谷胱甘肽酵母衍生物制剂对‘维欧妮’干白葡萄酒品质的影响

齐转宁，许引虎，安长红，彭宝林，王婧*

1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州，730070) 2(国家酵母技术研究推广中心，湖北 宜昌，443003) 3(甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室，甘肃 兰州，730070)

白葡萄酒是典型的低酚类和低抗氧化性的酒精饮料，酿造过程中极易发生氧化褐变，导致不良色素形成，愉快香气化合物减少[1]。SO2是葡萄酒酿造过程中常用的抗氧化剂与抑菌剂，但如果人体过量摄入会诱发部分敏感人群发生头疼、哮喘、恶心等蓄积毒性，危害人体健康[2]。近年来葡萄酒酿造逐渐出现降低SO2用量的趋势[3]，因此寻找更安全和更有效的SO2替代物已势在必行。

还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)是一种重要的天然抗氧化剂，广泛存在于生物细胞中，由L-谷氨酸、L-甘氨酸和半胱氨酸组成，其半胱氨酸上连接的巯基具有独特的氧化还原与亲核特性[1]，能清除葡萄酒中的自由基，捕获醌类物质，防止葡萄酒氧化褐变[4]，减少一些酯类和萜烯类物质的氧化损失，对葡萄酒果香与花香的保护具有重要作用[5]。2015年国际葡萄与葡萄酒组织允许GSH在葡萄酒酿造过程中应用(最大添加量为20 mg/L)[6]，但GSH具有不稳定性，易被氧化，价格高昂，生产成本高的缺点，这使其在葡萄酒中的应用受到很大限制。

富含还原性谷胱甘肽的非活性干酵母制剂(glutathione-enriched inactive dry yeast preparations，g-IDYs)是将酿酒酵母经二级扩培后，在最后一级种子培养基中加入L-半胱氨酸、L-谷氨酸和甘氨酸，最终得到GSH含量较高的培养液，经干燥处理得到的富含GSH的酵母干粉。这种GSH酵母衍生物制剂，不仅解决了GSH储存不稳定、易氧化、成本高等问题，也保持了酵母的天然活性营养成分。g-IDYs作为一种抗氧化剂在葡萄酒酿造中的应用已引起国内外学者的广泛关注。ANDUJAR-ORTIZ等[7]对g-IDYs在模拟酒中GSH释放量进行评价，证明添加质量浓度0.3 g/L g-IDYs可释放1～2 mg/L GSH；ANDUJAR-ORTIZ等[8]研究g-IDYs对歌海娜桃红葡萄酒感官品质的影响，证明与对照相比，g-IDYs可显著提升葡萄酒的感官属性；PIERGIORGIO[9]等研究不同抗氧化剂对白葡萄酒抗氧化性的影响，证明g-IDYs处理酒样能有效清除DPPH·，延缓葡萄酒颜色的褐化。然而，g-IDYs对葡萄酒颜色和香气的保护作用及效果还有待进一步明确。

本试验以产自甘肃民勤酿酒葡萄种植基地的‘维欧尼’葡萄为试材，研究不同含量的谷胱甘肽酵母衍生物制剂对干白葡萄酒感官品质的影响，旨在为谷胱甘肽酵母衍生物制剂在葡萄酒中的应用及优质白葡萄酒的生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘维欧尼’葡萄：2017年9月果实成熟期采摘于甘肃民勤酿酒葡萄种植基地(总糖24.5 °Brix，总酸8.63 g/L，pH 3.85)。

谷胱甘肽酵母衍生物制剂：FN401-GH(含4%谷胱甘肽的非活性干酵母，安琪酵母股份有限公司)；FN502-GH(含10%谷胱甘肽的酵母抽取物，安琪酵母股份有限公司)；F-G(含2%谷胱甘肽的非活性干酵母，法国乐福斯原料服务有限公司)。

活性干酵母BV818, 安琪酵母股份有限公司；果胶酶EX-V,法国Lallemand公司；2-辛醇(色谱纯)，美国Sigma公司；2,2-二苯基-1-苦肼(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl，DPPH),日本东京化成工业株式会社；2′-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(agreement of basic telecommunications services，ABTS),上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

气相色谱-质谱联用仪(TRACE 1310)、单四级杆质谱仪(ISQ)、紫外-可见分光光度仪(Genesis 10S),美国Thermo Scientific公司；色谱柱TG-WAX(60 m×0.25 mm，0.25 μm),美国Thermo Scientific公司；二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅萃取头(50/30 μm, diviny benzene/carboxne/poly dimenthyl-siloxane(DVB/CAR/PDMS)),美国Surpelco公司。

1.3 实验方法

1.3.1 葡萄酒小容器发酵[10]

剔除葡萄原料中霉烂果、僵果、生青果并迅速破碎取汁，加入果胶酶(20 mg/L)及SO2(60 mg/L)，24 h低温(4 ℃)澄清。取清汁接种活性干酵母(200 mg/L)，同时立即进行谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理，使之均匀分布于葡萄汁(取部分葡萄汁溶解谷胱甘肽酵母衍生物制剂，注入1 L发酵罐)，并在17～19 ℃下进行酒精发酵，当发酵至还原糖质量浓度低于4.0 g/L，及时将酒液和酒泥分离后装入250 mL棕色瓶，补充SO2(60 mg/L)于17 ℃条件下密封保存120 d后取样检测。

谷胱甘肽酵母衍生物制剂添加量的筛选：葡萄汁接种活性干酵母(200 mg/L)后，立即添加不同质量浓度梯度(100、200、300、400、500 mg/L)的3种谷胱甘肽酵母衍生物制剂，并以添加SO2为对照，待酒精发酵结束后，将处理所得澄清酒样于30 ℃条件下加速氧化15 d，检测氧化还原电位值，其值越低，葡萄酒抗氧化能力越强[11]。从中选出最低氧化还原电位值的用量即401-G 200 mg/L、502-G 400 mg/L、F-G 300 mg/L进行后续试验(以上试验均设置3个平行)。酿酒试验在甘肃农业大学葡萄与葡萄酒工程学重点实验室进行。

1.3.2 葡萄酒基本理化指标测定

还原糖、酒精体积分数、滴定酸和挥发酸含量测定参照GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[12]；总酚含量测定参照李静[13]的方法；褐变指数参照李慧琳[14]的方法。

1.3.3 抗氧化能力的测定

DPPH·清除率、ABTS·清除率和总还原力均参照李俊娥[15]的方法测定。

1.3.4 CIELab参数评价葡萄酒颜色

参考OIV-MA-AS2-11等[16-18]的方法。

1.3.5 挥发性成分分析

1.3.5.1 香气成分富集

取8 mL酒样于20 mL萃取瓶，加入2.5 g NaCl和10 μL 2-辛醇溶液(88.2 mg/L)作为内标，密封，置于40 ℃水浴磁力搅拌30 min后顶空萃取30 min，取出萃取针并插入气相色谱质谱联用仪进行解析。

1.3.5.2 GC-MS条件

参考鲁榕榕[19]的方法。

1.3.5.3 香气成分分析

定性分析：NIST-11、Wiley及香精香料谱库检索比对进行定性，谱库比对时要求匹配度大于800。

定量分析：采用内标法进行半定量分析，内标为2-辛醇。计算公式如式(1)和式(2)。

香气物质的质量浓度=

(1)

(2)

1.3.6 感官分析

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂对‘维欧尼’干白葡萄酒品质的影响

2.2.1 对基本理化指标的影响

根据葡萄酒国家标准(GB/T 15037—2006),试验所得酒样均属于干型葡萄酒。由表1可知，F-G和401-G处理酒样中还原糖含量显著低于SO2处理(CK)(P<0.05)，而502-G处理酒样中还原糖含量与CK相比差异不显著；3种不同谷胱甘肽酵母衍生物处理所得酒样的酒精体积分数、总酸、挥发酸和总酚均未发生显著变化。

表1 不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样的基本理化指标

注：同列肩标字母不同表示差异显著(P<0.05)；CK表示SO2处理；401-G表示富含4%的谷胱甘肽的非活性干酵母；502-G表示富含10%的谷胱甘肽的酵母提取物；F-G表示富含2%的谷胱甘肽非活性干酵母。下同。

2.2.2 谷胱甘肽酵母衍生物制剂对葡萄酒颜色的影响

2.2.2.1 对褐变指数的影响

葡萄酒的褐变指数越高，其酚类物质被氧化的越多。由图1所示，与SO2处理(CK)相比，葡萄汁中添加3种谷胱甘肽酵母衍生物制剂未显示出对褐变的抑制作用。其中含有10%谷胱甘肽的酵母制剂502-G和富含2%的谷胱甘肽非活性酵母制剂F-G的处理组酒样其褐变指数与对照相比，分别增加17.39%

图1 不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样的褐变指数

Fig.1 The browning index of different g glutathione-enriched inactive dry yeast preparations addition in wine sample

和8.70%，而富含4%的谷胱甘肽非活性酵母制剂401-G处理酒样与对照的褐变指数差异不显著。

2.2.2.2 对CIELab参数的影响

本试验采用CIELab系统来评价葡萄酒的颜色，其中参数a*表示红绿色程度；b*表示黄蓝色程度；L*表示明暗程度；C*表示饱和度；H*表示色调，ΔE*表示总色差(即L*、a*、b*的综合色差值)，每一个样品的颜色由L*、a*和b*三坐标空间定义[21]。由表2可知，对照相比，3种不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理的葡萄酒L*值分别显著降低0.25%～1.14%，使葡萄酒颜色变暗；401-G、502-G处理a*值分别提高21.74%～29.19%，使葡萄酒色调向红色方向移动，说明酒样褐色素增多；502-G、F-G处理b*值分别显著升高2.34%～5.34%，使色调向黄色方向移动，说明酒样黄色素增多，而401-G处理黄色色调略有降低；ΔE*值在0.38～1.27，说明经不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理后葡萄酒颜色与对照相比存在微弱差异，因为仅在ΔE*>3时，肉眼可直接观察到酒样之间的颜色差异[22]。

表2 不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样的CIELab参数

2.2.3 对主要香气挥发化合物的影响

3种不同谷胱甘肽酵母制剂处理的葡萄酒中共检出75种香气成分(表3)。包括18种醇类、34种酯类、9种酸类、4种酮类、3种酚类及7种萜烯类；供试酒样香气物质总量在2 924.87～4 154.29 μg/L。与SO2处理(CK)相比，3种谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理香气物质总含量分别显著升高(P<0.05)26.77%～42.03%。因此，谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理可显著提高葡萄酒的香气含量。

表3 不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样的挥发性香气化合物的GC-MS分析

续表3

序号香气物质香气物质质量浓度/(μg·L-1)CK401-G502-GF-G B2710-十一烯酸乙酯-0.75±0.01--B283-羟基己酸乙酯-6.29±0.386.60±0.165.43±0.02B29棕榈酸乙酯12.68±0.11b6.80±0.05e7.57±0.35c16.26±0.08aB30棕榈酸异丙酯1.12±0.03a0.81±0.01b0.27±0.00c0.91±0.01bB31肉豆蔻酸异丙酯- 0.21±0.00--B32棕榈酸甲酯-- -0.37±0.00B33油酸乙酯1.10±0.00- - -B34甲酸芳樟酯-- -0.48±0.01小计2 004.88±5.67b1 977.54±5.27c1 877.71±13.09d2 100.56±3.24a酸类C1乙酸6.92±0.04d12.26±0.24a8.94±0.09c10.38±0.07bC2己酸18.54±0.27d35.39±0.40b36.27±0.12a30.85±0.09cC3癸酸51.58±0.84d78.27±1.47b80.44±0.30a76.25±0.17cC4辛酸123.73±2.31d217.11±2.58b226.93±1.27a178.24±0.11cC59-癸烯酸8.24±0.09d15.73±0.09a14.43±0.06b13.76±0.10cC6(±)-3-羟基月桂酸-3.04±0.020.35±0.023.65±0.02C7顺-5-十二碳烯酸-1.11±0.051.18±0.001.23±0.01C82-甲基己酸-6.55±0.076.47±0.03-C9异丁酸-- - -小计209.01±2.64c369.47±4.10a368.54±1.37a314.37±0.39b酮类-- - -D12-壬酮4.63±0.012.73±0.03-2.98±0.01D2甲基壬基甲酮1.23±0.02b3.06±0.01a2.03±0.03ab2.11±1.50abD32-十五烷酮0.09±0.00- - -D4香叶基丙酮-5.25±0.01--小计5.94±0.03b11.03±0.01a2.05±0.02c5.09±1.51b酚类F12,6-二叔丁基对甲酚16.56±0.11a9.46±0.17d10.38±0.30b9.84±0.08cF24-乙烯基-2-甲氧基苯酚0.67±0.03d1.58±0.01a1.24±0.02b0.86±0.02cF32,4-二叔丁基苯酚0.56±0.03a0.50±0.00b0.55±0.03a0.34±0.01c小计17.79±0.13a11.54±0.16c12.17±0.33b11.04±0.08d萜烯类G1香叶醇2.56±0.045.42±0.145.44±0.01-G2alpha-松油醇4.30±0.21d5.38±0.02b7.44±0.03a4.38±0.01dG3芳樟醇24.38±0.25c33.68±0.22a33.41±0.45a31.76±0.09bG4橙花醇-1.66±0.05--G5金合欢醇1.19±0.06- - -G6反式-橙花叔醇1.56±0.051.04±0.020.95±0.02-G7β-大马士酮-- -1.23±0.04小计34.00±0.22c47.18±0.17a47.38±0.38a37.88±0.13b总计2 924.87±3.28c3 722.59±8.80ab3 733.79±9.78a3 707.98±11.10b

注：-表示未检测出该香气成分。

(1)酯类物质。与CK相比，F-G处理葡萄酒酯类总含量显著升高4.81%，而401-G与502-G处理分别显著降低1.36%～6.31%(表3)。乙酸庚酯(玫瑰、梨与甜杏仁味)、反式-4-癸烯酸乙酯(蜡香、梨)等均仅在谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理中检测出；3种不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样中癸酸乙酯含量分别显著升高了1.04～2.26倍，且其气味活性值(odorant activity value，OAV)大于1，赋予葡萄酒果香味。401-G与502-G处理水杨酸甲酯含量分别显著升高29.15%～39.48%，而F-G处理降低6.27%；401-G与502-G处理乙酸苯乙酯含量分别显著升高33.63%～46.73%，F-G处理显著降低6.12%；但3种谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样中辛酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯(OAV均大于1)含量均显著降低；401-G与502-G处理苯乙酸乙酯含量均显著升高，其赋予葡萄酒蜜蜂香味，401-G与F-G处理酒样乙酸香叶酯含量均显著升高。

(2)萜烯类。3种不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理葡萄酒萜烯类总含量显著高于CK，分别增加了11.42%～38.76%(表3)。与CK相比，401-G与502-G处理香叶醇含量均较高，但在F-G中未检测出；401-G与502-G处理α-松油醇分别显著升高25.12%～73.02%，F-G处理无显著差异；3种不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样的芳樟醇含量分别显著增加30.27%～38.15%，其中401-G增加最多，502-G处理次之，此外其OAV值大于1，赋予葡萄酒玫瑰等花香。

2.2.4 主要香气物质的主成分分析

对供试酒样的35种香气物质进行主成分分析，结果表明2个主成分占总方差77.13%，分别占54.15%与22.98%。

A-各香气化合物；B-谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样图2 各香气化合物谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样前两个主成分分布图

Fig.2 Biplot of principle component analysis of aroma components of all different white wine samples

如图2-b所示，对照(CK)与图2a主成分1负半轴的2,6-二叔丁基对甲酚的位置接近，说明CK中辛酸乙酯等香气物质贡献更为突出，赋予葡萄酒香蕉等果香味，但图2-b显示其香气物质较少；3种谷胱甘肽酵母制剂处理的酒样均分布于主成分1的正半轴(图2-a)，其中401-G分布在香气较密集的区域，说明401-G处理增强酒样香气的复杂性。

2.2.5 ‘维欧尼’干白葡萄酒感官定量描述分析

如图3所示，供试酒样澄清度得分均大于4，说明葡萄酒澄清度良好，其中502-G处理澄清度最高，F-G处理澄清度最低；与SO2处理(CK)相比，3种谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理葡萄酒香气(纯正度、优雅度、协调度)、口感(纯正度、余味)得分均升高，其中401-G处理口感(浓郁度、结构、香气持续性与余味)得分最高。

图3 不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样的感官定量描述分析

Fig.3 The sensory quantitative description analysis of different glutathione-enriched inactive dry yeast preparations addition in wine sample

2.2.6 谷胱甘肽酵母衍生物制剂对葡萄酒抗氧化性的影响

本试验用DPPH·清除率、ABTS·清除率与总还原力3种方法测定干白葡萄酒的总抗氧化性。由表4可知，与SO2处理(CK)相比，502-G与F-G处理酒样的DPPH·清除率均显著降低2.95%～3.36%；502-G与F-G处理总还原力降低9.68%～12.9%；401-G处理ABTS·清除率显著降低6.87%。因此，酵母衍生物制剂处理酒样总抗氧化性均弱于对照。

表4 不同谷胱甘肽酵母衍生物制剂处理酒样的DPPH·清除率、还原力与ABTS·清除率

3 讨论

葡萄酒的氧化类型包括酶促氧化和非酶促氧化，前者一般发生在葡萄汁中，后者在葡萄汁及葡萄酒中均有发生，随着发酵的进行，主要以非酶氧化褐变为主[2]。白葡萄酒中的酶促氧化褐变主要由羟基肉桂酸引起，其分布于细胞液泡中，多酚氧化酶分布于细胞质中，当浆果破碎后羟基肉桂酸暴露，与多酚氧化酶在氧气存在的情况下，转化为亲电子的邻醌[23]，可与多酚、氨基酸和蛋白质等发生聚合反应形成褐色素，使葡萄酒的酒体变暗。但GSH可捕获邻醌，生成另一种酚酸S-glutathionyl caftaric acid(GRP)，为无色物质且非多酚氧化酶的底物，从而可减缓白葡萄酒的黄化。而非酶氧化主要是酚类物质氧化产生H2O2，引发芬顿反应(fenton reaction)生成氧化性极强的羟基自由基，将乙醇、酒石酸、糖等氧化为醛酮，其中生成的乙醛和乙醛酸可加深酒的氧化褐变[24]。本试验结果显示，3种不同酵母衍生物制剂不同程度地促进了葡萄酒颜色褐变(图1与表2)。WEGMANN等[25]研究发现，GSH不能抑制羧甲基桥联(+)-儿茶素二聚体的形成，从而促进黄色素生成。而SO2通过与H2O2反应抑制羧甲基桥联(+)-儿茶素二聚体的形成，从而抑制了黄色素的形成。另外，本试验研究发现，谷胱甘肽酵母衍生物制剂对葡萄酒总酚含量无影响(表1)，这与WEBBER等[26]在起泡基酒中添加GSH的研究结果类似。

葡萄酒中酯类物质主要来自微生物产生醇类与酸类之间化学反应及酒精发酵期间酵母活动产生[27]，赋予葡萄酒花香及果香。研究表明葡萄酒酯类含量随着储存时间延长不断降低[28]，这种变化主要由酯化、水解和羟自由基氧化等反应引起[29]，仅F-G处理是葡萄酒酯类总含量显著升高，从而提高白葡萄酒的新鲜感及果味特征。这可能是因为巯基对葡萄酒香气具有保护作用。葡萄中萜烯类物质来自葡萄果皮、果梗或种子，属于葡萄酒的品种香气[30]，赋予了葡萄酒愉快的花香及果香味，但这些物质容易氧化[5]。本试验研究表明，401-G与502-G处理酒样萜烯类物质含量显著高于SO2处理(CK)(表3)，已有大量研究报道，添加GSH可抑制葡萄酒中萜烯类物质含量的减少[28]。目前关于谷胱甘肽保护葡萄酒香气的机理仍需进一步研究。

4 结论

白葡萄汁中添加富含还原性谷胱甘肽的酵母衍生制剂均能够显著增加葡萄酒中酯类与萜烯类物质含量，显著提升干白葡萄酒香气品质，但对干白葡萄酒颜色褐变不具有抑制作用，添加10%谷胱甘肽的酵母抽取物制剂和2%谷胱甘肽的非活性干酵母制剂能够使干白葡萄酒褐变程度增加，酒体亮度降低，黄色色调增加，绿色色调减弱；此外，不同谷胱甘肽酵母衍生制剂处理酒样的抗氧化性低于SO2处理。