酵母菌發(fā)酵過程對果酒色澤變化影響研究進展

嚴紅光，曾 田，梁正坤，陶麗妃，宋正宇，邰光榮，丁之恩

（1.凱里學(xué)院貴州省黔東南民族特色食品省級特色重點實驗室，貴州凱里556001； 2.河南五谷春酒業(yè)有限公司，河南信陽464401； 3.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，安徽合肥230036）

酵母菌發(fā)酵過程對果酒色澤變化影響研究進展

嚴紅光1，曾 田2，梁正坤1，陶麗妃1，宋正宇1，邰光榮1，丁之恩3

（1.凱里學(xué)院貴州省黔東南民族特色食品省級特色重點實驗室，貴州凱里556001； 2.河南五谷春酒業(yè)有限公司，河南信陽464401； 3.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，安徽合肥230036）

分析了酵母菌發(fā)酵對果酒色澤特征影響能力近年來的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了酵母菌可以通過菌種吸附作用、產(chǎn)乙醛、丙酮酸等代謝物、產(chǎn)果膠酶和β-D-糖苷酶5個途徑顯著影響果酒色澤特征，并提出了酵母菌選育過程中應(yīng)該增加酵母菌影響果酒色澤特征能力的適宜篩選標準和下一步可行的研究路線。

酵母菌； 果酒； 花青素； 發(fā)酵； 色澤特征

色澤是果酒最重要的品質(zhì)特征之一，也是消費者選擇果酒的重要依據(jù)。構(gòu)成果酒色澤的主要物質(zhì)是來源于果實并在釀造過程中發(fā)生復(fù)雜衍化反應(yīng)的花青素及其衍生物[1]。果酒中的花青素在發(fā)酵和陳釀過程中受到物理、化學(xué)和生物因素的影響幾乎全部轉(zhuǎn)化為衍化物，并導(dǎo)致果酒由初釀時的磚紅色調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)殛愥労蟮募t黃色調(diào)[2]。一些學(xué)者提出選用適宜酵母菌以改善果酒色澤特征，但是尚未成為釀酒酵母生產(chǎn)行業(yè)的共識。研究篩選能夠釀造出較好色澤特征果酒的釀酒酵母及了解釀酒酵母對花青素的影響機制是未來一段時間的研究熱點。本課題就國內(nèi)外近年來酵母菌發(fā)酵影響果酒花青素組成并導(dǎo)致色澤特征變化的相關(guān)研究進行綜述，為相關(guān)研究提供參考依據(jù)。

1 果酒發(fā)酵過程中色素物質(zhì)的影響因素

市場上存在的果酒品種主要包括葡萄酒、蘋果酒、藍莓酒、青梅酒、楊梅酒、獼猴桃酒、梨酒、木瓜酒、草莓酒等。不同果酒中色素物質(zhì)組成差異顯著，主要為花青素及其衍化產(chǎn)物。構(gòu)成果酒色澤的花青素性質(zhì)通常不穩(wěn)定。相關(guān)研究表明，溫度[3]、光照[4]、氧氣[5]、pH 值[6]、金屬離子[7]、花青素濃度[8]、游離二氧化硫[9]、原花青素[10]、小分子酚類物質(zhì)[11]、抗壞血酸[12]、糖[8]、蛋白質(zhì)[13]、酵母代謝產(chǎn)物丙酮酸[14]、乙醛[15]和酵母產(chǎn)生的β-D-糖苷酶[16]、果膠酶含量引起果酒中的花青素發(fā)生聚合反應(yīng)[17]、縮合反應(yīng)[11]、乙醛橋鍵反應(yīng)[18]、環(huán)加成反應(yīng)[19]、氧化反應(yīng)[2]、共呈色反應(yīng)[2]，并導(dǎo)致酒體中單體花青素幾乎降解完全并顯著改變果酒的色澤特征。由于色素物質(zhì)組成復(fù)雜，大量的新色素物質(zhì)有待分析鑒定，且色素衍化反應(yīng)產(chǎn)物性狀不穩(wěn)定，甚至只能在酒體中存在幾天，這為相關(guān)研究帶來困難。

2 酵母菌對果酒色澤影響能力的比較研究

釀酒酵母主要指從果實表面或果園土壤分離獲得的具有優(yōu)良果酒發(fā)酵性能的啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。果酒釀造過程中還可能出現(xiàn)貝酵母(Saccharomyces bayanus)、奇異酵母(Saccharomyces paradoxus)和巴氏酵母(Saccharomyces pastorianus)等。酵母菌在發(fā)酵過程中由于菌種吸附、代謝產(chǎn)物、酶作用影響酒體花青素組成和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致果酒色澤特征發(fā)生顯著變化。

Maria[20]提出釀酒酵母影響果酒花青素等酚類物質(zhì)組成的能力應(yīng)該是釀酒酵母選擇的相關(guān)標準之一。Karina[13]利用模式溶液反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同啤酒酵母發(fā)酵過程中吸收“坦娜”葡萄花青素提取物能力差異顯著，證明了果酒色澤和總花青素濃度關(guān)系不顯著，而與總花青素及其衍生物濃度關(guān)系顯著。Maria[20]比較了啤酒酵母2EV菌種發(fā)酵長相思葡萄獲得的果酒比啤酒酵母1EV和3EV菌種具有更高的花青素含量，而1EV酵母菌種發(fā)酵后果酒具有更高的紅色調(diào)。由于色素物質(zhì)自身不斷進行具有類似鏈式反應(yīng)特征的衍化反應(yīng)，進行酵母菌對酒體色素物質(zhì)組成影響研究時需要充分考慮色素物質(zhì)自身衍化反應(yīng)帶來的影響。

3 酵母菌影響果酒花青素物質(zhì)衍化并導(dǎo)致色澤變化的機制研究

酵母菌細胞壁吸附降低果酒花青素含量。E.Boido提出了釀酒酵母細胞壁能夠吸附降低果酒單體花青素含量[21]。果酒發(fā)酵過程中釀酒酵母細胞壁表面積超過10 m2/L，細胞壁占到釀酒酵母干重的30%[22]。嚴紅光發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中細胞壁吸收的單體花青素含量可達酒體總花青素含量的1%～3%[23]。不同釀酒酵母吸收同一種花青素的能力可以相差2～4倍[23]。不同糖苷類型和不同花色素類型的花青素由于結(jié)構(gòu)和極性不同，導(dǎo)致被釀酒酵母細胞壁吸收能力不一致[23]。?；拖愣辊；ㄇ嗨乇确酋；ㄇ嗨馗菀妆会劸平湍讣毎谖誟22]。釀酒酵母細胞壁吸附不同種類花青素能力的差異是由于細胞壁多糖和表層蛋白結(jié)構(gòu)、極性不同，導(dǎo)致細胞壁吸收酒體物質(zhì)如花青素、香氣物質(zhì)和脂肪酸的能力不同[24]。選擇吸附能力弱的釀酒酵母有利于保存果酒單體花青素及其衍生物、香氣物質(zhì)。Rizzo[25]利用平板培養(yǎng)和液相檢測方法評估了23種啤酒酵母吸收花青素的能力。Morata[26]分析了5種不同啤酒酵母發(fā)酵葡萄酒后對不同結(jié)構(gòu)花青素吸收能力的差異可達到2～4倍。不同酵母菌細胞壁吸附酒體色素物質(zhì)的含量及差異顯著性顯著，但是相關(guān)機理仍有待深入探究。

酵母菌果膠酶含量高，促進花青素提取。Fleet研究表明，果酒浸漬和發(fā)酵過程中釀酒酵母果膠酶顯著影響葡萄等果實中單體花青素的提取率[27]。能夠產(chǎn)生大量果膠酶的釀酒酵母有利于提高果酒酒體中花青素含量。目前尚未有釀酒酵母產(chǎn)丙酮酸和果膠酶能力比較的文獻，但是釀酒酵母通過產(chǎn)丙酮酸和果膠酶影響果酒花青素衍化和色澤的觀點被廣泛認可[14，27]。利用酵母菌等微生物生產(chǎn)丙酮酸和果膠酶已經(jīng)有長期的研究積累[28-30]。

酵母菌代謝產(chǎn)物乙醛含量影響花青素衍化。釀酒酵母代謝產(chǎn)物乙醛通過乙醛橋鍵反應(yīng)調(diào)節(jié)單體花青素和黃烷醇、黃酮醇、原花青素聚合反應(yīng)速度生成環(huán)加成產(chǎn)物如酯聯(lián)花青素-黃烷醇、酯聯(lián)花青素-黃酮醇、二聚原花青素、四聚體山葡萄素A[31]。這些衍生物呈現(xiàn)紅黃色調(diào)，比單體花青素更加穩(wěn)定，受pH值、二氧化硫影響低[32]。由于乙醛是乙醇代謝的副產(chǎn)物，酵母菌過高的產(chǎn)乙醛能力會抑制產(chǎn)乙醇的能力和破壞果酒的香氣特征。因此根據(jù)不同釀酒酵母產(chǎn)乙醛的能力差異顯著[33]和保證果酒酒精度達標，不破壞果酒香氣平衡的前提下，篩選出產(chǎn)稍高乙醛含量的釀酒酵母有利于果酒色澤穩(wěn)定性。Pilone[33]比較了不同釀酒酵母產(chǎn)乙醛的能力，其能力差異顯著，在0.5～286 mg/L之間。Hayasaka[32]發(fā)現(xiàn)啤酒酵母AWRI 838比貝酵母AWRI 1375發(fā)酵的葡萄酒花青素濃度較高，色密度較低，可能是因為后者生成了更多乙醛的原因。

酵母菌代謝產(chǎn)物丙酮酸含量影響花青素衍化。釀酒酵母代謝產(chǎn)物丙酮酸通過C4位置環(huán)加成反應(yīng)和一些單體花青素如錦葵花素-3-葡萄糖苷形成黃褐色聚合色素3-葡萄糖苷羧基吡喃錦葵花素,3-葡萄糖苷，4-乙烯基錦葵花素，后者還可以和乙烯基酚進一步反應(yīng)生成更加穩(wěn)定的乙烯基山葡萄素兒茶酚酯[14]。這些衍生物在提高陳釀果酒色澤穩(wěn)定性的同時也會顯著影響果酒色調(diào)[26]。因此篩選出產(chǎn)適宜丙酮酸含量的釀酒酵母有利于改善對果酒色調(diào)變化的影響，同時增強果酒色澤穩(wěn)定性。

酵母菌β-D-糖苷酶含量影響花青素降解和香氣物質(zhì)生成。釀酒酵母β-D-糖苷酶能夠降解花青素為無色或褐色物質(zhì)，同時通過水解萜烯基-β-D-葡萄糖苷提高香氣物質(zhì)萜烯醇含量[34]。Paloma[34]比較了53種從葡萄表面分離獲得的酵母菌產(chǎn)β-D-糖苷酶的含量，其中9種酵母菌發(fā)酵后顯著降低葡萄酒色澤。因此篩選出產(chǎn)適宜含量β-D-糖苷酶的釀酒酵母既能減少對單體花青素降解的影響，又不會顯著降低香氣物質(zhì)萜烯醇含量。

4 展望

Karina等[13]通過模擬酒體試驗或葡萄酒釀造試驗進行了釀酒酵母相關(guān)代謝產(chǎn)物、酶含量和吸附能力影響模擬酒體溶液或葡萄酒中花青素和色澤特征能力的分析或比較，但是尚未有基于相關(guān)研究成果進行果酒釀酒酵母篩選工作的研究報道，也沒有適宜于釀造藍莓酒的釀酒酵母篩選研究報道。

由于不同果酒色素組成物質(zhì)差異顯著，這為相關(guān)研究帶來影響，未來需要選擇有市場前景的代表性果酒進行適宜釀酒酵母菌色澤影響特征能力的篩選工作。酵母菌對果酒色澤特征影響的機制除了上述5個方面，還可能有其他影響路徑的存在，這困擾著相關(guān)研究成果的確認。未來可以考察不同酵母菌種對同一果酒色澤特征的影響試驗，同時利用模擬酒體試驗屏蔽色素物質(zhì)自身衍化反應(yīng)帶來的影響，獲得酵母菌對果酒色澤特征影響的主要途徑。此外通過基因工程研究（基因沉默、基因敲除、轉(zhuǎn)基因）改良酵母菌影響果酒花青素衍化的能力，可以為相關(guān)酵母菌篩選工作提供必要的參考依據(jù)。

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Research Progress in the Effects of Yeast Strains on Fruit Wine Colour

YAN Hongguang1,ZENG Tian2,LIANG Zhengkun1,TAO Lifei1,SONG Zhengyu1,TAI Guangrong1and DING Zhien3
(1.Key Lab of Ethnical Feature Food of Qiandongnan,Kaili University,Kaili,Guizhou 556001;2.Wuguchun Distillery Co.Ltd.,Xinyang,Henan 464401;3.College of Tea and Food Science&Technology,Anhui Agricultural University,Hefei,Anhui 230036,China)

The research progress in the effects of yeast strains on fruit wine color in recent years was reviewed.There were five pathways influencing wine color significantly,including absorption,producing metabolites like acetaldehyde and acetone acid,producing pectinase,and producing β-D-glycosidase.The appropriate screening criteria of yeast strains that could improve wine color were put forward and the feasible research programs in the future were introduced.

yeast strains;fruit wine;anthocyanins;fermentation;colour features

TS262.7；TS261.4

A

1001-9286（2017）12-0105-04

10.13746/j.njkj.2017225

貴州省科技廳項目（黔科合J字[2013]2264號）；凱里學(xué)院博士專項課題(BS2013012)；凱里學(xué)院自然科學(xué)項目(Z1303)；凱里學(xué)院學(xué)生規(guī)劃課題（X1748，X1749，X1750，X1751）。

2017-08-22

嚴紅光（1981-），男，博士后，副教授，研究方向：發(fā)酵食品。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2017-11-09；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20171109.0936.001.html。