惰性气体与葡萄酒及其应用

惰性气体概述

  在葡萄酒生产中,惰性气体是指在常温常压下,是无色无味,很难进行化学反应的气体。应用比较广泛的主要有氮气、氩气、二氧化碳3种。这三种气体与氧气一道是大气主要的构成组分。各自主要的物理特性如表(一):

  从理论上说,分子量高和溶解量小的惰性气体最适合应用于葡萄酒中形成隔绝葡萄酒与空气的保护层。以上三种气体中氮气拥有小溶解度但是分子量与空气相近;二氧化碳拥有最高的分子量但是溶解度较高;相对而言氩气的溶解度较低而分子量较高,是三者中最理想的保护气体。实际应用中也证实氩气可以快速的形成保护层且持续时间较长。但是,氩气的生产成本较高,若要满足较大规模的生产,成本较高。在实际生产实践中,氩气应用较少。

  也因此,氮气和二氧化碳成为酒厂在生产中大量使用的惰性气体。

二氧化碳

  二氧化碳是葡萄酒发酵的自然产物,由于二氧化碳易溶于水中,从酒精发酵开始到装瓶,葡萄酒中自然溶解的二氧化碳的浓度随温度和动态操作过程(如转罐、泵送等)有所变化。通常来说二氧化碳给葡萄酒带来更清新的口感、略微提高其酸度(碳酸),同时,能在一定程度降低二氧化硫的用量(静止葡萄酒的二氧化硫浓度高于香槟)。但是,葡萄酒中二氧化碳的存在是否有利于提高感官特征取决于多个因素:葡萄酒的种类、葡萄品种和消费者的口感偏好。

葡萄酒种类

  通常来说干白葡萄酒中需要更多的二氧化碳,以便保持白葡萄酒的清新口感和酸度。大多数干白葡萄酒中的二氧化碳浓度在600-800mg/L之间。需要注意的是工艺选择也对干白葡萄酒的二氧化碳需求有较大影响:采用苹乳发酵的霞多丽应该避免过高的二氧化碳浓度,避免破坏其圆润的口感;对干红来说高浓度的二氧化碳浓度会使得葡萄酒变得生硬、单薄。因此大多数红葡萄酒中二氧化碳浓度不应超过400-500mg/L。而采用二氧化碳浸渍发酵旨在保留果香的快速消费品博若莱新酒的二氧化碳浓度就稍高,在1g/L左右。当然除了考虑葡萄酒的口感之外,葡萄酒中二氧化碳的浓度还应符合相关法规的规定:

葡萄品种

  与葡萄酒一致,对大多数白葡萄酒品种来说,较高的二氧化碳浓度能带来更好的感官质量。一些具有清新品种香气特性的品种如长相思在高浓度二氧化碳浓度(1-1.6mg/L) 下具有更好的感官享受。雷司令也属于此类。霞多丽中通常不适于保持较高水平的二氧化碳。

消费者的喜好

  生活在热带地区的消费者通常更喜欢具有高浓度二氧化碳的葡萄酒。而冷凉地区的消费者对二氧化碳的敏感度更高,偏向于低浓度酒品。市场调查表明,英国的消费者对酒中二氧化碳的耐受值为1g/L,德国的市场耐受值稍高1.3g/L(或许得益于加气水的流行)。

  总体来说,丹宁较低,旨在快速消费、长期储存对品质没有较大增益的红葡萄酒和注重果香、清新口感的白葡萄酒都能从较高二氧化碳浓度中获得感官增益。当葡萄酒中的二氧化碳浓度超过1g/L时,就能在味蕾上产生明显的刺激感。取决于不同区域消费者的偏好,可以调整产品中的二氧化碳浓度来适应市场的需求。

氮气

  氮气与二氧化碳相比,溶解度较低,且本身无色无味对葡萄酒的香气和口感无影响。因为氮气的密度与空气相似,要像二氧化碳或者氩气一样利用比重大的优势将空气挤出形成保护层的操作不能有效进行。实际生产实践中要利用氮气来对葡萄酒进行保护就需要将氮气置于液面附近,使氮气以喷射方式将空气置换出容器中。氮气保护的有效性主要取决于容器的密封性和氮气喷射的操作时间。

氮气和二氧化碳在葡萄酒防氧化中的应用

  葡萄酒生产过程中使用惰性气体的时期主要取决于采用何种酿造方式。如果采用还原型酿造,则从葡萄原料的处理开始即可使用干冰洒于原料表面,干冰升华形成二氧化碳层即可保护葡萄原料不与空气接触同时降低原料温度;发酵启动后,二氧化碳自然产生并存在于发酵容器中,葡萄醪中二氧化碳为饱和状态,可以通过开放式倒灌方式调节罐内及葡萄醪中二氧化碳浓度;发酵结束后,后期陈酿过程中惰性气体使用更为频繁,且应该遵循更为严格的操作规程。

  而采用氧化型酿造的葡萄酒保护则从储存开始。发酵过程中往往通过倒罐、开放式循环的方式释放二氧化碳同时摄入氧气帮助酵母生长,提高甘油产量,使葡萄酒的口感更为圆润饱满。储存过程中,利用氮气形成保护层防止大量的氧气接触。当然,氧化型发酵并不意味着没有氧管理,放任葡萄酒与大量氧气接触。需要牢记的是,氧化型发酵与还原性发酵时相对而言的(例子:使用木桶发酵的加州霞多丽VS使用不锈钢罐发酵未经橡木桶陈酿的新西兰长相思)。

如何使用二氧化碳和氮气

  根据目的的不同,生产过程中可以使用氮气或氮气和二氧化碳的组合来对葡萄酒进行保护。对不满罐保存的葡萄酒单纯使用二氧化碳是不能起到相应保护作用的。使用氮气和二氧化碳的组合可以帮助保持酒内部二氧化碳的浓度,保持葡萄酒的新鲜感。单独使用氮气能在一定温度条件下也能降低葡萄酒中二氧化碳浓度。葡萄酒酿造过程中,以下三个节点尤为重要:

葡萄酒转运时

  葡萄酒转运过程中涉及许多动态过程,如果不能良好的与空气隔绝,则短期内就可提高氧气摄入直至饱和。以转罐为例:葡萄酒需要从A罐转罐到B罐,则应该事先将B罐充满氮气(更为严格的手段可以提前注满水,然后密封灌顶,由灌顶阀门泵送氮气,打开底部阀门,通过氮气压力将水压出),并随着A罐泵送向A罐内泵送氮气充满出现的空隙。此外,在操作前应该对管道中通氮气,排除存在于管道和泵内部的空气。转运过程中应避免由上进酒口进酒,由下进酒口进酒防止剧烈的动态过程。对葡萄酒转运前后的含氧量进行监控,确保转运过程无明显的氧含量上升。

葡萄酒装瓶时

  葡萄酒在装瓶时非常易于被氧化,灌装时酒液剧烈的运动为氧气溶解提供了绝佳的条件。装瓶时,应该使用氮气或者二氧化碳提前冲瓶。现代葡萄酒灌装设备通常都配备了具备充氮气/二氧化碳和抽真空的打塞机。葡萄酒由注酒机注入酒瓶内后,液面上部仍与空气接触,理论上通过冲入氮气/二氧化碳可以赶走这部分空气,再经由抽真空处理降低气体密度,之后打塞。但是在实际打塞过程中,充氮气或者二氧化碳基本上起不到作用。通过测氧仪检测,采用抽真空处理,抽走部分气体,可以有效降低顶端空间游离氧含量,同时可以降低瓶内顶端空间的压力(瓶内空间压力过高在储运过程中遇温度变化容易引起顶塞)。成功的灌装应该保证由灌装和打塞引入瓶内的氧气不超过1mg/L。目前,灌装结束后葡萄酒内溶解氧和顶端空间游离氧不超过4mg/L,即视为国内先进水平。

葡萄酒非满罐储存

  当葡萄酒非满罐存储时,空气可以长期与葡萄酒接触引起氧化和微生物生长。葡萄酒从液面上方摄入氧气非常快速,可达1.5ml/L每小时,四个小时之内表层葡萄酒即处于氧饱和状态。为了防止可能出现的氧气摄入问题,罐顶空间应该使用惰性气体(二氧化碳)充满,且需要周期性的补充气体,目的是将顶端空隙的氧气控制在0.5%以下,葡萄酒中的氧含量应该低于1mg/L。

  使用惰性气体充罐的保护葡萄酒最佳的状态为:

  罐体密封性良好;

  罐内惰性气体压力呈正压在100mbar-200mbar之间。微正压可以保证罐体密封的有效性,具体数值可以采用压力计测量;

  理论上二氧化碳的比重大于空气,但是实际上并不能确保罐中空气完全被排除。根据经验采用明火检测罐内气体是否存在氧气不科学。空气中,明火在氧气百分比低于16.5%即熄灭。对充罐是否有效应该采用测氧仪对内部空间进行检测;

  氮气和二氧化碳的使用原则:若要对设备中、瓶中等氧气进行排除,使用氮气喷射即可;若要对不满罐葡萄酒进行保护,可采用二氧化碳或二氧化碳和氮气的混合物对空间中的空气进行置换。因氮气的制备较为容易,实践中,主要以氮气应用为主。

  采用氮气和二氧化碳混合气体或100%二氧化碳要考虑到二氧化碳溶解后对葡萄酒的影响。常规使用的比例为15%二氧化碳+85%氮气。

  使用氮气去除葡萄酒中过量的氧气或二氧化碳

  葡萄酒储存过程及运输过程中常因处理不当造成氧饱和或二氧化碳含量过高的问题。根据道尔顿气体分压理论,增加一种组分气体的压力将迫使其他气体压力减小。通过向葡萄酒中泵送氮气从而迫使氧气或二氧化碳以气体的形式向葡萄酒外排出,称为氮气置换。根据相关实验,在进行排出气体的操作时,氮气的泵入因遵循少量多次的原则提高排出效率。为确保氮气置换的有效性,应该使氮气以泡泡状由罐底泵入,气泡的直径不应该超过0.3mm,且越小效果越好。也有相应的研究指出,部分香气会因此受到损失。因此,进行此操作前应做详细考虑。

  若仅需去除酒中部分过量的二氧化碳,采用开放式倒罐处理即可。需要注意的是,开放式倒罐会摄入大量氧气,不宜在装瓶前进行此类操作。进行相应的气体置换操作时,还需注意的是温度不宜过低。低温下各种气体的溶解度都较高,影响处理效果。通常建议将温度维持在15摄氏度以上在进行相应处理。