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Food Chem：基于非靶向代谢组学关联红酒化学成分与布鲁塞尔酒香酵母增殖易感度
发布时间：
2026-07-29
来源：
葡萄研究
基于非靶向代谢组学关联红酒化学成分与布鲁塞尔酒香酵母增殖易感度
期刊：Food Chemistry（10.4）
发表日期：2026年
研究摘要
布鲁塞尔酒香酵母在葡萄酒中的存在常会导致产生令人不适的异味，如“马奶香”或“鸡舍味”。这成为酿酒师面临的主要难题，尤其是在低添加剂葡萄酒中。由于不同葡萄酒对布鲁塞尔酒香酵母生长的容纳能力（即葡萄酒容受性）各不相同，本研究旨在探讨葡萄酒容受性与化学成分之间的关联。通过非靶向LC-UV-MS代谢组学分析鉴定潜在的容受性标志物，最终确定15个LC-MS特征参数作为构建红葡萄酒容受性预测模型的相关变量（精确度达98%）。随后利用LC-UV色谱图作为葡萄酒化学指纹图谱，进一步证实了葡萄酒成分与容受性之间的关联。在15个最具显著性的LC-MS变量中，经去重复筛选后确定了9种可能调控布鲁氏布雷特酵母生长的化合物。
研究背景
布鲁塞尔酒香酵母是葡萄酒典型腐败微生物，现有防控手段存在明显短板：抑菌效果时效性差，且该酵母遗传、表型多样性极强，大量菌株可耐受高乙醇、低pH、亚硫酸盐与壳聚糖处理，难以彻底根除。当前天然低添加葡萄酒市场兴起，化学抑菌剂使用受限，进一步放大腐败风险。酒庄实际生产发现，同一酒庄不同年份、不同批次红酒的酵母污染压力差异显著，说明除酵母自身抗性外，红酒基质存在内源调控因子。
现有研究多聚焦酒香酵母代谢产物、酵母自身环境胁迫耐受机制，反向探究红酒基质组分调控酵母生长的系统性研究稀缺；尚无基于非靶向代谢组学筛选红酒酵母易感度标志物、构建高准确度风险预测模型的报道；酒精度虽可抑制酵母，但等酒精度酒体仍存在巨大易感度差异，乙醇以外的关键调控化学物质未被系统识别；葡萄品种、酿造工艺带来的多酚差异如何影响酒体抗酵母能力，缺少代谢组与多元统计的完整验证。
UHPLC-HRMS非靶向代谢组可无偏向捕获红酒全部非挥发性代谢物，广泛用于葡萄酒品种、产地溯源，但尚未应用于微生物易感度解析。本研究创新性结合LC-MS代谢轮廓与LC-UV多酚指纹，从双重检测维度验证红酒组分与酵母增殖的关联，填补领域研究空白。
研究内容
1. 葡萄酒
2. 葡萄酒容受性
3. 葡萄酒化学成分分析
3.1. 样品制备
3.2. UHPLC-UV-HRMS分析
3.3. LC-MS数据预处理
3.4. LC-UV数据预处理
4. 统计分析
5. 识别可能与葡萄酒许可性相关的化合物
结果与讨论
1. 哪些因素影响葡萄酒对布雷酵母的易感性？
本研究拓展了前期样本量，沿用0–8分单菌株评分规则，5株菌株得分总和为葡萄酒易感性总分（0–40分）。双方差分析解析各类因素对易感性得分的贡献：第一层全样本分析显示，酒批次（38%）、酒庄（36%）是得分最大方差来源，葡萄品种仅占6%，酵母菌株仅4%，年份、pH无显著影响。这说明葡萄园风土与酒庄酿造工艺决定酒体基质，是布雷酵母污染风险的核心决定因素。
第二层方差聚焦批次内部参数：酒精度（ABV）贡献80%方差，pH在3.4–4.0区间无作用。高酒精度酒（平均14.7%vol）多为难感酒（总分≤10），低酒精度酒（平均13.0%vol）多为易感酒（总分≥20）。但酒精度无法单独判定风险：两款酒酒精度同为13.7%vol，易感性得分分别为32分与6分，证明除乙醇外，酒体化学组成是关键调控变量，需深入解析多酚等代谢物的作用。
2.葡萄酒代谢组能否解释其布雷酵母易感性差异？
研究假设：葡萄酒多酚等代谢物构成决定其对布雷酵母的容纳能力。采用LC-MS、LC-UV两套色谱数据集，结合无监督、有监督多元统计，区分高/低易感性酒样。
2.1.将0–40连续得分转化定性组别：
1.难感组（NP）：总分≤10，仅少数抗性菌株可增殖，共15款；
2.易感组（P）：总分≥20，5株菌株均可快速生长，共50款；
3.中间过渡组：仅4款（15/17分），耐受菌株可生长、敏感菌株受抑，因样本过少并入易感组。
样本分布失衡（仅15款难感酒），反映波尔多红酒普遍存在布雷酵母污染风险。
2.2. 无监督统计分析
基于319个LC-MS特征开展主成分分析与t-SNE聚类：按易感性分组时，NP、P样本完全重叠，无法自然分离；按葡萄品种分组则聚类清晰，赤霞珠、美乐、混酿酒各自形成独立簇。
品种是强干扰变量：全部赤霞珠样本均为易感酒，难感酒仅存在于美乐与混酿；标准化统一酒精度后，美乐、赤霞珠易感性无显著差异。单纯无监督方法无法剥离品种干扰、识别易感性专属代谢特征，因此引入有监督判别模型。
2.3 基于 UHPLC-HRMS 筛选易感性标志物
采用PLS-DA、OPLS-DA、DAPC三种有监督模型，同步纳入酒精度、pH变量。
模型效果对比：OPLS-DA区分效果最优，两组样本无重叠，预测准确率98.55%（R²=0.88，Q²=0.617）；DAPC准确率89.86%，PLS-DA仅86.96%。剔除酒精度变量重建OPLS-DA，模型性能几乎不变（Q²=0.594），证明多酚等内源代谢物独立调控易感性。模型仅1款混酿酒错判，且错判为难感酒（保守风险预判，适配酒庄防控需求）。
特征变量筛选规则：OPLS/PLS-DA选取VIP>1变量，D选取解释方差超50%变量；三者交集共17个特征，剔除同位素干扰项后保留15个关键标志物（含酒精度）。
2.4 LC-UV 指纹佐证酒体与易感性关联
以230、280、306、325 nm四波长LC-UV图谱为化学指纹，重复全套统计流程。无监督聚类无分组规律；有监督OPLS-DA中306 nm、325 nm波段可实现两组样本有效分离，但全部模型Q²<0.5，预测可靠性不足。
UV数据无法建立预测模型，但直观证明：抛开酒精度因素，多酚类紫外响应物质与葡萄酒布雷酵母易感性存在稳定关联，支撑LC-MS代谢组结论。
3.调控酵母增殖的关键化学标志物
3.1化合物定性与含量差异箱线图
15个标志物经克鲁斯卡尔-沃利斯检验，组间浓度差异均显著（p≤0.05），酒精度p值最低。14种有机标志物分为两类：12种在难感酒中含量更高（潜在抑菌物质），2种在易感酒中富集（促增殖物质）；所有标志物在两类酒中均有检出，说明易感性由抑菌、促生物质的浓度平衡共同决定，不存在单一决定性分子。
经质谱库与标准品比对完成定性，置信度分为1/2/3级：
1.潜在抑菌物质（难感酒高丰度）：
-黄酮醇：杨梅素、槲皮素、山奈酚、异鼠李素、漆黄素糖苷；
-花青素：锦葵素-3-O-葡萄糖苷；
-原花青素B型没食子二聚体、锦葵素半乳糖苷类似物；
黄酮醇、花青素已有文献证实抗真菌、破坏微生物细胞膜、螯合微量元素，抑制酵母生物膜形成，与本统计结果吻合。
2.潜在促增殖物质（易感酒高丰度）：原儿茶酸、龙胆酸己糖苷（羟基苯甲酸衍生物），抗氧化特性可缓解酵母氧化胁迫，促进增殖；该类物质抑菌报道存在矛盾，作用效果高度依赖酒体基质环境。
单分子体外抑菌试验尚未开展，现有结论仅基于统计学相关性；同类多酚存在协同抑菌效应，混合体系活性高于单一化合物。少数酒样标志物出现极端离群值，多出自非常规工艺酒庄，印证酿造流程会大幅改变多酚组成，进而调控布雷酵母容纳能力。
研究意义
1.红酒对布鲁塞尔酒香酵母的易感度由酒体化学组分共同决定，酒精度是基础调控因子，多酚代谢组是独立关键补充因素；同等酒精度酒体因多酚谱差异，腐败风险完全不同。酒庄酿造工艺、葡萄批次风土是影响多酚组成与易感度的最大变量，pH在3.41~3.98区间无调控作用。
2.UHPLC-HRMS非靶向代谢组可高效区分高低易感红酒，基于15个特征标志物构建的OPLS-DA模型预测准确率98%，可定量预判酒香酵母腐败风险；LC-UV指纹仅能辅助验证组分关联，无法用于精准预测。
3.共鉴定9种调控酵母生长的酚类物质：黄酮醇、花青素类在低易感红酒富集，具备内源抑菌功能；原儿茶酸、龙胆酸葡萄糖苷在高易感红酒富集，促进酵母增殖。酒体抗腐败能力是多种酚类物质协同平衡的结果，不存在单一决定性抑菌分子。
4.多酚的生物功能具备基质依赖性，乙醇、共存代谢物会改变其抑菌或促生效果。
总体而言，这项研究表明，葡萄酒的容受性并非由单一化合物产生，而是多分子复杂平衡或协同效应的结果。这凸显了葡萄酒化学基质的复杂性及其对微生物的影响。进一步的研究有望揭示这些分子的个体及组合生物贡献。
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