CN117887532A - 一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于葡萄酒发酵技术领域,公开了一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,包括S1、将葡萄采收后经除梗、破碎、混匀,转入灭菌的发酵罐内;S2、加入防腐剂和果胶酶,混匀后静置过夜;S3、加入东方伊萨酵母或葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母的混合菌进行发酵;S4、残糖低于4g·L‑1后,结束酒精发酵,分离得到发酵原酒;S5、控温启动自然发酵,进行果酸‑乳酸发酵,加入防腐剂密封贮存,静置后进行分离沉淀、陈酿。本发明将东方伊萨酵母和葡萄汁有孢汉逊酵母分别与安琪酿酒酵母混合,用于红葡萄酒的发酵;提高了葡萄酒中香气成分的含量,赋予了葡萄酒丰富的花香和果香。
Description
技术领域
本发明涉及葡萄酒发酵技术领域,具体为一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺。
背景技术
葡萄酒发酵是一个复杂的生物化学过程,在自然或自发发酵情况下,微生物的群体消长现象是自发进行的,其必要条件也随时间的变化而改变,包括真菌、酵母、细菌(醋酸菌、乳酸菌)和病毒(真菌病毒和抗菌素)的相互作用,引发协同效应,促使芳香类化合物的生成,形成酒香;在该过程中,酵母是其发酵的灵魂。
酿酒酵母是迄今为止在葡萄酒工业生产中应用最广的菌种,其优点在于能够降低葡萄酒发酵过程中变质的风险,且有很好的发酵动力,但伴随而来的问题是葡萄酒风味特征单一、同质化现象严重等。而非酿酒酵母发酵过程中,能够产生多种酯类、醇类和酸类等复杂的风味化合物,提高酿酒酵母的代谢性能,从而对葡萄酒的色泽、香气及产品风格产生重要的影响,但缺点是发酵动力不足。因此,为追求葡萄酒风格特色化,弥补非酿酒酵母发酵动力不足,香气特点更具有代表性、多样性和复杂性,多采用混菌发酵(酿酒酵母与非酿酒酵母混合发酵)的方法。
混菌发酵不是两种微生物的简单混合,不同产区、不同的酿酒葡萄品种,所适合的非酿酒酵母的菌种、酿酒酵母与非酿酒酵母的混合比例与接种顺序具有很大差异,发酵后葡萄酒的品质也各有特色。例如:Prior等将克鲁维毕赤酵母(P.kluyveri)和酿酒酵母(S.cerevisiae)混合接种发酵,提高了葡萄酒中高级醇和乙基酯的含量;Renault等将戴尔凯氏有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)用于混菌发酵,增强了葡萄酒中乙酯的含量;Anfang等将P.kluyveri与S.cerevisiae以1:9接种比例混合发酵,使葡萄酒中果香硫醇的含量增加;杨诗妮等将戴尔有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)和S.cerevisiae以20∶1的比例顺序接种混合发酵,降低了葡萄酒中挥发酸的含量。
东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)和葡萄汁有孢汉逊酵母(Hanseniaspora uvarum)均为非酿酒酵母。东方伊萨酵母不仅具有较好的耐热能力和耐酒精能力,而且高产乙醇和酯类物质,对于葡萄酒的香气的形成具有重要贡献。葡萄汁有孢汉逊酵母在发酵过程中具有较高的β-葡萄糖苷酶活性,有利于葡萄果实中糖苷结合态香气成分的释放,增加葡萄酒的香气复杂度。但目前的研究更多在于东方伊萨酵母或葡萄汁有孢汉逊酵母分别与酿酒酵母混合接种到果酒中进行的发酵,而对于二者与酿酒酵母,特别是安琪酵母(Angel Saccharomyces cerevisiae)的混合发酵对红葡萄酒品质影响的研究较为少见。
发明内容
本发明意在提供一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,将分离纯化的东方伊萨酵母和葡萄汁有孢汉逊酵母两种菌株,分别与安琪酿酒酵母混合,用于红葡萄酒的发酵;通过检测不同样品的香气成分组成及含量,计算关键挥发性香气成分的香气阈值(OAV)发现,东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母混菌发酵可使葡萄酒中醇类、酸类成分更加多样,葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母混菌发酵,能显著葡萄酒中香气成分(苯乙醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸等)的含量,赋予了葡萄酒丰富的花香和果香。与单一菌株发酵的葡萄酒相比,有效利用非酿酒酵母与酿酒酵母的相互作用,显著增加葡萄酒的感官质量的复杂性;为多种混合酵母的应用开辟了新的思路,并提供理论依据。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,包括以下步骤:
S1、将葡萄采收后经除梗、破碎、混匀,转入彻底灭菌的发酵罐内;
S2、加入防腐剂和果胶酶,混匀后静置过夜;
S3、加入东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母的混合菌进行发酵;
S4、在发酵罐内的残糖低于4g·L-1后,结束酒精发酵,分离得到发酵原酒;
S5、对S4得到的发酵原酒控温启动自然发酵,再次进行果酸-乳酸发酵,加入防腐剂以终止发酵并满罐密封贮存,静置后进行分离沉淀、陈酿,即得到增加香气的发酵葡萄酒。
进一步地,在S3中,混合菌为葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母。
进一步地,在S3中,东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母的质量比为1:1。
进一步地,在S3中,葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母的质量比为1:1。
进一步地,在S2中,防腐剂为偏重亚硫酸钾,加入偏重亚硫酸钾的量为50mg·L-1,加入果胶酶的量为30mg·L-1。
进一步地,在S3中,发酵的温度为25~27℃。
进一步地,在S5中,防腐剂为SO2,加入SO2的量为50mg·L-1。
进一步地,在S5中,果酸-乳酸发酵为苹果酸-乳酸发酵,静置沉淀的时间为1个月,陈酿的时间为3个月。
技术方案的有益效果是:
1、东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母混菌发酵可使葡萄酒中醇类、酸类成分更加多样,能够显著提高香气复杂性;
2、葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母混菌发酵,能显著提高葡萄酒中香气成分的含量。其中,苯乙醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸等香气成分含量的增加,赋予了葡萄酒丰富的花香和果香,对改善香气特征具有显著作用。
3、东方伊萨酵母或葡萄汁有孢汉逊酵母别与安琪酿酒酵母混合,与单一菌株发酵的葡萄酒相比,有效利用非酿酒酵母与酿酒酵母的相互作用,可以显著增加葡萄酒的感官质量的复杂性;
4、对探索接种比例及接种顺序对不同品种葡萄原料酿造的葡萄酒的作用,为推动混菌发酵在实际生产中广泛应用奠定理论基础;为产品特色的挖掘开辟了新的思路,并提供理论依据。
附图说明
图1为本发明具体实施例中酒样中各类香气物质的比例柱状图;
图2为本发明具体实施例中东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母混合菌发酵得到葡萄汁及酒样品感官香气轮廓图;
图3为本发明具体实施例中葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母混合菌发酵得到葡萄汁及酒样品感官香气轮廓图;
图4为本发明具体实施例中样品中OAV大于1的香气成分主成分分析的得分图;
图5为本发明具体实施例中样品中OAV大于1的香气成分主成分分析的载荷图.
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明:
实施例一
一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,包括以下步骤:
S1、将葡萄采收后经除梗、破碎、混匀,转入彻底灭菌的发酵罐内;
S2、加入偏重亚硫酸钾50mg·L-1、果胶酶30mg·L-1,混匀后静置过夜;
S3、加入东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母的混合菌在25~27℃条件下发酵,东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母的质量比为1:1;
S4、在发酵罐内的残糖低于4g·L-1后,结束酒精发酵,分离得到发酵原酒;
S5、对S4得到的发酵原酒控温启动自然发酵,再次进行苹果酸-乳酸发酵,加入SO250 mg·L-1,以终止发酵并满罐密封贮存,静置1个月后进行分离沉淀,然后陈酿3个月,即得到增加香气的发酵葡萄酒。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于,在S3中,混合菌为葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母,二者的质量比也为1:1。
具体实施例
材料与试剂
葡萄原料:‘赤霞珠’葡萄,于2021年9月25日采自河北怀来产区,总糖含量(以还原糖计)为214.00g·L-1,可滴定酸含量(以酒石酸计)为5.63g·L-1,pH为3.48,卫生状况良好;‘美乐’葡萄,于2021年9月25日采自河北怀来产区,总糖含量(以还原糖计)为237.50g·L-1,可滴定酸含量(以酒石酸计)为5.63g·L-1,pH为3.47,卫生状况良好。
酵母菌株:东方伊萨酵母、葡萄汁有孢汉逊酵母为河北科技大学饮料酒酿造研究室于2008年、2009年和2010年分别从河北省昌黎和沙城两个葡萄酒产区的葡萄园土壤、葡萄果实表面,以及‘赤霞珠’和‘龙眼’葡萄的自然发酵过程中分离、纯化,并保藏的酵母菌;安琪酵母购于安琪酵母股份有限公司。
试剂:葡萄糖、氢氧化钠、氯化钠、重亚硫酸钾(分析纯),天津市永大化学试剂有限公司;3-辛醇(色谱纯)美国Sigma-Aldrich公司;果胶酶,烟台帝伯仕自酿机有限公司;费林试剂、次甲基蓝指示剂、酚酞指示剂等按照GB/T603-2002进行配制。
仪器与设备
7820-5975GC-MS联用仪,美国安捷伦公司;50/30μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷萃取头、萃取手柄,美国Supelco公司;T09-1S恒温磁力搅拌器,上海司乐仪器有限公司;DHP-520电热恒温培养箱,常州中捷实验仪器制造有限公司;雷磁pHS-3C pH计,上海仪电仪器股份有限公司。
试验处理
‘美乐’葡萄发酵组:接种安琪酿酒酵母的酒样(MA)为对照组;东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母以1∶1的比例同时接种发酵所得酒样(MIA),葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母以1∶1的比例同时接种发酵所得酒样(MHA)为实验组。
‘赤霞珠’葡萄发酵组:接种安琪酿酒酵母的‘赤霞珠’酒样(CA)为对照组;东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母以1∶1的比例同时接种发酵所得酒样(CIA),葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母以1∶1的比例同时接种发酵(CHA)所得酒样为实验组。
葡萄酒接种与发酵
将葡萄采收后经除梗、破碎、混匀,转入彻底灭菌的10L玻璃发酵罐,加入偏重亚硫酸钾50mg·L-1、果胶酶30mg·L-1,混匀后静置过夜,接种1.3.1中所述的酵母,以25~27℃的发酵温度进行发酵。残糖低于4g·L-1后,可结束酒精发酵,分离得到发酵原酒。之后,采用控温启动自然发酵的方式进行苹果酸-乳酸发酵,完成后加入SO2 50mg·L-1终止发酵并满罐密封贮存,静置1个月进行分离沉淀,陈酿3个月后对各发酵组取样进行检测。
理化指标检测
葡萄和葡萄酒中总糖、可滴定酸、pH等理化指标的测定参考GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。
香气成分的检测
使用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联技术检测葡萄酒中的香气成分。
香气成分的萃取:称取2.0gNaCl,5.0mL酒样,及0.5mL质量浓度为0.3g·L-1的内标物3-辛醇,依次放入20mL顶空瓶中,放入转子,插入萃取头,置于50℃水浴中以1000r·min-1的转速平衡15min,推出萃取头吸附30min。进样时要在进样口解吸3min。每个样品做3个独立重复。
色谱条件的设置:Agilent J&W HP-INNOWAX色谱柱(60m×0.25mm,0.25μm);载气为氦气(99.999%),流速1.0mL·min-1;升温程序:40℃保持12min,以10℃·min-1的速率升至120℃保持12min,再以3℃·min-1升至250℃保持5min;进样口温度250℃。MS条件:离子源温度230℃;四极杆温度150℃;电子电离源,电子能量70eV;质量扫描范围45~550u。
香气成分的定性分析:提取香气成分质谱图,与NIST质谱数据库进行比对检索,并参考C8~C20烷烃混合标准品的保留时间,用保留指数法对香气成分进行定性分析。
香气成分的定量分析:采用内标半定量法进行定量分析,即根据内标物与样品中各香气成分的峰面积比值,计算待测成分的相对浓度:
C1=f×A1×(C0×V0)÷(A0×V1)
式中,C1为待测成分的质量浓度,μg·mL-1;f为相对校正因子,f=1;A1为待测成分的峰面积;A0为内标物3-辛醇的峰面积;C0为内标3-辛醇的质量浓度,μg·mL-1;V0为加入内标3-辛醇的体积,mL;V1为测定酒样的体积,mL。样品香气成分分析
葡萄酒中的香气成分主要由酯类、醇类、酸类、醛类和酮类等物质构成。对发酵酒样进行香气成分分析,如表1所示,所有样品共检测出香气成分77种,其中包括酯类21种,醇类12种,酸类8种,醛酮类4种,萜烯类10种及其它化合物22种。
表1酒样中香气成分种类及含量
注:“-”表示未检出该香气物质
在香气物质含量方面,CHA中含量最高为53243.98μg·L-1,其次MHA含量为44050.57μg·L-1;只接种单一安琪酿酒酵母的‘美乐’葡萄酒(MA)中含量最低,为29091.11μg·L-1,分别比对照CA组和MA组提高48.40%和51.42%。
由此可见,混菌发酵在改善香气成分种类方面不明显,但对于提高香气成分含量具有显著作用,其中葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母混合发酵时作用更为突出。
醇类组分
如图1所示,醇类主要是酵母酒精发酵过程中氨基酸或糖代谢的产物,是葡萄酒发酵香气的最主要的成分;发酵样品中醇类物质的总含量为16.07~40.22mg·L-1,能够赋予葡萄酒复杂、浓郁的香气。MHA和CHA组醇类的总含量最高,为香气物质总含量的74.09%和75.53%;而MIA和CIA组醇类含量虽低于MHA和CHA组,但种类显著增加。
苯乙醇是发酵样品中共有的高级醇,也是葡萄酒中最典型的醇类成分,能够赋予葡萄酒蜂蜜、玫瑰、丁香花等宜人的香味。在MHA和CHA中,苯乙醇含量最高,分别比对照组增加107.10%和107.30%,占样品中高级醇总含量的99.44%和99.63%。
因此,东方伊萨酵母与酿酒酵母混合发酵对于增加葡萄酒中醇类种类的作用显著,而葡萄汁有孢汉逊酵母与酿酒酵母的混合发酵,更有利于增加醇类,特别是苯乙醇的含量,能够显著提高香气复杂性。
酯类组分
酯类化合物是葡萄酒的典型香气成分,大多数具有鲜花或水果的香气,主要形成于酒精发酵过程和葡萄酒的陈酿过程。与MA、MIA和MHA样品中,MIA组酯类成分的种类在所有样品中是最多的,为14种,含量比MA组提高了96.90%;而‘赤霞珠’葡萄发酵组中CIA和CHA中酯类成分种类和含量均低于对照组。证实了非酿酒酵母具有促进酯类生成的作用,但这种作用与葡萄品种有很大关系。
发酵后样品中共有且含量最高的酯类成分是乙酸乙酯。乙酸乙酯是葡萄酒中最主要的酯类物质之一,具有典型的水果香味。MIA中乙酸乙酯含量最多,比对照组增加123.49%。发酵后样品中共有的酯类还有辛酸乙酯、癸酸乙酯,MHA和CHA中辛酸乙酯、癸酸乙酯含量均比对照组显著增加。这两种中链脂肪酸乙酯在葡萄酒中起到协同增香的作用,当葡萄汁有孢汉逊酵母与酿酒酵母混合发酵时,其含量显著增加。
酸类组分
发酵样品中的酸类物质包括乙酸、己酸、异丁酸等8种,其中MIA组中种类最多,含量也最高。样品中的酸类成分主要为有机酸,来源于发酵副产物和葡萄浆果,对于保持酒体平衡和口感清爽特性具有重要作用。样品中共有的酸类组分有己酸、辛酸、癸酸。辛酸作为C8~C10的低级脂肪酸,含量大于20mg·L-1时具有不良风味,低含量时具有干酪味和粗犷味,能够抑制芳香酶的水解,维持葡萄酒的香气平衡。辛酸含量为333.37~1199.34μg·L-1,其中CHA中含量最多,这会对葡萄酒整体香气产生良好作用。
关键挥发性香气成分的OAV
为了更准确地区别不同酒样中挥发性香气成分的差异,查找相关香气成分的阈值,计算得到OAV值。如表2所示,OAV值大于1的香气物质有13种,这些香气成分对酒样整体香气有重要贡献,是组成葡萄酒典型香气特征的主要成分,其中含量最多的是酯类,是酒样中特征香气物质。样品MHA和CHA中酯类物质的OAV值分别增加216.82%和169.91%,表明葡萄汁有孢汉逊酵母与酿酒酵母混合发酵对于提高酯类的OAV值效果显著。
表2不同处理葡萄酒中的挥发性物质的OAV
注:香韵类型:1-果香,2-花香,3-植物味,4-坚果香,5-焦糖味,6-土腥味,7-化学味,8-脂肪味,9-烘烤味
关键挥发性香气成分的香气轮廓特征
香气物质的感官属性可通过香韵(香气特征类型)和香势(香气活度)来描述,这是评价香气物质香气质和香气量的重要参数。葡萄酒中香气物质按照其气味特征可分为9种香韵类型[23]:1=果香,2=花香,3=植物味,4=坚果香,5=焦糖味,6=土腥味,7=化学味,8=脂肪味,9=烘烤味。计算各组酒样中OAV大于1的香气物质的总和,分别归入果香、花香、脂肪味、焦糖味、化学味、植物味等6种香气类型。
如图2和图3所示,MA和CA样品中果香、花香、植物味、脂肪味较为突出,经过混菌发酵,酒样中脂肪味显著增加,香韵结构比例发生变化,香韵次序调整为果香>脂肪味>花香>植物味>化学味>焦糖味,这有利于赋予葡萄酒更为丰富的发酵香。其中,MHA和CHA两种样品中果香和脂肪味的香气量大幅增加,成为整体香气的主要贡献者。
关键挥发性香气成分的主成分
如图4和图5所示,PC1、PC2和PC3占数据总体方差的42.1%、30.5%和12.9%,总贡献率为85.5%。MHA和CHA组,主要位于PC1的正方向上,香气特征物质为苯乙醇、正己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸等,葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酵母混合发酵,对发酵酒样中香气成分含量影响较大。CIA与CA接近,MIA与MA在PC1和PC2的方向较为接近,说明东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母混合发酵对香气成分含量的影响不明显。
综上可知:东方伊萨酵母和葡萄汁有孢汉逊酵母参与酒精发酵,直接影响葡萄酒中香气成分的种类和含量,但其作用有很大差异;东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母混菌发酵可使两种葡萄酒中醇类、酸类成分更加多样。东方伊萨酵母的影响还与葡萄品种有直接关系,MIA组酒样中醇类、酯类、酸类成分含量在‘美乐’葡萄酒样中均为最高值;葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母混菌发酵,能显著提高‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄酒中香气成分的含量,分别比安琪酵母单独发酵的样品提高了51.42%和48.40%。醇类、酯类、醛酮类的含量均得到不同程度的增加,其中苯乙醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸等香气成分含量的增加,赋予了葡萄酒丰富的花香和果香。通过计算香气成分OAV,及香气轮廓特征分析和主成分分析,同样表明葡萄汁有孢汉逊酵母对于提高葡萄酒香气成分含量,改善香气特征具有显著作用。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术方案的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将葡萄采收后经除梗、破碎、混匀,转入彻底灭菌的发酵罐内;
S2、加入防腐剂和果胶酶,混匀后静置过夜;
S3、加入东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母的混合菌进行发酵;
S4、在发酵罐内的残糖低于4g·L-1后,结束酒精发酵,分离得到发酵原酒;
S5、对S4得到的发酵原酒控温启动自然发酵,再次进行果酸-乳酸发酵,加入防腐剂以终止发酵并满罐密封贮存,静置后进行分离沉淀、陈酿,即得到增加香气的发酵葡萄酒。
2.根据权利要求1所述的一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,在S3中,混合菌为葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母。
3.根据权利要求1所述的一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,在S3中,东方伊萨酵母与安琪酿酒酵母的质量比为1:1。
4.根据权利要求2所述的一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,在S3中,葡萄汁有孢汉逊酵母与安琪酿酒酵母的质量比为1:1。
5.根据权利要求1或2任一项所述的一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,在S2中,防腐剂为偏重亚硫酸钾,加入偏重亚硫酸钾的量为50mg·L-1,加入果胶酶的量为30mg·L-1。
6.根据权利要求1或2所述的一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,在S3中,发酵的温度为25~27℃。
7.根据权利要求1或2所述的一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,在S5中,防腐剂为SO2,加入SO2的量为50mg·L-1。
8.根据权利要求1或2所述的一种利用混菌发酵来增加葡萄酒香气的发酵工艺,其特征在于,在S5中,果酸-乳酸发酵为苹果酸-乳酸发酵,静置沉淀的时间为1个月,陈酿的时间为3个月。
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PB01 | Publication | ||
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