氧化还原电位ORP

1、氧化还原电位（ orp）控制发酵过程氧化还原电位优化酿酒酵母乙醇生产摘 要 利用氧化还原电极,研究了在厌氧条件下将氧化还原电位值（orp）控制在不同水平（-50mv、-100mv、-150mv、-230mv）对乙醇发酵过程的影响。试验结果表明,不同的orp 值水平对乙醇得率 ,甘油形成、有机酸分泌、生物量和菌体死亡率的影响有明显的差异。当 orp 为 -50mv 时的生物量是orp 为 -100mv 时的 1.26 倍、orp为-150mv时的1.86倍、 orp为-230mv时的2.59倍，甘油浓度分别是后三者的 1.2倍、 1.1 倍、 1.7倍 ,而乙醇浓度却分别只有后三者的 0.87

2、倍、 0.49 倍、 0.51 倍。综合考虑生物量、乙醇浓度、甘油产量、残糖的测定结果,表明将orp 控制在 -150mv 时对乙醇发酵极为有利。 说明可以用 orp 电极来精确控制厌氧发酵条件,从而为酵母细胞合理分配代谢流以实现乙醇生产最优化的宏观控制提供了一种有效的手段。氧化还原电位（orp）是指水溶液或培养基中可得到或失去的自由 电子，一般以毫伏（mv）为单位，可以为正值也可以为负值。orp值越 高说明溶液的氧化水平越高 ,相对容易失去电子,反之亦然。在微生物的发酵过程中,发酵液一般来说并不处于氧化还原平衡的状态。这是因为微生物细胞吸收培养基中的营养成分,通过内部的氧化还原反应与其胞内的

3、代谢过程相连来获取能量用于生长,维持和产物的合成。在培养过程对氧化电位进行检测具有非常重要的生物学意义。它可以 : (1)给操作人员提供必要的信息以保证微生物生长在合适的氧化还原环境下 ; (2)在厌氧条件下测定溶氧电极检测限之外的痕量氧值；(3)在生物工程下游技术中，监测orp值可以提供某种化学物质是否存在或化学物质之间转换的证据; (4) 一定的 orp 值是蛋白质正确折叠 ,尤其是二硫键形成的关键因素 。 yun-huinlin 等1利用氧化还原电极监测克拉维酸的生产过程,发现 orp 对克拉维酸的生成有着比溶氧更好的关联性,利用氧化还原电极进行调控将克拉维酸的产量提高了 96%。 在微

4、生物培养过程中,氧化还原电极所测的电位反映了进行最快的氧化还原电对,因此可以利用该电极对正在变化的化学物质的相对浓度进行检测。由于培养基中 o2/h2o 氧化还原电对的氧化性要远大于培养基中存在的其他物质,因此即使培养基中仅仅含有痕量氧,也可以在氧化还原电极上产生信号。所以 ,可以用氧化还原电极检测痕量的溶氧,得到溶氧电极检测限之外的测量值。orp 电极的检测原理是基于溶液中的金属电极上进行的电子交换达到平衡时具有的氧化还原电位(orp)值，此值与溶氧、ph和温度有关:e=e0 + (rtp nf) ln ( a op a r)= (rtp 4f) ln po2 +rtp f) lnh+2其中

5、e0 :标准氧化还原电位值；*o :氧化型物质的活度；% r :还原型物质的活度；p o2 :溶液中溶氧 平衡的氧分压。由上式可以看出 若控制好发酵液的温度和ph 值 ,氧化还原电位值就仅仅与溶氧相关。 本文利用这一特点 ,研究了在乙醇发酵过程中控制氧化还原电位orp 对乙醇生产过程的影响。由于控制不同的 orp 值主要影响的是发酵液中的溶氧水平,而溶氧水平对酿酒酵母乙醇生产而言有利有弊:一方面微量的溶氧是酿酒酵母保持细胞活性,提高对乙醇的耐受性所必须的6; 而另一方面如果溶氧水平过高则氧会抑制糖酵解途径的活性 7, 取代乙醛作为电子受体直接减少乙醇合成的前体物质,生长大量菌体,浪费碳源,降低

6、乙醇得率。因此，当orp值维持在-150mv和-230mv时，乙醇途径是主要的产能途径 ,所以 qethanol 在整个发酵期间降幅较小 ;而在 orp值维持在-50mv 和 -100mv 时 ,由于菌体产能对乙醇途径的依赖性减弱所以qethanol 降幅较大。orp 值越低乙醇的得率系数越高 (表 2) ,说明 厌氧程度越深乙醇途径的效率越大。当orp值为-230mv时，其得率系数 ypp s(wp w)最高 (0.47) ,但其乙醇浓度较orp 值为 -150mv 时低 ,究其原因是残糖浓度达到了 3.2%( wp w) ,而残糖浓度高对工业生产而言是不能容忍的。因此 ,综合得率系数、最终

7、的乙醇浓度和残糖,我们得出控制orp 值在 -150mv 是极为有利的。 所以 ,对酒精生产而言,控制发酵液中的溶氧水平是必须的 ,但传统的溶氧电极无法在较低溶氧值的情况下读数,因此无法对厌氧发酵过程进行监测,而 氧化还原电极给我们提供了一个新的精细监测手段,可以对厌氧程度进行定量。超高压处理对蒸馏 白酒 氧化还原电位的影响。新酒的氧化还原电位为 980 mv ， 高于陈酒的氧化还原电位940 mv 。超高压处理使新酒的氧化还原电位下降， 并随处理压力的升高逐浙接近于陈酒的氧化还原电位。氧化还原电位的高低反映体系的反应趋势。 氧化还原电位越大， 体系越易发生化学反应； 反之， 体系不易发生化学

8、反应。 新酒的氧化还原电位较高， 体系易发生化学反应，酒体成分不稳定。 陈酒的氧化还原电位低， 不易发生化学反应， 酒体成分稳定。 同时氧化还原电位的大小还与人体的味觉感受有关，氧化还原电位越大， 对人体的味觉刺激也越大； 氧化还原电位越小，对人体味觉刺激也越小 。由于陈酒的氧化还原电位低， 对人体味觉刺激小， 入口温和绵甜， 口味好。超高压处理能降低新酒的氧化还原电位，从而提高了新酒的稳定性， 改善了口感。丁耐克 . 食品风味化学 m . 北京：中国轻工出版社， 2001. 12100低温抑制果肉中单宁等多酚物质的氧化系统， 同时由于 氧化还原电位低， 使果酒处于低氧化状态， 在此条件下则有

9、利于酯类等芳香成分的合成 6 ， 故其发酵果酒的酒质亦好。亚硫酸钠的浓度越高， 果酒氧化程度越低，可能原因是so2 可与草莓中所含的活性羰基化合物反应生成 -羟基磺酸化合物，减缓美拉德反应。另外，so2还可与果酒中的有机过氧化物的氧结合， 使其不生成过氧化氢，则过氧化酶便失去氧化作用 10 。 高浓度的糖主要是抑制导致果肉褐变的酶类， 浓度越高， 酶的活性越低， 在酿造过程中， 果汁和果酒混合物均保持低氧化状态， 故果酒的氧化程度也低； 乙醛含量低，酒色泽好 。 为防止 so2 和糖浓度过高影响酵母发酵和酒的质量， 在接种前须测定果汁中 so2 和糖的浓度， 作适宜的调整。因此， 果肉预贮采用

10、低温加糖和加适宜浓度的 so2 是必需的， 不仅可以有效地抑制草莓果肉中多酚氧化酶的活性，抑制有害微生物的繁殖， 而且可使果汁和果酒混合物均保持低氧化状态， 从而保持草莓果酒的品质。3 陈酿311 陈酿的目的发酵所得的新酒香浓味粗 , 且浑浊 , 不适宜饮用。经一定时期储藏和适当的工艺处理, 在储藏期发生一系列理化及生化的变化 , 酒质变得香浓醇和清晰色美, 此过程称为酒的老熟或陈酿。陈酿的本质是物理上的分子重排与化学上的氧化和合成的过程。陈酿是为了促进酒液的澄清和提高酒的稳定性, 促使香味的形成和酒的成熟。在发酵结束后 , 酒中尚存在一些不稳定物质, 在储藏中这些不稳定物质沉淀析出 , 再辅

11、以强化措施, 保证酒液的澄清和稳定。经过陈酿过程的氧化还原、酯化以及聚合沉淀等作用 , 新酒中的不良风味物质减少, 芳香物质得到加强和突出 , 各种物质之间达到平衡 , 酒体变得和谐、柔顺、细腻、醇厚 , 并表现出各种酒的典 型风格。312 陈酿的工艺要点31211 储藏容器 最理想的储藏容器当数橡木桶 , 橡木所含芳香物质可在储藏期逐渐溶入酒液中 , 并与酒液的某些成分反应、 协调 ,产生特殊的香味物质, 酒液中较多的内酯和酚类便来自于储存的橡木桶。橡木桶中的酚类尤其是单宁还对保证酒液稳定, 促进酒液老熟起一定的作用。31212温度 果酒的陈酿首先受到温度的制约，稍高的温度(1820 ) 可

12、加速老熟, 尤其会加速香气的形成 , 但同时也会缩短了果酒的储藏期 , 反之 , 过低的温度( 10 ) , 会减慢陈酿过程。 影响陈酿最严重的因素是温度变化引起瓶内酒的膨胀与收缩 , 并将 o2吸入。陈酿的温度一般以815 c为宜。31213 氧 装瓶前将果酒用空气饱和 , 可使酒香很好形成并加速色泽的变化 , 但装瓶后 , 氧的存在不会促进陈酿, 反而会使不良菌生长 , 升高氧化还原电位, 并引起早熟,产生氧化味。因此, 进入陈酿期的酒必须严格密封。31214 so2 当混有相当 o2 时 ,so2 可防止果酒在陈酿期的所谓“瓶内病” (bottlesick-ness 的暂时氧化作用 )

13、, 但装瓶几个月后 ,瓶内 so2 不再起作用 , 成品酒的 so2 含量须严格控制 , 根据中华人民共和国行业标准,果酒规定so2 250mgl -1。31215 换桶 换桶是为了分离酒液和酒泥,并使任何挥发性物质蒸发逸出，从而溶解适量的新鲜空气，每次换桶必须进行挥发酸 和so2的分析并适当补充 so2。31216 添桶由于蒸发和容器的吸收作用 ，桶内酒面会逐渐下降，为避免菌膜及醋酸菌生长 ，必须随时使储酒桶内装满 ，不与空气接触。添桶用酒至少要求中等质量、澄清、稳定、香气不大、滋味柔和、浓淡适中。31217湿度 一般要求储酒间的相对湿度应大于 50%,但应考虑到 过大的湿度有利软木塞上的微

14、生物繁殖 ，因此有人建议酒储25年要 更换新木塞。313 陈酿期间的物化反应陈酿发生着一系列酯化、氧化、还原等化学反应 ，使酒中的醇、醛、酯等成分达到新的平衡。rch：oh 4 l2乳酸+co2l2苹果酸一-丙酮酸+nadh2 +co2很多老的葡萄酒酿造均认为磷酸含量与酒有关 , 但无确切证据。含n 物质有直接或间接左右酒香的作用 , 陈酿后的葡萄酒平均含氮0.027%0.05%,其中脯氨酸、色氨酸占氨基酸的 70%,而氨基酸含量与酒的芳香有关。陈酿工艺存在许多复杂的物化、生化反应 , 至今只知道 当无氧且氧化还原电位足够低时, 果酒才会发生还原作用而形成酒香。因此 , 酒香是缘于可被氧化物质

15、所形成的氧化还原系统, 由此可见 , 成熟后的酒在倒出饮用前不应搅动, 但在 罐装前有控制地通风能形成具有还原作用的化合物 , 以降低酒的氧化还原电位。 酒香的强弱还与果实本身的特征、金属离子、软木塞、储温等有关。4 讨论果酒的风味好坏, 香味占很大比重。根据中华人民共和国行业标准对不同果酒的香气规定, 无论是清晰爽怡香型还是醇厚浓郁香型都要求香味和谐、协调、典型突出。因此, 酿造优质果酒应该从原料、菌种的筛选入手 , 尤其应考虑适宜的陈酿环境, 如储藏温度与湿度、通风条件、储放木桶、软木塞等, 从中探讨出理想的发酵及陈酿工艺。1.3.1 葡萄酒的陈酿新酿制的酒，不论是发酵酒、蒸馏酒或配制酒，

16、冲味辣、苦涩、香气不协调或漂浮，比较淡薄，饮后润。因新酒具有上述缺陷，故需要经过一定时间的贮成的葡萄酒经过一定时期的存放， 风味乃至整个品质酒的陈酿或老熟。陈酿是葡萄酒生产过程中十分1.3.1.1 陈酿的目的葡萄酒是一个处于不断变化过程中的有机体， 壮年期、 衰老期和死亡期的整个过程处于成长及出而陈香不够，口感粗糙生涩，不协调。壮年期的葡佳，此时的葡萄酒口感醇和，陈香浓郁，酒体丰满协期。但葡萄酒的贮存时间并非越长越好， 当葡萄酒超败， 甚至可能发生氧化和褐变等不良反应， 导致口感目的就在于缩短酒体的成长发育期， 去除发酵过程中除酵母对口味和外观的不良影响以及鲜酒的生涩味广度、深度和复杂性，使其

17、变得更加丰满诱人，口味的壮年期，延长不同葡萄品种所特有的果香和风味1.3.1.2 陈酿的机理葡萄酒中水和乙醇的含量在 90%以上， 它们都有较强的缔合能力， 平时这两种分子是靠氢键各自缔在 ,陈酿过程中，水分子和乙醇分子相互重新组合，逐度增加，乙醇分子受到束缚，自由度减少，这样酒的中各种微量物质的化学反应靠共价键结合产生， 而较缓慢， 因此说葡萄酒在陈酿过程中会发生一系列复杂化（如：氧化、酯化、缩合等）具体化学反应过程醇氧化为醛：rch2oh rcho醛氧化为酸：rcho rcooh醇与酸酯化为酯：roh+rcooh-rcoor醇与醛缩合为缩醛：roh + rcho - rch通过这些变化使葡

18、萄酒中的醇、醛、酸、酯等从而增加香气，使酒味更为醇和，也使得葡萄酒中的酒石酸盐析出，酒液更加澄清透明。1.3.2 人工催陈技术的概述在自然陈酿条件下， 葡萄酒中的极性水分子和乙醇分子之间会形成多聚氢键， 而这些由氢键缔合成的分子群较为稳定， 限制了各种陈熟反应的进行。同时， 在自然条件下，陈熟反应所需的能量只能靠自然温度供给，这就导致了自然陈酿过程缓慢，一般来说需要一年、数年,甚至数十年。 这样生产企业就要备有大的库房和大量的盛酒容器， 不仅占地面积大、生产周期长、耗资多，同时在长期的贮酒过程中，势必会造成葡萄酒的挥发耗损， 也影响了企业资金的周转。 在保证葡萄酒质量的前提下， 为了加快资金周

19、转速度， 缩短产品生产和上市的周期， 努力提高设备利用率， 缩短投资回报周期和提升企业的经济效益，对葡萄酒进行人工催陈日益受到葡萄酒生产企业的重视。所谓葡萄酒的人工催陈， 就是采用人工方法加速葡萄酒的陈化， 缩短其陈酿时间，使其品质在较短时间内得到一定的改善1.3.2.1 人工催陈技术的研究进展关于酒类的人工催陈技术， 我国早在 80 年代就开始盛行， 并于 80 年代中期达到高峰， 当时有大量的文章发表， 并有许多与之相关的专利获得批准但由于当时的人工催陈技术都有一个致命的缺点， 就是经催陈处理后的酒自然放置一段时间后，会发生“返生”现象，得不到实用性的效果。因此在1988 年以后，关于酒类

20、的人工催陈技术研究逐步降温。直至 90 年代中期，才又有了较多的报道出现。近年来，国内在白酒、发酵型调味品（如腐乳和食醋等）的人工催陈处理方面有许多报道，而对葡萄酒的催陈研究并未成为热点。 同时， 由于国外崇尚自然陈酿效果，对人工催陈的研究并不热衷。1.3.2.2 人工催陈方法（ 1）冷热处理催陈热处理和冷处理均有助于促进葡萄酒的成熟、 提高葡萄酒的风味， 并能提高其生物和非生物稳定性。通常采用先热处理再冷处理的工艺，效果较好。热处理是通常在密闭容器内，将葡萄酒间接加热至67，保持 15 分钟；或加热至70 ，保持10 分钟即可。冷处理是将葡萄酒冷却至高于其冰点0.5-1.0，这样的冷处理效果

21、最好。水分子和乙醇分子之间的亲和力很强， 在常温下两者缔合后一般可以稳定地存在。 如果从外部适当地供给能量， 可以破坏水分子和乙醇分子各自赖以缔合成分子群的氢键， 使其成为自由态的水分子和乙醇分子，这样二者就会重新缔合。温度对酒的陈熟有直接的影响，温度升高不但可以从外部供给能量促进分子之间的重新缔合， 还可以加快低沸点成分的挥发和化学反应的速度，从而达到催陈的目的。冷热处理催陈法曾用于葡萄酒生产， 但是由于催陈效果不稳定， 引起,会对葡萄酒中的活性成分造成破坏 ,导致其功能性作用的降低或丧失,且有可能造成葡萄酒色泽的劣变和异味的产生，因此没有大规模应用。（ 2）臭氧催陈臭氧是一种不稳定的气态物

22、质， 在水中容易分解为氧气和一个原子的氧，而原子氧是一种强氧化剂，具有很强的氧化作用。在酒老熟的过程中，前期要经历一系列的氧化过程，而加速氧化反应速率，提高氧化进程也能在一定程度上实现催陈的目的。 臭氧由臭氧发生器通过高频电极放电产生， 再将臭氧泵入氧化塔， 通过布气系统与待处理液体样品接触 ,混合达到一定浓度后 ,经过适当的时间和剂量处理，可以减轻新酒的刺激性， 增加其陈酒感。 臭氧还可以使酒中的高级脂肪酸乙酯（引起酒浑浊失光的主要物质）分解，提高酒的澄清度。这里所说的酒指的是蒸馏白酒， 而不是葡萄酒。 葡萄酒的成分远比蒸馏白酒要复杂， 而臭氧的氧化性又极强， 用臭氧催陈葡萄酒很容易造成葡萄

23、酒香气和色泽的破坏。基于以上因素， 臭氧多用于蒸馏白酒的催陈与除浊， 在葡萄酒生产中则多用于杀菌， 而且在杀菌处理过程中还必须要严格控制臭氧的使用量和处理的时间。（ 3）微波催陈微波催陈技术是近代科技发展的成就之一。 水分子和乙醇分子都是强缔合性的极性分子， 水分子群在常温下由于氢键作用使分子缔合， 如果一个氢键被切断， 它会在瞬间再度缔合。 乙醇分子间在常温下也是通过氢键缔合， 但断裂后再与其它分子缔合较为困难， 需要经过很长的时间。强烈的微波冲击，会破坏酒中分子群的缔合,在某一瞬间，将乙醇分子和水分子切成单个或23个分子的小块，这样它们之间相互缔合的几率大为增加， 在短时间内乙醇分子即可与

24、水分子结合成稳定的缔合分子群。缔合后分子活度减少，酒的刺激性也随之减小，酒的口感变得醇和。另外，吸收微波能后，分子的内能增加，化学反应速度也相应提高， 醇的酯化反应有所加强。 新酒经过微波催陈处理，酒精度略有下降，但总酯增加，因而酒的香味增加，香气变得协调、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。微波催陈还可以与化学催陈方法结合使用， 具体来说也就是往酒中添加适当的催化剂，而催化剂能在微波辐射下加速酒中有机物的酯化。因为催化剂在微波场有诱导催化的作用，即微波可以先激活催化剂，再由该催化剂催化相应的化学反应， 从而加速酯化反应， 这样就要求所选用的催化剂能与微波发

25、生较强的相互作用。 能与微波产生强作用的物质一般为 p 区的过渡金属及其氧化物， 在一定条件下， 这类物质不同价态的离子可共存于同一晶体中，形成非化学计量比的缺陷结构，从而产生偶极子。在微波辐射的情况下，电子能从一17 种价态的离子转移到另一种价态的离子上， 从而产生松弛的极性效应， 在微波场中，这类物质产生表面电磁场，同时升温引起能量耗损。这种表面电磁场可以改变固体的表面效应，改变分子的能量类型和碰撞方位， 提高分子的碰撞概率， 使原来没有催化活性或催化活性不强的物质产生较强的催化活性。将催化剂通过固载和活化加入到葡萄酒中，然后再进行微波处理，可以充分提高催陈效果。目前微波催陈技术还多应用于

26、处理白酒， 将其用于葡萄酒催陈还尚未见报道。微波催陈的效果虽好 ,但是成本较高 ,而且在催陈过程中需要添加催化剂，且添加量需严格控制，故此不适合企业投产使用。（ 4）电场催陈使用电场催陈， 在高电位的推动下， 可促进乙醇分子和水分子的缔合作用， 增强极性分子间的亲和力， 形成更大更牢固的分子之间的缔合群，还可以增强各类物质的分子活化能，提高分子间的有效碰撞，加速酯化、缔合、氧化还原等反应，还可以加速低沸点物质的挥发，从而起到加速陈化的作用。 目前国内外多有报道的电场催陈方法主要有高压电场催陈、高压静电场催陈。葡萄酒是一种液体电介质， 当高压静电场作用于酒时， 静电场力使酒中的部分氢键发生断裂，

27、 酒中的极性分子与其他分子， 以及水分子之间相互渗透，缔合成大分子群，它们既可以是同分子之间的缔合，也可以是不同分子之间的缔合， 这样就构成了错综复杂的缔合现象。 这些缔合体系的形成， 减少了自由分子的数量， 从而减少了酒的刺激性。同时，极性分子在外电场中获得能量，为参加化学反应提供了条件，尤其是促进了酯化和缩合反应的速度， 增加了酒的香气， 实现了催陈的目的。烟台师范学院的郝宪孝教授等采用烟台白兰地作为样品进行试验， 经高压静电场处理后，总酸、总酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯均有不同程度的提高；总醛、甲醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇和乙醛均有不同程度的减少， 其结果也达到了催陈的目的。 用高压

28、静电场催陈葡萄酒 ,耗电量少,尽管初次投入成本稍高,但一次投入可以长期使用 ,总的来说,也是一种经济适用的好方法。（ 5）磁场催陈磁场催陈是让新酒通过可透磁场的管道,先对酒进行预处理,然后再向酒中加入适量的助剂 ,通过改变磁场强度来对葡萄酒进行处理。酒中的极性分子在磁场作用下，极性键能减弱，产生微量的h2o2-o ，促进氧化反应进程。新酒经处理后，酒度和干浸出物没有明显变化，总酸和总酯则呈上升趋势。 适当的磁场处理， 能明显改变葡萄酒的口感，使酒的陈香增加，刺激性减小，入口更为柔和，酒体变得更为饱满壮实，结构更为丰满。磁场催陈效果较好， 但是所需的设备庞大且造价高， 不利于中小型葡萄酒生产企业

29、使用。 磁场很少单独用于催陈处理， 更多的是与电场结合构成电磁场。 新天国际葡萄酒业有限公司就曾与华南理工大学联合开展了电磁场催陈葡萄酒的研究。（ 6）超高压催陈超高压处理在食品行业中是一项新兴技术,它属于一种纯物理的中低温加工技术,在不破坏食品营养成分的前提下 ,使食品中的部分成分发生不可逆的生化反应和一些组织结构的变化 ,从而改善食品的品质。葡萄酒陈酿过程中的物理变化主要是完成乙醇分子之间以及水分子和乙醇分子之间的缔合， 从而使酒的口感更为柔和协调。 在超高压作用下， 葡萄酒的体积由于压力的增大而减小， 酒中各分子之间的距离也因被压缩而减小，乙醇分子和水分子被重新排列。同时，超高压提供的能

30、量可以被各组分的分子基团吸收并转化为后续反应所需要的活化能，从而促进缔合反应的进行，加速葡萄酒的陈化。在超高压处理的整个过程中， 温度变化不大， 因此由温度变化所引起的热效应很小， 发生不利化学反应的可能性也较小。 超高压处理能破坏高分子的氢键、离子键， 而对共价键的影响较小，尤其是对小分子色素、维生素、氨基酸、多肽、果酸及香气成分几乎没有破坏作用，很适合用于葡萄酒的催陈处理。 目前西北农林科技大学李绍峰等人已经将超高压催陈技术应用于葡萄酒当中，并取得了良好的效果。（ 7）红外线催陈红外线是电磁波的一种， 介于可见光波和微波之间。 当用一定波长的红外线辐射新酒时， 不仅能因为温度升高而使分子运

31、动速度加快， 增加单位时间的碰撞次数， 更主要的是因为温度升高和能量增加， 会使一些原来非活化的分子因获得足够的能量而活化， 相应增加活化分子的百分数， 大大缩短新酒陈酿过程中物理和化学变化的时间， 从而加快酒的陈酿速度。红外线催陈，能够大大缩短葡萄酒的陈酿时间，而且该技术设备简单，造价低廉，操作方便，安全无污染，耗能少，不仅适合大型葡萄酒生产企业，也适合中小型葡萄酒生产企业。（ 8）声波催陈声波可以增强各类物质的分子活化能， 提高分子间的有效碰撞， 使酯 化、 缩合、 氧化还原等反应加速进行， 有利于形成酒的醇酯酿制香味。超声波还能够促进缔合作用，增强水、醇、醛、酸、酯等极性分子间的亲和力。

32、 这样不仅增强了乙醇分子和水分子之间的缔合度， 还能够形成更大且更稳固的极性分子缔合群。 因此适当地超声波处理能够加速葡萄酒的陈化，改善葡萄酒的品质和口感。（ 9） 丫射线催陈高能量的丫射线对酒中的某些化学键可以产生有力的碰撞，致使这些化学键断裂， 使某些大分子变成小分子或络合物， 以利于它们自行络合成新的分子。利用丫射线在常温下就能为水和乙醇的相互渗透提供活化能，使水分子不断解体成游离态氢氧根，同乙醇分子亲和，完成渗透过程。 用这种方法处理酒， 照射几秒钟就以使酒产生窖藏几年的效果，处理后的酒，香味有所增加，味比原酒醇和，从而达到催陈的目的。但是用丫射线催陈，必须建一个投资很大的钻辐射源，而

33、钻放射性的衰减周期短,使用照射剂量难以控制,容易造成环境污染和使处理酒的成本较高。（ 10）激光催陈用激光照射新酒 ,让酒液流动通过激光照射区或将酒液装在透光容器内 ,在照射过程中不断搅动容器内的酒液,使之得到均匀照射,照射激光功率和时间与酒的浓度及重量有关。 激光催陈可以使酒的香气增加鲜美度提高 ,柔和度改善,丰满度增进,氨基酸和总酯增加,提高酒的品质,催陈效果十分明显。（ 11）生物催陈向酒液中添加生物催陈增香剂（多为酶或植物水解蛋白）,通过所添加制剂中多种微生物的生物化学反应，使酒的苦味减轻、甜味增加，冲 辣味强的醛类、 杂醇油类等有害物质部分被还原或被酯化， 使酒不仅变得绵软，而且纯净

34、、爽口，实现了加速陈酿的目的。同时，因为增香剂中含有多种纯生物抑制或杀灭杂菌的成分 （这些成分尤其对细菌有很强的抑制作用） ， 所以采用这种方法还能够起到抑菌控酸的作用。（ 12）高压脉冲电场催陈高压脉冲电场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，对食品营养成分和色泽影响小，能克服食品加热处理或化学单元操作带来的不良影响等特点， 已经成为国际食品科技界最为活跃的研究领域之一。 高压脉冲电场处理过程能耗小，整个过程在常温下进行，处理后既能达到催陈的目的，又能保证葡萄酒的营养成分不被破坏，且处理时间短，设备简单，非常适合企业大规模生产使用。目前， 国内外尚无

35、利用高压脉冲电场技术催陈葡萄酒的相关报道， 本文将对这一领域进行初步探讨。6.1.1 葡萄酒自然陈酿的物理过程葡萄酒是由水、乙醇和一些高级醇、酯、醛、酸等成分组成，其中水乙醇的含量占 90%以上， 是葡萄酒中起主要作用的成分。 水分子和乙醇分都是极性分子， 水分子由氢键缔合成分子群， 因乙醇分子缔合度低，氢键易断裂， 断裂后重新复合的时间比水分子长（水分子氢键断裂复合时间6x10-23s,乙醇分子氢键断裂复合时间为 7x10-12s),所 以葡萄酒中乙醇的自分子较多。葡萄酒在贮存过程中，水分子与乙醇本身的分子群逐渐散开形成两者结合的新群，乙醇分子受到水分子束缚，因而刺激性减弱。乙醇和水分子都具

36、有极性基团一一羟基，由于氧的负电性较大，所以形特有的氢键，在氢键的作用下，葡萄酒中乙醇与水分子发生缔合现 象，其缔体如下所示： 水分子缔合：h0h。h0-h0h0iiiiihhhhh乙醇分子缔合：乙醇分子与水分子缔合：h0h0h0 h0 h0 i i i i ir h r hr对于乙醇和水分子的缔合作用一般都比较了解，但对葡萄酒中主要呈香质，如酸，酯，醛等的缔合作用则介绍得不多。其实，这些物质的缔合作用葡萄酒质量的影响是很大的。 举例来说，醛中的玻基是一个极性基团，碟基相对带负电，碳原子带正电，由于诱导效应的影响，醛基中的氢也带正电，是分子间发生较大的静电吸引作用， 这种作用虽 然较醇中氢键弱

37、一点，但它是可以促进缔合的。另外，醛在水溶液中 极易与水发生加成反应生成化合这一点也有助于缔合作用。对于酸，它除了含有羟基以外，还接有吸电子基一一玻基 ，这就使得谈基上的 氢（通常称为玻基氢）正电性增强，因此它们间的氢键作用远比醇中 的氢键作用要强。醛的缔合作用：厂。十酎khc = 0h c = 0hc = 0rr3酸的缔合作用：c 0h。 c = 0二+h0 匚o二rkr酯类物质由于无氢键，故不发生上述作用。但是它含有脂肪链，依据相相溶原理，在乙醇含量较高的区域，酯类能均匀分布在葡萄酒中。另外，酯在水中可以水解，这对酯的溶解和下一步的缔合作用是有一 定帮助的。在乙含量低的区域，随着乙醇含量的

38、下降，水比例的上升， 一些高级脂肪酸由于子量大，疏水性的脂肪链太长而容易析出， 影响 葡萄酒的外观质量，需要经处理才能使其恢复澄清透明。酯的水解作用：0r:十出。-当自然贮存时间足够长时，缔合体之间会发生调整，太大的分子团会逐变小，小分子团会逐渐变大，溶液中逐渐形成相对稳定的大分子缔 合体，各合体的总分子数及乙醇分子和水分子的组成比例基本一致， 立体空间结构也较类似，这种结构在力学角度比较稳定，在外界环境 较稳定时稳定存在于酒在葡萄酒陈酿老熟过程中， 氢键的缔合是一个 平衡过程，一旦平衡体建立表征氢键缔合的参数也就趋于一恒定值， 如再延长贮存期也不会增加其缔度。葡萄酒各分子间氢键缔合作用的 增

39、强，可以使酒的刺激性相应减少，口更为柔和。因此说在陈酿过程 中，乙醇水溶液氢键缔合度的增强对葡萄酒口的改善有很重要的作 用。6.1.2葡萄酒自然陈酿的化学过程在葡萄酒陈酿过程中，会发生一系列复杂的化学反应，其中主要有酯 反应、氧化还原反应、缩合与聚合反应，整个过程是葡萄酒升华的过 程，杂而又缓慢。葡萄酒经过陈酿，酒体澄清透明、香气悦人，同时 增加了稳性，这些变化都直接与上述化学反应密切相关。在陈酿过程 中，氧化和酯作用使葡萄酒中醇、醛、酸和酯等成分达到新的平衡， 其反应历程如下：醇氧化为醛：rch2oh rcho醛氧化为酸：rcho rcooh醇与酸酯化为酯：r oh + rcoohrcoor

40、醇与醛缩合为缩醛：r oh+rchorchor这种新的平衡是一种动态平衡，上述四个反应均是可逆反应.氧化氧化氧化醇:醛二酸三酯 还原还原还原6.1.2.1 氧化还原反应葡萄酒在贮存陈酿期间存在着氧化剂和还原剂，会发生一系列氧化还 反应，并且氧化作用是可逆的。葡萄酒的氧化还原电位是氧化程度的 一个指标，在氧化还原反应中起着重要作用。 氧化还原电位表示葡萄 酒氧化还原状态，若葡萄酒在 25 c以下电子对中还原态物质转变为 氧化态物质时，失的电子数为n,则电极电位可用能斯特方程式表示 为：eh=e+ （0.05921g氧化态/n还原态）式中eh表示氧化态和还原态在某一浓度时的电极电位；e表示标准电极

41、电位及氧化剂和还原剂的浓度为1mol时的电电位（25c下）氧化态表示氧化态的物质的量浓度还原态表示还原态的物质的量浓度葡萄酒的氧化还原电位与氧化剂和还原剂有关，并受离子浓度、酒的度和温度影响，如；开放式倒酒、强烈通风会使葡萄酒的氧化还原电 位升高相反，葡萄酒在密闭容器中无氧贮存，氧化还原电位则会下降。 成品酒瓶贮只有在电位降低的情况下才能增加其特有的芳香。所以，可通过氧化还原电的变化了解贮存过程中葡萄酒的质量。葡萄酒中含有一些容易被氧化的物质， 如单宁和色素等， 在陈酿过程会发生一定的变化。 红葡萄酒色泽受花色苷与单宁消长影响， 颜色组成由红变为橙红，最后变为砖红色，酒龄再长变为红褐色，并且新

42、酒的果香逐减弱，酒香更为柔和，新酒的粗糙感和苦涩味逐渐消失，口感变得圆润、厚。 红葡萄酒应适当氧化还原，保持葡萄品种特有的果香。葡萄酒经过长间的陈酿，原料中的优良物质全部溶入酒中，使葡萄酒既具有浓郁的果香诱人的醇香， 又具有柔顺的口感， 表现出优质酒的良好酒体与典型风格。5、陈酿（贮存）新蒸出来的酒是无色的， 口味也较粗糙， 按英国酒法对“英国纯洁酒精”的规定，至少要贮存3 年，一般为4-6 年，甚至有10 年以上的。威士忌的贮存期， 取决于原酒的成分， 通常， 硬谷类威士忌比纯麦芽威士忌口味轻，所以成熟期较短。贮存威士忌的橡木桶有 3 种容量：即 110 加仑桶（500l）；50-60加仑桶

43、（227-272l） ; 40加仑桶（172l）。橡木的木质孔径较大，空气可较容易地透入酒中， 进行缓慢氧化， 以改善威士忌的口味。 成熟的威士忌一般供应销售商进行勾调。 威士忌销售商很乐意用装过谐丽葡萄酒的橡木桶装威士忌， 使威士忌得到一定的甜味，并丰富了威士忌柔和谐调的风格，也强化了威士忌的熟度。伊果士潮湿、新鲜的空气，湿度变化较小的气候，对威士忌的陈酿很有利，酒精的挥发损失较小，使威士忌得以缓慢有规律地老熟。有的学者认为威士忌的老熟过程是氧化作用， 有人则认为除去酒的不快味是靠还原作用， 而促进香味协调才是氧化作用， 且还原速度大于氧化速度。 为了缩短威士忌的贮存期， 进行了种种人工老熟

44、的研究， 但生产中实际应用的还比较少， 原因是认为自然老熟的威士质量较好。（ 1）机械老熟法英国人发现威士忌在装船运送后，其成熟度明显增加，于是想采用振荡设备加速老熟。在43 摄氏度温度下振奋荡数月，促使橡木中的物质溶出，且加速醇与酸的成酯作用，这是最好的搅拌老熟法，曾获英国专利。（ 2）物理老熟法a、 将新酒在45-65 摄氏度用紫外线照射 48-170 小时。 或照射法与氧化法相结合， 即加入少量的过氧化氢、 苯甲酰的过氧化物或臭氧化合物。 然后用紫外 线照射。或在酒液中有氧的情况下，用氖灯光照射。b、在发酵液蒸储前加入活性炭，以去除不快气味。或在盛有威士忌的密闭容器中，加入活性炭，在空气

45、的存在下，经过10 小时后，再在35-38 摄氏搅拌30 天。( 3)还原法a 、将威士忌以气相与氢混合，通过镍作接触剂，进行氢化。大约每 1500加仑新酒需用 3 磅镍，即可使新酒变为较醇厚。b、氢化在液相中进行，即以柏为触媒，氢在酒液中吹泡，以除去不愉快气味。c、将白橡木放入马福炉，从外部加热至700摄氏度保持1-2分仲使成木炭，此木炭层中含有酒精的可溶物。将此木炭与已除去不快气味的新酒加温至60 摄氏度。( 4)氧化法这是人工老熟的主要方法，在工业上较有实用价值。a、 利用耐几个大气压的桶， 将待处理的酒流入桶内， 压缩空气从桶底进入，处理时间按具体要求而定。b、 将橡木片用氧或臭氧处理

46、后泡入酒中。 或用 1 个 50 瓦的臭氧发生器， 每小时处理 100l 酒，可提高酒的酯含量，降低醛类含量。c、使用受过高压电弧的空气处理新酒，这种空气内含有四氧化氮。d、将酒的蒸汽在150-180摄氏度下通过很细且分散的铜、锲等氧化物。1.2.4 葡萄酒中氧化还原现象新酿造的葡萄酒需经过陈酿，才能渐次达到最佳饮用质量 40 。这种陈酿过程包含了一系列物理化学变化。 其中， 葡萄酒中含量丰富的多酚、 有机物等在氧的作用下会发生一系列氧化还原反应， 促进葡萄酒颜色的稳定、 陈酿香气的形成， 改善葡萄酒香气、 减弱葡萄酒的涩感，增强酒体的结构感等， 如氧化生成的醌可与多酚聚合形成稳定的黄色色素脱

47、氢二儿茶素 -a(dehydrodicatechin-a) 。葡萄酒耗氧能力很大，据统计每升红葡萄酒每年可消耗约 40ml 氧。多酚在氧化反应中起着极为重要的作用， 能清除氧自由基， 引发一系列氧化反应，如咖啡酸( caffeic acid) 、儿茶素(catechin) 、表儿茶素( epicatechin) 、 没食子酸、 单宁等。 多酚被氧化后可依次形成半醌式自由基和醌类化合物。 葡萄酒中的溶解氧作为电子的最终受体， 可被依次还原为过氧化氢（h2o2）和水。过氧化氢以某些金属离子为催 化剂，可氧化葡萄酒中性质较稳定的有机化合物，如乙醇、酒石酸、 高级醇等。所以，为系统完整的解释葡萄酒中的

48、氧化现象，应当从多 酚的氧化，溶解氧的变化，金属阳离子的作用、有机化合物的氧化等 四个方面来详细探讨其机理。1.2.4.1 葡萄酒中的还原剂一一多酚1.2.4.1.1 黄酮类化合物葡萄酒中含有大量的还原性物质，如抗坏血酸、so2、黄酮类化合物、高级醇、酯类化合物等。其中抗坏血酸极易被氧化，在葡萄酒 酿造过程中已消耗殆尽，黄酮类化合物则是陈酿过程中的主要氧化底 物。黄酮类化合物以前主要是指基本母核为2-苯基色原酮（2-phenylchromone）的化合物，现在泛指2个苯环（a与b环）通过中央三碳链相互联结而成的一系列化合物,其骨架可用c6-c3-c6表示（图1-6）。33露荤墓色原朋结何式33

49、.c6qv8修培磨式图1-6黄酮类化合物的骨架fig 1-6 skeleton of flavonoid compound黄酮类化合物可根据c 环的结构分类，主要是以六元 c 环的氧化状况和 b 环所连接的位置不同为依据分为：黄酮及黄酮醇类，如芹菜素、槲皮素；双黄酮类，如银杏素；二氢黄酮及二氢黄酮醇类，如橙皮甙；查耳酮类，如红花甙；黄烷醇类，如儿茶素；花色素类，如飞燕草素；异黄酮类，如葛根素；其他黄酮类，如异芒果素。黄酮类化合物具有多个苯环和酚羟基结构， 苯环为疏水基团， 而酚羟基为亲水基团。1.2.4.1.2 酚-醌氧化还原体系对黄酮类化合物氧化机理研究表明，黄酮类化合物的活性中心是 b环，

50、而 a 环则不易被氧化。这是因为 b 环的羟基（ oh ）处于邻位，易形成分子内氢键和共振作用使苯氧自由基趋于稳定，而 a 环不具有上述机制，其稳定性差。为方便阐述其氧化机理，选取具有相同活性位点的邻苯二酚为例，且以邻苯二醌还原为邻苯二酚的过程为研究对象。其反应历程如图1-7 所示。酿被还原为酚，经历两个步骤。首先，酶（q）作为还原态得到一个电子后，形成半酿式自由基（q. ）,相应的质子化产物为qh.o qh.呈酸性，其离解常数pk = 5.0,可见在葡萄酒ph下，90%-99%的q以qh.形式存在。第二步，q.继续被还原，得到一个电子后形成了q2,其离解常数pk1和pk2分别为12.8和9.

51、45。可见，q2更易被质子化，绝大多数 均以qh2形式存在。在上述反应中，e01和e02 （e0为条件电位）分别为0.52v和1.06v。其总反应式为：q+2e-+h+=qh2,其中e0是 e01 和 e02 的算术平均数，即 e0(2e ) = 0.79v。danilewicz 列举了部分物质相应的离解常数和氧化还原条件电位。图1-7邻苯二酶的还原反应fig. 1-7reduction reaction of 1,2-benzoquinone (力口了 个空格)jovanovic等测定了部分多酚氧化为半酶式自由基的eh。氧化还原电位越低，则其电子对的还原态就具有较强的氧化能力，通过比较其氧化

52、电位可比较不同多酚的活性。另外，还可通过对结构的分析来判断 其活性。1.2.4.1.3 黄酮类化合物结构和活性的关系大量研究表明，b环是黄酮类物质的主要活性部位，而a环不易被氧 化。husain s.r.等(1987)选取众多黄酮类物质研究它们抗氧化、清除 自由基的能力。结果显示所选黄酮类化合物活性依次为：杨梅素 棚 皮素 鼠李素 桑色素 洋羌荽黄素 柚皮素 芹菜素 儿茶素5,7-二羟 基-3 4 5-三甲氧基黄酮 刺槐素 山奈酚。氧化活性与b环上羟 基数目直接相关，随b环上羟基数目的增加而增加。当 b环酚羟基 数目相同时，含邻二酚羟基的黄酮抗氧化活性明显优于b环含间二酚羟基的黄酮。张红雨选用生成热(4h of)作为衡量氧化活性的指标从理论上探讨了黄酮类化合物结构和活性之间的关系。 生成热是指黄酮类化合物形成半酿式自由基的生成热， h of越低说明自由基越稳定，相应 的黄酮类化合物的氧化活性越强。(1)邻位oh与间位oh的差别：榔皮素、儿茶素 b 环3或4 的ahof表明，形成氢键确能使半酶式自由基更稳定，另一方面，即使不形成分子内氢键，榔皮素、儿茶素 b环邻二酚羟基的ahof 仍较桑色素b环间二酚羟基的ahof低15kj mo