葡萄酒的颜色、香气等品质指标会受到葡萄品种、酿造工艺等多方面的影响,微氧化是一种传统的酿酒工艺,通常被应用在葡萄酒发酵阶段[1]。在酒精发酵过程中,酵母需要氧气参与完成酒精发酵过程,氧气会影响酵母菌的细胞活性、次级代谢产物,以及葡萄酒中的氧敏性物质,进而影响葡萄酒的香气、色泽等指标,改变葡萄酒品质[2-4]。低氧条件易导致发酵停滞和残糖积累,而高氧环境则容易引发葡萄酒氧化变质[4]。因此,微氧化技术在发酵过程中的应用值得深入研究。
微氧化是指受控地将氧气加入葡萄酒中,大量研究表明,微氧能够促进酵母菌的生长、改善葡萄酒的颜色和香气等[5-6]。WATRELOT等[7]在西拉红葡萄酒接种24 h后注入40% O2/N2气体混合物,以纯N2作为对照组,发现经氧化处理的葡萄酒比氮气处理的葡萄酒涩感更强且色素含量更高。DAI等[8]研究了低、中、高3个不同氧气条件下赤霞珠干红葡萄酒的乙醛、颜色和酚类物质变化,以未通氧组作为对照,发现中、高度氧条件下显著促进了乙醛积累,总酚和单宁含量无显著差异,经过氧化处理的葡萄酒中聚合花青素含量均显著高于对照组,单体花青素低于对照组。PICARIELLO等[9]在科维纳红葡萄酒发酵过程中使用3种不同水平的微氧化处理,研究结果表明,发酵阶段的供氧促进了乙醛的生成,进而增强了稳定色素(如吡喃花青素和聚合色素)的形成,提高了葡萄酒的颜色稳定性。RESTREPO等[10]在佳美娜红葡萄酒酵母菌指数生长期开始和结束时进行通气,发现通入氧气使长链不饱和脂肪酸的产量更高。BEKKER等[11]在接种24 h后对设拉子红葡萄酒进行40% O2/N2、空气及纯N2 3种气体处理,发现40% O2/N2中2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丙醇、乙酸己酯和1-己醇的浓度达到最高,使葡萄酒呈现出浓郁的红色与深色水果香气,而与不良还原性气味有关的挥发性含硫化合物浓度降低,如硫化氢、甲硫醇、乙硫醇等。CHEN等[12]在陈酿过程中对赤霞珠干红葡萄酒进行了氧气调节,分析了不同氧浓度对葡萄酒品质的影响。结果表明,氧调控促进了酚类物质的聚合,增强了颜色强度,减轻了葡萄酒中的泥土味,同时增强了花香和坚果的芳香特征。张军翔等[13]在陈酿期间对赤霞珠干红葡萄酒进行不同水平的微氧处理,发现微氧能促进酚类物质聚合,提升色度值,显著增加2-苯乙醇、苯甲醛、双乙酰和2,3-戊二酮等物质含量,减弱葡萄酒的生青味、香辛料味等,增强果脯味、花香味以及坚果味的香气特征。
目前,国内关于微氧化技术的研究主要集中于葡萄酒陈酿阶段的应用,而对酒精发酵阶段的系统性研究较为缺乏。现有研究多集中于微氧处理对葡萄酒颜色稳定性和酚类物质的影响,关于其对酒精发酵阶段酵母菌落动态变化及葡萄酒香气特征的研究明显不足。本研究以商业酿酒酵母BDX进行单菌发酵,在赤霞珠葡萄酒酒精发酵阶段实施不同水平的可控微氧化处理,探究微氧处理对酵母发酵动态与葡萄酒品质的影响。本研究为葡萄酒酒精发酵阶段的氧气精准调控和品质提升提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
1.1.1 菌种与葡萄原料
商业酿酒酵母:BDX,法国拉曼公司。
葡萄原料:赤霞珠葡萄,产自宁夏青铜峡西鸽酒庄。除梗破碎后测得葡萄汁中还原糖含量为241.3 g/L、总酸含量为4.78 g/L、pH值为3.91。
1.1.2 培养基
WL固体培养基(g/L):酵母浸粉5.0,酸水解酪蛋白5.0,葡萄糖50,磷酸二氢钾0.55,氯化钾0.425,氯化钙0.125,硫酸镁0.125,氯化铁0.002 5,硫酸锰0.002 5,溴甲酚绿0.022,琼脂17.0。pH值5.5±0.2,121 ℃灭菌15 min。
1.1.3 主要试剂
葡萄糖、硫酸铜、氢氧化钠、福林肖卡、没食子酸等(均为分析纯),天津市大茂化学试剂厂;甘油酶法检测试剂盒,北京普利莱基因技术有限公司;WL固体培养基,青岛海博生物技术有限公司。
1.2 仪器与设备
SHP-150B生化培养箱,常州诺基仪器有限公司;JNX-26离心机,贝克曼库尔特股份有限公司;Multiskan FC酶标仪,赛默飞世尔仪器有限公司;TU-1901紫外可见分光光度计,北京普析公司;BT100-3 J蠕动泵,保定兰格恒流泵有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 葡萄酒微氧发酵实验
将赤霞珠葡萄除梗破碎后,按80%装液量分装于10 L玻璃发酵罐中,添加60 mg/L偏重亚硫酸钾和30 mg/L果胶酶,浸渍24 h。将商业干酵母以200 mg/L接种量称取,以酵母与水的料液比为1∶>10(g∶>mL)加入无菌水重悬后置于30 ℃恒温水浴中活化30 min,之后接入发酵罐进行单菌发酵。发酵过程中通过蠕动泵输送空气进行微氧化处理,蠕动泵流量设置为48 mL/min,通氧时间分别为0(M-0,对照组)、15(M-75)、75(M-75)、150 min/d(M-150),对照组在通氧前通过充入氮气(纯度≥99.999%)排空发酵罐顶部空气,将溶解氧浓度降至0,排除氧气的干扰,每组设置3个平行实验。利用溶氧仪和氧化还原电极实时监测葡萄酒中溶解氧和氧化还原电位变化。发酵过程中每天检测残糖含量,当残糖低于4 g/L时,视为酒精发酵结束,皮渣分离,添加60 mg/L偏重亚硫酸钾,密封静置1个月后进行相关指标测定。
1.3.2 酵母发酵动态监测
酵母菌落数量变化利用稀释涂布法,发酵前5 d每隔8 h取样,之后每隔24 h取样。样品用无菌水按10～105梯度稀释,取100 μL涂布在WL固体培养基上,28 ℃培养2～3 d。在30～300个菌落的平板上根据菌落形态进行菌落计数。
1.3.3 葡萄酒理化指标测定
pH值使用pH计进行测定。
酒精度、还原糖、残糖、总酸、挥发酸、游离SO2、总SO2参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》进行测定。
甘油利用甘油酶法试剂盒进行测定,采用甘油磷酸氧化酶法与经典的GPO-Trinder酶学反应方法,通过比色测定液体样本中的甘油含量。
1.3.4 葡萄酒色泽测定
参照王文璇等[14]的方法进行测定。用0.45 μm水系滤膜将葡萄酒过滤,以蒸馏水作为空白对照,利用紫外可见分光光度计分别测定样品在420、520、620 nm吸光值。色度和色调的计算如公式(1)和公式(2)所示:
色度=(A420nm+A520nm+A620nm)×10
(1)
色调=A420nm/A520nm
(2)
1.3.5 葡萄酒CIELab颜色参数测定
参考王宏等[15]、耿晨晨[16]的方法,将酒样稀释10倍之后,用0.45 μm水系滤膜,采用光程为1 mm的石英比色皿,利用紫外分光光度计在400～700 nm谱段连续扫描,扫描间隔1 nm,以蒸馏水作为空白对照,计算选用CIE1964作为标准,根据光谱值找出450、520、570、630 nm处的4个吸光度(A),根据电子版增强出版公式(3)～公式(11)(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044561,下同)计算出三色值X、Y、Z值及L*(明亮度)、a*(红/绿色调)、b*参数(黄/蓝色调)。
1.3.6 葡萄酒酚类物质测定
花色苷采用亚硫酸盐漂白法测定。将1 mL酒样、1 mL酸化的0.1%(体积分数)盐酸与20 mL 2%(体积分数)盐酸溶液混匀制得溶液A,在2个试管中先分别加入10 mL上述混合溶液A,再分别加入4 mL H2O和4 mL 15%(体积分数)亚硫酸氢钠溶液。避光静置20 min后测得520 nm处的吸光值,将吸光值带入公式计算得出花色苷浓度,如公式(12)所示:
C/(mg/L)=875×(X2-X1)
(12)
式中:C,花色苷浓度,mg/L;X1,溶液A与H2O混合测得的吸光值;X2,溶液A与15%亚硫酸氢钠混合测得的吸光值。
总酚的测定参考宋晨龙等[17]的方法,采用福林-肖卡法,以没食子酸为标准品制作标准曲线并计算总酚含量。
1.3.7 葡萄酒感官评价
由10名具有丰富葡萄酒感官评价经验的评审员(5男5女)进行。在(18±2) ℃的ISO标准品酒酒杯倒入约30 mL的葡萄酒样品。采用10分制评定。评估指标包括外观(颜色、澄清度)、香气(浓郁度、复杂度、协调度)、口感(香气浓郁度、酸甜平衡性、涩感、余味)和整体性。采用5分制评价香气强度,包括花香、绿色果香、红色果香、黑色果香、热带果香、核果类香气、柑橘类、草本味、香辛料味、不良风味。感官评价结果以所有评审员评分的平均值表示,并据此绘制雷达图。
1.3.8 葡萄酒挥发性物质测定
参照周迪等[18]的方法稍作修改,采用顶空固相微萃取(head space-solid phase micro-extraction, HS-SPME)结合气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)对挥发性化合物进行分析。将顶空瓶中加入1.5 g NaCl、5 mL酒样、10 μL 1.008 3 g/L 4-甲基-2-戊醇内标,250 r/min,40 ℃萃取30 min。GC条件:进样口温度250 ℃,起始柱温50 ℃,恒温1 min,以3 ℃/min升到220 ℃,保持5 min。载气为高纯氦气(纯度≥99.999%),流速1 mL/min。MS条件:传输线温度235 ℃,离子源温度230 ℃,电子能量70 eV。质量扫描范围29～350 u。将质谱图通过美国国家标准与技术研究院(The National Institute of Standards and Technology, NIST)检索和保留指数进行定性分析,使用标准曲线进行定量分析。
1.4 数据分析
使用Microsoft Office 2016、SPSS 25软件进行数据统计与分析,使用单因素ANOVA检验进行显著性分析;Origin 2024进行绘图,图或表中不同小写字母代表具有显著差异(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 酒精发酵过程中溶解氧浓度变化
发酵过程中溶解氧浓度容易受到氧化反应、酚类物质的缩合、聚合反应及酵母菌生长代谢作用等多种因素的影响[19]。酒精发酵期间,不同通气条件下溶解氧含量变化如附图1所示,M-15在酒精发酵前7 d溶解氧浓度较低,在第8天和第9天左右呈现线性积累(附图1-b);M-75在发酵刚开始时溶解氧浓度较高,在第1～7天左右溶解氧浓度较低,第8天左右出现线性积累(附图1-c);M-150在发酵前6 d溶解氧浓度较低,在第7天之后开始线性升高(附图1-d);对照组在整个发酵期间未出现明显的溶解氧线性积累现象(附图1-a),而通氧组在发酵末期溶解氧含量均呈现线性积累,且通氧时间越长溶解氧浓度峰值越高,即M-150>M-75>M-15。在整个发酵过程中,M-15中溶解氧浓度始终低于其他发酵组。
图1 不同微氧处理条件下酒精发酵过程氧化还原电位变化
Fig.1 Changes of ORP during alcoholic fermentation under different aerobic conditions
注:图中不同小写字母表示相同时间不同组之间的显著性差异(P<0.05)。
2.2 酒精发酵过程中氧化还原电位(oxidation-reduction potential, ORP)变化
ORP是葡萄酒中氧化还原状态的定量指标,反映了系统内各种物质之间的电子转移能力,可实时监测,是监督酿酒过程的重要工艺参数[20],在酒精发酵过程中添加氧气会改变葡萄汁和葡萄酒的ORP[21],ORP取决于生物量和特定发酵速率[22]。酒精发酵期间,不同通气条件下ORP变化如图1所示,所有组的ORP在发酵前3 d均表现为下降,第4天之后通氧组M-75与M-150的ORP开始逐渐升高,M-15在发酵第5～7天有所下降之后继续升高。对照组M-0在发酵第4天开始趋于稳定,直至发酵结束。在发酵前6 d,不同发酵组之间ORP没有显著性差异。发酵第7天,M-150的ORP显著高于M-0,发酵第8天,M-0的ORP显著低于其他通氧组,发酵第9天M-75与M-150的ORP显著高于M-0。在发酵末期第10天,M-150>M-75>M-15>M-0,M-150的ORP显著高于M-15及M-0,即通氧时间越长则ORP越高。
2.3 酒精发酵过程残糖变化
不同通气条件下酒精发酵的残糖变化如附图2所示,所有处理组与对照组的酒精发酵都用时10 d左右,在发酵第3～4天残糖消耗最多,表明酒精发酵速率最快。发酵第5天,M-15的残糖含量显著低于M-150。发酵第6天,M-150残糖含量显著高于其他发酵组。
a-M-0;b-M-15;c-M-75;d-M-150
图2 不同微氧处理条件下酿酒酵母与非酿酒酵母菌落数量对比
Fig.2 Comparison of the colony counts of Saccharomyces cerevisiae and non-Saccharomyces under different aerobic conditions
2.4 酒精发酵过程中酵母菌落数量变化
酒精发酵过程中酿酒酵母与非酿酒酵母菌落数量变化如图2所示,非酿酒酵母在发酵前2 d数量较多,发酵第1天菌落数量达到峰值,M-15>M-150>M-0>M-75,分别是4.04×106、3.35×106、2.72×106、1.99×106 CFU/mL,随着发酵进行逐渐减少,第4天之后没有非酿酒酵母存在。发酵第2天之后酿酒酵母在发酵体系中占据了主导。由图2可知,酿酒酵母发酵第3天呈指数增长,菌落数量达到峰值,M-15>M-0>M-75>M-150,细胞数分别为1.65×107、1.32×107、1.21×107、1.20×107 CFU/mL,4组之间没有显著性差异。发酵第3天之后,所有组酿酒酵母菌落数量呈现减少趋势,直到发酵结束,与通氧组相比,对照组菌落数量减少速率最慢。
2.5 葡萄酒理化指标分析
不同通氧条件发酵赤霞珠葡萄酒的理化指标如表1所示,M-0的残糖含量最高,且显著高于M-75,M-15和M-150之间没有显著性差异。不同通氧组之间的挥发酸、总酸含量没有显著性差异,M-75挥发酸含量最低,M-0总酸含量最低。M-150酒精度显著高于其他组,为14.88%。所有组之间pH不存在显著性差异,但M-75与M-150 pH略低。M-150甘油含量显著高于其他组,为9.44 g/L,说明适量氧气可促进酵母产甘油能力。M-150游离SO2含量最低,显著低于M-0、M-15,总SO2含量最低,显著低于M-0。
表1 不同微氧处理条件下发酵赤霞珠葡萄酒的基本理化指标
Table 1 Basic physicochemical indices of fermented CabernetSauvignon wines under different aerobic conditions
指标M-0M-15M-75M-150残糖含量/(g/L)3.27±0.45a2.79±0.07ab2.56±0.07b2.79±0.19ab挥发酸含量/(g/L)0.38±0.08a0.37±0.04a0.30±0.02a0.38±0.02a总酸含量/(g/L)4.75±0.14a4.94±0.11a5.12±0.35a4.97±0.09a酒精度/%vol13.92±0.20bc14.22±0.15b13.87±0.09c14.88±0.19apH3.88±0.02a3.88±0.03a3.86±0.01a3.87±0.01a甘油含量/(g/L)8.81±0.04b8.88±0.29b8.88±0.05b9.44±0.41a总SO2/(mg/L)29.07±0.46a25.07±0.92b23.47±0.92bc22.93±0.92c游离SO2/(mg/L)5.87±0.46a5.07±0.46ab4.80±0.80ab4.53±0.46b
注：结果代表3个独立试验的“平均值±标准差”,不同小写字母表示每行不同指标的显著性差异(P<0.05)。
2.6 葡萄酒色泽分析
不同通氧条件发酵赤霞珠葡萄酒的色度、色调值如附图3所示,所有组的色度值为15.69～18.00,M-150 的色度值显著高于M-75,为18.00。所有组的色调值为0.69～0.74,且之间不存在显著性差异。
a-总酚含量;b-花色苷含量
图3 不同微氧处理条件下发酵赤霞珠葡萄酒总酚及花色苷含量
Fig.3 Total phenol and anthocyanin contents of fermented Cabernet Sauvignon wines under different aerobic conditions
注:图中不同小写字母表示不同组之间差异显著(P<0.05)。
2.7 葡萄酒CIELab颜色参数分析
由表2可知,L*表示葡萄酒的明亮度,4种微氧处理条件下,L*最大的是M-75,为60.98,颜色最亮,最小的是M-150,为57.17,颜色最暗。a*表示葡萄酒的红色色调,最大的是M-150,为38.96,最小的是M-75,为36.83,与M-0接近。b*表示葡萄酒的黄色色调,最大的为M-0,为6.78,最小的为M-75,为3.25。饱和度Cab值是色度a*和色度b*的综合指标,表示葡萄酒颜色的色彩饱和程度[15],饱和度最大的是M-150,为39.33,最小的是M-75,为36.98。色调角Hab接近0°表示更具有紫红色色调,M-75的Hab最小,说明颜色最靠近紫红色。M-0的Hab最大,表示颜色没有微氧处理的红。
表2 不同微氧处理条件下发酵赤霞珠葡萄酒的CIELab参数值
Table 2 CIELab parameters of fermented Cabernet Sauvignon wines under different aeration conditions
XYZL∗a∗b∗CabHab/°M-034.8626.5624.1858.4736.986.7837.6710.63M-1536.5527.7627.3859.6737.723.6437.905.51M-7538.0229.2529.1660.9836.833.2536.985.05M-15033.7525.1023.6757.1738.965.3539.337.83
2.8 葡萄酒酚类物质分析
不同通气条件下发酵赤霞珠葡萄酒总酚及花色苷含量如图3所示,所有组的总酚含量为1.5～1.8 g/L,且所有组之间不存在显著性差异,M-150总酚含量高于其他组,为1.78 g/L(图3-a)。对照组与通氧组之间花色苷含量存在显著性差异,其中M-75花色苷含量最高,为550.38 mg/L,M-0花色苷含量最低,为505.75 mg/L(图3-b)。氧在葡萄酒老化过程中花青素衍生和聚合色素的形成中起关键作用,从而提高颜色强度和稳定性[23]。
2.9 葡萄酒感官评价
不同通氧条件发酵赤霞珠葡萄酒感官评价结果如图4-a所示,颜色方面,M-75、M-150略高于其他组,光泽度强,呈深红色;透明度方面,M-75高于其他组;协调度方面,差异不显著,所有评分均>7,协调性好;浓郁度、复杂度、香气浓郁度、酸甜平衡性方面,通氧组显著高于对照组;涩感、整体性M-75显著高于其他组。香气强度评价结果如图4-b所示,M-75增加了花香、核果类香气;M-0香辛料味显著高于其他组;在绿色果香、红色果香、黑色果香等其他方面,各组之间差异不大。所有发酵酒样几乎不存在不良风味。
a-感官强度评价;b-香气强度评价
图4 感官强度及香气强度评价
Fig.4 Evaluation of sensory intensity and aroma intensity
2.10 葡萄酒挥发性物质分析
葡萄酒中的香气成分是构成葡萄酒质量的主要因素之一,决定着葡萄酒的风味和典型性[24]。通过HS-SPME-GC-MS技术分析了不同通氧条件下赤霞珠葡萄酒中的挥发性香气物质,如附表1所示,共检测出90种挥发性化合物,包括37种酯类、23种醇类、7种酸类、4种醛酮类、19种其他化合物。挥发性物质总含量如附图4所示,M-0为854 066.53 μg/L,M-15为973 807.69 μg/L,M-75为990 186.13 μg/L,M-150为1 031 120.54 μg/L,即M-150>M-75>M-15>M-0,表明通氧量越多,产生的挥发性化合物越多。
气味活性值(odor activity value, OAV)是用来评估某种香气物质对整体风味的气味强度的指标。当OAV>1时,表明该香气物质对葡萄酒的整体香气有明显贡献度,而且OAV越大表示其贡献作用越大[25]。如附表1所示,共有21种香气物质的OAV>1,包括9种酯类、4种醇类、3种酸类、2种醛酮类、3种其他类物质。
酯类物质作为葡萄酒香气的核心成分,对葡萄酒香气的形成起关键作用,显著影响葡萄酒的香气浓郁度[26]。M-150酯类物质总含量最高,为134 339.43 μg/L;M-15最低,为115 864.73 μg/L,其中乙酸乙酯是含量最丰富的酯类物质,乙酸乙酯和丁酸乙酯总含量占酯类物质总含量的90%以上,在M-150中含量最高。OAV>1的酯类物质有乙酸乙酯(果香、甜味)、乙酸异丁酯(香蕉、水果味)、丁酸乙酯(香蕉、草莓味)、2-甲基丁酸乙酯(青苹果味)、乙酸异戊酯(甜香、香蕉)、己酸乙酯(果香、花香)、辛酸乙酯(梨、菠萝、茴香味)、丁二酸二乙酯(水果清香)、十四酸乙酯(花香、肉桂)。M-150丁酸乙酯含量显著高于M-15,增强了葡萄酒中香蕉、草莓味。
高级醇也称杂醇油,其成分复杂,包括正丙醇、正戊醇、异戊醇、活性戊醇、正丁醇、异丁醇等,主要由葡萄汁中的糖发酵而成。高级醇是挥发性的香味物质,少量的高级醇可增加葡萄酒的风味,但过量也会对人体造成危害[27]。醇类物质总含量为729 372.08～897 710.78 μg/L,占挥发性物质总含量的85%以上,其中M-150>M-75>M-15>M-0,表明通氧时间越长,产生的醇类物质越多。醇类物质中对香气有明显贡献的是异丁醇(醇香、淡甜味)、1-辛烯-3-醇(蘑菇、泥土味)、2-乙基己醇(奶油、酸奶)、苯乙醇(玫瑰、花香)。M-150中1-丙醇含量显著高于其他组,增强了葡萄酒中水果、酒精味,M-75中(E)-3-己烯-1-醇、(Z)-2-己烯-1-醇含量显著高于其他组,增强了花香、草药味。
通氧组与对照组酸类物质总含量存在较大差异,通氧组显著高于未通氧组,其中M-150含量最高,如乙酸、异丁酸显著高于其他处理组。OAV>1的酸类物质为异丁酸(奶酪味)、丁酸(奶酪、糖果)、己酸(奶酪、腐臭)。
醛酮类物质中OAV>1的分别是2,3-丁二酮(丁香、水果)、苯甲醛(蜂蜜、糖果)。M-150苯甲醛含量显著高于其他发酵组,使葡萄酒中蜂蜜、糖果味更加浓郁。
其他物质中OAV>1的香气物质有β-紫罗兰酮(海藻、花香、树莓)、芳樟醇(玫瑰花香、柑橘香)、2-异丁基3-甲氧基吡嗪(土壤、香料、青椒)。通氧组芳樟醇含量显著高于对照组,增强了葡萄酒中玫瑰花香、柑橘香。
为了进一步分析通氧量对葡萄酒挥发性成分的影响,对OAV>1的21种香气物质进行聚类热图分析,如图5所示,热图中的不同色阶代表香气物质在不同通氧条件下的相对含量变化。1-辛烯-3-醇、2,3-丁二酮在M-0中含量最高,赋予葡萄酒蘑菇、泥土、丁香、水果味;苯乙醇、己酸、β-紫罗兰酮、2-异丁基3-甲氧基吡嗪在M-15中含量最高,增强了葡萄酒中海藻、花香、树莓、香料、青椒味等;2-乙基己醇在M-75中含量最高,赋予了葡萄酒奶油、酸奶味;苯甲醛、丁酸、异丁酸、乙酸乙酯在M-150中含量最高,使葡萄酒中蜂蜜、糖果、奶酪、果香味更加浓郁。
图5 不同微氧处理条件下发酵赤霞珠葡萄酒挥发性物质聚类分析热图
Fig.5 Cluster analysis of volatiles in fermented Cabernet Sauvignon wines under different aerobic conditions
3 结论
氧气在葡萄酒生产中是一个关键因素,能够对葡萄酒产生正面或负面影响。本研究在赤霞珠葡萄酒酒精发酵过程中实施微氧化处理,探究了不同微氧水平对发酵体系中酵母菌落动态变化及葡萄酒关键品质的影响。研究结果表明,发酵前7 d溶解氧浓度较低,可能是由于各种生化反应(如氧化、缩合、聚合反应)及酵母生长代谢作用需要消耗氧气[22]。与对照组相比,通氧组在发酵末期溶解氧含量呈现线性积累,这与DAI等[8]的研究结果一致,可能由于酚类化合物氧化和聚合反应速率变慢、乙醇浓度增加或酵母耗氧终止[28]。所有组ORP在发酵前3 d均表现为减小,与对照组相比,通氧组在发酵末期,ORP均呈现上升趋势,且通氧时间越长ORP越大。BENUCCI等[22]发现葡萄汁的初始ORP值在酒精发酵初期阶段降至最低,随后随着发酵速率降低而缓慢上升,与本研究结果类似。通过酿酒酵母菌落数量变化发现发酵第3天为指数发酵阶段,M-75发酵速率最快,M-15菌落数目最多,表明适量氧气能够促进酵母发酵速率,增强酵母活力。VARELA等[29]也发现酒精发酵过程中添加氧气对酵母的生长、活力和发酵效率都有积极影响,也有研究表明,一些休眠但有活力的酵母可以在微氧化期间生长和繁殖[30]。M-150甘油含量显著高于其他组,发现高氧含量能够提升酵母菌产甘油能力。PELTIER等[31]以振荡培养的方式模拟微氧合,发现高水平的微氧化会加速发酵速率,并增加甘油的产生,这与本实验研究结果一致。M-150酒精度显著高于其他组,表明高氧可提升酒精度,这可能是由于酵母细胞生长需要大量氧气以合成甾醇和不饱和脂肪酸,进而形成膜脂质并维持细胞膜结构的完整性,从而有助于提高糖酵解效率和乙醇产量[32]。通氧组总SO2、游离SO2含量显著低于未通氧组,表明微氧可以降低葡萄酒中SO2水平。JI等[30]发现与非氧化葡萄酒相比,氧化葡萄酒中游离SO2和总SO2的浓度呈线性下降,与本研究结果一致,可能是因为氧气进入葡萄酒中,通过氧化产生H2O2和醌,SO2会与H2O2和醌发生反应,使其含量减少[33]。本研究也探究了微氧处理对葡萄酒颜色、酚类物质及香气的影响,结果表明,M-150色度值、总酚含量最高。M-75颜色最亮,最靠近紫红色,M-150红色色调、饱和度最大,分别为38.96、39.33。通氧组与对照组之间花色苷含量具有显著性差异且M-75花色苷含量最高,表明适量氧气也可改善葡萄酒颜色,可能因为氧气可以与不同化合物(主要是酚类)发生氧化、缩合和聚合反应,导致新的聚合物色素的形成[34-35]。DURNER等[28]发现微氧化作用对黑皮诺葡萄酒的显色产生了重大影响。随着氧剂量的增加,微氧化处理促进了大型聚合物色素的形成,增加了颜色的强度[36],这与本研究结果一致。感官评价表明,通氧组在复杂度、香气浓郁度等方面评分显著高于对照组。香气结果表明,通氧量越多,产生的挥发性化合物越多。酯类化合物中乙酸乙酯含量最丰富,且在M-150中最多,增强了葡萄酒中果香味。RIHAK等[37]利用商业酿酒酵母进行纯种发酵,发现经高氧处理的葡萄酒中乙酸乙酯含量显著高于非氧化处理组,与本研究结果相似。M-150中1-丙醇含量显著高于其他组,增强了葡萄酒中水果、酒精味。M-150苯甲醛、乙酸、异丁酸等物质含量显著高于其他组,使奶酪、蜂蜜味更加浓郁。M-75中1-己醇、(E)-3-己烯-1-醇、(Z)-2-己烯-1-醇等物质含量显著增加,增强了草药味、花香。M-15己酸异戊酯、β-大马士革酮等物质含量大幅度增加,赋予了葡萄酒更加浓郁的果香、花香。有文献指出,在发酵阶段进行适度的氧化处理,有助于提升葡萄酒中多种酯类物质的含量,包括乙酸酯和乙基酯类;同时,高级醇(如己醇、庚醇等)的浓度也有所增加[11,32,37]。此外,有氧条件下酿造的葡萄酒中β-大马士革酮的浓度在酒精发酵结束时也显著升高[21],本研究结果与以上文献报道的结果相似。适量的溶解氧一方面能与葡萄酒中酚类物质发生反应,使葡萄酒颜色更稳定,另一方面能促进酵母生长代谢,从而提高葡萄酒的酒精度和甘油含量,并增强果味酯、花香等香气特征,但过量氧气会产生过多的高级醇及酸类物质,给葡萄酒带来不良风味。综上所述,M-15能促进酒精发酵过程中酵母的生长,M-150可显著提升葡萄酒中的甘油含量和酒精度,促进酚类物质聚合,提高酒体色度值及饱和度。微氧处理不仅能显著增加花色苷含量、改善葡萄酒感官特性,还有利于高级醇类、酯类、酸类化合物生成,使葡萄酒呈现出更浓郁的果香和花香等特征。
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