李藝凡,薛逸軒,趙 璐,王 菁,肖世娣,張 博,張惠玲
(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏微生物制造應(yīng)用技術(shù)與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧夏銀川 750021)
葡萄酒香氣是評(píng)價(jià)葡萄酒品質(zhì)的客觀指標(biāo)之一,也是構(gòu)成葡萄酒靈魂的重要部分[1]。而葡萄酒的香氣來(lái)源有三方面,原料香、釀造香和陳釀香[2]。釀造香主要來(lái)自菌種及其發(fā)酵條件,不同的酵母代謝產(chǎn)物不同,釀造的酒風(fēng)格不同。長(zhǎng)期使用商業(yè)釀酒酵母釀造,導(dǎo)致葡萄酒日益同質(zhì)化,致使葡萄酒缺乏鮮明的特征[3]。紅茶菌又稱“海寶”、“胃寶”,是酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的共生物[4]。而紅茶菌中的酵母多為非釀酒酵母[5],唐欣昀[6]從紅茶菌種分離篩選了釀酒酵母,非釀酒酵母的分離還未見報(bào)道。
葡萄汁和紅茶菌發(fā)酵液均富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、酚類物質(zhì)及各種礦物質(zhì)元素[7-9],兩者具有相似的物質(zhì)環(huán)境,紅茶菌中的微生物能在葡萄汁中生長(zhǎng),并有可能對(duì)葡萄酒的香氣有貢獻(xiàn)。本研究以寧夏賀蘭山東麓的赤霞珠葡萄為原料,將從紅茶菌種分離獲得1株產(chǎn)香性能較好的非釀酒酵母,并與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室保藏的兩株非釀酒酵母全美梅氏酵母(Mestchnikowiapulcherrima)、葡萄有孢漢生酵母(Hanscniasporauvaruin)等比例混合,與葡萄酒釀酒活性干酵母順序接種發(fā)酵,分析理化指標(biāo)并測(cè)定揮發(fā)性物質(zhì)及含量,與葡萄酒釀酒活性干酵母單菌種發(fā)酵進(jìn)行比較分析。通過(guò)文獻(xiàn)所知,王曉昌[10]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)全美梅氏酵母和葡萄汁有孢漢生酵母對(duì)葡萄酒釀造具有香氣貢獻(xiàn)的潛力,與王星晨[11]、汪立平[12]的研究結(jié)果相一致,因此,本實(shí)驗(yàn)采用三株非釀酒酵母(從紅茶菌中分離得到性能優(yōu)良的一株非釀酒酵母及實(shí)驗(yàn)室保藏的兩株非釀酒酵母)與葡萄酒活性干酵母混合發(fā)酵赤霞珠紅葡萄酒,以期增加發(fā)酵菌種的多樣性,增強(qiáng)葡萄酒的香氣。
赤霞珠葡萄樣品 寧夏賀蘭山東麓留世酒莊;葡萄酒釀酒活性干酵母(RX) 法國(guó)Lamothe-Abiet公司;果膠酶(7500 U/g) 丹麥Novozymes公司;全美梅氏酵母(Mestchnikowiapulcherrima)、葡萄有孢漢生酵母(Hanscniasporauvaruin)寧夏大學(xué)生物工程實(shí)驗(yàn)室保藏(實(shí)驗(yàn)室分離純化得到,并已進(jìn)行菌種26sRDNA鑒定);YPD培養(yǎng)基、WL營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基[13]、賴氨酸培養(yǎng)基[14-15]、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、乙醇、葡萄糖、濃硫酸、重鉻酸鉀 天津基準(zhǔn)化學(xué)試劑有限公司,國(guó)產(chǎn)分析純;檸檬酸、酒石酸鉀鈉、次甲基藍(lán)、磷酸氫二鈉、無(wú)水硫酸銅 天津市百世化工有限公司,國(guó)產(chǎn)分析純;酒石酸、30%過(guò)氧化氫 北京化工廠,國(guó)產(chǎn)分析純;磷酸、酚酞 天津市大茂化學(xué)試劑廠,國(guó)產(chǎn)分析純;化學(xué)藥品均用于葡萄酒理化指標(biāo)的測(cè)定;白砂糖、紅茶茶葉、紅茶菌 市售,用于從中分離微生物。
PL203電子天平 瑞士梅特勒天平有限公司;UV2000 紫外分光光度計(jì) 上海尤尼柯儀器有限公司;SW-CJ-2FD潔凈工作臺(tái) 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;DSX-280型手提式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;GC-MS-QP氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司;手持糖度計(jì) 杭州聯(lián)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)有限公司;固相微萃取裝置 美國(guó)Supelco公司。
1.2.1 非釀酒酵母分離
1.2.1.1 初篩 紅茶菌液的制備:參考文獻(xiàn)[16]方法培養(yǎng)紅茶菌。
樣品處理:無(wú)菌操作下在100 mL三角瓶中加入45 mL無(wú)菌水,并加入成熟紅茶菌液5 mL振蕩搖勻后,稀釋為10-2、10-3、10-4、10-5梯度,從各個(gè)稀釋梯度分別取1 mL加入9 mL 液體YPD培養(yǎng)基中,28 ℃培養(yǎng)2 d。
增殖培養(yǎng):取1 mL培養(yǎng)液涂布固體YPD培養(yǎng)基上進(jìn)行增殖培養(yǎng)[17]。
分離純化:挑選能夠固體YPD增殖培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的菌落,初步為酵母菌[18]。采用YPD固體培養(yǎng)基涂布劃線培養(yǎng),進(jìn)一步分離純化酵母菌,在28 ℃環(huán)境下培養(yǎng)3 d。待培養(yǎng)基表面長(zhǎng)出菌落,通過(guò)觀察菌落的形態(tài)和顏色,進(jìn)行酵母菌株的初步篩選并編號(hào)。
1.2.1.2 復(fù)篩 對(duì)以上初步篩選得到的酵母菌,進(jìn)行WL培養(yǎng)基培養(yǎng)復(fù)篩,觀察形態(tài)及顏色,同時(shí)利用非釀酒酵母可利用賴氨酸作為氮源的特性再進(jìn)行篩選,能在賴氨酸平板培養(yǎng)基生長(zhǎng)的鑒定為非釀酒酵母[19]。
1.2.2 性能測(cè)定 對(duì)以上非釀酒酵母菌進(jìn)行葡萄糖、SO2、酒精耐受性能測(cè)定。調(diào)整培養(yǎng)基在不同糖濃度[20]、不同SO2濃度[21]、不同酒精濃度[22]下,利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定OD660,考察菌的耐受性。選擇優(yōu)良耐受菌進(jìn)行發(fā)酵,測(cè)定菌株發(fā)酵酒揮發(fā)香氣成分,選出一株產(chǎn)香優(yōu)者作為待試菌,并繪制該菌以及實(shí)驗(yàn)室保藏菌種全美梅氏酵母、葡萄有孢漢生酵母的生長(zhǎng)曲線,以期獲得其發(fā)酵周期。
1.2.3 待試菌葡萄酒發(fā)酵實(shí)驗(yàn) 擴(kuò)大培養(yǎng):將分離獲得的優(yōu)良待試菌斜面試管,用無(wú)菌的接種針挑取一環(huán)于10 mL YPDA培養(yǎng)基中28 ℃條件下培養(yǎng)24 h進(jìn)行活化作為種子液。將活化好的種子液進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng),使菌密度達(dá)到107~108CFU/g。
葡萄汁預(yù)處理:選擇新鮮無(wú)霉變的赤霞珠葡萄進(jìn)行破碎,加入100 mg/L SO2,40 mg/L的果膠酶,調(diào)整pH為3.3~3.5。取擴(kuò)大培養(yǎng)好的待試菌5%,接種到赤霞珠紅葡萄汁中發(fā)酵,定期測(cè)定比重,當(dāng)比重不再下降時(shí)發(fā)酵結(jié)束,取樣測(cè)定揮發(fā)香氣成分,并進(jìn)行感官品評(píng)。
1.2.4 葡萄酒發(fā)酵比較實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)分兩組進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)。第一組為釀酒活性干酵母單菌種發(fā)酵。第二組為非釀酒酵母與釀酒酵母順序接種發(fā)酵。非釀酒酵母由三種酵母按照1∶1∶1混合培養(yǎng)混合組成(克魯斯假絲酵母H8、全美梅氏酵母、葡萄有孢漢生酵母),順序接種次序?yàn)?先接種混合非釀酒酵母培養(yǎng)液5%[23-24],發(fā)酵46 h,再接種活化好的釀酒酵母(RX)2%,發(fā)酵溫度為25 ℃,待糖全部發(fā)酵完比重不再下降為止。進(jìn)行皮渣分離,分別取樣測(cè)定理化指標(biāo)和揮發(fā)性香氣成分。
1.3.1 理化指標(biāo)檢測(cè) pH測(cè)定:pH計(jì)法;殘?zhí)呛繙y(cè)定、揮發(fā)酸測(cè)定、酒精度測(cè)定、游離二氧化硫測(cè)定:參照GB/T 15038-2006方法[25]。
1.3.2 香氣成分檢測(cè) 香氣成分提取:頂空固相微萃取提取,參考文獻(xiàn)[26]。頂空固相微萃取提取:取10 mL發(fā)酵液,8000 r/min離心10 min后取5 mL上清液,注入萃取瓶中,加入磁力轉(zhuǎn)子和1 g NaCl,快速蓋緊蓋子,置于恒溫磁力攪拌加熱臺(tái)上,將活化的萃取頭插入樣品瓶的頂空部分,萃取頭距離液面1 cm,40 ℃條件下吸附30 min,將吸附后的萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口,于250 ℃熱解析5 min。
揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)定:GC-MS條件參考文獻(xiàn)[27]。采用Agilent 5975c/7890a測(cè)定揮發(fā)性物質(zhì),氣相色譜柱為DB-5 ms(30 m×250 μm,0.5 μm);載氣為高純氦氣,流速為1 mL/min。采用不分流模式手動(dòng)進(jìn)樣,進(jìn)樣口溫度250 ℃,熱解析5 min。柱溫箱升溫程序:40 ℃保持4 min,然后以3 ℃/min的速率升溫到230 ℃,保持2 min。質(zhì)譜接口溫度為250 ℃,離子源溫度:230 ℃,電離方式為EI,離子能量70 eV,質(zhì)量掃描范圍:20.0~500.0。
定性定量分析:通過(guò)質(zhì)譜全離子掃描圖譜,根據(jù)已有標(biāo)樣的色譜保留時(shí)間和質(zhì)譜信息、NIST05標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)比對(duì)結(jié)果定性分析葡萄酒中的香氣物質(zhì)。采用氣相色譜峰面積歸一化確定各組分的相對(duì)含量[28]。利用Origin軟件制作總離子流圖。
1.3.3 感官品評(píng) 由15人組成感官品評(píng)小組,根據(jù)GB/T 15038-2006[25]的要求對(duì)感官評(píng)定小組成員進(jìn)行培訓(xùn),培訓(xùn)合格后待測(cè)酒樣進(jìn)行感官品評(píng),評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):去掉一個(gè)最高分與一個(gè)最低分后計(jì)算平均分。品評(píng)表如表1。

表1 感官評(píng)分表Table 1 Sensory scoreTable
酵母菌性能測(cè)定過(guò)程中所有指標(biāo)均平行測(cè)定三次,數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0進(jìn)行差異分析,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示[31]。
從成熟紅茶菌液中共分離得到具有菌落大而厚,表面光滑而濕潤(rùn),質(zhì)地柔軟而粘稠,且易挑起,菌落質(zhì)地均勻,正反面和邊緣、中央部位的顏色均一等典型酵母菌落特征的菌株共53 株。對(duì)菌株進(jìn)行編號(hào),依次為H1-H53。
通過(guò)復(fù)篩,能夠在WL鑒定培養(yǎng)基[32]中顯示出具有非釀酒酵母明顯特征的有9株酵母菌,并將其接種到賴氨酸培養(yǎng)基后,均能利用賴氨酸作為氮源生長(zhǎng)。徐亞男[33]、劉景[34]、Yamagishi H[35]等分別對(duì)各自篩選的酵母進(jìn)行了WL 培養(yǎng)基鑒定與26srDNA鑒定,發(fā)現(xiàn)兩者的鑒定具有高度一致性,以此為依據(jù)判斷這9株酵母為非釀酒酵母,根據(jù)形態(tài)判斷H33、H45為中間型酒香酵母,H8、H15為克魯斯假絲酵母,H7、H22、H36為拜耳接合酵母,H38、H49為東方伊薩酵母,結(jié)果見表2。

表2 酵母菌在WL培養(yǎng)基上的分類結(jié)果Table 2 Classification of yeast on WL medium

表2 3株非釀酒酵母發(fā)酵酒樣揮發(fā)性物質(zhì)組成Table 2 3 non-Saccharomyces cerevisiae fermentation of volatile substances in wine composition
對(duì)以上9株非釀酒酵母進(jìn)一步進(jìn)行性能測(cè)定實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下:
2.3.1 葡萄糖耐受性結(jié)果 據(jù)圖1可知,在葡萄糖濃度低于180 g/L時(shí),多數(shù)酵母的生長(zhǎng)繁殖不受糖的限制而持續(xù)生長(zhǎng),但當(dāng)葡萄糖濃度高于180 g/L時(shí),酵母的生長(zhǎng)不同程度的受到限制,其中當(dāng)糖濃度達(dá)到220 g/L時(shí),菌株H49表現(xiàn)出明顯的被抑制,菌株H8、H33、H38在300 g/L濃度中生長(zhǎng)仍不受限,顯示耐受性較好。

圖1 非釀酒酵母的耐糖性能Fig.1 Sugar tolerance of non-Saccharomyces cerevisiae
2.3.2 SO2耐受性能測(cè)定結(jié)果 據(jù)圖2可知,隨著SO2濃度的增加,酵母生長(zhǎng)繁殖會(huì)受到不同程度的抑制,H8、H38、H45、H49能夠耐受300 mg/L的二氧化硫,而H15、H22、H33在二氧化硫濃度為180 mg/L時(shí)生長(zhǎng)受到明顯抑制。葡萄酒發(fā)酵工藝常常需要用添加二氧化硫的方法抑制其他雜菌,選擇耐受性好的菌種,有利于在接種到葡萄酒汁中發(fā)酵時(shí)不受其影響。

圖2 非釀酒酵母的耐二氧化硫性能Fig.2 Sulfur dioxide resistance of non-Saccharomyces cerevisiae
2.3.3 酒精耐受性能測(cè)定結(jié)果 據(jù)圖3可知,在酒精度達(dá)到6%以后,酵母生長(zhǎng)明顯遲緩。H7、H38、H49的酒精耐受能力比較低,在酒精濃度為4%時(shí)生長(zhǎng)抑制極為顯著,H8、H22、H33對(duì)酒精的耐受能力最強(qiáng),在8%的酒精濃度下仍可生長(zhǎng),對(duì)于混菌釀造葡萄酒意味著非釀酒酵母可以更長(zhǎng)久的發(fā)揮作用。

圖3 非釀酒酵母的耐酒精性能Fig.3 Alcohol resistance of non-Saccharomyces cerevisiae yeast
由圖1~圖3結(jié)果可以看出,H8、H33、H38在耐受性方面表現(xiàn)良好,但對(duì)其發(fā)酵性能還不甚了解,因此,進(jìn)一步對(duì)三株菌進(jìn)行發(fā)酵性能測(cè)定以及感官品評(píng)。
2.3.4 發(fā)酵性能測(cè)定結(jié)果 揮發(fā)香氣成分比較。
根據(jù)表2、表3可知,3株非釀酒酵母的發(fā)酵液中揮發(fā)性物質(zhì)中大部分為酯類,同時(shí)還有較少的醇、醛、烯、酮類物質(zhì)。各發(fā)酵液中均含有的物質(zhì)為乙酸戊酯、3-甲基戊酸乙酯、苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯五種,含量差異明顯。揮發(fā)性物質(zhì)總含量最高的為H8,含量為82.93%,共有18種物質(zhì),種類豐富,香氣突出,含量頗高,其中十一醛含量為0.35%,具有玫瑰香、花香、水果香和甜橙的香氣,月桂醛含量為0.37%,具有紫羅蘭樣的強(qiáng)烈而又持久的香氣,對(duì)葡萄酒的香氣均有積極貢獻(xiàn)。

表3 3種非釀酒酵母發(fā)酵液揮發(fā)性物質(zhì)含量(%)Table 3 Volatile matter content of 3 non-Saccharomyces cerevisiae fermentation broth
3株非釀酒酵母發(fā)酵液感官品評(píng)結(jié)果見表4。

表4 3株非釀酒酵母發(fā)酵液感官品評(píng)結(jié)果Table 4 3 non-Saccharomyces cerevisiae fermentation broth sensory evaluation results
根據(jù)3株菌株的揮發(fā)香氣成分比較以及感官品評(píng)結(jié)果發(fā)現(xiàn),H8具有較好的發(fā)酵性能,且發(fā)酵液的感官品評(píng)良好,外觀呈寶石紅,香氣怡人且口感協(xié)調(diào)。
為了進(jìn)一步增強(qiáng)葡萄酒發(fā)酵香氣,等比例添加已知發(fā)酵性能的全美梅氏酵母、葡萄有孢漢生酵母與法國(guó)釀酒活酵母(RX)順序發(fā)酵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
2.4.1 H8、全美梅氏酵母、葡萄有孢漢生酵母的生長(zhǎng)曲線 由圖4可知,H8和葡萄有孢漢生酵母在6 h時(shí)達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,在10~16 h進(jìn)入平穩(wěn)期,而全美梅氏酵母則在8 h進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,在10~18 h進(jìn)入平穩(wěn)期。三種酵母分別在44、42、46 h后進(jìn)入衰亡期,菌體數(shù)量可能由于自溶開始減少。由此可知,當(dāng)非釀酒酵母發(fā)酵46 h時(shí),可以進(jìn)入到釀酒酵母接種發(fā)酵階段,即順序接種釀酒酵母的時(shí)間。

圖4 三種非釀酒酵母生長(zhǎng)曲線Fig.4 Three non-brewer’s yeast growth curves
2.4.2 單菌種發(fā)酵與多菌種發(fā)酵比較
2.4.2.1 理化指標(biāo)比較 混菌發(fā)酵的葡萄酒由于非釀酒酵母代謝了一部分的糖來(lái)產(chǎn)生香氣物質(zhì)而使得混菌發(fā)酵比RX單菌發(fā)酵的赤霞珠葡萄酒的酒精度低,這一結(jié)果與韓姍姍[36]的研究結(jié)果一致,且混菌發(fā)酵的赤霞珠葡萄酒的pH、殘?zhí)恰]發(fā)酸均稍高于葡萄酒釀酒活性干酵母的酒樣,而游離SO2稍低,結(jié)果見表5。

表5 葡萄酒理化指標(biāo)比較Table 5 Cabernet Sauvignon wine physical and chemical indicators test results
2.4.2.2 葡萄酒揮發(fā)性物質(zhì)比較 通過(guò)表6可以看出混菌發(fā)酵的酒樣中共有揮發(fā)性物質(zhì)29種,而RX單菌發(fā)酵的酒樣中擁有23種揮發(fā)性物質(zhì)。

表6 揮發(fā)性物質(zhì)種類及其含量Table 6 Types of volatile substances and their contents

續(xù)表

圖5 揮發(fā)性物質(zhì)GC-MS總離子流圖Fig.5 Volatile substances GC-MS total ion flow chart注:(a)混菌發(fā)酵;(b)RX單菌發(fā)酵。
混菌發(fā)酵酯類物質(zhì)18種。包括月桂酸乙酯25.75%,癸酸乙酯10.87%,3-甲基戊酸乙酯8.81%,乙酸戊酯6.6%,棕櫚酸乙酯6.58%,珠光脂酸乙酯2.54%,肉豆蔻酸乙酯1.88%,4-癸烯酸乙酯1.57%,3-甲基辛酸丁酯1.15%;醇類物質(zhì)3種,其中苯乙醇1.66%,薄荷醇2.04%,己基癸醇0.19%,苯乙醇具有玫瑰香氣,增加酒體香氣的復(fù)雜性;酸類物質(zhì)3種,棕櫚酸0.55%,辛酸0.64%,肉豆蔻酸0.38%;烯烴類2種,其中含量為0.18%的檸檬烯具有鮮花的清淡香氣,異長(zhǎng)葉烯0.53%;酮類物質(zhì)為4-甲基苯戊酮,含量0.04%;具有2,4-二叔丁基苯酚0.17%,肉豆蔻醛0.07%,十一醛0.26%等。
RX單菌發(fā)酵酯類物質(zhì)16種,包括月桂酸乙酯37.85%,丁酸異丁酯20.82%,乙酸戊酯4.26%,癸酸乙酯3.14%;醇類3種,正丁醇1.00%,2-戊醇0.03%,4-正癸醇0.31%;酸類物質(zhì)2種,正戊酸0.05%,異香蘭酸0.07%;烯烴類1種,異長(zhǎng)葉烯0.68%;酮類物質(zhì)為3-甲基-4-庚酮,含量0.1%。
由上可以看出,混菌發(fā)酵中含量較多且單菌種沒(méi)有的物質(zhì)如薄荷醇、檸檬烯、十一醛、肉豆蔻醛等均具有豐富復(fù)雜的特征香氣,對(duì)酒的香氣具有積極作用。
2.4.2.3 感官評(píng)分結(jié)果 由圖6可知,混菌發(fā)酵與RX單菌發(fā)酵酒樣之間香氣的評(píng)分差異較大,混菌發(fā)酵的葡萄酒香氣濃郁,酸甜協(xié)調(diào),酒體豐滿,而RX單菌發(fā)酵的葡萄酒果香中等,口感純正,酸甜較協(xié)調(diào)。

圖6 混菌發(fā)酵與RX單菌發(fā)酵感官評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.6 Mixed fermentation and RX single bacteria fermentation sensory evaluation results
綜上研究,混菌發(fā)酵的葡萄酒相比于RX單菌發(fā)酵酒的理化指標(biāo)差異不明顯,揮發(fā)性物質(zhì)的含量和種類均高于單菌種發(fā)酵酒,且感官評(píng)價(jià)優(yōu)良。因此,混菌發(fā)酵對(duì)于葡萄酒產(chǎn)香有積極作用,是一種增加葡萄酒復(fù)雜香氣的手段。
本研究從紅茶菌成熟培養(yǎng)液中分離得到一株優(yōu)良非釀酒有酵母菌H8,用該菌與全美梅氏酵母、葡萄有孢漢生酵母以等比例混合,與葡萄酒釀酒活性干酵母RX順序接種發(fā)酵,目的在于增加非釀酒酵母的種類,以期提高葡萄酒香氣。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較,結(jié)果得出:混菌發(fā)酵優(yōu)于RX單菌發(fā)酵,香氣分值明顯增高。因此,利用非釀酒酵母與釀酒酵母發(fā)酵,是一種增加葡萄酒復(fù)雜香氣的較好方法。
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