不同酵母发酵对紫秋葡萄酒品质的影响

翟玲玲1,樊鹏2,陈思明3

(1.晋中职业技术学院,山西 晋中 030600;2.湖北工业大学生物工程与食品学院,湖北 武汉 430068;3.湖北毕圣泉酒业有限公司,湖北 黄冈 438700)

摘 要:为提升紫秋葡萄酒品质,采用扣囊复膜孢酵母(Saccharomycopsis fibuligera,SF)与异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus,WK)作为紫秋葡萄酒发酵菌株,并检测发酵过程中微生物数量变化、发酵后葡萄酒的理化指标、有机酸与挥发性成分。结果表明:在混菌发酵过程中WK 的生长受SF 的抑制且发酵结束后酒精度显著低于安琪果酒专用酵母单菌发酵的葡萄酒。WK+SF 发酵的葡萄酒花青素与总酚含量最高,分别为3.31 mg/L 与454.31 mg/L;总酸与还原糖含量较低,均为6.39 g/L;酒石酸、乳酸、柠檬酸与苹果酸含量分别为1 058.00、102.60、256.44、91.08 mg/L。混菌发酵的葡萄酒整体感官较单菌发酵高,其中WK+SF 发酵的葡萄酒整体感官较好,具有玫瑰、紫罗兰等的花香与香蕉、菠萝等的果香,但存在酒精度相对较低、发酵香相对较弱的问题。在6 种葡萄酒中共检测出46 种挥发性成分,其中30 种为共有成分,WK+SF 发酵的葡萄酒挥发性成分种类、酯类与醇类物质含量均为最高,分别为45 种、259 024.73 μg/L 与319 170.16 μg/L,主成分分析发现不同酵母发酵的葡萄酒风味有较大差异,累计方差贡献率为82.8%。综上所述,采用混菌发酵方法能显著提高紫秋葡萄酒品质,可对紫秋葡萄酒的生产提供基础理论数据支撑。

关键词:紫秋葡萄;混菌发酵;气相色谱-质谱;主成分分析;感官评价

紫秋葡萄(Vitis davidii Foëx)也称刺葡萄,是我国特有的野生葡萄品种,具有耐高温、高湿和抗病的能力,主要分布在湖南、广西、云南等地[1]。紫秋葡萄果粒小、果皮厚、颜色深、产量高,果皮与果肉易分离,其果皮中含有大量微量元素与单宁、花青素等,除鲜食外也用于研发和酿造紫秋葡萄酒,具有较高的经济价值与研究价值[2-5]

酵母对果酒发酵有重要影响,性能优良的酵母不仅可以保证产品质量,还可以提高生产效率,降低生产成本。现有研究表明,酵母不仅可以代谢糖类物质产生酒精,还可以代谢果汁中的氨基酸生成甘油、高级醇和各种挥发性化合物,其中非酿酒酵母能产生多种胞外酶,可以增强果酒的香气和口感[6-8]。目前,有诸多学者对混菌发酵进行研究,其利用不同微生物代谢提供丰富的代谢产物,赋予果酒独特的风味,相比单菌发酵,混菌发酵可以提高挥发性香气物质总含量,改善果酒感官品质,对果酒风味具有积极贡献[9-10]。Chen等[11]通过单独或组合添加外源蛋白来研究蛋白质成分对中国黄酒品质的影响,结果发现谷蛋白可促进异戊醇、苯乙醇、己醇和丁二醇的产量,白蛋白可以促进异丁醇、丁酸乙酯、丁酸异丁酯等物质的产量。Sun 等[12]利用酿酒酵母与异常威克汉姆酵母混菌发酵猕猴桃果酒,研究发现,与纯酿酒酵母发酵相比,混合发酵中酯类和萜烯类物质浓度显著增加,能显著增强果酒的花香与果香。吴健等[13]对比分析克鲁维毕赤酵母、扣囊复膜孢酵母、异常威克汉姆酵母与酿酒酵母的发酵与产香性能,发现酿酒酵母与扣囊复膜孢酵母有较强的产乙醇能力,分别将3 株酵母与酿酒酵母进行混菌发酵,均具有增加酒体香味、提高酒体品质的潜质。吴尧等[14]采用异常威克汉姆酵母与酿酒酵母混菌发酵鸭梨酒,结果发现,与酿酒酵母单独发酵相比,混菌发酵的鸭梨酒挥发性成分种类与含量更多,发酵香与花香较酿酒酵母单菌发酵好,能显著提高鸭梨酒品质。

本研究采用异常威克汉姆酵母与扣囊复膜孢酵母混菌发酵紫秋葡萄酒,通过分析两种酵母在紫秋葡萄酒发酵过程中菌体数量变化与酵母相互作用关系,并采用气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术与高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)技术检测发酵结束后紫秋葡萄酒的挥发性成分与有机酸含量,结合主成分分析及感官品评探究单菌发酵与混菌发酵对紫秋葡萄酒品质的影响,以期提升紫秋葡萄酒的品质,为紫秋葡萄酒的产业发展提供基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

紫秋葡萄:产自湖南怀化;皂土、白砂糖:市售;异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus,WK)、扣囊复膜孢酵母(Saccharomycopsis fibuligera,SF):湖北工业大学生物工程与食品学院实验室筛选得到;果酒专用酵母(RW):安琪酵母股份有限公司。

氯化钠、偏重亚硫酸钾、葡萄糖、磷酸二氢氨、磷酸二氢钾、酒石酸钾钠、3,5-二硝基水杨酸、苯酚、氢氧化钠(均为分析纯):成都市科龙化工试剂厂;酒石酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸(均为色谱纯):南京源植生物科技有限公司;果胶酶(30 000 U/g):北京索莱宝科技有限公司;2-乙基丁酸、乙酸正丁酯:美国Sigma-Aldrich 公司;酵母提取物、蛋白胨、琼脂粉:国药集团化学试剂有限公司。

酵母膏蛋白胨液体培养基:酵母提取物10 g,蛋白胨20 g,葡萄糖20 g,定容至1 L。

酵母膏蛋白胨固体培养基:酵母提取物10 g,蛋白胨20 g,葡萄糖20 g,琼脂粉20 g,定容至1 L。

1.2 主要仪器与设备

DH4000BⅡ电热恒温培养箱:天津市泰斯特仪器有限公司;7890A-5975B 气相色谱质谱联用仪、1260 Infinity II 高效液相色谱仪:美国Agilent 公司;Super Alcomat 高精度数显酒精浓度计:上海点将精密仪器有限公司;5424R 高速冷冻离心机:德国Eppendorf 公司;T6 可见分光光度计:北京普析通用仪器有限公司;57328-U 顶空固相微萃取仪:上海安谱科学仪器有限公司。

1.3 试验条件

1.3.1 发酵工艺

葡萄原料→除梗破碎→酶解→冷浸渍→调糖→酵母活化→接种酵母→前发酵→过滤→后发酵→陈酿→灭菌→灌装→成品。

1.3.2 操作要点

葡萄原料:挑选大小一致,无病虫害、无霉变的成熟紫秋葡萄。

酶解:葡萄破碎后立即按1 g/100 L 加入果胶酶(30 000 U/g),同时按60 mg/L 加入偏重亚硫酸钾。

冷浸渍:浸渍温度5~8 ℃,浸渍时间24 h。

调糖:用白砂糖调节初始糖度至22%。

酵母活化:挑取平板上的WK 与SF 单菌落,分别接种到装有酵母膏蛋白胨的液体培养基中,装液量为150 mL/250 mL,于28 ℃、150 r/min 培养36 h(此时菌体浓度应达到1×108 CFU/mL)备用;准确称取10 g RW活性干酵母,按照酵母、葡萄糖与水体积比为1∶1∶10的比例进行混合,在35 ℃条件下静置30 min,再加入10 倍体积的紫秋葡萄汁,在28 ℃电热恒温培养箱中培养24 h 备用。

接种酵母:1)单独发酵:WK、SF 与RW 酵母接种量均为1%;2)混合发酵:WK 与SF(以WK+SF 表示)、RW 与SF(以SF+RW 表示)、RW 与WK(以WK+RW表示)混合接种时酵母接种比例为1∶1(体积比),总接种量为1%。

前发酵:发酵容器为不锈钢发酵罐,体积为12 L,装液量75%,发酵温度24 ℃,发酵时间9 d。

过滤:用四层脱脂纱布进行过滤。

后发酵:发酵温度15 ℃,发酵时间15 d,装液量90%。

陈酿:陈酿时加入皂土用于澄清,用量10 g/L,陈酿温度5 ℃,陈酿时间30 d,装液量90%。

灭菌:70 ℃灭菌15 min。

1.3.3 菌体数量测定

酵母计数方法采用稀释涂布平板法,每隔24 h 进行取样检测,将发酵液稀释1×105、1×106、1×107 倍,取100 μL 涂布于酵母膏蛋白胨固体培养基中,在28 ℃条件下培养48 h 后进行菌落计数。

1.3.4 理化指标测定

还原糖含量的测定采用滴定法,总酸含量的测定采用酸碱滴定法,具体步骤参考白梦洋等[15]的方法;酒精度参照GB 5009.225—2016《食品安全国家标准酒中乙醇浓度的测定》的方法测定;总酚含量的检测采用可见分光光度法,具体步骤参照陈红梅等[16]的方法;花色苷的检测采用pH 示差法,具体步骤参考刘彩婷等[17]的方法。

1.3.5 有机酸检测

有机酸检测参照刘晓燕等[18]的方法并稍作修改,色 谱 柱:Agilent ZORBAX SB-Aq(4.6 mm×250 mm,5 μm);流动相:体积分数1%的甲醇溶液和0.02 mol/L KH2PO4 溶液(二者体积比3∶97),用磷酸调节pH 值至2.8;等度洗脱;流速0.8 mL/min;柱温30 ℃;进样体积10 μL;波长210 nm。

标准曲线制作:分别称取酒石酸、苹果酸、乳酸与柠檬酸有机酸标准品10 mg,用流动相定容至10 mL,得到各标准品浓度为1 mg/mL 的混合标准溶液,梯度稀释为1.00、0.50、0.25、0.10、0.05 mg/mL 的混合标准溶液,于4 ℃下保存备用。

样品测定:准确称取25 mL 葡萄汁或酒液,加入0.01 mol/L 磷酸二氢氨试剂,定容至250 mL,取50 mL在4 000 r/min 下离心10 min。取上清液,使用0.22 μm 滤膜过滤,将滤液装入2 mL 的进样瓶中,装液量为1 mL,等待上机测定。有机酸标准曲线的回归方程及相关系数见表1。

表1 4 种有机酸标准曲线的回归方程及相关系数
Table 1 Regression equations and correlation coefficients of 4 organic acids

编号R2标准品标准曲线出峰时间/min 1 2 3 4酒石酸苹果酸乳酸柠檬酸y=106x+9 706.8 y=106x+40 035 y=768 499x+3 455.2 y=961 877x+6 978.4 0.996 0.997 0.999 0.998 8.778 9.501 10.230 12.727

1.3.6 挥发性成分检测

顶空固相微萃取条件:取5 mL 葡萄酒于顶空瓶中,加入2 g NaCl,再加入50 μL 乙酸正丁酯(8.4 mg/mL)与50 μL 2-乙基丁酸(9.2 mg/mL)作为混合内标,置于55 ℃的顶空固相微萃取仪中平衡15 min,将老化后的固相微萃取针头插入平衡后的样品顶空萃取30 min。

色 谱条 件:色 谱 柱DB WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm);载气为高纯He,流速1 mL/min,进样口温度230 ℃;采用不分流进样模式。程序升温:初始温度为40 ℃保持2 min,然后以5 ℃/min 的升温速率升至90 ℃保持2 min,再以20 ℃/min 的速率升至230 ℃,保持5 min。

质谱条件:70 eV 电子能量,全扫描质量范围20~550 amu,离子源温度230 ℃,传输线温度280 ℃;四极杆温度150 ℃。

1.3.7 感官分析

参照Englezos 等[19]和Wang 等[20]的操作方法并稍作修改。评价小组由15 名感官评价人员组成(7 男8女,年龄25~35 岁),在通风良好、无异味的品酒室进行葡萄酒品评相关培训并组成评定小组。葡萄酒香气描述词汇为果香、花香、发酵香、草本香、甜香和整体香气强度,评分选取10 分制(0 为没气味,10 为气味最强):0~<3 低强度,3~<6 中等强度,6~10 高强度。结果以雷达图呈现。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2016 对试验所得数据进行整理,使用IBM SPSS Statistics 19.0 进行显著性分析,试验结果以平均值±标准差表示,使用Origin 2020 软件进行主成分分析与作图。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中菌体数量变化

酵母是葡萄酒发酵的灵魂,在发酵过程中起主导作用,主要代谢糖类物质产生乙醇、甘油等,是葡萄酒香味前体物质的主要来源[21]。在混菌发酵体系中,不同的微生物间会存在争夺营养的行为或是代谢产生多种对微生物有毒害作用的代谢产物,抑制或杀死非同类微生物,因此混菌发酵中微生物的相互作用关系对葡萄酒品质有较大影响[22]。分别对比WK、SF、RW 单菌发酵葡萄酒和WK+SF、WK+RW、SF+RW 混菌发酵葡萄酒发酵液中微生物生长情况,结果如图1 所示。

图1 发酵液中菌体数量变化
Fig.1 Changes in yeast count in the fermentation broth

由图1A 可知,在3 株酵母单独发酵的体系中,3 种酵母的菌体数量变化基本一致,发酵前24 h 菌体数量大幅增加,均能达到1×108 CFU/mL,RW 生长速度较WK 与SF 快,且菌体数量较高,但发酵第5 天开始呈现缓慢下降趋势,SF 与WK 菌体数量在发酵7 d 后呈迅速下降趋势。出现该现象的原因可能是RW 发酵速度较快,营养物质消耗速度快,发酵到第5 天时酒精度较高,营养物质含量降低,由此出现部分菌体死亡、生长繁殖速度减慢等现象;而SF 与WK 由于发酵速度较慢,因此菌体死亡现象出现的时间较RW 晚。由图1B 可知,WK 与SF 混合发酵体系中,SF 为优势菌株,在发酵过程中菌体数量多于WK,发酵4 d 后WK菌体数量即开始呈下降趋势,SF 的生长与单菌发酵时相似。出现该现象的原因可能是SF 发酵过程中会产生某些胞外酶或其他物质,导致WK 的生长受到抑制。由图1C 与图1D 可知,在WK+RW 或SF+RW 的发酵体系中,RW 均为优势发酵菌株,菌体数量与单菌发酵时菌体数量基本一致,WK 与SF 菌体数量均在第3 天后呈下降趋势,受RW 的影响较大。出现该现象的原因可能是RW 发酵产酒能力较强,当酒精积累到一定量时SF 与WK 生长受到抑制,因此呈下降趋势。

2.2 紫秋葡萄酒理化指标

不同酵母由于体内酶系不同导致代谢途径存在差异,即使发酵同一物质其终产物也可能会存在不同[23]。不同酵母发酵紫秋葡萄酒主要指标见表2。

表2 不同酵母发酵紫秋葡萄酒的理化指标含量
Table 2 Physical and chemical indexes of wine products from fermentation with different yeast

注:同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。

组别WK SF RW WK+SF WK+RW SF+RW还原糖/(g/L)7.65±0.17a 6.22±0.17b 4.35±0.15d 6.39±0.09b 5.48±0.06c 5.36±0.08c酒精度/(%vol)11.05±0.17b 11.00±0.22b 11.51±0.16a 10.77±0.13b 11.23±0.18ab 11.53±0.13a总酸/(g/L)8.58±0.24a 7.35±0.18b 6.27±0.09cd 6.39±0.19c 6.41±0.23c 6.00±0.24d花青素/(mg/L)2.71±0.04c 3.02±0.10b 2.04±0.10d 3.31±0.10a 3.01±0.09b 2.96±0.06b总酚/(mg/L)449.32±7.05a 448.30±17.22a 367.10±11.70c 454.31±8.67a 428.49±11.91b 433.60±8.06b酒石酸/(mg/L)1 048.57±39.21c 892.38±18.91d 1 305.60±21.67a 1 058.00±21.58c 1 205.60±18.44b 1 184.70±23.57b乳酸/(mg/L)106.47±1.49c 187.94±4.05a 101.56±2.78c 102.60±3.45c 104.20±3.83c 144.31±2.90b柠檬酸/(mg/L)211.97±3.30e 309.31±4.05a 244.41±9.14c 256.44±3.15b 222.91±5.12d 245.55±7.90c苹果酸/(mg/L)107.50±1.37b 128.88±2.73a 113.30±4.05b 91.08±1.79c 109.60±3.38b 108.78±2.34b

由表2 可知,发酵结束后还原糖含量均低于10 g/L,WK 与SF 单菌发酵的葡萄酒还原糖含量高于RW 单菌发酵的葡萄酒与混菌发酵的葡萄酒。酒精度在10.77%vol~11.53%vol 之间,与SF 与WK 单菌发酵相比,添加RW 进行混合发酵能明显提高酒精度;WK 与SF 混菌发酵酒精度与WK 与SF 单菌发酵无显著性差异,但明显低于RW 参与发酵的葡萄酒。6 种葡萄酒总酸含量在6.00~8.58 g/L 之间,其中WK 发酵得到的葡萄酒总酸含量最高,其次为SF,SF+RW 总酸含量最低。不同酵母发酵紫秋葡萄酒花青素含量差异较小,WK 与SF 混菌发酵的葡萄酒花青素含量最高,为3.31 mg/L,RW 发酵的花青素含量最低,为2.04 mg/L。6 种葡萄酒总酚含量为367.10~454.31 mg/L,WK+SF 总酚含量最高,与WK 和SF 单菌发酵无显著性差异,RW发酵的葡萄酒总酚含量最低。研究表明非酿酒酵母具有一定的产果胶酶的能力,可以使紫秋葡萄中花青素、酚类物质、氨基酸等物质溶出,增加葡萄酒中功能性成分的含量,这可能是WK 与SF 参与发酵的葡萄酒中总酚、花青素等含量较高的原因[11]。有机酸是影响葡萄酒品质的重要因素,其中酒石酸受酵母代谢的影响较小,主要受物理沉降的影响,6 种葡萄酒中酒石酸含量存在明显差异,其含量为892.38~1 305.60 mg/L,其中RW 发酵的葡萄酒含量最高,SF 发酵的葡萄酒最低,这可能与酵母的絮凝性存在一定的相关性;SF 参与发酵的葡萄酒乳酸、苹果酸与柠檬酸含量较其余组高,通过混菌发酵,其含量显著降低。由此可见,通过混菌发酵可以改变葡萄酒中有机酸、糖酸比等,进而对葡萄酒的口感有较大影响。

2.3 紫秋葡萄酒感官分析

根据定量分析的关键词对不同酵母发酵的葡萄酒进行感官品评,结果如图2 所示。

图2 感官分析雷达图
Fig.2 Radar chart of sensory analysis

由图2 可知,不同酵母发酵紫秋葡萄酒其感官特征存在一定差异,在RW 参与发酵的葡萄酒中,发酵香较强,但RW 单菌发酵的葡萄酒存在香气单薄的问题;无RW 参与发酵的葡萄酒发酵香较弱,但花香、果香、甜香等相对较强。SF 单独发酵的葡萄酒中花香较好,具有玫瑰、茉莉等花香,同时具有青草香味;WK 单独发酵的葡萄酒具有较为强烈的酯香,整体香味较强,但果香与酒香较弱,存在偏格的现象;WK+SF 发酵的葡萄酒整体香味较好,但存在酒精度相对较低、发酵香相对较弱的问题,但果香能得到较好的保存,具有玫瑰、紫罗兰等的香气,还有香蕉、菠萝、覆盆子等的香味,整体感官品质较好;WK+RW 发酵的葡萄酒具有较强的酯香,主要呈现出香蕉、苹果等水果香与青草香;SF+RW 发酵的葡萄酒具有较强的玫瑰花香与甜香。由此可见,WK+SF 发酵紫秋葡萄能提升葡萄酒的品质。

2.4 紫秋葡萄酒挥发性成分

不同酵母由于代谢差异,发酵结束后葡萄酒风味与口感均存在一定差异,采用GC-MS 对发酵结束后的紫秋葡萄酒进行挥发性成分检测,结果见表3。

表3 葡萄酒样中挥发性组分含量
Table 3 Content of volatile components in wine samples μg/L

注:—表示未检出。

序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 WK 56.58±0.47 10 095.60±208.04 23 656±117.23 2 619.90±22.17 3 745.92±30.45 2 968.00±12.12—9 314.70±124.22 4 605.75±22.93 11物质正丁醇异丁醇异戊醇庚醇正辛醇异辛醇月桂醇2-甲基丁醇苯乙醇苯甲醇香茅醇——总计12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30总计31 32 33 34 35 36 37 38 39总计40 41 42 43 44 45 46总计乙酸乙酯乙酸异丁酯乙酸异戊酯乙酸己酯2-甲基丁基乙酸酯丙酸乙酯丁酸乙酯正己酸乙酯庚酸乙酯壬酸乙酯癸酸乙酯月桂酸乙酯肉豆蔻酸乙酯棕榈酸乙酯乳酸乙酯己酸异丁酯苯甲酸乙酯乙酸苯乙酯辛酸异丙酯WK+RW 56.10±0.76 3 420.84±24.52 41 298.40±588.53 2 832.60±37.69—5 603.60±99.83 2 037.86±30.18 7 007.60±157.36 16 713.60±204.24 1 737.12±24.83 305.35±3.99 81 013.07±1 171.93 93 915.36±1 245.52 3 512.50±6.46 20 932.40±23.45 3 501.58±3.60 SF+RW 64.93±0.78 3 826.81±27.51 46 972.25±360.01 2 628.72±12.78 8 558.40±76.61 5 969.80±58.61 14 984.00±90.54 5 610.00±69.44 88 311.00±634.91 872.46±4.25—177 798.37±1 335.44 67 763.70±472.47 5 086.90±0.46 16 335.24±19.63 3 807.17±1.22 57 062.45±537.63 116 680.00±1 192.02 7 738.00±9.70 39 862.80±73.55 7 688.17±10.55 771.85±0.81 1 983.60±4.48 16 462.85±18.92 24 833.18±11.60 618.14±0.41 264.02±0.47 16 391.20±8.33 3 310.80±6.17 124.03±0.09 126.83±0.09 149.99±0.02 982.61±0.46 87.75±0.06 2 714.40±2.05 1 158.50±2.28 241 948.72±1 342.06 463.33±3.31 29.12±0.33 56.18±0.52 36.33±0.48 76.66±0.76 326.80±5.38 888.25±14.29 5.71±0.04 47.05±0.68 1 929.43±25.79 160.72±1.90 62.73±0.73 6.14±0.03 96.65±1.68 18.57±0.23 75.61±0.37—420.42±4.94 SF 90.53±0.45 6 881.60±147.16 42 560±361.98 3 433.10±18.91 7 941.30±188.95 5 304.61±99.96 13 549.00±205.99 2 789.20±38.54 136 955.00±2 276.28 1 840.83±22.32—221 345.17±3 360.54 73 958.80±880.73 6 915.44±2.82 45 901.50±44.13 5 252.15±3.94—641.84±0.35 21 072.00±43.02 25 781.97±62.99 877.95±1.15 101.96±0.17 27 068.80±42.00 1 617.90±2.55 157.80±0.12 177.60±0.03—2 615.00±3.18 155.53±0.08 10 614.40±17.97 434.58±0.55 223 345.22±1 105.78 74.67±0.54 13.36±0.20 13.88±0.18 32.00±0.760 387.14±4.25 351.24±1.79 1 129.35±18.39 14.65±0.14 47.82±0.80 2 064.11±27.05 82.78±0.83 44.85±0.53 16.88±0.26 42.67±0.49 15.12±0.15—6.97±0.14 209.27±2.40 RW—1 817.46±4.97 51 339.6±583.3 2 758.08±54.34 13 763.20±294.33 8 117.50±120.68 775.69±3.15 1 923.88±30.22 2 771.20±43.88 315.65±8.76—83 582.26±1 143.63 59 936.00±362.14 2 754.68±5.70 9 164.56±17.57 3 247.95±4.86 414.12±0.88 898.82±1.77 8 383.50±13.28 11 769.62±19.10 701.40±1.69—9 427.32±8.38 326.44±0.37 574.88±0.64 31.29±0.05—329.66±0.45 26.93±0.05 709.55±1.20 903.87±0.55 109 600.59±438.68 44.42±0.57—254.06±4.79 77.32±1.07—880.27±13.94 339.27±3.31 26.22±0.34—1 621.56±24.02 109.71±1.48 9.05±0.04 6.15±0.07 15.65±0.09 17.30±0.35 9.07±0.12—166.93±2.15 WK+SF 87.33±1.38 5 612.00±66.57 34 344.00±249.67 3 624.00±6.53 26 325.90±165.79 4 032.00±58.79 3 797.40±56.44 12 994.80±135.79 225 043.00±2 391.18 2 383.78±43.81 925.95±5.18 319 170.16±3 181.13 118 504.32±1 404.75 6 427.19±10.48 41 191.39±56.16 7 024.7±17.95 47.32±0.14 861.43±2.10 21 862.32±61.26 25 336.00±19.22 612.19±1.14 131.60±0.25 24 232.80±6.63 2 279.20±2.94 367.73±0.63 274.88±0.52 61.30±0.04 2 261.49±4.31 118.69±0.09 5 974.40±8.15 1 455.78±1.99 259 024.73±1 598.75 226.88±3.14 36.97±0.22 56.61±0.10 25.92±0.56 289.52±4.14 403.94±7.25 851.38±9.97 2.77±0.03 103.38±0.98 1 997.37±26.39 180.35±2.93 88.21±1.16 17.26±0.25 114.29±2.61 31.38±0.42—2.80±0.03 434.29±7.40————乙酸丁酸戊酸2-甲基丁酸己酸辛酸癸酸肉豆蔻酸月桂酸乙醛异戊醛苯甲醛丁香酚4-乙烯-愈创木酚2-辛酮苯乙酮7 198.00±184.15 20 040.00±27.76—126.11±0.20 17 145.60±22.67 908.22±1.19 192.41±0.24 197.80±0.27—611.60±0.49—316.30±0.27 794.82±0.90 169 392.70±1 517.17 153.14±3.22 24.32±0.04 85.99±1.16 62.49±1.13 55.52±0.91 581.50±8.31 735.34±5.56 19.56±0.21—1 717.86±20.54 43.48±0.72 49.29±0.76 11.27±0.18 47.57±1.00 5.84±0.02 17 980.40±12.39 15 745.60±6.67 541.62±0.21 30.39±0.01 12 278.40±3.91 1 220.08±0.29 195.30±0.22 54.92±0.07 96.77±0.11 849.86±0.58 63.26±0.07 5 119.80±2.35 426.45±0.38 147 595.86±521.04 40.89±0.20 8.76±0.05 44.18±0.33 50.15±0.23 189.15±1.45 618.08±2.51 622.93±5.59 12.60±0.08 15.75±0.10 1 602.49±10.54 72.04±0.46 45.79±0.48 11.20±0.11 31.56±0.20 12.06±0.10————172.65±1.35 157.45±2.68

非酿酒酵母广泛存在于水果表皮、果园土壤与葡萄酒的发酵环境中,是葡萄酒发酵前期起主导作用的酵母菌种,但随发酵的进行,酿酒酵母大量生长、繁殖并代谢产生酒精从而抑制非酿酒酵母的生长,随后占主导地位,虽然非酿酒酵母在发酵期间存在时间较短,但对葡萄酒的风味起积极作用。由表3 可知,不同酵母发酵紫秋葡萄酒其风味物质的组成与含量均不相同,在发酵结束后的6 种葡萄酒中共检测出46 种挥发性成分,其中醇类物质11 种、酯类物质19 种、酸类物质9 种、其他类物质7 种。WK、SF、RW、WK+SF、WK+RW 与SF+RW 发酵的葡萄酒挥发性成分种类分别为42、42、38、45、37、41 种,其中异丁醇、异戊醇、庚醇、异辛醇、2-甲基丁醇、苯乙醇、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、乙酸己酯、丁酸乙酯、正己酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、棕榈酸乙酯、己酸异丁酯、乙酸苯乙酯、辛酸异丙酯、乙酸、戊酸、辛酸、2-甲基丁酸、癸酸、肉豆蔻酸、乙醛、异戊醛、苯甲醛、丁香酚与4-乙烯-愈创木酚共30 种为共有成分。

酯类物质是葡萄酒特征香气成分的主要贡献者,主要通过发酵过程中酸类物质与醇类物质的酯化反应生成,当酯类物质含量达到一定程度,就能增加果酒香气的复杂性,赋予葡萄酒独特的花香与果香等复合香气[24-25]。由表3 可知,6 种葡萄酒中,共检出19 种酯类物质,有13 种为共有成分,种类数量最多的为WK 与WK+SF 发酵得到的葡萄酒,均为19 种,WK+RW 发酵的葡萄酒酯类物质成分种类最少,仅为14 种。含量由高到低排序为WK+SF(259 024.73 μg/L)、WK(241 948.72 μg/L)、SF(223 345.22 μg/L)、WK+RW(169 392.70 μg/L)、SF+RW(147 595.86 μg/L)、RW(109 600.59 μg/L),由此可见,在酿酒酵母中添加非酿酒酵母发酵葡萄酒可以显著提高葡萄酒中酯类物质含量,但由于受到酿酒酵母的抑制,其产酯能力大幅降低;在两株非酿酒酵母发酵的体系中,两株酵母的生长均受不同程度的影响,但酵母产酯能力受影响较小,酯类物质含量较单菌发酵高,具有提升葡萄酒风味的潜质。

醇类物质是葡萄酒发酵过程中的主要代谢产物之一,主要由糖代谢与氨基酸代谢生产,适当的醇类物质不仅可以给葡萄酒带来醇甜的口感,还能与酸类物质通过酯化反应生成酯类物质,对葡萄酒风味的形成具有重要作用。由表3 可知,醇类物质含量为57 062.45~319 170.16 μg/L,WK+SF 混菌发酵的葡萄酒醇类物质含量较高,WK 单菌发酵的葡萄酒醇类物质含量最低。在有SF 参与发酵的葡萄酒中,苯乙醇含量高于未经SF 参与发酵的葡萄酒,当有RW 参与时,苯乙醇含量降低,在WK+SF 中苯乙醇含量明显增加,这说明RW 对苯乙醇的生成有抑制作用,WK 对苯乙醇的生成有促进作用。在混菌发酵的葡萄酒中2-甲基丁醇均有不同程度的增加,仅在WK+RW 中含量低于WK 单菌发酵。此外,异戊醇、异丁醇、异辛醇的含量在混菌发酵中有不同程度的降低,庚醇、香茅醇等有不同程度的增加。

酸类物质、醛类物质、酮类物质等对葡萄酒的呈香与呈味有较大的影响,其中酸类物质主要影响葡萄酒的后味,并且能在一定程度上降低葡萄酒的苦涩味,起到助香与减少刺激的作用。在6 种葡萄酒中均检测到乙酸、戊酸、2-甲基丁酸、辛酸、癸酸、肉豆蔻酸,其中乙酸在WK 参与发酵的葡萄酒中含量较高,2-甲基丁酸在RW 参与发酵的葡萄酒中含量较高。醛类物质性质极为活泼,在陈酿过程中极易被氧化还原成相应的酸与醇,如乙醛、苯甲醛等能赋予葡萄酒杏仁香、焦糖香等,能赋予酒体独特风味[26]

2.5 主成分分析

选取6 种酒样的风味物质进行主成分分析(principal component analysis,PCA),得到不同主成分(principal component,PC)的方差贡献率和主成分载荷图,主成分特征值、方差贡献率和累计方差贡献率见表4,载荷图见图3。

图3 香气成分主成分分析散点图
Fig.3 PCA plot of of flavor components

表4 主成分的特征值及方差贡献率
Table 4 Eigenvalues and variance contribution rates of principal components

成分1 2 3 4主成分特征值17.417 8 5.274 2 1.830 3 1.213 8方差贡献率/%63.6 19.2 6.7 4.4累计方差贡献率/%63.6 82.8 89.5 93.9

由表4 可知,以特征值大于1 为依据,共提取得到4 个主成分,其中PC1 与PC2 方差贡献率分别为63.6% 与19.2%,累计方差贡献率为82.8%,基本可以解释原变量的绝大多数信息。

由图3 可知,6 种葡萄酒的挥发性成分在PCA 图中得到了较好的区分,RW、SF+RW、WK+RW 分布在PC1的负半轴,WK、SF、WK+SF 分布在PC1 的正半轴。SF与WK 所指向的物质较为丰富,有庚醇、异丁醇、月桂酸乙酯、己酸乙酯、丁香酚等;WK+SF 指向的物质主要有乙酸苯乙酯、苯甲醛、苯乙醇、己酸异丁酯、丁酸乙酯等,具有玫瑰、梨等花果香。RW、WK+RW、SF+RW 指向的物质主要是异辛醇、异戊醇、辛酸、戊酸等,风味物质较少。

3 结论

试验以RW、WK、SF 为发酵菌株,分别采用RW、WK、SF 单菌发酵与WK+RW、SF+RW、WK+SF 混菌发酵紫秋葡萄酒,分析发酵过程中微生物生长情况与结束后紫秋葡萄酒理化指标,探究不同发酵方式对紫秋葡萄酒品质的影响,结果表明,WK+SF 混菌发酵紫秋葡萄酒,发酵过程中SF 的生长繁殖对WK 的生长繁殖有较大影响,主要体现在WK 菌体数量显著低于SF菌体数量,酒精度较WK、SF 与RW 单菌发酵低、还原糖降解不彻底。与WK、SF、RW 单菌发酵相比,WK+SF 两种酵母共同作用能显著提高葡萄酒中花青素、总酚等的含量,同时能显著提升葡萄酒中醇类物质与酯类物质的种类与含量,可以增强紫秋葡萄酒中玫瑰、紫罗兰等的花香与香蕉、菠萝、覆盆子等的果香,对紫秋葡萄酒的香气有积极的作用。

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Effect of Mixed Fermentation with Wickerhamomyces anomalus and Saccharomycopsis fibuligera on Quality of Vitis davidii Foëx Wine

ZHAI Lingling1,FAN Peng2,CHEN Siming3
(1.Jinzhong Vocational and Technical College,Jinzhong 030600,Shanxi,China;2.College of Biotechnology and Food,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,Hubei,China;3.Hubei Bishengquan Liquor Industry Co.,Ltd.,Huanggang 438700,Hubei,China)

Abstract:The fruits of Vitis davidii Foëx were fermented with both Saccharomycopsis fibuligera(SF)and Wickerhamomyces anomalus(WK),with the aim of improving the wine quality.The yeast count during fermentation,as well as the basic physical and chemical indexes,organic acids,and volatile components of wine after fermentation,was determined.The results showed that the growth of WK was inhibited by SF during the mixed fermentation,and the alcohol content in the wine after mixed fermentation was significantly lower than that in the wine produced with only Angel yeast.The wine from mixed(WK+SF)fermentation had the highest content of anthocyanins and total phenols(3.31 mg/L and 454.31 mg/L,respectively)and lower content of total acids and reducing sugar(6.39 g/L and 6.39 g/L,respectively). The content of tartaric acid,lactic acid,citric acid,and malic acid in the wine from mixed fermentation was 1 058.00,102.60,256.44,and 91.08 mg/L,respectively. The wine from mixed fermentation had better overall sensory quality than that from fermentation with single strains,presenting the floral aromas of roses and violets and the fruity aromas of bananas and pineapples.However,it had low alcohol content and weak fermentation aroma. A total of 46 volatile components were detected in 6 wine products,including 30 common components. The wine from mixed fermentation had the most(45)volatile components and the highest content of esters and alcohols(259 024.73 μg/L and 319 170.16 μg/L,respectively). The principal component analysis showed that the wine produced with different yeast species had different flavors,and the cumulative variance explained by the first two principal components was 82.8%.In summary,mixed fermentation can significantly improve the quality and provide data support for the production of V.davidii wine.

Key words:Vitis davidii Foëx;mixed fermentation;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS);principal component analysis;sensory evaluation

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.20.001

基金项目:国家自然科学基金项目(32172354)

作者简介:翟玲玲(1983—),女(汉),讲师,硕士研究生,研究方向:食品营养与加工。

引文格式:

翟玲玲,樊鹏,陈思明.不同酵母发酵对紫秋葡萄酒品质的影响[J].食品研究与开发,2024,45(20):1-8,16.

ZHAI Lingling,FAN Peng,CHEN Siming. Effect of Mixed Fermentation with Wickerhamomyces anomalus and Saccharomycopsis fibuligera on Quality of Vitis davidii Foëx Wine[J].Food Research and Development,2024,45(20):1-8,16.

责任编辑:王艳

收稿日期:2023-07-14