两种酵母对不同品种干白葡萄酒香气的影响
时间：2023-02-21 09:05:06 来源：千叶帆 本文已影响人
张奎，马云青，冯方圆，张东升，崔彦志，康文怀*
（1. 河北科技大学食品与生物学院，河北石家庄 050018；
2. 朗格斯酒庄（秦皇岛）有限公司，河北秦皇岛 066600）
干白葡萄酒因其香气浓郁，酸度适中，受到大众的喜爱。香气作为衡量葡萄与葡萄酒品质的一个关键指标，其种类、含量以及之间的相互作用因品种和酿造工艺不同而差异很大[1-2]。干白葡萄酒的香气感官特征主要取决于品种香和发酵香的组合[3]。影响葡萄酒发酵香的因素有许多，如酿酒酵母、发酵时间及温度等，其中酿酒酵母对葡萄酒香气的影响尤为重要，例如挥发酸、高级醇、酯类等重要香气物质的形成和含量均与酿酒酵母具有密切的联系[4]。靳华荣等[5]选用5种商业酵母酿造‘霞多丽’干白葡萄酒，发现每种酵母发酵的葡萄酒在香气和理化指标上均存在一定差异，其中CEC01酵母具有较好的发酵特性，适合于酿造‘霞多丽’干白葡萄酒。Denat[6]等通过研究酵母在发酵半合成葡萄汁对白葡萄酒香气的影响时发现，超过50种香气化合物受到酵母的显著影响，酵母可以通过形成香气次级代谢物、与乙醇酯化和特定的酶促作用转化为香气分子来影响葡萄酒的香气特征。
目前，生产上主要使用商业活性干酵母来酿造葡萄酒，因而造成产品同质化。因此，为了获得具有典型特征的葡萄酒，选择合适的酵母进行酿造至关重要[7]。酵母QA23具有较高的β-葡萄糖苷酶活性和显著的转化硫醇的能力，能够促进多种萜稀类物质的产生，抑制挥发酸的产生，可用于大多数白葡萄酒发酵。酵母OKAY能够确保更少的负面硫化物、挥发酸、乙醛和更多的酯类物质的产出，赋予葡萄酒果香突出、活泼清新等感官特征。本研究以‘霞多丽’‘阿拉奈尔’（Aranel）和‘赛美蓉’（Semillon）葡萄为原料，分别选用酵母QA23和OKAY进行酿造，并采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气质联用技术（GC-MS）对发酵结束后的干白葡萄酒进行挥发性香气成分分析，期望为酿造不同风格特点的干白葡萄酒提供一些参考。
1.1 材料与试剂
葡萄样品：采集于河北昌黎朗格斯酒庄有限公司。酿酒酵母分别是LALVIN QA23和LALVIN ICV OKAY，购于法国Lallemand公司。挑选成熟的‘霞多丽’‘阿拉奈尔’和‘赛美蓉’葡萄，利用酵母QA23和OKAY按照常规工艺条件[8]进行小批次试验发酵，当残糖低至4 g·L-1以下时结束发酵，进行取样。
偏重亚硫酸钾（分析纯）、氯化钠（分析纯）、果胶酶，国药集团化学试剂有限公司；
C8～C30正构烷烃标准品、2-辛醇标准品（色谱纯），美国Sigma-Aldrich公司。
1.2 仪器与设备
Agilent7890BGC和Agilent5977AMS气 相色谱-质谱联用仪，HP-INNOWAX毛细管柱（3 0 m×0.25 mm×0.25 μm）：美国安捷伦科技有限公司；
固相微萃取头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS）：美国Supelco公司；
自动顶空固相微萃取装置：德国Gerstel公司；
PAL RSI 85多功能自动进样器：瑞士CTC公司。
1.3 试验方法
1.3.1 干白葡萄酒理化指标分析
葡萄酒总糖、总酸、挥发酸、酒精度、总SO2和pH按照国标GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》进行分析[9]，均重复3次。
1.3.2 干白葡萄酒香气成分分析
（1）HS-SPME条件。参照康文怀等[10]的方法稍加修改，具体步骤如下：向20 mL样品瓶中依次加入2.4 g NaCl、8 mL酒样和8 µL 2-辛醇内标溶液。密封后放入50 ℃的磁力搅拌台上搅拌持30 min，将活化后的萃取头插入样品瓶的顶空，吸附饱和后，再插入气相色谱进样口，采用不分流模式，250 ℃下热解吸5 min。
（2）GC-MS条件。利用本实验室优化的气质联用方法[11]。载气为高纯氦气，流速为1 mL·min-1；
升温程序为50 ℃保持5 min，再以5 ℃·min-1升温至220℃，保持5 min。质谱进样口温度为250 ℃，离子源温度为230 ℃，四极杆温度为150 ℃，电离方式为电子轰击离子源（EI)，电压为70 eV，质量扫描范围为30～350 m·z-1。
（3）定性定量方法。定性方法[12]：使用Agilent Enhanced data analysis软件进行解谱，通过峰质谱图、保留时间和保留指数，结合美国国家标准技术研究院（NIST）14.L标准谱库以及文献收录化合物的质谱信息进行检索匹配，取匹配率大于80%的物质进行定性分析。定量方法[13]：采用内标法对香气成分进行半定量分析。
1.3.3 数据统计分析
用Agilent ChemStation软件对葡萄酒香气成分进行分析，用Microsoft Excel 2019对酒样进行统计分析和绘制相关图表，用SPSS 26.0软件对香气成分进行主成分分析（PCA）。
2.1 发酵过程中干白葡萄酒相关理化指标分析
由图1A～D可知，在干白葡萄酒发酵期间，对于‘霞多丽’，酵母QA23相比于OKAY发酵用时短，产总酸和挥发酸高，酒精度低；
对于‘阿拉奈尔’，酵母QA23比OKAY发酵用时更长，总酸和挥发酸产量更低，而产酒精度相同；
对于‘赛美蓉’，酵母QA23比OKAY发酵用时更长，总酸和挥发酸含量更高，酒精度更低。总体来说，在酿造干白葡萄酒过程中，酵母OKAY分解糖产生酒精能力强于酵母QA23，产总酸和挥发酸的能力弱于酵母QA23，但是对于同一酵母在不同品种中的发酵特性不完全相同。
由图1E～F可知，在发酵过程中各酒样总SO2变化处于正常范围，都呈现出先上升后下降的趋势；
pH值在3到3.5之间波动，总体呈现先缓慢下降后缓慢上升的趋势。pH值对葡萄酒的感官特性和稳定性具有重要影响，pH值较低的葡萄酒，其酒液中微生物的生长能够得到有效的抑制，口感和风味等能保持相对稳定的状态[14]。
2.2 干白葡萄酒中香气物质
2.2.1 两种酵母发酵的干白葡萄酒香气物质差异
香气物质是指可以使嗅觉感受到香味物质的总称。在葡萄酒中，这些化合物主要包括醇类、酸类、酯类、醛类、酮类和酚类等物质，其中对香气有影响的是高级醇类、有机酸类和酯类物质[15]。由表1可得，在2种酵母发酵的3个品种干白葡萄酒中，共检测出58种香气物质，包括6种高级醇类、6种脂肪酸类、32种酯类和14种其他类。其中酵母QA23和OKAY发酵的‘霞多丽’葡萄酒分别检测出27种（4种醇、4种酸、16种酯和3种其他类）和37种香气物质（4种醇、5种酸、22种酯和6种其他类）；
‘阿拉奈尔’葡萄酒分别检测出28种（3种醇、4种酸、16种酯和5种其他类）和29种香气物质（4种醇、5种酸、15种酯和5种其他类）；
‘赛美蓉’葡萄酒分别检测出39种（4种醇、5种酸、23种酯和7种其他类）和30种香气物质（5种醇、5种酸、17种酯和3种其他物质）。在香气物质含量方面，酵母OKAY发酵的‘赛美蓉’含量最高为34 763.07 µg·L-1，酵母QA23发酵的‘阿拉奈尔’含量最低为19 920.25 µg·L-1。不同酵母酿造不同品种葡萄酒所形成的香气物质种类差别较小，但是在香气物质含量上差异较大，这与刘宁[16]的结果类似。
由表1可知，酵母QA23和OKAY发酵的‘霞多丽’葡萄酒中醇类物质分别占香气总量的7.70%、6.42%；
‘阿拉奈尔’葡萄酒中为7.15%、6.97%；
‘赛美蓉’葡萄酒中为5.95%、6.29%。在所检测到的酒样中异戊醇的含量最高，其次是苯乙醇。酵母QA23发酵的‘霞多丽’葡萄酒中酸类含量最高为6327.00 µg·L-1。酵母OKAY发酵的‘阿拉奈尔’葡萄酒中酸类含量最低为3357.75 µg·L-1。酵母QA23和OKAY发酵的‘霞多丽’葡萄酒中酯类物质分别占香气总量的72.71%，78.39%；
‘阿拉奈尔’葡萄酒中为72.67%，80.74%；
‘赛美蓉’葡萄酒中为79.37%，82.72%。在检测到的所有酯类中，乙酸异戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯含量较高，总占比超过80%。6种酒样中除了醇、酸、酯以外，还检测出少量的醛酮类、萜烯类、苯酚、烯烃和烷烃等物质。
2.2.2 香气物质主成分分析
干白葡萄酒香气成分种类繁多且含量差异较大，为了解6种干白葡萄酒香气物质的差异，选择表1中香气活性值（OAV）＞0.1的16个挥发性香气物质进行主成分分析，选择特征值大于1的进行主成分抽提，得到PC1、PC2的方差贡献率分别为54.62%、26.31%，说明这两个主成分可以解释80.93%的总方差信息。
表1 两种酵母发酵不同品种干白葡萄酒的香气物质含量Table 1 The aroma content of different varieties of dry white wines fermented by two yeastsµg·L-1
得分高低体现了香气物质对主成分的影响，数值越大，说明该香气成分对主成分的贡献值也越大。由图2可知，癸酸异戊酯、棕榈酸乙酯、辛酸异戊酯、癸酸乙酯等在PC1正半轴上的得分较高，呈现出菠萝、苹果等果香味及玫瑰香味；
芳樟醇在PC1负半轴上得分较高，呈现出甜嫩新鲜的花香味；
苯乙酸乙酯、癸酸、辛酸等物质在PC2正半轴上的得分较高，呈现出酸腐味、脂肪味和部分花香气味；
辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸异戊酯、月桂酸乙酯等物质在PC2负半轴上的得分较高，呈现出香蕉等水果香气及部分花香气味[17]。通过主成分因子分析可知，单个香气成分对葡萄酒总香气的贡献值，从而了解不同酵母发酵对葡萄酒主体香气的影响。
图3为不同酒样香气的主成分因子分析得分图。通过图3可知，酵母QA23和OKAY分别发酵的‘霞多丽’‘阿拉奈尔’‘赛美蓉’干白葡萄酒的香气特征可以在2个主成分中很好的被区分。QA23发酵的‘赛美蓉’和OKAY发酵的‘阿拉奈尔’干白葡萄酒的香气特征类似，均在PC1和PC2的负半轴，花香和水果香气特征突出，但是香气物质含量偏低。QA23发酵的‘霞多丽’分布在PC1和PC2的正半轴，其正半轴得分最高，相关性最强，香气物质含量丰富，香味呈现出菠萝、苹果等果香和玫瑰香等花香，但是酸腐味和脂肪味也比较严重；
OKAY发酵的‘赛美蓉’总体香气比较好，在PC1的正半轴和PC2的负半轴有较高的得分，主要呈现出菠萝、苹果、香蕉及玫瑰等花果香味。通过主成分分析得分图，能够直观的看出6种酒样的香气特点，从而很好地区分不同酒样的主体香气特征。
由2种酵母发酵3个品种干白葡萄酒的检测和分析得知，6种酒样在理化指标和香气上均存在着一定的差异。对于同种葡萄，酵母OKAY发酵的葡萄酒具有较高的酒度和较低的酸含量；
对于同种酵母，其各种理化指标的含量都随葡萄品种的不同而有差异。结果表明，酿酒酵母和葡萄品种的选择对葡萄酒的风格特点具有重要影响[18]。对6种酒样的香气分析可得，酵母OKAY发酵的‘赛美蓉’干白葡萄酒整体香气浓度最高，但种类比较少；
酵母QA23具有较强的产有机酸和高级醇的能力，而产酯能力略弱于酵母OKAY；
不同品种酵母酿造的干白葡萄酒香气成分组成基本相似，但是含量存在较大差异，这与刘彦妮等[19]的研究结果相似。这种差异主要是由于酵母活性、葡萄糖利用率以及代谢产生香气物质的种类和含量不同而造成[20]。
续表1
6种酒样中共检测出58种香气物质，主要有己醇、辛酸、癸酸、乙酸异戊酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯等香气物质，这与张磊等[21]研究结果类似。醇类产自于酵母艾丽希代谢途径和相对应醛类还原过程的次级产物，其中己醇具有青草香气[22]。葡萄酒中的酸类主要来自于醇和醛的氧化或由脂肪酸分解[23]，大多数的酸类对葡萄酒的香气无益，而且还会带来不好的气味，如辛酸具有酸腐味和奶酪味，癸酸则带有难闻的气味[24]。酯类是葡萄酒香气中的关键物质，在葡萄果实、发酵及陈酿过程产生，呈现出葡萄酒的花香和果香[25]。乙酸异戊酯呈现出香蕉味和梨味，辛酸乙酯具有草莓和青苹果味，癸酸乙酯具有油脂味和果香味[26]。在酒精发酵结束后，以醇、酸、酯香气物质作为评价指标对不同酒样的香气进行评价得出，酵母OKAY发酵的‘赛美蓉’干白葡萄酒香气最佳，呈现出浓郁的果香和花香。
本研究揭示了不同酵母搭配不同白葡萄品种酿造干白葡萄酒的理化指标和香气成分的变化。虽然本研究的酵母和葡萄品种数量较少，但是所用的2种酵母发酵的3个品种干白葡萄酒中的主体香气成分浓度因酵母和葡萄品种的不同而有很大差异。主成分分析结果表明，酵母OKAY酿造的‘赛美蓉’干白葡萄酒感官品质最佳。因此，可以根据酵母特点来适当改变葡萄酒的风味，从而改善葡萄酒的品质。未来可以研究更多酵母和不同葡萄品种的搭配，探究酵母特性与葡萄品种发酵产香的内在联系，以酿造出品质更佳的干白葡萄酒。
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