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葡萄汁中可同化氮素对葡萄酒发酵的影响 0 葡萄汁可同化氮素的添加量 葡萄酒的味道成分是葡萄酒质量的重要组成部分。根据工艺过程和来源，葡萄酒香、发酵香和陈戈香分为品种香、发酵香和香料。发酵香气是在葡萄酒酒精发酵过程中产生的香气,主要构成物质为高级醇、酯类、挥发性脂肪酸、羰基化合物及挥发性硫化合物等。影响葡萄酒发酵香气最基本的因素是发酵原料、酵母种类和发酵条件。葡萄汁中的氮化物影响酵母的生长、发酵速率、发酵持续时间及糖代谢速率等。在酒精发酵过程中,酵母优先利用的氮源为铵态氮、游离α-氨基酸(脯氨酸除外)和小分子多肽,被称为酵母可同化氮素(yeast-assimilable nitrogen,YAN)。铵态氮是酵母可同化氮素的主要成分,是酿酒酵母优先利用的无机氮源;而葡萄汁中的游离氨基酸是葡萄酒发酵香气成分的主要前体物,其含量直接影响葡萄酒中高级醇、酯类及挥发性脂肪酸等香气成分的形成。葡萄汁可同化氮素的组成及含量与品种、砧木、生态条件、施肥、土壤管理、果实成熟度等密切相关[12,16,17,18,19,20,21]。 较多的研究认为,葡萄酒正常发酵所需的最低可同化氮素含量为140—150 mg N·L-1,适宜发酵需要的可同化氮素为200—500 mg N·L-1,超过500 mg N·L-1则认为可同化氮素含量过量。实际上,发酵所需的可同化氮素浓度与酵母菌株、葡萄汁含糖量、发酵条件等密切相关。葡萄汁中可同化氮素含量过低(小于140 mg N·L-1)会导致发酵过程中酵母菌数量低,发酵活力弱,增加葡萄酒发酵延缓和中止的危险性;生产上为了避免和解决这一问题,通常在发酵前和发酵早期向葡萄汁中添加可同化氮素如铵盐、氨基酸等;但可同化氮素添加过量会导致生物胺和致癌物质氨基甲酸乙酯的产生。国外关于葡萄汁可同化氮素的添加对酒精发酵动力学、葡萄酒香气成分及葡萄酒的质量等方面进行了很多研究[12,13,14,15,16,17,24,25,26,27,28,29,30],如Vilanova等与Torrea等研究认为,高级醇、支链脂肪酸、支链脂肪酸乙酯含量随葡萄汁中可同化氮素含量增加而减少,而中链脂肪酸和中链脂肪酸酯随可同化氮素含量增加而增加。目前国内有关可同化氮素与酵母生长、发酵动力和发酵香气物质的研究很少,张瑾等研究表明,模拟葡萄汁中可同化氮素含量增加,酵母菌数量增加,发酵速率加快,高级醇和酯类含量升高。因此,葡萄汁中可同化氮素的含量及葡萄酒酿造过程中可同化氮素的合理添加,对于提高葡萄酒发酵过程中优良香气物质的产生,减少不良香气,进一步提高葡萄酒的感官质量具有重要的意义。作者在本课题组研究酿酒葡萄果实氮化物的基础上,结合前人研究成果,综述了葡萄汁可同化氮素对葡萄酒发酵香气物质的影响。 1 酒精发酵过程 高级醇、酯类、挥发性脂肪酸及挥发性硫化合物是葡萄酒发酵香气的重要组成成分。高级醇主要是由酵母菌酒精发酵过程中氨基酸和糖代谢中间产物α-酮酸形成;酯类物质包括脂肪酸乙酯和乙酸酯,分别由酰基Co A与乙醇和高级醇合成;挥发性脂肪酸是高级脂肪酸裂解或醇、醛氧化的产物;挥发性硫化合物主要是半胱氨酸和甲硫氨酸代谢过程的产物;发酵香气物质的合成途径见图1。 1.1 高级醇及氨基类化合物 所有酵母发酵过程中都会产生一定量的高级醇,目前已从葡萄酒中检测到100余种高级醇类物质。除乙醇外,高级醇约占葡萄酒香气成分的50%,对葡萄酒香气有重要影响,其含量低于300 mg·L-1时,可增加葡萄酒香气的复杂性,但其含量超过300 mg·L-1时,则会破坏葡萄酒的香气。发酵过程中形成的高级醇主要有1-丙醇(清爽,酒精味)、1-丁醇(酒精味)、2-甲基-1-丙醇(苦杏仁味)、2-甲基-1-丁醇(药物化学味)、3-甲基-1-丁醇(奶酪味)、异丁醇(杂醇油的醇香)、异戊醇(苦杏仁味、涩味)、1-己醇(青菜味、吐司味)、苯甲醇(苦杏仁味)和2-苯乙醇(玫瑰花香、蔷薇香气、花粉味)等。 大多数高级醇是酵母发酵的副产物,由氨基酸衍生的α-酮酸形成,或由葡萄糖代谢过程中间产物α-酮酸形成,如图2所示。可同化氮素含量较低会导致酵母菌发酵活力减弱,使葡萄糖代谢中间产物α-酮酸过剩,大量酮酸脱羧还原形成高级醇;反之,可同化氮素含量高会减少高级醇产生。许多研究表明,高级醇含量与起始可同化氮素含量成反比,尤其是在低氮含量下。Torrea等发现向霞多丽葡萄汁中添加铵和氨基酸,当可同化氮素含量在200—500mg N·L-1时,2-甲基-1-丙醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、1-己醇和2-苯乙醇等所有高级醇随可同化氮素含量增加而减少;当可同化氮素含量低于300 mg N·L-1时,高级醇含量高于300 mg·L-1,破坏了葡萄酒的香气。同时Losada等及Hernández-orte等研究