在葡萄酒酿造中,二氧化硫(SO2)作为一种食品添加剂具有不可或缺的作用,主要体现在抗菌、抗氧化和澄清3个方面[1]。抗菌作用是利用SO2破坏微生物细胞的细胞膜和酶活性特性,利用不同浓度选择性抑制不需要的酵母和细菌的生长,确保需要的酵母(Saccharomyces cerevisiae等)顺利进行发酵[2]。同时SO2作为一种强效抗氧化剂,可以与葡萄酒中的氧气、过氧化氢及自由基反应,降低氧化反应的发生,从而保护葡萄酒的香气和风味[3]。此外,SO2能够促进葡萄酒中悬浮颗粒的沉淀,使其在发酵结束后的储存过程中提升澄清度以及稳定葡萄酒颜色[4],起到优化葡萄酒的整体外观和色泽的作用。

适量添加SO2能够有效维持葡萄酒的优良品质,过量添加SO2虽然可以降低葡萄酒出现氧化、酸败等问题,但会掩盖葡萄酒的天然风味,还会对其口感和香气产生负面影响[5]。高浓度SO2的葡萄酒在口腔中往往会引发苦涩味和灼烧感,同时降低葡萄酒的持久性。这种不愉快的苦味会干扰葡萄酒的甜度和酸度平衡,使其酒体不够柔和[3]。此外,过高的SO2浓度还可能导致香气缺陷,遮盖葡萄酒中的果香、花香和其他复杂的香气成分,使得整体香气变得单一或不自然[6]。

同时SO2对人体健康的影响也引起了广泛关注。摄入过量的SO2可能对于某些敏感人群引发过敏反应(皮肤红肿、呼吸困难和头痛等),甚至可能引发哮喘等严重呼吸系统疾病[7-8]。为了保障消费者的健康和安全,我国GB 2760—2024《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定:葡萄酒中SO2的最大使用量(以SO2的残留量计)为0.25 g/L,甜型葡萄酒中SO2的最大使用量(以SO2的残留量计)为0.4 g/L。欧盟委员会(EC 606/2009)和国际葡萄与葡萄酒组织(Organisation Internationale de la Vigne et du Vin,OIV)已明确规定葡萄酒中SO2的允许添加量:常规红葡萄酒和白葡萄酒中SO2的含量分别不得超过150 mg/L和200 mg/L,而有机红葡萄酒和白葡萄酒中SO2的含量要求则更为严格,分别不得超过100 mg/L和150 mg/L[9-10]。此外,葡萄酒行业正积极探索进一步减少或替代SO2使用的方法[11]。

干白葡萄酒是重要的葡萄酒品种,具有优雅的果香,已知的活性香气成分约40种[12]。近年来,宁夏贺兰山东麓产区发展迅速,贵人香葡萄的种植和酿造技术不断提升,葡萄酒品质获得了国际认可,展现出巨大的品质潜力,成为中国葡萄酒的优秀代表之一。然而,由于干白葡萄酒中抗氧化物质相对较少更易被氧化,所以,在酿造过程中需要添加更多的SO2。

葡萄酒生产过程中SO2添加主要在发酵前和陈酿期间。目前,宁夏贺兰山东麓产区贵人香干白葡萄酒的生产酒庄在生产过程中,发酵前添加的SO2约为60 mg/L[13-14]。本研究分别在发酵前添加0、20、40、60 mg/L的SO2,测定对葡萄酒基本理化指标、微生物稳定性、抗氧化性、挥发性气味化合物及香气感官特性的影响,以期确定最低有效SO2添加量,为产区葡萄酒低硫工艺提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

葡萄原料:2023年9月采自宁夏贺兰山东麓产区西夏子产区新牛庄园的白色品种贵人香(Vitis vinifera L. cv Italian Riesling)酿酒葡萄。该葡萄的葡萄汁含糖量为215.00 g/L,可滴定酸4.96 g/L(以酒石酸计),pH值3.51,卫生状况良好。

卓越XR活性干酿酒酵母(酶活为1×105 CFU/mL)、Vinozym vintage FCE果胶酶(酶活为1 000 U/mL)、偏重亚硫酸钾、皂土,法国LAMOTHE-ABIET公司;氢氧化钠、氯化钠、亚硫酸氢钠、浓硫酸、酚酞、葡萄糖、次甲基蓝,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;福林酚,上海瑞永生物科技有限公司;无水乙醇、酒石酸钾钠、碳酸钠、硫酸铜,分析纯,天津市大茂化学试剂有限公司;4-甲基-2-戊醇(质量分数≥98.0%),色谱纯,日本TCI公司;链长C8～C20正构烷烃(质量分数≥99.7%),色谱纯,美国Sigma-Aldrich公司;DPPH(2,2-二苯基-1-苦基肼基)和ABTS(2,2-联氮-3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸)自由基检测试剂盒,上海通蔚实业有限公司;TSA固体培养基和WLN固体培养基,青岛海博生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

7890B-7000D型气相色谱-质谱联用仪[配置电喷雾离子源ESI及DB-WAX色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)],美国Agilent公司;PAL3型自动进样器,DVB/CAR/PDMS三相纤维萃取头,瑞士CTC公司;HH-4型恒温水浴锅,苏州威尔实验用品有限公司;TU-1901型双光束紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限公司;ME104E型电子天平,德国Mettler Toledo公司;雷磁PHS-3C型pH计、氧化还原电位计[葡萄酒氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)复合电极],上海仪电科学仪器股份有限公司;1530-00287C型全波长酶标仪,赛默飞世尔科技公司。

1.3 实验方法

1.3.1 葡萄酒的酿造

葡萄酒酿造采用传统酿造工艺,所有处理组工艺均保持一致。

对葡萄果实进行挑拣筛选、除梗、破碎压榨后收集约4 L葡萄醪(未添加硫),加入果胶酶30 mg/L,依次分装到标有S0、S20、S40、S60编号的5 L玻璃发酵罐中,分别加入8 g皂土后,低温澄清12 h,取上清液,分别在对应编号发酵罐中添加相当0 mg/L(S0处理组)、20 mg/L(S20处理组)、40 mg/L(S40处理组)和60 mg/L(S60处理组)SO2质量浓度的偏重亚硫酸钾。所有发酵罐接种200 mg/L的酿酒酵母启动发酵,控温16～20 ℃发酵,发酵过程中每天监测并记录葡萄酒的比重和温度,待比重降至0.992～0.995,并保持稳定,视为发酵结束。将各处理组得到的澄清葡萄酒进行装瓶储藏,每个处理组进行3次重复实验。

1.3.2 葡萄酒基本理化指标分析

参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定酒样基本理化指标。

采用直接滴定法测定残糖(以葡萄糖g/L计),密度瓶法测定酒精度,指示剂法测定可滴定酸(以酒石酸g/L计)和挥发酸(以乙酸g/L计),直接碘量法测定总硫和游离SO2,使用pH计测定pH值。

使用福林-肖卡法[15]测定总酚含量,色度和色调值参考文献[16]的方法测定。色度值的测定见式(1),色调值的测定见式(2)。

色度值=(A420 nm+A520 nm+A620 nm)×10。

(1)

色调值=A420 nm/A520 nm。

(2)

式(1)和式(2)中,A420 nm为黄绿色吸光度,A520 nm为紫红色吸光度,A620 nm为蓝绿色吸光度。

1.3.3 葡萄酒微生物稳定性分析

采用Serrano等[17]的方法对各处理组微生物稳定性进行分析。在酒精发酵结束阶段取样,测定微生物含量。分别使用TSA固体培养基和WLN固体培养基计数细菌和酵母菌(既包括酿酒酵母,也包括非酿酒酵母),样品中活菌数量(CFU/mL)采用平板培养菌落计数法统计。用无菌水溶液稀释酒样,取0.1 mL不同稀释度样品均匀涂布于无菌的琼脂平板上,30 ℃培养至平板上的菌落数量基本不变(平板菌落数25～250 CFU/mL)。

1.3.4 葡萄酒抗氧化性分析

1.3.4.1 氧化还原电位的测定

采用孙文静等[16]的方法测定葡萄酒氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)值,测定温度控制在(20.0±1.0)℃。测定前校正电位仪,使ORP值保持在正确范围。将氧化还原电位复合电极依次浸入酒样液面进行测量。

1.3.4.2 DPPH和ABTS自由基清除能力测定

DPPH和ABTS自由基清除能力测定,根据试剂盒说明书提供的指南并略作修改。吸取200 μL酒样于2个离心管中,分别加入900 μL ABTS反应液和DPPH乙醇溶液(浓度为20 μmol/L),旋涡振荡混匀反应10 min,室温下10 000 r/min离心10 min,取上清液分别在405 nm和515 nm处测定吸光值(As)。用等体积的蒸馏水代替酒样重复操作作为对照(A0)。根据式(3)计算自由基清除率。

清除率=(1-As/A0)×100%。

(3)

1.3.5 葡萄酒挥发性气味化合物的分析

参考Zhang等[18]的方法利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(head space-solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)技术对挥发性气味化合物进行检测。样品前处理。顶空瓶中依次放入1.5 g NaCl、5 mL酒样、10 μL 4-甲基-2-戊醇溶液(内标,1.008 3 g/L)以及磁力转子,置于磁力搅拌器中,并放入纤维萃取头,50 ℃ 250 r/min条件下搅拌振荡30 min。

色谱条件:进样口温度230 ℃,热解析8 min;载气为氦气,流速1 mL/min;升温程序起始于50 ℃保持1 min,以3 ℃/min的速度升温至220 ℃,保持5 min。质谱条件:接口温度280 ℃,离子源温度230 ℃,质谱采用70 eV能量的电子轰击源,质量扫描范围为m/z 29～350 u,运行时间63 min。

定性和定量分析,参照孙文静等[16]的方法进行。采用保留指数法(retention index, RI)、质谱谱库(NIST 17)比对、标准化合物比对的方法对挥发性气味化合物进行定性分析。使用标准品化合物,以内标-标准曲线法进行定量。对缺少标准品的化合物根据化学结构相似和碳原子数相近的原则进行定量。用气味化合物的质量浓度除以文献中获得的该物质的阈值,计算出化合物的气味活性值(odor activity value, OAV)。筛选出对葡萄酒香气有直接贡献(OAV>1)的主要挥发性气味化合物进行主成分分析(principal component analysis,PCA)。

1.3.6 葡萄酒香气感官特征分析

由宁夏大学葡萄酒专业老师和学生组成葡萄酒感官品评小组,共12名(6名男性、6名女性),每名评价员均经过专业品评培训。在标准品酒室(符合ISO 8589—1998标准)使用标准品酒杯(符合ISO 3591—1997标准)品鉴。

按照 GB/T 29604—2013《感官分析 建立感官特性参比样的一般导则》的方法确定感官描述词。葡萄酒感官评分参照文献[16]的方法略作改动,评价员根据表1对各处理组葡萄酒外观、香气、口感以及整体可接受度进行打分。将选出的感官描述词呈给各评价员,以盲评方式对不同浓度SO2处理组的酒样进行品鉴,每个样品随机编号。评价员根据表2对各处理组葡萄酒香气特征进行打分。各指标最终结果去除最大值和最小值后,取平均值进行分析。

1.4 数据处理

采用Excel 2019软件进行基本数据统计处理;挥发性气味化合物数据使用Agilent Masshunter Workstation Qualitative Analysis 10.0软件进行统计;数据平均值和标准偏差的计算、单因素方差分析、显著性分析和主成分分析(principal component analysis,PCA)通过R Studio 4.2.2软件完成;数据归一化处理、柱状图以及雷达图由Origin 2023 b完成;实验中各项检查指标均检测3次。

2 结果与分析

2.1 发酵前不同SO2添加量对基本理化指标的影响

不同SO2浓度处理的贵人香干白葡萄酒基本理化指标检测结果见表3。由表3可知,葡萄酒中残糖的质量浓度均低于4 g/L,并且各处理组间无显著性差异,说明发酵前0～60 mg/L的SO2添加量不会影响发酵过程的完成。酒精度在S0处理组中显著低于S40和S60处理组中的葡萄酒(P<0.05),这可能是因为不添加SO2的葡萄酒在酒精发酵过程中会有更多其他微生物(非酿酒酵母)的参与,降低了糖向酒精的转化[19],进而导致酒精度较低。

随着添加SO2浓度的升高,可滴定酸含量呈先降低再增加的趋势,S60处理组显著高于其他处理组,可滴定酸含量高达5.57 g/L,说明较高浓度的SO2可能通过抑制微生物产生碱性物质[20],导致葡萄酒中可滴定酸含量较高。与可滴定酸相比,葡萄酒中挥发酸含量都较低,各处理组不同程度导致挥发酸升高。其中,S60处理组挥发酸含量显著低于S0处理组,S20和S40处理组并不显著(P>0.05)。

由于SO2本身存在抗氧化性,能够防止葡萄酒中酚类物质和芳香物质被氧化[21],所以葡萄酒中添加较高浓度的SO2可以维持或提升葡萄酒总酚水平。由表3可知,S40和S60处理组葡萄酒总酚含量显著高于其他处理组(P<0.05),分别高达0.30 g/L 和0.37 g/L。Abramovi等[22]研究表明使用Folin-Ciocalteu(福林-肖卡试剂)测定总酚含量,SO2的浓度会直接影响白葡萄酒总酚的含量,添加高浓度SO2时葡萄酒总酚含量较高。不同处理组的葡萄酒色度值存在显著变化。S0处理组葡萄酒色度值显著低于其他处理组(P<0.05),这可能是因为葡萄酒中添加SO2有助于防止色素氧化,提高葡萄酒色度,从而维持或提升葡萄酒的色泽稳定性[23]。色调值表示葡萄酒的颜色深浅,色调值越高则黄色调越重,添加不同浓度的SO2对色调并无显著影响。

发酵前SO2添加量最终也反映到发酵结束后的葡萄酒中,发酵前SO2添加量越高,发酵后的总硫越高。由表3可知,在S60处理组总硫高达36.56 g/L,显著高于其他处理组(P<0.05);在S0处理组葡萄酒中也含有4.05 g/L的总硫,这可能是发酵过程中酵母利用含硫氨基酸等物质生成的硫化物[24]。各处理组游离SO2变化也有显著性差异,S40和S60处理组葡萄酒显著高于其他处理组(P<0.05)。游离SO2含量的差异要远远小于总硫,实际上游离SO2中有效部分(如分子态的SO2)在发酵过程中已经完全消耗[5]。

2.2 发酵前不同SO2添加量对微生物稳定性的影响

SO2作用广泛,其中一个作用就是选择性抑菌[25],这也对葡萄酒微生物的生长有一定影响。对4个处理组发酵后葡萄酒酵母菌及细菌菌落数进行统计分析,结果见表4。由表4可知,发酵前SO2添加量越低,葡萄酒中酵母菌及细菌活菌数越高,在S0处理组下分别为35.10 CFU/mL和4.40 CFU/mL,在S60处理组分别为2.60 CFU/mL和0.60 CFU/mL。各处理组间存在显著差异(P<0.05),说明SO2在“贵人香”白葡萄酒酿造过程中,不但对前期葡萄汁低温澄清阶段的微生物有一定抑制作用,并且对发酵结束微生物的稳定也有一定的积极作用。Bokulich等[26]的研究表明添加SO2浓度越高,越能有效控制葡萄酒中微生物生长和代谢过程,防止酒样酸化和变质。

2.3 发酵前不同SO2添加量对抗氧化性的影响

ORP宏观上反映了葡萄酒中各种物质氧化能力大小,高电位说明葡萄酒中存在较强的氧化反应,导致抗氧化性弱;反之,电位低,抗氧化性越强[27]。DPPH和ABTS是两种常用的抗氧化活性自由基,通过它们测量酒样抗氧化剂清除自由基的能力来评估酒样的抗氧化性能,自由基清除率越高,葡萄酒抗氧化性越强[28]。各处理组氧化还原电位、DPPH及ABTS自由基清除率分析结果见图1。由图1(a)可知,各处理组氧化还原电位存在显著性差异。S60处理组葡萄酒ORP值显著最低(P<0.05),仅有305.8 mV,说明发酵前SO2添加量越大,ORP值越低,抗氧化性越强。

由图1(b)和图1(c)可知,DPPH及ABTS自由基清除率在S40和S60处理组均显著最高(P<0.05),S40处理组分别高达24.9%和24.6%,S60处理组分别高达22.51%和23.04%,说明添加40 mg/L和60 mg/L的SO2会显著提升葡萄酒抗氧化性。从图中还可以看出S40处理组略高于S60处理组,但二者并不显著,推测可能是因为葡萄酒发酵前添加较高浓度的SO2(60 mg/L)时,一些产生抗氧化代谢产物的微生物(酵母菌等)生长和代谢受到严重抑制[29],导致抗氧化代谢产物产量减少,从而影响葡萄酒整体的抗氧化性。此外,DPPH自由基清除率在S0处理组显著最低,ABTS自由基清除率在S0和S20处理组均显著最低(P<0.05),说明发酵前不添加或添加20 mg/L的SO2时,氧化过程没有被有效抑制,导致抗氧化性低。总之,当添加40 mg/L和60 mg/L的SO2可能允许微生物在一定程度上正常代谢,产生更多有助于抗氧化的物质,并且还可以有效清除大量自由基,增强发酵后葡萄酒抗氧化性,这也为葡萄酒陈酿时期质量稳定性奠定了基础。

2.4 发酵前不同SO2添加量对挥发性气味化合物的影响

2.4.1 对挥发性气味化合物总量及各类物质的影响

葡萄酒香气是葡萄酒质量的重要指标,挥发性气味化合物种类和含量组成复杂,因葡萄品种、工艺条件等造成复杂的香气成分差异,最终对葡萄酒产生积极或消极的影响[30]。各处理组挥发性气味化合物总量及各类物质总量变化分析见图2。由图2可知,S0和S20处理组葡萄酒挥发性气味化合物总量显著高于S40和S60处理组(P<0.05)。除此之外,S0处理组葡萄酒中醇类、脂肪酸类以及酯类化合物均显著高于其他处理组(P<0.05),对醛酮类以及其他类化合物含量无显著影响。这一结果一方面可能是因为葡萄酒添加一定量的SO2对微生物抑制作用降低,酒液易繁殖微生物(抑或包含更多杂菌),从而产生更多种类的挥发性气味化合物。Swiegers等[31]研究发现瓶葡萄酒中添加硫化物具有抑制发酵过程中会产生某些香气成分的微生物的作用;另一方面可能是因为高浓度的SO2干扰部分挥发性气味化合物前体的转化,改变挥发性物质的化学性质,从而影响香气的形成和释放,最终导致其浓度降低或转化为其他不易挥发的化合物。Frivik等[32]研究表明添加SO2会干扰这些化合物前体(如酯类、醇类等)的转化过程,引发一系列氧化、还原或与其他成分的结合的化学反应。

各处理组挥发性气味化合物的质量浓度测定结果见表5。由表5可知,4种处理组葡萄酒共检测出58种香气成分,其中醇类化合物18种,脂肪酸类化合物6种,酯类化合物22种,醛酮类化合物8种,其他类化合物4种。酯类化合物种类最多,醇类化合物含量最高。分别对各处理组挥发性气味化合物进行分析,发现S0处理组葡萄酒醇类化合物质量浓度高达326 190.58 μg/L,主要挥发性气味化合物含量由高至低依次是异戊醇、2,3-丁二醇、异丁醇、苯乙醇和正戊醇等;脂肪酸类化合物质量浓度在S0处理中高达97 682.47 μg/L,由高至低依次是异丁酸、乙酸、3-甲基丁酸、己酸和辛酸等;酯类化合物质量浓度在S0处理中高达68 495.42 μg/L,由高至低依次是乙酸乙酯、乙酸异戊酯、癸酸乙酯和正己酸乙酯等。

从表5中还可以看出香茅醇、4-萜烯醇、丁二酸二乙酯、月桂酸乙酯、乙酸香叶酯、水杨酸甲酯、水杨酸乙酯、橡木内酯、α-大马士酮、β-紫罗酮、苯甲醛、癸醛、4-乙基-2-甲氧基苯酚以及4-乙基苯酚等14个挥发性气味化合物质量浓度在各处理组中均无显著性差异,说明酒精发酵前添加不同浓度SO2对这些化合物无显著影响。除此之外,还发现一些化合物随着添加SO2浓度的升高质量浓度呈下降趋势,如(Z)-2-己烯醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、正戊醇、1-辛醇、苯乙醇、α-松油醇、3-甲硫基丙醇、乙酸、己酸、辛酸、3-甲基丁酸、异丁酸、丁酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸甲酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、乙酸己酯、乙酸异戊酯、正辛醛、呋喃甲醛、苯乙醛和苯酚等26个气味化合物。这些化合物在S0处理组浓度较高。据相关文献[36-39]报道,(Z)-2-己烯醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、正戊醇、乙酸、己酸、辛酸、3-甲基丁酸以及异丁酸等气味化合物在葡萄酒中更多释放的是不利于葡萄酒的气味,而这些化合物在S40和S60处理组中质量浓度相对较低。

在葡萄酒酿造工艺的研究中,SO2添加量并非越高越好。由表5可知,S40处理组对葡萄酒香气有益的正丁醇、正戊醇、庚醇、α-松油醇、异丁酸乙酯、乙酸异丁酯等6种挥发性气味化合物的含量显著高于S60处理组的葡萄酒。这些化合物可赋予葡萄酒浓郁的花香、清新的果香以及奶油带来的甜香,丰富葡萄酒的香气层次。与之相对,S40处理组中,不利于葡萄酒香气的2,3-丁二醇、乙酸乙酯和棕榈酸乙酯等3种气味化合物的质量浓度也显著低于S60处理组。这些化合物往往会给葡萄酒带来类似橡皮的化学气味、指甲油味、脂肪味以及还原味等不良气味[36, 39],影响葡萄酒的风味品质。综合这些研究结果发现,当不添加SO2或添加20 mg/L的SO2时,葡萄酒中挥发性气味化合物的总量高,释放气味化合物种类也更丰富。然而,葡萄酒产生异味的风险也较大。此外,相较于添加60 mg/L SO2的葡萄酒,添加40 mg/L的SO2释放有利于葡萄酒香气的气味化合物浓度更高,不利于葡萄酒香气的化合物较低。

2.4.2 主要挥发性气味化合物差异分析

气味活性值(odor activity value, OAV)是从香气化合物质量浓度和阈值两个维度共同表征香气活性成分贡献程度的关键指标,OAV>1的化合物视为葡萄酒中主要挥发性气味化合物。

由表3数据可计算出,4种处理组中OAV>1的挥发性气味化合物共有18种,且由大到小依次为异戊醇、乙酸己酯、异丁酸、苯乙醇、正戊醇、乙酸异戊酯、癸酸乙酯、己酸、辛酸、(E)-2-己烯醇、正己酸乙酯、(Z)-2-己烯醇、丁二酸二乙酯、乙酸苯乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、α-大马士酮。其中,丁二酸二乙酯和α-大马士酮在4种处理组中无显著性差异。

为了更直观区别各处理组挥发性气味化合物的差异性,对OAV>1且在4个处理组中具有显著性差异的化合物进行PCA,结果见图3。由图3可知,S0和S20处理组的酒样主要与异丁酸、乙酸己酯、(Z)-2-己烯醇、正戊醇、癸酸乙酯和正己酸乙酯含量高度相关。S20处理组在PC2负半轴还与(E)-2-己烯醇、己酸和辛酸相关,其中异丁酸、己酸和辛酸主要给葡萄酒带来氧化味、酸味、烂水果等不利于葡萄酒香气的异味。盖昱梓[40]研究表明异丁酸含量较高会给葡萄酒带来脂肪味、酸苦味等异味。

S40和S60处理组都分布在PC1负半轴和PC2正半轴,主要与乙酸苯乙酯、丁二酸二乙酯、苯乙醇、丁酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯和乙酸异丁酯含量高度相关。SO2一定程度上增加葡萄酒苯乙醇、乙酸异戊酯等挥发性气味化合物的含量,为葡萄酒带来令人愉悦的花香和果香,增加葡萄酒香气的复杂性,说明添加40～60 mg/L的SO2会抑制葡萄酒产生异味,释放更多有利于葡萄酒香气的花香和果香味。但是会导致乙酸乙酯增加,而该物质也更偏向于S60处理组,对葡萄酒香气品质带来负面影响。研究表明过量的乙酸乙酯对果酒气味是不利的[41],掩盖葡萄酒的品种香气,会产生清漆或指甲油等不良气味。说明添加60 mg/L的SO2时,葡萄酒会产生部分不利于葡萄酒香气的气味。

2.5 发酵前不同SO2添加量对香气感官特征的影响

不同SO2添加量葡萄酒整体感官评价结果见表6。 由表6可知,S0处理组葡萄酒整体感官评分较低。与S0组相比,S40处理组的葡萄酒外观、香气、口感及整体可接受度均较高,葡萄酒品质最优,其次是S60处理组。各处理组葡萄酒香气感官特征雷达图如图4所示。S0处理组花香味、氧化味高,果香味、还原味、草本植物及其他香味均较低,说明不添加SO2的葡萄酒容易被氧化,使得葡萄酒难以控制微生物活动,导致氧化味增加,同时果香味、还原味和草本植物香味受到抑制,葡萄酒风味不稳定。S20处理组果香味和氧化味较高,花香味、草本植物香气均较低,说明添加20 mg/L的SO2提供了一定的抗氧化作用,但该添加量不足以完全抑制氧化,导致氧化味还是较高。

相比S20处理组,S40处理组的葡萄酒提供了更好的抗氧化性和微生物选择性抑制作用,减少了氧化味和还原味,同时保护了花香味、果香味和草本植物香气。可能是因为SO2的添加会干扰葡萄酒香气前体转化,进而影响香气的释放。Zhang等[42]研究表明葡萄酒中的香气成分往往来自香气前体(如酯类、醇类、醛类等)的转化,较高浓度的SO2可能会干扰这些前体的转化过程,从而影响香气的形成和释放。S60处理组花香味、果香味、还原味、草本植物及其他香味均较高,氧化味较低。其中可能是因为添加的硫使葡萄酒产生H2S气体,导致还原味较高。Thoukis等[43]研究表明添加高浓度的SO2会产生明显的硫化氢(H2S)气味,这种气味可能会掩盖或干扰葡萄酒原有的香气,使葡萄酒产生类似于臭鸡蛋的还原味。

本研究表明,在发酵前不添加和添加20 mg/L的SO2时,葡萄酒整体感官评分均较低,葡萄酒异味(氧化味)较高;添加40 mg/L和60 mg/L的SO2葡萄酒整体感官评分均较高。其中,添加40 mg/L的SO2时,葡萄酒香气纯净浓郁,主要释放花香味、果香味和草本植物及其他香气,异味少;添加60 mg/L的SO2为葡萄酒提供了较强的抗氧化和微生物抑制作用,大幅度减少了氧化味,但同时也提升了花香味、果香味、草本植物香气以及还原味。

3 结 论

各处理组残糖含量均低于4 g/L,说明发酵前0～60 mg/L的SO2添加量不会影响发酵过程的完成。发酵前添加40 mg/L和60 mg/L的SO2可以显著提高酒精度、可滴定酸、总酚含量、色度值(P<0.05),可以显著降低挥发酸含量(P<0.05),色调并无显著影响。微生物稳定性分析发现S60处理组葡萄酒活菌数显著较低,说明SO2在贵人香白葡萄酒发酵中对微生物有抑制作用,并且对发酵结束后微生物的稳定有一定的积极作用。抗氧化性分析发现S40和S60处理组葡萄酒氧化还原电位值低,DPPH 以及ABTS自由基清除率均较高,葡萄酒抗氧化性强,说明发酵前添加40 mg/L和60 mg/L的SO2可以有效清除大量自由基,增强发酵后葡萄酒的抗氧化性,为后期葡萄酒的陈酿和质量稳定性奠定了基础。

各处理组的葡萄酒共检测出58种挥发性气味化合物,S0处理组葡萄酒挥发性气味化合物总量显著高于其他处理组,醇类、脂肪酸类以及酯类化合物含量显著增高,但是大部分化合物使葡萄酒产生异味。相较于添加60 mg/L的SO2,添加40 mg/L的SO2时有利于葡萄酒香气的气味化合物浓度更高,不利于葡萄酒香气的化合物较低。主成分分析显示S0和S20处理组葡萄酒会释放更多如异丁酸等不利于葡萄酒气味的异味化合物;S40和S60处理组葡萄酒中苯乙醇、乙酸异戊酯含量较高,呈花香和果香味;其中,S60组中乙酸乙酯含量较高,产生异味。

结合感官评价结果可知,S0、S20和S60处理组葡萄酒异味高、感官评分低。添加40 mg/L SO2时,香气总分、口感总分、整体可接受度最优,主要释放花香味、果香味和草本植物香气,异味少。综合葡萄酒微生物稳定性、抗氧化性、感官评价得分3个评价指标,发酵前添加40 mg/L SO2时,贵人香干白葡萄酒品质较佳;40 mg/L是最低有效SO2添加量。希望本研究结果可为产区葡萄酒低硫生产工艺提供理论依据和技术指导。

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Effect of Different SO2 Addition Levels Before Fermentation on Italian Riesling Dry White Wine Quality

WANG Zixin1, YANG Xiaohua1, ZHU Yuanzhenghong1, WANG Zheng1, YANG Hui2, SU Li2, ZHANG Junxiang1,3,*

(1.College of Enology and Horticulture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2.School of Life Sciences, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 3.Engineering Research Center of Grape and Wine, Ministry of Education, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

Abstract：Italian Riesling wine grapes, a white varietal grown from Helan Mountains East Foothill region in Ningxia were taken as raw materials. Dry white wine was made by conventional winemaking methods and Saccharomyces cerevisiae was added. Prior to fermentation, SO2 was added at varying mass concentrations of 0, 20, 40, and 60 mg/L. After fermentation, the wine’s physicochemical indicators, microbiological stability, antioxidant qualities, volatile components and fragrance sensory attributes were all identified. The findings demonstrated that the completion of fermentation was unaffected by the SO2 addition of 0～60 mg/L prior to fermentation. These included adding 40 and 60 mg/L of SO2 had no discernible influence on the wine’s color but significantly increased the wine’s alcohol, titratable acid, total phenol, and chroma value (P<0.05), while decreasing its volatile acid content (P<0.05). The viable numbers of bacteria and yeast decreased with increasing SO2 addition prior to fermentation. The wine exhibited excellent antioxidant qualities, with a low redox potential value, and high DPPH and ABTS+ free radical scavenging rates upon the SO2 addition of 40 and 60 mg/L. 58 different volatile odor components were detected in the wines of the four treatment groups. The wine without SO2 addition had the highest total contents of volatile odor components and also had high levels of alcohols, fatty acids, and esters, all of which frequently resulted in bad tastes. Wines without or with low SO2 addition generated more off-flavor chemicals such as isobutyric acid, which were detrimental to the wine’s odor, according to principal component analysis. The wine exhibited flowery and fruity aromas and had moderately high levels of phenethyl alcohol and isoamyl acetate when 40 mg/L and 60 mg/L of SO2 were added. According to the results of aroma sensory characteristics, the wine had low sensory scores and strong off flavors when SO2 was added in small amounts or none. Total aroma score, total taste scores, and overall acceptability were highest when 40 mg/L SO2 was added. The best quality Italian Riesling dry white wine was obtained when 40 mg/L SO2 was added prior to fermentation, as indicated by the three evaluation markers of microbial stability, antioxidant properties, and sensory evaluation scores of the wine. The minimum effective SO2 addition amount was investigated by study the effects of varying SO2 addition levels prior to fermentation on the quality of Italian Riesling dry white wine to provide a theoretical foundation and technical direction for the low-sulfur winemaking process.

Keywords：SO2 addition; Vitis vinifera L. cv Italian Riesling; microbial stability; antioxidant properties; wine quality

doi：10.12301/spxb202500032

文章编号：2095-6002(2025)05-0141-14

引用格式：王紫昕,杨小花,朱袁正鸿,等.发酵前不同SO2添加量对贵人香干白葡萄酒品质的影响[J]. 食品科学技术学报,2025,43(5):141-154.

WANG Zixin, YANG Xiaohua, ZHU Yuanzhenghong, et al. Effect of different SO2 addition levels before fermentation on Italian Riesling dry white wine quality[J]. Journal of Food Science and Technology, 2025,43(5):141-154.

中图分类号：TS261.4

文献标志码：A

收稿日期：2024-11-07

基金项目：宁夏回族自治区重点研发计划项目(2023BCF01029)。

Foundation：Key R &D Project of Ningxia Hui Autonomous Region(2023BCF01029).

第一作者：王紫昕,女,硕士研究生,研究方向为葡萄酒工艺。

*通信作者：张军翔,男,教授,博士,主要从事葡萄酒工艺与化学方面的研究。

(责任编辑：李 宁)