冷浸渍技术对果酒中酚类物质影响的研究进展

赵文英，王 蓉，张志瑞

（1.中北大学化学工程与技术学院，山西太原 030051；2.中华人民共和国太原海关，山西太原 030027）

冷浸渍（Cold Maceration，CM）技术起源于法国勃艮第地区黑比诺葡萄酒的酿造，是目前果酒酿酒实践中所广泛采用的前处理技术。在实践生产中，人们多采用冷浸渍技术以促进对果实中酚类物质以及芳香物质的浸提作用，进而提升果酒品质。果酒中酚类物质的组成和含量水平对其色泽、口感、稳定性等感官品质发挥着重要影响。影响果酒质量主要的酚类物质有花色苷类、黄烷醇类(包括低聚原花青素,也称为缩合单宁)、酚酸类（包括羟基肉桂酸、苯甲酸）和黄酮醇类。

CM 是将破皮后的果浆在发酵罐内降温至足够低的温度(5～15 ℃)以下，浸渍数天后，再升温添加酵母进行正常酒精发酵的前处理工艺。CM 处理必须在低温下进行，避免酵母菌或其他杂菌的生长。低温也阻止了浆果自身酶系的活性，使有效浸渍时间得以延长。果浆的温度通常采用热/冷交换器或罐套来降低。近年来，在黑比诺葡萄酒冷浸渍实践的影响下，人们尝试采用不同葡萄品种及其他水果进行CM 酿酒效果的研究。很多研究表明了CM 的积极作用，如增强了果酒的颜色强度及其稳定性，增加了果酒中酚类物质的含量，提高了感官评价得分等。由于浆果果肉、果皮和种子中分布有不同种类和数量的酚类化合物，所以浸渍条件是决定果酒中酚类物质组成的重要影响因素。理论上讲，浸渍处理固液接触时间越长，就有越多的酚类化合物出现在果汁中，进而保留在果酒中。但影响CM 效果的因素除了浸渍时间外，还与不同的冷却模式(葡萄冷冻、干冰、液氮或热交换器)、浸渍温度、浆果品种、浆果成熟度或其他联合技术手段有关。

为了更好的应用CM 技术，人们从多酚物质角度，对其浸渍机制及后期反应影响进行了研究。本文综述了近10 年来（2010—2021 年）的有关果酒冷浸渍方面的研究成果，以期更好的指导冷浸渍技术在果酒酿造中的应用与科学研究。

1 CM对果酒色泽及稳定性的影响

果酒的视觉属性一方面受花色苷含量的影响，另一方面取决于花青素之间或与其他酚类物质之间的相互作用。花青素类的基本结构是由C6-C3-C6 骨架构成的3，5，7-三羟基-2-苯基苯并吡喃阳离子结构(又名花色基元、结构母核)。花青素连同糖基部分，被称为花色苷。随着果实从白色、浅红色阶段到成熟的黑色阶段，总花色苷的含量显著增加。花色苷位于植物表皮组织第一层细胞的液泡中，具有良好的水溶性。释放花色苷，需要破坏或降解细胞壁，或增强细胞壁的通透性，也需要突破细胞膜屏障。在果酒pH 值为3.4～3.9 情况下，花色苷是一种具有反应活性的化学色素，很容易与各种亲电和亲核试剂发生反应，形成的花色苷衍生产物具有与天然花色苷不同的光谱特征，由此造成人们对果酒颜色感知的变化。

CM 提高了果酒的颜色强度及其稳定性，与冷浸渍温度、时间、果实品种等有较多关联。González-Neves采用3个葡萄品种，丹娜、西拉和美乐经冷浸渍（10～15℃，5 d）处理，发现丹娜和美乐品种增加了色度、总酚、花色苷和单宁的含量，但西拉品种基本没有增加。Cejudo-Bastante使用西拉葡萄品种进行CM 处理时，降低了冷浸渍温度，增加了浸渍时间（5～11 ℃，8～12 d），结果表明，12 d 的浸渍可有效增加西拉果酒总酚、总花色苷和颜色的稳定性，8 d 的浸渍会带来颜色的不稳定性。Nel采用西拉葡萄品种，提高冷浸渍处理温度，缩短浸渍时间（15 ℃，3 d）后，发现花色苷含量降低了。似乎CM 温度越低，时间越长，果酒色泽稳定性效果越好。对于特殊的葡萄品种，也有同样的报道。Manns采用黑科罗等3 种杂交葡萄品种进行冷浸渍（5 ℃，24 h）处理，发现处理后的果浆花色苷、单宁和黄酮类含量增加。Lukic采用特朗葡萄品种，进行了（5 ℃，5 d）冷浸渍处理，结果表明，CM 可增强对花色苷及果皮单宁的提取，果酒色度增强。

对果酒色泽的影响，一方面来自花色苷含量，另一方面是花色苷与其他物质的相互作用，如与辅色素之间的作用。果实中的酚酸主要成分为羟基苯甲酸和羟基肉桂酸及其衍生物。羟基苯甲酸衍生物包括香草酸、水杨酸、没食子酸、鞣化酸等。羟基肉桂酸衍生物包括咖啡酸、绿原酸等。小分子量的酚酸类化合物与花青素的疏水结构容易形成π-π共轭体系，可以起到良好的护色效果。不同的酚酸化合物由于其空间结构的不同表现出不同的协同色素效应。Cejudo 等研究发现，长时间冷浸渍(12 d)比短时间冷浸渍(8 d)和传统浸渍葡萄酒酚酸含量更高，尤其没食子酸的提取量增加，导致葡萄酒的颜色更稳定、更有红色色调，且随着CM 时间的延长，在贮藏期间仍保持差异。在丹娜葡萄冷浸渍过程中，也发现CM 能增强低分子量酚类物质的溶出。这些小分子酚酸物质具有较强的辅色能力，能保护花青素在黄酮离子的C2 位置不被亲核分子攻击，从而促进更高的颜色稳定性。Zhang 等在赤霞珠红葡萄酒酿造过程中，加入了咖啡酸和迷迭香酸做色素辅助剂，获得了更饱满、更鲜艳的色泽，提高了总酚的浓度，增强了共色素作用，提高了葡萄酒颜色的稳定性。因此，冷浸渍似乎有利于非呈色多酚物质的浸提，发挥了花色素的辅色效应，促进了花色苷稳定，进而间接提高了成品酒的色度和稳定性。但羟基肉桂酸也是强抗氧化剂，被氧化时可以形成棕色色素。因此，在瓶贮过程中，要避开氧气，否则对果酒的颜色会产生严重影响。

黄酮醇类也是影响果酒色泽及稳定的重要因素。黄酮醇类是指2-苯基-3-羟基-色原酮类化合物，槲皮素、山奈酚、杨梅酮及其相应的衍生物是果酒中含量最多的黄酮醇类化合物，多以糖苷形式存在，它赋予葡萄酒由白到黄的色调，可直接或间接的与葡萄酒中的花色苷反应，使葡萄酒的颜色更稳定。黄酮醇与花青素一样也存在于植物细胞的液泡中，亲水性差，溶出速率慢。研究表明，CM增强了对黄酮醇类物质的浸提作用，有利于稳定并改善果酒的颜色。由于天然酶或酸性条件水解糖苷键，会释放出黄酮醇苷元，黄酮醇苷元在果酒中可溶性较差，这些苷元可能会在乙醇介质中沉淀而丢失，因此在发酵陈酿过程中会造成色泽不稳定现象。这可能是CM效果经常出现波动的原因。

2 CM对果酒口感指标的影响

冷浸渍技术对果酒口感评价有积极影响。Aleixandre报道，CM 处理后的博巴尔葡萄酒有较好的口感质量。Casasssa发现，意大利阿斯蒂产区的巴贝拉葡萄在CM 处理后，苦味降低，涩感增强，感官评分高。果酒口感特征与酚类物质组成密切相关，尤其是黄烷-3-醇类和原花青素（PAs），人们研究了CM 对这些具有口感特征的酚类物质的提取及演变的影响。Busse 等报道，CM(10 ℃，10 d)提高了慕合怀特和赤霞珠葡萄酒中种子PAs的浓度。CM 处理时间越长(4～10 d)，酚类物质水平(没食子酸、黄烷-3-醇和PAs)就会越高；其他酚类物质，如羟基肉桂酸、黄酮醇等，随着浸泡时间延长，提取效果变差。

黄烷-3-醇类是许多食品中众所周知的苦味物质。黄烷醇类化合物大部分来自果实种子的疏水角质层和内部木质化层之间的薄壁细胞，少部分来自果实表皮的真皮内厚细胞。前者被称为种子单宁，后者为果皮单宁。种子的油脂涂层首先需要被腐蚀，所以从种子的薄壁细胞中提取黄烷醇需要更长的浸渍时间。在果酒中，黄烷醇通常以四个单体单位出现：儿茶素、表儿茶素、儿茶素-3-O-没食子酸酯、表儿茶素-3-O-没食子酸酯。葡萄果实中两种主要黄烷醇之间的手性差异会带来口感的差异，表儿茶素比儿茶素明显更苦，苦味持续时间明显更长。表儿茶素C 环的平面构象比儿茶素的平面构象更平，可能会增加分子的亲脂性，从而促进其扩散和附着于味觉受体上。Scolary 等认为黄烷-3-醇在高浓度(高达1200 mg/L)时，会形成胶体粒子，而胶体粒子很容易与唾液蛋白相互作用，引发涩感。黄烷-3-醇类还是引起果酒混浊的原因之一。有研究表明，黄烷-3-醇的释放可能只有在种子达到一定水化水平后才会发生，因此浸渍时间对该类物质的提取具有重要影响。目前尚不清楚种子薄壁细胞在什么情况下才能达到水化。

原花青素（PAs）对果酒的口感特征也有显著影响，它们能够沉淀唾液蛋白引发涩感。其他味觉刺激如酸度(苹果酸或酒石酸)已被证明可以协同增加原花青素涩味的强度发展。原花青素，也被称为缩合单宁，是由黄烷醇单体（儿茶素或表儿茶素）聚合而成的。原花青素存在于果皮细胞的液泡以及种子的内外被膜中。与花色苷的提取不同，原花青素因为溶解性的限制，会出现饱和现象，影响其提取的效率。随着果皮接触时间的增加，提取速率变得缓慢。Renard 等研究提出，在扩散的过程中，原花青素会被困在细胞壁结构中，原花青素和细胞壁相关化合物如多糖或蛋白质有较强的亲和作用，这个作用力表现为疏水力和氢键，被认为是提取速率变缓的原因。在果胶酶作用下，会导致细胞壁刚性结构的丧失或细胞壁的溶解，使得原花青素被持续提取。最新研究表明，浸渍阶段提取的酚类化合物会和悬浮在果汁中的果皮和果肉细胞壁相互作用。由于细胞壁果胶组分对PAs类化合物表现出高亲和力，会将它们吸附到其结构中。一旦这种结合发生，其相互作用就很难逆转，在接下来的酿造阶段会被沉淀。

CM 处理可以改变果浆释放的营养物质的数量，如氮源(氨基酸)、维生素和脂肪酸，从而影响酿酒酵母生长和芳香化合物的形成。酒精发酵可进一步促进黄烷-3-醇的提取，在CM 期间，果皮和种子的细胞壁的渗透性会不断发生改变，发酵过程中产生的高温和高乙醇水平，会使PAs 类物质被进一步提取，增强溶出度。

3 CM与其他技术结合的应用

CM 能提高成品酒中的多酚含量，由于低温延长了有效浸提时间，使多酚类物质在长时间冷浸渍过程中变得更加稳定，不易在后续发酵或陈酿过程中损失。但也有文献研究质疑了CM 在陈酿阶段的有效性。虽然在浸渍阶段，CM 改善了酚类化合物的释放，但酚类物质一旦释放后会不断演化，如被氧化、被葡萄或酵母的细胞壁(包括酒糟)重新吸附、被降解、与酒石酸盐沉淀、与其他酚类化合物结合生成聚合物等，这些反应都有可能影响CM 处理后的样品在老化陈酿过程中的表现。

近年来，人们开始将CM 处理与其他措施结合，以提高CM 的浸提效果和陈酿后的有效性。Casassa研究表明，与对照相比，添加低水平SO（50 mg/L）的冷浸处理并没有提高葡萄酒的酚类含量，添加SO（100 mg/L）的冷浸处理显著提高了葡萄酒的花青素含量、饱和度和红色色调。Darra对赤霞珠进行CM（6℃，2～4 d）联合脉冲处理，发现两者结合可有效增加果酒中色度、总酚和单宁含量。Leong 等分别在不同冷浸渍条件下（10 ℃，2-4-6-14 d）对美乐和黑比诺葡萄进行了脉冲电场处理，结果表明，CM 联合脉冲技术确实可以提高酚类物质的可萃取性，并可能缩短CM 的长度，冷浸渍阶段是使用脉冲技术的最佳时间段，脉冲高强度电场强度可以有效地从梅洛葡萄厚皮中提取各种不同化学特征的花青素。CM 联合紫外线辐射也是用于提高葡萄酒中酚类物质含量的有效技术。CM联合非酿酒酵母菌株和果胶酶，也可有效提高果酒色度及其稳定性。Benucc以桑娇维塞葡萄为原料，发现酶解冷浸渍处理后的酒样，用非酿酒酵母发酵，在瓶装12 个月后仍可有效保持较好的颜色强度，而对照样品颜色损失较大且快速。Luan 等发现发酵前CM 处理结合混合发酵也是一种控制葡萄酒的芳香成分的潜在方法，可以提高葡萄酒的芳香品质和复杂性。由此可见，CM 与其他技术的结合，在果酒酿造方面具有广泛且有效的作用。

4 展望

在果酒酿造过程中，CM 技术对酚类化合物的提取水平，以及在提取后发生的后续反应，在定性上得到了一定的理解。而从数学上讲，CM 技术可以用不断变化的过程变量来描述，如温度、溶剂条件和固液接触面等。但关于葡萄酒发酵中酚类化合物的质量传递或反应动力学的非稳态模型目前还没有相关的文献。未来随着人们对CM 提取酚类物质及其演化进程认知的深入，建立能够准确描述酚类物质的提取的数学模型，将带来酿酒业的重大进步。同时也将有助于开发果酒酚类成分的自适应过程控制技术，优化罐体空间和最小化能耗，从而降低生产成本，提高酒厂的整体效率。