有機酸對果酒品質的影響及調控技術研究進展

摘要： 酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、乳酸、琥珀酸等有機酸是果酒中重要的呈味物質，對果酒品質有著重要影響。有機酸的組成和含量變化決定了果酒的酸度和pH，且可能與果酒基質成分之間發生相互作用，影響果酒的感官品質和穩定性。本文圍繞果酒中主要有機酸的組成、含量及其與果酒品質的量效關系展開綜述，系統闡明了其在果酒發酵及陳釀過程中對口感、顏色、香氣以及穩定性等方面的影響及機制，并介紹了果酒有機酸的調控技術和工藝，對有機酸改善果酒品質的未來發展方向作出展望，以期為果酒感官品質的進一步提升提供理論參考。

關鍵詞： 有機酸；果酒品質；量效關系；影響機制；調控技術

中圖分類號： TS255.46 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）03-0904-09

Research progress on the effect of organic acids on fruit wine quality and regulation technology

LIU Yan1， ZHAO Peng-tao1，2，3， ZHAO Qing-hao1， ZHAO Yue-fan1， WANG Fei1， DU Guo-rong4， WANG Xiao-yu1，2，3

（1.School of Food Engineering and Nutritional Science， Shaanxi Normal University， Xi’an 710119， China;2.National Research amp; Development Center of Apple Processing Technology， Xi’an 710119， China;3.Engineering Research Center of High Value Utilization of Western China Fruit Resources， Ministry of Education， Xi’an 710119， China;4.School of Biological and Environmental Engineering， Xi’an University， Xi’an 710065， China）

Abstract： Organic acids such as tartaric acid， malic acid， citric acid， lactic acid and succinic acid are important flavor substances of fruit wine， which have important influences on the quality of fruit wine. The variation of composition and content of organic acids in fruit wine determined its acidity and pH， and the interaction with the matrix components in fruit wine may affect the sensory quality and stability of wine. This article summarized the composition and content of main organic acids in fruit wine and the dose-effect relationship with the quality of fruit wine， systematically expounded the effect and mechanism on the taste， color， aroma and stability of fruit wine during fermentation and aging. The regulation technology and process of organic acid in fruit wine was introduced， and the future development direction of organic acid in improving the quality of fruit wine was prospected. This review can provide the theoretical reference for the further improvement of the sensory quality of fruit wine.

Key words： organic acids;fruit wine quality;dose-effect relationship;effect mechanism;regulation technology

有機酸是果酒中的重要基質成分，不僅具有抗氧化、預防糖尿病、保護心肌等諸多對人類健康有益的特性，還是果酒豐富口感的呈味基礎。酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、乳酸、琥珀酸等有機酸是構成果酒品質的重要因素，其組成和含量決定著果酒的感官質量，在果酒品質調控方面具有重要作用[1-2]。

果酒中有機酸的來源主要包括3個途徑：果實原料、發酵過程中微生物代謝活動以及釀造過程中的外源添加[3]。有機酸的組成和含量決定著果酒體系的酸度和pH，此外還對果酒的口感平衡、香氣質量、色澤、酒體穩定以及陳釀潛力起著關鍵作用［4］。果酒釀造條件諸如發酵菌株、釀造工藝等因素在很大程度上決定了有機酸的組成和含量，進而影響果酒的品質。因此，掌握有機酸對果酒感官品質及穩定性的影響機理，以及通過調控果酒釀造工藝進而對果酒有機酸組成與含量加以調節是高品質果酒釀造技術的關鍵點之一。

基于此，本文就果酒中主要有機酸對感官品質和穩定性的影響機制以及果酒有機酸的調控工藝展開系統綜述，旨在為通過調控果酒中有機酸的含量及組成實現果酒品質提升提供參考。

1 果酒中主要呈酸物質及呈酸機制

果酒有機酸來源廣泛，含量豐富，是構成果酒酸味的基本物質。果酒有機酸種類眾多且風味各異的特點賦予了果酒多樣的酸味體驗，對酒體的口感平衡有著重要的意義。有機酸組成和含量適當，果酒口感平衡、柔和，反之，果酒會呈現平淡或酸刺激感強的風味特征[5-6]。有機酸的感官屬性特點及其在發酵過程中的組成和濃度變化構成了果酒多樣的酸味特性。表1總結了果酒中主要有機酸的來源、味覺特點及在不同類型果酒中的質量濃度范圍與變化。

1.1 有機酸的呈酸機制

在過去很長一段時間內，人們對酸味的認識僅停留在“舌頭上的味覺反應”，近年來研究人員對酸味轉導的內在機制展開深入研究[9-18]，發現了識別與傳遞酸味的感受器、受體細胞和神經回路（圖1）。

有機酸呈酸轉導機制如圖2所示，有機酸穿過Ⅲ型味覺受體細胞（TRCs）頂端的雙層磷脂，滲透進入細胞，在細胞質內解離出H+，引起細胞內酸化，進而使細胞膜去極化，觸發動作電位，激活電壓門控Ca2+通道，細胞內囊泡釋放神經遞質5-HT，激活傳入神經纖維，進而產生神經沖動，傳遞酸味覺信息[19]。

1.2 影響有機酸酸味的因素

有機酸結構中的質子H+、酸根負離子對酸味感知起著重要作用。其中氫離子是產生酸味的基本物質，溶液中游離氫離子和未解離氫離子的總濃度決定著酸味強度。陰離子自身不產生酸味，但它能夠影響酸結合味覺受體的能力，進而影響酸味強弱，其結構決定對酸味的影響程度，陰離子結構相似的有機酸，酸味效果相似，羥基或共軛基團的存在會增加對酸味的感受[21]。有機酸種類不同，酸味感不同，對果酒酸味的貢獻程度也有差別，其在果酒中的具體酸味強弱受到每種酸的化學結構、濃度以及DOT值（果酒中的酸含量與閾值的比值）等多方面的影響。

2 有機酸對果酒感官品質的影響

有機酸對果酒感官品質影響的機理主要表現在以下2個方面：一是有機酸與果酒其他基質成分如乙醇、多酚、花色苷、蛋白質等互作，對果酒口感、顏色、香氣等感官品質產生影響；二是有機酸結構中含有的羧基解離后顯酸性，其組成和含量在很大程度上決定著果酒的pH值，進而影響果酒品質。

2.1 有機酸對果酒口感的影響

有機酸組成和含量不僅決定著果酒的酸味，還會與果酒基質成分發生反應，從而促進果酒產生澀味[22]，增強或抑制甜味[23-24]，影響苦味[25]，對果酒的復雜口感有著重要貢獻。

2.1.1 有機酸對果酒澀感的影響 澀感是由單寧和唾液蛋白質結合生成沉淀，使口腔表面摩擦增加而引起的皺縮、粗糙、干燥的感覺。除單寧外，有機酸也與果酒澀感密切相關。近年來，許多學者致力于闡明二者之間的量效關系。有研究結果表明，有機酸濃度的增加可以增強果酒澀感[26]，這源于多酚與唾液蛋白質結合效率的提升[27]。考慮到有機酸濃度與pH的交互效應，楊曉雁等[22]和Fontoin等[25]在恒定pH條件下加入不同濃度的酒石酸，前者的研究結果表明隨酸度的增加果酒澀感呈現先升高后降低的趨勢，但后者并未發現二者間的量效關系。此外，有機酸種類不同對果酒澀感的影響程度也存在差異。酒石酸和蘋果酸對澀感強度有顯著影響，檸檬酸、琥珀酸和乳酸則無明顯影響[27]。目前關于有機酸濃度和種類對澀感影響的研究較少，機制尚未完全清楚，且結論存在爭議。未來通過建立口腔細胞模型從細胞角度進一步研究有機酸對澀感產生的協同或抑制作用，并探究其內在機制，對于解析有機酸在果酒呈澀過程中的作用具有重要意義。

除濃度與種類外，有機酸對pH的影響也會造成果酒澀感的變化。在果酒適宜酸度條件下，較低的pH往往帶來更強的澀感，可能與以下因素有關：①唾液蛋白質結構改變，暴露更多結合位點，單寧與蛋白質結合效率提高，唾液蛋白質沉淀增加[28]；②唾液黏度降低，口腔內表面摩擦力增加[29]；③蛋白質分子更易舒展，N端和C端排斥力增加，更多脯氨酸殘基暴露，有利于其與單寧相互作用[30]；④單寧溶解度降低，形成更多氫鍵，從而促進單寧自結合，澀感增強[31]。

2.1.2 有機酸對果酒甜味的影響 果實本身以及發酵過程中產生的甜味物質會與Ⅱ型味覺細胞上的受體T1R2-T1R3二聚體結合，激發細胞內信號傳遞級聯反應，傳遞甜味信息[32]。甜味的感知途徑雖然與酸味不同，但學者在研究酸甜互作時發現酸味會對甜味造成影響[23]。為定量評估酸與甜的味覺相互作用，Qin等[24]構建了一種生物混合舌頭，探究不同質量分數（0.01%～1.25%）檸檬酸對蔗糖甜味的影響，發現該作用具有劑量依賴性效應，即檸檬酸在中等質量分數時可以增強或減弱甜味，質量分數較高時對甜味僅表現為抑制，未來還需進一步進行體外試驗來驗證有機酸對甜味的影響機理是有機酸直接作用于甜味受體還是對甜味轉導機制產生影響。

果酒口感優良與否取決于酸味與甜味的平衡程度，考慮到酸味與甜味的相互作用，在加工過程中應尤為注意果實采收糖酸比，以保證果酒適宜的酸甜口感。果實成熟期間，總糖含量不斷增加，酸度逐漸降低[33]。許多學者通過分析果實成熟度與果酒風味之間的關聯，找到了果實最佳采收期對應的糖酸比。對于獼猴桃和櫻桃，糖酸比分別在5.83[5]和13.50[33]時加工效果最優；不同品種的釀酒葡萄適宜的糖酸比也存在差異，法國蘭和雷司令的糖酸比分別為27.20和26.49時釀造出的葡萄酒質量最佳[34]。

2.1.3 有機酸對果酒苦味的影響 檸檬酸、蘋果酸、乳酸、琥珀酸等有機酸除有酸澀味外，還會呈現苦味。適量添加上述有機酸，會柔和酒中的苦味[35]；若添加量過高，其自身的風味特征可能會在一定程度上加重果酒的苦味。Fontoin等[25]發現，在適宜添加范圍內，酒石酸濃度與單寧苦味呈負相關，pH值變化對苦味感知沒有任何影響。

通過調控有機酸組成和濃度可以在一定程度上改善由于發酵過程中有機酸的變化造成的果酒口感不良，然而有機酸口感復雜，添加量不適可能對口感造成負面影響，因此，需要進一步研究有機酸在各類果酒中的最適組成和濃度，以平衡果酒的酸味、甜味、苦味和澀味。

2.2 有機酸對果酒顏色的影響

花色苷是果酒呈色的物質基礎。在發酵和陳釀期間，花色苷容易受pH值、氧氣、光照以及微生物等因素的影響而發生降解，進而影響果酒的色澤。近年來，國內外大量研究致力于通過添加有機酸改善花色苷的色澤穩定性。

2.2.1 pH影響花色苷的存在形式 有機酸通過改變體系pH影響花色苷在果酒中的分子構型及動態平衡。花色苷在果酒中有4種存在形式：黃烊鹽離子（AH+）、醌型堿、甲醇假堿以及查爾酮[36]。強酸條件下，花色苷主要以AH+形式存在；隨著pH值升高，AH+的2號碳位被水分子親核攻擊而水合，形成無色的甲醇假堿，甲醇假堿以緩慢的速度轉化為查爾酮，二者趨于平衡；隨著體系酸度的降低（pH 6～10），花色苷失去質子轉變為醌型堿，先呈紫色后轉化為藍色[36-37]。以葡萄酒為例，花色苷在不同pH值條件下的平衡狀態如圖3所示。

2.2.2 有機酸影響花色苷的共色作用 有機酸可以與花色苷通過氫鍵、疏水力等非共價作用結合，形成具有特定空間構型的復合物以保護花色苷免受水的親核攻擊，進而提高花色苷的穩定性[38]。有機酸的共色效果與體系pH及其解離度有關。研究結果表明，pH在3.0左右時共色效應最強[2]。解離常數（pKa）較大的有機酸解離速度慢，能減緩花青素的水合作用，穩定效果較好[38]。

此外，有機酸對花色苷糖基的酰基化也能提高花色苷的穩定性和色澤強度，酰化花色苷的酰基保護花色苷吡喃環C2免受水分子攻擊[37]，阻止AH+轉化為無色甲醇假堿而失色。

2.2.3 有機酸減緩花色苷氧化降解 果酒中花色苷氧化途徑有3種：①花色苷在鐵的催化作用下被O2氧化；②花色苷會與H2O2（芬頓反應的中間產物）反應而降解；③花色苷與酚類氧化產物醌耦合氧化降解。有機酸能夠螯合金屬離子，減緩鐵催化花色苷氧化降解反應的發生。此外，pH會影響SO2在果酒中的存在形態，低pH條件下游離SO2含量增加，游離SO2通過與H2O2和醌反應，阻止花色苷被氧化降解[39-40]。

有機酸種類與濃度決定其對花色苷的穩定效果。相比琥珀酸、蘋果酸及酒石酸，檸檬酸與Fe形成的復合物更穩定，可以更好地保護花色苷免受氧化降解[37]，且隨著檸檬酸質量分數（0.10%、0.25%、0.50%）的增加花色苷的保存率相應提高[41]。

有機酸影響花色苷降解速率的差異可以通過有機酸濃度、Fe-有機酸復合物的穩定性來解釋，此外，有機酸造成的空間位阻可能是影響其護色效果的另一因素[37]。

2.3 有機酸對果酒香氣的影響

香氣化合物是果酒呈現香氣特征的物質基礎。果酒基質揮發的香氣物質通過正鼻和鼻后（口腔）路徑到達嗅覺受體，進而被消費者感知。目前有關果酒基質效應對揮發性物質影響的研究多聚焦在基質pH對酯類、醇類、萜烯類及含硫化合物生成反應的調控等方面。

2.3.1 有機酸對果酒中酯類的影響 酯類物質主要由發酵過程中酵母或其他微生物代謝產生，為果酒貢獻果香[42]，pH影響上述代謝反應的酶活性進而影響果酒中果味酯的濃度。研究結果表明，低pH條件利于果味酯積累。乳酸乙酯與琥珀酸二乙酯在pH值為3.2的葡萄酒中的濃度往往高于pH為3.6和3.8的葡萄酒[43]。此外，具有豐富水果香味的乙酸乙酯，在pH較低時濃度也會顯著增加，這是由于低pH條件下果酒中含有較多高級醇和醛類物質，二者被氧化會使果酒中積累大量乙酸，乙酸會進一步與醇類發生酯化反應，賦予果酒特殊的香味。

2.3.2 有機酸對果酒中醇類的影響 醇類是果酒酵母發酵的主要產物。有機酸會使醇類物質的釋放量發生變化，如在葡萄酒中添加酒石酸，1-己醇釋放量會減少[44]。此外，在果酒發酵和陳釀過程中，有機酸與醇的酯化反應，除產生賦予果酒酯香的芳香化合物外，還會導致高級醇含量下降。

2.3.3 有機酸對果酒中萜烯類的影響 香葉醇、橙花醇、芳樟醇是具有花香特征的單萜醇，酸會催化這些物質的糖苷前體水解使其濃度增加[45]。值得注意的是，過低pH條件可能誘導萜烯類化合物分子重排，導致濃度下降。祝霞等[46]測定了不同pH條件下干白葡萄酒中的香氣物質含量，發現比起pH值為3.3和3.5，當pH為3.7時芳樟醇和香葉醇更容易積累。

2.3.4 有機酸對果酒中含硫化合物的影響 果酒中含硫化合物具有高揮發性和低感官閾值的特點，對果酒的整體香氣有重要影響。H2S是果酒中常見的具有令人不愉悅氣味的物質。研究結果顯示，pH可能通過改變H2S的前體化合物結構特征或者改變Cu2+的催化作用進而影響H2S的生成反應[47]。

果酒的香氣感知不僅與揮發物的濃度及釋放量有關，由非揮發性基質引起的唾液性質變化也在香氣感知中起著重要作用[48]。早在2004年Buettner等[49]就發現品嘗2種不同類型的霞多麗葡萄酒后，其口腔內的香氣釋放量存在差異，并推測這可能與葡萄酒基質成分不同有關。現有的研究結果僅證明了有機酸會對參與味覺感知的唾液參數如唾液流動性、唾液蛋白質含量等產生影響[50]，其是否會影響與鼻后感知相關的唾液性質迄今為止尚不清楚。有機酸對香氣釋放和感知的影響及機制有待進一步挖掘。

3 有機酸對果酒穩定性的影響

果酒中基質成分長期共存易發生物理化學反應而沉淀，導致果酒非生物穩定性變差。有機酸對果酒穩定性的影響主要表現為通過調節蛋白質、果膠等易形成沉淀的成分在酒體中的存在形態和結構，進而穩定酒體。

3.1 有機酸對果酒中蛋白質穩定性的影響

有機酸參與調節果酒蛋白質穩定性的機制：有機酸可以直接與蛋白質發生靜電作用，阻止蛋白質與單寧之間的結合，進而穩定酒體。穩定效果取決于體系pH值以及有機酸的pKa值。Batista等[51]發現，pH接近蛋白質等電點時，相比帶弱電的酒石酸和檸檬酸， pKa1（第一個氫離子解離時的解離常數）較大的琥珀酸和蘋果酸可以與蛋白質形成更強的靜電力，能更大程度地降低蛋白質渾濁的形成。相反，在低pH體系下，有機酸的pKa1越小，與蛋白質的結合作用越強，此時，酒石酸與檸檬酸能更有效地阻止蛋白質與單寧結合，對酒體的穩定效果更明顯。

3.2 有機酸對果酒中果膠穩定性的影響

果酒中未完全水解的果膠易在酒體中分散造成渾濁，且易與金屬離子相互作用形成絮狀沉淀。有研究結果表明，有機酸對由果膠引起的非生物穩定性問題具有一定改善作用[52-53]。Ren等[52]在柑橘乳液中添加檸檬酸，觀察到果膠分子內排斥力降低，結構趨于緊湊，最終體系穩定性提高。任佳琦等[53]發現，在有機酸（濃度范圍0.31～37.36 mmol/L）的作用下果膠構象改變，部分水解，且有機酸濃度在一定程度上影響其對果膠的作用效果，蘋果酸在較高濃度下對果膠的穩定效果較好；相反，酒石酸和檸檬酸在濃度較低時能發揮更好的澄清作用。因此，從有機酸角度研究果酒果膠穩定性并開發穩定劑具有較好的前景。

3.3 有機酸對果酒中酒石酸穩定性的影響

在釀造和貯藏過程中，受溫度、pH、基質成分等因素的影響，果酒中易形成酒石酸鹽結晶，造成酒體不穩定。有機酸在影響酒石酸鹽結晶方面可能存在2種機制：一是有機酸電離產生的酸根陰離子奪取酒石酸鹽陽離子，使其變為可溶狀態，有效抑制酒石酸鹽結晶；二是有機酸通過改變體系pH間接影響酒石酸鹽的結晶程度。王照科[54]測定了pH值對葡萄酒酒石酸氫鉀穩定性的影響，發現在pH值小于3.55的條件下酒石酸鹽在酒中的溶解度較大，而pH大于3.60時酒石酸鹽極易從酒液中結晶析出。因此，在滿足果酒風味的前提下，可以通過調整果酒體系pH防止酒石酸鹽結晶的形成。

總的來說，有機酸對果酒穩定性的影響基于其與酒中其他成分的相互作用以及果酒體系環境pH的改變。果酒成分復雜，基質間的互作機制難以預測，且目前關于有機酸與果酒中大分子物質相互作用的研究鮮有報道，未來通過建立更全面的有機酸-果酒基質體外模型，并從結合作用力、結合位點、復合物穩定性等角度進行分析，更有利于進一步探究有機酸穩定酒體的具體機制，為改善果酒體系穩定性提供理論參考。

4 果酒中有機酸的調控工藝

多種工藝因素，如原料品種、果實成熟度、發酵菌株、釀造工藝等均會影響果酒中有機酸的組成和含量，導致最終酒體口感特征不同。為使果酒含酸量適當，且與酒中含糖量、乙醇度等因素達到平衡，國內外學者提出了很多調控果酒有機酸組成和濃度的工藝（表2）。

現階段，利用微生物生成/分解有機酸對果酒增酸/降酸成為果酒品質調控研究的焦點。大量研究結果表明，釀酒所用的菌株與酒體酸度和有機酸種類密切相關，決定著果酒的感官品質及穩定性。耐熱克魯維酵母（Lachancea thermotolerans）是高產L-乳酸的釀酒酵母，利用其發酵的葡萄酒乳酸含量較高，pH較低，酒體穩定性與顏色質量均顯著提升[55]。釀酒酵母JP2具有較強降解蘋果酸的能力，可以影響乙酸、琥珀酸等尖酸的生成，并促進蘋果酸降解為口感柔和的乳酸，通過改變果酒中有機酸組成進而改善口感[56]。然而，單菌發酵在改善果酒品質的同時，也可能引起果酒口感和風味特征同質化現象，因此，近年來大部分釀酒師選擇將非釀酒酵母與釀酒酵母混合發酵，在提升果酒品質的同時使果酒風格特色化。Cioch-Skoneczny等[57]研究發現，釀酒酵母MH020215（Sc）、拜耳接合酵母749（Zb）和美極梅奇酵母MG970690（Mp）混合發酵能使葡萄酒中醋酸含量降低，同時賦予葡萄酒良好的香氣特征。混合菌株順序發酵對果酒品質改善的效果更為明顯[58]。劉曉燕等[59]通過非釀酒酵母CT10和釀酒酵母MST順序發酵生產出了酸度適宜、口感更平衡的葡萄酒。此外，混菌發酵的方式也會影響果酒中有機酸的種類和含量，相比液態混菌發酵，固態發酵能產生更為豐富的酸類、酯類，使果酒平衡性和風味更優[60]。

以上研究成果均證實了有機酸在改善果酒品質特性方面具有可行性，因此，在實際生產中，可以選擇合適的發酵菌株及工藝調整果酒中有機酸比例進而改善果酒品質。未來可以根據有機酸特性（種類、濃度）與果酒品質指標進行主成分分析，以此構建果酒品質綜合評價模型，使釀酒師們可以根據需求和實際情況對有機酸進行適當調控以開發高品質、個性化的果酒產品。

5 展望

有機酸作為果酒中的重要呈味物質，其特有的酸味和口感屬性對果酒風味和陳釀特性具有重要影響。本文總結了有機酸對果酒品質的影響以及果酒中有機酸的調控工藝，為改善果酒品質提供了新思路。探究果酒原料以及發酵工藝、釀酒微生物及環境條件等因素對有機酸組成和含量的影響，開發基于果酒有機酸組分調控的相關釀造技術，促進高品質個性化果酒的開發，是眾多果酒科研工作者和生產企業的研究和攻關方向。在有機酸對果酒感官品質和穩定性的影響機理方面，仍需加強以下幾方面的研究： ①果酒釀造過程中有機酸組分衍變規律及其影響因素解析；②在味覺細胞和分子層面研究主要有機酸對感官品質及穩定性的影響機理；③果酒有機酸調控的現代生物技術開發；④探究有機酸及果酒基質組分的協同作用對果酒品質的影響。

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（責任編輯：陳海霞）

收稿日期：2022-09-01

基金項目：國家現代農業產業技術體系項目（CARS-027）；陜西省科技攻關專項（2022ZY1-CGZY-06、2021NY-177）；咸陽市科技攻關項目（2021ZDYF-NY-0021）

作者簡介：劉 炎（1999-），女，山西定襄人，碩士研究生，主要從事葡萄酒化學研究。（Tel）18835733990；（E-mail）563533849@qq.com

通訊作者：王曉宇，（E-mail）wangxiaoyu@snnu.edu.cn