基于T 型矩阵图的葡萄酒质量安全控制研究

李 旭

（荆门市食品药品质量检验所，湖北荆门 448000）

葡萄酒是已知最古老的发酵饮料。如果以欧亚种葡萄的引进作为我国葡萄与葡萄酒产业的起始，那么我国葡萄与葡萄酒迄今已有两千多年历史[1]。葡萄酒风味鲜美，它不仅是营养丰富的饮料，而且在适量饮用的条件下，还能防治各种疾病，增进人体健康。《本草纲目》记载：葡萄酒有“暖腰肾、驻颜色、耐寒”之功效。随着经济的发展、生活水平的提高，我国葡萄酒生产和消费呈明显增加趋势，国际葡萄与葡萄酒组织发布的统计数据显示，2016年至今中国葡萄酒市场消费量稳居全球前6位[2]。庞大的消费群体对葡萄酒品质与安全的关注日益明显。从消费者评价与国家抽检情况来看，一些葡萄酒口碑良莠不齐，违规添加甜味剂和人工合成着色剂，防腐剂超标，酒精度、干浸出物与总糖及标签不合格等问题普遍存在。本文针对《消费者报道》CCR测评关于葡萄酒品质安全问题，以典型的红葡萄酒生产工艺分析为例，将质量管理新七种工具之一的矩阵图法运用于葡萄酒不合格项目及产生原因和生产过程关键点识别中，通过该系统分析技术的应用，为葡萄酒生产企业改进产品质量、保证产品安全制定工艺策略提供科学、有效的方法。

1 葡萄酒的消费者评价与国家监督抽查情况

2021年1月，《消费者报道》收集及分析了25款葡萄酒在天猫、京东和苏宁官方渠道近7.5 万条消费者评价数据，这些葡萄酒来自中国、澳大利亚、智利、美国、西班牙和法国等产地。其评价指标有入口、香味、口感、滋味、典型性和上头，权重依次为10%、15%、25%、25%、10%和15%；口碑结果：①综合各项指标结果，50元/750 mL以下推荐王朝（中国）、通化（中国），50 元/750 mL 以上推荐天鹅庄（澳大利亚）、蒙特斯（智利）；②王朝味道甘醇，有辨识度，天鹅庄酒体比较丰满，有较强的果香；③50 元/750 mL 以下的醉鹅娘（智利）和慕拉（中国）排名垫底，50 元/750 mL 以上不推荐奥兰（西班牙）、拉菲（法国）；④醉鹅娘口感单薄，酒精味浓；慕拉口感涩，尾韵短；奥兰口味偏淡，缺乏层次；拉菲偏酸，有点上头[3]。2019年8月，《消费者报道》整理了国家市场监督管理总局收录的自2014年1月至2019年7月对葡萄酒的质量抽检情况，见表1。抽检结果显示，近5年来共检出120 批次不合格的葡萄酒，涉及酒精度、甜味剂、人工合成色素、防腐剂、品质指标以及标签等问题。其中，甜味剂成为不合格葡萄酒的重灾区。120 批次不合格产品中，共有34批次检出甜味剂，含量为0.2 ～1 100.0 mg·kg-1。不合格项目甜蜜素、糖精钠、安赛蜜、三氯蔗糖和纽甜占不合格项目项次34.1%。过量的甜蜜素、糖精钠等易在体内蓄积，对人体的肝脏、肾脏和神经系统会造成危害。梳理统计发现10 批次葡萄酒违规添加人工合成着色剂，不合格项目苋菜红、胭脂红和亮蓝，占不合格项次7.3%。虽然人工合成色素有着色泽鲜艳、着色力强和色调多样等优点，但其可能有毒[4]。山梨酸、苯甲酸、脱氢乙酸和纳他霉素等防腐剂项目不合格项次占总不合格项次的24.6%。苯甲酸钠因其毒性较强，在有些国家已禁用，葡萄酒中的苯甲酸也来源于发酵过程，其限量为≤50 mg·L-1[5]。

表1 2014年1月至2019年7月葡萄酒抽检结果

2 红葡萄酒生产过程质量控制矩阵图构建的因素

2.1 质量控制矩阵图的基本架构

复杂的质量问题往往存在许多成对的质量因素，可以将这些因素找出来，形成矩阵图，并在此基础上比较直观地找出解决问题的思路和办法。T 型矩阵图是将分别由因素A 和因素B、因素A 和因素C 组成的两个L 型矩阵图合在一起形成的矩阵图，可以清楚表达A、B、C 3 组成对因素的关系，如分析质量问题“缺陷—原因—工序”之间的关系。红葡萄酒用果皮带色的葡萄酿成，酒色呈深红、鲜红、紫红或宝石红，根据口碑调查结果和表1 的不合格项情况，口感及不合格问题主要与生产过程的控制和缺陷密切相关，只要找到口感问题和不合格项原因及生产过程对应的要素，就可以通过主动地预防、控制、管理与消除产生口感问题及不合格产生的原因，从而改善葡萄酒成品口感，降低不合格率。以红葡萄酒生产为例，典型的工艺流程如图1 所示[6]。

图1 典型的红葡萄酒生产工艺流程图

2.2 影响红葡萄酒质量安全的关键过程分析

酿酒葡萄经过除梗破碎、浸渍发酵（酒精发酵）、分离压榨、苹果酸乳酸发酵、老熟和陈酿、澄清稳定和灌装等工序，酿酒过程受到污染、人员操作不当、工序参数控制不严等均会导致成品口感不适及不合格问题的产生。红葡萄酒生产关键过程分析如下。

（1）原料葡萄的质量安全与分选。《加工用葡萄》（NY/T 3103—2017）标准规定了酿酒、制干用葡萄的基本要求为品种纯正、成熟，具有品种典型色泽、风味，新鲜洁净，无杂质，无霉烂、病虫，无机械损伤以及无非正常外部水分。采收前1个月不得使用杀虫剂，采摘前10 d 不得使用杀菌剂。农药使用应符合相关规定，葡萄栽培中禁止使用催熟剂和着色剂，采收前1个月不能灌水[7]。国际葡萄酒发展实践表明，酿酒葡萄品种以欧亚品种为宜[8]。葡萄果皮中含有单宁和色素，这两种成分对酿制红葡萄酒很重要。大多数葡萄色素只存在于果皮中，主要是花色素苷和黄酮两大类物质，不同品种形成不同色调。果皮中的芳香成分赋予葡萄酒特有的果香味，为获得良好的果香，在原料的采收和机械处理时要防止氧化。果肉和果汁是葡萄的主要成分，其含有大量糖分，主要由葡萄糖和果糖构成，还含有酒石酸和苹果酸。果胶质是一种多糖类化合物，酒中存在少量果胶质，可以增强葡萄酒的柔和味，但含量多时，影响葡萄酒的稳定性[6]。

我国葡萄原料采收时存在的主要问题是成熟度不够，即含酸量过高，含糖量过低。降低含酸量主要有两种方法，即生物降酸法和化学降酸法。对于干红葡萄酒，苹果酸-乳酸发酵是必需的发酵过程。其可导致酸度降低，pH 增高，并使葡萄酒口味柔和。化学降酸法使用的降酸剂为CaCO3、KHCO3和酒石酸钾。提高含糖量，常采用添加结晶白砂糖的方法。反渗透法、选择性冷冻提取法也能提高原料含糖量，但需投入相应设备[1]。葡萄分选主要是根据葡萄品种及成熟度分类并去除生青葡萄及受损或腐烂的葡萄。红葡萄品种主要有赤霞珠、黑皮诺和蛇龙珠等。在采收、分选过程中，若葡萄果皮破损，部分色素物质会被破坏。此外，较多的果胶类物质，易导致葡萄腐烂，且腐烂的葡萄含有众多有害细菌（如醋酸菌、乳酸菌）和引起棕色破败病的氧化酶[1]。

（2）除梗破碎。其是将果粒与果梗分开，去除果梗以减少酒的损失和单宁含量、减轻果梗味及单宁收敛性。果皮破裂促使果粒表面的天然酵母与葡萄果汁接触，有利于酵母繁殖。浸渍发酵时，可使皮渣中的可溶物在葡萄汁中很好地扩散。果核中含有脂肪、树脂和挥发酸等有损葡萄酒风味的物质，在葡萄破碎时，需尽量避免将核压破，以防将这些物质带入醪液，严重影响品质[6]。

（3）葡萄汁装罐与处理。气态二氧化硫或代用品加入葡萄汁中，具有防止微生物繁殖，抗氧化，澄清、溶解与浸渍产品的作用，同时还具有调节与控制发酵以制取半发酵葡萄汁[8]等作用。但二氧化硫用量过多会延迟甚至阻止酒精发酵，并与酒中其他香味成分结合生成结合态二氧化硫而影响葡萄酒质量，增加葡萄酒耗氧量[9]；二氧化硫过少则起不到杀菌作用。装罐过满，在发酵过程中易“冒罐”溢出，引起杂菌污染。澄清剂选用不当或用量不适对成品品质会造成影响，因此果胶酶、明胶等使用前应进行用量试验。此外，澄清及增糖调酸使用的物质应符合规定。

（4）浸渍发酵。浸渍发酵是葡萄汁酒精发酵与浸渍作用同时发生的过程，前者将糖转化为酒精，后者将固态物质中与酒的颜色、气味、口感密切相关的丹宁色素等酚类物质溶解在葡萄酒中。在浸渍开始时加入果胶酶，有利于对多酚物质的提取，葡萄酒中的丹宁、色素含量更高，颜色更红。发酵时选用优良的酿酒酵母（酵母活性≥3×1010/g）[10]，也有助于产生良好的果香与酒香。浸渍时温度低于20 ～25 ℃，不利于有效成分的提取；若温度高于30 ～35 ℃，则会浸出苦涩劣质单宁，并导致芳香物质损失，甚至可能导致酒精发酵中止。因此，25 ～30 ℃是较适宜的温度。此外，28 ～30 ℃有利于酿造，且丹宁含量高；而25 ～27 ℃则适于酿造果香味浓、丹宁含量相对较低的新鲜葡萄酒[1]。开放式发酵时易形成“酒盖”，使皮渣与空气直接接触，易被好氧性细菌污染，也不利于果汁对皮中色素和香气物质浸提，此时应将“酒盖”压入醪中[6]。

（5）酒精发酵。影响酒精发酵的主要因素为温度与酸度。发酵温度以18 ～20 ℃为宜，温度过高，葡萄酒易氧化，导致品种香和发酵香损失并丧失清新口感。在pH ≥3.2 的条件下，酵母菌可促进挥发酸的生成[10]。酵母菌的繁殖需要氧，生产中常用倒罐的方式来满足酵母菌对氧的需求。酒精发酵的副产物有甘油、乙酸、乙醛、乳酸及高级醇等，它们参与葡萄酒复杂风味的形成。高级醇是3个碳以上的一元醇类物质的总称，高级醇含量过多会对人体有麻醉作用甚至会使饮用者中毒[11-12]。葡萄酒的残糖主要是果糖和葡萄糖，其含量是区别葡萄酒类型的重要指标，根据含糖高低区分为甜酒、半甜酒、半干酒和干酒4种不同类型。在生产干葡萄酒时，应让酒精发酵彻底，否则葡萄酒容易变质[1]。酒精发酵结束后需及时分离转罐，否则残存的酵母会抑制苹果酸-乳酸发酵的触发，同时分离转罐时勿需进行SO2处理，否则会延迟甚至阻止苹果酸乳酸发酵。

（6）分离和压榨。醪液残糖降至5 g·L-1以下时，“皮盖”已经下沉，较平静的发酵液面只有少量二氧化碳气泡，发酵液温度接近室温，并且有明显的酒香，此时应将液体即自流酒放出，使之与皮渣分离。由于皮渣中还含有相当一部分葡萄酒，应将皮渣进行压榨，以获得压榨酒。自流原酒和压榨原酒成分差异大，若酿制高档名贵葡萄酒应分类贮存。分离过早，色素及香气等物质浸出不够；分离过晚，很容易丧失清新果香，使劣质单宁进入酒中，造成口感粗糙。压榨强度大，造成压榨酒中劣质单宁含量过高，如果直接与自流酒混合，会使酒的口感苦涩、粗糙。

（7）苹果酸-乳酸发酵（Malolactic Fermentation,MLF）。相对酒精发酵，由乳酸菌引发的苹果酸-乳酸发酵是葡萄酒的次级发酵。若获得优质红葡萄酒，应使糖被酵母菌发酵，苹果酸被乳酸菌发酵，并尽快使糖和苹果酸消失。只有当葡萄酒中不再含有可发酵糖和苹果酸时，方可获得生物稳定性。对于红葡萄酒酿造，苹果酸-乳酸发酵是必须的过程。其可以起到降酸作用，且生理代谢活跃的苹果酸被转化乳酸后可以增加酒中细菌的稳定性，同时对酒的风味有修饰作用，可以降低酒的生青味和苦涩感，使之更为柔和、圆润、肥硕[1]。酒香又称发酵香气，其主要构成物是高级醇和酯，是酒精发酵过程中形成的。在苹果酸-乳酸发酵过程中形成的一些挥发性物质，同样也是香气构成的成分，如双乙酰以及乳酸乙酯[1]。苹果酸-乳酸发酵的基本条件为SO2含量不能高于60 mg·L-1，pH ≥3.2，温度18 ～20 ℃，添满密封发酵。发酵罐未添满或密封不严易使葡萄酒氧化和被好氧性细菌污染。发酵温度若高于20 ℃，可导致挥发酸含量升高[10]。葡萄酒中的生物胺是乳酸菌在发酵过程中对氨基酸脱羧产生的。大量研究表明，葡萄酒中的生物胺与压榨处理和苹果酸-乳酸发酵阶段有关[13]。苹果酸-乳酸发酵结束后应及时分离转罐，防止乳酸菌作用于残糖和酒石酸等成分，引起多种病害和挥发酸含量升高。

（8）原酒陈酿。原酒贮存容器渗漏或清洗、消毒灭菌不彻底、贮酒时密封不严，容易造成葡萄酒污染和微生物病害[14]。如果碳钢罐和水泥池内部树脂涂层脱落，会造成铁、铜、铝等金属含量升高，容易使葡萄酒发生金属破败病[10]。贮酒容器中的葡萄酒由于蒸发损失，形成顶空，如不及时添桶（添酒），容易造成酒的氧化和好氧性细菌污染，产生哈喇味和醋味。发酵刚结束的葡萄酒酒体粗糙、酸涩，不宜饮用，酒体必须经过一系列的物理、化学变化趋于稳定以后才能达到最佳饮用质量。葡萄酒干浸出物是指在一定的物理条件下，葡萄酒中的非挥发性物质的总和。在陈酿和储藏过程中，干浸出物的含量有所变化是由于色素氧化形成沉淀，酒石酸氢钾的沉淀以及酒精和水分的蒸发等因素造成的，通过对葡萄酒干浸出物分析，可以判断葡萄酒是否搀水、搀酒精或加糖发酵[1]。葡萄酒的陈酿过程中，因花色素苷含量降低，葡萄酒的颜色变深，呈典型的瓦红色，同时单宁在无氧条件下呈黄色，使葡萄酒最终呈橙褐色。此外，部分单宁逐渐沉淀或形成大分子物质，可提高葡萄酒感官质量[1]。醇香是葡萄酒成熟过程形成的香气，构成醇香的物质非常复杂，是生葡萄酒中呈香物质及其前体物质相互作用转化的结果。

（9）换桶与澄清。葡萄酒在储藏和陈酿过程中，一些物质可逐渐沉淀于储藏容器基部，此时应采用换桶（转罐）的方式将沉淀物除去，同时还应经常添桶（添酒），如不及时将陈酿阶段中沉淀下来的酒脚与澄清的葡萄酒液分开，温度升高，酒脚中的酵母和细菌有可能重新活动引起微生物病害，而且酒石酸盐、色素、蛋白质以及铁、铜等沉淀也可能会重新溶解于葡萄酒中造成葡萄酒不稳定。葡萄酒的储藏过程中，游离SO2浓度逐渐下降，在转罐前应进行游离SO2分析，保证普通红葡萄酒游离SO2含量在20 ～30 mg·L-1，优质红葡萄酒为10 ～20 mg·L-1[1]。下胶前必须先试验，选择澄清效果好、不影响酒的色泽和风味的最小下胶量作为大生产中的下胶量，同时要保证游离SO2的含量，否则会降低葡萄酒的颜色深度、香气和风味物质的含量及发生氧化破败。

（10）酒体稳定。一般采用冷处理。利用冬季的低温或人工降温促进酒石酸盐类沉淀及胶体物质的凝聚，改善风味，提高稳定性。冷处理降温速度应快，处理时间应足够长（7 ～8 d），否则会造成酒石结晶不完全，容易在装瓶后析出，影响葡萄酒外观[10]。葡萄酒的非生物稳定方法主要是控制葡萄酒氧化、金属破败，实现酒质纯净化等。例如，将抗坏血酸加入葡萄酒中能使葡萄酒免受空气氧化。葡萄酒生物稳定法是指排除微生物或抑制其发展的处理方法，如热处理（巴氏杀菌、热装瓶）、除菌过滤，以及使用微生物抑制剂，如苯甲酸处理、山梨酸处理等[8]。

（11）装瓶。灌装前必须对葡萄酒进行稳定性试验，感官品尝及化学分析。装瓶前必须对葡萄酒除菌过滤，除菌膜孔经≤0.45 µm，可捕捉住酵母和细菌，否则不具有微生物稳定性。除菌设备及介质选用不当、灌装线消杀不彻底，也可造成葡萄酒的二次污染。不同颜色的酒瓶可对照射光线进行选择，红葡萄酒多使用深绿色和棕绿色酒瓶。灌装太高易造成打塞困难和漏瓶，太低易引起酒体氧化，产生难以接受的哈喇味，灌装后若立即将酒瓶倒放，因木塞弹性尚未恢复，容易干缩透气，产生漏瓶现象[10]。

（12）成品管理。装瓶后的葡萄酒，或在陈酿库陈酿，或套帽、贴标、装箱、进入成品库。瓶内陈酿葡萄酒应在12 ～15 ℃的陈酿库储藏，陈酿库应具有良好的绝热性能，不受蛾的侵袭，以免在瓶塞上产卵，形成木塞虫[1]。酒瓶的密封性应较好，否则酒体会受到污染并形成霉味。成品库应干燥、冷凉，以免成品酒标签和纸箱受潮。升温是引起漏瓶的主要原因，在储藏和运输环节，应考虑葡萄酒所能承受的最高温度。主要工序中可能出现的导致质量瑕疵或安全指标不合格的原因见表2。

表2 瑕疵及不合格原因及其编码一览表

3 葡萄酒生产贮运过程中质量安全控制T 型矩阵图的构建

按照矩阵图构建的基本思路，分别构建质量瑕疵及不合格项目与产生原因的L 型矩阵和不合格产生原因与原料及工序之间的L 型矩阵，组合成T 型矩阵图。结合上述工艺分析找出质量瑕疵和不合格项目、可能导致不合格项目的原因与各道工序之间相互对应的关联关系，并对相关程度进行判断，记录在图2 行和列的交汇处，▲代表强相关，△代表弱相关。为保证T 型矩阵图的准确性和客观性，生产企业应组织经验丰富的工艺技术人员，利用头脑风暴、鱼骨图、KJ 法等质量工具反复讨论、分析与修订。本研究条件下构建的T 形矩阵图见图2。通过不合格项目、不合格产生原因、工序三维T 型矩阵图，根据“▲”可以归纳出主要不合格项目产生的关键原因以及对应工序，见表3。

表3 主要不合格项目关键原因及对应工序

图2 红葡萄酒瑕疵及不合格项目-原因-工序矩阵图

综上，在影响葡萄酒质量的各种因素中，酿酒葡萄的品种与成熟度是葡萄酒品质的本源。品种要在能发挥其潜在品质的生态条件和栽培技术下才能表现出特质。葡萄浆果的成熟度对葡萄酒的质量和品类有重要影响，只有用成熟良好的葡萄果实才能生产出品质优良的葡萄酒。葡萄果实充分成熟除保证生长周期外，还与夏天气候条件有关。

浸渍发酵（酒精发酵）和苹果酸-乳酸发酵是影响红葡萄酒质量安全的核心环节，要选取优良的酿酒酵母，控制好发酵时的温度、pH 值，以及浸渍发酵、苹果酸-乳酸发酵的启动与结束及倒罐分离与压榨等环节的时机，对红葡萄酒质量的影响非常重要。质量缺陷无法事后纠正，否则会造成新的安全问题。葡萄酒生产企业生产前必须对发酵过程进行确认，严格执行工艺操作规程，确保质量安全。

本研究从酿酒葡萄开始，通过除梗破碎、浸渍发酵、酒精发酵、分离和压榨、苹果酸-乳酸发酵、陈酿、澄清、稳定和装瓶等工序对成品质量安全影响的分析，明确了每道工序中的关键质量控制点，以及相应的预防和控制措施，确保为实现对葡萄酒质量的主动精确控制，达到最佳质量提供指南。要做好葡萄酒质量安全预防和控制的前提是酒厂要执行《葡萄酒企业良好生产规范》（GB/T 23543—2009）和《中国葡萄酒酿造技术规范》，质量控制人员、酿酒师、生产操作人员必须进行相关培训，以控制人员操作失误造成的质量问题。《葡萄酒》（GB/T 15037—2006）是当前我国葡萄酒产品的执行标准，也是监督抽检的主要依据，所规定的品质安全指标以常规理化指标为主，监测这些常规项目已无法满足日益严格的葡萄酒品质安全监控需求，如标准上农药残留限量的缺失，有机酸、多酚与单宁等风味化学成分指标的空白，添加剂及加工助剂项目的不完善，未涉及生物胺与氨基甲酸乙酯等，亟待修订完善。生产实践中有些安全问题必须全面系统控制，如控制和消除葡萄酒中氨基甲酸乙酯包括选用优良菌株、改良发酵原料、优化发酵和陈酿条件以及外源添加酸性脲酶等手段。

4 结语

通过从《消费者报道》提供的当前葡萄酒质量瑕疵与安全问题出发，分析葡萄酒从原料到生产过程影响质量安全的因素，构建不合格原因，工序与不合格项目之间的相关关系的T 形矩阵图，可以一目了然地让质量管理人员、工艺技术人员和操作人员明确葡萄酒常见的不合格问题并精准、全面地识别控制潜在不合格、可能发生的关键控制点。因此，应用矩阵图也可以指导质量管理人员、工艺技术人员、质量检验人员有针对性地制定过程控制文件，有的放失地实施工艺检查，确定过程巡检的重点。尽管本研究是以红葡萄酒为例，但该分析方法可以广泛运用于各类葡萄酒的质量安全控制中。矩阵图法是一种操作简易、直观可视、科学统筹以及系统全面的策划过程质量安全控制的实用工具。其可使葡萄酒生产企业建立质量安全危害控制计划（HACCP/OPRP计划）和质量管理体系，进而持续提供满足顾客和适用法律法规要求的葡萄酒产品。