无醇‘赤霞珠’红葡萄酒工艺条件的优化

陈方圆，何曦，郑明鹏，李亚军，张军翔

（1. 宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2. 宁夏大学食品与葡萄酒学院/葡萄与葡萄酒教育部工程研究中心，宁夏银川 750021）

近些年，随着社会发展与人民生活水平的不断提高，更加健康的饮食方式倍受关注，无醇葡萄酒（Non-alcohol wines）逐渐被消费者所接受。无醇葡萄酒又称脱醇葡萄酒[1]。脱醇葡萄酒是指用鲜葡萄或葡萄汁经全部或部分发酵，采用特种工艺加工而成的酒精度为0.5%～1.0%的葡萄酒[2]。目前，我国已有无醇啤酒[3]、无醇椰枣酒[4]等产品，深受年轻人、妇女、老人及一些特殊人群的喜爱。试验证明，经生产工艺的改善和脱醇设备的升级、香气物质回收等方式的建立，使无醇葡萄酒品质得到大幅度提高[5]。

脱醇技术是生产无醇产品的关键，根据其机理可分为物理脱醇法与限制发酵法[6]。采用不同脱醇技术所获得的产品，其酒体的和谐性与圆润感会有所不同[7]。物理脱醇法是利用脱醇设备或工艺改良将乙醇从葡萄酒中分离出来，包括热处理法、膜渗透法、萃取法和吸附法等。热处理法包括旋转锥柱、分子蒸馏法和真空蒸馏法；萃取法包括有机溶剂萃取法[8]和超临界萃取法[9]；吸附法是利用苯乙烯多孔树脂等对乙醇进行吸附，仅适用于实验室[10]；膜渗透法有反渗透膜法和渗透汽化法。分子蒸馏装置由进料系统、蒸发系统、冷凝系统、真空系统等组成[11]，与旋转锥柱法一样成本较高，不适合大规模生产；真空蒸馏是在真空或减压条件下进行，设定蒸馏温度、蒸馏时间等参数，将含有不同挥发性物质的混合物沸腾，冷凝后分离过多的乙醇[12]。孙尤海等[13]利用真空蒸馏设备降低蒸馏温度，缩短蒸馏时间，能够有效改善脱醇葡萄酒的品质；旋转锥柱在真空条件下通过蒸汽提取酒液中的乙醇，有效回收挥发性成分[14]。

冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液平衡原理，设置溶液冰点温度，水以固态方式从溶液中去除的一种浓缩方法[15]。张春娅等[16]通过对干白葡萄酒进行冷冻浓缩试验，发现酒精和糖可进行浓缩分离，改善了干白葡萄酒的品质。孙卉卉等[17]采用改装的冷冻浓缩装置，证明冷冻浓缩是一种较好地保持葡萄汁品质、香气和营养成分的方法。苏本义[18]通过设定葡萄酒冷冻浓缩冰点温度，经真空蒸馏对葡萄原酒进行脱醇，最大限度保持葡萄原酒风味、色泽与口感。通过冷冻除去葡萄酒中的部分水分，经蒸馏脱去酒液中的乙醇，使挥发性香气组分损失减小[19]。

本试验以‘赤霞珠’干红葡萄酒为原料，采用冷冻浓缩和真空蒸馏法相结合的方法进行脱醇，设定冷冻浓缩、旋蒸时间、旋蒸温度参数梯度，筛选出最佳的脱醇技术参数，为无醇红葡萄酒生产工艺提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘赤霞珠’干红葡萄酒（酒度15.6% Vol，下同）：宁夏大学食品与葡萄酒学院；氢氧化钠和碘：天津市大茂化学试剂厂；葡萄糖：天津市科密欧化学试剂有限公司；硫酸铜、无水碳酸钠、次甲基蓝、酚酞、亚硫酸氢钠：上海广诺化学科技有限公司；盐酸：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

恒温水浴锅（HH-4）：苏州威尔实验用品有限公司；全自动葡萄酒分析仪（Y15）：北京君恒贸易有限公司；双光束紫外分光光度计（TU-1901）：北京普析通用仪器有限公司；电子分析天平（ME104E）：梅特勒-托利多仪器有限公司；旋转蒸发仪（EV400）、真空泵（VP2C）、循环水冷却器H50：北京莱伯泰科仪器股份有限公司；冰箱（BCD-190WDGC）；青岛海尔股份有限公司。

1.3 工艺流程

‘赤霞珠’干红葡萄酒→冷冻浓缩处理→固液分离→真空蒸馏脱醇→脱醇酒→贮存→调配→过滤→灌装→包装→无醇葡萄酒成品

1.4 主要试验步骤

1.4.1 冷冻浓缩

每处理取酒样1 L，放入-18 ℃冷冻柜内进行处理，冷冻2～4 h后，将其中的冰晶与浓缩液进行固液分离得到浓缩酒，完成葡萄酒冷冻浓缩处理。

冷冻浓缩率的计算：Rc（%）=Di/Db×100

式中：Rc指冷冻浓缩率；Db指葡萄酒冷冻前的体积；Di指冷冻后水的体积。

1.4.2 真空蒸馏

将冷凝装置接通并降温到5 ℃，同时开启水浴锅，设定不同温度。从冷冻固液分离后的酒液中取300 mL加入茄形瓶内（保持15～20 ℃），设置旋蒸仪转速，启动旋蒸仪，接通真空泵，关闭旋转冷凝回流管顶塞进行脱醇处理。

1.4.3 酒精度检测

按照《葡萄酒、果酒通用分析方法》(GB/T 15038—2006)。

1.4.4 澄清、过滤

1.4.5 脱醇率的计算

Rd（%）=(Ab－Al)/Ab×100

式中：Rd指脱醇率；Ab指脱醇前酒度；Al指脱醇后酒度。

1.5 试验设计

采用单因素试验设计：在无醇葡萄酒生产过程中，探究原酒的冷冻浓缩率、真空蒸馏过程中旋蒸时间、旋蒸温度3个因素对葡萄酒脱醇效果的影响。

1.5.1 冷冻浓缩对葡萄酒脱醇的影响

冷冻浓缩率即冷冻后水体积占原酒总体积的百分比，设置冷冻浓缩率为0、10%、15%、20%、25%、30%。在固定真空蒸馏旋蒸温度35 ℃、旋蒸时间45 min条件下，进行单因素试验，考察冷冻浓缩对葡萄酒脱醇的影响。

1.5.2 真空蒸馏法旋蒸时间对葡萄酒脱醇的影响

有试验发现，在固定真空度0.005 MPa条件下，因旋蒸时间过长，会对酒的香气与口感造成不良影响[20]，故所有处理蒸馏时间最长设置为45 min。在固定冷冻浓缩率25%、旋蒸温度35 ℃下，设置旋蒸时间水平（25、30、35、40、45 min），进行单因素试验，考察旋蒸时间对葡萄酒脱醇的影响。

1.5.3 真空蒸馏法旋蒸温度对葡萄酒脱醇的影响

在固定冷冻浓缩率25%、旋蒸时间45 min下，设置旋蒸温度水平（20、25、30、35、40 ℃），进行单因素试验，探究旋蒸温度对葡萄酒脱醇的影响。

1.5.4 无醇葡萄酒工艺优化试验设计

在单因素试验基础上得出冷冻浓缩率、旋蒸时间、旋蒸温度3因素3水平进行工艺优化脱醇试验，具体因素水平见表1。通过以上研究结果得到红葡萄酒在冷冻浓缩率、旋蒸时间、旋蒸温度方面的最佳脱醇工艺条件。

表1 工艺优化脱醇试验因素水平表Table 1 Factor level of dealcoholization orthocross test

1.6 检测指标及方法

1.6.1 感官评价方法

感官品评小组由宁夏大学食品与葡萄酒专业的博士、硕士研究生与葡萄酒学院大四学生（其中男生7人，女生8人，年龄均在20～28岁）组成，在标准品酒室（ISO 8589—1998）使用标准品酒杯（ISO 3591—1997），以盲品的方式进行评鉴。感官品评采取百分制，外观20分、香气30分、口感40分、澄清度10分[1]，评分依据见表2。

表2 无醇葡萄酒感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria for non-alcohol wines

1.6.2 理化指标

按照《葡萄酒、果酒通用分析方法》(GB/T 15038—2006)，对葡萄酒总酸、总糖等基本理化指标进行测定，采用贝塔·史密斯法[21]测总单宁。

色度的测定：分别测定葡萄酒在420、520、620 nm波长下的吸光值，3个波长的吸光值之和即为葡萄酒色度。色调的测定：葡萄酒色调为葡萄酒在420 nm和520 nm波长下吸光值之商。

1.7 数据处理

采用Microsoft Office 2019对试验数据进行统计分析，使用Origin 2019软件绘制折线图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 冷冻浓缩率对葡萄酒脱醇的影响

由图1可知，在固定真空蒸馏旋蒸温度35 ℃、旋蒸时间45 min时，随着冷冻浓缩率逐渐升高，酒精度越来越低。只经过真空蒸馏，不冷冻浓缩时酒精度为4.47%，脱醇率为72.44%。当冷冻浓缩率为30%时，酒精度最低为0.13%；冷冻浓缩率为25%时，达到无醇酒精度要求（0.5%～1%）。因此，选择冷冻浓缩率20%、25%、30%，酒精度分别为1.87%、0.50%、0.13%，脱醇率分别为87.82%、96.79%、99.36%时，进行工艺优化脱醇试验。

图1 冷冻浓缩率对酒精度的影响Figure 1 Influence of different freeze concentration rate on alcohol content

2.1.2 真空蒸馏法旋蒸时间对葡萄酒脱醇的影响

由图2可知，随着旋蒸时间的延长，酒精度越低；当旋蒸时间为45 min，酒精度达到无醇葡萄酒酒精度要求（0.5%～1%）。因此选择选择旋蒸时间35、40、45 min，酒精度分别为1.80%、1.37%、0.3%，其脱醇率分别为88.46%、91.67%、98.08%。进行工艺优化脱醇试验。

图2 旋蒸时间对酒精度的影响Figure 2 Effect of rotary evaporation time on alcohol content

2.1.3 真空蒸馏旋蒸温度对脱醇的影响

由图3可知随着旋蒸温度的升高，脱醇效果越好，当旋蒸温度为30、35、40 ℃时，酒精度均低于2%。因此选择30、35、40 ℃，酒精度分别为1.87%、0.57%、0.27%，脱醇率分别为87.82%、96.79%、98.08%时进行工艺优化脱醇试验。

2.2 旋蒸温度与旋蒸时间交互作用的脱醇效果分析

由表3可知，当冷冻浓缩率20%、旋蒸时间35 min时，温度30 ℃时酒精度降低到4.63%，脱醇率为67.26%；温度40 ℃时酒精度降低到1.43%，脱醇率为89.87%，未达到无醇效果，说明35 min旋蒸时间太短，乙醇不能被有效的脱除。当蒸馏时间40 min、温度30 ℃时，酒精度降低到4%，脱醇率为71.73%，未达到无醇效果，旋蒸温度40 ℃时，酒精度降低到0.7%，脱醇率达95.05%，达到无醇效果。当旋蒸温度为40 ℃，旋蒸时间40、45 min，脱醇率为95.05%、98.35%，酒精度均达到无醇效果，故蒸馏时间相同时，蒸馏温度越高，脱醇效率越好。

表3 不同冷冻浓缩率下真空蒸馏脱醇效果Table 3 Dealcoholization effect of vacuum distillation under different freeze concentration rates

当冷冻浓缩率25%时，分析不同温度和时间条件下的脱醇效果。在旋蒸时间40 min，温度35 ℃时酒精度降低到1.4%，脱醇率90.11%，未达到无醇效果；当温度在40 ℃时酒精度降低到0.37%，脱醇率为97.41%，达到无醇效果。当旋蒸时间45 min时，旋蒸温度35、40 ℃，脱醇率均为97.4%，达到无醇效果。

当冷冻浓缩率30%，分析不同温度和时间条件下的脱醇效果。在旋蒸温度35 ℃、时间45 min时，脱醇率为96.70%，以及旋蒸温度为40 ℃，旋蒸时间35、40、45 min，脱醇率分别为95.05%、97.41%、97.41%均达到无醇效果。

2.3 工艺优化条件对‘赤霞珠’葡萄酒品质的影响

2.3.1 工艺优化条件对葡萄酒感官品质的影响

根据以上试验结果，筛选出9组无醇葡萄酒工艺优化的脱醇参数，不同参数处理下产品的感官品评结果见表4。当旋蒸温度40 ℃时，旋蒸时间35 min的产品感官评分均高于其他时间处理；当旋蒸温度35 ℃、旋蒸时间45 min、冷冻浓缩率为25%时感官评分最高为88分，为本研究中最佳真空蒸馏脱醇工艺参数。

表4 无醇红葡萄酒工艺优化脱醇感官品评结果Table 4 Sensory evaluation results of dealcoholization process optimization for alcohol-free red wine

2.3.2 脱醇工艺优化对‘赤霞珠’葡萄酒理化指标的影响

由表4结果可知，干红葡萄酒经真空蒸馏工艺优化得到无醇葡萄酒最佳脱醇参数为冷冻浓缩率25%，旋蒸温度35 ℃，旋蒸时间45 min。将在此条件下获得的无醇红葡萄酒与干红葡萄原酒对比，得出各理化指标的变化。由表5可知，总酸增幅大于总糖，而经无醇红葡萄酒工艺优化得到的无醇葡萄酒总酸、总糖显著高于葡萄原酒，一定程度上会缓解无醇葡萄酒糖酸不平衡、口感粗糙的问题。无醇葡萄酒游离SO2低于原酒，而总单宁、总花色苷含量以及色度、色调均高于原酒。

表5 不同处理条件下葡萄酒理化指标Table 5 Physicochemical indexes of wine under different treatments

3 结论与讨论

随着科技的发展和技术的进步，脱醇技术逐渐被开发并应用于无醇葡萄酒的生产。物理脱醇真空蒸馏法（又称减压蒸馏）在负压条件下进行蒸馏操作，负压条件降低了物质的沸点，使得在较低的温度下蒸馏出产品[22]。齐晓琴等[23]通过真空蒸馏设备对半甜型红葡萄酒进行脱醇研究，发现脱醇后的葡萄酒色度、总酸、总糖等均有一定程度的上升，与本研究结果相似。这是因为在真空蒸馏过程中，随着水分从葡萄酒液体中蒸发，导致脱醇后酒液浓度增加。但也有利用真空蒸馏得到的果酒口感下降的情况，需要通过添加调味剂进行口感改良。如刘向阳等[24]经真空蒸馏制备零度蓝莓果酒时，需通过添加芒果和葡萄汁调配口感；王苏辉[25]以‘玫瑰香’葡萄为原料，采用真空蒸馏去除乙醇，脱醇后添加软化水和浓缩葡萄汁改善口感。本研究通过对真空蒸馏法的工艺进行优化，在未添加任何辅料的前提下，提升了脱醇葡萄酒的口感，解决了因真空蒸馏而使风味物质消失的问题。

本研究以‘赤霞珠’干红葡萄酒为原料，脱醇效果及感官评分为指标，对冷冻浓缩、旋蒸时间、旋蒸温度这三个因素进行单因素和复合因素的工艺优化试验，得到冷冻浓缩率25%、旋蒸时间45 min、旋蒸温度35 ℃为最佳脱醇工艺参数。通过对真空蒸馏法进行工艺优化，未添加任何辅料，使口感得到一定程度的提升，并将温度及时间参数相对缩短。工艺优化后的无醇酒总糖、总酸、色度等理化指标均为增长趋势。此工艺为生产优质无醇葡萄酒提供了新的工艺方法，对丰富葡萄酒类产品具有重要意义。