Ageing and Oaking of Wines with Ultrasound

와인 숙성과 오크 가공은 와인의 최종 맛과 품질에 크게 기여합니다. 두 과정 모두 오랜 시간이 걸리는 것으로 알려져 있으며, 종종 성숙 과정은 수년에 걸쳐 진행됩니다. 초음파는 매우 효과적이고 신속한 기술로 와인 숙성을 강화하고 오크 화합물 추출, 미세 산소화 및 화학 처리(예: 중합)와 같은 공정을 크게 가속화합니다. 초음파를 사용하면 어린 와인을 몇 분 안에 오크 배럴에서 몇 년 동안 숙성시킨 꽃다발로 숙성 된 와인으로 숙성 할 수 있습니다.

초음파 추출을 사용한 오크 유래 와인 맛

떡갈나무에서 추출한 수렴성 관련 페놀 화합물과 방향족 화합물은 모두 숙성 중 와인 중에 초음파 처리를 적용 할 때 매우 빠르게 전달됩니다. 초음파는 오크 화합물의 추출을 몇 분으로 가속화했습니다. – 와인의 전통적인 배럴 숙성의 몇 년과 비교.

초음파로 와인을 오크

심화 된 오크를 위해 오크 칩이나 지팡이를 와인에 초음파 처리합니다. 초음파는 목재 물질의 세포벽을 열고 파괴하여 탄닌, 페놀, 퓨론, 락톤 등과 같은 세포 내 화합물이 초음파 캐비테이션에 의해 와인으로 방출됩니다. 초음파 진동 및 캐비테이션은 강렬한 난기류와 마이크로 스트리밍을 생성하기 때문에 세포 내부와 주변 용매 사이의 질량 전달이 급격히 강화되어 생체 분자(즉, 아로마 화합물)가 효율적이고 빠르게 방출됩니다. 초음파 처리는 순전히 기계적 처리이기 때문에 와인에 화학 물질을 첨가하지 않습니다.

와인의 전통 숙성과 와인의 초음파 숙성의 품질 비교. 초음파 숙성 된 와인은 최고의 품질을 훨씬 빠르게 달성합니다.
(그래픽: ©Yıldırım 및 Dündar, 2017, Leonhardt 및 Morabito, 2007에서 수정).

초음파 – 순전히 기계적 힘

고강도, 저주파 초음파는 높은 압력, 온도 및 높은 전단력을 특징으로 하는 에너지 밀도가 높은 조건을 생성합니다. 이러한 물리적 힘은 세포 내 화합물을 배지로 방출하기 위해 세포 구조의 파괴를 촉진합니다. 또한 와인의 초음파 보조 숙성 과정은 미세 산소화 및 산화 과정을 촉진합니다. 따라서 제어 된 초음파는 와인의 화학 반응에 긍정적 인 영향을 미칠 수 있습니다. 초음파 숙성 와인은 전통적으로 숙성된 와인보다 훨씬 빨리 품질 정점에 도달합니다. 또한, 초음파 숙성 된 와인은 보존 수준이 더 높기 때문에 초음파 처리 된 와인은 표준 숙성 과정보다 더 오랜 시간 동안 최고의 품질을 유지합니다.

세포벽 파괴의 메커니즘 (a) 캐비테이션으로 인한 세포벽의 파괴. (b) 세포 구조로의 용매의 확산.
(Shirsath et al., 2012에서 발췌한 그래픽)

오크 배럴 숙성에 비해 초음파 와인 숙성의 장점

오크 배럴은 와인 숙성을 위한 일반적이고 전통적인 공정입니다. 오크 배럴에서 산화는 배럴에서 오랜 저장 시간에 걸쳐 소량으로 발생합니다. 프리미엄 와인 오븐의 보관 시간은 몇 년이 걸리므로 비용이 많이 듭니다. 오크 배럴에서 숙성되는 동안 와인은 수많은 독특한 향을 생성합니다. 수년간의 긴 숙성 과정과 관련 시간 손실 외에도 오크 배럴은 구매 및 유지 관리 비용이 많이 듭니다. 효모 종(예: Brettanomyces 및 Dekkera)과 같은 원치 않는 미생물은 와인 배럴을 오염시킬 수 있습니다. 효모가 상한 와인은 맛과 냄새가 좋지 않은 것으로 알려져 있습니다.
전통적인 배럴 오크의 이러한 단점으로 인해 초음파 와인 숙성 및 오크는 배럴의 전통적인 숙성에 대한 비용 효율적이고 과학적으로 입증 된 대안입니다. 초음파는 성숙 시간을 단축하고 와인의 여러 품질 요소를 향상시킵니다. 초음파는 침용, 폴리페놀 추출, 숙성, 성숙 및 오크를 포함한 포도주 양조 과정의 다양한 단계에서 적용 할 수 있습니다. 과학적 연구와 산업적 구현은 단축 된 숙성 기간과보다 효율적인 고품질 와인의 생산에 큰 개선을 통해 와인 양조에서 초음파의 타당성을 입증합니다.

초음파 가속 와인 성숙 : Th. Kleinschmidt 교수의 연구는 American Blend 우드 칩의 존재 하에서 초음파 처리 될 때 레드 와인에서 3- 메틸 -1 부탄올 향의 유익한 변화를 보여줍니다. (초음파 발생기 UIP2000hdT, 진폭 43μm, sonotrode 표면 9cm2)

와인의 초음파 숙성에 관한 과학적 연구

상대적으로 적당한 수준의 초음파 강도 또는 음향 에너지 밀도 수준은 오크 칩에서 페놀류로 페놀류를 빠르게 추출하고 침출시키는 것을 촉진할 수 있으므로 상당히 짧은 숙성 시간 내에 와인의 풍미와 영양가를 잠재적으로 증가시킬 수 있습니다. 또한 초음파 처리는 와인의 조성을 빠르게 수정할 수 있는데, 이는 음향 캐비테이션의 영향 때문인 것으로 추정됩니다. 따라서 높은 수준의 음향 에너지 밀도는 와인 조성의 초음파 변형을 촉진해야합니다. (참조: Yang et al., 2014)
Jiménez-Sánchez et al. (2020)은 오크 칩과 초음파를 사용하여 셰리 식초에 대해 유사한 노화 효과를보고했습니다. 초음파는 전통적인 성숙과 비교할 때 성숙 시간을 크게 줄였습니다.

Oak에서 Aroma Compounds의 초음파 방출

Breniaux와 동료들은 와인 숙성 처리 후 배럴을 사용할 때 오크 와인 배럴을 청소하고 폴리페놀 및 기타 화합물의 후속 방출을 위한 고출력 초음파의 효과를 조사했습니다. 폴리페놀과 엘라지탄닌, 리그닌, 방향족 전구체와 같은 식물성 화학물질은 와인의 숙성과 풍미에 크게 기여합니다. 전반적으로, 연구는 초음파 처리가 매우 짧은 치료 시간 내에 폴리페놀 및 기타 생체 활성 화합물의 더 높은 수율을 제공한다는 것을 보여주었습니다. 예를 들어, 푸르푸랄의 농도는 초음파 치료의 경우 숙성 8개월과 숙성 12개월에 더 높았으며, 농도는 대체 증기 치료에 비해 18.8%에서 92.6% 사이로 증가했습니다. 5-메틸푸르푸랄의 경우, 1년산 배럴(12개월 숙성 와인)과 2년산 배럴(2, 8, 12개월 숙성 와인)의 배럴에 대한 초음파 처리에서 농도가 20.5%에서 97% 사이로 유의하게 높았습니다. 위스키 락톤 디아스테레오이성질체와 관련하여, 트랜스 위스키 락톤은 초음파로 처리된 3년 된 배럴에서 훨씬 더 높았습니다: 12개월 숙성 후 와인의 농도는 75.2 ± 5.6 μg/L로 스팀 처리된 캐스크에서 숙성된 와인에 비해 46.9% 증가했습니다. 바닐린과 실린알데히드의 농도에 대해 와인에서 측정된 값도 초음파 처리 후 훨씬 더 높았습니다. 배럴 증기 처리와 비교할 때 총 에너지 소비량은 전력 초음파의 경우 0.38kWh, 수성 증기의 경우 3kWh로 7.89배 낮았습니다.
(참조: Breniaux et al., 2021)

와인에서 초음파로 촉진 된 화학 반응

와인을 숙성하는 동안 수많은 화학 반응이 일어납니다. 예를 들어, 프로안토시아니딘 화합물은 중합되고 안토시아닌과 응축되며 단백질 및 다당류와 같은 다른 고분자와 결합하는 경향이 있습니다. 안토시아닌과의 이러한 축합 반응은 레드 와인의 색이 어두워지고 안정화되는 데 관여하는 주요 화학 반응으로, 밝은 빨간색에서 갈색 톤의 어두운 빨간색으로 변합니다.
Masuzawa et al., 2000의 초기 연구는 이미 초음파가 페놀 화합물의 중합을 촉진하고 와인이 숙성됨에 따라 레드 와인의 폴리페놀 함량을 증가시킨다는 것을 보여주었습니다.
배럴에서 와인을 숙성하는 동안 나무에서 와인으로 수백 가지 화합물을 추출할 수 있으며, 이는 최종 와인의 풍미, 향 및 입안 느낌에 직접적으로 기여합니다. 참나무의 섬유 조성은 리그닌의 휘발성 페놀 및 페놀 알데히드, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 당 분해로 인한 푸르푸랄 화합물이 추출되기 때문에 노화 과정에서 중요한 역할을 합니다.
전통적인 오크 배럴 숙성은 수세기 동안 광범위하게 사용되어 왔지만 여전히 몇 가지 고유한 단점이 있습니다. 첫째, 배럴의 숙성 과정은 일반적으로 몇 개월에서 몇 년이 걸리며 시간이 많이 걸립니다. 둘째, 배럴은 비싸고 와이너리에서 많은 공간을 차지하며 시간이 지남에 따라 교체해야 합니다. 셋째, 오크통은 나이가 들면서 효모 속 Brettanomyces 및 Dekkera와 같은 바람직하지 않은 미생물에 의해 오염될 수 있습니다.
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아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.