酿酒厂试验应用脉冲磁场来改善加尔纳恰葡萄的酿造工艺DOCWord文档格式.docx

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脉冲电场；

葡萄酒；

多酚；

提取；

浸渍

引言

酚类化合物对红葡萄酒的品质有重要影响，因为他们对葡萄酒的感官属性、陈年能力和保健功效有极重要的贡献。

花青素，一种酚类化合物，在新酒中主要起红色染料的作用。

由于聚合色素的发展，它们在陈酿时对色泽的稳定性起到了重要的作用（GuadalupeandAyestará

n2008）。

原花青素是一类聚合黄烷醇，也被称为缩合单宁，其在酒中主要呈苦味和涩味，另外也有一定的呈色作用（GuadalupeandAyestará

适度饮用葡萄酒有助于人们的健康。

几项研究表明：

这与一些酚类化合物尤其是原花青素和儿茶素有关，因为它们具有抗氧化和清除游离基的功能（Rice-Evansetal.1996;

Nichenametlaetal.2006）。

尽管红葡萄酒的一些酚类化合物来自葡萄酒的种子，但大多数酚类却来自葡萄皮。

其中包含大量不同种类的苯酚，包括存在于细胞液胞中的花青素和原花青素（Pineloetal.2006）。

葡萄皮和种子一同参与发酵，这样在发酵这一步中这些酚类化合物就被转移到未发酵的葡萄汁中。

葡萄酒中酚类化合物的含量既取决于所用葡萄种类，同时也跟所采用的酿酒技术有关。

酿酒技术对苯酚的提取及其随后在葡萄酒中的稳定性有重要的影响（Sacchietal.2005）。

发酵浸渍过程中花青素和原花青素的提取本质上是一个扩散过程，提取的速率和程度由葡萄表皮细胞的完整性决定。

最近有人对酚类化合物的提取工艺做了改进：

通过电穿孔法对处在红酒酿造浸渍发酵步骤的葡萄表皮细胞进行温和的脉冲电场处理（<

10kV/cm）（Pué

rtolasetal.2010）。

使用平行电极在实验室规模下对不同品种的葡萄以及赤珠霞以118kg/h的连续流速进行处理，结果表明经脉冲电场处理得到的葡萄酒中酚类化合物的含量较高，酿造过程中浸渍所持续的时间也有所减少。

在过去的几年中，许多研究表明：

脉冲电场技术有助于改善细胞内有价值化合物的释放，同时保持较低的能量输入（Donsietal.2010a,b;

VorobievandLebovka2010）。

然而，由于缺乏大功率的脉冲电场发生器，此技术的应用尚不能应用于工业规模。

最近，人们找到了一种方法可以将脉冲电场发生器和处理腔应用于工业规模（ToepflandHeinz2011）。

将脉冲电场系统应用于目前的生产线以及以近似工业需求的能力范围来对产品进行处理，我们尚需要对此应用的安装和性能进行研究来评估脉冲电场技术在工业上的可行性和确定其可能存在的不足之处（Sacketal.2010;

Jaegeretal.2012;

Turketal.2012）。

目前市场上需要的是深色醇厚的葡萄酒。

酿酒厂用来生产这种葡萄酒的程序步骤会延长浸渍作用时间，这个时间比酵母将未发酵的葡萄汁中的糖类转化为乙醇所需的时间还要长。

然而，这一实行要求酿酒厂去增加其浸渍发酵罐的数量；

另一方面，由于葡萄种子种原花青素的过量提取，酿酒厂可能会有生产出苦涩葡萄酒的风险（Kontoudakisetal.2010）。

改善酚类化合物的提取可以减少酿造加尔纳恰葡萄酒时的浸渍时间。

而本研究的目的就是评定应用脉冲电场来改善酚类化合物提取的可行性。

本研究是在一个酿酒厂进行的，期间在一个连续系统中以1900kg/h的流量速率对葡萄采用脉冲电场处理。

材料和方法

葡萄样品

葡萄采用来自认证产地坎波博尔哈（阿拉贡，西班牙东北部）的酿酒葡萄中的加尔纳恰葡萄，全部为2010年收获季收获的。

七百万公斤的葡萄在其最佳成熟期（波美度为25.3°

，可滴定酸以酒石酸计为5.6g/L）和良好卫生条件时人工手动采摘。

然后葡萄以20公斤一箱的形式被运到一家酿酒厂。

脉冲电场设备

在本次调研中所使用的脉冲电场设备（调制器PG，ScandiNova公司，瑞典乌普萨拉）每隔3微妙发出一个方波形脉冲，其频率高达300赫兹。

最大输出电压和电流分别为30kV和200A。

应用中的实际电压和电流强度分别由连接在示波器（泰克公司，TDS220，威尔森威尔，美国）上的一个高电压探针（泰克公司，P6015A，威尔森威尔，美国）和一个电流探测器（Stangenes工业公司，帕洛阿尔托，加利福尼亚州，美国）测量。

本研究采用共线处理腔，其中包括三个不锈钢管状电极和双甲基丙烯酸甲酯管状绝缘体支架。

这一设计在三个内径为三厘米的电极之间定义了两个三厘米的处理区。

通过有限元法对电场强度进行数值化模拟，有限元法就是使用Comsol元物理软件来确定处理区的电场分布。

用来表征所应用的脉冲电场处理的电场强度与处理区中轴线上半开半关位置所显示的数值是一一对应的（Toepfletal.2007）。

脉冲电场处理

葡萄被压碎去梗后经过一个直径为6厘米的管道由蠕动泵抽送至浸渍发酵罐。

处理腔安装在蠕动泵（Rotho,MS1Ragazzini公司,Faenza,意大利）与发酵罐之间。

质量流率为1,900±

50kg/h，这与处理区长为0.41秒的适度停留时间是对应的。

脉冲电场处理包括20个电场强度为4kV/cm（1.5kJ/kg）的持续3微妙的脉冲。

处理频率为250赫兹。

在对照处理中，葡萄也被泵送通过脉冲电场处理腔，但是，在这种情况下该脉冲发生器是被关闭的。

酿造

对未经处理的葡萄酒酿造过程与经脉冲电场处理过的葡萄酒的酿造过程进行不同处理，其中前者浸渍时间为14天（对照组），而后者浸渍时间分别为7天（PEF-7wine）和14天（PEF-14wine）。

对照组葡萄酒的浸渍时间与本研究采用的葡萄品种通常在酒厂中的浸渍时间相吻合。

所有的酿造均采用容量为1500升的不锈钢罐，每罐葡萄添加量为1100公斤，所有发酵均做一次重复。

发酵前向所有发酵罐中添加焦亚硫酸钠（8g二氧化硫/100kg葡萄），发酵温度保持在25±

2°

C。

加入酿酒贝酵母（PB3089，帕斯卡，Biotech，巴黎，法国）就可以发酵了，酵母添加浓度为每100Kg葡萄添加10g干酵母。

在发酵过程中，每天对温度和葡萄汁密度进行监测以及一天对罐盖进行冲压两次。

7天和14天之后，酒渣被压紧，葡萄酒在压力下从罐中自由流出后混合并在室温下保存。

葡萄酒被倾析出；

游离二氧化氯浓度调节至30mg/l；

最后过滤后装瓶。

化学分析

葡萄酒的色泽特征直接由Unicam公司的UV500分光光度仪（Unicam有限公司，剑桥，英国）分别在420、520和620nm下测得的葡萄酒吸光值决定的。

该分光光度仪带有1毫米腔长石英比色皿。

色泽亮度（CI）由420、520和620nm下的吸光值的总和计算出来。

色度被确定为420和520nm处测定吸光度的比例；

黄色（%Ye）、红色（%Rd）和蓝色（%Bl）的比例分别由420、520和620nm下吸光值与色泽亮度的相互关系所决定（Glories1984;

Sudrau1958）。

总多酚指数、单宁含量和花青素含量可以由Unicam公司的UV500分光光度仪来测定。

总多酚指数（TPI）可以通过直接读取被稀释至1/100（v/v）的葡萄酒在280nm下的吸光值来计算（Ribé

reau-Gayonetal.2006）。

Ribé

reau-Gayon等人（2006b）对单宁的含量进行了测定并表示为一个标准化的低聚原花青素每升所含的克数。

总花青素含量（TAC），常被表示为每升锦葵素-3-葡萄糖苷中含的毫克数，可以通过直接读取被稀释至1/100（v/v）的葡萄酒与1%（v/v）盐酸的混合物在520nm下的吸光值来分析计算（Ruiz-Herná

ndez2004）。

总挥发性酸度、pH值、乙醇浓度以及还原糖的分析测定可以根据国际组织提供的德拉韦格红葡萄酒等葡萄酒（2005）中的测定方法来测定。

高效液相色谱法分析酚类化合物

本研究采用的是瓦里安普仕达高效液相色谱仪（瓦里安公司,沃尔纳特克里克,加利福尼亚州,美国），其主要由一台安普仕240三元泵、安普仕410自动进样器和安普仕335光电二极管阵列检测三部分器组成。

利用星牌色谱工作站v.6.41（瓦里安）来获取和管理数据。

Microsorb-MV100-5C18反相色谱柱（25×

0.46厘米;

5μm粒径）和前置柱（5×

5μm粒径）由相同的材料制成。

两个色谱柱和前置柱的温度维持在40℃。

组成为甲酸/水（5ml/100ml）（溶剂A）和乙腈（溶剂B）洗脱梯度以1ml/min的流速涂布如下：

25分钟时溶剂B为2-6％，15分钟时溶剂B为6-15％，12分钟时溶剂B为15-20％，且18分钟时溶剂B为20〜40％。

在注入下一个样品前，用乙腈对色谱柱洗涤10分钟，并用时间为零时的溶剂混合物重新平衡20分钟。

在酒样被注入（10微升）色谱仪之前要进行过滤（0.2微米乙酸纤维素无菌针筒式过滤器，VWR，西彻斯特，宾夕法尼亚州，美国）。

每个样品至少分析两次。

光电二极管阵列检测器中色谱图分别被记录在280nm（黄烷-3-醇类和没食子酸），320nm（羟基肉桂酸和它们的主要衍生物），360nm（黄酮类）和520nm（单体花青素）。

根据纯化合物的保留时间和紫外可见光谱图，酚类化合物被初步确定，在可能的情况下（槲皮素-3-葡萄糖苷，杨梅素，槲皮素，山奈酚，来自富尔卡的异鼠李素（布克斯，瑞士）；

没食子酸，咖啡酸，香豆酸，（+）-儿茶素，和来自 

西格玛奥德里奇公司的（-）-表儿茶素（圣路易斯，密苏里州，美国）；

山奈酚-3-葡萄糖苷，来自Extrasynthè

se的异鼠李素-3-葡萄糖苷（GENAY，法国）），并且这与在文献中公布的洗脱顺序以及紫外可见光谱图是一致的（deVilliersetal.2004;

Gó

mez-Alonsoetal.2007;

Ló

pezetal.2009;

Monagasetal.2005）。

使用来自通常存在于葡萄酒的浓度所得到的校准曲线来对商用化合物进行定量。

对于非商业的化合物，通过使用类似的化合物的校准曲线来进行定量：

用氯化锦葵色素来测单体花色苷，利用槲皮素-3-葡萄糖苷来测杨梅素-3-葡萄糖苷，利用咖啡酸来测叔酒石酸和用对香豆酸来测叔coutaric酸。

所研究化合物的浓度表示为毫克每升。

感官分析

瓶装两个月后再次进行三角试验来确定评定小组（9名训练有素的评定员）是否能检测出不同种类酿造酒中的差异。

每个评定小组成员均相互隔离开，并向其提供三种样品，其中两个是相同的，而另一个不同。

对于每次比较，评定小组成员所得到的两种样品使用完全随机设计，每个人所得到的样品均有6种可能的组合，而且每个样品分别被命名为一个三位数代码。

每组样品重复两次后进行分析。

可供每个小组成员选择的样品是不同的，这样可以表明他