋喃类香气成分。

表2 催陈处理对寒富苹果白兰地香气成分种类影响Table 2 Effect of aging treatment on aroma species of brandy

表3 不同催陈处理对白兰地挥发性香气成分含量的影响Table 3 Effect of different aging treatments on volatile aroma components of brandy

续表

由表3 可知，寒富苹果白兰地的各种处理中共检测到88 种香气成分，原白兰地中含量前四位的分别是异戊醇、正己醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯，相对含量分别为60.656%、20.684%、6.896%和6.175%。经过催陈处理45d后，醇类香气成分相对含量明显减少，酯类香气成分相对含量明显升高，橡木片能明显增加一些特有香气成分含量，超声处理能进一步增加这些香气的含量，同时能进一步增加其他酯类香气成分含量，减少醇类香气物质含量。

醇类物质具体变化：陈酿45d 后，橡木片处理L、M、H 组酒样总醇类物质相对含量分别为49.378%、51.993%和56.950%，与初始蒸馏液（84.902%）和C（61.722%）组相比，L、M、H 3 组酒样香气成分中醇类物质相对含量在陈酿期间均显著降低（p＜0.05）。异戊醇和正己醇是寒富苹果白兰地香气的主要成分，陈酿45d 后，3组酒样异戊醇和正己醇的相对含量均显著低于自然陈酿C 组（p＜0.05）。异戊醇分别降低约24%、19%和17%，正己醇分别降低9%、12%和8%。超声处理后醇类物质相对含量进一步减少，LU、MU、HU 组酒样总醇类物质相对含量分别为47.645%、46.326%和40.706%，超声催陈后醇类物质更显著降低。这说明橡木片处理能够加速醇类香气成分的转化，超声处理会进一步加速这个变化过程。

酯类物质具体变化：酯类是白兰地的重要香气成分，酯类物质种类和相对含量的增加是白兰地逐渐陈化的标志[16]。经过45d 陈酿后，对照组C 酯类成分有所增加，总相对含量也有所提高，由原来的16.558%上升到38.995%。橡木片催陈的各组酒样的酯类成分更为丰富，其主体酯类香气成分不仅未发生改变，还增加了许多其他酯类物质。陈酿45d 后，总酯含量HU 处理达到44.368%，前五位的酯类为辛酸乙酯13.283%、癸酸乙酯9.515%、己酸乙酯9.187%、乙酸异戊酯3.865%、异硫氢酸酯2.182%。3 组酒样中均检测出乙酸异戊酯、癸酸异丁酯和威士忌内酯，这些酯类物质在蒸馏液中均未检测出，因此酒体的风味得到了丰富。寒富苹果白兰地经催陈处理后，乙酸异戊酯在整体香气成分中占比较高，成为其主体香气成分。且该化合物在重度橡木片参与催陈的酒样中相对含量明显高于轻度橡木片催陈的酒样，说明有重度橡木片参与的陈酿过程更有利于乙酸异戊酯的生成[17]。L、M、H 组酒样中均检测出了具有甜香和果香风味的γ-癸内酯；M、H 组检测出壬酸乙酯，这种酯具有独特风味的蜜香；H 组酒样中还检测出己酸己酯和9-十六碳烯酸乙酯，此外还额外增加了包括棕榈酸甲酯（奶油味）、油酸乙酯（油脂味）在内的10 种酯类成分，极大的丰富了酒体风味。超声处理后进一步增加了酯类香气成分的相对含量，最高的HU 组含量达到60.724%，前五位的酯类为辛酸乙酯19.357%、癸酸乙酯13.055%、己酸乙酯10.181%、乙酸异戊酯6.335%、异硫氢酸酯2.745%。复合催陈技术较好地促进了酯类物质的合成，使酒体的酯类香气更为丰富。

酸类、芳香族、呋喃类、羰基类、萜烯类和烃类物质变化：经催陈处理和陈酿后，寒富苹果白兰地中油酸和岩芹酸两种酸类物质的含量显著下降；C、L、M、H 酒样中检测到具有果香风味的辛酸和具有奶香味的癸酸，这两中酸类物质可能是由醇类物质在陈酿过程中氧化而成，也有可能是由橡木带来的。L、M、H酒样中的芳香族物质种类与蒸馏液相比得到显著提高，极大丰富了寒富苹果白兰地的风味，催陈后出现的芳香族物质有2-乙氧基肉桂酸、苯丁酸乙酯、苯酚、丁香酚和4-乙基愈创木酚。呋喃类化合物在橡木片浸泡后的白兰地酒样中产生，说明这两种物质来源于橡木制品。L、M、H组检测到具有焦糖味的糠醛和具有杏仁香风味的5-甲基-糠醛。羰基类化合物甲基庚烯酮只在蒸馏液中检测出。此外，在C、L、M、H 组酒样中均有检测到烃类化合物环癸烷。超声复合橡木片催陈处理进一步增强了变化程度，呋喃类物质方面，复合催陈后酒体中糠醛和5-甲基糠醛的相对含量均高于单一催陈组，赋予了酒体更多的焦糖和坚果香气。萜烯类物质方面，在复合催陈酒样中只检测到β-香茅醇，且其相对含量在超声波处理后有所降低。挥发性酸类物质与芳香族化合物成分在单一和复合催陈后的酒体中大体相同。

因此，寒富苹果白兰地经单一橡木片催陈后，酯类化合物种类及含量升高，醇类化合物种类及含量降低，酒体得到明显的陈酿效果。不同烘烤程度的橡木片对寒富苹果白兰地香气的影响不同，L 组为酒样增添了花果香气，M、H组为酒体增添橡木香和坚果香。超声波复合催陈进一步增加催陈效果。

2.2 催陈方法对白兰地滋味的影响

使用电子舌对使用L、M、H 3种橡木片催陈的寒富苹果白兰地酒样进行味觉的测定，结果如图1。3组酒样在陈酿过程中呈现出类似的味觉变化规律。在陈酿的过程中，酸味值先增大后减小，橡木片催陈酒样酸味明显低于C 对照组，轻度烘烤橡木片处理酸味降低的最多，重度烘烤与中度烘烤橡木片处理差异不大。3组酒样的苦味和苦味回味在陈酿过程中减少，橡木片处理使酒体苦味降低更多。重度烘烤橡木片催陈降低酒体苦味最强，轻度与中度烘烤橡木片处理差异不明显。在陈酿前期，3 组酒样的涩味和涩味回味有所增加，而在陈酿后期呈现下降趋势。在陈酿过程中，甜味值呈现先有所降低再升高，但是未达到最初的甜度值。3组酒样在陈酿过程中的鲜味、丰富度和咸味未发生明显变化。橡木片催陈可以提高寒富白兰地涩味、甜味与丰富度，显著降低酸味与苦味。

图1 橡木片催陈处理后白兰地滋味的变化Figure 1 The change of brandy taste after oak chip aging

由图2 可知，LU、MU、HU 组酒样的酸味值先增大后减小，经45d 陈酿后，酸味且均显著低于C 组（p＜0.05）。复合催陈酒体的苦味和苦味回味在陈酿期间逐渐下降，超声复合处理降低程度更明显，随着烘烤程度增强，苦味降低能力也增强。酒样的涩味和涩味回味呈现先增加后减少的趋势，陈酿45d后，复合催陈组酒样的涩味及其回味明显低于单一催陈组和C组。与单一催陈组相类似，复合催陈组酒样的鲜味、丰富度和咸味也无明显变化。LU、HU 组酒样甜味在陈酿45d 后变化不大，MU 组酒样甜味在1d 时有所下降，而后有所升高，复合催陈处理能够保留或者增加酒体的甜味。超声复合催陈可以进一步明显提高寒富白兰地涩味、甜味、甜味与丰富度，降低酸味与苦味。

图2 超声波-橡木片复合催陈处理后白兰地滋味的变化Figure 2 The change of brandy taste after ultrasonic-oak flake composite aging treatment

2.3 催陈方法对寒富苹果白兰地的综合感官评价影响

由表4可知，与蒸馏液和自然陈酿C组相比，经人工催陈技术后，酒体的各组感官评分均显著升高，且超声复合橡木片催陈组感官评分均高于橡木片催陈组。其中，重度烘烤的橡木片赋予了酒体更加丰富的风味，单一橡木片催陈组总分分值排序为H＞M＞L。超声波-橡木片复合催陈比橡木片单一催陈展现出更为优越的陈酿效果，复合催陈组总分分值排序为HU＞MU＞LU，其主要体现在色泽和香气的差异上。LU 组酒体具有类似黄晶色的颜色，而MU、LU组酒样颜色则更类似于高级的琥珀色。在香气方面，MU、HU组橡木片的橡木香可以与酒体中的酯香进一步协调，寒富苹果白兰地的风味更为丰富。橡木片催陈可以在45d 内明显提高寒富苹果白兰地的综合感官指标，超声复合橡木片催陈处理可以进一步提高催陈效果，使寒富苹果白兰地综合感官评分值更高。

表4 催陈方法对白兰地感官质量的影响Table 4 The influence of aging technology on the sensory quality of brandy

3 讨论与结论

寒富苹果白兰地经催陈处理和陈酿后，各处理酸类物质的含量显著下降，所有酒样中检测到具有果香风味的辛酸和具有奶香味的癸酸，这两中酸类物质可能是由醇类物质在陈酿过程中氧化而成，也有可能是由橡木带来的。橡木片处理酒样中的芳香族物质种类与蒸馏液相比得到显著提高，极大丰富了寒富苹果白兰地的风味，催陈后出现的芳香族物质有2-乙氧基肉桂酸、苯丁酸乙酯、苯酚、丁香酚和4-乙基愈创木酚。呋喃类化合物在橡木片处理的白兰地酒样中产生，也检测到具有焦糖味的糠醛和具有杏仁香风味的5-甲基-糠醛，说明这两种物质来源于橡木制品。羰基类化合物甲基庚烯酮只在蒸馏液中检测出。超声复合橡木片催陈处理进一步增强了变化程度，呋喃类物质方面，复合催陈后酒体中糠醛和5-甲基糠醛的相对含量均高于单一催陈组，赋予了酒体更多的焦糖和坚果香气。这可能是由于超声波的使用促进了橡木片中木质素的降解[18]。

寒富苹果白兰地在陈酿的过程中，酸味值先增大后减小，橡木片催陈酒样酸味明显低于C 对照组，这是由于陈酿过程中橡木片的单宁酸会渗入到酒体中，致使酸味增加，但在陈酿后期，酸类物质发生水解和酯化反应被消耗，因此酸味降低[19]。酒样的苦味和苦味回味在陈酿过程中减少，酒体苦味的来源有高级醇类、醛类和酚类化合物等[20]。橡木片催陈大大降低了酒体中分别具有极苦、较苦和甜苦味的异丁醇、正丁醇和异戊醇的相对含量，因此苦味得以减弱。单宁类和醛类物质是酒体涩味的主要来源[21]。在陈酿期间，橡木片里的单宁物质首先渗入酒体中，而后水解为不带涩味的小分子单宁[22]，因此在陈酿前期，3组酒样的涩味和涩味回味有所增加，而在陈酿后期呈现下降趋势。复合催陈酒体的苦味和苦味回味进一步下降，这是由酒内带有苦味的醇类物质相对含量的降低造成的。酒样的涩味和涩味回味呈现先增加后减少的趋势，这与孙慧等人的研究结果一致[23]，超声波的空化作用促进了大分子单宁的解聚，酒体更为绵柔。复合催陈处理能够保留或者增加酒体的甜味，这可能是由于超声波促进了半纤维素的水解从而产生了单糖[24]。

综上，寒富苹果白兰地陈酿期间，单一橡木片催陈技术可加速寒富苹果白兰地的陈化，其中以重度烘烤橡木片效果最佳，催陈后酒样香气更丰富，口感更醇和。复合催陈技术表现出更为优异的催陈效果，可在单一橡木片催陈基础上进一步优化陈酿酒体的品质，达到增酯降醇的目地，和谐了橡木风味与酒体中的酯香，风味口感俱佳。因此，复合催陈技术可应用于白兰地陈酿工艺中，具有广阔的应用前景。