霞多丽(Chardonnay)作为世界上最具影响力的白葡萄品种之一,其酿造的干白葡萄酒以优雅细腻的风味、复杂的香气层次和良好的陈年潜力闻名于世[1]。在霞多丽干白葡萄酒的酿造过程中,酿酒酵母不仅是酒精发酵的核心微生物,更是风味物质生成的关键调控者[2]。葡萄酒的风味是由数百种化合物共同作用形成的,包括酯类、高级醇、脂肪酸、萜烯类等,这些物质的组成和含量直接决定了葡萄酒的品质和风格[2]。传统酿酒酵母菌株虽然能够完成发酵过程,但在风味物质的精准调控方面存在一定局限性,难以满足当前市场对香气精致度与浓郁度的需求[3]。

产香酿酒酵母具有独特的代谢途径和产香能力,能够通过合成、转化或修饰风味前体物质,显著影响葡萄酒的香气和口感特征[4]。例如,部分产香酵母菌株可通过增强酯类合成途径,提高葡萄酒中水果香气酯的含量,赋予酒体更浓郁的果香[5];尹荐等[6]的研究表明,产香酵母也可以调控萜烯类化合物的生物合成,提升葡萄酒的花香和品种香。产香酿酒酵母的应用不仅能强化葡萄本身的品种特性,更能通过定向调控香气物质的构成,精准契合消费者对香气浓郁型葡萄酒的偏好[7]。

本实验以霞多丽葡萄为材料,对比分析不同产香酵母菌株发酵酒样的理化指标和感官品质差异。研究借助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS),结合气味活性值(odor activity value, OAV)分析,对葡萄酒中的挥发性物质进行定量检测,并通过主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘判别分析(orthogonal projections to latent structures-discriminant analysis,OPLS-DA)精准筛选出影响葡萄酒香气特征的关键化合物;同时,综合运用电子鼻、电子舌和感官品评,系统解析不同产香酵母菌株的特征香气轮廓与感官品质差异,旨在揭示产香酵母代谢特性与葡萄酒风味形成的内在关联,为定向酿造具有浓郁香气特征的霞多丽干白葡萄酒提供科学依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 葡萄原料

霞多丽葡萄由新疆张裕巴保男爵酒庄有限公司提供,采摘时间2024年9月,果粒新鲜,无病虫果、霉烂果,原料情况如表1所示。

1.1.2 菌株来源

本实验共使用了四款产香酵母:LALVIN R-HSTTM(编号为C1)、ZYMAFLORETM X16(编号为C2)、ZYMAFLORETM ST(编号为C3),法国Laffort公司;Enartis Ferm Aroma White(编号为C4),意大利ESSECO集团。

1.1.3 实验试剂

氯化钠、葡萄糖,西安微克生物科技有限公司;酒石酸,西班牙Alvinesa公司;偏亚硫酸钾,意大利Enartis公司;香气标准品(色谱纯),上海Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

PHBJ-260型 pH计,上海雷磁仪器厂;Trace1610-ISO7610气相色谱质谱联用仪,美国Thermo Fisher Scientific公司;SA402B电子舌,日本Insent公司;PEN3.0电子鼻,德国Airsense公司。

1.3 实验方法

1.3.1 酿造方法

在霞多丽葡萄汁中,添加偏亚硫酸钾使游离SO2质量浓度达到30 mg/L,并添加酒石酸和葡萄糖使总酸质量浓度达到6.5 g/L、还原糖质量浓度达到220 g/L,随后将其冷却至4 ℃进行均一化和澄清。在葡萄汁浊度低于100 NTU后,在每个50 L发酵罐中加入40 L葡萄汁,室温自然回温至15 ℃。每个发酵罐按200 mg/L的干粉接种量接入产香酿酒酵母,发酵温度控制在22 ℃以下。发酵结束后,将葡萄酒贮存在4 ℃的冷库中澄清2周,装瓶后避光室温贮存。

1.3.2 基本理化指标检测

还原糖、总酸、pH、挥发酸均按照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法(含第1号修改单)》进行检测,酒精度参照食品安全国家标准GB 5009.225—2023《食品安全国家标准 酒和食用酒精中乙醇浓度的测定》进行检测,所有指标测定3次。

1.3.3 挥发性物质检测

使用HS-SPME-GC-MS对葡萄酒中的挥发性物质进行测定[8]。将5 mL葡萄酒样品、1.2 g 氯化钠和10 μL 1.003 g/L的4-甲基-2-戊醇内标加入20 mL顶空瓶中,旋紧瓶盖后置于样品盘,测定参数设置参考商浥等的方法[9]。将香气标准品融于模拟葡萄酒[14 %vol乙醇,7.5 g/L酒石酸,pH=3.3～3.4]中制备标准曲线,并加入10 μL内标,检测方法与上述方法一致。葡萄酒样品中的挥发性化合物通过与参考标准品的保留指数比对,并与NIST17.0数据库的质谱图匹配进行鉴定。通过建立纯标准品的标准曲线计算化合物浓度用于下游数据分析。采用OAV评估挥发性化合物对葡萄酒香气轮廓的贡献,其计算(1)所示[10]。挥发性物质的嗅觉特征和阈值水平根据早期研究确定[11-13]。

(1)

1.3.4 电子鼻分析方法

在100 mL玻璃瓶中装入20 mL葡萄酒样品,在25 ℃条件下平衡30 min后准备测试。电子鼻首先将清洁空气泵入样品气路60 s,再对传感器信号校准5 s,最后将待测化合物收集至传感器腔室内100 s。待响应强度稳定后,采集不同传感器的信号[14]。

1.3.5 电子舌分析方法

在电子舌专用测量杯中放入40 mL葡萄酒样品进行测试,采用两步清洗法作为测量程序[15]。测试开始前,分别以90 s、120 s、120 s的时长进行3次清洗,彻底清洁传感器。为确保样品检测的准确性,样品检测稳定化过程重复8次,每次持续30 s,稳定条件为0.5 nV。样品检测过程中,每秒采样1次,共采样30 s,获得苦味、鲜味、咸味和酸味的数据。随后进行2次3 s清洗后,通过30 s累积轮廓分析阶段获得苦味余味和鲜味余味的结果。

1.3.6 感官品评

品评团队由20名经过葡萄酒品鉴培训的专业人员组成(男生9人,女生11人),采用五分制评分系统[16],对11个感官指标(澄清度、色深、香气纯净度、香气浓度、甜度、酸度、酒精度、酒体、口感浓度、口感复杂度、余味长度)进行打分;另外,品评员需要在11种香气类型(绿色水果、核果、柑橘、热带水果、花香、干果/煮水果、草本植物、草药、辛香料、酵母、烤面包)中选择至少5个香气类别来评价香气酒样[9],分数越高代表强度越大。

1.4 数据分析

数据整理使用Excel 2022软件,单因素方差分析由SPSS 17.0软件完成,电子鼻、电子舌及感官品鉴热图由Origin 2023软件绘制,PCA和OPLS-DA由SIMCA 14.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 基本理化指标

由表2可知,4株产香酵母菌株的酿酒特性稳定,发酵酒样的还原糖质量浓度小于4.00 g/L,挥发酸质量浓度小于1.20 g/L,酒精度大于11.0 %vol,符合国标GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》对干型葡萄酒相关指标的要求。但不同酒样在还原糖、酒精度、挥发酸和pH中存在显著差异。C1菌株酿造的葡萄酒还原糖含量最高、挥发酸含量最低;而C2酒样在还原糖含量最低的情况下,保持了较低的挥发酸质量浓度。C3和C4酒样在总酸与其他酒样没有显著差异的情况下,挥发酸含量显著高于C1和C2酒样。综合来看,产香酵母C2接种发酵的葡萄酒的基本理化指标表现优于其他产香酿酒酵母菌株。

2.2 挥发性物质分析

2.2.1 挥发性物质的种类及含量分析

采用HS-SPME-GC-MS对不同产香酵母发酵的霞多丽干白葡萄酒样的挥发性物质进行分析[8]。如表3所示,共检测出49种挥发性物质,其中酯类20种(乙酸酯5种、脂肪酸乙酯12种,其他酯类3种),醇类14种(C6醇5种、低级醇4种、高级醇3种、芳香醇2种),羧酸类5种(脂肪族4种、芳香族1种),萜烯类3种,萜烯衍生物7种。

C2菌株发酵的酒样呈现出“高酯高醇”特征,其乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、2-甲基丁酸乙酯、3-羟基丁酸乙酯、癸酸乙酯、己酸异戊酯、丁二酸二乙酯等酯类物质含量均显著高于其他产香菌株发酵的葡萄酒。这些酯类物质作为重要的果香贡献者,能够有效提升葡萄酒的果香香气浓度[17]。同时,该酒样的异戊醇含量显著高于其他酒样,总质量浓度超过300 mg/L,这可能会给葡萄酒带来溶剂味等不愉悦的气味,损害葡萄酒的风味平衡[18]。

产香菌株C4在萜烯衍生物合成方面表现出明显优势,所酿造的葡萄酒中4-萜烯醇、金合欢醇、玫瑰醚、β-紫罗兰酮含量较高,这对葡萄酒的花香特征具有重要贡献。另外,尽管C4酒样的酯类物质浓度显著高于C1和C3酒样,对葡萄酒果香特征有一定提升作用[17];但其羧酸类物质含量较高,尤其是辛酸含量显著高于其他酒样。过高的辛酸含量可能给葡萄酒带来酸腐和腐败的气味,影响整体感官品质[8]。

C1和C3酒样的多数挥发性物质含量相近,总体挥发性成分含量低于C2和C4酒样。C1酒样中月桂酸乙酯、金合欢烯、橙花醇和香叶醇的含量更高,这些物质是花香香气的重要贡献者,表明C1酒样可能具有更显著的花香特征[4]。然而,C1酒样的异丁醇含量较高,可能导致杂醇油气味的不良感官影响。C3酒样中苯乙醇含量较高,同时辛酸、苯甲酸、癸酸等羧酸类物质含量也相对较高。苯乙醇通常与玫瑰花香相关,而较高的羧酸类物质可能使C3酒样的香气呈现出一定的酸感或脂蜡味[4]。

2.2.2 OAV分析

OAV>1.00的挥发性物质是构成葡萄酒特征香气的核心组分,对香气轮廓的形成具有关键作用[12]。通过分析4株产香酵母发酵的葡萄酒样本,共鉴定出21种OAV>1.00的关键挥发性物质,主要集中于酯类化合物和萜烯及其衍生物(表4)。酯类化合物通常具有水果或甜香特征,是构成葡萄酒果香风格的核心组分。C2和C4酒样在乙酸乙酯、乙酸己酯、乙酸香叶酯、乙酸苯乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯等酯类物质上均表现出较高香气活性值,表现出高果香特征[17]。在C1和C4酒样中,D-柠檬烯、(E)-β-金合欢烯和金合欢醇的OAV显著高于其他样本。其中,D-柠檬烯呈现柑橘类果香,(E)-β-金合欢烯与金合欢醇则与花香、树脂香相关,这些物质的协同作用使C1和C4酒样表现出明显的花香特征[13]。金合欢醇表现出较高的OAV,成为使葡萄酒表现出蜂蜜香气的核心物质。糖苷结合态的金合欢醇前体在高温下更易水解[19],以及酵母菌株通过β-葡萄糖苷酶分解萜烯前体释放游离态金合欢醇[20],可能是导致其含量增加的原因。值得注意的是,C3和C4酒样中辛酸的OAV较高,易产生酸腐气味;而C2和C4酒样的异戊醇与异戊酸具有较高OAV,过量时可能与刺喉感以及腐败、汗臭等气味相关,需关注其含量对葡萄酒感官品质的潜在影响[18]。

2.2.3 PCA

主要挥发性物质(OAV>1.00)的PCA表明,前2个主成分的总贡献率达71.1%,可有效反映不同酵母发酵组别间挥发性物质的组成差异。不同产香酵母发酵酒样的主要挥发性物质在主成分空间中呈现显著的组内聚集性和组间分离性特征,表明产香酵母菌种对葡萄酒挥发性物质具有定向调控效应。各组样本均表现出高度的组内同质性,尤其是C3酒样的挥发性物质在主成分空间中呈现极小的离散度,反映了C3酵母更稳定的香气调控能力(图1)。此外,C2和C4酒样位于PC1的正半轴,说明其主要挥发性物质的含量更高,这与在挥发性物质的种类及含量分析中得出的结论一致。

2.2.4 OPLS-DA

OPLS-DA模型以OAV>1.00的挥发性物质为因变量,不同产香酵母的发酵酒样为自变量,在实现对酒样有效区分的同时,还可以对产香酵母的特性进行表征,并对导致差异的挥发性物质进行分析。本次实验模型R2和Q2均大于0.5,且Q2回归线与纵轴交点小于0,模型验证有效[21]。由图2可知,产香菌株C1的特征挥发性物质为月桂酸乙酯(V10)和香叶醇(V20);C3菌株的特征挥发性物质为壬酸(V15)、D-柠檬烯(V16)、金合欢醇(V19)。C2和C4菌株产生的特征性挥发性物质较多,C2菌株主要为酯类物质(V1、V4、V7、V8)、异戊醇(V11)和异戊酸(V13),而C4菌株对己酸乙酯(V6)、β-紫罗兰酮(V21)、苯乙醇(V12)和辛酸(V14)的含量影响较大。以投影变量重要性(VIP)值>1.0为标准,判别主要挥发性物质对区分不同产香酵母菌株的贡献率。由图2-b可知,共筛选出10种差异挥发性物质,包括4种酯类、1种醇类、2种脂肪酸和3种萜烯及其衍生物。其中,金合欢醇是VIP值最高的物质,可以给酒样带来更浓郁的花香和蜂蜜香气。

2.3 电子鼻结果分析

产香酿酒酵母发酵酒样的主要电子鼻响应类别共五类,分别是短链烷类,萜烯类、无机硫化物,乙醇、醇、醛、酮,芳烃、有机硫化物和氮氧化物(图3)。C2和C4酒样的短链烷类,芳烃、有机硫化物和氮氧化物含量较高,这可能预示着葡萄酒有一定的风味缺陷。C1和C4酒样的萜烯类、无机硫化物含量较高,C2和C3的乙醇、醇、醛、酮含量较高,这与HS-SPME-GC-MS检测的挥发性物质的结果一致。

2.4 电子舌结果分析

由电子舌的结果可知,4种产香酵母发酵酒样的酸味差别不大(图4),这与基本理化指标检测的结果一致(表2)。C1酒样的苦味、咸味和苦味后味的相对电导率均低于其他酒样,表明其口感的不良表现最小。C2和C4酒样的鲜味和咸味较高,这可能是C2和C4 菌株代谢路径的固有特征,其高效合成鲜味物质的代谢优势可能伴随一定咸味物质积累[22]。C3菌株在鲜味及鲜味后味的表现最差,可能会影响葡萄酒的新鲜度和风味的表达[15]。

2.5 感官品评结果分析

根据感官品评的结果,4种产香酵母菌株发酵的葡萄酒的视觉指标(澄清度、色深)相差不大(图5-a)。在香气表现方面,不同产香菌株的差异较大,C1菌株的香气纯净度最高,C4和C2的香气浓度更高,而C3菌株在香气纯净度和浓度上得分均最低(图5-a)。根据核心香气物质热图(图5-b),C1菌株的香型较为均衡,其中核果类和花香类相比于其他香气略突出;C2菌株的主要香气类型为热带水果和核果,得分超过4.0分,香气成熟且集中;C3菌株整体得分低于其他菌株,其柑橘类和煮水果类香气较为突出,这可能是其香气纯净度和浓度较低的原因;C4菌株的核果类、热带水果和花香类香气得分均超过3.5分,这与在挥发性物质检测中表现出的“高酯高萜烯”的特征一致。

在口感方面,4株产香酵母的酸度和酒精度得分相差不大,C1酒样的甜度高于其他酒样(图5-a),这与基本理化指标检测的结果一致(表2)。C2和C4菌株发酵的葡萄酒不仅在香气浓度上有比较好的表现,在口感浓度和口感复杂度上也有着较高的得分,表现出较好的风味特征。其中,C4菌株在酒体上的得分较低,这可能与其辛酸含量较高,影响了酒体的滑腻感或黏性有关[23]。C1酒样表现出最长的余味长度,较高的糖分残留和低挥发性香气成分可能是影响这一指标的主要原因[24]。

3 结论

本研究以霞多丽葡萄为材料,对比分析了4种产香酿酒酵母菌株发酵酒样的理化指标、挥发性物质组成及感官品质。结果表明,不同产香酵母菌株对葡萄酒风味具有显著的调控差异。C1菌株发酵的葡萄酒还原糖最高、挥发酸最低,月桂酸乙酯等花香物质较丰富且香气纯净度高,余味长,苦味等不良口感最小;C2酒样具有“高酯高醇”的特征,香气浓度高,热带水果和核果的果香浓郁,鲜味突出;C3酒样的挥发酸较高,含苯乙醇和较多羧酸,香气浓度较低,但香气类型比较均衡,具有较强的挥发性物质调控能力;C4酒样的酯类和萜烯及其衍生物含量较高,花香和果香突出,风味浓度高,但其辛酸和挥发酸等羧酸含量较高。通过OAV和OPLS-DA模型分析,得到了4株产香酿酒酵母影响的核心香气物质,并筛选出了10种差异挥发性物质。其中,金合欢醇是VIP值最高的物质,可以给霞多丽葡萄酒带来更浓郁的花香和蜂蜜香气。不同产香酵母菌株通过独特代谢途径,定向合成或调控酯类、萜烯衍生物、醇类等挥发性物质的组成与含量,进而影响葡萄酒的香气轮廓与感官品质。本研究揭示了产香酿酒酵母对霞多丽干白葡萄酒风味的精准调控潜力,为定向酿造具有特定香气特征的葡萄酒提供了科学依据。后续研究将深入探究产香酵母菌株的作用机制,优化代谢路径以平衡风味物质含量,推动个性化、高品质霞多丽干白葡萄酒的酿造技术发展。

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Flavor-modulating potential of aroma-producing Saccharomyces cerevisiaestrains in Chardonnay dry white wine

PANG Hongxun1, CHENG Guoli1, ZHU Xiuhui2, GUO Wangjun1, ZHANG Yue3,HAO Dongshu1, JIANG Jiao2,4, YANG Hanyu2*, LIU Yanlin2,4*

1(Xinjiang Zhangyu Babao Baron Winery Co. Ltd., Shihezi 832061, China)

2(College of Enology, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

3(College of Materials, Xiamen University, Xiamen 361000, China)

4(Ningxia Helan Mountain’s East Foothill Wine Experiment and Demonstration Station, Northwest A&F University, Yongning 750104, China)

ABSTRACT Chardonnay dry white wine has attracted much attention for its elegant flavor.However, traditional Saccharomyces cerevisiae has limitations in the precise regulation of aroma, while aroma-producing S.cerevisiae offers a novel strategy for flavor optimization.This study employed four aroma-producing S.cerevisiae strains for Chardonnay fermentation and determined the basic physicochemical indices of the final wines.Volatile compounds and sensory characteristics were analyzed by GC-MS, electronic nose (E-nose), electronic tongue (E-tongue), and sensory evaluation to investigate the regulatory effects of different strains on wine flavor.The results showed significant differences in regulation among the diverse aroma-producing strains.Wine samples fermented with strain C2 exhibited characteristics of high esters and alcohols with rich fruity aromas;C4 samples contained abundant terpene derivatives and displayed prominent floral notes;C1 samples showed distinct floral characteristics with high aroma purity;and C3 strain demonstrated stable aroma regulation but relatively weak sensory performance.Through odor activity value (OAV) and orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA), the study identified 21 key aroma compounds, 10 differential volatile profiles, and the core volatile substances influenced by each aroma-producing strain, providing a scientific basis for the targeted fermentation of Chardonnay dry white wines with specific flavor characteristics.

Key words aroma-producing S.cerevisiae; Chardonnay; volatile compounds; flavor characteristics; E-nose; E-tongue; GC-MS; OPLS-DA model

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.043858

引用格式：庞红勋,程国利,朱秀慧,等.产香酿酒酵母菌株在霞多丽干白葡萄酒中的风味调控潜力研究[J].食品与发酵工业,2025,51(24):291-298.PANG Hongxun,CHENG Guoli,ZHU Xiuhui, et al.Flavor-modulating potential of aroma-producing Saccharomyces cerevisiae strains in Chardonnay dry white wine[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(24):291-298.

第一作者：硕士,工程师(杨涵钰和刘延琳教授为共同通信作者,E-mail:hanyuyang@nwafu.edu.cn;ylliu@nwafu.edu.cn)

基金项目：“天山英才”培养计划优秀工程师项目(Ts230007,Ts230014);昌吉州科技支撑产业高质量发展专项(2022Z03);新疆智力援助创新人才计划项目(2024)

收稿日期：2025-07-09,改回日期:2025-08-08