发酵|在白葡萄酒酿造的早期阶段加入氧气: 对氧化还原电位、褐变稳定性、挥发性成分和感官特性的影响

在白葡萄酒酿造的早期阶段加入氧气：对氧化还原电位、褐变稳定性、挥发性成分和感官特性的影响

发表日期：2023.8.23

发表题目：

《Dosing oxygen from the early stages of white winemaking: Effect on oxidation–reduction potential, browning stability, volatile composition, and sensory properties》

期刊：Food Chemistry

影响因子：8.8

本研究调查了在酒精发酵（4 毫克/升，第 2、4、6、10、14、16、20 天）和酒渣陈酿（2 毫克/升，每 15 天一次，持续 3 个月）期间，在不锈钢罐中控制氧气添加量对近乎中性葡萄白葡萄酒生产的影响。在还原性较低的条件下（Ox），酒精发酵在 27 天内完成，而在还原性较高的条件下（no-Ox）则需要多一周的时间。从酒精发酵结束到整个陈酿过程中，氧化葡萄酒中溶解氧量最大，导致氧化还原电位（EH）升高（氧化葡萄酒和无氧化葡萄酒分别为 169 和 150 mV），也提高了葡萄酒的抗褐变能力。从葡萄酒酿造的早期阶段开始添加氧气，可显著调节挥发性成分和感官属性，这可能有助于葡萄酒风格的多样化。

-酒精发酵（AF）过程中的早期氧气添加会加速糖分消耗。

-只有在酒精发酵结束时，早期添加的氧气才会增加氧化还原电位。

-在还原性较低的条件下，葡萄汁/葡萄酒的抗褐变能力得到提高。

-在不锈钢罐中添加氧气会影响白葡萄酒的挥发物。

-即使是近乎中性的葡萄，不同的氧气添加量也能使白葡萄酒的风格多样化。

1. 简介

氧气控制是确保高品质葡萄酒的关键步骤，正引起酿酒学界的极大兴趣。目前，葡萄酒质量和消费者期望的基础是没有氧化、还原或微生物引起的风味缺陷。这些缺陷与葡萄酒生产阶段或装瓶后储存过程中的不良氧气管理密切相关，从而影响最终的葡萄酒质量。在酒精发酵（AF）过程中，由于缺氧会阻碍长链脂肪酸和固醇的生物合成，从而限制细胞的生长，而长链脂肪酸和固醇是酵母的生存因子。在酵母生长阶段的末期提供适当的氧气，可促进酵母生物量的合成，降低发酵缓慢的风险，从而减少几种异味（如硫化氢和甲硫醇）的产生。然而，氧气通常是在没有管理和控制的情况下，在酒窖中的酿造过程中加入的；因此，在酿造过程的后期会引入大量的氧气，导致葡萄酒的颜色显著下降和/或与 "氧化降解 "相关的化合物（如蛋醛、丁香酚、苏托隆）的合成。尽管不受控制的白葡萄酒氧化是酿酒业中一个众所周知的问题，但不同的研究结果证明，与传统工艺生产的白葡萄酒相比，超氧发酵（一种预发酵技术，其特点是向非亚硫酸盐葡萄汁中添加大量外部氧气直至饱和）生产的白葡萄酒酒体更轻、感官参数更稳定、不易褐变。

在 AF 过程中添加氧气会改变葡萄汁和葡萄酒中的还原氧化（氧化还原）电位，这是一种零电流下的电化学测量方法，代表了竞争性电子转移反应的状态。然而，氧化还原状态与葡萄酒 pH 值下的溶解氧浓度并不容易或直接相关，因为氧化还原电位取决于介质的温度和 pH 值，以及生物量和特定发酵速率。虽然很少有研究用电位计测量长相思葡萄汁发酵过程中的氧化还原电位，但它是评估酵母生理活性、生长和动力学发酵的重要指标。然而，在这一过程中并没有使用氧化还原电位调节系统。此外，最近还研究了氧化还原状态和氧化还原系统对微生物对酿酒酵母发酵葡萄酒香味的影响。虽然 Fariña 等人（2012 年）通过封闭装置控制和调节了氧化还原条件，但他们研究的是台架规模的合成发酵培养基而非真实葡萄汁中氧化还原对挥发物形成的影响。发酵期间超过 100 mV 的变化导致高醇、酯和脂肪酸的最终浓度出现显著差异。目前，关于氧气和氧化还原电位在 AF 中的作用及其对葡萄酒质量的影响的知识显得零碎而分散，因此需要对时间和剂量进行进一步的研究。我们的目标是清楚地了解氧气和氧化还原电位在整个酿酒过程中对葡萄酒化学成分和感官成分的影响。这种方法将帮助酿酒师从葡萄酒生产的早期阶段就开始管理空气/氧气的注入和氧化还原电位，以达到酿酒目标。

因此，本研究旨在评估一种近乎中性的葡萄（特雷比亚诺-托斯卡纳品种）酿造的白葡萄酒在生产和陈酿过程中，周期性和受控的氧气注入（在不锈钢罐中）对酒渣的影响。比较了两种在不同还原条件下生产的葡萄酒的 AF 动力学、氧化还原电位、褐变稳定性、挥发性成分和感官特征。

2. 材料与方法

2.1. 葡萄酒样本

图 1. 特雷比亚诺葡萄汁/葡萄酒酿造阶段的氧化还原电位（EH，mV）：i) 周期性/可控大氧（4 毫克/升，AF 期间）和微氧（2 毫克/升，酒糟陈酿期间）（Ox，黑色圆圈"●"）；ii) AF 期间和随后的酒糟陈酿期间的还原条件（无 Ox，白色正方形"□"）。字母（a、b）表示经配对 t 检验（p < 0.05）得出的样本间差异具有统计学意义。

2.2.  化学参数

葡萄酒装瓶时的主要酿酒参数（如 pH 值、总酸度、酒精含量、残糖、游离二氧化硫和总二氧化硫）根据 OIV 分析方法进行测定。在酿酒过程的主要阶段，使用 K-ACET 和 K-ACHYD 06/18 酶分析试剂盒（Megazyme International Ireland Ltd., Wicklow, Ireland）监测醋酸和乙醛的含量。

2.3.   氧化还原电位和溶解氧

pH 值和氧化还原电位（EH，以 mV 为单位）是通过 Edge® pH/ORP 计 HI-2002 （Hanna instruments，Padua，Italy）的 pH 传感器（HI10480）和氧化还原传感器（HI36200）测定的。分析前，先用清洁液（HI7061L，汉纳仪器公司，意大利帕多瓦）处理氧化还原电极不小于 1 小时，然后用氧化还原溶液（HI7021L，汉纳仪器公司，意大利帕多瓦）校准。测量方法是将电极浸入水槽的中间高度 15 分钟，以获得可重复、可再现和稳定的数值。

葡萄汁/葡萄酒中的溶解氧含量是通过一种基于发光的技术（NomaSenseTM O2 Trace，PreSens GmbH，德国雷根斯堡）进行非侵入式检测的。传感器点（PSt3 和 PSt6，PreSens GmbH，Regensburg，Germany）在加注前粘在四个不同高度的视镜上。

2.4.  酚类物质检测

2.5. POM 试验、加速褐变和 CIELab 参数

2.6. 挥发性物质

2.7. 感官分析

2.8. 数据分析

3. 结果和讨论

图 2. 特雷比亚诺葡萄汁/葡萄酒酿造过程中的溶解氧（ppb）：i) 周期性/可控的大氧（4 mg/L，AF 期间）和微氧（2 mg/L，酒糟陈酿期间）（Ox，黑色圆圈"●"）；ii) AF 期间和随后的酒糟陈酿期间的还原条件（无氧，白色方形"□"）。字母（a、b）表示经配对 t 检验（p < 0.05）得出的样本间差异具有统计学意义。图中的四个板块显示了 Onda® 多功能不锈钢罐的四个视镜（A、B、C 和 D）的结果。

图 3. 在以下条件下生产的特雷比亚诺葡萄酒的 POM 试验 a)、加速褐变试验（波长 420 nm）b)和试验结束时的视觉外观 c)：i) 周期性/可控大氧（4 mg/L，在加速褐变过程中）和微氧（2 mg/L，在酒糟陈酿过程中）（Ox，黑色圆圈"●"）；ii) 在加速褐变和随后的酒糟陈酿过程中的还原条件（无 Ox，白色方形"□"）。字母（a、b）表示经配对 t 检验（p < 0.05）得出的样本间差异具有统计学意义。

图 4 特雷比亚诺葡萄酒装瓶时的感官特征 特雷比亚诺葡萄酒装瓶时的感官特征：i) 周期性/可控的大氧（4 毫克/升，AF 期间）和微氧（2 毫克/升，酒糟陈酿期间）（Ox）；ii) AF 期间和酒糟陈酿之后的还原条件（无氧）。数值以平均值 ± 标准误差（n = 3）表示，不同字母表示不同处理（Ox 与 no-Ox）之间存在显著差异，基于 Tukey's HSD 检验（p < 0.05）。

4. 总结

评估了在用近乎中性的葡萄酿造白葡萄酒的初始酿造阶段，在不锈钢罐中添加氧气对 AF 动力学、氧化还原电位、褐变稳定性、挥发性成分和感官特征的影响。

在还原性较低的条件下，AF 动力较快，糖分消耗在 27 天内完成，而在还原性较高的条件下，则需要多一周的时间。

溶解氧的最高含量只在 AF 结束时才会引发氧化还原电位的增加，此后在酒渣上陈酿的整个过程中都是如此。在酿酒过程中控制氧气的添加提高了葡萄酒的抗褐变能力。挥发性成分和感官特征都受到酿酒过程中不同氧气暴露条件的影响。所酿制的公牛葡萄酒的特点是香叶醇和 2-苯基乙醇的含量最高，对葡萄酒的香气有积极影响，而呋喃酚、均呋喃酚、去甲呋喃酚、中短链脂肪酸、4-乙烯基苯酚和 4-乙烯基愈创木酚的含量最低，这些物质会损害葡萄酒的香气。在还原性较强的条件下，葡萄酒的挥发物模式几乎相反，主要是果香和花香，包括一些萜烯类化合物（如α-松油醇、香茅醇、反式吡喃氧化芳樟醇和二烯二醇）、 C13- norisoprenoids 和乙酯（己酸乙酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯），以及对葡萄酒香气有潜在负面影响的低影响化合物（如乙醛、甲硫醇、1-己醇、焦谷氨酸乙酯和 4-carbethoxy-γ-butyrolactone）。因此，感官分析根据嗅觉复杂性和香气质量，以及口感质量、甜味强度、酸度、涩味和酒体对葡萄酒进行了区分。总之，该研究表明，在白葡萄酒酿造的早期阶段（从 AF 开始）就对不锈钢罐中的氧气剂量进行管理，将在嗅觉和味觉触觉描述方面使葡萄酒风格多样化。