非酿酒酵母对葡萄酒风格的影响

2021-10-25

  葡萄汁转化为葡萄酒其本质是酵母菌等微生物作用的结果。酵母菌将葡萄汁中的糖类物质转化成乙醇和CO2,在发酵过程中通过代谢生成一系列醇类、酯类、醛类、有机酸类等产物影响葡萄酒的品质。据报道,迄今为止发现的与葡萄酒相关的酵母几乎遍及酵母的主要属种。为了便于研究,许多学者将与葡萄酒相关的酵母菌分为两大类,即酿酒酵母属酵母(Saccharomyces)和非酿酒酵母属的酵母,简称非酿酒酵母(non-Saccharomyces)。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是葡萄酒酒精发酵的主导菌株,对发酵环境具有高度适应性,可实现快速、完全的酒精发酵。酿酒酵母也能够通过一系列代谢活动产生挥发性香气化合物来影响葡萄酒的风味,因此,酿酒酵母是最早被商业化利用的酵母菌。目前大多数葡萄酒酿造企业均采用人工接种酿酒酵母活性干酵母来控制葡萄酒酒精发酵。葡萄酒酒精发酵过程中,葡萄汁中自然酵母的种类与数量受生态条件、原料、生产方式及发酵工艺等诸多因素的影响,其中在发酵前期酿酒酵母数量较少,非酿酒酵母在种类和数量上占优势,但无论是非接种发酵还是接种发酵,在酒精发酵前期大量非酿酒酵母在葡萄汁中都能够快速增殖并且触发酒精发酵。甚至在发酵中期和末期也能检测到一些非酿酒酵母的存在。酵母的代谢及相互作用贯穿于整个酿造过程中,各种代谢产物是影响葡萄酒感官质量的关键。酵母可以通过不同的代谢通路影响酒精、甘油、挥发性香气物质、甘露糖蛋白/多糖、花色苷等含量,改变葡萄酒的颜色、香气和口感。近年来大量的研究发现,非酿酒酵母能产生高活性的果胶酶、葡萄糖苷酶、脂肪酶、蛋白酶,也可以通过自身代谢途径或释放胞外酶转化代谢产物来影响葡萄酒风味。因此,目前葡萄酒生产企业对酵母的使用已经由“广使性”酿酒酵母向“特色”非酿酒酵母转变。总体来说,非酿酒酵母对葡萄酒风格的影响主要表现在以下几个方面。

 

  1. 酒精

 

  低酒精度的葡萄酒越来越受消费者的偏爱。在葡萄酒酒精发酵过程中,非酿酒酵母的较早死亡会导致纯种发酵酒度较低。另外大多数的非酿酒酵母具有较低的葡萄糖-乙醇转化率,也会显著降低酒精产量。例如季也蒙毕赤酵母(Pichia guilliermondii)其糖代谢倾向于呼吸代谢和菌体生产,乙醇合成能力很弱;耐热克鲁维酵母(Kluyveromyces thermotolerans)作为起始菌株单独发酵时,对葡萄酒酒精发酵的效率较低,糖消耗缓慢;其次,利用一些非酿酒酵母的氧化代谢可以降低葡萄酒的酒精含量,如在有氧条件下,使用土星拟威尔酵母(Williopsis saturnus)和亚膜汉逊酵母(Pichia subpelliculosa)对葡萄汁进行发酵后,可获得3% (v/v)乙醇含量的葡萄酒,其品质也能被广大消费者接受。

 

  2. 甘油

 

  甘油是葡萄酒发酵期间产生的主要副产物,不挥发,对香气没有影响,但具有轻微甜味和粘稠性,可增强葡萄酒的圆润感和甜度。影响葡萄酒中甘油含量的因素主要包括酵母菌株的种类和发酵条件,其中酵母菌种的影响较为明显。非酿酒酵母普遍耐渗透压能力较弱,其细胞代谢中的碳流会向甘油合成的途径分流,从而使甘油含量增加。例如星形假丝酵母(Candida stellata)产甘油能力高达10~14 g/L,而酿酒酵母只产生4~7 g/L。

 

  3. 挥发性香气物质

 

  葡萄酒的典型风味主要来自于葡萄酒中的挥发性香气物质。葡萄酒的挥发性香气物质主要来源于三个方面,一级香气(品种香气)、二级香气(发酵香气)和三级香气(陈酿香气),其中一级香气和二级香气的释放与酵母菌种相关。

 

  品种香气是指不同葡萄品种自身所带有的香气物质,又称为果香,主要由C13-降异戊二烯类物质、硫醇类物质、萜烯类物质和吡嗪类等香气物质构成。在葡萄果实和葡萄浆果中存在着游离态和结合态两种香气物质。大量的结合态香气物质不能被人们感觉到,只有分解之后释放出的挥发性香气物质可以被人们感觉到,因此结合态香气物质又被称为香气前体物。通常情况下结合态香气物质的含量要远远大于游离态香气物质的含量,是葡萄酒香气物质的重要组成成分。大部分结合态香气物质都是以糖苷的形式存在的,糖苷的配体主要为芳香烃类化合物、萜烯类化合物、脂肪醇等挥发性香气物质,糖苷的糖配基主要为 D-葡萄糖、D-芹菜糖、L-鼠李糖和 L-阿拉伯糖。在实际生产中一般采用酶解的方法来降解糖苷增加葡萄酒香气,此方法高效、快速、专一性强。酶水解所需的 β-葡萄糖苷酶多来自原料及酵母,通常葡萄内源的β-葡萄糖苷酶在酒中低pH、高醇条件下活性极低或是丧失了活性,在酿酒过程中几乎不发挥作用,而一些非酿酒酵母菌种产生的β-葡萄糖苷酶在酒中苛刻环境下仍具有较高的酶活性,可以在酿酒酵母无法产生β-葡萄糖苷酶或酶活不足的情况下进行补充,从而提高葡萄酒香气的复杂性和浓郁度。部分非酿酒酵母还具有阿拉伯糖苷酶、鼠李糖苷酶、脱氧葡萄糖苷酶活性,有利于产生更多的萜烯和降异戊二烯,增强香气。例如德巴利属的酵母,如Debaryomyces vanriji和Debaryomyces pseudopolymorphus具有高β-葡萄糖苷酶活性。接种D. vanriji发酵的葡萄酒富含脂肪酸、酯类和萜烯;D. vanriji和酿酒酵母混合发酵也增加了酯和脂肪酸浓度。高β-葡萄糖苷酶活性的美极梅奇酵母(Metschnikowia pulcherrima)纯种发酵能够增加α-松油醇、橙花醇和香叶醇含量,与酿酒酵母混合发酵可增加中链脂肪酸、高级醇、酯、萜烯和甘油含量,降低乙醇、乙酸和硫化氢产量。

 

  发酵香气是指在乙醇发酵过程中通过酵母菌代谢活动产生的香气物质,或称为酒香,这类香气具有化学气味,主要由酚类、脂肪酸类、羰基化合物、酯类、醇类等香气物质构成。影响这类香气物质的主要因素是葡萄原料、酵母菌种和发酵条件。不同的酿酒酵母在代谢过程中产生不同的香气物质,从而造成发酵香气的不同;发酵条件也会影响到酿酒酵母的生长、繁殖和代谢活动,从而对发酵香气造成影响。不同非酿酒酵母会产生不同含量的高级醇。通常高级醇在餐后葡萄酒中的含量并不希望过高,当其浓度低于300mg/L时有助于增加葡萄酒的香气复杂性,超过400mg/L则对香气有负面影响,非酿酒酵母比酿酒酵母产生高级醇的量更少,但不同菌株之间存在很大差异。2-苯乙醇在低浓度下具有强烈的玫瑰香味,部分非酿酒酵母合成这种物质的能力更强。酯类中最丰富的是乙酸酯和饱和脂肪酸乙酯。乙酸乙酯含量小于50 mg/L时有怡人的白兰地和苹果香气,150-200mg/L则会有异味。有研究表明有孢汉逊酵母(Hanseniaspora uvarum) 的特点是能产生大量带有果香和花香属性的乙酸酯类,特别是2-苯乙酸乙酯。季也蒙有孢汉逊酵母(Hanseniaspora guilliermondii)和酿酒酵母混合发酵可显著增加2-苯乙醇和2-苯乙酸乙酯含量, 2-苯乙醇含量可达6.3mg /L(酿酒酵母纯种发酵的产生量不超过1.12 mg /L),2-乙酸苯乙酯可达11.1mg /L(酿酒酵母纯种发酵仅可产生0.22~0.25 mg /L),赋予葡萄酒浓郁的花、果香气。也有研究认为,仙人掌有孢汉逊酵母(H. opuntiae)和酿酒酵母同时接种发酵的葡萄酒比纯种接种酿酒酵母增加88.61%的酯类和21.40%的萜烯类物质,能够使乙酸苯乙酯增产14.60倍,β-大马士酮增产8.85%。嗜高压有孢汉逊酵母(H. osmophila)和酿酒酵母混合发酵的2-苯乙酸乙酯为酿酒酵母纯种发酵的3~9倍,使乙酸和乙酸乙酯浓度在合理范围内。

 

  4. 酵母甘露糖蛋白/多糖

 

  酵母多糖是从酵母细胞壁或酵母细胞中提取的一种富含葡萄糖、甘露糖的多糖。葡萄酒中的酵母多糖主要有两个来源,一是在酒精发酵阶段,由酵母菌释放到葡萄醪中,在此阶段酵母多糖的释放量与酵母的菌株的种类以及葡萄醪的浑浊度有关;二是在酒精发酵结束后,葡萄酒带酵母泥陈酿过程中,酵母的自溶,即通过分解甘露糖蛋白、葡聚糖和几丁质之间共价键的联系,产生酵母多糖释放到葡萄酒中。酵母死亡会释放甘露糖蛋白和多糖,不仅可以作为后续发酵的营养物质,也对葡萄酒的口感有显著影响。酵母多糖能够增强葡萄酒的稳定性,明显的改善葡萄酒的口感,降低葡萄酒中的涩味、苦味以及生青味,使新酒的 “成熟”时间缩短。有研究表明粟酒裂殖酵母(S.pombe)在葡萄酒酒精发酵过程中释放的多糖为酿酒酵母的3~7倍,日本裂殖酵母(Schizosaccharomyces japonicas)的多糖含量更高,其与酿酒酵母的混合发酵对最终乙醇浓度、降低总酸、增加挥发性化合物和多糖浓度有重大贡献。

 

  5. 对葡萄酒酸度的影响

 

  葡萄酒的酸度源于葡萄中酒石酸和苹果酸,以及发酵产生的琥珀酸、乳酸和乙酸。使用一定比例的戴尔有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)和酿酒酵母混合接种发酵,可以降低葡萄酒的乙酸含量。一些非酿酒酵母还可以产生琥珀酸,例如,星形假丝酵母(Candida stellata),其产生的琥珀酸可以提高葡萄酒的总酸度从而提升葡萄酒的特性。但值得注意的是,琥珀酸具有“盐苦味”,过量会对葡萄酒质量产生不利影响。一些高产乳酸的耐热克鲁维酵母(Kluyveromyces thermotolerans)纯种发酵可产生高达9.6g/L的乳酸。针对寒冷气候产区酸度较高的葡萄汁,使用粟酒裂殖酵母(S. pombe)可以减少葡萄酒中苹果酸的含量,从而使葡萄酒的口感更加柔和。使用粟酒裂殖酵母和酿酒酵母进行混合发酵,改善了酵母菌之间的竞争,并减少了由粟酒裂殖酵母引起的消极感官特征。

 

  近年来,随着研究者对非酿酒酵母的深入研究,非酿酒酵母的潜在应用价值受到越来越多的关注,国外葡萄酒辅料生产企业也不断推出了商业化的非酿酒酵母产品。我国有十大葡萄酒产区,相关酵母资源极为丰富,然而能够在葡萄酒企业应用的本土非酿酒酵母资源却寥寥无几。因此,加强葡萄酒相关非酿酒酵母的研究及开发利用对我国葡萄酒产业发展具有十分重要的意义。

 

  文章来源


  国家重点研发计划项目(2019YFD1002500)


  甘肃农业大学


  王婧,李爱霞 


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