微波輻照對(duì)低度白酒黏度的影響

吳 昊，鄧 波，張家潤(rùn)，宋 川，華 偉，雷翔云

(1.四川大學(xué)電子信息學(xué)院，四川成都 610065；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州646000)

為了解釋白酒通過(guò)自然貯存能夠改善口感這一現(xiàn)象，多年來(lái)的白酒陳化研究出現(xiàn)了“締合說(shuō)”“酯化說(shuō)”“氧化說(shuō)”“溶出說(shuō)”“揮發(fā)說(shuō)”等多種假說(shuō)[1]，促進(jìn)了人工酒類催陳的研究。其中“締合說(shuō)”認(rèn)為，白酒內(nèi)的分子通過(guò)締合作用可以形成較穩(wěn)定的締合體結(jié)構(gòu)，從而降低了酒體的刺激作用[2]。

在氫鍵締合行為的研究中，吳繼紅[3]對(duì)多肽展開(kāi)研究，使用紫外-可見(jiàn)吸收光譜與核磁共振波譜研究后發(fā)現(xiàn)氫鍵的締合可以抑制白酒中甲酚的揮發(fā)性能，因此降低了異嗅味。仝建波等[4]使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)研究不同體積比的乙醇水溶液中乙醇-水的締合作用，表明乙醇濃度為60 %vol時(shí)體積收縮量最大，認(rèn)為可能是由于氫鍵形成了穩(wěn)定環(huán)狀三聚體締合結(jié)構(gòu)[5]，分子間的距離減小。S.D.Chavan 等[6]對(duì)乙二醇-水溶液和二甘醇-水溶液的研究表明，氫鍵的締合行為對(duì)物理性質(zhì)具有影響，因不同氫鍵締合行為，導(dǎo)致二者介電常數(shù)、介電弛豫有顯著差別。

微波催陳法是使用微波輻照以改善酒類口感的一種方法。微波催陳酒類的研究中，崔艷等[7]研究超聲波和微波處理對(duì)葡萄酒的多糖、色度、總酸、pH 值、總酚等理化指標(biāo)以及香氣物質(zhì)的影響。謝炎福[8]研究了超聲波、微波和紫外線3 種方法對(duì)西瓜酒的影響，其中微波催陳的西瓜酒顏色最好。楊婷等[9]分析不同香型的白酒經(jīng)微波處理后總酯、總酸、醛類等理化指標(biāo)的變化。胡詩(shī)琪等[10]以濃香型白酒為研究對(duì)象，研究了微波處理對(duì)白酒中微量成分的影響。代佳慧等[11]研究了微波處理對(duì)3種濃香型白酒中的乙酸和乙酸乙酯含量的影響，然而，這些研究主要分析化學(xué)物質(zhì)的變化，沒(méi)有研究不同微波處理?xiàng)l件下，對(duì)白酒氫鍵締合以及微量成分的影響。

黏度能夠表征白酒內(nèi)的總氫鍵締合強(qiáng)度。同時(shí)，白酒的口感也與黏度有關(guān)，白酒的黏度大，流過(guò)舌頭口腔時(shí)阻力大，使得口感醇厚濃郁[12]。曹敬華等[13]的研究表明，隨著白酒的貯存時(shí)間延長(zhǎng)，黏度會(huì)產(chǎn)生變化。

通過(guò)對(duì)白酒樣品在不同微波處理?xiàng)l件（輻照時(shí)間、功率密度、溫度等）下的黏度和化學(xué)物質(zhì)的成分含量測(cè)試，可以研究不同微波處理?xiàng)l件對(duì)酒精度為43 %vol 的白酒樣品的黏度的影響，并分析黏度變化的原因。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：基礎(chǔ)白酒，來(lái)自瀘州某酒廠；蒸餾水。

儀器設(shè)備：烏氏黏度計(jì)（0.6～0.7 mm）；自制可調(diào)功率、可變頻率微波實(shí)驗(yàn)裝置（下文簡(jiǎn)稱微波設(shè)備），該設(shè)備可以設(shè)定溫度、輻照時(shí)間等參數(shù)，可設(shè)置0～50 W 微波輻照功率、微波頻率可調(diào)節(jié)范圍2300～2500 MHz。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)處理方法

為了充分體現(xiàn)微波對(duì)白酒內(nèi)總氫鍵締合程度的影響，避免自然貯存一段時(shí)間后締合作用趨于穩(wěn)定，同時(shí)研究微波對(duì)不同酒精度白酒的影響。微波處理前1 h 內(nèi)，使用蒸餾水和72%vol 的白酒混合，使混合后的白酒酒精度為43%vol。

分別將100 mL 上述混合后的白酒裝入容量為150 mL 的錐形瓶。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要的處理?xiàng)l件和方式，將裝有1 份樣品的錐形瓶置于微波實(shí)驗(yàn)裝置中，設(shè)定實(shí)驗(yàn)設(shè)備的微波頻率、功率、工作時(shí)間、工作溫度等各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行微波處理并記錄。處理完畢后取出錐形瓶，將處理后樣品冷卻到實(shí)驗(yàn)要求溫度，取部分樣品進(jìn)行黏度測(cè)試。其余密封保存，進(jìn)行含量測(cè)定。

其中一組43%vol 白酒樣品，在40 ℃條件下恒溫水浴處理，時(shí)間30 min。使用未經(jīng)任何處理的一組43%vol白酒樣品作為對(duì)照組。

其中使用恒定微波頻率處理時(shí)，改變信號(hào)源輸出頻率使實(shí)驗(yàn)設(shè)備的S11小于-20 dB。

1.2.2 樣品的檢測(cè)方法

黏度檢測(cè)：使用烏氏黏度計(jì)測(cè)量處理后白酒樣品的黏度。記錄測(cè)試溫度，用洗耳球吸取黏度計(jì)內(nèi)的液體到儲(chǔ)液球中，測(cè)量液面通過(guò)上下標(biāo)記之間的時(shí)間，獲得被測(cè)白酒樣品的黏度。每一組樣品測(cè)量5次取其平均值。

黏度計(jì)算公式如下式[14]所示：

η=Kpt

其中：K為黏度計(jì)常數(shù)，對(duì)于特定的黏度計(jì)，K值恒定；p為待測(cè)液體的密度；t為液體在黏度計(jì)上下標(biāo)記之間流動(dòng)的時(shí)間，可直接反映出黏度值。

成分分析：樣品經(jīng)中國(guó)瀘型酒質(zhì)量控制研究中心按照白酒分析方法進(jìn)行成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黏度分析

表1 為43%vol 白酒樣品不同微波處理?xiàng)l件的黏度測(cè)量結(jié)果。處理?xiàng)l件：對(duì)照組為白酒樣品未經(jīng)任何處理；微波20 min、35 ℃為白酒樣品在恒溫35 ℃的條件下微波處理20 min；水浴30 min、40 ℃為白酒樣品在恒溫40 ℃的條件下恒溫水浴處理30 min。

為了避免測(cè)試時(shí)溫度變化產(chǎn)生的影響，將所有樣品分為4 組進(jìn)行測(cè)試，只在每一組內(nèi)比較測(cè)量結(jié)果。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)使用同一烏氏黏度計(jì)測(cè)量樣品的黏度。當(dāng)白酒度數(shù)相同時(shí)，測(cè)試的時(shí)間可以反映出黏度的區(qū)別，如表1所示。

由表1 可知，當(dāng)白酒酒精度為43%vol 時(shí)，13 組微波處理的白酒樣品中，有11 組微波處理后的白酒樣品時(shí)間平均值高于未處理的對(duì)照組白酒樣品，而水浴處理的白酒樣品時(shí)間平均值低于對(duì)照組白酒樣品。這表明微波作用導(dǎo)致了黏度的增加。其中，25 min、54 ℃白酒樣品的增幅0.61 %，其次為30 min、40 ℃的樣品。43%vol 的白酒樣品經(jīng)微波處理后，白酒的黏度上升，表明白酒的總氫鍵締合程度加強(qiáng)。

表1 不同處理?xiàng)l件的43 %vol白酒黏度測(cè)量時(shí)間平均值

2.2 微量成分對(duì)黏度的影響分析

羅莉萍[12]和喬華[15]等的研究表明，雖然白酒中乙醇和水為主要成分，但其他微量成分也對(duì)白酒的黏度有影響。黏度表征了液體在流動(dòng)時(shí)相鄰層間以不同的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻礙。而從分子角度看，阻礙與分子間的作用力有關(guān)。液體分子間形成的氫鍵使得液體的分子間相互作用力增強(qiáng)，阻礙液體分子的相對(duì)流動(dòng)，從而增大了液體的黏度。因此可以從微量成分變化的角度進(jìn)一步分析黏度變化的原因。根據(jù)黏度分析的結(jié)果，選取43 %vol白酒樣品中黏度變化較為明顯的樣品和對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比。表2 為微波處理43%vol 白酒的其他成分對(duì)比。這表明微波處理后白酒樣品的成分含量產(chǎn)生了變化，這是經(jīng)微波處理后白酒黏度變化的原因之一。

不同的物質(zhì)對(duì)黏度的影響不同。由表2可知，微波處理后含量變化較大的物質(zhì)是乙酸和乙酸乙酯。喬華等[2]的實(shí)驗(yàn)表明，隨著乙酸、乙酸乙酯、甲醇、乙醛的含量上升，黏度會(huì)先增大后減小，當(dāng)酒精度為60 %vol，乙酸和乙酸乙酯的濃度約為1×10-2mol/L時(shí)，體系黏度最大。43%vol白酒與50%vol～60%vol的白酒相比，水的占比相對(duì)更大，更多的水無(wú)法參與形成穩(wěn)定的乙醇-水團(tuán)簇分子這種締合行為，體系的締合強(qiáng)度較低，黏度相對(duì)較小，會(huì)有更多的酸等物質(zhì)參與締合行為。研究表明，酸提供的H+還可以促進(jìn)溶液質(zhì)子間的快速交換[16]。因此，43%vol白酒黏度對(duì)酸的成分變化更加敏感，可以容納更多的酸進(jìn)一步提高體系的締合程度，增大體系的黏度，使流過(guò)舌面與口腔時(shí)的阻力增大，口感更加醇厚濃郁。表2 中，乙酸和乙酸乙酯的含量不超過(guò)體系黏度最大的拐點(diǎn)的值。同時(shí)在該條件下，乙酸以及乙酸乙酯水解產(chǎn)生的乙酸還能夠提供H+，H+可以促進(jìn)溶液質(zhì)子間的快速交換，使締合平衡更快建立，因此實(shí)驗(yàn)使用微波25 min、54 ℃和微波30 min、40 ℃條件處理43 %vol 白酒后，黏度會(huì)高于對(duì)照組。

3 結(jié)論

針對(duì)不同處理?xiàng)l件的微波處理43 %vol 白酒后，樣品黏度高于沒(méi)有使用微波處理的白酒樣品，表明微波處理使低度白酒的總氫鍵締合程度上升。研究發(fā)現(xiàn)，時(shí)間為30 min，恒溫溫度為40 ℃和時(shí)間為25 min，恒溫溫度為54 ℃的微波條件處理體積為100 mL，酒精度為43%vol 白酒樣品的結(jié)果表現(xiàn)較好。時(shí)間為30 min，恒溫溫度為40 ℃條件下的水浴加熱對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，黏度上升主要是由微波的特性引起。微波處理后白酒樣品的含量產(chǎn)生了變化，這是微波處理后白酒黏度變化的另一原因。因此從締合說(shuō)的角度分析得出結(jié)論，微波處理有助于低度白酒的陳化。

表2 微波處理43 %vol白酒其他成分的對(duì)比 (mg/L)