電場對白蘭地陳釀中氧化還原電位和電導率的影響研究

張 斌，曾新安，楊華峰，于淑娟

（1.惠州學院 生命科學系，廣東 惠州 516007；2.華南理工大學 輕工與食品學院，廣東 廣州 510640）

白蘭地經橡木桶陳釀后酒中的不良風味物質減少，芳香物質得到加強和突出，酒體變得醇厚協調。陳釀是酒體物質進行物理分子重排與化學氧化和合成的過程，期間酒體中的氧化還原電位和電導率等電化學參數也會發生一系列的變化[1]。

氧化還原電位（oxidation-reduction potential，ORP）可反映酒體中所有物質表現出來的宏觀氧化-還原性，所謂氧化即失去電子，還原即得到電子，一定伴有電子的授受過程。氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱，還原性越強[2-4]。

電導率表示物質導電的性能，電導率越大則導電性能越強，反之越小。溶液的電導率與離子的種類和數目等有關，通常是強酸的電導率最大。酒體的電導率大小與酒中自由離子數目和離子種類等有關，由于成分和理化性質不同，不同酒的電導率存在較大差異，一般酒中有機酸的導電性較強[5-8]。

工業生產所用陳釀白蘭地的橡木桶容積一般為225 L或更大，為了能夠在較短時間內探明電場作用于橡木桶對白蘭地的影響，本實驗選擇了容積相對較小的5 L和2 L法國中度烘烤橡木桶進行實驗，研究了電場直接作用于橡木桶兩端對白蘭地中氧化還原電位和電導率的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原白蘭地55%vol：云南太陽魂酒業有限公司；法國橡木桶（5 L、2 L）：購自山東高密亙美木業有限公司。

1.2 儀器與設備

DZS-707多參數分析儀：上海精密科學儀器公司；DDS-307電導率儀、JPSJ-605溶解氧分析儀：上海儀電科學儀器股份有限公司。

1.3 實驗方法

本實驗電場裝置分為電場調控組件及催陳處理室兩部分，在兩平行電極板之間各放置5 L和2 L的橡木桶兩個，橡木桶中裝滿白蘭地原酒，橡木桶中白蘭地酒的實際處理電場強度為1 kV/cm。整個處理系統置于玻璃房中，將環境溫度控制在18～25 ℃，濕度控制在75%～80%，實驗周期為15個月（4 h/d），每30 d對酒體的氧化還原電位和電導率進行檢測，在液面下5 cm處進行定點檢測。

2 結果與討論

2.1 對氧化還原電位的影響

酒中ORP的高低反映酒體的反應趨勢。ORP越高，酒體越易發生氧化反應，酒體成分不穩定；ORP越低，酒體越易發生還原反應，隨著ORP的降低酒體成分逐漸變得穩定，最終達到一個動態平衡狀態。一般新酒的氧化還原電位較高，而陳酒的氧化還原電位較低，酒體成分穩定。ORP的大小與人體的味覺感受有關聯，ORP越大則對味覺刺激越大；ORP越小則對味覺刺激也越小。由于陳酒的ORP相對較低，故對人體味覺刺激小，使人感覺柔順協調[2-4]。白蘭地各陳釀樣的氧化還原電位隨陳釀時間的變化見圖1。

圖1 橡木桶貯存白蘭地酒中氧化還原電位變化Fig.1 Change of oxidation-reduction potential in brandy

由圖1可知，所有酒樣的氧化還原電應隨陳釀時間均呈先增加后減小的趨勢。5 L橡木桶中自然陳釀樣和電場處理樣分別在8個月和6個月時達到峰值；2 L橡木桶中自然陳釀樣和電場處理樣分別在7個月和6個月時達到峰值。ORP達到峰值便意味著酒體中的氧化性達到最強，電場處理樣均比對照樣提前達到峰值，說明電場作用促進了酒體中氧化反應的進行。

在2 L橡木桶中ORP經過2、4和6個月陳釀時，電場處理樣與自然陳釀樣相比分別提高了3.2%、5.3%和6.4%，而陳釀到10、12和14個月時電場處理樣與自然陳釀樣相比又分別降低了4.0%、5.9%和4.7%；同時，5 L橡木桶中ORP經過2、4和6個月陳釀時電場處理樣與自然陳釀樣相比分別提高了4.1%、8.8%及10.6%，而陳釀到10、12和14個月時電場處理樣與自然陳釀樣相比又分別降低了6.2%、6.6%及2.8%。結果表明，電場對白蘭地陳釀前期的氧化反應具有促進作用，當酒體由強氧化性轉為強還原性階段后，電場又促進了ORP的降低，加速了白蘭地的還原陳釀過程，從而有利于白蘭地酒體系在較短時間內達到氧化還原電位的平衡狀態。

白蘭地酒體中ORP的大小與氧化劑和還原劑的相對含量有關，并受離子濃度、溶液pH和溫度的影響。ORP一般會隨陳釀時間呈現逐漸降低的趨勢，并最終達到一個極限電位。酒體在ORP降低的情況下能增加其特有芳香，當ORP降低到極限電位時會表現出其特有的陳釀香氣。外加電場的作用增強了酒體中各類物質的分子活化能，提高分子間的有效碰撞，從而加速了酯化、締合、氧化還原等化學反應的發生，如有機酸與乙醇結合、高級醇與高級脂肪酸結合生成酯類和縮醛類等，同時加速了低沸點物質向桶外的揮發，最終使酒中的多酚類、醇類、醛類、酸類和酯類等香氣成分達到新的平衡，從而加速ORP的降低，促進白蘭地的陳釀[9]。

2.2 對電導率的影響

一般在穩定的酒體系中，其電導率是基本固定不變的，故電導率可作為評價酒體穩定性的一個重要指標。白蘭地在橡木桶陳釀過程中，由于橡木中多酚類物質的溶出和各種化學反應的發生使酒體中自由離子數目不斷變化，故電導率的數值也發生變化[6-8]。白蘭地橡木桶陳釀樣的電導率隨陳釀時間的變化見圖2。

圖2 橡木桶貯存白蘭地酒中電導率變化Fig.2 Change of electrical conductivity in brandy

由圖2可知，電場處理樣的電導率呈先增加后穩定的趨勢，而自然陳釀樣的電導率呈一直遞增的趨勢。5 L和2 L電場處理樣的電導率分別在12和10個月時達到穩定值。電場處理樣的電導率要高于對照樣的值。電場處理樣與自然陳釀樣相比，2 L橡木桶中電導率經過2、4、6、8、10、12和14個月陳釀時分別提高了6.7%、10.3%、3.6%、17.5%、18.5%、14.3%和3.1%；5 L橡木桶中電導率經過2、4、6、8、10、12和14個月陳釀時分別提高了0.6%、2.0%、3.7%、11.6%、14.0%、14.6%和6.7%。結果表明，電場作用有利于酒中電導率的增加，同時有使電導率達到穩定平衡狀態的趨勢。

外加電場促進了橡木中多酚類物質的溶出，并使酒體中的大分子多酚發生降解反應生成小分子物質溶于酒中；同時電場促進了酒中的溶解氧與酒中醇類、醛類發生氧化反應，使部分醇類和醛類物質轉化為相應的有機酸，使游離H+等帶電荷離子的濃度增加，所以酒體電導率隨著陳釀時間的延長呈現增加的趨勢[9]。

2.3 對溶解氧的影響

白蘭地酒體氧化還原電位和電導率的變化都與發生化學反應所必需的溶解氧密切相關。溶解氧（dissolved oxygen，DO）指酒體中溶解的分子態氧，用每升酒中氧氣的毫克數表示。溶解氧是酒在陳釀過程中氧化反應必不可少的物質，對酒的陳釀起著至關重要的作用[10-11]。

在白蘭地酒陳釀過程中，會發生一系列復雜的化學反應，其中主要有酯化反應、氧化還原反應和聚合反應，整個自然過程復雜而緩慢，陳釀期間白蘭地中的溶解氧主要通過橡木桶的板隙和倒桶過程獲得。在陳釀前期，氧化反應起到了主導作用，溶解氧會與來自橡木的單寧等多酚類物質生成過氧化物，隨后活性氧分離出來氧化橡木多酚和白蘭地中的醇類和醛類等物質，使游離花色素苷、小分子單寧逐漸氧化、聚合形成結合態的花色素苷、大分子單寧等，使醇氧化為醛，醛氧化為酸等[12-13]。白蘭地中的溶解氧隨陳釀時間的變化見圖3。

圖3 橡木桶貯存白蘭地酒中溶解氧含量變化Fig.3 Change of dissolved oxygen concentration in brandy

由圖3可知，所有酒樣的溶解氧均呈遞減的趨勢，同時電場處理樣的溶解氧消耗的要快。電場處理樣與自然陳釀樣相比，2 L橡木桶中溶解氧經過2、4、6、8、10、12和14個月陳釀時分別降低了70.1%、54.3%、18.3%、23.8%、26.3%、35.3%及40.0%；在5 L橡木桶中溶解氧則分別降低了63.4%、18.2%、32.3%、33.3%、34.8%、35%及38.9%。結果表明，電場處理可促進白蘭地陳釀過程中對溶解氧的消耗。電場處理輸入到酒體中的能量可滿足體系發生氧化反應所需能量，從而促進了酒體中溶解氧的消耗。

對于容積不同的橡木桶消耗溶解氧的速率也不同，2 L與5 L橡木桶相比，電場處理4、6、8、10、12及14個月時的溶解氧分別降低52.2%、4.8%、11.1%、6.7%、15.4%和18.2%，而自然陳釀的溶解氧分別降低了4.1%、22.6%、22.2%、19.0%、15.0%及16.7%。結果表明，內比表面積相對較大的小容積橡木桶中溶解氧的消耗速率要快，內比表面積越大越有利于發生氧化還原等化學反應。

電場作用促進了白蘭地將橡木中多酚類物質萃取溶入酒液中，并與酒液的成分反應，產生典型的香味物質，其中單寧和沒食子酸等在白蘭地的氧化反應中起著極為重要的作用，能清除氧自由基，引發一系列氧化反應，其被氧化后可形成半醌式自由基和醌類化合物。同時，電場促使酒體中的溶解氧被還原為過氧化氫和水，過氧化氫以某些金屬離子為催化劑，可氧化葡萄酒中性質較穩定的有機化合物，如可將乙醇和雜醇油等氧化為相應的醛類或酸類物質，從而降低了風味不良的甲醇、雜醇油和鞣質等的含量，改善酒體的風味[14-17]。

3 結論

隨著白蘭地陳釀時間的延長，ORP呈先增加后減小的趨勢，電場促進了ORP的變化，在5 L橡木桶中，電場處理樣的ORP比自然陳釀樣在6個月時增加了10.6%，而在12個月時又分別減少了6.6%；電導率呈現遞增的趨勢，且電場處理樣均高于同期自然陳釀樣的值，在5 L橡木桶中，電場處理樣的電導率比自然陳釀樣在12個月時增加了14.6%；在2 L橡木桶中增加了14.3%；酒體中的溶解氧含量呈現遞減的趨勢，且電場處理樣的降低速率要低于同期同容積的自然陳釀樣。如在5 L橡木桶中，電場處理樣的溶解氧含量比自然陳釀樣在2個月時減少了63.4%，在2 L橡木桶中減少了70.1%。電場處理促進了酒體中氧化還原電位和電導率達到穩定的平衡狀態。

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