冷浸漬技術對果酒中酚類物質影響的研究進展

趙文英，王 蓉，張志瑞

（1.中北大學化學工程與技術學院，山西太原 030051；2.中華人民共和國太原海關，山西太原 030027）

冷浸漬（Cold Maceration，CM）技術起源于法國勃艮第地區黑比諾葡萄酒的釀造，是目前果酒釀酒實踐中所廣泛采用的前處理技術。在實踐生產中，人們多采用冷浸漬技術以促進對果實中酚類物質以及芳香物質的浸提作用，進而提升果酒品質。果酒中酚類物質的組成和含量水平對其色澤、口感、穩定性等感官品質發揮著重要影響。影響果酒質量主要的酚類物質有花色苷類、黃烷醇類(包括低聚原花青素,也稱為縮合單寧)、酚酸類（包括羥基肉桂酸、苯甲酸）和黃酮醇類。

CM 是將破皮后的果漿在發酵罐內降溫至足夠低的溫度(5～15 ℃)以下，浸漬數天后，再升溫添加酵母進行正常酒精發酵的前處理工藝。CM 處理必須在低溫下進行，避免酵母菌或其他雜菌的生長。低溫也阻止了漿果自身酶系的活性，使有效浸漬時間得以延長。果漿的溫度通常采用熱/冷交換器或罐套來降低。近年來，在黑比諾葡萄酒冷浸漬實踐的影響下，人們嘗試采用不同葡萄品種及其他水果進行CM 釀酒效果的研究。很多研究表明了CM 的積極作用，如增強了果酒的顏色強度及其穩定性，增加了果酒中酚類物質的含量，提高了感官評價得分等。由于漿果果肉、果皮和種子中分布有不同種類和數量的酚類化合物，所以浸漬條件是決定果酒中酚類物質組成的重要影響因素。理論上講，浸漬處理固液接觸時間越長，就有越多的酚類化合物出現在果汁中，進而保留在果酒中。但影響CM 效果的因素除了浸漬時間外，還與不同的冷卻模式(葡萄冷凍、干冰、液氮或熱交換器)、浸漬溫度、漿果品種、漿果成熟度或其他聯合技術手段有關。

為了更好的應用CM 技術，人們從多酚物質角度，對其浸漬機制及后期反應影響進行了研究。本文綜述了近10 年來（2010—2021 年）的有關果酒冷浸漬方面的研究成果，以期更好的指導冷浸漬技術在果酒釀造中的應用與科學研究。

1 CM對果酒色澤及穩定性的影響

果酒的視覺屬性一方面受花色苷含量的影響，另一方面取決于花青素之間或與其他酚類物質之間的相互作用?；ㄇ嗨仡惖幕窘Y構是由C6-C3-C6 骨架構成的3，5，7-三羥基-2-苯基苯并吡喃陽離子結構(又名花色基元、結構母核)?；ㄇ嗨剡B同糖基部分，被稱為花色苷。隨著果實從白色、淺紅色階段到成熟的黑色階段，總花色苷的含量顯著增加?；ㄉ瘴挥谥参锉砥そM織第一層細胞的液泡中，具有良好的水溶性。釋放花色苷，需要破壞或降解細胞壁，或增強細胞壁的通透性，也需要突破細胞膜屏障。在果酒pH 值為3.4～3.9 情況下，花色苷是一種具有反應活性的化學色素，很容易與各種親電和親核試劑發生反應，形成的花色苷衍生產物具有與天然花色苷不同的光譜特征，由此造成人們對果酒顏色感知的變化。

CM 提高了果酒的顏色強度及其穩定性，與冷浸漬溫度、時間、果實品種等有較多關聯。González-Neves采用3個葡萄品種，丹娜、西拉和美樂經冷浸漬（10～15℃，5 d）處理，發現丹娜和美樂品種增加了色度、總酚、花色苷和單寧的含量，但西拉品種基本沒有增加。Cejudo-Bastante使用西拉葡萄品種進行CM 處理時，降低了冷浸漬溫度，增加了浸漬時間（5～11 ℃，8～12 d），結果表明，12 d 的浸漬可有效增加西拉果酒總酚、總花色苷和顏色的穩定性，8 d 的浸漬會帶來顏色的不穩定性。Nel采用西拉葡萄品種，提高冷浸漬處理溫度，縮短浸漬時間（15 ℃，3 d）后，發現花色苷含量降低了。似乎CM 溫度越低，時間越長，果酒色澤穩定性效果越好。對于特殊的葡萄品種，也有同樣的報道。Manns采用黑科羅等3 種雜交葡萄品種進行冷浸漬（5 ℃，24 h）處理，發現處理后的果漿花色苷、單寧和黃酮類含量增加。Lukic采用特朗葡萄品種，進行了（5 ℃，5 d）冷浸漬處理，結果表明，CM 可增強對花色苷及果皮單寧的提取，果酒色度增強。

對果酒色澤的影響，一方面來自花色苷含量，另一方面是花色苷與其他物質的相互作用，如與輔色素之間的作用。果實中的酚酸主要成分為羥基苯甲酸和羥基肉桂酸及其衍生物。羥基苯甲酸衍生物包括香草酸、水楊酸、沒食子酸、鞣化酸等。羥基肉桂酸衍生物包括咖啡酸、綠原酸等。小分子量的酚酸類化合物與花青素的疏水結構容易形成π-π共軛體系，可以起到良好的護色效果。不同的酚酸化合物由于其空間結構的不同表現出不同的協同色素效應。Cejudo 等研究發現，長時間冷浸漬(12 d)比短時間冷浸漬(8 d)和傳統浸漬葡萄酒酚酸含量更高，尤其沒食子酸的提取量增加，導致葡萄酒的顏色更穩定、更有紅色色調，且隨著CM 時間的延長，在貯藏期間仍保持差異。在丹娜葡萄冷浸漬過程中，也發現CM 能增強低分子量酚類物質的溶出。這些小分子酚酸物質具有較強的輔色能力，能保護花青素在黃酮離子的C2 位置不被親核分子攻擊，從而促進更高的顏色穩定性。Zhang 等在赤霞珠紅葡萄酒釀造過程中，加入了咖啡酸和迷迭香酸做色素輔助劑，獲得了更飽滿、更鮮艷的色澤，提高了總酚的濃度，增強了共色素作用，提高了葡萄酒顏色的穩定性。因此，冷浸漬似乎有利于非呈色多酚物質的浸提，發揮了花色素的輔色效應，促進了花色苷穩定，進而間接提高了成品酒的色度和穩定性。但羥基肉桂酸也是強抗氧化劑，被氧化時可以形成棕色色素。因此，在瓶貯過程中，要避開氧氣，否則對果酒的顏色會產生嚴重影響。

黃酮醇類也是影響果酒色澤及穩定的重要因素。黃酮醇類是指2-苯基-3-羥基-色原酮類化合物，槲皮素、山奈酚、楊梅酮及其相應的衍生物是果酒中含量最多的黃酮醇類化合物，多以糖苷形式存在，它賦予葡萄酒由白到黃的色調，可直接或間接的與葡萄酒中的花色苷反應，使葡萄酒的顏色更穩定。黃酮醇與花青素一樣也存在于植物細胞的液泡中，親水性差，溶出速率慢。研究表明，CM增強了對黃酮醇類物質的浸提作用，有利于穩定并改善果酒的顏色。由于天然酶或酸性條件水解糖苷鍵，會釋放出黃酮醇苷元，黃酮醇苷元在果酒中可溶性較差，這些苷元可能會在乙醇介質中沉淀而丟失，因此在發酵陳釀過程中會造成色澤不穩定現象。這可能是CM效果經常出現波動的原因。

2 CM對果酒口感指標的影響

冷浸漬技術對果酒口感評價有積極影響。Aleixandre報道，CM 處理后的博巴爾葡萄酒有較好的口感質量。Casasssa發現，意大利阿斯蒂產區的巴貝拉葡萄在CM 處理后，苦味降低，澀感增強，感官評分高。果酒口感特征與酚類物質組成密切相關，尤其是黃烷-3-醇類和原花青素（PAs），人們研究了CM 對這些具有口感特征的酚類物質的提取及演變的影響。Busse 等報道，CM(10 ℃，10 d)提高了慕合懷特和赤霞珠葡萄酒中種子PAs的濃度。CM 處理時間越長(4～10 d)，酚類物質水平(沒食子酸、黃烷-3-醇和PAs)就會越高；其他酚類物質，如羥基肉桂酸、黃酮醇等，隨著浸泡時間延長，提取效果變差。

黃烷-3-醇類是許多食品中眾所周知的苦味物質。黃烷醇類化合物大部分來自果實種子的疏水角質層和內部木質化層之間的薄壁細胞，少部分來自果實表皮的真皮內厚細胞。前者被稱為種子單寧，后者為果皮單寧。種子的油脂涂層首先需要被腐蝕，所以從種子的薄壁細胞中提取黃烷醇需要更長的浸漬時間。在果酒中，黃烷醇通常以四個單體單位出現：兒茶素、表兒茶素、兒茶素-3-O-沒食子酸酯、表兒茶素-3-O-沒食子酸酯。葡萄果實中兩種主要黃烷醇之間的手性差異會帶來口感的差異，表兒茶素比兒茶素明顯更苦，苦味持續時間明顯更長。表兒茶素C 環的平面構象比兒茶素的平面構象更平，可能會增加分子的親脂性，從而促進其擴散和附著于味覺受體上。Scolary 等認為黃烷-3-醇在高濃度(高達1200 mg/L)時，會形成膠體粒子，而膠體粒子很容易與唾液蛋白相互作用，引發澀感。黃烷-3-醇類還是引起果酒混濁的原因之一。有研究表明，黃烷-3-醇的釋放可能只有在種子達到一定水化水平后才會發生，因此浸漬時間對該類物質的提取具有重要影響。目前尚不清楚種子薄壁細胞在什么情況下才能達到水化。

原花青素（PAs）對果酒的口感特征也有顯著影響，它們能夠沉淀唾液蛋白引發澀感。其他味覺刺激如酸度(蘋果酸或酒石酸)已被證明可以協同增加原花青素澀味的強度發展。原花青素，也被稱為縮合單寧，是由黃烷醇單體（兒茶素或表兒茶素）聚合而成的。原花青素存在于果皮細胞的液泡以及種子的內外被膜中。與花色苷的提取不同，原花青素因為溶解性的限制，會出現飽和現象，影響其提取的效率。隨著果皮接觸時間的增加，提取速率變得緩慢。Renard 等研究提出，在擴散的過程中，原花青素會被困在細胞壁結構中，原花青素和細胞壁相關化合物如多糖或蛋白質有較強的親和作用，這個作用力表現為疏水力和氫鍵，被認為是提取速率變緩的原因。在果膠酶作用下，會導致細胞壁剛性結構的喪失或細胞壁的溶解，使得原花青素被持續提取。最新研究表明，浸漬階段提取的酚類化合物會和懸浮在果汁中的果皮和果肉細胞壁相互作用。由于細胞壁果膠組分對PAs類化合物表現出高親和力，會將它們吸附到其結構中。一旦這種結合發生，其相互作用就很難逆轉，在接下來的釀造階段會被沉淀。

CM 處理可以改變果漿釋放的營養物質的數量，如氮源(氨基酸)、維生素和脂肪酸，從而影響釀酒酵母生長和芳香化合物的形成。酒精發酵可進一步促進黃烷-3-醇的提取，在CM 期間，果皮和種子的細胞壁的滲透性會不斷發生改變，發酵過程中產生的高溫和高乙醇水平，會使PAs 類物質被進一步提取，增強溶出度。

3 CM與其他技術結合的應用

CM 能提高成品酒中的多酚含量，由于低溫延長了有效浸提時間，使多酚類物質在長時間冷浸漬過程中變得更加穩定，不易在后續發酵或陳釀過程中損失。但也有文獻研究質疑了CM 在陳釀階段的有效性。雖然在浸漬階段，CM 改善了酚類化合物的釋放，但酚類物質一旦釋放后會不斷演化，如被氧化、被葡萄或酵母的細胞壁(包括酒糟)重新吸附、被降解、與酒石酸鹽沉淀、與其他酚類化合物結合生成聚合物等，這些反應都有可能影響CM 處理后的樣品在老化陳釀過程中的表現。

近年來，人們開始將CM 處理與其他措施結合，以提高CM 的浸提效果和陳釀后的有效性。Casassa研究表明，與對照相比，添加低水平SO（50 mg/L）的冷浸處理并沒有提高葡萄酒的酚類含量，添加SO（100 mg/L）的冷浸處理顯著提高了葡萄酒的花青素含量、飽和度和紅色色調。Darra對赤霞珠進行CM（6℃，2～4 d）聯合脈沖處理，發現兩者結合可有效增加果酒中色度、總酚和單寧含量。Leong 等分別在不同冷浸漬條件下（10 ℃，2-4-6-14 d）對美樂和黑比諾葡萄進行了脈沖電場處理，結果表明，CM 聯合脈沖技術確實可以提高酚類物質的可萃取性，并可能縮短CM 的長度，冷浸漬階段是使用脈沖技術的最佳時間段，脈沖高強度電場強度可以有效地從梅洛葡萄厚皮中提取各種不同化學特征的花青素。CM 聯合紫外線輻射也是用于提高葡萄酒中酚類物質含量的有效技術。CM聯合非釀酒酵母菌株和果膠酶，也可有效提高果酒色度及其穩定性。Benucc以桑嬌維塞葡萄為原料，發現酶解冷浸漬處理后的酒樣，用非釀酒酵母發酵，在瓶裝12 個月后仍可有效保持較好的顏色強度，而對照樣品顏色損失較大且快速。Luan 等發現發酵前CM 處理結合混合發酵也是一種控制葡萄酒的芳香成分的潛在方法，可以提高葡萄酒的芳香品質和復雜性。由此可見，CM 與其他技術的結合，在果酒釀造方面具有廣泛且有效的作用。

4 展望

在果酒釀造過程中，CM 技術對酚類化合物的提取水平，以及在提取后發生的后續反應，在定性上得到了一定的理解。而從數學上講，CM 技術可以用不斷變化的過程變量來描述，如溫度、溶劑條件和固液接觸面等。但關于葡萄酒發酵中酚類化合物的質量傳遞或反應動力學的非穩態模型目前還沒有相關的文獻。未來隨著人們對CM 提取酚類物質及其演化進程認知的深入，建立能夠準確描述酚類物質的提取的數學模型，將帶來釀酒業的重大進步。同時也將有助于開發果酒酚類成分的自適應過程控制技術，優化罐體空間和最小化能耗，從而降低生產成本，提高酒廠的整體效率。