張苗苗，曹國珍，繆建順，李文建，陸 棟，*

（1.中國科學院近代物理研究所，甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學藥學院，甘肅蘭州 730000；3.西北師范大學生命科學學院，甘肅蘭州 730070；4.甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點實驗室，甘肅蘭州 730000）

物理方法在白蘭地和白酒催陳中的研究進展

張苗苗1，4，曹國珍1，2，繆建順1，3，李文建1，4，陸 棟1，4，*

（1.中國科學院近代物理研究所，甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學藥學院，甘肅蘭州 730000；3.西北師范大學生命科學學院，甘肅蘭州 730070；4.甘肅省微生物資源開發(fā)利用重點實驗室，甘肅蘭州 730000）

物理方法以其作用快速，無額外添加物等特點在白蘭地和白酒催陳中得到國內(nèi)外的一定認可，采用物理方法對白蘭地和白酒進行催陳，可以改善酒的口感和品質、縮短陳釀周期、提高企業(yè)效益。文中重點介紹了電場、超重力場、超聲波、微波等物理方法在白蘭地和白酒人工陳釀中的作用原理及應用優(yōu)缺點等方面的研究進展；對物理方法用于白蘭地和白酒催陳的作用機理作了總結，并展望了新方法的發(fā)展方向和應用前景。

白蘭地，白酒，物理方法，人工催陳

酒按照制造工藝和性質可分為蒸餾酒、發(fā)酵酒、配制酒3大類。蒸餾酒是指通過蒸餾發(fā)酵原酒或發(fā)酵醪以及酒醅等而得的高度蒸餾酒液，代表產(chǎn)品有法國的白蘭地及中國的白酒[1]。新釀造出的酒稱之為新酒，其口感和酒體較差，為了增加酒香味，使口味變得協(xié)調(diào)甘綿柔和，需在陶罐或橡木桶等特制容器中進行陳釀，白蘭地和白酒的陳釀老熟是提高其質量的重要技術措施，也是廠家生產(chǎn)中的重要組成部分。對白酒而言，出廠前需要貯存老熟1~3年[2]，而白蘭地至少需要2年以上[3]。老熟期的長短直接決定了酒類產(chǎn)品的市場占有率和生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟效益。因此，在保證質量的前提下，采用各種物理方法縮短酒的老熟期，成為各大生產(chǎn)廠家及酒類研究人員努力的目標。近年來，國內(nèi)外研究人員采用電場、加熱或冷凍、超高壓射流、超聲波[5-28]等物理方法對白蘭地、白酒進行催陳處理，并取得了一定成功。本文重點對近幾年國內(nèi)外用于白蘭地和白酒催陳的物理方法的作用機理及應用優(yōu)缺點等方面做一綜述，通過深入探討研究物理方法對白酒催陳的作用機理，進而為多種物理方法在酒類催陳方面的綜合應用提供參考和建議[4]。

1 白蘭地的物理催陳方法

1.1 電場催陳

外加電場加速了分子的運動速度和化學反應速度。電場提供能量，促使分子的電離，降低了反應所需的活化能，提高了分子間的有效碰撞率，加快了處于動態(tài)平衡的化學反應速率，加速了氧化還原、締合、水解等反應的進行，同時促進了橡木中酚類化合物的浸取與擴散[5]。

張斌及其團隊在電場催陳白蘭地方面展開了深入研究。在經(jīng)中度烘烤的5L和2L橡木桶兩端施加50kV的電壓，于15~20℃，65%~72%的濕度下每天處理12h，連續(xù)處理15個月，發(fā)現(xiàn)電場處理樣中酚類、酯類及β-苯乙醇等物質含量均高于同條件下的自然陳釀樣，而甲醇及雜醇油的含量低于自然陳釀樣，醛類和酸類物質的增幅也小于同期同容積的自然陳釀樣，說明了電場處理在促進橡木桶中酚類物質溶出，酯類物質合成的同時也能促進低沸點物質的揮發(fā)。與添加橡木粉、片、丁等傳統(tǒng)陳釀相比，電場處理樣中的單寧、總酚、易揮發(fā)酚類及香草醛、丁香醛、沒食子酸等的含量要高于同期對照樣[5-6]；并且，結合白蘭地萃取橡木中酚類化合物的動力模型可進一步證實電場在白蘭地萃取橡木酚類化合物過程中所起的促進作用[7]。通過張斌及其團隊的一系列研究，可以肯定的是電場用于白蘭地催陳具有一定的實用價值，并且實驗裝置成本較低，操作靈活，安全無污染，可以根據(jù)不同生產(chǎn)規(guī)模調(diào)整處理量，非常適合企業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)[6]，但是已有研究僅限于實驗室條件，研究對象及電場強度單一，處理時間較長（15個月），對各種酚類物質之間存在的內(nèi)在關系也未進行深入探討，所以將其用于實踐生產(chǎn)需綜合考慮多種因素，逐步實現(xiàn)從實驗室到中試再到工業(yè)生產(chǎn)的過渡。

1.2 加熱或冷凍催陳

加熱處理屬于低能量催陳法，由于外部提供的能量較低，不足以使酒中分子發(fā)生化學鍵的斷裂，但是提供的熱量可促使醛類、酯類等物質揮發(fā)；而冷凍等低溫處理在增加酒體穩(wěn)定性的同時，可除去酒中引發(fā)渾濁或沉淀的物質，改善酒類品質。如陳計巒采用加熱及短時間冷凍的方法對香梨白蘭地進行處理，得出熱處理及冷凍處理均可改變白蘭地中乙醛、乙縮醛、乙酸乙酯的物質含量，特別是加熱處理會造成酯類物質含量的降低，影響白蘭地口感。因此，選擇升降溫度的方法對白蘭地進行處理，需謹慎對待[8]。為了避免單純的升溫處理導致“回生”現(xiàn)象的發(fā)生，陳志炎等采用0~40℃及0~50℃交替變溫的方法對銀杏白蘭地進行了陳化處理，發(fā)現(xiàn)溫度的交替變化有利于橡木中單寧等物質的溶出和乙醇及低沸點醛類物質的揮發(fā)。通過對各項指標的對比分析后得出：0~ 40℃交替變溫的方法對銀杏白蘭地的陳化效果優(yōu)于0~50℃交替變溫及常溫陳化[9]，但是如果溫度控制不當，產(chǎn)生的熱效應會破壞白蘭地酒的香味成分，嚴重時可導致白蘭地酒色澤的劣變。相對于單一的加熱或者冷凍處理，溫度的交替變化有利于提高白蘭地酒的品質，但是這種方法能量損耗較大，并且無法在短時間內(nèi)完成溫度的交替，所以該方法不適合用于白蘭地的工業(yè)化催陳。

2 白酒的物理催陳方法

2.1 超重力旋轉填料床催陳

超重力旋轉填料床技術是一種新型強化傳遞過程的技術，通過高速旋轉的床體產(chǎn)生強大的離心力場模擬超重力環(huán)境，使氣-液、液-液和液-固2相在超重力環(huán)境下的多孔介質或孔道中流動接觸，巨大的剪切力將液體撕裂成微米至納米級的液膜、液絲和液滴，微管混合和傳質過程得到極大強化[10]。喬華及其團隊借助超重力旋轉填料床的作用特點，將新釀汾酒引入到自主研制的多級霧化超重力旋轉白酒催陳裝置中（圖1），通過正交實驗得出超重力旋轉床對新釀汾酒的最佳催陳條件是：酒液流速80L/h，酒溫45℃，氣體流速900L/h。在此條件下，處理過的新酒與自然陳釀兩年的酒在口感評價上一致，并且只需對旋轉床的工藝參數(shù)進行改進，該技術就可用于各種酒類產(chǎn)品的催陳，基于此技術申請的發(fā)明專利已獲授權[11-13]。超重力旋轉填料床技術作為一種強化的傳質技術，處理過程充分考慮了白酒陳化過程中的氧化還原反應，并且整個過程在可控條件下進行，能耗小的同時又能保證白酒的香氣成分無不良揮發(fā)，處理時間短，設備簡單成熟易于推廣使用。

圖1 白酒超重力旋轉催陳裝置Fig.1 High-gravity field setup on liquor aging

2.2 超高壓射流催陳

超高壓射流技術的基本工作原理是將普通的水或其他需處理的液體過濾，然后通過特定的轉能裝置（高壓泵或增壓器），把機械能轉換成壓力能，再將壓力能轉變成動能，從而形成高速射流[14]，整個能量轉換過程中，增壓器是形成液體能量聚集的關鍵，噴嘴則是射流形成的關鍵[15]。

陳波等基于超高壓水射流瞬間卸壓技術開發(fā)出一 套 酒 精飲 料催 陳 系 統(tǒng) ，該 系 統(tǒng) 設 備 如 圖2所 示[16]。白酒通過該系統(tǒng)時極性分子間的親合力和締合度增加，形成大且牢固的極性分子締合群，降低了乙醇等分子的活度，使白酒口感變的綿軟柔和。

近年來，西南交通大學的研究人員采用超高壓水射流技術對白酒進行催陳處理，并對其催陳效果做了廣泛及深入的研究。2010年樊迪等采用常壓（0.1MPa）至350MPa超高壓水射流對新酒進行催陳，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的升高，白酒中總酸、雜醇油、總酯的含量 分 別 呈 上 升 、降 低 、降 低 的 趨 勢[17]，經(jīng) 專 業(yè) 人 員評價350MPa超高壓處理的白酒放置3個月后，口感相當于自然老熟12個月以上的白酒；250MPa處理的白酒放置6個月后，口感相當于自然老熟2年以上的白酒[18]。2011年劉睿穎等采用同樣的技術對白酒進行 處 理 ，得 到 的 結 論 與 樊 迪 等 的 研 究 結 果 一 致[19]。2012年黃義娜等利用此技術處理濃香和醬香兩種白酒，通過氣相色譜檢測后發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的升高，濃香型白酒中己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯的含量呈上升趨勢，乳酸乙酯的含量呈下降趨勢，醬香型白酒中的丁酸乙酯、乙酸乙酯的含量呈上升趨勢，其他兩種酯類呈下降趨勢，綜合氣相色譜檢測結果和專家品評，得出經(jīng)超高壓射流催陳后的白酒風味和口感優(yōu)于新酒[20]。同年申圣丹等通過超高壓射流對新釀白酒進行了50~300MPa間6個層次的壓力處理，以總酸、電導率、異戊醇/異丁醇、四大酯為指標與常壓下的新酒進行對比，得出隨著壓力的升高，各指標的變化趨勢與自然陳釀一致的結論[21]。超高壓射流作為一種成熟的技術用于白酒催陳，其設備穩(wěn)定，操作簡單，只需一兩個人就能完成整個過程，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)和間歇式生產(chǎn)的轉變，處理量可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模自由調(diào)整，實施成本及勞動成本較低，是一種理想的白酒催陳方法，并且其適用范圍較廣，在工業(yè)生產(chǎn)中可用于新酒及不同香型白酒的人工催陳。

2.3 超聲波催陳

超聲波增加各類物質分子活化能[22]的同時還可增加水、醇、醛、酸、酯等極性分子間的親和力，增強乙醇和水分子的締合度，形成大且牢固的極性分子締合群[23]。另外，超聲波可增加分子動能，加速硫化氫、乙醛等低沸點成分的揮發(fā)，使其逸出酒外[24]。向英等采用低頻超聲對豉香型白酒進行處理，經(jīng)氣相色譜檢測幾種主要酸類、酯類及雜醇油后發(fā)現(xiàn)，超聲處理樣的酒度降低、酸度上升、總酯含量上升、雜醇油含量下降。與自然陳釀相比，適當條件下的超聲處理能加速新酒陳化，提高產(chǎn)品質量，但最佳處理條件及控制方法還有待探索[25]。曹志新等[26]采用20kHz的超聲波對濃香型白酒處理后發(fā)現(xiàn)，當處理時間為60min時，白酒的感官指標最高，并提出超聲處理除了改變白酒的度數(shù)、總酸、總酯、甲醇和雜醇油的含量外，還加速了白酒中硫醇、氨等低沸點成分的揮發(fā)。望開慶等[27]發(fā)明了一種利用超聲波促進白酒陳化的裝置，實驗裝置如圖3所示。利用該裝置處理一般酒類10min相當于縮短一年的陳化時間。徐志軍等[28]公開了一種促進白酒陳化老熟的超聲鹽霧化方法，其實驗流程如圖4所示，該方法綜合應用了超聲霧化技術與多孔材料，可一次性完成對新出基酒的去濁、陳化老熟和增香。以上研究均表明適當?shù)某曁幚砜杉铀侔拙频年惢饔?，改善白酒品質，并且超聲陳化技術操作簡單，生產(chǎn)成本低，可行性強。但是現(xiàn)階段對超聲陳化處理白酒后的回生現(xiàn)象及酒樣穩(wěn)定性測試的研究相對較少，缺乏對酒體中易氧化物變化的檢測及分析。因此，只有解決了以上各種問題后，才能使其在白酒催陳中得到廣泛及良好的應用。

圖3 超聲波白酒陳化裝置Fig.3 Ultrasonic setup on liquor aging

圖4 超聲鹽霧化催陳白酒技術路線Fig.4 Ultrasonic salt atomization of technical route on liquor aging

2.4 高電壓脈沖電場催陳

高電壓脈沖電場是把液態(tài)食品作為電解質置于容器內(nèi)，與容器絕緣的兩個放電電極通過高壓電流，產(chǎn)生電場進行作用的加工方法[29]。將引入的電場作為能量，加速酒中的氧化和酯化反應，使醇類物質和雜味物質減少，酸、酯和醛類物質適量增加，改善白酒品質[30]。赫桂丹采用自行設計的高電壓脈沖電場裝置對白酒進行催陳研究，確定了脈沖數(shù)=50，場強= 29.17kV/cm，助劑碳酸鈉濃度=667ppm為高電壓脈沖電場催陳白酒的最佳工藝參數(shù)。通過對催陳樣感官品質的分析，證實了此參數(shù)下催陳的白酒化學指標和口感上都達到了自然陳釀6年白酒的水平[30]，表明高電壓脈沖電場是一種有效的白酒催陳方法。但是高電壓脈沖電場處理白酒的效果與氧化及酯化反應直接相關，而這些反應不是一蹴而就的，電離過程復雜多變，還包含了部分可逆反應，并且此研究是首次將高電壓脈沖電場用于白酒催陳，故在后續(xù)的研究中還需開展多種酒樣的大樣本實驗才能擴展高電壓脈沖電場在酒類催陳中的使用范圍。

2.5 紅外線催陳

紅外輻射產(chǎn)生的能量能使白酒的溫度升高，白酒中分子的運動速度加快，單位時間內(nèi)的碰撞次數(shù)增加，更主要的是溫度和能量的升高會增加活化分子的比例，加快化學反應進程，所以采用紅外線處理白酒，適當提高老熟期的溫度，有利于新酒的陳釀[31]。裴沛在建立人工紅外催陳白酒的理論基礎上自行設計了人工紅外催陳白酒的裝置，在此裝置上對洮兒河，洮南香和榆樹錢三種白酒進行了紅外處理，以其理化指標作為主要參數(shù)與成品白酒進行對比，印證了 紅 外 線 處 理 在 促 進 白 酒 老 熟 方 面 具 有 可 行 性[32]。基于紅外線的加熱作用，采用此方法對白酒催陳時需進行適當攪拌以避免因溫度過高而造成白酒中香味物質的揮發(fā)，影響白酒品質。故紅外線催陳白酒的方法更適用于實驗室研究，如要將其用于大生產(chǎn)還需對催陳設備進行改良，進一步探討紅外線處理對白酒催陳效果的影響。

2.6 電子束輻照催陳

電子束輻照的原理是由電子加速器產(chǎn)生的高能電子束射線間接使水和小分子物質輻解，產(chǎn)生-H、-OH等活性自由基，擴散出來的自由基通過自由基-自由基、自由基-分子反應生成新的物質或者消失，使 體 系 重 建 熱 力 學 平 衡[33]，經(jīng) 過 電 子 束 輻 射 后 水 分子會發(fā)生如下化學反應：

H2O→·OH（2.8）+e-aq（2.7）+H·（0.6）+H+（3.2）+ H2O2（0.7）+OH-aq（0.5）+H2（0.45）[34]，·OH 具 有 強 氧 化性，e-aq具有強還原性，它們可促進白酒中的氧化還原反應。以瀘州老窖1573白酒為研究對象，采用能量為1.5MeV的電子束對其進行輻照處理，通過輻照前后白酒紫外吸收光譜及物質含量的變化，證實了經(jīng)電子束輻照后1573白酒中酯類、酸類等物質含量的變化和白酒自然陳釀過程中的變化趨勢基本一致，推測電子束對1573白酒有一定的催陳作用[35]。目前而言，電子束用于白酒輻照催陳屬于現(xiàn)有技術的創(chuàng)新應用，如果輻照劑量過大，產(chǎn)生的新物質會對白酒口感及品質造成不良影響，故采用電子束輻照催陳白酒需經(jīng)大量的實驗驗證，在確定最佳輻照條件后才能投入工業(yè)生產(chǎn)。

2.7 其他催陳方法

邱 重 晏 等[36]以 總 酸 、總 酯 和 乙 酸 乙 酯 為 考 量 指標，對比了微波、超聲波、紫外和陶瓷粒對清香型白酒的處理效果，得出采用2450MHz微波結合陶瓷粒的復合方式處理清香型白酒5min時，催陳效果最佳，同時此研究結果也為其他香型白酒的物理催陳提供了實驗依據(jù)。韓興林等[37]采用高溫、超聲、紫外、激光對清香型原酒進行催陳處理后結合氣相色譜法測定了處理樣的微量成分，研究結果表明，紫外和激光提高了酒體的氧化速度，乙醛含量上升；而高溫則加速了反應的進行，酯類與高級醇的含量有所下降，超聲處理對原酒基本沒有的影響，由此可見并非所有的物理方法都可用于白酒催陳。張超仁[38]基于高、低頻超聲波、紫外線光、恒磁磁化器等綜合工藝手段，設計了一套可以起到“排雜”、“增香”和改善新酒口味的白酒催陳設備，該設備可促進新酒的早熟，提高新酒質量。采用該設備對白酒進行處理，只需十幾分鐘，可使陳釀過程縮短1年半至2年。

3 白蘭地和白酒物理催陳方法的比較

白蘭地和白酒均屬于蒸餾酒，采用物理方法對其進行催陳處理，可改善酒的品質，目前對這兩種酒的物理催陳研究以國內(nèi)居多。以電場催陳白蘭地和白酒為例進行比較分析可見，電場作用于白蘭地可促進白蘭地對橡木桶中酚類化合物的萃取及加速自身的氧化、酯化作用，衡量其老熟的指標以酚類及醛類物質為主，顏色變化為輔[5-6]，目前的處理對象及作用場強較為單一，研究僅限于實驗室階段。以高電壓脈沖電場對白酒進行催陳可加速白酒中的氧化、酯化反應，同時能促進白酒中醇類和雜味物質的揮發(fā)，改善白酒品質，衡量其老熟的指標則以酸、酯、醛、醇類為主，與電場催陳白蘭地一樣，高電壓脈沖電場催陳白酒的方法目前也是處于實驗室開發(fā)階段。白酒的物理催陳方法具有多樣性，超聲波、紅外線、電子束等方法均可用于白酒催陳。除此之外，衡量白酒催陳樣老熟的指標除了酸、酯、醛、醇外，在有自然陳釀樣作對照的情況下，人工品評也可作為衡量催陳效果的另一重要指標。

4 結論與展望

采用物理方法對白蘭地和白酒進行陳化處理主要是指由外界設施提供能量作用于酒中各類物質分子上，通過一系列物理化學變化，加快酒的老熟速度，使其在短時間內(nèi)具有酒長時間貯存后自然老熟的風味。

對白蘭地而言，物理方法催陳可促進白蘭地的氧化作用，加快橡木中酚類物質的汲取與擴散，醛類物質的羧化，單寧、纖維素、半纖維素等物質的溶解、水解及締合，這些反應都賦予了白蘭地金黃透明的色澤，明顯的橡木香和更加細膩、芳醇的口感[5]。對白酒而言，物理方法催陳增強了極性分子間的親合力和各類物質分子的活化能，可提高分子間的有效碰撞率及加速低沸點成分的揮發(fā)。大部分的物理方法都是基于以上原理對白蘭地和白酒進行催陳，并且取得了良好的效果，但是隨著新酒質量的提高，這些方法在研究與應用中的催陳效果逐漸降低。例如加熱或冷凍催陳，紅外線催陳屬于低能量催陳，在催陳過程中，如果條件把握不當，將失去部分易揮發(fā)的香味 成 分[23]，并 且 催 陳 過 程 中 酒 中 物 質 分 子 獲 得 的 能量較低，容易出現(xiàn)“反生”現(xiàn)象。而像電場、超聲波、電子束等屬于高能量催陳方法，它們在快速改善酒口感的同時，容易生成預期外的新物質，并且同一催陳方法對不同酒的催陳效果各異，一定程度上限制了這些方法的推廣應用[39]。所以在優(yōu)化各類物理催陳方法的同時，組合利用各種方法的特點以彌補單獨催陳過程中出現(xiàn)的不足，對酒的人工催陳具有促進作用。在眾多物理方法中，電子束作為一種新的催陳方法是最為簡便，也最容易控制的一種技術手段[40]，目前為止，該技術用于酒類催陳還處于研究探索階段，在掌握最佳催陳條件的情況下開展多種酒類催陳實驗，才能早日將其用于酒類催陳的大規(guī)模生產(chǎn)。

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Research progress in artificial aging of brandy and Chinese liquor with physical methods

ZHANG Miao-miao1，4，CAO Guo-zhen1，2，MIAO Jian-shun1，3，LI Wen-jian1，4，LU Dong1，4，*
（1.Institute of Modern Physics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；2.School of Pharmacy，Lanzhou University，Lanzhou730000，China；3.College of Life Science，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China；4.Key Laboratory of Microbial Resources Exploition and Application，Lanzhou 730070，China）

Physical methods are widely used for artificial aging of brandy and Chinese liquor due to the celerity and no additional additives.Physical methods could improve the taste and quality of brandy and Chinese liquor，shorten aging period，and improve enterprise benefit.We focused on research progress about mechanisms as well as the advantages and disadvantages of physical methods ， such as electric field ，high-gravity field ，ultrasound and electron beam which were applied for artificial aging of brandy and Chinese liquor.We summarized the mechanisms of these physical methods as well as development and future prospect of new methods.

brandy；Chinese liquor；physical methods；artificial aging

TS262.6

A

1002-0306（2014）22-0392-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.22.077

2014－02－27

張苗苗（1986-），女，碩士研究生，研究實習員，主要從事食品輻照與質量安全控制方面的研究。

* 通訊作者：陸棟（1979-），男，副研究員，主要從事輻射生物學方面的研究工作。

中國科學院西部之光人才培養(yǎng)計劃項目（Y306010XB0）。