基于T 型矩陣圖的葡萄酒質量安全控制研究

李 旭

（荊門市食品藥品質量檢驗所，湖北荊門 448000）

葡萄酒是已知最古老的發酵飲料。如果以歐亞種葡萄的引進作為我國葡萄與葡萄酒產業的起始，那么我國葡萄與葡萄酒迄今已有兩千多年歷史[1]。葡萄酒風味鮮美，它不僅是營養豐富的飲料，而且在適量飲用的條件下，還能防治各種疾病，增進人體健康。《本草綱目》記載：葡萄酒有“暖腰腎、駐顏色、耐寒”之功效。隨著經濟的發展、生活水平的提高，我國葡萄酒生產和消費呈明顯增加趨勢，國際葡萄與葡萄酒組織發布的統計數據顯示，2016年至今中國葡萄酒市場消費量穩居全球前6位[2]。龐大的消費群體對葡萄酒品質與安全的關注日益明顯。從消費者評價與國家抽檢情況來看，一些葡萄酒口碑良莠不齊，違規添加甜味劑和人工合成著色劑，防腐劑超標，酒精度、干浸出物與總糖及標簽不合格等問題普遍存在。本文針對《消費者報道》CCR測評關于葡萄酒品質安全問題，以典型的紅葡萄酒生產工藝分析為例，將質量管理新七種工具之一的矩陣圖法運用于葡萄酒不合格項目及產生原因和生產過程關鍵點識別中，通過該系統分析技術的應用，為葡萄酒生產企業改進產品質量、保證產品安全制定工藝策略提供科學、有效的方法。

1 葡萄酒的消費者評價與國家監督抽查情況

2021年1月，《消費者報道》收集及分析了25款葡萄酒在天貓、京東和蘇寧官方渠道近7.5 萬條消費者評價數據，這些葡萄酒來自中國、澳大利亞、智利、美國、西班牙和法國等產地。其評價指標有入口、香味、口感、滋味、典型性和上頭，權重依次為10%、15%、25%、25%、10%和15%；口碑結果：①綜合各項指標結果，50元/750 mL以下推薦王朝（中國）、通化（中國），50 元/750 mL 以上推薦天鵝莊（澳大利亞）、蒙特斯（智利）；②王朝味道甘醇，有辨識度，天鵝莊酒體比較豐滿，有較強的果香；③50 元/750 mL 以下的醉鵝娘（智利）和慕拉（中國）排名墊底，50 元/750 mL 以上不推薦奧蘭（西班牙）、拉菲（法國）；④醉鵝娘口感單薄，酒精味濃；慕拉口感澀，尾韻短；奧蘭口味偏淡，缺乏層次；拉菲偏酸，有點上頭[3]。2019年8月，《消費者報道》整理了國家市場監督管理總局收錄的自2014年1月至2019年7月對葡萄酒的質量抽檢情況，見表1。抽檢結果顯示，近5年來共檢出120 批次不合格的葡萄酒，涉及酒精度、甜味劑、人工合成色素、防腐劑、品質指標以及標簽等問題。其中，甜味劑成為不合格葡萄酒的重災區。120 批次不合格產品中，共有34批次檢出甜味劑，含量為0.2 ～1 100.0 mg·kg-1。不合格項目甜蜜素、糖精鈉、安賽蜜、三氯蔗糖和紐甜占不合格項目項次34.1%。過量的甜蜜素、糖精鈉等易在體內蓄積，對人體的肝臟、腎臟和神經系統會造成危害。梳理統計發現10 批次葡萄酒違規添加人工合成著色劑，不合格項目莧菜紅、胭脂紅和亮藍，占不合格項次7.3%。雖然人工合成色素有著色澤鮮艷、著色力強和色調多樣等優點，但其可能有毒[4]。山梨酸、苯甲酸、脫氫乙酸和納他霉素等防腐劑項目不合格項次占總不合格項次的24.6%。苯甲酸鈉因其毒性較強，在有些國家已禁用，葡萄酒中的苯甲酸也來源于發酵過程，其限量為≤50 mg·L-1[5]。

表1 2014年1月至2019年7月葡萄酒抽檢結果

2 紅葡萄酒生產過程質量控制矩陣圖構建的因素

2.1 質量控制矩陣圖的基本架構

復雜的質量問題往往存在許多成對的質量因素，可以將這些因素找出來，形成矩陣圖，并在此基礎上比較直觀地找出解決問題的思路和辦法。T 型矩陣圖是將分別由因素A 和因素B、因素A 和因素C 組成的兩個L 型矩陣圖合在一起形成的矩陣圖，可以清楚表達A、B、C 3 組成對因素的關系，如分析質量問題“缺陷—原因—工序”之間的關系。紅葡萄酒用果皮帶色的葡萄釀成，酒色呈深紅、鮮紅、紫紅或寶石紅，根據口碑調查結果和表1 的不合格項情況，口感及不合格問題主要與生產過程的控制和缺陷密切相關，只要找到口感問題和不合格項原因及生產過程對應的要素，就可以通過主動地預防、控制、管理與消除產生口感問題及不合格產生的原因，從而改善葡萄酒成品口感，降低不合格率。以紅葡萄酒生產為例，典型的工藝流程如圖1 所示[6]。

圖1 典型的紅葡萄酒生產工藝流程圖

2.2 影響紅葡萄酒質量安全的關鍵過程分析

釀酒葡萄經過除梗破碎、浸漬發酵（酒精發酵）、分離壓榨、蘋果酸乳酸發酵、老熟和陳釀、澄清穩定和灌裝等工序，釀酒過程受到污染、人員操作不當、工序參數控制不嚴等均會導致成品口感不適及不合格問題的產生。紅葡萄酒生產關鍵過程分析如下。

（1）原料葡萄的質量安全與分選。《加工用葡萄》（NY/T 3103—2017）標準規定了釀酒、制干用葡萄的基本要求為品種純正、成熟，具有品種典型色澤、風味，新鮮潔凈，無雜質，無霉爛、病蟲，無機械損傷以及無非正常外部水分。采收前1個月不得使用殺蟲劑，采摘前10 d 不得使用殺菌劑。農藥使用應符合相關規定，葡萄栽培中禁止使用催熟劑和著色劑，采收前1個月不能灌水[7]。國際葡萄酒發展實踐表明，釀酒葡萄品種以歐亞品種為宜[8]。葡萄果皮中含有單寧和色素，這兩種成分對釀制紅葡萄酒很重要。大多數葡萄色素只存在于果皮中，主要是花色素苷和黃酮兩大類物質，不同品種形成不同色調。果皮中的芳香成分賦予葡萄酒特有的果香味，為獲得良好的果香，在原料的采收和機械處理時要防止氧化。果肉和果汁是葡萄的主要成分，其含有大量糖分，主要由葡萄糖和果糖構成，還含有酒石酸和蘋果酸。果膠質是一種多糖類化合物，酒中存在少量果膠質，可以增強葡萄酒的柔和味，但含量多時，影響葡萄酒的穩定性[6]。

我國葡萄原料采收時存在的主要問題是成熟度不夠，即含酸量過高，含糖量過低。降低含酸量主要有兩種方法，即生物降酸法和化學降酸法。對于干紅葡萄酒，蘋果酸-乳酸發酵是必需的發酵過程。其可導致酸度降低，pH 增高，并使葡萄酒口味柔和。化學降酸法使用的降酸劑為CaCO3、KHCO3和酒石酸鉀。提高含糖量，常采用添加結晶白砂糖的方法。反滲透法、選擇性冷凍提取法也能提高原料含糖量，但需投入相應設備[1]。葡萄分選主要是根據葡萄品種及成熟度分類并去除生青葡萄及受損或腐爛的葡萄。紅葡萄品種主要有赤霞珠、黑皮諾和蛇龍珠等。在采收、分選過程中，若葡萄果皮破損，部分色素物質會被破壞。此外，較多的果膠類物質，易導致葡萄腐爛，且腐爛的葡萄含有眾多有害細菌（如醋酸菌、乳酸菌）和引起棕色破敗病的氧化酶[1]。

（2）除梗破碎。其是將果粒與果梗分開，去除果梗以減少酒的損失和單寧含量、減輕果梗味及單寧收斂性。果皮破裂促使果粒表面的天然酵母與葡萄果汁接觸，有利于酵母繁殖。浸漬發酵時，可使皮渣中的可溶物在葡萄汁中很好地擴散。果核中含有脂肪、樹脂和揮發酸等有損葡萄酒風味的物質，在葡萄破碎時，需盡量避免將核壓破，以防將這些物質帶入醪液，嚴重影響品質[6]。

（3）葡萄汁裝罐與處理。氣態二氧化硫或代用品加入葡萄汁中，具有防止微生物繁殖，抗氧化，澄清、溶解與浸漬產品的作用，同時還具有調節與控制發酵以制取半發酵葡萄汁[8]等作用。但二氧化硫用量過多會延遲甚至阻止酒精發酵，并與酒中其他香味成分結合生成結合態二氧化硫而影響葡萄酒質量，增加葡萄酒耗氧量[9]；二氧化硫過少則起不到殺菌作用。裝罐過滿，在發酵過程中易“冒罐”溢出，引起雜菌污染。澄清劑選用不當或用量不適對成品品質會造成影響，因此果膠酶、明膠等使用前應進行用量試驗。此外，澄清及增糖調酸使用的物質應符合規定。

（4）浸漬發酵。浸漬發酵是葡萄汁酒精發酵與浸漬作用同時發生的過程，前者將糖轉化為酒精，后者將固態物質中與酒的顏色、氣味、口感密切相關的丹寧色素等酚類物質溶解在葡萄酒中。在浸漬開始時加入果膠酶，有利于對多酚物質的提取，葡萄酒中的丹寧、色素含量更高，顏色更紅。發酵時選用優良的釀酒酵母（酵母活性≥3×1010/g）[10]，也有助于產生良好的果香與酒香。浸漬時溫度低于20 ～25 ℃，不利于有效成分的提取；若溫度高于30 ～35 ℃，則會浸出苦澀劣質單寧，并導致芳香物質損失，甚至可能導致酒精發酵中止。因此，25 ～30 ℃是較適宜的溫度。此外，28 ～30 ℃有利于釀造，且丹寧含量高；而25 ～27 ℃則適于釀造果香味濃、丹寧含量相對較低的新鮮葡萄酒[1]。開放式發酵時易形成“酒蓋”，使皮渣與空氣直接接觸，易被好氧性細菌污染，也不利于果汁對皮中色素和香氣物質浸提，此時應將“酒蓋”壓入醪中[6]。

（5）酒精發酵。影響酒精發酵的主要因素為溫度與酸度。發酵溫度以18 ～20 ℃為宜，溫度過高，葡萄酒易氧化，導致品種香和發酵香損失并喪失清新口感。在pH ≥3.2 的條件下，酵母菌可促進揮發酸的生成[10]。酵母菌的繁殖需要氧，生產中常用倒罐的方式來滿足酵母菌對氧的需求。酒精發酵的副產物有甘油、乙酸、乙醛、乳酸及高級醇等，它們參與葡萄酒復雜風味的形成。高級醇是3個碳以上的一元醇類物質的總稱，高級醇含量過多會對人體有麻醉作用甚至會使飲用者中毒[11-12]。葡萄酒的殘糖主要是果糖和葡萄糖，其含量是區別葡萄酒類型的重要指標，根據含糖高低區分為甜酒、半甜酒、半干酒和干酒4種不同類型。在生產干葡萄酒時，應讓酒精發酵徹底，否則葡萄酒容易變質[1]。酒精發酵結束后需及時分離轉罐，否則殘存的酵母會抑制蘋果酸-乳酸發酵的觸發，同時分離轉罐時勿需進行SO2處理，否則會延遲甚至阻止蘋果酸乳酸發酵。

（6）分離和壓榨。醪液殘糖降至5 g·L-1以下時，“皮蓋”已經下沉，較平靜的發酵液面只有少量二氧化碳氣泡，發酵液溫度接近室溫，并且有明顯的酒香，此時應將液體即自流酒放出，使之與皮渣分離。由于皮渣中還含有相當一部分葡萄酒，應將皮渣進行壓榨，以獲得壓榨酒。自流原酒和壓榨原酒成分差異大，若釀制高檔名貴葡萄酒應分類貯存。分離過早，色素及香氣等物質浸出不夠；分離過晚，很容易喪失清新果香，使劣質單寧進入酒中，造成口感粗糙。壓榨強度大，造成壓榨酒中劣質單寧含量過高，如果直接與自流酒混合，會使酒的口感苦澀、粗糙。

（7）蘋果酸-乳酸發酵（Malolactic Fermentation,MLF）。相對酒精發酵，由乳酸菌引發的蘋果酸-乳酸發酵是葡萄酒的次級發酵。若獲得優質紅葡萄酒，應使糖被酵母菌發酵，蘋果酸被乳酸菌發酵，并盡快使糖和蘋果酸消失。只有當葡萄酒中不再含有可發酵糖和蘋果酸時，方可獲得生物穩定性。對于紅葡萄酒釀造，蘋果酸-乳酸發酵是必須的過程。其可以起到降酸作用，且生理代謝活躍的蘋果酸被轉化乳酸后可以增加酒中細菌的穩定性，同時對酒的風味有修飾作用，可以降低酒的生青味和苦澀感，使之更為柔和、圓潤、肥碩[1]。酒香又稱發酵香氣，其主要構成物是高級醇和酯，是酒精發酵過程中形成的。在蘋果酸-乳酸發酵過程中形成的一些揮發性物質，同樣也是香氣構成的成分，如雙乙酰以及乳酸乙酯[1]。蘋果酸-乳酸發酵的基本條件為SO2含量不能高于60 mg·L-1，pH ≥3.2，溫度18 ～20 ℃，添滿密封發酵。發酵罐未添滿或密封不嚴易使葡萄酒氧化和被好氧性細菌污染。發酵溫度若高于20 ℃，可導致揮發酸含量升高[10]。葡萄酒中的生物胺是乳酸菌在發酵過程中對氨基酸脫羧產生的。大量研究表明，葡萄酒中的生物胺與壓榨處理和蘋果酸-乳酸發酵階段有關[13]。蘋果酸-乳酸發酵結束后應及時分離轉罐，防止乳酸菌作用于殘糖和酒石酸等成分，引起多種病害和揮發酸含量升高。

（8）原酒陳釀。原酒貯存容器滲漏或清洗、消毒滅菌不徹底、貯酒時密封不嚴，容易造成葡萄酒污染和微生物病害[14]。如果碳鋼罐和水泥池內部樹脂涂層脫落，會造成鐵、銅、鋁等金屬含量升高，容易使葡萄酒發生金屬破敗病[10]。貯酒容器中的葡萄酒由于蒸發損失，形成頂空，如不及時添桶（添酒），容易造成酒的氧化和好氧性細菌污染，產生哈喇味和醋味。發酵剛結束的葡萄酒酒體粗糙、酸澀，不宜飲用，酒體必須經過一系列的物理、化學變化趨于穩定以后才能達到最佳飲用質量。葡萄酒干浸出物是指在一定的物理條件下，葡萄酒中的非揮發性物質的總和。在陳釀和儲藏過程中，干浸出物的含量有所變化是由于色素氧化形成沉淀，酒石酸氫鉀的沉淀以及酒精和水分的蒸發等因素造成的，通過對葡萄酒干浸出物分析，可以判斷葡萄酒是否攙水、攙酒精或加糖發酵[1]。葡萄酒的陳釀過程中，因花色素苷含量降低，葡萄酒的顏色變深，呈典型的瓦紅色，同時單寧在無氧條件下呈黃色，使葡萄酒最終呈橙褐色。此外，部分單寧逐漸沉淀或形成大分子物質，可提高葡萄酒感官質量[1]。醇香是葡萄酒成熟過程形成的香氣，構成醇香的物質非常復雜，是生葡萄酒中呈香物質及其前體物質相互作用轉化的結果。

（9）換桶與澄清。葡萄酒在儲藏和陳釀過程中，一些物質可逐漸沉淀于儲藏容器基部，此時應采用換桶（轉罐）的方式將沉淀物除去，同時還應經常添桶（添酒），如不及時將陳釀階段中沉淀下來的酒腳與澄清的葡萄酒液分開，溫度升高，酒腳中的酵母和細菌有可能重新活動引起微生物病害，而且酒石酸鹽、色素、蛋白質以及鐵、銅等沉淀也可能會重新溶解于葡萄酒中造成葡萄酒不穩定。葡萄酒的儲藏過程中，游離SO2濃度逐漸下降，在轉罐前應進行游離SO2分析，保證普通紅葡萄酒游離SO2含量在20 ～30 mg·L-1，優質紅葡萄酒為10 ～20 mg·L-1[1]。下膠前必須先試驗，選擇澄清效果好、不影響酒的色澤和風味的最小下膠量作為大生產中的下膠量，同時要保證游離SO2的含量，否則會降低葡萄酒的顏色深度、香氣和風味物質的含量及發生氧化破敗。

（10）酒體穩定。一般采用冷處理。利用冬季的低溫或人工降溫促進酒石酸鹽類沉淀及膠體物質的凝聚，改善風味，提高穩定性。冷處理降溫速度應快，處理時間應足夠長（7 ～8 d），否則會造成酒石結晶不完全，容易在裝瓶后析出，影響葡萄酒外觀[10]。葡萄酒的非生物穩定方法主要是控制葡萄酒氧化、金屬破敗，實現酒質純凈化等。例如，將抗壞血酸加入葡萄酒中能使葡萄酒免受空氣氧化。葡萄酒生物穩定法是指排除微生物或抑制其發展的處理方法，如熱處理（巴氏殺菌、熱裝瓶）、除菌過濾，以及使用微生物抑制劑，如苯甲酸處理、山梨酸處理等[8]。

（11）裝瓶。灌裝前必須對葡萄酒進行穩定性試驗，感官品嘗及化學分析。裝瓶前必須對葡萄酒除菌過濾，除菌膜孔經≤0.45 μm，可捕捉住酵母和細菌，否則不具有微生物穩定性。除菌設備及介質選用不當、灌裝線消殺不徹底，也可造成葡萄酒的二次污染。不同顏色的酒瓶可對照射光線進行選擇，紅葡萄酒多使用深綠色和棕綠色酒瓶。灌裝太高易造成打塞困難和漏瓶，太低易引起酒體氧化，產生難以接受的哈喇味，灌裝后若立即將酒瓶倒放，因木塞彈性尚未恢復，容易干縮透氣，產生漏瓶現象[10]。

（12）成品管理。裝瓶后的葡萄酒，或在陳釀庫陳釀，或套帽、貼標、裝箱、進入成品庫。瓶內陳釀葡萄酒應在12 ～15 ℃的陳釀庫儲藏，陳釀庫應具有良好的絕熱性能，不受蛾的侵襲，以免在瓶塞上產卵，形成木塞蟲[1]。酒瓶的密封性應較好，否則酒體會受到污染并形成霉味。成品庫應干燥、冷涼，以免成品酒標簽和紙箱受潮。升溫是引起漏瓶的主要原因，在儲藏和運輸環節，應考慮葡萄酒所能承受的最高溫度。主要工序中可能出現的導致質量瑕疵或安全指標不合格的原因見表2。

表2 瑕疵及不合格原因及其編碼一覽表

3 葡萄酒生產貯運過程中質量安全控制T 型矩陣圖的構建

按照矩陣圖構建的基本思路，分別構建質量瑕疵及不合格項目與產生原因的L 型矩陣和不合格產生原因與原料及工序之間的L 型矩陣，組合成T 型矩陣圖。結合上述工藝分析找出質量瑕疵和不合格項目、可能導致不合格項目的原因與各道工序之間相互對應的關聯關系，并對相關程度進行判斷，記錄在圖2 行和列的交匯處，▲代表強相關，△代表弱相關。為保證T 型矩陣圖的準確性和客觀性，生產企業應組織經驗豐富的工藝技術人員，利用頭腦風暴、魚骨圖、KJ 法等質量工具反復討論、分析與修訂。本研究條件下構建的T 形矩陣圖見圖2。通過不合格項目、不合格產生原因、工序三維T 型矩陣圖，根據“▲”可以歸納出主要不合格項目產生的關鍵原因以及對應工序，見表3。

表3 主要不合格項目關鍵原因及對應工序

圖2 紅葡萄酒瑕疵及不合格項目-原因-工序矩陣圖

綜上，在影響葡萄酒質量的各種因素中，釀酒葡萄的品種與成熟度是葡萄酒品質的本源。品種要在能發揮其潛在品質的生態條件和栽培技術下才能表現出特質。葡萄漿果的成熟度對葡萄酒的質量和品類有重要影響，只有用成熟良好的葡萄果實才能生產出品質優良的葡萄酒。葡萄果實充分成熟除保證生長周期外，還與夏天氣候條件有關。

浸漬發酵（酒精發酵）和蘋果酸-乳酸發酵是影響紅葡萄酒質量安全的核心環節，要選取優良的釀酒酵母，控制好發酵時的溫度、pH 值，以及浸漬發酵、蘋果酸-乳酸發酵的啟動與結束及倒罐分離與壓榨等環節的時機，對紅葡萄酒質量的影響非常重要。質量缺陷無法事后糾正，否則會造成新的安全問題。葡萄酒生產企業生產前必須對發酵過程進行確認，嚴格執行工藝操作規程，確保質量安全。

本研究從釀酒葡萄開始，通過除梗破碎、浸漬發酵、酒精發酵、分離和壓榨、蘋果酸-乳酸發酵、陳釀、澄清、穩定和裝瓶等工序對成品質量安全影響的分析，明確了每道工序中的關鍵質量控制點，以及相應的預防和控制措施，確保為實現對葡萄酒質量的主動精確控制，達到最佳質量提供指南。要做好葡萄酒質量安全預防和控制的前提是酒廠要執行《葡萄酒企業良好生產規范》（GB/T 23543—2009）和《中國葡萄酒釀造技術規范》，質量控制人員、釀酒師、生產操作人員必須進行相關培訓，以控制人員操作失誤造成的質量問題。《葡萄酒》（GB/T 15037—2006）是當前我國葡萄酒產品的執行標準，也是監督抽檢的主要依據，所規定的品質安全指標以常規理化指標為主，監測這些常規項目已無法滿足日益嚴格的葡萄酒品質安全監控需求，如標準上農藥殘留限量的缺失，有機酸、多酚與單寧等風味化學成分指標的空白，添加劑及加工助劑項目的不完善，未涉及生物胺與氨基甲酸乙酯等，亟待修訂完善。生產實踐中有些安全問題必須全面系統控制，如控制和消除葡萄酒中氨基甲酸乙酯包括選用優良菌株、改良發酵原料、優化發酵和陳釀條件以及外源添加酸性脲酶等手段。

4 結語

通過從《消費者報道》提供的當前葡萄酒質量瑕疵與安全問題出發，分析葡萄酒從原料到生產過程影響質量安全的因素，構建不合格原因，工序與不合格項目之間的相關關系的T 形矩陣圖，可以一目了然地讓質量管理人員、工藝技術人員和操作人員明確葡萄酒常見的不合格問題并精準、全面地識別控制潛在不合格、可能發生的關鍵控制點。因此，應用矩陣圖也可以指導質量管理人員、工藝技術人員、質量檢驗人員有針對性地制定過程控制文件，有的放失地實施工藝檢查，確定過程巡檢的重點。盡管本研究是以紅葡萄酒為例，但該分析方法可以廣泛運用于各類葡萄酒的質量安全控制中。矩陣圖法是一種操作簡易、直觀可視、科學統籌以及系統全面的策劃過程質量安全控制的實用工具。其可使葡萄酒生產企業建立質量安全危害控制計劃（HACCP/OPRP計劃）和質量管理體系，進而持續提供滿足顧客和適用法律法規要求的葡萄酒產品。