四種穩(wěn)定劑對霞多麗葡萄酒穩(wěn)定性的影響研究

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(1.寧夏大學(xué),農(nóng)學(xué)院,葡萄與葡萄酒研究院,葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心,寧夏銀川 750021;2.寧夏大學(xué)葡萄酒學(xué)院,寧夏銀川 750021)

葡萄酒的穩(wěn)定性對于酒的品質(zhì)具有重要的作用。酒石酸鹽晶體是白葡萄酒瓶裝后產(chǎn)生沉淀的主要原因之一,其產(chǎn)生受酒石酸、乙醇、鉀和鈣等的含量、儲存溫度和持續(xù)時間、以及葡萄酒的pH等諸多因素的影響[1-3]。另外,白葡萄酒中的蛋白質(zhì)也會因驟冷、驟熱、或與軟木塞的單寧發(fā)生反應(yīng)等產(chǎn)生沉淀[4]。為防止酒石酸鹽晶體沉淀的發(fā)生,生產(chǎn)中常采用低溫處理、電滲析以及添加穩(wěn)定劑等方法[5-6]。

添加穩(wěn)定劑可延遲結(jié)晶生成甚至阻止晶體生長到宏觀視覺尺寸[7],從而保持葡萄酒的品質(zhì)[8]。在選擇穩(wěn)定劑時,應(yīng)綜合考慮葡萄酒類型與成分,穩(wěn)定劑的類型、性質(zhì)、使用濃度以及葡萄酒的儲存期限、溫度等因素,穩(wěn)定劑的添加應(yīng)保持酒體各類平衡,在最大程度上保持或改善葡萄酒原有的澄清狀態(tài)。目前,報道適合白葡萄酒的穩(wěn)定劑主要有5種:如偏酒石酸(metatartaric acid,MTA),歐盟允許的最大添加量為100 mg/L[9],短期內(nèi)對所有類型葡萄酒酒石酸鹽沉淀的產(chǎn)生有很好的預(yù)防效果,但隨時間推移穩(wěn)定性變差,且會因貯藏溫度升高而失去其保護(hù)作用[10-12]。羧甲基纖維素鈉(carboxylmethylcellulose,CMC),OIV-OENO 366-2009和OIV-OENO 02/2008決議授權(quán)使用CMC防止酒石酸鹽沉淀,對人體健康沒有影響[13-14]。阿拉伯樹膠(gum Arabic,GA),是國際上最廉價而又廣泛應(yīng)用的一種天然多糖,對酒石酸穩(wěn)定有一定的功效,添加后還可降低苦味和澀味[15],推薦的最大劑量300 mg/L[16]。2005年歐洲共同體授權(quán)由酵母細(xì)胞壁水解而成的甘露糖蛋白(mannoprotein,MP)可作為葡萄酒的穩(wěn)定劑,它通過降低酒石酸鹽結(jié)晶溫度來抑制結(jié)晶產(chǎn)生,進(jìn)而防止酒石酸氫鉀沉淀產(chǎn)生,它抑制結(jié)晶的劑量一般為150～250 mg/L。胡朝輝等[17-19]研究表明:甘露糖蛋白能很好地穩(wěn)定干白葡萄酒的酒石酸鹽,解決白葡萄酒酒石酸鈣沉淀的問題,但甘露糖蛋白不能防止紅葡萄酒的酒石酸鹽沉淀。聚天冬氨酸鉀(potassium polyaspartate,KPA)是L-天冬氨酸通過熱聚合而成的聚酰胺[20],2016年歐盟(OIV/OENO 543-2016)批準(zhǔn)其為葡萄酒的添加劑,可用于紅、桃紅和白葡萄酒,依據(jù)待處理葡萄酒的不穩(wěn)定程度,典型水平用量范圍為100～200 mg/L,最大安全用量300 mg/L[21-22]。

目前,國內(nèi)關(guān)于穩(wěn)定劑的比較研究鮮有報道。本研究選用2018年霞多麗白葡萄酒為酒樣,以前人報道冷穩(wěn)定效果較好的80 mg/L的偏酒石酸為對照,將聚天冬氨酸鉀、羧甲基纖維素鈉、阿拉伯樹膠和甘露糖蛋白四種穩(wěn)定劑,以不同濃度梯度添加到葡萄酒中并進(jìn)行冷處理和熱處理(蛋白質(zhì)穩(wěn)定),確定每種穩(wěn)定劑的最佳濃度,同時比較四種穩(wěn)定劑之間的穩(wěn)定效果,以期為生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

霞多麗葡萄酒 2018年霞多麗白葡萄酒原酒寧夏御馬葡萄酒有限公司提供;羧甲基纖維素FL100 純度99.6%,黏度120,濟(jì)寧峰潤生物科技有限公司;甘露糖蛋白MP60安琪酵母股份有限公司;偏酒石酸 純度99%,鄭州市偉豐生物科技有限公司;阿拉伯樹膠 廣東味多美食配料有限公司;聚天冬氨酸鉀KPA 純度99%(白色晶狀粉末),鄭州市偉豐生物科技有限公司;皂土 上海凡科維生物科技有限公司；以上試劑均為食品級;酒石酸和鉀離子試劑盒 西班牙BioSystems葡萄酒分析儀原裝試劑盒;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

BCD-190WDGC冰箱 青島海爾有限公司;Y15葡萄酒自動分析儀 西班牙BioSystems;DDS-307電導(dǎo)率儀、PHS-3C pH計 上海雷磁儀器有限公司;ME104E電子天平 德國梅特勒-托利多公司;2100Q濁度計 美國哈希;DHG-9055A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 酒樣前處理 用0.6 g/L的皂土對葡萄酒進(jìn)行下膠澄清,未進(jìn)行連續(xù)冷凍處理。澄清后葡萄酒的基本指標(biāo)為:pH2.9,濁度0.83 NTU,總酸6.10 g/L,酒石酸含量1.80 g/L,鉀離子含量940 mg/L,酒精度11.0%(V/V),蛋白質(zhì)含量85.5 mg/L。

1.2.2 四種穩(wěn)定劑最佳濃度的篩選

1.2.2.1 穩(wěn)定劑的添加 以不添加任何穩(wěn)定劑為空白(CK)和添加80 mg/L的偏酒石酸[14]為對照組(MTA)。實驗處理分為4組,每組取4支50 mL的具塞試管,分別加入50 mL酒樣。每組按50、100、150和200 mg/L的濃度梯度分別添加KPA、CMC、GA和MP四種穩(wěn)定劑(每組重復(fù)三次),混勻,室溫下靜置72 h后進(jìn)行冷處理。

1.2.2.2 冷穩(wěn)定處理 室溫靜置后的酒樣轉(zhuǎn)移至-4 ℃的冰箱低溫處理7 d,并測定葡萄酒的電導(dǎo)率、濁度值、酒石酸和鉀離子含量,同時觀察沉淀量。

1.2.2.3 熱穩(wěn)定處理 經(jīng)冷穩(wěn)定處理的酒樣置于55 ℃下保持7 d,觀察并記錄酒樣沉淀的數(shù)量,分析穩(wěn)定劑對蛋白熱穩(wěn)定性的影響。

1.2.3 四種不同穩(wěn)定劑穩(wěn)定效果比較 根據(jù)篩選出的每種穩(wěn)定劑的最佳濃度后,進(jìn)一步比較四種穩(wěn)定劑之間的穩(wěn)定效果。

表1 不同濃度的KPA對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響Table 1 Effect of different concentrations of KPA on the main indicators of Chardonnay wine

注:“+”表示有少量沉淀,“+”越多表示沉淀越多;不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);表2～表4同。

1.2.4 指標(biāo)測定

1.2.4.1 電導(dǎo)率的測定 根據(jù)測定的冷凍處理前、后電導(dǎo)率下降值(Δx),來判定各個濃度的穩(wěn)定劑對酒石酸沉淀的穩(wěn)定能力。電導(dǎo)率的變化表明穩(wěn)定性水平(Δx),以μs/cm表示,Δx<30 μs/cm非常穩(wěn)定,30 μs/cm≤Δx<50 μs/cm穩(wěn)定,50 μs/cm≤Δx<70 μs/cm危險,Δx≥70不穩(wěn)定[23]。電導(dǎo)率下降值Δx為:冷處理后酒樣溫度剛達(dá)到-4 ℃時的電導(dǎo)率與在-4 ℃處理7 d后電導(dǎo)率的差值。

1.2.4.2 濁度的測定 濁度的測定采用濁度儀,參照哈希濁度儀2100Q的操作說明。將15 mL酒樣加入到已經(jīng)清潔的樣品瓶中,轉(zhuǎn)移至已校準(zhǔn)好的濁度儀,測定數(shù)值并記錄。

1.2.4.3 酒石酸和鉀離子含量測定 采用葡萄酒自動分析儀測定含量。

1.2.4.4 總酸和酒精度測定 總酸用酸堿滴定法,酒精度用密度瓶法,參照國標(biāo)GB 15038-2006的方法[24]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗重復(fù)進(jìn)行3次,采用Excel 2003對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)差異顯著性分析,顯著性水平設(shè)為P<0.05為顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度KPA對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響

本研究以冷凍處理前后電導(dǎo)率變化為主要判定指標(biāo),電導(dǎo)率值下降越小的處理對酒的穩(wěn)定效果越好;濁度值、酒石酸和鉀離子含量降低,同時產(chǎn)生沉淀量較少的處理為宜。表1結(jié)果表明,電導(dǎo)率變化值隨KPA濃度的增加而增加,當(dāng)KPA濃度在50～150 mg/L時,和穩(wěn)定性較好的80 mg/L MTA的變化值均小于30 μs/cm,根據(jù)電導(dǎo)率變化判斷,這些濃度下葡萄酒處于非常穩(wěn)定的狀態(tài),且處理間差異不顯著(P>0.05)。而CK和200 mg/L的KPA電導(dǎo)率變化值大于70 μs/cm,葡萄酒處于冷不穩(wěn)定狀態(tài)。在葡萄酒中KPA是帶負(fù)電荷的聚合物[21],當(dāng)KPA升高到200 mg/L時,影響到整個酒樣的電荷平衡而使電導(dǎo)率變化值大幅度上升。所以,KPA濃度在50～150 mg/L時,對穩(wěn)定低溫下葡萄酒電導(dǎo)率變化有很好的效果。

未處理前酒樣濁度為0.83 NTU,經(jīng)冷處理后,所有處理的濁度都升高。其中,80 mg/L MTA的濁度值最高,且與CK的差異顯著(P<0.05)。經(jīng)KPA處理的酒樣在低濃度時濁度高于CK,隨KPA濃度升高,濁度值呈下降趨勢。可能是因為低溫下酒樣中的膠體離子運動速度降低而發(fā)生聚合，形成更多、更大的膠體顆粒，使?jié)岫仍黾?與CK和MTA相比,高濃度的KPA阻止膠體粒子增大的能力更強(qiáng)。澄清是葡萄酒外觀質(zhì)量的重要指標(biāo),加入穩(wěn)定劑后葡萄酒應(yīng)保持或改善原有的澄清狀態(tài)。所以,從KPA對澄清度的影響來看,在100～200 mg/L時可以保持良好的澄清狀態(tài)。

未處理前葡萄酒中酒石酸含量為1.80 g/L,鉀離子為970 mg/L,處理后所有酒樣的酒石酸和鉀離子含量均下降,只有200 mg/L的KPA與其余處理間的酒石酸含量差異顯著(P<0.05),其余處理間均不顯著(P>0.05)。所以,50～150 mg/L的KPA處理后,葡萄酒的酒石酸和鉀離子含量差異不顯著(P>0.05)。經(jīng)過處理后,酒石酸和鉀離子含量少量地下降有利于酒后期穩(wěn)定。

通過觀察沉淀量的多少發(fā)現(xiàn),冷處理后CK出現(xiàn)大量沉淀,其次為80 mg/L MTA的處理,有一定量的沉淀,而加入KPA的四個處理只出現(xiàn)少量沉淀,說明KPA的加入可以起到預(yù)防低溫條件下膠體粒子增大進(jìn)而聚沉的作用。經(jīng)熱處理后,CK處理產(chǎn)生的沉淀量最多,其次為MTA,而50和100 mg/L的 KPA處理產(chǎn)生少量沉淀。Bosso等[25]研究結(jié)果表明:多種不同(聚合度和制造商)分子量的聚天冬氨酸及其鈉鹽和鉀鹽對葡萄酒的冷穩(wěn)定效果與偏酒石酸的穩(wěn)定效果類似,這與本文的研究結(jié)果一致。

綜合分析以上指標(biāo),KPA對葡萄酒具有很好的穩(wěn)定作用。其中50 mg/L的KPA處理后,雖然冷穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性均較好,但會增加酒樣濁度,說明低濃度的KPA促進(jìn)離子的聚合，形成小膠粒而使?jié)岫仍黾印?00 mg/L的KPA處理后雖起到一定的澄清作用,但不能對葡萄酒起到冷穩(wěn)定作用,可能是因為帶負(fù)電荷的KPA破壞離子平衡,促進(jìn)離子間的聚沉。因此,本實驗KPA的最佳濃度是100 mg/L,其次是150 mg/L和50 mg/L,同時KPA的穩(wěn)定效果也明顯優(yōu)于80 mg/L MTA。

2.2 不同濃度CMC對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響

表2 不同濃度CMC對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響Table 2 Effect of different concentrations of CMC on the main indicators of Chardonnay wines

表3 不同濃度GA對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響Table 3 Effect of different concentrations of GA on the main indicators of Chardonnay wines

不同濃度CMC對霞多麗葡萄酒的影響結(jié)果見表2,電導(dǎo)率變化值隨CMC濃度的增大而降低,可能是因為CMC帶負(fù)電荷,濃度越高阻礙離子聚沉的能力越強(qiáng),電導(dǎo)率變化值隨之下降。50和100 mg/L的CMC處理的變化值大于30 μs/cm,葡萄酒處于穩(wěn)定狀態(tài),150和200 mg/L的CMC處理的變化值是小于30 μs/cm,葡萄酒處于非常穩(wěn)定的狀態(tài),且兩個濃度間無顯著差異(P>0.05)。CK和四個CMC處理間濁度值無顯著差異(P>0.05)。酒石酸和鉀離子含量隨濃度增加都呈波動下降,CMC酒石酸和鉀離子含量的影響與Bosso等[14]的研究結(jié)果一致。CMC的加入可減少冷、熱處理后沉淀的產(chǎn)生量,高濃度的CMC對葡萄酒的冷穩(wěn)定效果優(yōu)于低濃度的CMC處理,但熱處理過程產(chǎn)生的沉淀量略多于低濃度的處理,可能是高溫下高濃度的CMC促進(jìn)膠體粒子的聚沉,產(chǎn)生更多沉淀。基于以上指標(biāo)的綜合分析,本實驗中CMC的最佳濃度為150 mg/L,其次為200、100和50 mg/L。

2.3 不同濃度GA對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響

從電導(dǎo)率變化值分析(表3),加入GA后,電導(dǎo)率變化隨濃度的升高呈先上升后下降的變化,四個處理間差異不顯著(P>0.05),但所處的穩(wěn)定狀態(tài)范圍不同,可能因為GA是一種多糖,低濃度的GA提高膠粒對水的親和力,防止了膠粒的聚結(jié),濃度高時超過其包裹的不穩(wěn)定膠粒的量時,則會導(dǎo)致絮凝發(fā)生。當(dāng)GA濃度為50 mg/L時,電導(dǎo)率變化值為30 μs/cm,酒樣處于非常穩(wěn)定的狀態(tài),濁度高于CK,鉀離子含量下降,且酒石酸含量與CK差異不顯著(P>0.05);冷、熱處理后有少量沉淀產(chǎn)生。當(dāng)GA濃度為100 mg/L時,電導(dǎo)率變化值為42 μs/cm,濁度值略高于50 mg/L GA,酒石酸含量下降,冷、熱處理后有少量沉淀產(chǎn)生。GA濃度為150和200 mg/L時,濁度增加，酒石酸含量下降且二者間差異不顯著(但所處的穩(wěn)定狀態(tài)不同)(P>0.05),產(chǎn)生沉淀情況也相似,200 mg/L GA穩(wěn)定效果優(yōu)于150 mg/L的GA。

酒樣濁度則隨GA濃度的增加而增加,可能是因為GA帶有一定量的負(fù)電荷,與酒樣中帶正電荷的膠體粒子聚合形成較大的膠體顆粒而使?jié)岫仍黾?或者是GA中含少量的蛋白質(zhì),極端溫度下蛋白質(zhì)發(fā)生變性增加了濁度。鉀離子含量上升且高于初始含量,是因為GA是一種微酸性,含有鉀、鈣和鎂鹽的復(fù)合多糖[9]。綜上所述,GA對霞多麗葡萄酒酒石酸鹽的穩(wěn)定有一定作用,本實驗的GA最佳濃度為50 mg/L,其次為100 mg/L。

2.4 不同濃度MP對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響

不同濃度MP對霞多麗葡萄酒的影響結(jié)果見表4。隨MP的加入,四個處理電導(dǎo)率變化值均小于30 μs/cm,且與CK差異顯著(P<0.05)。濁度值隨MP增加而波動上升,50和100 mg/L MP處理的濁度與CK差異不顯著(P>0.05)。MP處理后酒石酸和鉀離子含量都隨MP濃度增加而下降,CK和四個處理間酒石酸含量差異不顯著(P>0.05),但高濃度的MP可能會降低酒樣中膠體離子的運動速度,促進(jìn)酒石酸和鉀離子形成更多的小晶體,進(jìn)而增加酒樣的濁度。

MP處理后產(chǎn)生沉淀量明顯少于CK,也說明了甘露糖蛋白能夠防止葡萄酒中蛋白質(zhì)沉淀[26]。何忠寶等[27]實驗表明:經(jīng)過4 d冷凍處理(-4 ℃)的霞多麗干白葡萄酒,向其中添加40 mg/L的酵母多糖MP60可使其獲得較好的冷穩(wěn)定性。本實驗結(jié)果表明:四個濃度的MP都可以很好地穩(wěn)定葡萄酒,50 mg/L的MP綜合穩(wěn)定效果略優(yōu)于100 mg/L,而150和200 mg/L MP處理穩(wěn)定效果雖然很好,但會增加葡萄酒的濁度,影響葡萄酒的感官品質(zhì)。因此,50 mg/L的MP為本實驗的最佳濃度。

表4 不同濃度MP對霞多麗葡萄酒主要指標(biāo)的影響Table 4 Effect of different concentrations of MP on the main indicators of Chardonnay wines

2.5 四種穩(wěn)定劑在最佳濃度時穩(wěn)定效果的比較

基于對四種穩(wěn)定劑最佳濃度的篩選,進(jìn)一步比較了它們之間的穩(wěn)定效果。結(jié)果表明,在四種穩(wěn)定劑最佳濃度條件下,它們的電導(dǎo)率變化值、濁度值、酒石酸含量(CMC除外)以及鉀離子含量(GA除外)均無顯著差異(P>0.05)。同時,冷處理后沉淀量差異也不明顯,但熱處理后產(chǎn)生的沉淀量差異較為明顯,其中100 mg/L KPA與50 mg/L GA 產(chǎn)生的沉淀量最少,50 mg/L MP 次之,150 mg/L CMC產(chǎn)生的沉淀量最多。總體而言,100 mg/L KPA作用效果最好,其次為50 mg/L GA、50 mg/L MP和150 mg/L CMC。

3 結(jié)論

四種穩(wěn)定劑KPA、CMC、GA和MP以不同濃度梯度中添加到霞多麗白葡萄酒中,經(jīng)過7 d冷凍處理(-4 ℃),對葡萄酒產(chǎn)生一定的影響,四種穩(wěn)定劑在最佳濃度時均能很好地起到冷穩(wěn)定的作用,且效果差異不顯著(P>0.05),對葡萄酒的濁度、酒石酸和鉀離子含量等指標(biāo)影響也不大;但經(jīng)過7 d熱處理(55 ℃)后沉淀產(chǎn)生量有差異,即各處理對葡萄酒的熱穩(wěn)定性有差異。其中,濃度為100 mg/L的新型穩(wěn)定劑KPA對霞多麗葡萄酒的作用效果最佳,冷處理后電導(dǎo)率變化量在非常穩(wěn)定的范圍內(nèi),同時冷、熱處理后的沉淀量均最少;50 mg/L GA處理效果次之,只是處理后的濁度略高于KPA處理;50 mg/L的MP處理能抑制葡萄酒中酒石結(jié)晶、提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,但冷處理后酒樣的濁度和熱處理后產(chǎn)生的沉淀量略高于100 mg/L的KPA處理;150 mg/L的CMC處理后冷穩(wěn)定效果最佳,對濁度的影響也最小,但熱處理后產(chǎn)生的沉淀量高于其他處理;80 mg/L的MTA雖能在低溫下很好地穩(wěn)定葡萄酒,但熱處理后穩(wěn)定性差,產(chǎn)生較多的沉淀,這也與它的性質(zhì)一致。

綜合比較,本試驗的四種穩(wěn)定劑最佳濃度及作用效果依次為100(KPA)、50(GA)、50(MP)和150(CMC)mg/L。本文的研究結(jié)果為各種穩(wěn)定劑在葡萄酒中的應(yīng)用提供一定的理論參考,但研究的范圍和深度還不夠,有待進(jìn)一步深入。