微波催陈条件对干红葡萄酒颜色和pH的影响

李 聪，霍兴荣，郑先哲*，刘成海，高晓臣，丁凝冶，金长江，王宏业

（1.东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030；2.上海科帝康电子科技有限公司，上海 201108）

葡萄酒是一种具有保健功能的饮品，提高葡萄酒品质一直是制酒业关注的热点问题。传统工艺是通过陈酿过程，使酒变得醇厚，达到最适宜的平衡口感，这种方法耗时长、成本高，无法满足市场上的大量消费需求。近年，有学者对酒类催陈[1-2]和利用微波技术对农产品精深加工[3-4]进行了大量的研究工作，取得了多项有价值的研究成果。

微波催陈酒类是近些年兴起的新技术[5]，在现代的各种催陈方式中，微波处理属于较温和的处理方法。微波能量较低[6]，微波冲击能破坏酒中分子群的缔合，吸收微波能后，酒中分子的内能增加，化学反应速度也相应提高，醇的酯化反应加快。新酒经过微波催陈处理，香气会变得协调、醇和。有些杂味还由于氧化还原反应而减弱或消失，从而实现了对酒的催陈[7]。微波催陈应用到多种酒类的陈化处理，但在干红葡萄酒催陈方面的研究很少。

目前大部分人工催熟都针对口感的改善[8-13]，而红酒的外观也是检验其品质的重要指标。本文研究了微波催陈干红葡萄酒过程中，微波功率和作用时间对酒的颜色和pH的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

干红葡萄酒：选自辽宁省本溪市森澳葡萄酒厂，2008年6月酿制，酿酒葡萄品种为佐优红，酒精度12°，颜色暗红。在密封、冷藏条件下运输，在地窖中低温贮藏。地窖中平均温度为11℃，温度变化在10～12℃内。

1.2 设备

LG微波炉（WD700型，乐金电子（天津）电器有限公司）；电子式数字显示温度探测表（DM-801B，上海新桔电子有限公司）；全自动测色色差仪（DC-P3型，北京市兴光测色仪器公司）；pH计（Hana/HI253，意大利哈纳仪器公司）。

1.3 方法

以微波炉处理干红葡萄酒，微波功率分别设为140、420、700 W，处理时间分别设为5、10、15、20、25 min。

微波处理试验流程为：干红葡萄酒→量取250 mL→密封→微波处理→测温→冷却→放入地窖保存备用。

采取间歇式微波处理，每次辐照时间为10 s，然后在室内冷却到20℃，处理最高温度控制在40℃以内。

红酒经处理后，分别装入50 mL的试管中，用3层封口膜密封，按存放时间分成8组，放入地窖中静置窖藏，每次取1组测定，在地窖中放置温度探测表监测温度变化。

在2个月内每隔1周分析1次酒的颜色和pH变化，一共测定8次。

1.4 指标测定

pH测定：用pH计测定葡萄酒样品的pH。

色差的测定：将矫正后的电极置于葡萄酒中，关闭门窗避免空气流动干扰测定结果，待读数稳定并保持30 s不变，记录测定结果。

根据亨特（L，a，b）色度空间理论，确定样品的明度和色差（与标准样品相比较）。本研究以标准白板为标定样品，测定不同微波处理后红葡萄酒的色泽。

1.5 数据分析

用软件Excel 2003分析试验数据。

2 结果与分析

2.1 干红葡萄酒pH值变化特性分析

在不同微波功率和不同处理时间下，干红葡萄酒中pH值变化如图1所示。

图1 陈化过程中葡萄酒中的pH随三种微波功率的变化曲线Fig.1 Curves of pH in wine under different power during wine aging process

三种功率下处理的干红葡萄酒的pH变化趋势和未经处理的空白样品变化趋势基本一致，140 W处理后的pH最大差值≤0.840，420 W处理下的pH最大差值≤0.083，700 W处理下的pH最大差值≤0.850；由图1可知，在8周窖藏过程中，对比空白样（未经处理）和经三种微波陈化处理后的葡萄酒样品，其中pH的变化趋势一致，变化幅度很小，统计分析发现葡萄酒中的pH值均无显著差异（P＞0.05），这表明微波处理对这种干红葡萄酒的pH没有显著影响，无明显口感酸度差异。

2.2 色泽

亨特坐标3参量L、a、b值分别代表一种颜色的亮度、红绿色度和黄青色度。L值越大，则表示颜色的亮度越高；a＞0，表示颜色为红色系，且a值越大表示颜色越红；当a＜0时，则表示颜色属绿色系；b＞0为黄色系，b＜0为青色系[16]。

2.2.1 干红葡萄酒色度L值变化分析

在不同微波功率和不同处理时间下，干红葡萄酒色度中L值变化如图2所示。

图2 陈化过程中葡萄酒中的L值随三种微波功率的变化曲线Fig.2 Curves of L value in wine under different power during wine aging process

由图2可知，对比空白样和经三种微波功率处理后的样品，在8周陈化过程中，每种处理下的样品L值均先上升后下降，除了700 W处理中个别值，其余微波处理后样品的L值都大于空白样品；由图2可知，发现经不同时间处理后，葡萄酒中的L值均呈极显著差异（P＜0.01），表明微波辐照处理有助于提高葡萄酒的颜色亮度。

葡萄酒颜色主要来源于酚类化合物，其稳定性受葡萄中可与花色苷聚合的单宁含量影响。葡萄酒中游离花色苷在聚合过程中易发生不可逆降解，在陈化过程中，花色素结合生成大分子缩合单宁会引起色素沉淀，造成颜色损失，光密度逐渐降低。这可能是游离花色苷降解的缘故，或者是色素聚合物的缓慢生成与沉淀[17-18]。在葡萄酒吸收微波能后，体系温度升高，根据吉布斯-亥姆霍兹公式，温度升高可以推动自发化学平衡反应，引起花色苷与单宁的复合反应[19]。而在温度变化过程中，还存在特殊微波效应[20]和非热微波效应[21-23]，可使分子发生能级跃迁而诱导某些聚合反应进行。

由图2可知，经微波处理的葡萄酒L值变化趋势，与未经处理的空白样趋势一致。在第1周陈化过程中，葡萄酒中的L值整体大幅度增加，这是试验中样品与氧接触，导致氧化还原反应发生，之后L值继续增大，与传统陈酿中的色素缩合沉降理论一致；随后L值减小可能是因为缩合反应中出现可逆过程。用较高的微波能处理葡萄酒时，会诱导一些花青素衍生物或大分子多酚聚合物沉淀，使L值升高，如果输入微波能量较低时，则产物不稳定，有些会随可逆反应的进行而分解，导致葡萄酒亮度值波动较大，当微波输出功率增大时，产物趋于稳定。因此，图2b中L值比图2a中波动小，而图2c的处理所得结果最稳定，这表明高微波功率辐照可以获得较稳定多酚聚合终产物，提高葡萄酒颜色亮度。

对于暗红色种类的葡萄酒，以纯正的暗红色为上品，由红葡萄酒标准色卡上可看出[24]，所有样品颜色变化都在深紫红和暗紫红之间，颜色偏暗。在这个范围内，L值越大，葡萄酒颜色越鲜艳，酒的外观品质越好，相反，L值小，酒的颜色会比较暗，会造成颜色过深而影响葡萄酒的外观品质。图2中所得L值均整体呈上升趋势。在处理后葡萄酒贮藏到第8周时，处理参数为140 W，5 min时，L值最大，葡萄酒颜色亮度最高，其次为420 W，5 min；140 W，20 min处理所得L值最小，420 W，20 min、700 W处理15、20、25 min所得 L值均小于10，为较小值。

2.2.2 干红葡萄酒色度a值变化分析

不同条件处理下的a值变化曲线如图3所示。

图3 陈化过程中葡萄酒中的a值随三种微波功率的变化曲线Fig.3 Curves of a value in wine under different power during wine aging process

由图3可知，除700 W处理下的5个值外，经微波处理后的a值都大于空白样品的a值。图3a处理下葡萄酒的a值变化波动较大，图3b处理下的a值差异也变大，曲线较平滑，图3c处理下a值变化曲线最平滑，与前两组不同的是，25 min处理所得a值小于较短处理时间的值。比较三种微波功率处理，发现a值均先增大后减小，比较每种处理时间之间a值差异均极显著（P＜0.01）。

a值正向大小与葡萄酒的红色程度正相关。葡萄的色素类物质含量高、性质稳定是葡萄酒具有悦人颜色的前提。在多数深红色酿酒葡萄品种中，二甲花翠素-3-葡萄糖苷是花色苷的主要形式，是酰化红色素的主要成分。葡萄酒颜色稳定性，与花色苷类物质和其他酚类物质的聚合程度有关[25]。酒的红色会随着花色素B环的甲基化的程度而增强[18]，一般表现在B环C3、C5位上易与辅色基团缩合[26]，而4位上易与还原糖形成糖苷键从而生成更稳定的花色苷[27]。当酒体吸收微波能时，易发生亲电取代的B环C3、C5位更易受到影响，取代基常数为-0.069的甲基发生能级跃迁，变得更加活泼，进而去攻击苯环，使之成为不稳定的芳基正离子，然后生成显色中间体。由于2位上羧基具有定位效应[28]，属于性质不稳定的中间体，易与其他物质（如还原糖）聚合成多酚生成聚合物。

图3a可知，微波处理可使干红葡萄酒色度a值增大，表明微波效应可促进花色苷增色反应的进行，表明在较低功率输出（140 W）时，会使酚类物质在缩合过程中发生较多可逆反应，形成不稳定的中间产物，其中有些中间产物具有呈色作用，虽可使a值增大，但产物易分解，致使a值波动，增大微波输出功率；图3b处理（420 W）可使酒体内的多酚聚合反应获得足够的能量，生成稳定的中间产物；图3c处理的输出功率（700 W）最大，可使酚类聚合加剧，短时间处理可促进增色反应进行，但处理时间过长（如700 W，25 min），则会促进大分子色素沉淀或诱导大分子无色缩聚多酚的生成，导致色度降低。

在图3中，葡萄酒中a值整体上呈先上升后下降趋势，这与传统陈酿方法中红色度变化趋势一致。红葡萄酒色度值a值越大，代表红葡萄酒的颜色越鲜艳，外观品质越好。在第8周中，420 W，5 min下处理的样品所得a值为最大值，其次420 W，25 min为较大值；700 W，25 min处理中，除空白样品，所得a值为最小值，与最大值相差3.1，红色度减少明显，其次为140 W，20 min，所获得的红色度较小，葡萄酒外观品质较差。

2.2.3 干红葡萄酒色度b值变化特性分析

不同处理后b值变化曲线如图4所示。

由图4可知，每组b值变化曲线的波动程度随处理时间而减小；经3组微波处理后的b值变化趋势均为先上升，后下降，再上升，每组中处理时间之间b值差异均极显著（P＜0.01）。对比图4a、4b曲线发现，经微波处理过的样品所得b值大都大于空白样品，图4 c处理中低于空白样品b值的较多，尤其在前5周中，分别是15，20和25 min。

图4 陈化过程中葡萄酒中的b值随三种微波功率的变化曲线Fig.4 Curves of b value in wine under different power during wine aging process

b值与葡萄酒的黄色程度正相关。由色光加法混色原理可知，黄色光是由绿色光和红色光混合形成的[29]，在b值增大的样品中，酒体色素的聚合反应里一定形成了反射绿色光的一类显色基团。单宁和花色苷的聚合可使黄盐和醌的比例都增加，聚合和氧化作用使它们的色调变为棕黄色[18]。在葡萄酒的陈化进程中，黄色色素成分会逐渐增加[30]。绝大多数花色苷-单宁聚合物都带有棕色的色调[19]，这类物质的增加也会使红葡萄酒的b值增大。

葡萄酒在微波作用下，微波能可以加速很多聚合反应的进行，与L值一样，低功率的输出会使很多可逆反应处在不稳定的化学平衡状态中进而导致聚合物不稳定，使b值产生较大波动。增加微波功率可促进葡萄酒中生成稳定的产物，促进b值增大；而微波功率过大则可能会诱导一些歧化反应发生，或使一些不稳定的色素物质遭到破坏，也可能会诱导无色多酚聚合物的生成，与花色苷生成沉淀，进而降低色度值，使b值低于未经处理的空白样品的值。在这3组微波处理中，b值初期的增加可能是因输入微波能使一些基团受到激发，生成了过渡态不稳定色素缩聚中间体；接着分解和沉淀作用导致b值明显下降，最后黄色素的增加使b值增大。

由Photoshop颜色模拟可知，适当的b值可成为a值的辅色，使样品颜色更鲜艳饱满。由葡萄酒标准比色卡可知[24]，在所测得b值范围内，b值越大，外观品质越佳。在第8周所有处理中，420 W、5 min所得b值最大，为最理想值；其次为140 W、5 min，420 W、10 min处理下所得b值最小；700 W，25 min处理下所得b值为较小值。

综合分析2.1和2.2的研究结果，发现pH变化与的葡萄酒色度正相关，当红葡萄酒pH由3.0升至3.4，色度值变化在1.25左右[14]，本试验中葡萄酒的pH变化在3.25～3.15之间，pH变化小于0.085，可知色度值变化必小于1.25。而色度值变化ΔE=在本试验中 ΔL140≤2.5，ΔL420≤2.3，ΔL700≤2.1；Δa140≤7.5，Δa420≤6.7，Δa700≤6.6；Δb140≤1，Δb420≤0.98，Δb700≤1.15（下标数字表示微波输出功率）。可得 ΔE140≤8，ΔE420≤7.15，ΔE700≤7，由此可知，本试验中pH的变化不是色度变化的主要原因，且这种变化对葡萄酒的色度变化的影响较小，这与Roger等人的研究结果一致[15]。

2.3 优化鲜葡萄酒微波催陈处理条件

从以上的分析可知，本试验条件下鲜葡萄酒经微波催陈处理后：在微波功率140 W，处理时间5 min条件下，L值最高；在微波功率为420 W，处理时间为5 min，葡萄酒中的a值最大，b值最大，L值次之，葡萄酒外观颜色最鲜艳，色素变化平稳；在微波功率为420 W，处理时间为10 min条件下，葡萄酒中的L值、a值略微下降，b值最小，但总体颜色较亮丽，呈现出较好的外观品质；经微波功率140 W，处理时间20 min处理后的葡萄酒，在陈化贮藏期间其颜色较暗，品质下降；而在微波功率为700 W，处理时间为25 min条件下，催陈后葡萄酒的颜色最暗，色彩饱和度最差，外观品质最差。综合考虑微波处理对葡萄酒颜色品质影响，选择葡萄酒微波催陈的合理处理条件为微波功率420 W，处理时间5 min。

3 结论

a.在本试验处理条件下，微波处理均可使葡萄酒样品的L、a值增大，b值变化幅度较小，在有些处理中增大。微波对pH影响不明显。

b.采用微波催陈处理可改善葡萄酒颜色品质，其合理工艺条件是微波功率420 W，处理时间5 min。

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