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高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 摘要 新酿制的葡萄酒酒质粗糙不圆滑，需要经过一定时间的贮存，从而使其刺激性减弱， 入口更为柔和，整个酒体丰满协调，但自然陈酿过程缓慢，生产企业就需要备有大的库 房和大量的盛滔容器，占用大量流动资金。为了提高企业经济效率，人工加速酒类陈酿 技术应运而生，主要涉及电、磁、声、光、红外、辐射等物理学科。 高压脉冲电场( p e f ) 技术是近年来发展起来的一项很有前景的技术，因其具有传递 均匀、处理时间短、产热少等特点，已经成为国际食品科技界最为活跃的研究领域之一。 目前，高压脉冲电场在食品领域中多用于灭菌，而将高压脉冲电场用于干红葡萄酒的改 性，在国内外尚未见报道。 本研究采用高压脉冲电场，对干红山葡萄酒的催陈作探索性研究。通过调整脉冲电 场的脉冲数、电场强度、处理温度，从而改善其品质，缩短陈酿期。高压脉冲电场处理 过程能耗小，设备简单，非常适合企业大规模生产使用，具有很大的实际意义和应用价 值。由于酒的物理学特性与其酒体感官特性有直接关系，因此本文对其主要物性指标进 行分析，主要内容如下： l 、用常规实验方法分别测定2 0 0 3 、2 0 0 4 、2 0 0 5 年干红葡萄滔的主要物性指标。实 验数据表明：随着酒龄的增长，葡萄酒中干浸出物和挥发酸的含量都有所增加，p h 值、 色度和电导率也都有所上升。以上指标符合自然陈酿的变化。 2 、通过单因素实验，通过改变脉冲数、电场强度及处理温度，对新鲜干红葡萄酒 进行催陈处理，测定处理前后干红葡萄酒的主要物性指标，并与未经p e f 处理的原酒样 进行对比。实验数据表明：随着高压脉冲电场处理强度增大，葡萄酒中乙醇有所减少， 干浸出物的含量、p i - i 值、色度均有所增加，挥发酸变化不大，总酸有升高趋势，在较 强电场处理条件下，总酸值略高于原酒样。经一定高压脉冲电场处理的酒样，各项指标 均优于2 0 0 5 年干红葡萄酒，部分指标接近甚至还优于2 0 0 3 年干红葡萄酒。说明适当电 场处理，可以在短时间内，实现对葡萄酒的催陈且的。 3 、根据物性指标变化情况，确定高压脉冲电场催陈葡萄酒的基本参数是：电场强度 为5 、1 0 、1 5 k v c m ；脉冲数为2 、5 、1 0 个；处理温度为1 0 、1 5 、2 0 1 2 。通过正交实 验，分析各电场因素对物性指标的影响，以及对三个年份的原酒样、正交试验的九个酒 样进行感官品评，由软件分析确定影响p e f 催陈效果的因素排序为：脉冲数 电场强度 处理温度，而p e f 催陈葡萄酒的最佳参数为：脉冲数( c ) _ 2 ，电场强度( e ) = 1 0 k v c m ， 处理温度( t ) 为1 0 或1 5 。 综上所述，利用高压脉冲电场催陈干红葡萄酒，可以加速葡萄酒的陈化，能在较短 时间内明显改善干红葡萄酒的品性。 关键词：干红葡萄酒高压脉冲电场 催陈 物性指标 s t u d y o nm o d i f i c a t i o no f c l a r e tb yh i g hv o l t a g ep u l s e de l e c t r i cf i e l dt e c h n o l o g y a b s t r a e t t h ef r e s hw i n ei st a s t e dr o u g h i tn e e d sl o n ge n o u g ht i m et os t o r es oa st op e r f e c tt h ew h o l eq u a l i t yo f w i n e t h e ni tt a s t e dm i l d l yw i t hw e a k n e s so f i r r i t a n la n dt h ew i n eb o d yb e c o m em o r ef u l la n dr o b u s t , a n d i t ss t r u c t u r em o r ep l e n t i f u l h o w e v e r , t h en a t u r a la g i n gc o s t sv e r yl o n gt i m e ，b i g g e rs t o r e r o o ma n dm o r e c o n t a i n e r sa r en e c e s s a r y ，a n dt a k et h em a s s i v ef l o a t i n gc a p i t a l s ot h em a n u a la c c e l e r a t er i p e n e s sh r e w a g e m e r g e sa sr e q u i r e d m a i n l yi n v o l v e se l e c t r i c i t y , m a g n e t i s m , s o u n d , l i g h t , i n f r a r e d ，r a d i a t i o np h y s i c s a c i e n c e h i g hv o l t a g ep u l s e de l e c t r i cf i e l d ( p e di so n eo f p r o m i s i n gt e c h n o l o g yw h i c hd e v e l o p e dr e c e n ty e a r s b e c a u s eo fi t sp a r t i c u l a rc h a r a c t e rl i k ee v e n l yp a s s i n g , s h o r tt r e a t i n gt i m e , l i t t l eh e a tp r o d u c t i o n , i th a s b e c o m eo n eo f t h em o s ta c t i v er e s e a r c hd o m a i n si ni n t e r n a t i o n a lf o o dt e c h n o l o g y i np r e s e n te a s e s ，p e fi s m o s t l yu s e df o rb a c t e r i c i d a la c t i o n h o w e v e r , n os t u d yh a sb e e nr e p o r t e do ni t su s m gi nt h em o d i f i c a t i o no f c l a r e t i nt h i sr e s e a r c ha si n i t i a ls t a g e ，w eu s e dp e ft oi m p r o v et h eq u a l 时r e a l i z et h ea c c e l e r a t er i p e n e s so f f r e s hc l a 瞅t h r o u g hr e g u l a t i n gt h ep u l s ec o u n t s ，e l e c t r i cf i e l d i n t e n s i t y , t r e a t i n gt e m p e r a t u r e ，a n d c o n s e q u e n t l yi m p r o v ei t sq u a l i t ya n dr e d u c et h ea g h a gp e r i o d p e fc o s t sl i t t l ep o w e r f u r t h e r m o r e , i tn e e d s s i m p l ee q u i p m e n t sa n di sm o r es u i t a b l ef o rp l a n t st op r o d u c eo nal a r g e - s c a l e s op e fp o s s e s s e sg r e a t p r a c t i c a lu s a g e sa n dv a l u a b l ea p p l i c a t i o n s b e c a u s eo f t h ep h y s i c a lc h a r a c t e rh a v et h ed i r e c tr e l a t i o nt ot h e w i n eb o d y i nt h i sp a p e r , w ea n a l y z e dt h em a i nc h a r a c t e r sa n dt h ea s p e c t sb e l o wa g eu n d e rr e s e a r c h ： 1 m e a s u r e dm a i nc h a r a c t e r so fc l a r e tp r o d u c e di n2 0 0 3 ，2 0 0 4 ，2 0 0 5r e s p e c t i v e l yt h r o u g hg e n e r a l m e t h o d s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ：a st h ew i n ea g eg o to l d e r , t h ec o n t e n t so fd r ye x u d a t i o na n dv o l a t i l e a c i di nc l a r e tr o s ea n dt h ep hv a l u e ，c o n d u c t i v i t ya u g m e n t e da sw e l l t h ed a t ai n d i c a t e dt h a t ：a st h ew i n e a g eg o to l d e r , t h ec o n t e n t so fe t h a n o la n dt o t a la c i dd e c r e a s e d t h ec h a n g i n gt r e n do ft h ec o n t e n t s m e n t i o n e da b o v ew a st h eg e n e r a lr u l ed u r i n gb r e w i n g 2 d e a l i n gw i t ht h e 舶s hc l a r e tu n d e rd i f f e r e n tp u l s ec o t m t s , e l e c t r i cf i e l di n t e n s i t ya n dt r e a t i n g t e m p e r a t u r et oa c c e l e r a t er i p e n e s st h r o u g hm o n o - f a c t o re x p e r i m e n t s w em e a s u r e dt h em a i np h y s i c a li n d e x o ft h ew i n eb e f o r ea n da f t e rt r e a t m e n tr e s p e c t i v e l ya n dc o m p a r e dw i mt h eo r i g i n a lw i n ew i t h o u tp e f m a n i p u l a t i o n t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ：w i t ht h ei n t e n s i t yi n c r e a s i n g , t h ec o n t e n t so fe t h a n o li nw i n e d e c r e a s e dw h i l ed r ye x u d a t i o n , t h ec h a n g eo f v o l a t i l ea c i dw a sn o to b v i o u s l y , t o t a la c i dh a dt h et e n d e n c yo f i n c r e a s i n g ，a tt h eh i g h e ri n t e n s i t yi tw a sh i g h e rt h a nt h eo r i g i i l a lw i n e t h ep hv a l u er o s ea sw e l la r e rt h e s a m p l et r e a t e db yp e ee v e r yi n d e xo ft h ea s - l r e a t e dw i n ee x c e l l e dt h eo n ep r o d u c e di n2 0 0 5 ，s o m eo f i n d e xc l o s e de v e ne x c e l l e dt h eo n ep r o d u c e di n2 0 0 3 i tm e a n tt h a tr i p e n e s sa c c e l e r a t ec o u l db ea c h i e v e d t h r o u g ht r e a t i n gw i t hp e f w h i c hc o u l da l s oi m p r o v et h eq u a l i t yi nns h o r tt i m e i i i 3 t h r o u g ht h ep h y s i c a li n d e xv a r i a t i o n ，w ec o n f w m e dt h ep e ft r e a t e dp a r a m e t e r so f o r t h o g o n a lt e s t s ： e l e c t r i c f i e l d i n t e n s i t ya s5 、1 0 、1 5 k v c m ；p u l s ec o u a t 5 勰2 、5 、1 0 ：t r e a t i n g t e m p e r a t u r ea s1 0 、1 5 、2 0 c u s i n gs p s ss o t t w a r e ，t oa n a l y z et h ei n f l u e n c eo fv a r i o u se l e c t r i cf i e l df a c t o r st ot h ep h y s i c a li n d e x , c o m b i n e dt h es e n s ee s t i m a t i o no ft h eo r i g i n a lw i n e so ft h r e ea g e s , n i n ew i n e si nt h eo r t h o g o n a lt e s t , w e c o n f i r m e de f f e c tf a c t o r so fp e fi no r d e r ：p u l s ec o u n 担 e l e c t r i cf i e l di n t e n s i t y t r e a t i n gt e m p e r a t u r e , a n d t h eo p t i m u mp a r a m e t e r ：p u l s ec o u n t ( c ) w a s2 ，e l e c t r i cf i e l di n t e n s i t y ( e ) w a s5 k v c m , a n dt r e a t i n g t e m p e r a t u r ew a sl o c o r1 5 c i nc o n c l u s i o n , a f t e rc l a r e tt r e a t e dw i t hp e f i t sr i p e n e s sc o u l db ea c c e l e r a t e d , a n dt h eb r e w i n gl i m e c o u l db es h o r t e n e d , a n dt h eq u a l i t yc o u l db ei m p r o v e ds i g n i f i c a n t l yi nas h o r tt i m e k e yw o r d s ：f r e s hc l a r e t ，p e f , r i p e n e s sa c c e l e r a t e ，p h y s i c a li n d e x 独创性声明 本人声咀所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得吉林农监大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 学位论文作者签名；甚扬 签字日期：j 口四年乡月陪日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意吉林农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：o 驴力年占月膳日 签字日期：) o 订年6 月8 日 吉林农业大学硕士学位论文 高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 第一章前言 葡萄酒酿造已有几千年的历史，在长期的生产实践中，人们已经摸索出一整套关于 葡萄酒发酵、储存与陈酿的工艺方法，其中陈酿作为其中至关重要的一环备受重视。葡 萄酒是一个处于不断变化过程中的有机体，需要经历一个成长期、发育期、壮年期及衰 老期和死亡期的整个过程【l 】。陈酿的目的就在于缩短酒体的成长发育期，去除发酵过程 中产生的二氧化碳气体，消除酵母对口味和外观的不良影响以及鲜酒的生涩味；增加酒 体的陈香，提高其广度、深度和复杂性，使其变得更加丰满诱人，口味无穷；尽可能地 延长酒体的壮年期，延长不同葡萄品种所特有的果香和风味【2 】。现有的葡萄酒陈酿方法 需要较长时间，且占用大量库房、容器以及流动资金，为了尽快使葡萄酒达到最佳饮用 期，提高企业经济效率，人工加速酒类陈酿技术应运而生。 1 1 现有酒类人工催陈方法的应用及研究概况 人工催陈酒类的研究，始于上世纪八十年代，主要涉及电、磁、声、光、红外、辐 射等物理学科，催陈方法种类繁多，方法各有优点，主要有高频、超声波、磁场、高压 静电场、红外、微波、x 射线、激光等催陈方法，以下结合应用情况介绍几种最常见的 催陈方法。 1 1 1 超声波处理 董华强等口l 研究了超声波用于杨桃强化酒的人工催陈，超声波在高频震荡下，使氧 化作用加强，还有可能改变酒中的分子机构的作用。国内类似实验也曾应用到白酒，但 因其实验效果不明显，尚未进行生产实验。国外有德国人申请了超声波处理酒精的专利， 日本有在啤酒和清酒的发酵过程中使用超声波照射使陈酿期大大缩短的实践。 1 1 2 磁场催陈法 胡红武州等人采用变频旋转磁场，平均磁场强度是6 3 6 2 2 从n ，磁场强梯度范围 4 7 7 5 - 12 7 3 2 5 a ，酒的流速为1 5e m s ，通过高频波振荡改变酒分子的物理结构和电磁场 加速酒缔合体系的改变，使得酒的催醇过程大大缩短，使用该方法催醇的酒与自然老熟 酒的口味和营养效果相同。结果发现，催醇1 次相当于新酒自然老熟1 年。孙庆元等f 5 】采 用强磁场对白酒和啤酒进行了催熟处理，发现经磁场处理后，啤酒的双乙酰含量大幅度 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对干红葡萄滔的改性研究 下降。这种催陈方法是让新酒以一定流量通过可透磁场的管道，管道内的磁场强度连续 可调，然后在酒中加入适量的助剂，助剂至少含有一种过氧化物，又于酒质和水质不同， 新酒需要通过磁处理次数也不同，一般为2 9 次，此方法适应于各种香型的米酒以及白 酒，啤酒或醋。经此法处理后的酒色、香、味，可达到自然陈化六个月至一年或者更长 时间的陈酒，此方法在国内酒厂有应用。 1 1 3 静电催陈法 继关效圣1 6 1 、郝宪孝【7 1 8 1 开发了静电催陈技术之后，励建荣1 9 1 等研究了高压催陈黄酒， 曾新安等人1 w - 1 2 1 研究高压电场催陈白酒和葡萄酒，并且所研制的“葡萄酒催陈设备”已 投入实际生产使用。高压电场催陈法是将适量的酒倒入特制的容器，置于静电场的作用 下，发生一系列物理和化学变化，从而加速了酒的陈化过程。处理时要适当控制电场强 度和时间，经过电场处理后的酒，其色、香、昧与自然陈化一年的酒基本相同，现国内 已有数家酒厂利用此类方法进行酒的催陈。 1 1 4 红外线催陈法 雷鸣书【l 那对红外催陈技术作了大量的研究，相继有刘新宜1 1 4 】报道红外催陈仪有着较 好的催陈效果的应用报告，陈允魁f ”l 用红外线辐照黄酒，刘乾文1 1 6 1 等也用红外线对雪山 红景天酒进箱了催陈探讨。此法是将新酒装入红外线催陈器的密封容器内，容器内留有 较大空隙，红外辐射线的发射光谱与酒的吸收光谱基本相同，用红外照射新酒，需要不 断搅拌，以防止局部温度过高，严格控制酒温在3 0 - - 4 0 ，且间歇式进行。红外处理时 间累计一周。便可达到色、香、味与天然陈化半年以上的酒基本相同，此法已在山东多 家酒厂试用。 1 1 5 微波催陈法 微波技术直到8 0 年代中期才开始应用到酒的催陈，国内相继有徐润民f 1 1 、林向阳等 ”研发明了微波老熟处理装置，该技术理论认为酒中的极性分子在微波交变电场作用下， 产生双向高频摆动，从而加速了地和分子群的形成，同时吸收微波能量后，能态发生改 变，产生大量自由基，促进酒中的化学反应。有报道：经过1 秒钟的微波处理的新酒， 可相当于自然陈化3 5 个月的效果。微波处理酒的设备也有在山东部分酒厂试用，反映 效果较好，但价格较贵。 1 1 6 x 射线催陈法 由廖仲力1 明提出了用x 光处理酒的方法，首先将新酒通过分子筛过滤，然后注入磁 2 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 处理器，这样可除去挥发性醛及硫化物，并降低乙醇的活性。磁化后的酒经过管道进入 特定容器，同时打开x 射线进行辐照，处理时间和剂量随酒质不同而不同，此法处理新 酒，不污染环境，处理速度快，能大幅度降低甲醇含量，明显提高乙酸乙酯的含量。处 理啤酒可以除去啤酒的馊味，大幅度去掉双乙酰。不同于其他处理方法，它对于己贮存 陈化的窖酒或大曲也有显著改善。并且各种低度白酒经过处理后不沉淀，不腐败。 1 i 7 激光催陈法 光催陈法是用h e - n e 激光或二氧化碳激光力i i h e - n e 激光双频照射新酒，使酒陈化。 应成仁【2 哪研究的激光催陈装置是由氮分子激光器发射波长3 3 7 1 m 的激光对酒进行辐 照，照射过程中不断搅拌，照射激光功率和时间与酒的浓度和重量有关，经过照射后， 生酒味明显较轻，只需放一周就无生酒味成为熟酒，使低品位酒达到高品位的陈香，相 当于陈化半年以上的酒，此法已有在国内酒厂中应用。 1 1 8 电子综合催陈法 有报道“磁一红外一氧化一过滤”的综合催陈方法【2 “，此法是使磁场作用促进分子整 齐排列，红外促进共振吸收及缔合反应进行的同时，提供反应所需能量，加入过氧乙酸， 可增加新生氧，加速氧化反应，进而增加酒中酯的含量，另有一种仪器，具备超声波、 紫外线、臭氧、磁场具备这四种功能，对酒进行综合处理，其超声波产生强烈的超生空 化作用，促使酒中醇酯平衡的重新排列，紫外产生臭氧促进酒的氧化还原、酯化等反应 的速度，由此增加酒的陈香，而在磁场的磁化作用下，促进分子的取向排列，有利于酒 中杂味的改善，可在6 8 分钟内所获得的效果与自然陈化1 1 5 年效果相当，其生、冲、 杂等口味和香气均有明显的改善，此法已在山东等地酒厂应用。 以上是现有几大类主要的催陈方法，都有各自的优缺点，导致未能大规模的使用。 其主要缺陷有：设备庞大，工业化应用不便，如超高静压处理、磁场处理、激光处理等； 需控制温度，操作不便，耗时长，如红外处理需耗时一周左右。 1 2 人工催陈机理研究共识【2 2 - 2 6 j 1 2 1 化学反应理论 酒在老熟过程中发生一系列氧化、还原、酯化、刺激性的醛与醇缩合等反应都可以 在电场的催化下加速完成，如：氧化、酯化、缩合等，具体过程如下： 醇氧化为醛：r c h 2 0 h r c h o 醛氧化为酸：r c h o r c o o h 醇与酸酯化：r o h 4 - r c o o h r c o o r ， 3 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 醇与醛缩合为缩醛：r o h + r c h o r c h o r 1 2 2 氢键缔合理论 一些低沸点液体和气体( 如乙醛) 挥发，认为乙醇溶液中会发生分子间的氢键缔合， 使醇、水分子相互渗透，缔合成大的分子群，到一定时间后，处于动态平衡状态，酒体 分子充分缔合后，口感会大为改善。一般由核磁共振和红外光谱证明其理论。 1 2 3 诱导催化作用 电场高频、超声波、磁场、高压静电场、红外、微波、x 射线、激光等催陈方法目 的，都是为了改变原有缔合状态，提供物化反应所需的能量，加速陈化过程，促进新的 缔合体系的形成，增加香气，改善口感。 1 3 高压脉冲电场技术的研究现状 高压脉冲电场( p u l s e de l e c t r i cf i e l d ，简称p e f ) 处理是对两电极间的流态食品反 复施加高电压短脉冲进行处理的过程。目前，国内外有众多机构对此技术展开研究1 2 7 侧。 而对于高压脉冲电场的应用研究，主要集中在食品的杀菌、灭酶及对果蔬质地影响上， 少见高压脉冲电场人工催陈酒类的研究，未见其对葡萄酒的催陈报道。而国外较重视自 然陈酿，对人工催陈并不热衷。 1 3 1 杀菌灭酶 g a e v r e n d i l e k m 】研究得出，在脉冲持续时间3 7 ，频率2 5 0 i - i z , 牛奶流速为1 m l s , 总处理时间为4 6 0 a s ，电场强度为3 5 k v m 2 的条件下处理过的脱脂牛奶样品中，金黄色 葡萄球菌的数量明显减少，相对于对照组，在4 c 下冷藏两周后，仍存活的菌体细胞数 明显减少。在高压脉冲电场对西班牙的一种低酸蔬菜饮料山c h a t a 中产气菌 e n t e r o b a c t e ra e r o g e n e s 的控制实验1 3 6 1 结果表明：在lo 1 2 。1 6 时，脉冲电场处理的样品 细菌生长率都有所降低；脉冲电场在低温( 1 00 1 2 ) 低接种量的协同作用下可明显延长对 数期，在一定程度上支持r u s s e l l 、s h i n 等人眄“3 8 l 所提出的h p e f 对细胞的伤害是非杀 生性质的，经过处理后的细胞在完全失活前，会进行自我修复和适应，从而延长了对数 生长期的观点。h w y e o m l 3 9 1 等人使用脉冲电场作用于橙汁中的果胶酯酶，处理条件为 2 5 k v e m ，水浴温度5 0 可使果胶甲基酯酶失活率达到9 0 ，并认为通过脉冲电场处理 方式，灭酶需要的能量要高于灭菌。 国内王茉【蛐l 等人研究报道，当电场强度达到4 0 k v c m ，处理时间达到1 2 0 a s 时，绿 茶饮料中接种的大肠杆菌数量可降低5 个对数级以上，此条件下生产的绿茶饮料样品， 4 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对千红葡萄酒的改性研究 其茶多酚含量及色泽都无明显变化。 钟葵等入研究了高压脉冲电场对辣根过氧化物酶( h i 冲) 的活性的影响，其结果显 示：h r p 的活性随电场强度的增强和脉冲处理数的增加而降低。在2 5 k v c m 、2 0 7 个脉 冲和2 2 k v c m 、1 2 1 4 个脉冲的时候，h r p 的活性分别降低了1 4 3 和3 3 2 。处理后 的酶液在4 c 下贮藏2 4 h 和4 8 h 后，h r p 的活性呈缓慢下降。 1 3 2 干燥预处理 王维琴【4 2 1 等人研究使用高压脉冲电场对甘薯干燥做预处理的实验，结论表明：经过 h p e f 预处理的甘薯样品在渗透脱水后的质量都有一定增加，电场强度和脉冲数对干燥 速率都有影响。其中脉冲数为5 0 ，电场强度为l k v e m 和2 k v e m 的处理条件，对渗透 脱水的固形物增加率最小；电场强度为2 k v c m ，脉冲数7 0 和电场强度l k v c n l ，脉冲 数5 0 时，有较高的热风干燥速率和较低的含水量。m i b 础a l 4 3 1 等人研究，经过脉冲电 场预处理的苹果片干燥后，其整体密度和缩水率有所降低，并且提高了多孔性，平均气 孔尺寸明显小于未经电场处理的样品。b i o a d e o m o w a y e “1 报道，经过脉冲电场的预 处理后，进行空气干燥时的烘干率的提高要明显优于冷冻预处理，且可得到v c 的最小 消耗量。 1 3 3 酒类催陈 吉林大学的殷涌光【4 5 1 等人利用高电压脉冲电场对白酒进行了催陈研究试验，其试验 结果表明：高电压脉冲电场可以使白酒快速催陈，操作简便，速度快。处理最佳参数为 脉冲数5 0 个，场强e = 2 5 k v e m ，助剂浓度1 0 x 1 0 6 m o l l 。处理后的酒样总酸、总酯和 总醛等有所增加，总醇含量有所下降，酒体透明，陈香明显，辛辣味减少，柔和绵软， 有余香。 1 3 4 解冻 方胜等人利用高压脉冲电场对冻结食品做解冻试验，结果表明解冻时间的缩短随 电场强度的增大而显著变化，当电场强度增大到2 2 k v m 时，时间缩短了7 4 。 1 3 。5 提取 韩玉珠 4 7 1 等人通过试验优化了用高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的试验条件，并与 碱提取法、酶提取法以及复合酶提取法迸行了比较。结果显示用o 5 k o h 提取液，在 电场强度为2 0 k v c m 和脉冲数为6 p s 的条件下用高压脉冲电场提取林蛙多糖的提取率最 大为5 5 5 9 。比较高压脉冲电场提取法与碱法、酶法以及复合酶法在林蛙多糖提取率、 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 总糖含量方面的差异，高压脉冲电场提取的林蛙多糖提取率和总糖含量均高于其他三种 方法，其提取率是复合酶法的1 7 7 倍，总糖含量高于复合酶法6 , 3 4 ，且提取物中杂质 少。 1 3 6 脉冲电场机理学说 关于高压脉冲电场( p e f ) 处理技术的机理现有多种学说，如细胞膜穿孔效应，电 磁机制模型，粘弹极性形成模型，电解产物效应，臭氧效应等i 舳1 。虽然这些假说多是建 立在杀菌效应之上，但对于催陈效果的研究仍有辅助意义，因此在这里做简单的介绍。 1 , 3 6 1 细胞膜穿孔效应假说认为，当细胞膜上加一个外加电场，这个电场将使膜内外 电势差增大，通透性随之增加，当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透性剧增， 膜上出现许多小孔，同时所加的电场在极短时间内使细胞膜上产生振荡效应，细胞膜发 生崩溃。 1 3 6 2 电磁机制模型认为，电场能量与磁场能量是相互转化的，在两个电极反复充电 与放电过程中，磁场起了主要的杀菌作用，而电场能向磁场的转化保证了持续不断的磁 场作用。 1 3 6 3 粘弹极性形成模型认为，细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈电场作用而产生剧烈 震荡，介质中产生的等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞的可塑 性范围而击碎细菌。 1 3 6 4 电解产物效应指出，在电极上施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生 阴、阳离子，在强电场作用下极为活跃，通过本来通透性被提高的细胞膜，与细胞内生 命物质结合而使之变性。其理论同时说明此效应促进了电解质的电离与重组。 1 3 6 5 臭氧效应理论认为在电场作用下，液体介质电解产生臭氧，在低浓度下能有效 杀灭细菌的同时，臭氧对于加速介质氧化反应具有重要意义。 1 , 4 我国山葡萄酒业现状简述 本文选取由长白山优质山葡萄加工而成的干红作为研究对象，主要考虑到山葡萄酒 具有独特的果香和酒香，近年来已成为吉林省振兴农村经济的支柱产业。山葡萄酒是一 种特殊葡萄酒。以野生或人工栽培的东北山葡萄、江西刺葡萄、秋葡萄、及其杂交品种 等为原料，经发酵酿制而成的饮料酒。随着人们生活水平的提高，入们越来越追求天然、 绿色的消费。山葡萄酒因其丰富的营养、独特的口味及其养颜美容、保健的作用，深受 消费者的喜爱，近年来市场需求量正以近2 0 的增长率逐年上升。山葡萄酒品质的好坏 与原料山葡萄的品种有直接关系。在我国东北长自山密林中生长的山葡萄，在温度低、 无污染的独特生态环境中，为山葡萄的内在营养功能性物质的积累，为野生口味的形成， 6 吉林农业大学硕士学位论文 高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 提供了得天独厚的条件，同时造就了野生山葡萄酒的独特品质和口味。山葡萄酒中富含 的糖、有机酸、多种维生素和无机盐等2 5 0 多种成分的营养价值已经得到充分的肯定。 特别是山葡萄酒中含有大量的原花青素和白黎卢醇等多种能防治心血管疾病作用的元 素。 我国的山葡萄酒与国际标准有差距，世界上的葡萄按地理分布和生态特点，可分为 欧亚种群、东亚种群和北美种群三大种群。我国的葡萄酒属于东亚种群，约有3 0 种， 主要的种类有山葡萄、毛葡萄、秋葡萄、棱叶葡萄、刺葡萄、复叶葡萄等，其中山葡萄 主要分于我国东北、俄罗斯远东和朝鲜。山葡萄是葡萄中属于最耐寒的一种，具有粒小、 皮厚、含糖低、含酸高、有机物含量高的特征，经过科技工作者的努力，野生山葡萄已 经大面积家植，家植山葡萄保留了野生山葡萄的基本特征。用山葡萄等东亚种群葡萄酿 制葡萄酒，无论在工艺还在成品上都有较大差异，且由于山葡萄原汁的耱度低，酸度高、 颜色浓，在酿造过程中必须加入糖和水，所以一度曾有质疑山葡萄酒的归属范畴，同时 也正因为它的野生保健性能，使得山葡萄酒业的空前繁荣。 我国山葡萄酒生产企业主要集中分布在山葡萄的主产地，其中东北地区集中着几百 家山葡萄酒的生产企业，占全国山葡萄酒生产企业的8 0 ，其年产量从几百吨到几千吨， 还有一些年产万吨以上的大型企业，这些企业重视产品质量，在保持山葡萄酒原有风格 的基础上，不断推陈创新，丰富山葡萄酒的品种。 1 5 本研究的目的和意义 从使用技术角度，p e f 技术横跨电子学、化学、微生物学、物理学、工程技术等多 门学科，是典型的交叉学科，是一种新的研究手段，然而在催陈方面的研究却微乎其微， 因此有必要深入拓展p e f 技术的应用范围，满足市场对低能耗、低操作费用、高效新技 术的要求。高压脉冲电场效率高、成本低，作为一种非常有效的非热杀菌技术，研究已 经比较成熟，而作为催陈方法还属于起步阶段，对于酒类的催陈研究也只限于白酒。故 此，本文鉴于脉冲电场的催陈特性，开展对干红葡萄酒的催陈研究。 从陈酿技术角度，快速陈酿是不适合精品酒的，但作为企业，可并头进行，作为大 企业，要有自己的品牌产品，树立行业形象，但企业尤其在中国酒行业还是在发展的阶 段，要有创效益的产品，快速陈酿是一种不错的工艺思路。有效盏才会有发展，任何一 个国家，都有她生产的变通性，当然也反映了技术的进步，这完全不同于造假。 作为处理原料的山葡萄滔具有独特的果香和酒香，近年来发展面积逐年增加，已成 为吉林省振兴农村经济的支柱产业。但新酒生冲、刺激性大、易上头、口感粗糙、不协 调，需要经过自然贮藏很长时间，由不同季节提供老熟所需能量，使其陈化老熟，方能 勾兑出厂，现有传统的陈酿方法需要占用大量贮罐和仓库以及大量的口缸动资金，影响了 经济效率和人们日益增长的消费需求。要依靠创新打造山葡萄酒品牌，以优质的产品开 7 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对干红葡萄稻的改性研究 拓市场成为产业的发展对策。本论文目的就是通过高压脉冲电场处理新酒，研究不同处 理因素对酒体影响并试图找到最优参数。 1 6 本研究的主要内容 采取不同处理，根据改变电场强度、脉冲时间、处理温度、脉冲频率，通过单因素 分析及正交试验，分析不同处理对葡萄酒样的主要成分指标的影响，找到较为合适的参 数区间。选择适宜参数进行正交试验，通过对结果进行分析和感官综合评价，将所得数 据经软件分析考虑最优工艺参数。 1 7 本试验的创新情况 首次采用高压脉冲电场对干红葡萄酒进行催陈处理，达到了在短时间内改善其物性的目 的。 8 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 第二章试验材料与试验方法 2 1 试验材料 2 1 1 试验材料 酒样为通化茂祥葡萄酒股份有限公司0 3 年、0 4 年和0 5 年的干红葡萄酒 2 1 2 化学试剂 盐酸、氢氧化钠、费林试剂( 按g b f r 6 0 3 4 9 】配制) 、葡萄糖、次甲基蓝、酚酞 2 1 3 试验设备 高压脉冲电场发生装置 示波器h p 5 4 6 0 0 b 型 蠕动泵d 1 0 0 a 型数显定时 酸度计p h s - 2 5 可见分光光度计v i s 7 2 3 g 磁力加热搅拌器7 8 i 液体比重天平p 易d 5 电导率仪d d s 11 a 2 2 检测方法 2 2 1 理化分析 2 2 1 1 乙醇含量的测定 依据g b f i 1 5 0 3 8 - 2 0 0 5 t 5 0 1 规定方法进行 2 2 i 2 千浸出物的测定 依据g b t 15 0 3 8 2 0 0 5 5 0 】规定进行 2 2 1 3 挥发酸 依据g b t 15 0 3 8 2 0 0 5 1 5 0 规定方法进行 2 2 1 4 总酸 依据g b t 1 5 0 3 8 2 0 0 5 1 5 0 】规定方法进行 2 2 1 5 p h 值 使用p h 计进行测定 9 吉林大学殷涌光教授研制 美国惠普公司 上海青浦沪西仪器厂 上海日岛科学仪器有限公司 北京瑞利普创仪器技术有限公司 江苏省金坛市金城国胜试验仪器厂 上海良平仪器仪表有限公司 上海字隆仪器公司 吉林农业大学硕士学位论文 高压脉冲电场对干红葡萄酒的改性研究 2 2 1 6 色度 采用比色法进行测定。在可见光分光光度计4 2 0 n m 、5 2 0 r i m 、6 2 0 r i m 下，分别测定 其吸光度，三者和为葡萄酒色度。具体方法参考文献 s u 。 2 2 1 7 电导率 使用电导率仪进行测定，使用档位2 m s ，测定各样品的电导度c t ，按公式 l = 0 6 2 c t u + ( 2 5 d o ，0 2 】档位，换算成2 5 c 时的电导率，具体方法参考文献【5 2 】。 对以上各项物性指标的测定共进行三次重复实验，求平均值。 2 2 2 感官评价 由国家级评委及试验组成员组成品尝团，对处理前后的酒样进行评定，综合打分， 具体标准参考g b f f l 0 2 2 0 1 5 3 1 和q b f f l 9 8 2 1 9 9 4 f 5 4 1 。 2 3 处理装置及工作原理 本论文主要研究高压脉冲电场催陈新鲜干红葡萄酒的效果及相应机理，所采用的设 备由吉林大学生物与农业工程学院提供。其装置主要有：高压脉冲电场发生装置，高频 发生装置，流量计及示波器。 在本研究中，电场强度的可调范围是0 0 5 k v e m ，电压的调节范围是0 7 0 v ，流量 的可调范围是0 - - 2 4 m l _ ：m i n ，频率的可调范围是o q 0 0 0 h z ，高压脉冲电场装置采用动态 处理方式，由泵抽取待处理酒样，通过流量计控制其流速即电场处理时间，再由电场调 控装置调整处理参数，稳定输入电压和频率，由示波器显示输出脉冲电源的波形和处理 电压。经过p e f 处理室得到处理后酒样。其处理流程如图2 1 所示 原酒样 o r a lw i f 搏 已处理样 s m n p l e 图2 一l 高压脉冲电场处理设备装置 f i g 2 - i t r e a t i n g p l a n t o f h i g h - v o r a g ep u l s e de l e c t r i cf i e l d 1 0 吉林农业大学硕士学位论文高压脉冲电场对于红葡萄酒的改性研究 图2 - 2 脉冲波形 f i g 2 - 2 p u l s es h a p e 图2 - 3 高压脉冲处理装置 f i g 2 - 3 p e fi n s t a l l m e n t 首先是高压脉冲电场的获得，利用l c 振荡电路的原理，先用高压电源对一组电容 器进行充电，将电容器与一个电杆线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频 指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高电压脉冲电场。由于l c 电路放电极快，在凡 十至几百个微妙内即可以将电场能量释放完毕，利用自动控制装置，对l c 振荡电路进 行连续充电与放电，可在几十毫秒内完成所需处理。因此，食品处理室电极表面尽可能 光滑以减少电子的逸出，本试验采用圆形有机玻璃电极以避免电场集中，为食品提供一 个均匀的高电压脉冲电场。 在电场处理过程中，注意介质击穿保护、监控放电电压、流量、脉冲频率和温度控 制，要保持进样的连续性，调整电场因素时根据样品的承受能力，一旦产生电火花，电 极就会被腐蚀，食品被电解，产生气泡。若处理酒样中含有气泡