低温条件下希氏乳杆菌Q19苹果酸-乳酸发酵特性及其对葡萄酒香气成分的影响

葡萄酒的酿造主要包括2 个不同的发酵过程：由酵母菌完成的乙醇发酵和由乳酸菌完成的苹果酸-乳酸发酵（MLF）。目前，生产中应用最广泛的MLF菌种为酒酒球菌（Oenococcus oeni），它具有优良的发酵特性和应对多种葡萄酒逆境胁迫的能力，但由于世界范围内少数几家商业酒酒球菌的广泛使用，使得本土微生物资源受到威胁，也带来葡萄酒的同质化等问题。特别是我国西部葡萄酒产区在11月份后正值MLF进行时气温迅速下降，在一些控温条件差的酒厂，利用传统商业乳酸菌进行MLF存在困难。宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植区域面积广大，风土差异明显，有较丰富的酿酒微生物资源，开发利用本土酿酒微生物资源，不但可以突出葡萄酒的“风土”特征，而且可以逐步筛选出适合当地环境的酿酒微生物。

目前，关于苹果酸-乳酸细菌筛选的研究多集中于酒酒球菌，但有学者发现和酒酒球菌一样，乳杆菌（Lactobacillus）属中的希氏乳杆菌（L.hilgardii）同样具有启动和完成MLF的能力，并产生与酒酒球菌不同的香气物质。然而，我国关于希氏乳杆菌的筛选及其对葡萄酒MLF影响的研究却鲜有报道。近年来，研究者对能在低温条件下完成MLF菌株的筛选越来越感兴趣。目前，低温发酵通常应用于乙醇发酵，并以此改善葡萄酒的品质，但关于低温条件下进行MLF对葡萄酒香气的影响尚未见报道。

宁夏大学农学院的白雪菲和宁夏大学葡萄酒学院、葡萄与葡萄酒教育部工程研究中心以及宁夏葡萄与葡萄酒工程技术中心的金刚*、张军翔*等人以从宁夏贺兰山东麓产区筛选出的1 株希氏乳杆菌Q19为研究对象，探究其在不同温度条件下的发酵性能及其对葡萄酒香气成分的影响，以期为希氏乳杆菌在低温发酵中的应用提供数据支持与参考。

1 不同温度条件下MLF对葡萄酒理化指标的影响

结果显示，在不同温度处理条件下，L-乳酸含量显著升高，说明菌株Q19可以使L-苹果酸脱羧生成L-乳酸。各处理MLF后葡萄酒中总酸含量都显著减少，15 ℃和20 ℃发酵总酸降低最为显著。挥发酸含量是判断葡萄酒健康状态的指标，也是评判乳酸菌发酵特性的指标，各处理均低于国家标准，其中15 ℃与其他处理组相比，挥发酸含量最低。另外，各处理组MLF后酒样中柠檬酸和总糖含量均有微量降低。

2 不同温度条件下MLF过程中菌密度变化

如图1所示，菌株Q19活化后接入葡萄酒中进行不同温度MLF，菌密度均呈现先下降后稳定的状态。从接种后到第8天，10、15 ℃与20 ℃发酵酒样相比，菌密度有明显的下降；接种8 d后，20 ℃发酵酒样的菌密度趋于稳定，并保持在107 CFU/mL；而10、15 ℃发酵酒样的菌密度分别在发酵24 d和12 d呈现先下降后上升的趋势，最后趋于稳定并保持在106 CFU/mL；在接种24 d后，各处理酒样的菌密度仍保持在106～107 CFU/mL。

3 不同温度条件下MLF后葡萄酒中L-苹果酸含量的变化

如图2所示，菌株Q19接入葡萄酒中进行不同温度条件下的MLF，L-苹果酸含量均有所下降。接种后第8天，与初始L-苹果酸含量相比，10、15 ℃和20 ℃发酵酒样中L-苹果酸含量分别降低了17.5%、 40.6%和45%；在接种28 d后，10 ℃发酵酒样的L-苹果酸质量浓度仍有0.87 g/L，尽管菌密度保持在106 CFU/mL，说明菌株Q19在10 ℃条件下MLF活性受到抑制；而15 ℃发酵酒样的L-苹果酸降到0.27 g/L，表现出了良好的L-苹果酸分解能力，表明菌株Q19在15 ℃条件下具有完成MLF的能力。

4 不同温度条件下MLF后葡萄酒香气物质

结果显示，酒样共检测到62 种挥发性化合物，包括18 种醇类，34 种酯类，3 种有机酸，3 种其他类化合物和4种萜烯类物质。其中未经MLF的酒样中香气物质检测总量和种类分别为217.48 mg/L和46 种，菌株Q19在10、15 ℃和20 ℃条件下进行MLF后，香气物质检测总量和种类数分别为182.55 mg/L和41 种、209.99 mg/L和52 种、194.66 mg/L和48 种。与未经MLF的酒样相比，各处理酒样香气物质检测总量均有所下降，但15 ℃和20 ℃处理显著增加了可检测物质的种类，其中15 ℃处理增加了正辛醇、庚酸乙酯、壬酸乙酯、乳酸乙酯、十一酸乙酯、正癸醛和萜烯类化合物含量，以及萜烯类化合物的种类。

5 不同温度条件下MLF后酒样香气物质的PCA

为了进一步分析不同温度条件下MLF对香气物质的影响，将供试酒样进行PCA，以特征值大于1为依据，提取2 个主成分，PC1（39.78%）和PC2（33.19%）的累计方差贡献率为72.97%。由图3可知，与PC1高度正相关的为庚酸乙酯、壬酸乙酯、乳酸乙酯、十一酸乙酯、正辛醇、里那醇、松油烯和β-蒎烯，而乙酸异戊酯、正己酸乙酯、甲酸辛酯和3-甲基-1-戊醇与PC1呈负相关；对PC2起贡献作用的香气物质主要有苯甲醇、苯乙醇、正癸醇、异戊醇和乙酸苯乙酯等，与辛酸、十三酸乙酯和3-羟基丁酸乙酯呈负相关。可以看出，发酵酒样中，15 ℃发酵酒样在PC1的正半轴得分最高，庚酸乙酯、乳酸乙酯、壬酸乙酯、十一酸乙酯、正辛醇、β-蒎烯、里那醇和松油烯含量较高，赋予葡萄酒独特的花香、果香，增加了其香气复杂性；20 ℃发酵酒样在PC2正半轴的得分较高，对其香气起贡献作用的物质主要是香茅醇和异丁醇；10 ℃发酵酒样在PC2的负半轴得分最高，辛酸和3-羟基丁酸乙酯含量较高，使其表现出较多的果香和脂肪味。

结 论

希氏乳杆菌Q19在10、15、20 ℃条件下，启动MLF将苹果酸转化成乳酸，在15、20 ℃条件下，菌株表现出良好的苹果酸分解能力，启动发酵28 d内苹果酸质量浓度分别降到0.27 g/L和0.15 g/L，但在10 ℃条件下，启动发酵28 d内苹果酸质量浓度仍保持在0.87 g/L，MLF速度受到较大影响。10、15 ℃条件下，菌株对柠檬酸和糖进行了少量的代谢，但发酵后挥发酸升高不显著。在不同温度条件下，希氏乳杆菌Q19 MLF后的香气物质类别具有显著差异，与20 ℃发酵相比，15 ℃条件下发酵后葡萄酒中香气物质的种类与含量更丰富，其中正辛醇、庚酸乙酯、壬酸乙酯、乳酸乙酯、十一酸乙酯、正癸醛和萜烯类物质含量增加，赋予了葡萄酒独特的花香、果香等香气特征。结果表明希氏乳杆菌Q19能在15 ℃低温条件下启动并完成MLF，并能提升葡萄酒的香气质量，因而具有较高的商业化价值。

本文《低温条件下希氏乳杆菌Q19苹果酸-乳酸发酵特性及其对葡萄酒香气成分的影响》来源于《食品科学》2020年41卷18期146-152页，作者：白雪菲，金刚，刘思，马雯，张众，王卉青，张军翔。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190805-053。