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2025 , Vol. 53 >Issue 3: 32 - 42

DOI: https://doi.org/10.15983/j.cnki.jsnu.2025204

Research on the quality of spontaneous fermentation wines of ‘Cabernet Sauvignon’ from Yinchuan, Xiangning and Taigu

  • REN Zhiyuan ,
  • HAO Jinmei ,
  • FAN Boyuan ,
  • LIU Min , *
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  • College of Food Science and Engineering,Shanxi Agricultural University, Jinzhong 030801,Shanxi, China

Received date: 2024-09-29

  Online published: 2025-06-23

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Abstract

In order to explore the influence of spontaneous fermentation (SF) on wine quality,‘Cabernet Sauvignon’ grapes from Yinchuan (Ningxia), Xiangning (Shanxi) and Taigu (Shanxi) were used as raw materials for spontaneous fermentation, and wine samples of inoculated fermentation (IF) were used as control.Basic physical and chemical indicators, and the contents of phenolic and volatile substances of these wine samples were detected. The results showed that the alcohol content of SF samples was significantly lower than that of the IF samples, while the total phenolic content of SF samples was significantly higher than that of the IF samples. The alcohol fermentation of SF samples was more thorough with reducing sugar content of less than 4 g/L. The pH value,contents of dry extract and volatile acid showed no significant difference between SF and IF samples. A total of 45 volatile substances were detected in SF and IF samples, including 26 esters, 13 alcohols, 2 acids, 3 terpenes and 1 ether. The contents of esters and alcohols were high, accounting for 40.21%~67.14% and 24.98%~58.13% of the total volatile substances, respectively. The total amount of esters in SF samples was significantly lower than that in IF samples. There was no significant difference in the total amount of alcohols between SF and IF samples. However, the proportion of alcohols in SF samples was higher than that in IF samples. In wine samples from Yinchuan and Taigu,there was no significant difference in the total amount of volatile substances between SF and IF samples, while the total amount of volatile substances in IF samples from Xiangning was significantly higher than that in SF samples. By partial least squares analysis, it was found that ethyl trans-4-decenoate and 1-octanol had significant difference between SF and IF samples, making the main contribution to sample classification. Sensory analysis of the wine samples showed that the clarity of SF samples was lower than that of IF samples, and the color of wine samples from Yinchuan was the darkest. The SF samples had a fresh fruit aroma with no off flavor. Compared with IF samples, the aroma of SF samples was more complex, with less green flavor, while IF samples had a higher intensity of aroma. There was no significant difference in taste between SF and IF samples, while Yinchuan samples had stronger tannins and a fuller body. The study is of great significance in enhancing the style diversity and regional characteristics of wine, providing reference for the development and utilization of local yeast resources.

Key words： spontaneous fermentation; inoculation fermentation; Cabernet Sauvignon; wine; aroma; phenolic substances

Cite this article

REN Zhiyuan , HAO Jinmei , FAN Boyuan , LIU Min . Research on the quality of spontaneous fermentation wines of ‘Cabernet Sauvignon’ from Yinchuan, Xiangning and Taigu[J]. Journal of Shaanxi Normal University(Natural Science Edition), 2025 , 53(3) : 32 -42 . DOI: 10.15983/j.cnki.jsnu.2025204

在葡萄酒大规模生产中通常会添加经过筛选和优化的商业酿酒酵母,这些酵母具有较高的酒精转化率和良好的发酵稳定性,可以耐受低pH、高糖和高酒精[1]。但是依赖单一酿酒酵母发酵会导致葡萄酒风味同质化。自然发酵葡萄酒(简称自然酒)用葡萄生长环境中的野生酵母发酵而成,在生产过程中尽可能减少了人为干预,具有独特的香气和口感[2]。野生酵母天然存在于土壤、空气及葡萄果实表面,未经过人工筛选,种类非常丰富,包括酿酒酵母、非酿酒酵母、乳酸菌、醋酸菌等。一方面,不同产区葡萄的微生物群落不同,会导致葡萄酒的质量和风格具有差异,即“微生物风土”(microbial terroir)[3],所以自然酒比接种单一酿酒酵母的葡萄酒更能反映产区特色。另一方面,自然酒在酿造过程中避免了添加二氧化硫、果胶酶、澄清剂、酸度调节剂等,更加符合绿色食品的理念。随着人们生活水平的提高和对健康生活方式的追求,越来越多的消费者开始关注“零添加”葡萄酒,自然酒有望在全球范围内获得更广泛的认可。
许多学者对比研究了接种发酵(inoculated fermentation,IF)和自然发酵(spontaneous fermentation,SF)对葡萄酒香气的影响。结果表明,与接种发酵相比,自然发酵能给‘赤霞珠’葡萄酒带来更多的香料和草本气味[4];给‘美乐’葡萄酒带来更多杏仁、胡椒、香草等复杂香气[5];增加 ‘小味儿多’葡萄酒中C6化合物、高级醇、乙酸酯的含量,突出葡萄酒的花香和果香[6];增加‘马瑟兰’葡萄酒中挥发性物质的总量,且本土微生物(如乳酸菌、非酿酒酵母、酿酒酵母等)与挥发性物质含量具有显著相关性[7];增加‘慕萨莱思’葡萄酒中的呋喃酮和5-甲基糠醛等芳香族化合物,使葡萄酒拥有独特的干果和焦糖香气[8]。Wang等[9]研究发现,自然发酵的‘意大利雷司令’和‘小味儿多’葡萄酒在陈酿后分别有5种和14种香气物质显著升高,说明自然发酵有利于增强葡萄酒的陈酿香气,从而提高葡萄酒的陈年潜力。
我国葡萄酒产区丰富且各具特色,酵母资源极其丰富,但利用优良本土酵母塑造葡萄酒产区风格的相关研究尚处于起步阶段。本研究以宁夏银川、山西乡宁和山西太谷3个产区的‘赤霞珠’葡萄为试材,通过比较自然发酵和接种发酵葡萄酒的基本理化指标、酚类物质、挥发性物质和感官特性差异,探究产区和发酵微生物对葡萄酒综合品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

以宁夏银川(YC)、山西乡宁(XN)、山西太谷(TG)的‘赤霞珠’葡萄为原料酿造葡萄酒,葡萄采收期分别为2023年9月30日、10月3日、10月5日。采收时的还原糖质量浓度分别为222.01、199.33、222.67 g/L,总酸(以酒石酸计)分别为6.25、6.53、5.81 g/L。
辅料和试剂:CECA酵母、果胶酶、碳酸钠、甲基纤维素、硫酸铵、儿茶素、没食子酸、亚硫酸、次甲基蓝、酚酞、浓盐酸、氢氧化钠、葡萄糖等均为国产分析纯。福林-肖卡试剂(优级纯)购自云科生物技术(泰州)有限公司。

1.2 仪器与设备

TRACE 1310-ISQLT气相色谱-质谱联用仪,美国Thermo Fisher公司;UV752N紫外-可见分光光度计,上海精科实业有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 葡萄酒酿造

挑选健康的葡萄果实,手动破碎、除梗后装入10 L玻璃罐中,分为2组。一组接种酵母发酵(IF),添加200 mg/L商业酵母、60 mg/L二氧化硫、40 mg/L果胶酶,银川、乡宁和太谷的接种发酵葡萄酒分别标记为YC-IF、XN-IF和TG-IF。另一组自然发酵(SF),不添加任何试剂,银川、乡宁和太谷的自然发酵葡萄酒分别标记为YC-SF、XN-SF和TG-SF。室温下发酵,设3次重复。每天进行压帽,并测定温度和比重,当比重不再变化时分离皮渣,静置澄清,在冷库中储存3个月后测定指标。

1.3.2 基本理化指标测定

根据GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定葡萄酒的还原糖、总酸、挥发酸、干浸出物、酒精度等指标;总酚含量用福林-肖卡法测定;单宁含量用甲基纤维素沉淀法测定;花色苷含量用pH示差法测定[10]。

1.3.3 GC-MS测定挥发性物质

样品制备:将8 mL酒样、2.4 g NaCl和20 μL 2-辛醇(24 mg/L,溶于乙醇)加入20 mL顶空瓶中,45 ℃预热10 min,萃取吸附30 min,解吸5 min。
色谱条件:DB-WAX 型毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm);40 ℃保持 2 min,以 3 ℃/min 升高至130 ℃,再以 4 ℃/min 升高至230 ℃,保留 2 min;不分流进样,进样口温度 260 ℃,载气流速 1 mL/min。
质谱条件:离子传输线温度 250 ℃,离子源温度 250 ℃,电离方式 EI,电子能量 70 eV,扫描范围 29~350 m/z。
定性和定量:通过比对NIST2.0 MS数据库,对挥发性物质进行定性。以2-辛醇为内标,利用挥发性物质与内标的峰面积比,计算各物质的相对含量,设3次技术重复[11]。

1.3.4 感官分析

由10名品尝员组成品尝小组,对葡萄酒的外观(10分)、香气(30分)、口感(40分)、典型性(20分)进行打分,满分100分,计算平均值。为评价葡萄酒的香气特征,对香气的复杂度、浓郁度、花香、果香等分别进行打分,各项满分均为10分,计算平均值。

1.4 数据统计分析

使用SPSS 21软件进行t检验、双因素方差分析和主成分分析,用MetaboAnalyst 6.0 (https:∥www.metaboanalyst.ca)进行偏最小二乘法分析,用Origin 2021软件绘图。

2 结果与讨论

2.1 葡萄酒基本理化指标分析

由表1可知,本研究中6个酒样的酒精度介于12.1%~13.1%,IF酒样的酒精度显著高于SF酒样,这主要是商业酵母的酒精转化率高导致的。有研究表明,自然酒的酒精度较低与非酿酒酵母Tarmerella有关,该酵母在发酵初期相对丰度较高,产酒精能力较弱[12-13]。酒样的还原糖含量均低于4 g/L,属于干型葡萄酒,说明‘赤霞珠’葡萄在自然发酵条件下,酒精发酵也比较彻底,该结果与前人研究结果一致[6]。酒样中干浸出物的质量浓度介于23.2~27.6 g/L,pH值介于3.10~3.35,SF和IF酒样之间没有显著差异。
表1 葡萄酒样品的基本理化指标

Tab.1 The basic physical and chemical indicators of wine samples

理化指标 YC-IF YC-SF XN-IF XN-SF TG-IF TG-SF
酒精度/% 13.1±0.14** 12.1±0.1** 12.8±0.09** 12.5±0.10** 13.0±0.08* 12.8±0.09*
β还原糖/(g·L-1) 3.18±0.06* 3.29±0.05* 1.41± 0.03** 1.55±0.04** 1.95±0.09* 1.84±0.04*
β干浸出物/(g·L-1) 26.6±1.16 27.6±0.87 23.2±0.94 23.9±0.93 25.5±0.92 25.9±1.77
β总酸/(g·L-1) 7.88±0.11** 7.63±0.06** 6.19±0.06 6.15±0.08 7.13±0.09 7.18±0.08
pH值 3.25±0.08 3.18±0.05 3.10±0.07 3.16±0.05 3.35±0.04 3.28±0.01
β挥发酸/(g·L-1) 0.15±0.04 0.15±0.02 0.12±0.04 0.13±0.02 0.11±0.03 0.14±0.02

注:表中数据表示平均值±标准差。同一行仅在同一产区不同发酵方式之间进行差异显著性分析(t检验),*表示在0.05水平有显著差异,**表示在0.01水平有极显著差异。

在乡宁和太谷葡萄酒中,SF和IF酒样的总酸含量无显著差异,但银川产区SF酒样中的总酸含量显著低于IF酒样,这可能是由于自然发酵过程中启动了苹果酸-乳酸发酵,将一部分苹果酸转化为乳酸,导致总酸含量降低。据报道,在陈酿8个月后,自然发酵的葡萄酒中苹果酸含量降低,乳酸含量增加,而在接种发酵的葡萄酒中苹果酸和乳酸含量没有变化[14],这证实了上述推测。有研究表明,不同酵母对葡萄酒总酸含量具有显著影响[15-16]。本研究中的3个产区2组酒样之间,挥发酸含量无显著差异,但有些研究结果显示,自然酒中的挥发酸含量显著高于[5]或低于[4]接种酵母酒样。葡萄酒中挥发酸含量升高与细菌污染有关,在酿造过程中加入二氧化硫可以起到抑菌、抗氧化、清除自由基等作用,从而保持葡萄酒的微生物稳定性[17]。据报道,自然发酵葡萄酒中的一些野生酵母可以产生抑菌肽,起到抑菌作用[2,18],这可能是本研究中自然酒挥发酸没有显著上升的原因之一。

2.2 葡萄酒中酚类物质分析

葡萄酒中的酚类物质包括花色苷、单宁、酚酸等,会影响葡萄酒的颜色和口感。由表2可知,3个产区‘赤霞珠’葡萄酒的总酚质量浓度介于1.11~3.13 g/L,SF酒样中的总酚含量均显著高于IF酒样。酒样中的单宁质量浓度介于0.50~1.37 g/L,花色苷质量浓度介于0.40~0.49 g/L,SF酒样中的单宁和花色苷含量高于IF酒样,但未达到显著水平。本实验的接种发酵时间为13~15 d,自然发酵时间较长,为15~17 d。SF酒样中的酚类物质含量较高,可能是因为浸渍时间较长,更多的酚类物质从葡萄皮中提取出来所致。
表2 葡萄酒样品中酚类物质含量

Tab.2 The contents of phenolic substances in wine samples

物质名称 YC-IF YC-SF XN-IF XN-SF TG-IF TG-SF
β总酚/(g·L-1) 2.75±0.07** 3.13±0.06** 1.11±0.07** 1.38±0.07** 1.44±0.06* 1.52±0.05*
β单宁/(g·L-1) 1.30±0.06 1.37±0.05 0.50±0.08 0.51±0.03 0.54±0.03 0.55±0.03
β花色苷/(g·L-1) 0.48±0.01 0.49±0.02 0.40±0.01 0.41±0.02 0.42±0.02 0.44±0.01

注:表中数据表示平均值±标准差。同一行仅在同一产区不同发酵方式之间进行差异显著性分析(t检验),*表示在0.05水平有显著差异,**表示在0.01水平有极显著差异。

有研究表明,酵母菌种会对葡萄酒中的酚类物质产生间接影响,比如酵母菌可以通过影响酒精度来改变酚类物质的浸渍效果[19];不同酵母产生的酶可以影响发酵过程中酚类物质的化学反应,从而改变酚类物质在葡萄酒中的组成[20-21];不同酵母细胞吸附酚类物质的能力不同;非酿酒酵母可以合成香气物质和酚类物质前体,从而影响葡萄酒的香气特征以及色素稳定性[22]。Boban等[23]研究发现巴布维红酵母(Rhodotorula babjevae)和灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)与自然酒中的羟基苯甲酸、龙胆酸、咖啡酸和肉桂酸含量呈正比,而与原儿茶酸和绿原酸含量呈反比。在葡萄酒工业化生产中通常会加入SO2和果胶酶,有研究表明,SO2和酶制剂与葡萄酒中酚类物质、花色苷和葡萄酒的颜色无显著相关性[24-25]。所以,在本研究中自然酒酚类物质含量高可能与浸渍时间和微生物种类有关。
在本研究中,银川产区葡萄酒中的总酚、单宁和花色苷含量均显著高于太谷和乡宁产区,且葡萄酒的颜色明显深于其他2个产区。葡萄酒中酚类物质含量与葡萄产区密切相关,较长的日照时间、较少的降水量、较大的日较差是酿酒葡萄中酚类物质积累的重要气象条件[26]。有研究表明,不同海拔条件下‘美乐’和‘赤霞珠’酒样中的总酚和总花色苷含量随着海拔的上升显著增加[27]。所以,银川产区葡萄酒中的酚类物质含量高,主要是由于该产区的海拔高、日照时间长、降雨量少、日较差大,更有利于葡萄果实中酚类物质的积累。

2.3 葡萄酒中挥发性物质分析

2.3.1 挥发性物质总量

香气是判断葡萄酒品质的重要指标之一,葡萄品种、葡萄产区、酵母类型、发酵工艺等都会影响葡萄酒的香气特征。在本研究的葡萄酒样品中共检测到45种挥发性成分,包括26种酯类物质、13种醇类物质、2种酸类物质、3种萜烯类物质和1种醚类物质(表3)。由图1a可知,所有酒样的挥发性物质总质量浓度介于11.23~14.52 mg/L,银川和太谷产区的SF和IF酒样中挥发性物质总量无显著差异,而乡宁产区IF酒样中的挥发性物质总量显著高于SF酒样。太谷IF酒样中的挥发性物质总量最高,达到14.52 mg/L;银川IF酒样中的挥发性物质种类最多,达到19种。
表3 葡萄酒样品中挥发性物质及其含量

Tab.3 The volatile substances and their contents in wine samples 单位:mg/L

分类 物质名称 气味描述 YC-IF YC-SF XN-IF XN-SF TG-IF TG-SF
脂类 乙酸乙酯 果香、溶剂味 10.02±0.55 21.98±1.39 276.70±20.26** 38.58±4.67** 9.01±0.17 2.25±0.31
(26种) 丙酸乙酯 菠萝 3.56±0.13 — — — 1.75±0.13** 4.99±0.19**
丁酸乙酯 苹果、香蕉、菠萝、草莓 15.37±0.30** 5.78±0.14** 7.36±0.81 5.43±0.11 7.98±0.16** 13.89±1.74**
2-甲基丁酸乙酯 苹果 — — — — 2.57±0.13 —
乙酸异戊酯 苹果、香蕉 325.70±9.18 297.22±9.01 356.15±4.87 346.40±4.80 255.41±29.89** 394.60±4.54**
丙酸异戊酯 果香 6.55±0.15 — 2.98±0.50 — 7.36±0.10** 10.11±1.11**
2-丙酸戊酯 苹果 — 7.56±0.13 — — — —
甲酸庚酯 10.88±0.72 — — — 3.60±0.18 3.67±0.15
丁二酸二乙酯 果香 — 24.92±0.92 — — 30.09±8.61** 17.17±1.17**
己酸乙酯 苹果、樱桃、梨、花香 1 005.43±14.08** 716.18±10.13** 910.57±60.41** 660.34±0.60** 662.06±32.83** 872.17±62.38**
2-己烯酸乙酯 辛辣、糖果、泥土味 10.89±0.31** 8.92±0.34** — — 5.12±0.54** 8.04±0.53**
庚酸乙酯 苹果、脂肪味 15.58±0.50* 16.96±0.52* 10.76±0.79** 7.77±0.52** 16.77±0.21** 11.81±1.32**
辛酸乙酯 花香、香蕉、梨、白兰地 3 632.12±57.87* 3 257.48±153.79* 5 538.03±7.35** 4 514.86±133.73** 3 864.45±194.41* 3 555.06±260.92*
己酸异戊酯 菠萝、奶酪 16.55±0.31 15.99±0.66 20.26±1.38** 13.84±0.07** 17.49±2.63 18.07±1.04
壬酸乙酯 果香、玫瑰花、白兰地 11.10±0.51** 6.46±0.31** 20.38±0.46** 16.23±2.19** 12.68±0.67** 9.26±0.50**
辛酸丁酯 梨、菠萝、苹果 2.51±0.15 — — 4.36±0.05 — 1.97±0.13
辛酸异丁酯 — — 6.88±1.79** 4.53±0.72** — —
5-甲基壬酸乙酯 — — 3.96±0.81 — — —
反式-4-癸烯酸乙酯 芒果、橙子、花香 34.53±1.28 — 45.99±3.06 — 9.35±0.32 8.27±0.26
9-癸烯酸乙酯 果香、脂肪味 20.42±1.58 10.41±0.19 28.86±0.71 27.39±0.72 28.43±0.34 —
癸酸乙酯 果香、脂肪味 560.32±26.87 203.77±2.07 680.98±632.50 1 095.65±53.64 849.40±33.31** 32.04±0.23**
癸酸异戊酯 玫瑰花 — — 11.92±2.89** 6.32±0.31** — 2.24±0.584
3-甲基辛酸丁酯 果香、白兰地 14.33±0.35** 5.59±0.47** 22.98±2.14* 19.04±1.30* 14.83±1.62* 21.36±3.56*
月桂酸乙酯 花香、果香 21.38±0.87 16.00±0.83 66.40±22.49* 46.02±1.73* 33.75±7.17 32.04±0.23
棕榈酸乙酯 脂肪味、果香 — 7.50±0.39 — — 3.62±0.16** 0.64±0.05**
乙酸苯乙酯 花香 — — 3.72±0.83** 1.36±0.26** 5.58±0.41 —
小计 5 717.23±75.54** 4 622.71±153.36** 8 014.88±675.39** 6 808.14±191.60** 5 841.31±137.25** 5 019.66±189.02**
醇类 3-甲基-1-丁醇 白兰地、辛辣味、溶剂味 6 516.15±112.06 5 030.95±120.39 1 967.45±1 647.19 3 294.93±261.54 5 738.18±599.59* 7 800.76±907.05*
(13种) 1-戊醇 果香、香脂味 — — 102.80±3.96 — 2.18±0.18 —
2,3-丁二醇 6.61±0.34 4.32±0.25 5.82±3.13** 13.02±0.66** 13.52±0.07 12.05±0.81
3-甲基-2-己醇 4.11±0.39 4.31±0.27 — 2.68±0.10 3.13±0.11 —
3-甲基-2-庚醇 2.56±0.10 — — — — 4.63±0.11
3-甲基-1-戊醇 草本植物、可可 15.83±0.94 14.91±0.87 6.43±0.84 7.53±0.21 — 20.46±2.33
1-己醇 青草 142.55±3.70** 107.83±7.19** 136.17±8.77** 84.83±11.66** 59.96±8.01 66.18±11.50
1-庚醇 葡萄 12.45±0.44 9.14±0.38 13.34±1.19 10.37±1.78 4.10±0.11** 71.18±6.50**
2-壬烯-1-醇 4.21±0.07 — — — — —
3-甲硫基丙醇 肉味 — — — — 19.07±0.70 —
1-丙醇 化学试剂 — — — — 147.86±8.14 —
1-辛醇 柑橘、玫瑰花 3.74±0.23** 4.96±0.13** — 2.28±0.24 — 6.18±0.26
苯乙醇 蜂蜜、玫瑰花、蔷薇花 556.52±5.26** 1 630.69±80.95** 743.72±52.71 765.63±81.35 2 452.52±356.41 —
小计 7 264.75±110.84 6 807.12±193.45 2 975.73±1 710.58 4 181.26±357.18 8 440.52±952.90 7 981.45±927.22
酸类 乙酸 醋味 60.48±2.09 63.97±0.98 71.18±1.02** 58.07±5.74** 234.03±4.53 —
(2种) 4-甲基戊酸 0.81±0.08 — — — 3.00±0.37 —
小计 61.28±2.01 63.97±0.98 71.18±1.02** 58.06±5.74** 237.03±4.31 —
萜烯类 D-柠檬烯 柠檬、胡椒、薄荷 — — 716.61±65.42** 161.16±4.14** — —
(3种) 松油烯 柠檬、树脂、胡椒、薄荷 — — 150.22±17.77** 12.68±0.41** — —
α-二去氢菖蒲烯 肉桂、檀香、柑橘类 — — 1.41±0.17 — — —
小计 — — 868.23±83.05** 173.84±4.55** — —
醚类(1种) 乙二醇丁醚 化学试剂 — — — 4.01±0.34 — —
总计 13 043.26±182.16 11 493.79±343.94 11 930.01±2 303.80** 11 225.31±166.25** 14 518.86±880.65 13 001.12±738.20

注:挥发性物质质量浓度表示为平均值±标准差。—表示未检测到该物质。同一行仅在同一产区不同发酵方式之间进行差异显著性分析(t检验),*表示在0.05水平有显著差异,**表示在0.01水平有极显著差异。

图1 葡萄酒样品中挥发性成分的含量及比例

注:仅在同一产区不同发酵方式之间进行差异显著性分析(t检验),**表示在0.01水平有极显著差异。

Fig.1 The contents and proportions of volatile substances in wine samples

采用二元方差分析法对葡萄酒中的挥发性物质进行分析,结果发现有36种挥发性物质与发酵菌种显著相关,除己酸异戊酯以外的44种挥发性物质与产区显著相关,43种挥发性物质与发酵菌种和产区的交互作用显著相关。说明产区是影响葡萄酒香气的主要因素,其次是发酵菌种。
关于自然发酵和接种发酵对葡萄酒挥发性物质总量的影响,有不同研究结果。在‘霞多丽’自然酒中挥发性物质总量高于接种发酵酒样[28];在‘美乐’自然酒中挥发性物质总量低于接种发酵酒样[6]。对贺兰山东麓3个子产区‘赤霞珠’自然酒的香气进行分析,结果显示,青铜峡产区自然发酵酒样中的挥发性物质总量高于接种发酵酒样,而红寺堡和银川产区的接种发酵酒样中挥发性物质总量较高[29]。在本研究中,乡宁产区IF酒样中的挥发性物质总量显著高于SF酒样,这可能与商业酵母的产香能力强有关。自然发酵和接种发酵的葡萄酒在发酵不同阶段的优势菌种不同, 是导致二者之间挥发性物质种类和含量存在差异的主要原因。比如有研究表明,在发酵起始阶段,酿酒酵母在接种发酵酒样中占66.16%,而汉逊酵母和毕赤酵母不到1%;在同一时期的自然酒中,酿酒酵母仅占1.09%,而汉逊酵母和毕赤酵母占13.32%,非酿酒酵母占比较大[13]。目前,有学者运用多组学方法研究自然发酵葡萄酒中微生物群落与挥发性物质之间的关系[7,30],为揭示自然发酵对葡萄酒香气的影响提供了依据。

2.3.2 酯类和醇类物质

在所有挥发性物质中,酯类和醇类物质含量较高,分别占挥发性物质总量的40.21%~67.14%(图1b)和24.98%~58.13%(图1c),其他挥发性物质仅占挥发性物质总量的0~7.87%(图1d),说明酯类和醇类是‘赤霞珠’葡萄酒的主要香气物质。有研究表明,自然酒中酯类和醇类物质的含量与芽孢杆菌、类芽孢杆菌、明串珠菌、雷尔氏菌的相对丰度显著正相关[6]。
葡萄酒中的酯类物质主要来源于发酵过程,少部分在陈酿过程中形成。酯类物质在葡萄酒中含量高、种类多,能够给葡萄酒带来果香。本研究的6个酒样中酯类物质总质量浓度介于4.62~8.01 mg/L,IF酒样中的酯类总量显著高于SF酒样,且乡宁产区的酒样中酯类物质含量较高(图1b)。由表3可知,酒样中含量最高的酯类物质是辛酸乙酯,其次是己酸乙酯和癸酸乙酯。辛酸乙酯具有香蕉、梨、白兰地的香气,3个产区IF酒样中的辛酸乙酯含量显著高于SF酒样。己酸乙酯具有苹果、樱桃、梨的香气,其在太谷SF酒样中的含量显著高于IF酒样。癸酸乙酯具有果香,其在乡宁SF酒样中的含量高于IF酒样。银川SF酒样中的2-丙酸戊酯、丁二酸二乙酯、庚酸乙酯、棕榈酸乙酯含量显著高于IF酒样;乡宁SF酒样中辛酸丁酯含量显著高于IF酒样;太谷SF酒样中的丁酸乙酯、乙酸异戊酯、丙酸异戊酯、己酸乙酯、2-己烯酸乙酯、辛酸丁酯、癸酸异戊酯含量显著高于IF酒样。这些酯类物质对各产区自然酒的香气特征具有重要影响。有研究表明,自然酒中的果酸杆菌与乳酸乙酯、辛酸乙酯、异丁酸乙酯含量显著相关,而葡糖杆菌与乙酸苯乙酯、乙酸乙酯含量显著相关[31]。
葡萄酒中的醇类物质主要是酵母菌在酒精发酵过程中产生的,可以增加葡萄酒香气的复杂度。由图1c可知,在6个酒样中醇类物质总质量浓度介于2.98~8.44 mg/L,自然发酵和接种发酵对葡萄酒中醇类物质总量无显著影响,但SF酒样中醇类物质所占比例高于IF酒样,说明醇类物质对自然酒风味的形成具有重要作用。在各酒样中含量最高的醇类物质是3-甲基-1-丁醇,其次是苯乙醇和正己醇。3-甲基-1-丁醇具有白兰地味、辛辣味和溶剂味,其在太谷SF酒样中的含量显著高于IF酒样。银川产区SF酒样中苯乙醇含量显著高于IF酒样,赋予了葡萄酒优雅的玫瑰花香。在银川和乡宁产区的SF酒样中1-己醇含量显著低于IF酒样,正己醇具有青草味,说明这2个地区的自然酒中青草味有减弱趋势。与本研究结果不同的是,Chen等[6]发现在‘小味儿多’自然酒中1-己醇含量高于接种发酵酒样,自然酒中的非酿酒酵母(如Hanseniaspora、Metschnikowia、Zygosaccharomyces)与C6化合物的含量显著正相关。本研究中1-辛醇在3个产区SF酒样中的含量均显著高于IF酒样,赋予了自然酒柑橘类果香和玫瑰花香。有研究表明,在自然发酵的葡萄酒中酵母菌(Saccharomyces)与3-甲基-1-丁醇、苯乙醇的含量显著相关,而念珠菌(Candida)、假丝酵母(Starmerella)与1-己醇、1-辛醇的含量显著相关[31]。

2.3.3 酸类和萜烯类物质

在葡萄酒样品中共检出乙酸和4-甲基戊酸2种酸类物质。4-甲基戊酸仅在银川和太谷产区的IF酒样中有少量检出。乙酸具有醋味,酒样中的乙酸含量均低于阈值,不会影响葡萄酒的香气质量。
萜烯类物质主要来源于葡萄果实,常带有花香且阈值较低,对葡萄酒的香气影响较大[32]。在本实验的酒样中共检测到3种萜烯类物质,分别是D-柠檬烯、松油烯和α-二去氢菖蒲烯,3种物质仅在乡宁产区酒样中检出。松油烯和D-柠檬烯在乡宁IF酒样中的含量显著高于SF酒样,其赋予葡萄酒柠檬、树脂、胡椒、薄荷等香气。α-二去氢菖蒲烯仅在乡宁IF酒样中检出,其赋予葡萄酒肉桂、檀香、柑橘类香气。葡萄果实中一部分萜烯类物质以糖苷形式存在,这种结合态物质没有气味,而β-糖苷酶可以将结合态萜烯类物质转化为游离态,从而产生气味[33]。所以,葡萄酒中的萜烯类物质含量与葡萄果实和β-糖苷酶有关。有研究表明,假丝酵母(Candida)、毕赤酵母(Pichia)、汉逊酵母(Hanseniaspora)等非酿酒酵母具有较高的β-糖苷酶活性,与酿酒酵母混合发酵可以增加葡萄酒中萜烯类物质的含量[34]。

2.3.4 偏最小二乘法分析

采用偏最小二乘法(partial least squares,PLS)分析SF和IF酒样中挥发性物质的差异。图2为PLS-DA模型的投影变量重要性(variable important for the projection,VIP)图,以VIP值大于1.6为界限进行筛选,识别出2种差异成分,分别为反式-4-癸烯酸乙酯和1-辛醇,表明这2种物质的含量在SF和IF酒样中差异显著,对样本的分类起主要作用。反式-4-癸烯酸乙酯在IF酒样中含量较高,其赋予葡萄酒芒果、橙子等果香和花香;1-辛醇在SF酒样中含量较高,其赋予葡萄酒柑橘类果香和玫瑰花香。
图2 挥发性物质的PLS-DA分析

Fig.2 PLS-DA analysis of volatile substances

2.3.5 主成分分析

对葡萄酒中的挥发性物质和酚类物质进行主成分分析,结果显示PC1和PC2分别解释数据总方差的56.40%和31.06%,累计为87.46%(图3)。太谷产区的酒样同在第二象限,乡宁产区的酒样同在第三象限,银川产区的酒样同在第四象限,同一产区的酒样处于同一象限,说明产区对葡萄酒中酚类物质和挥发性物质的影响较大。太谷产区酒样中的挥发性物质总量、醇类物质含量较高,乡宁产区酒样中酯类和萜烯类物质含量较高,银川产区酒样中总酚、总花色苷含量较高。不同产区葡萄酒中风味物质存在显著差异,从而形成了葡萄酒的产区特色。
图3 主成分载荷图和酒样分布图

Fig.3 Loadings and distributions of wine samples on the PCs

2.4 感官分析

品尝小组对葡萄酒进行感官分析,结果如表4所示,3个产区SF和IF酒样的感官评分无显著差异。外观方面,SF酒样的澄清度低于IF酒样,银川产区的葡萄酒颜色明显深于乡宁和太谷产区,与花色苷含量的结果一致。香气方面,SF酒样香气更复杂,生青味更少,而IF酒样香气更浓郁(图4)。葡萄酒在自然发酵过程中可能会产生异味,如‘雷司令’葡萄酒带有硫味,日本‘KOSHU’葡萄酒带有木头味,‘黑比诺’葡萄酒带有乙酸乙酯味[14]。在本实验中,3个产区的SF酒样果香清新、无异味。银川葡萄酒的香气最浓郁,具有黑莓、黑醋栗、西梅干等香气;乡宁葡萄酒的花香最明显,具有草莓、覆盆子、紫罗兰等香气;太谷葡萄酒的香气最复杂,具有黑醋栗、草莓、樱桃、香料等香气。口感方面,SF和IF酒样无显著差异,与乡宁和太谷产区相比,银川产区的葡萄酒单宁感更强,酒体更饱满。
表4 葡萄酒样品的感官评分

Tab.4 The sensory scores of wine samples

酒样 外观 香气(30分) 口感(40分) 典型性(20分) 总分(100分)
澄清度(5分) 颜色(5分)
YC-IF 4.83 4.83 28.6 34.78 16.33 89.37
YC-SF 4.06 4.78 27.9 34.67 16.56 87.97
XN-IF 4.75 3.81 24.61 33.81 14.35 81.33
XN-SF 4.13 3.69 23.14 33.78 14.48 79.22
TG-IF 4.78 3.9 25.33 33.33 15.22 82.56
TG-SF 4.03 3.83 26.22 33.67 15.33 83.08
图4 葡萄酒样品的香气特征

Fig.4 The aroma characteristics of wine samples

3 结论

与接种发酵相比,自然发酵葡萄酒的酒精度低,总酚含量高,pH值、干浸出物和挥发酸含量无显著差异。银川和太谷产区自然发酵和接种发酵的酒样中挥发性物质总量无显著差异,而乡宁产区接种发酵酒样中的挥发性物质总量显著高于自然发酵酒样。自然发酵酒样中的酯类总量低于接种发酵酒精,醇类总量无显著差异,但醇类物质所占比例高于接种发酵酒样。反式-4-癸烯酸乙酯和1-辛醇是自然发酵和接种发酵酒样中的重要差异成分。自然发酵酒样果香清新,无异味,香气更复杂,生青味更少,而接种发酵酒样的香气更浓郁。今后,可以进一步研究影响自然葡萄酒风味的关键微生物,以提升葡萄酒品质,强化产区风格。

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