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葡萄糖氧化酶处理高糖和高pH值的葡萄汁对白葡萄酒挥发性成分的影响
发布时间：
2023-06-14
来源：
发酵与健康
发表日期：2023.6.12
发表题目：
《Impact of glucose oxidase treatment in high sugar and pH musts on volatile composition of white wines》
期刊：LWT
影响因子：6.056
摘要
气候变化正在改变葡萄的成分，增加糖分和pH值，从而产生酒精度高、酸度低、香气差的不平衡葡萄酒。在这项研究中，葡萄糖氧化酶（GOX）和过氧化氢酶（CAT）被应用于高糖含量和pH值（>3.8）的白葡萄汁，以同时降低葡萄糖浓度和pH值。研究了酶处理对葡萄酒挥发性成分的影响。GOX和CAT的浓度为0.17 mkat/L，足以使葡萄汁中的葡萄糖浓度明显下降（61.5 g/L），在3-4的pH值范围内取得类似的结果。经过酶处理的葡萄汁产生了更均衡的葡萄酒，使其酒精含量降低了10-27 mL/L，pH值降低了0.3-0.5，同时与对照组葡萄酒相比，其色度特征没有变化。作为积极的影响，酶处理降低了葡萄酒中带有绿色草本气息的C6-醇和带有肥皂味的高链乙酯的浓度，而没有改变短链乙酯、酸和高醇的浓度。然而，在经过处理的葡萄汁中，具有花香的乙酸庚酯和2-苯乙醇以及具有花香和果香的一些酮类的浓度较低。
亮点
-葡萄糖氧化酶（GOX）产生的葡萄酒酒精度和pH值较低。
-GOX对短链的乙酯、酸或较高的酒精含量没有影响。
-GOX减少了C6-醇（草药味）和高乙基酯（肥皂味）。
-酶减少了醋酸盐、醇类和酮类的含量（花果香）。
主要内容
1. 简介
气候变化的影响在葡萄种植中越来越受到关注，因为气候变量的变化（温度升高、降雨量减少等）直接或间接地影响到葡萄的质量，产生的葡萄酒的物理化学和感官特征也随之改变。由于气候变化，葡萄酒行业最关注的问题之一，在气候温暖的地区最为关键，是葡萄汁中的糖浓度和pH值增加，以及葡萄的酚类和芳香类质量不平衡。因此，用这些葡萄生产的葡萄酒可能会失去平衡，乙醇浓度高，酸度低，香气质量下降。
为了缓解这个问题，已经开发了一些降低葡萄汁糖度的策略。其中之一是基于葡萄糖氧化酶（GOX）的使用，它可以同时降低葡萄糖浓度和酸化葡萄汁。葡萄糖氧化酶在氧气的作用下催化β-d-葡萄糖氧化为葡萄糖酸和过氧化氢（H2O2）。由于H202会导致葡萄汁的色素氧化，GOX失活，甚至在酒精发酵过程中出现问题，GOX与过氧化氢酶（CAT）一起应用来分解H2O2。CAT反应中释放的氧气可以被GOX用来进行葡萄糖氧化。
关于使用GOX降低葡萄酒酒精含量的首次研究可以追溯到1998年，Pickering、Heatherbell和Barnes（1998年）对白葡萄进行了几次试验，以生产低酒精葡萄酒。他们用碳酸钙将葡萄汁的pH值提高到6.0，以提高GOX的活性，获得了约42%的乙醇的大幅下降，尽管葡萄酒的感官特征发生了变化。
直到2009年，Biyela、du Toit、Divol、Malherbe和van Rensburg（2009年）才重新评估了使用GOX来获得适度降低酒精度的葡萄酒，以减轻气候变化的影响。这些作者使用pH值为3.5的红葡萄，实现了酒精含量5毫升/升的有限降低，以及随之而来的葡萄酒pH值的低下降（<0.2）。在白葡萄中，Röcker等人（2016年）报告说，在pH值为3.4-3.5的葡萄汁中，酒精含量减少了约20 mL/L，导致葡萄酒的pH值非常低（2.7-2.8）。葡萄汁中过低的pH值，除其他潜在的缺点外，还会产生发酵延迟或卡住，降低作为葡萄酒保鲜剂的焦亚硫酸钾的功效，以及不理想的葡萄酒感官特征。因此，假设使用GOX来缓解气候变化的影响，并实现适当的酒精含量下降10-20毫升/升，应重点关注高pH值的葡萄汁（>3.8）。
这些高pH值在温暖气候地区的葡萄中越来越常见，由于葡萄汁的缓冲能力，GOX造成的酸化可以得到平衡。最近，Botezatu等人提出用GOX作为酸化剂来提高高pH值（3.9-4.0）的白葡萄汁的酸度，获得pH值为3.2-3.5的葡萄酒，并对其感官特性产生积极影响。
关于用GOX处理的葡萄汁的挥发性成分，以减轻气候变化的影响，全面的文献回顾表明，这个问题只处理了五种挥发性有机化合物（VOCs），或在需要脱酸步骤的过酸葡萄酒中进行分析。
在这个意义上，这项工作展示了在富含糖分且pH值较高（3.8-4.0）的白葡萄中使用GOX和CAT获得的结果。这项工作的主要目的是研究用GOX处理过的葡萄汁酿造的葡萄酒的挥发性成分。其他有趣的参数，如酒精度、pH值、总酸度和挥发性，以及葡萄酒的色度特征和酚类成分也得到了评估。作为这一目标的初步尝试，研究了在酿酒条件下影响GOX活性的主要因素（酶的剂量、pH值和通气系统），以确定降低葡萄汁中葡萄糖浓度的最佳条件。
2. 材料与方法
2.1. 葡萄和葡萄汁
2.2. 酶
2.3. 初步研究
GOX 和 CAT 浓度的影响、葡萄汁 pH 值的影响、曝气系统
2.4. 葡萄汁的酶处理和发酵
2.5. 葡萄汁和葡萄酒的成分
2.6. 挥发性有机化合物的测定
2.7 统计分析
3. 结果和讨论
图 1.（A）葡萄糖氧化酶（GOX）浓度的影响（对照：不含酶的样品（○）;GOX：0.08（●），0.17（），0.50（▲）和0.83（■）mkat/L的葡萄汁），（B）过氧化氢酶的浓度（对照：不含酶的样品（♦○）;CAT：0（■），0.17（）和0.34（●）葡萄汁/升），（C）初始葡萄汁pH值和（D）曝气条件（空气：24小时内加压空气;振荡：150rpm的轨道振荡;无振荡）对葡萄汁的酶葡萄糖转化率（♦ g / L）。不同的字母表示样本间差异显著（P < 0.05）。
图 2.挥发性有机化合物（VOCs）（mg/L）的浓度，按家族分组，来自未经处理和混合的葡萄汁。符号 * 和/表示应用于每个挥发性族的因子，以为所有挥发性族提供相似的范围值。A（●）和B（○）：来自酶未经处理的葡萄汁的葡萄酒。MA1（■）和MA2（▲）：未经处理和酶处理的葡萄汁混合而成的葡萄酒A. MB1（□）和MB2（△）：未经处理和酶处理的葡萄汁混合而成的葡萄酒 B.不同的字母表示葡萄汁之间的显著差异（P < 0.05）。
4. 结论
这些结果证实，在高pH值（>3.8）的葡萄汁中使用GOX，可以生产出比对照组葡萄酒更平衡、酒精含量更低、酸度更高、色度和总多酚指数相似的葡萄酒。酶处理葡萄汁并没有改变葡萄酒中一些挥发性物质的浓度，如具有果香的短链乙酯，以及有助于葡萄酒复杂香气的酸和高醇。此外，作为积极的影响，GOX葡萄酒中负责绿色植物香气的C6-醇和具有肥皂味的高链乙酯的浓度低于各自的对照葡萄酒。然而，GOX的应用降低了葡萄酒中乙酸庚酯和一些具有花香的醇类，以及具有花香和果香的酮类的浓度。这些结果是有希望的，尽管还需要进一步的研究来评估应用GOX和CAT对葡萄酒的感官特性和消费者接受程度的影响。另一方面，更多的研究将有助于对比不同葡萄品种下的这些结果。
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