葡萄酒酒泥是由完整或部分降解的酵母细胞和其他不溶性颗粒组成的泥状物,在酒精发酵后积累在葡萄酒罐的底部[1]。根据文献和欧洲经济共同体第337/79号法规,葡萄酒酒泥可以定义为“发酵后,储存期间或处理后在葡萄酒容器底部形成的残留物,以及该产品过滤或离心后获得的残留物”[2]。根据葡萄酒酿造阶段的不同,葡萄酒酒泥可以分为三类:第一类和第二类发酵型酒泥,分别在酒精和苹果酸乳酸发酵过程中形成,第三类则是木桶中陈酿葡萄酒时形成的陈酿葡萄酒酒泥[3];葡萄酒酒泥也可以根据颗粒大小进行分类:重酒泥(100 μm～2 mm,24 h内沉降)和轻酒泥(<100 μm,1～24 μm,搅拌后悬浮至少24 h)[4-5]。
葡萄酒酒泥含有大量的多糖、蛋白质、脂质和其他具有高需氧量的有机物质[6]。其组成主要取决于所用酵母和葡萄的类型以及酿酒方法,这些因素导致其广泛的组成异质性[7]。酒泥陈酿作为传统酿酒技术,也是最直接利用酒泥的方法,降低了葡萄酒的涩味和苦味,改善葡萄酒的结构和颜色稳定性,丰富葡萄酒挥发性芳香化合物[8]。酒泥增值的方法主要包括回收乙醇和酒石酸、生产微生物培养基、提取酚类物质及酵母自溶物[9],还有研究将酒泥添加在不同食品基质中以评估其抗氧化活性与营养成分[10]。目前将外源酒泥添加在葡萄酒中的研究较少。
本试验以赤霞珠葡萄为原料,在酒精发酵前添加不同品种葡萄酒酒泥,酒精发酵结束后检测其理化指标、多糖含量、酚类物质以及颜色参数,并进行感官分析,探究添加不同品种外源葡萄酒酒泥对赤霞珠葡萄酒品质的影响,以期为后续酒泥综合利用提供研究思路与理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
赤霞珠酒泥、西拉酒泥、霞多丽酒泥,取自实验室自酿酒酒精发酵结束后;赤霞珠葡萄酒,实验室自酿;硫酸(分析纯),四川西陇科学有限公司;苯酚,北京索莱宝科技有限公司;无水乙醇(分析纯),天津永晟精细化工有限公司;甲醇、乙腈(均为色谱纯),赛默飞世尔科技公司。
1.2 仪器与设备
LE2002E/02电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱,上海齐欣科学仪器有限公司;T6新世纪紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;葡萄酒全自动分析仪,丹麦福斯公司;1200-6410B高效液相色谱-三重四级杆串联质谱联用(HPLC-MS/MS)、Poroshell 120EC-C18色谱柱(2.1 mm×150 mm,2.7 μm)、1100系列高效液相色谱-离子阱质谱联用仪、Zorbax 300SB-C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),美国安捷伦科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 葡萄酒酿造
将采摘的酿酒葡萄进行除梗破碎处理后,将其放置于20 L的不锈钢酿酒罐中进行酿酒实验(装填体积约为80%),入罐的同时向葡萄醪中添加80 mg/L偏重亚硫酸钾,30 min后加入200 mg/L果胶酶,在5 ℃冷浸24 h后,接种200 mg/L的BV818酿酒酵母,启动酒精发酵。发酵期间每日早晚进行2次压帽;每12 h测定温度和比重监测发酵进度,直至酒精发酵结束。
本试验共分为5组。FCK组:发酵前未添加酒泥为对照组;FC组:发酵前添加赤霞珠酒泥;FX组:发酵前添加西拉酒泥;FL组:发酵前添加霞多丽酒泥;FXN组:发酵前添加西拉酒泥+皮。
1.3.2 酒泥收集与处理
采用上述酿造方法,在酒精发酵结束收集酒泥。将收集的酒泥在电热恒温鼓风干燥箱50 ℃条件下烘干,烘干后经过粉碎机粉碎过120 μm孔径的筛子得到酒泥粉。
1.3.3 葡萄酒基础理化测定
采用葡萄酒全自动分析仪进行酒精度、pH、总酸、残糖等基础理化指标的测定。
1.3.4 CIELab颜色指标测定
参照王张钰等[11]的方法。
1.3.5 多糖含量测定
采用苯酚-硫酸法进行测定,参照鲁榕榕[12]的方法。
1.3.6 酚类物质的测定
参照王张钰等[11]的方法。采用高效液相色谱-三重四极杆串联质谱法测定酚类物质。样品经0.22 μm水系滤膜过滤后上样,进样量5 μL,流动相流速0.4 mL/min,A相为0.1%甲酸水溶液,B相为含0.1%甲酸的甲醇乙腈溶液(液液比为50∶50)。质谱采用电喷雾离子(electrospray ionization,ESI)源,喷雾电压4 kV,雾化器压力35 psi。利用Qualitative Analysis of Masshunter软件和Quant-My-Way软件对质谱图进行分析。每个样品做2个重复。
1.3.7 感官评价
为全面评价添加不同品种酒泥对赤霞珠葡萄酒感官品质的影响,本研究采用定量描述分析(quantitative descriptive analysis,QDA)方法。感官品评小组由葡萄酒专业学生组成,共10名(5男5女),均获得中国酒业协会葡萄酒品酒师三级证书,具有良好的感官品鉴能力。品评前,小组成员通过共同讨论确定了感官属性定义及评分标准(表1)。感官品评在标准品鉴室使用标准品酒杯(GB/T 40003—2021《感官分析 葡萄酒品评杯使用要求》),采用随机顺序进行品鉴。
表1 QDA感官属性定义及评分标准(1～10分)
Table 1 Definition and scoring criteria of QDA sensory attributes (1-10 points)
感官属性描述词及评分标准颜色强度1分 浅宝石红 5分 中等宝石红 10分 深紫红色果香浓郁度1分 微弱 如青草 5分 中等 黑醋栗、樱桃 10分 浓郁 黑莓、李子等 花香复杂度1分 单一花香 5分 混合花香 紫罗兰、玫瑰 10分 复杂花香 薰衣草、干花 单宁细腻度1分 粗糙涩口 5分 中等收敛 10分 丝滑柔和酸度平衡1分 尖锐失衡 5分 中等协调 10分 圆润平衡酒体饱满度1分 稀薄 5分 中等 10分 饱满厚重余味持久性1分 短暂 <5s 5分 中等 5～10s 10分 持久 >10s
1.4 数据处理与统计分析
酚类物质检测结果利用Quant-My-Way和Qualitative Analysis of Masshunter定量分析软件进行分析;Excel 2019、SPSS 27和Origin 2021数据分析软件进行数据分析与作图。
2 结果与分析
2.1 不同品种酒泥添加对葡萄酒基础理化的影响
由表2可知,添加酒泥的各处理组的酒精度均显著高于对照组,其中,FC组和FL组的酒精度最高,这一结果可能与酒泥中残留的酵母活性有关。酒泥中未被完全灭活的酵母可能在发酵初期加速了糖分的转化,从而提高了酒精产量。此外,酒泥中富含的多糖和氨基酸可能为酵母提供了额外的营养,促进其代谢活性[13]。总酸方面,FL组的总酸显著低于其他处理组。这可能是由于霞多丽酒泥促进了葡萄酒中非酿酒酵母的苹果酸-酒精发酵途径达到降酸的效果[14]。pH值的变化与总酸呈负相关,FL组的pH值显著升高。FX组的pH值最高,可能与西拉酒泥中K+含量较高有关,K+能中和部分酸性物质[15]。残糖含量在各处理组间差异较小,但FL组的残糖略高于其他组。
表2 不同实验组基础理化指标
Table 2 Basic physicochemical indicators of different experimental groups
组别酒精度/%vol总酸/ g/L pH残糖/ g/L FCK12.73±0.03b6.30±0.10a4.04±0.01d4.13±0.06abFC13.94±0.23a6.17±0.10a4.11±0.02c4.07±0.15bFX13.82±0.06a6.27±0.06a4.16±0.02a4.17±0.06abFL13.94±0.01a5.87±0.15b4.13±0.02b4.33±0.06aFXN13.87±0.06a6.30±0.06a4.12±0.01bc4.23±0.12ab
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
2.2 不同品种酒泥添加对葡萄酒CIELab颜色指标的影响
如表3所示,亮度L*方面,对照组的亮度最高,而FC组的亮度最低。亮度的降低通常与酚类物质的氧化聚合有关,尤其是花色苷和单宁的缩合反应会形成更大的分子,增加酒液的浑浊度[16]。赤霞珠酒泥本身含有较高浓度的酚类物质,可能通过协同作用加速了颜色物质的聚合,导致亮度显著下降。红绿值a*反映了葡萄酒的红色强度。FC组的a*值最高为40.74,显著高于其他处理组。这可能是由于赤霞珠酒泥中富含的花色苷和原花青素在发酵过程中被释放,增强了红色色调[17]。另一方面,酒泥中的多糖可能与花色苷结合形成稳定的复合物,减缓其降解,从而维持较高的a*值[18]。FXN组的a*值略低于单一西拉酒泥组,可能与其混合酒泥中多酚氧化酶活性较高有关,导致部分花色苷被氧化[19]。黄蓝值b*代表黄色色调,对照组的b*值最高为7.86,而FC组最低为5.07。b*值的降低可能与花色苷和黄酮醇的氧化有关[20]。饱和度C*与颜色的鲜艳程度相关,FC组的C*值最高,表明其颜色最为浓郁。弧度H*反映了色调角,H*越小表示颜色越接近红色[21]。FC组的H*值最低,这可能与其较高的花色苷含量有关,红葡萄酒呈现红色主要是因为花色苷的存在[22],此结果表明FC组红色调占主导地位。
表3 不同实验组CIELab颜色指标
Table 3 The CIELab color indicators for the different experimental groups
组别L∗a∗b∗C∗H∗FCK64.430±0.948a36.956±0.755c7.855±0.391a37.783±0.657c0.210±0.014aFC58.806±0.026d40.736±0.667a5.072±1.080c41.059±0.529a0.124±0.028cFX59.709±0.549cd39.243±0.386b6.622±0.026ab39.798±0.385ab0.167±0.001bFL61.184±0.959bc39.383±0.048b5.823±0.009bc39.811±0.049ab0.147±0.000bcFXN62.167±1.372b38.612±0.737b6.895±0.159ab39.223±0.697b0.177±0.007ab
2.3 不同品种酒泥添加对葡萄酒多糖含量的影响
多糖是葡萄酒中重要的非挥发性成分,主要由酵母自溶释放的甘露聚糖和葡聚糖,以及葡萄细胞壁降解产物如果胶类多糖组成[23]。其含量直接影响葡萄酒的黏度、口感圆润度及胶体稳定性,同时通过与酚类物质和花色苷的相互作用,间接影响颜色稳定性和感官特征[24]。如图1所示,所有添加酒泥的处理组多糖含量均显著高于对照组FCK,且不同品种酒泥间存在明显差异(P<0.05)。对照组FCK多糖含量为(398.01±4.85) mg/L,而添加酒泥的各处理组中,FC组、FX组、FL组和FXN组的多糖含量分别达到(480.90±2.72)、(486.85±3.49)、(493.94±6.38)和(474.35±3.83) mg/L。其中,FL组的多糖含量最高,较对照组提升24.1%,且显著高于其他处理组(P<0.05)。其次是FX组和FC组,分别较对照组增加22.3%和20.8%,而FXN组的增幅略低。这一结果表明,酒泥的添加显著促进了葡萄酒中多糖的积累,且不同品种酒泥对多糖释放的促进作用存在差异。
图1 不同实验组多糖含量
Fig.1 Polysaccharide content in different experimental groups
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
酒泥中多糖的释放主要来源于酵母细胞壁的降解[25]。FL组多糖含量最高,可能与其葡萄品种的细胞壁组成有关。霞多丽作为白葡萄品种,其果皮较薄且细胞壁结构疏松,在发酵过程中更易释放果胶多糖[26]。此外,霞多丽酒泥中可能含有更高比例的甘露聚糖,这类多糖在酵母自溶阶段通过β-葡聚糖酶的作用大量释放[27]。FX组和FC组的多糖含量相近,但略低于FL组,可能与红葡萄品种酒泥中单宁和多酚含量较高有关。单宁可与多糖形成复合物,部分抑制多糖的溶解或检测反应,导致表观含量略低[28]。而FXN组的多糖含量低于FX组,推测添加葡萄皮可能引入更多木质素和纤维素等不溶性成分[29],干扰酵母自溶过程,从而减少可溶性多糖的释放。
2.4 不同品种酒泥添加对葡萄酒酚类物质含量的影响
酚类物质是葡萄酒中重要的功能性成分,其种类和含量直接影响葡萄酒的抗氧化活性、颜色稳定性、口感复杂度及陈年潜力[30]。如图2所示,酒泥的添加显著改变了各类酚类物质的含量,且不同品种酒泥的影响呈现明显差异。
图2 不同实验组酚类物质含量
Fig.2 Phenolic content in different experimental groups
花色苷是花色素糖苷化后的产物,具有C6-C3-C6结构,属于类黄酮类物质,主要存在于酿酒葡萄(Vitis vinifera L.)的皮中和一些染色品种的果肉中,新鲜型干红葡萄酒中的单体花色苷能够达到数百毫克每升,陈酿型干红葡萄酒中由于降解和聚合作用,单体花色苷质量浓度下降至几十毫克每升甚至更低[31]。如图2所示,添加酒泥的各处理组单体花色苷含量均显著高于对照组FCK,其中FC组含量最高,较对照组提升34.9%。这一现象可能与赤霞珠酒泥中富含花色苷前体物质有关,在发酵过程中,酒泥中的β-葡萄糖苷酶活性促进花色苷的释放[32]。此外,赤霞珠酒泥的多糖含量较高,其与花色苷的结合可形成稳定复合物,减少氧化降解,从而维持较高的单体花色苷浓度[33]。相比之下,FL组的单体花色苷含量显著低于其他酒泥组,可能因其为白葡萄品种,果皮中花色苷含量较低。但酒泥中较高的多糖含量以及可能含有的高活性β-葡萄糖苷酶或果胶酶使酒中花色苷含量仍高于对照组[32,34]。花色苷衍生物的含量在各处理组间差异较小,仅FL组显著低于其他组。
黄酮醇为葡萄酒提供黄色色调,因其特殊的平面结构,表现出良好的辅色效果[31]。FX组的黄酮醇含量最高,较对照组提升34.8%。西拉葡萄果皮中黄酮醇含量较高,且其酒泥在发酵过程中可能释放更多结合态黄酮醇,经酵母酶解转化为游离态[35]。此外,西拉酒泥中的果胶酶活性较高可能也是导致其含量上升的原因。黄烷醇是单宁的主要组成部分,影响葡萄酒的收敛性和结构感[36]。对照组FCK的黄烷醇含量最高,而添加酒泥后各组含量显著降低,其中FXN组最低。这一现象可能与酒泥中的多糖和单宁发生复合反应有关。有观点认为高分子质量的甘露糖蛋白含有过多的结合位点,可以与葡萄酒中的多酚类物质发生相互作用形成沉淀,降低其含量[37]。值得注意的是,FL组的黄烷醇含量高于其他酒泥组,可能与其酒泥的抗氧化作用有关,减缓了黄烷醇的氧化损失[38]。本研究结果与HENSEN等[39]的发现一致,即酒泥添加通过多糖-酚类相互作用显著影响黄烷醇含量。酚酸是葡萄酒中重要的风味前体物质,参与氧化还原反应并影响香气复杂度[40]。添加酒泥的处理组FC、FX、FL酚酸含量均显著高于对照组,其中FL组最高,这可能与其品种有关。研究发现,葡萄品种和成熟条件不同,葡萄浆果中酚酸的总量和游离态酚酸的比例也不相同[41]。FXN组的酚酸含量略低于FX组,可能与葡萄皮中木质素的吸附作用有关,部分酚酸被固定于不溶性纤维中,导致检测值降低[42]。
2.5 不同品种酒泥添加对葡萄酒感官特征的影响
添加酒泥显著提升了葡萄酒的颜色强度和香气复杂度。如图3所示,FC组颜色强度最高,与其较高的单体花色苷含量及a*值一致,表明酒泥中释放的花色苷增强了红色色调[43]。FX组果香浓郁度和花香复杂度评分最高,可能归因于其高黄酮醇含量,黄酮醇的抗氧化性有助于保护挥发性香气化合物免受氧化损失[44]。FL组的酸度平衡得分显著高于对照组,与其较低的酸含量相关。酒泥添加显著改善了单宁细腻度和酒体饱满度。FC组单宁细腻度得分最高,可能因其多糖含量较高,多糖通过包裹单宁分子减少其与唾液的直接接触,降低收敛感。FL组酒体饱满度评分居首,与其多糖含量最高直接相关,多糖增加了酒液黏度,赋予更圆润的口感[45]。FXN组在酒体饱满度和余味持久性上表现较弱,可能因葡萄皮引入的木质素干扰了多糖的释放,导致口感复杂度降低[42]。余味持久性方面,FC组和FL组表现最佳,与二者较高的酚酸含量相关。酚酸通过延长挥发性物质的释放时间,增强余味的层次感[46]。对照组FCK在所有感官属性中评分最低,表明未添加酒泥的葡萄酒在香气、口感和结构上均较为单一。
图3 不同实验组感官特征雷达图
Fig.3 Radar charts of sensory characteristics of different experimental groups
为明确不同品种酒泥添加对赤霞珠葡萄酒品质的影响机制,本研究对多糖含量、酚类物质组分、颜色参数及感官特征等关键指标进行皮尔逊相关性分析。如图4所示,各理化指标与感官属性间存在显著相关性(P<0.05),表明酒泥添加通过改变葡萄酒的化学组成,直接影响其感官品质。
图4 多糖、酚类物质和感官指标相关性热图
Fig.4 Heatmap of correlations of polysaccharides,phenolics,and sensory indicators
多糖含量与单体花色苷、黄酮醇呈显著正相关。这一结果可能是酒泥释放的多糖可通过氢键与花色苷结合,形成稳定的复合物,抑制其氧化降解,从而维持较高的单体花色苷浓度[37]。此外,多糖与黄酮醇的正相关性可能源于酒泥中果胶酶的活性差异。例如,FX组的高果胶酶活性促进了葡萄细胞壁的降解,释放更多结合态黄酮醇(如槲皮素糖苷),经酵母酶解转化为游离态[35]。感官分析中,多糖含量与酒体饱满度和单宁细腻度显著正相关。研究表明[45],多糖通过增加酒液黏度,包裹单宁分子,减少其与唾液蛋白的接触,从而降低收敛感并提升口感圆润度。FL组多糖含量最高,其酒体饱满度评分显著高于其他组,验证了多糖对口感的正向调节作用。黄酮醇与果香浓郁度和花香复杂度显著正相关。FX组的黄酮醇含量最高,评分分别为8.8±0.8和7.5±0.9,可能因黄酮醇的抗氧化性保护了萜烯类香气物质免受氧化损失[44]。黄烷醇含量与单宁细腻度呈显著负相关,对照组FCK黄烷醇含量最高,但其单宁细腻度评分最低。这与王燕等[47]研究结果一致,即涩感质量与黄烷醇含量呈显著负相关。而酒泥添加通过多糖-黄烷醇复合反应减少游离黄烷醇含量,从而改善单宁质地。酚酸含量与余味持久性显著正相关。霞多丽酒泥组FL的酚酸含量最高,其余味持久性评分为7.6±0.9,表明酚酸通过延缓挥发性香气物质的释放,延长了感官体验[46]。
3 结论与讨论
本研究通过发酵前添加不同品种葡萄酒酒泥(赤霞珠、西拉、霞多丽),系统分析了其对赤霞珠葡萄酒理化特性及感官品质的影响。结果表明,酒泥添加显著提升了酒精产量与多糖含量,其中FL组多糖含量最高,较对照组增加24.1%。酚类物质组成与颜色稳定性密切相关,FC组的单体花色苷含量及其红绿值(a*)显著高于其他处理组,证实同源酒泥对颜色增强的协同效应。感官分析显示,酒泥添加显著优化了葡萄酒的果香浓郁度、单宁细腻度和酒体饱满度,其中FX组在果香浓郁度与花香复杂度方面评分最高,而FL组在酸度平衡和余味持久性方面表现最优。
本研究数据表明,多糖与酚类物质的相互作用是影响感官特性的核心因素。多糖含量与单体花色苷、黄酮醇呈显著正相关,这与文献中多糖通过非共价相互作用与花色苷形成稳定复合物,抑制其氧化降解的机制一致[33]。此外,多糖与单宁细腻度及酒体饱满度的正相关性表明,酵母多糖通过包裹单宁分子减少其与唾液蛋白的直接接触,降低收敛感[45]。FL组的多糖含量最高,其酒体饱满度评分显著优于其他组,验证了多糖对口感圆润度的提升作用。然而,霞多丽酒泥单体花色苷含量低于赤霞珠酒泥组。这一矛盾现象提示,不同品种酒泥的成分与酶系活性差异需在工艺中进一步平衡,以实现多糖增效与花色苷稳定的双重目标。黄酮醇含量与果香浓郁度显著正相关,FX组的高黄酮醇含量与其果香评分居首的结果一致。黄酮醇的抗氧化性可能保护了萜烯类香气物质免受氧化损失[44]。此外,酚酸含量与余味持久性呈正相关,FL组的高酚酸含量通过延缓挥发性物质的释放,延长了感官体验[46]。而黄烷醇含量与单宁细腻度的负相关性表明,酒泥添加通过多糖-黄烷醇复合反应减少游离黄烷醇,从而改善单宁质地[45]。这些关联性分析为酒泥调控感官品质提供了明确的化学基础。
综上所述,发酵前添加外源酒泥通过调控多糖与酚类物质的相互作用,显著优化了赤霞珠葡萄酒的理化特性与感官品质。不同品种酒泥因成分差异表现出独特的增效机制。然而,酒泥添加对长期稳定性的潜在影响需进一步研究,未来工作可聚焦以下方向:1)优化酒泥添加比例与复配策略,平衡酶活性与成分异质性;2)开展长期陈酿实验,揭示多糖-酚类动态互作对颜色和口感的影响;3)结合代谢组学技术,解析酒泥对挥发性香气物质演化的调控机制。本研究为酒泥的高值化利用提供了理论依据,并为葡萄酒工艺创新开辟了新路径。
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