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Food Chem. X | 葡萄品种的“微生态指纹”：梅洛与赤霞珠自然发酵的香气密码
发布时间：
2026-02-15
来源：
科研智汇圈
文章信息
题目：From microbial communities to aroma profiles: A comparative study of spontaneous fermentation in merlot and cabernet sauvignon wines
期刊：Food Chemistry: X（2025）
作者：Qinqin Liu（甘肃农业大学）
研究亮点
1.品种特异性微生物群落：首次在同一葡萄园内系统比较了梅洛与赤霞珠自然发酵过程中的微生物群落差异，发现两者具有独特的“品种特异性”菌群。
2.香气物质与菌群强关联：明确了关键香气活性物质（如酯类、高级醇、萜烯）与特定微生物（如酿酒酵母、Tatumella、非酿酒酵母）之间的显著相关性。
3.真菌网络复杂性差异：梅洛样品的真菌群落具有更高的多样性和更复杂的种间互作网络，这可能与其更丰富的香气层次有关。
4.本土微生物驱动风味形成：研究强调了自然发酵中本土微生物群落对塑造葡萄酒独特感官品质的关键作用，为“风土”表达提供了微生物学解释。
研究背景
葡萄酒的风味复杂性很大程度上源于发酵过程中微生物的代谢活动。酵母、细菌和霉菌将糖类转化为丰富的挥发性化合物，共同塑造了葡萄酒的感官特征。在工业酿造中，常接种商业酿酒酵母以确保稳定性，但这也导致了风味的同质化。
相比之下，自然发酵依赖于葡萄本身、环境（空气、土壤）带来的本土微生物，能产生更独特、复杂且受消费者喜爱的香气。目前研究普遍认为，酿酒微生物的活动与分布受地理生态条件影响，存在显著的空间差异（即“风土”效应）。
然而，在同一葡萄园内，不同葡萄品种对微生物群落的影响常常被地理因素和管理措施所掩盖，导致品种特异性微生物群落与其代谢产物（尤其是香气）之间的关系尚不清晰。本研究旨在填补这一空白，探究同一风土条件下，梅洛与赤霞珠自然发酵过程中微生物群落与香气特征的差异及关联。
研究方案
样品采集与酿造：
2023年9月，从甘肃河西走廊的同一葡萄园（西巴兰葡萄园）采收梅洛和赤霞珠葡萄。
现场除梗破碎后，转入无菌发酵罐，运回实验室进行自然发酵（不添加二氧化硫）。
设置三个平行批次，按发酵进程在四个阶段取样：发酵前（F0）、发酵早期（F1，还原糖减少1/3）、发酵中期（F2，还原糖减少2/3）、发酵结束（F3，残糖<4 g/L）。
指标测定：
1.理化参数：总糖、乙醇、pH、总酸、有机酸（苹果酸、柠檬酸、酒石酸）、酵母可利用氮（YAN）。
2.挥发性化合物：采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS） 定性定量分析。
3.感官评价：由16名经验丰富的评价员对最终酒样进行9分制感官评分。
4.微生物群落分析：提取样品总DNA，对真菌ITS区和细菌16S rRNA高变区进行高通量测序，分析群落组成、多样性及动态演替。
5.数据分析：运用PCA、PLS-DA筛选差异挥发物；计算气味活性值（OAV）确定关键香气物质；通过α/β多样性分析、LEfSe分析、共现网络分析及Spearman相关性分析，揭示微生物群落结构、动态及其与香气物质、理化参数的关系。
研究结果
1.香气物质差异显著
梅洛酒样中鉴定出69种挥发性化合物，赤霞珠中79种，共有47种。
梅洛酒表现出更强烈的花果香，其酯类总含量（4071.63 µg/L）显著高于赤霞珠（3260.39 µg/L）。
赤霞珠酒则带有更多甜香与青草香，并检出独特的酸类物质。
通过PLS-DA和OAV筛选，最终确定了15种关键的差异香气活性化合物。
2.感官评价证实风味差异
梅洛酒的总体感官评分（7.89）高于赤霞珠（7.33）。
梅洛在花果香强度和整体香气强度上得分更高，赤霞珠则在口感上更优。
3.微生物群落具有品种特异性
发酵前，梅洛样品的真菌多样性和丰富度显著高于赤霞珠，而细菌反之。
梅洛中独特存在 Lachancea、Acremonium、Fructobacillus、Lactiplantibacillus 等属；赤霞珠中则特有 Penicillium、Wickerhamomyces、Gluconobacter、Klebsiella 等属。
发酵过程中，两者微生物群落均趋同，以 Saccharomyces（酿酒酵母） 和 Tatumella 为绝对优势菌属，但前期的群落差异为风味分化奠定了基础。
4.微生物互作网络不同
梅洛的微生物共现网络（16节点，107边）比赤霞珠（15节点，74边）更复杂，表明其种间互作（竞争或协同）更频繁。
5.关键菌群与香气物质强相关
相关性分析表明，Saccharomyces 和 Tatumella 与大多数特征性香气物质（如丁酸乙酯、己酸乙酯、苯乙醇等）呈显著正相关。
非酿酒酵母（如Hanseniaspora、Pichia）在发酵前期对香气复杂性的提升有重要贡献，例如Hanseniaspora uvarum与己酸己酯、香叶醇等物质的形成正相关。
图 1. 梅洛（XM）和赤霞珠（XC）自然发酵过程中的理化性质变化：（A）总糖、（B）乙醇含量、（C）总酸度、（D）挥发酸、（E）pH 值、（F）苹果酸、（G）YAN（酵母可同化氮）、（H）柠檬酸、（I）酒石酸。F0：发酵前（去梗压榨后的葡萄汁）；F1：发酵初期（约三分之一总糖被消耗）；F2：发酵中期（约三分之二总糖被消耗）；F3：发酵末期（总糖＜4 g/L）。a-d：不同字母表示存在显著差异（P＜0.05）。
图 2. 梅洛和赤霞珠自然发酵过程中挥发性化合物含量的动态变化：（A）不同类型挥发性化合物的浓度变化；（B）挥发性化合物的百分比组成变化；（C）主成分分析（PCA）得分图；（D）层次聚类分析（HCA）；（E）偏最小二乘判别分析（PLS-DA）得分图；（F）PLS-DA 模型的 200 次置换检验结果（R2=0.259，Q2=−0.675）；（G）维恩图显示梅洛和赤霞珠中共有及特有挥发性化合物的数量，重叠区域表示共有化合物数量；（H）16 种差异化合物的热图（VIP>0.1，P<0.05）；（I）通过 PLS-DA 计算的不同葡萄品种间差异挥发性化合物的投影重要性（VIP）得分，以及梅洛和赤霞珠自然发酵过程中 15 种差异挥发性风味化合物的 Log2 倍变化。
图 3. 梅洛（XM）和赤霞珠（XC）自然发酵过程中的微生物多样性分析：（A）梅洛和赤霞珠的丰富度指数：真菌的 Chao1 指数和观测物种数（Observed-species）指数、细菌的 Chao1 指数和观测物种数（Observed_species）指数；（B）梅洛和赤霞珠的多样性指数：真菌的辛普森（Simpson）指数和香农（Shannon）指数、细菌的辛普森（Simpson）指数和香农（Shannon）指数；（C）梅洛和赤霞珠真菌群落的布雷 - 柯蒂斯（Bray-Curtis）距离主坐标分析（PCoA）及细菌群落的非加权 - UniFrac（Unweighted UniFrac）距离主坐标分析（PCoA）；（D、E）梅洛和赤霞珠自然发酵过程中共享的真菌操作分类单元（OTUs）；（F、G）梅洛和赤霞珠自然发酵过程中共享的细菌操作分类单元（OTUs）。
图 4. 梅洛（XM）和赤霞珠（XC）自然发酵过程中的微生物群落分布模式：（A）堆积柱状图显示梅洛和赤霞珠发酵过程中优势真菌类群的相对丰度变化；（B）系统发育树展示梅洛和赤霞珠自然发酵过程中主要真菌类群的分类学关系；（C）柱状图显示梅洛和赤霞珠自然发酵过程中存在显著差异的真菌类群；（D）堆积柱状图显示梅洛和赤霞珠发酵过程中优势细菌类群的相对丰度变化；（E）系统发育树展示梅洛和赤霞珠自然发酵过程中主要细菌类群的分类学关系；（F）柱状图显示梅洛和赤霞珠自然发酵过程中存在显著差异的细菌类群。
图 5. 展示梅洛（A）和赤霞珠（B）自然发酵过程中属水平微生物类群间共存与排斥关系的网络图（∣r∣>0.6，P<0.05）
图 6. 梅洛（A）和赤霞珠（B）中优势微生物属与关键挥发性化合物的相关性分析（P<0.05）：节点间的连线代表相关性；圆圈间的红色连线表示正相关，蓝色连线表示负相关；圆圈大小代表关联变量的数量，圆圈越大表示关联变量越多；线条粗细代表相关性强度，线条越粗表示相关性越强。
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