糖分對葡萄酒發酵的影響

張燁，孫玉梅，俞志敏，尤賀，馬雷，韓月

(大連工業大學 生物工程學院，遼寧 大連，116034)

糖分對葡萄酒發酵的影響

(大連工業大學 生物工程學院，遼寧 大連，116034)

糖是葡萄酒發酵中酵母菌生長代謝所必須的能源，其種類和含量對酵母菌的發酵能力和代謝產物的生成影響很大。該文從糖種類、糖含量、加糖方式等方面對葡萄酒發酵的影響進行了綜述及分析，以期為葡萄酒釀造中糖的選擇和品質控制提供理論依據。

糖；葡萄酒發酵；風味化合物

葡萄具有豐富的營養和極高的經濟價值，可用于鮮食、釀酒、制汁和制干等。隨著人們對葡萄酒需求的增大，釀酒已成為葡萄加工的主要形式。葡萄中除水分外，含量最高的就是糖，一般為15%～25%[1]，糖的種類和含量決定了葡萄的質量，同時作為葡萄酒發酵過程中酵母菌生長代謝的主要能源，對葡萄酒的質量起決定性作用。大量研究表明，葡萄中糖的含量和種類對酵母的發酵能力及葡萄酒的風味、色澤、酒度及其它成分的生成有著重要的影響[2]。因此研究不同的糖種類、糖含量及加糖方式進行葡萄酒釀造，對控制、提高葡萄酒質量具有重要意義。

1 糖種類對葡萄酒發酵的影響

1.1 葡萄中糖的種類

葡萄中糖的種類主要有單糖、低聚糖和多糖。單糖包括可發酵的葡萄糖、果糖以及不可發酵的阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、半乳糖等，低聚糖包括蔗糖、蜜二糖、麥芽糖、乳糖、棉子糖等，多糖包括果膠、葡聚糖、半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖等，其中低聚糖和多糖都不能被酵母菌直接吸收利用[3-4]。葡萄中葡萄糖和果糖的含量最高，分別為45.86～122.89 g/L和47.64～131.04 g/L[5]。在葡萄轉熟時葡萄糖含量高于果糖，之后兩者相當，采收時果糖含量略高于葡萄糖[6]。研究表明葡萄糖和果糖有利于增加葡萄的甜味，提高葡萄的風味品質；蔗糖含量很低(0～3 g/L)，且主要集中在維管束組織區；葡萄中存在微量的五碳糖或戊糖(0.5～1.5 g/L)，以阿拉伯糖為主，另外含有少量木糖[7]。在果皮和橞梗中一般以多糖(如戊聚糖、半纖維素和纖維素)為主，因此帶皮發酵的紅葡萄酒與取汁發酵的白葡萄酒相比，含有較多的戊糖[4]。

1.2 糖種類對葡萄酒發酵的影響

葡萄酒發酵過程中酵母菌會優先利用葡萄糖，導致葡萄糖-果糖的比值(GFR)逐漸下降，較低的GFR是導致發酵緩慢或停滯的重要因素[89]。研究發現，當GFR低于0.1時會導致發酵緩慢或停滯，此時通過添加葡萄糖調節GFR到0.1以上，可重啟發酵[10]。合理控制發酵時的GFR，不但能加快葡萄酒的發酵進程，還能增強葡萄酒的風味[11,5]。向比重1.061的葡萄汁中分別添加葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖(葡萄汁與糖的質量比為10∶1)，于25 ℃恒溫培養箱中發酵，發現添加葡萄糖時，可提高2，3-丁二醇、乙酸乙酯、庚酸乙酯和9-葵烯酸乙酯的含量，改善葡萄酒的植物香和果香；添加果糖時，可提高糖醇、苯甲醇及苯乙醇的含量，改善葡萄酒的青草香、花香、甜香和果香；添加蔗糖時，可提高正己醇、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、癸酸甲酯、癸酸乙酯、水楊酸甲酯的含量，改善葡萄酒的青草香、花香、甜香和果香；添加麥芽糖時，可提高3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、丁酸乙酯、己酸乙酯、十六酸乙酯、2-辛酮、甲基庚烯酮和辛酸的含量，改善葡萄酒的花香、酯香、果香和甜香[12]。因此，加入不同種類的糖，對葡萄酒的品質有不同的改善。為達到預期的成品酒酒精度，可通過向低糖度的葡萄汁中加入糖或者對低糖的葡萄汁進行濃縮，提高初始糖含量。通過冷凍濃縮(-10 ℃)和添加蔗糖的方式，使11.2 °Brix葡萄汁的初始糖含量分別提高至16.2 °Brix和15.8 °Brix，發酵結果顯示，冷凍濃縮的葡萄汁起酵快、強度高，成品酒的色澤、香氣、口感與酒體結構等感官品質都有顯著改善，這是因為冷凍濃縮提高了葡萄汁的整體濃度，較好地保持了葡萄汁中營養成分的平衡，有利于酵母的生長和代謝[13]。

阿拉伯半乳聚糖、鼠李半乳聚糖、甘露糖蛋白等多糖在葡萄酒中含量為0.3～1 g/L，也是主要甜味物質之一，其主要來源于葡萄漿果(酸性多糖和中性多糖)、酵母(糖苷和甘露蛋白)以及感染灰霉病的葡萄漿果中由灰霉菌分泌的糖苷[14]，對葡萄酒的穩定性和口感有重要影響[15]。在葡萄酒釀造時，多糖不能被酵母菌直接吸收利用，只有被分解為單糖才能利用，纖維素酶和果膠酶的應用可促進富含纖維素和果膠的細胞壁降解，形成更多的可溶性多糖前體(多聚半乳糖醛酸、β-葡聚糖等)，能使酒體更加豐滿[16]。

2 糖含量對葡萄酒發酵的影響

2.1 糖含量對酵母菌發酵能力的影響

在葡萄酒發酵過程中，酵母菌利用葡萄中的糖轉化為酒精，并借助葡萄原料完成自身的生長、繁殖及衰亡，因此糖度直接影響酵母菌的繁殖與轉化功能，最終影響葡萄酒的品質[17]。研究發現糖度為40%的高糖雷司令葡萄汁會造成環境滲透壓升高，引起酵母菌體積萎縮，細胞膜及菌體內外的酶受到破壞，從而抑制酵母菌的生長和代謝，當初始糖含量超過52 °Brix時，酵母菌將無法完成酒精發酵[18]，但高滲透壓有利于海藻糖、甘油等生成，改善葡萄酒的風味[19]。用7種商業酵母對40%和20%糖度的模擬葡萄汁進行發酵，發現40%糖度完成酒精發酵時間是20%糖度發酵時間的1.5～2倍，而40%糖度發酵后的乙酸、甘油和乙醇含量約是20%糖度產生量的2～3倍[20]。通過添加白砂糖獲得不同初始糖含量的葡萄汁進行葡萄酒釀造，發現當初始糖含量由230 g/L增加到450 g/L時，葡萄酒的發酵周期由7天延長到50天，乙醇生成量由13.9%降到9%，揮發酸由0.25 g/L增加到1.6 g/L，甘油由8.1 g/L增加到11 g/L[21]。隨著葡萄汁中初始糖含量的增加，酵母菌的生長繁殖減慢，完成酒精發酵的周期延長，乙酸和甘油的產量也隨之增加。

2.2 糖含量對發酵產酒精的影響

酒精是葡萄酒的主要成分之一，也是評價葡萄酒質量的重要指標。原料葡萄的糖含量決定了葡萄酒發酵的酒精度，如果原料葡萄的糖度過低，發酵的酒精度可能達不到葡萄酒的質量要求，也不利于葡萄酒貯藏。我國國家標準規定葡萄酒和其他酒精度大于或等于10%vol的發酵酒及其配制酒，可免于標示保質期[22]?？梢?，較高的酒精度有利于葡萄酒的貯藏。通常17～18 g/L的糖分可轉化為1%酒精度，要獲得酒精度為10%的葡萄酒，葡萄汁中初始含糖量應高于170 g/L[23]。當葡萄汁的初始糖含量從230～270 g/L時，生成的酒精從14%增加到15.9%。用模擬葡萄汁釀造白葡萄酒，隨著初始糖含量從150～300 g/L時，生成的酒精從8%增加到12%[24]。說明葡萄酒中的初始糖含量與酒精度呈顯著正相關性[25]。同時研究發現當初始糖含量超過一定范圍時，與葡萄酒中的酒精生成量呈負相關性。釀造冰葡萄酒時，葡萄汁中初始糖含量超過40 °Brix時，隨著初始糖濃度的增加，酒精生成量減少，而當初始糖含量超過52 °Brix時，由于高滲透壓導致酵母菌失水死亡，無法完成酒精發酵[18]。

2.3 糖含量對發酵產乙酸的影響

乙酸是葡萄酒釀造過程的“晴雨表”，是最主要的揮發酸，約占揮發酸的90%，也是影響葡萄酒質量的主要因素。在葡萄酒釀造時，通過分析葡萄汁中糖種類和含量，可采取人工添加不同的糖，定向改善葡萄汁的組成，保證葡萄酒質量；也可采取濃縮葡萄汁和控制葡萄采摘時間的手段，提高葡萄汁中糖類、維生素、酚類、氨基酸等物質含量，改善葡萄酒質量[26]。高濃度的乙酸對葡萄酒的風味影響很大，因此對葡萄酒中乙酸的控制就顯得尤為重要。研究發現葡萄汁初始糖含量與揮發酸生成量呈顯著正相關性。初始糖含量為230 g/L時，揮發酸生成量為0.25 g/L，當糖濃度為350～450 g/L時，揮發酸的生成量為1.2～1.6 g/L，可見在高糖情況下，揮發酸生成效率是普通葡萄汁的5～8倍左右[21]。在釀造甜葡萄酒時，由于葡萄汁的初始糖含量較高，會形成過高的滲透壓，作用于酵母細胞壁后，使酵母代謝異常，一方面使得發酵周期延長，另一方面會生成大量的揮發酸[27]。PIGEAU等用初始糖含量為40～46 °Brix的葡萄汁釀造冰葡萄酒，發現成品酒中乙酸的生成量從1.79 g/L上升到2.11 g/L，說明冰葡萄汁中的初始糖含量與成品酒中的乙酸含量呈顯著正相關性[28]。加拿大Vintners Quality Alliance (VQA) 限定冰酒中揮發酸的量最高不超過2.1 g/L，而冰酒發酵往往會導致成品酒中揮發酸含量超標。為了控制高糖葡萄汁發酵時揮發酸的生成量，可向不同初始糖含量的冰葡萄汁中添加SO2。當初始糖度為350 g/L或400 g/L時，添加60 mg/L SO2比添加30 mg/L SO2揮發酸降低效果明顯[29]。

2.4 糖含量對葡萄酒發酵殘糖的影響

葡萄酒中較高的殘糖不但影響葡萄酒的口感，還會引發微生物污染，從而降低酒體的穩定性，影響運輸和銷售[30]。同時殘糖對葡萄酒陳釀過程中一些物質的形成也有一定的影響。釀造葡萄酒時葡萄中的初始糖含量直接影響葡萄酒中殘糖量，因此可通過調整葡萄汁中初始糖含量控制葡萄酒中的殘糖。

釀造干型葡萄酒對成品酒中殘糖的管理更為嚴格，我國國家標準規定干型葡萄酒中殘糖含量(以葡萄糖計)小于或等于4 g/L，或者當總糖與總酸(以酒石酸計)的差值小于或等于2 g/L時，含糖量最高為9 g/L才能達到干型葡萄酒的標準[31]。當葡萄汁初始糖含量為16%～20.6%時，成品酒中殘糖含量都低于4 g/L，均能釀造出干型葡萄酒[32]。釀造冰葡萄酒時一般用遲收或過熟的葡萄進行發酵，得到的葡萄酒中潛在酒精度不低于15%，并且殘糖含量較高[2]。VQA規定冰葡萄酒中殘糖不低于125 g/L，酒度為7.0%～14.9%，總酸不低于6.5 g/L。我國冰葡萄酒殘糖一般不低于120 g/L，酒精度7.0%～14%，酸度不低于6.5 g/L，此標準保證了冰葡萄酒中糖、酒度、酸的平衡性[33]。對于殘糖較高的葡萄酒，可以向原酒中接入酵母菌或營養劑、控制發酵溫度等手段減少葡萄酒中的殘糖[34]。

在殘糖含糖量很低的干紅和一些干白葡萄酒中，當酒精發酵結束后殘糖含量小于2 g/L時，蘋果酸易被乳酸菌降解為乳酸，蘋果酸向乳酸的轉化使葡萄酒總酸下降，酸澀感降低，提高了葡萄酒的質量[23]。

2.5 糖含量對葡萄酒風味物質的影響

風味一般是指味覺和嗅覺，人們通過舌頭對不揮發性物質的感知(酸、甜、苦、咸)和通過嗅覺對揮發性物質的香氣的察覺，對葡萄酒進行感官評價。風味化合物主要有醇類、酮類、醛類、酯類、酚酸類等[35]。葡萄汁的初始糖含量對葡萄酒釀造時風味物質的形成有很大的影響。

2.5.1 糖含量對發酵產高級醇和醛類物質的影響

高級醇主要包括正丙醇、異丙醇、異丁醇、正丁醇、戊醇、異戊醇、辛醇和苯乙醇等，是葡萄酒發酵的主要副產物，也是酒呈味的主要成分，適量的高級醇可以賦予葡萄酒特殊的風味[36]。葡萄酒發酵過程中高級醇的形成有兩條途徑，一條途徑是由氨基酸氧化脫氨形成，另一條途徑是由葡萄糖代謝產生。酵母菌利用葡萄糖通過糖酵解(EMP)途徑產生的中間產物α-酮酸(Cn)與活性乙醛(TPP-C2*)縮合，再經還原、異構、脫水作用形成α-酮酸(Cn+2)，α-酮酸(Cn+2)再經脫酸、加氫形成少一個碳原子(Cn+1)的高級醇；或者α-酮酸(Cn+2)與乙酰CoA結合，經異構、脫羧、還原生成相應的高級醇[37]。葡萄酒發酵時初始糖含量高，生成的高級醇含量也高，其中葡萄汁的初始糖含量與葡萄酒中3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇呈極顯著正相關性，與β-苯乙醇呈顯著正相關性[32]。FRANCO等用初始糖含量分別為24.5 °Brix和46 °Brix的葡萄汁發酵，發酵結束后生成的3-己烯醇、2-己烯醇、異丁醇、苯甲醇、2-苯乙醇、己酸等物質的含量有顯著性差異，其中在初始糖含量為46 °Brix的葡萄汁中生成的異丁醇、苯甲醇、2-苯乙醇、2-己烯醛和5-甲基糠醛明顯高于初始糖含量為24.5 °Brix的葡萄汁[38]。在釀造干紅葡萄酒時，隨著初始糖含量的增加，葡萄酒中2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇和2，3-丁二醇的含量也增加[39]?？梢娖咸阎某跏继呛颗c發酵過程中高級醇的生成量有著密切的聯系，因此控制葡萄汁中的初始糖含量，就能合理控制葡萄酒中高級醇的生成量。乙醛是葡萄酒酒精發酵期間形成的重要風味化合物之一。低含量乙醛具有一種愉悅的水果香氣，較高濃度的乙醛會產生異味，從而影響葡萄酒的質量。還原糖是乙醛形成的主要前體物質，1 g葡萄糖能產生0.4～42 mg/L的乙醛，隨著初始含糖量的提高，乙醛的生成量增加[40]。

2.5.2 糖含量對發酵產酯類和酚酸類物質的影響

葡萄汁中大約含有200 g/L的糖.其中47%會被酵母菌轉化為酒精，43%轉化為CO2，還有約10%合成其他化合物，包括酯和酚酸類等物質，形成葡萄酒特殊的香氣，對葡萄酒的風味具有重要的影響[41]。酚酸類物質還與葡萄酒的顏色密切相關。研究發現葡萄汁的初始糖含量與丁二酸單乙酯、丁二酸二乙酯呈顯著正相關性，與乳酸乙酯和丁二酸二乙酯呈極顯著負相關性[37]。在釀造干紅葡萄酒時，隨著葡萄汁初始糖含量的增加，葡萄酒中乙酸乙酯、丁二酸單乙酯和總酚的含量增加[39]。分別在葡萄漿果糖度達到17.5、22.8、37.2 °Brix時進行采收，并依原料糖濃度的次序分別釀制低醇的干葡萄酒、半甜葡萄酒和甜葡萄酒，37.2 °Brix葡萄汁釀造的甜酒中酚酸含量是17.5 °Brix葡萄汁釀造的干酒的1.5～2倍。干葡萄酒中的總酚酸、綠原酸、芥子酸含量都較低，而對香豆酸、對羥基苯甲酸含量較高。隨著初始糖含量的增加，3，4-二羥基苯甲酸、4-羥基-3-甲氧基苯甲酸、4-羥基-3,5-二甲氧基苯甲酸、2，5-二羥基苯甲酸和總酚酸含量增加。在半甜葡萄酒中，咖啡酸、4-羥基-3，5-二甲氧基肉桂酸量較高[42]。FRANCO等用初始糖含量為24.5 °Brix和46 °Brix的葡萄汁進行發酵，發現隨著初始糖含量的增加，成品酒中的酯類化合物增加，當初始糖含量為46 °Brix時，生成的γ-己內酯和γ-丁內酯含量較高[38]。隨著葡萄汁中初始糖含量增加，葡萄酒中酯類、酚酸類物質(除對香豆酸和對羥基苯甲酸外)含量增加，改善了葡萄酒的質量，也提高了葡萄酒的營養價值。

3 加糖方式對葡萄酒發酵的影響

葡萄中的糖含量受氣候影響很不穩定，糖度過低，生成的酒精度低，無法抑制發酵后以及貯存期間微生物的生長，最終導致酒質敗壞。且糖含量低時，糖酸比也低，糖酸比是決定葡萄成熟度及質量的關鍵因素，也是判斷葡萄成熟度的重要指標[43]。要獲得優質葡萄酒，葡萄中糖酸比必須大于或等于20(最好在30～35)[44]。對于糖分不足或糖酸比較低的葡萄原料則需采用人工加糖的方式來完成葡萄酒發酵，所以研究加糖方式對葡萄酒發酵速度及質量的影響對葡萄酒的生產具有重要的意義。

在葡萄酒釀造過程中，加糖時間和加糖次數對葡萄酒的發酵周期和質量都有較大影響。研究不同發酵時間加入等量的糖對葡萄酒發酵的影響，發現第2天加糖比第4天加糖發酵時間少兩天。因此發酵剛啟動時，應盡早一次性地添加發酵所需糖，促使大部分糖在酵母菌的繁殖階段被分解，這不僅能夠提高發酵速度，而且還有利于酒精發酵的順利進行，防止酒精發酵停滯[45]。秦衛帥研究了一次加糖發酵和二次補糖發酵，一次加糖是在發酵前一次性加入發酵所需的糖，二次加糖發酵是在發酵前加入一半的糖，在發酵開始第三天，酵母代謝旺盛時，加入另一半的糖。由于二次加糖發酵產生高級醇的前體α-酮酸含量較低，導致高級醇生成量明顯比一次加糖低[46]。FROHMAN等比較了向初始糖濃度為160 g/L的葡萄汁中添加葡萄糖/果糖(1/1)并保持發酵過程中糖濃度為50 g/L的補糖發酵和初始糖濃度為223.8 g/L不加糖發酵對葡萄酒質量的影響，發現補糖發酵的發酵速度快，成品酒中乙醇含量為14.9%，乙酸含量為0.19 g/L，而一次性加糖發酵產生的乙醇含量為12.2%，乙酸含量為0.39 g/L，這是因為補糖發酵中糖濃度低，滲透壓小，酵母菌生長繁殖速度快，活酵母數多，酒精發酵能力強，所以生成的乙醇多。滲透壓小的同時，乙酸的生成量也少。因此補糖發酵能得到更高濃度的乙醇，并且可有效的降低乙酸的含量[47]。當葡萄酒中雙乙酰含量超過7 mg/L時，會產生令人生厭的“餿飯味”，酒體呈現變質現象。在蘋果酸-乳酸發酵時通過加糖二次發酵后，發酵液中雙乙酰含量比常規蘋果酸-乳酸發酵明顯降低，這是由于蘋果酸-乳酸發酵時，加糖促使酵母菌二次發酵，增加了酵母對雙乙酰的還原，使乳酸菌代謝的雙乙酰量減少，對乳酸菌的蘋果酸-乳酸發酵有一定的抑制作用，因此通過補糖發酵控制葡萄酒中雙乙酰的含量，從而增加葡萄酒的口感及風味復雜性[48-49]。

4 總結與展望

葡萄中的糖種類及含量對葡萄酒發酵速度以及成品酒的殘糖和感官質量有重要影響，同時也決定了葡萄酒的種類。

普通葡萄汁(糖含量為230 g/L左右)發酵時，酵母菌發酵速度快、生產周期短。在糖含量為230 g/L到450 g/L的范圍內，隨著糖含量的增加，酵母菌生長繁殖逐漸減慢，發酵周期延長，發酵后酒體風味濃郁。葡萄汁的初糖超過40 °Brix會抑制酵母菌生長，且隨著糖含量的增加，乙醇生成減少，乙酸生成過多；超過52 °Brix的葡萄汁無法完成酒精發酵。隨著葡萄汁初始糖含量的升高，葡萄酒中乙醇、乙酸、甘油、高級醇、乙醛、酯類和酚酸類的含量均增加。較高含量的高級醇、乙醛、雙乙酰和乙酸會降低葡萄酒的質量，而酯類和酚酸類化合物能提高葡萄酒的營養價值，改善葡萄酒的質量。因此，可通過控制葡萄酒發酵的初始糖含量或者二次加糖發酵，使酵母菌最大程度地利用糖生成乙醇，并有效地控制高級醇、乙醛、雙乙酰和乙酸的生成。合理控制葡萄汁中GFR(葡萄糖與果糖的比值大于0.1)，可適當加快酵母菌的發酵進程，并改善葡萄酒的風味。果糖、蔗糖和麥芽糖對增強花香和甜香有共同的效果，葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖都能增強果香，葡萄糖、果糖、蔗糖普遍能增強植物香，麥芽糖還可加強酯香。

為保證葡萄酒質量，在葡萄酒釀造時，可采取人工添加不同的糖，定向改善葡萄汁的組成，也可采取濃縮葡萄汁和控制葡萄采摘時間的手段，提高葡萄汁中糖類、維生素、酚類、氨基酸等物質含量?？傊?，在葡萄酒生產中，合理選擇原料糖并控制初始糖含量，對降低葡萄酒發酵過程中有害副產物的生成以及提高葡萄酒的質量有著重要的作用。

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Effects of saccharides on wine fermentation

ZHANG Ye, SUN Yu-mei*, YU Zhi-min, YOU He, MA Lei, HAN Yue

(College of Biological Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China)

Sugar is the necessary energy for the growth and metabolism of yeast during wine fermentation. The type and content of saccharide will affect the fermentation ability and metabolites production of yeast. This paper reviewed and analyzed the effects of the type and content of saccharide, and the way of adding sugar on the wine fermentation, in order to provide a theoretical basis for the selection of saccharide and quality control for wine brewing.

saccharide; wine; fermentation; flavour compounds

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704044

碩士研究生(孫玉梅教授為通訊作者，E-mail：sunyumei62@163.com)。

國家自然科學基金(31401681)；大連市支持高層次人才創新創業項目(2016RQ059)

2016-11-28，改回日期：2017-01-10