四種穩定劑對霞多麗葡萄酒穩定性的影響研究

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(1.寧夏大學,農學院,葡萄與葡萄酒研究院,葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心,寧夏銀川 750021;2.寧夏大學葡萄酒學院,寧夏銀川 750021)

葡萄酒的穩定性對于酒的品質具有重要的作用。酒石酸鹽晶體是白葡萄酒瓶裝后產生沉淀的主要原因之一,其產生受酒石酸、乙醇、鉀和鈣等的含量、儲存溫度和持續時間、以及葡萄酒的pH等諸多因素的影響[1-3]。另外,白葡萄酒中的蛋白質也會因驟冷、驟熱、或與軟木塞的單寧發生反應等產生沉淀[4]。為防止酒石酸鹽晶體沉淀的發生,生產中常采用低溫處理、電滲析以及添加穩定劑等方法[5-6]。

添加穩定劑可延遲結晶生成甚至阻止晶體生長到宏觀視覺尺寸[7],從而保持葡萄酒的品質[8]。在選擇穩定劑時,應綜合考慮葡萄酒類型與成分,穩定劑的類型、性質、使用濃度以及葡萄酒的儲存期限、溫度等因素,穩定劑的添加應保持酒體各類平衡,在最大程度上保持或改善葡萄酒原有的澄清狀態。目前,報道適合白葡萄酒的穩定劑主要有5種:如偏酒石酸(metatartaric acid,MTA),歐盟允許的最大添加量為100 mg/L[9],短期內對所有類型葡萄酒酒石酸鹽沉淀的產生有很好的預防效果,但隨時間推移穩定性變差,且會因貯藏溫度升高而失去其保護作用[10-12]。羧甲基纖維素鈉(carboxylmethylcellulose,CMC),OIV-OENO 366-2009和OIV-OENO 02/2008決議授權使用CMC防止酒石酸鹽沉淀,對人體健康沒有影響[13-14]。阿拉伯樹膠(gum Arabic,GA),是國際上最廉價而又廣泛應用的一種天然多糖,對酒石酸穩定有一定的功效,添加后還可降低苦味和澀味[15],推薦的最大劑量300 mg/L[16]。2005年歐洲共同體授權由酵母細胞壁水解而成的甘露糖蛋白(mannoprotein,MP)可作為葡萄酒的穩定劑,它通過降低酒石酸鹽結晶溫度來抑制結晶產生,進而防止酒石酸氫鉀沉淀產生,它抑制結晶的劑量一般為150～250 mg/L。胡朝輝等[17-19]研究表明:甘露糖蛋白能很好地穩定干白葡萄酒的酒石酸鹽,解決白葡萄酒酒石酸鈣沉淀的問題,但甘露糖蛋白不能防止紅葡萄酒的酒石酸鹽沉淀。聚天冬氨酸鉀(potassium polyaspartate,KPA)是L-天冬氨酸通過熱聚合而成的聚酰胺[20],2016年歐盟(OIV/OENO 543-2016)批準其為葡萄酒的添加劑,可用于紅、桃紅和白葡萄酒,依據待處理葡萄酒的不穩定程度,典型水平用量范圍為100～200 mg/L,最大安全用量300 mg/L[21-22]。

目前,國內關于穩定劑的比較研究鮮有報道。本研究選用2018年霞多麗白葡萄酒為酒樣,以前人報道冷穩定效果較好的80 mg/L的偏酒石酸為對照,將聚天冬氨酸鉀、羧甲基纖維素鈉、阿拉伯樹膠和甘露糖蛋白四種穩定劑,以不同濃度梯度添加到葡萄酒中并進行冷處理和熱處理(蛋白質穩定),確定每種穩定劑的最佳濃度,同時比較四種穩定劑之間的穩定效果,以期為生產提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

霞多麗葡萄酒 2018年霞多麗白葡萄酒原酒寧夏御馬葡萄酒有限公司提供;羧甲基纖維素FL100 純度99.6%,黏度120,濟寧峰潤生物科技有限公司;甘露糖蛋白MP60安琪酵母股份有限公司;偏酒石酸 純度99%,鄭州市偉豐生物科技有限公司;阿拉伯樹膠 廣東味多美食配料有限公司;聚天冬氨酸鉀KPA 純度99%(白色晶狀粉末),鄭州市偉豐生物科技有限公司;皂土 上海凡科維生物科技有限公司；以上試劑均為食品級;酒石酸和鉀離子試劑盒 西班牙BioSystems葡萄酒分析儀原裝試劑盒;其他試劑均為國產分析純。

BCD-190WDGC冰箱 青島海爾有限公司;Y15葡萄酒自動分析儀 西班牙BioSystems;DDS-307電導率儀、PHS-3C pH計 上海雷磁儀器有限公司;ME104E電子天平 德國梅特勒-托利多公司;2100Q濁度計 美國哈希;DHG-9055A電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 酒樣前處理 用0.6 g/L的皂土對葡萄酒進行下膠澄清,未進行連續冷凍處理。澄清后葡萄酒的基本指標為:pH2.9,濁度0.83 NTU,總酸6.10 g/L,酒石酸含量1.80 g/L,鉀離子含量940 mg/L,酒精度11.0%(V/V),蛋白質含量85.5 mg/L。

1.2.2 四種穩定劑最佳濃度的篩選

1.2.2.1 穩定劑的添加 以不添加任何穩定劑為空白(CK)和添加80 mg/L的偏酒石酸[14]為對照組(MTA)。實驗處理分為4組,每組取4支50 mL的具塞試管,分別加入50 mL酒樣。每組按50、100、150和200 mg/L的濃度梯度分別添加KPA、CMC、GA和MP四種穩定劑(每組重復三次),混勻,室溫下靜置72 h后進行冷處理。

1.2.2.2 冷穩定處理 室溫靜置后的酒樣轉移至-4 ℃的冰箱低溫處理7 d,并測定葡萄酒的電導率、濁度值、酒石酸和鉀離子含量,同時觀察沉淀量。

1.2.2.3 熱穩定處理 經冷穩定處理的酒樣置于55 ℃下保持7 d,觀察并記錄酒樣沉淀的數量,分析穩定劑對蛋白熱穩定性的影響。

1.2.3 四種不同穩定劑穩定效果比較 根據篩選出的每種穩定劑的最佳濃度后,進一步比較四種穩定劑之間的穩定效果。

表1 不同濃度的KPA對霞多麗葡萄酒主要指標的影響Table 1 Effect of different concentrations of KPA on the main indicators of Chardonnay wine

注:“+”表示有少量沉淀,“+”越多表示沉淀越多;不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);表2～表4同。

1.2.4 指標測定

1.2.4.1 電導率的測定 根據測定的冷凍處理前、后電導率下降值(Δx),來判定各個濃度的穩定劑對酒石酸沉淀的穩定能力。電導率的變化表明穩定性水平(Δx),以μs/cm表示,Δx<30 μs/cm非常穩定,30 μs/cm≤Δx<50 μs/cm穩定,50 μs/cm≤Δx<70 μs/cm危險,Δx≥70不穩定[23]。電導率下降值Δx為:冷處理后酒樣溫度剛達到-4 ℃時的電導率與在-4 ℃處理7 d后電導率的差值。

1.2.4.2 濁度的測定 濁度的測定采用濁度儀,參照哈希濁度儀2100Q的操作說明。將15 mL酒樣加入到已經清潔的樣品瓶中,轉移至已校準好的濁度儀,測定數值并記錄。

1.2.4.3 酒石酸和鉀離子含量測定 采用葡萄酒自動分析儀測定含量。

1.2.4.4 總酸和酒精度測定 總酸用酸堿滴定法,酒精度用密度瓶法,參照國標GB 15038-2006的方法[24]。

1.3 數據處理

實驗重復進行3次,采用Excel 2003對數據進行整理,利用SPSS 17.0軟件進行實驗數據差異顯著性分析,顯著性水平設為P<0.05為顯著。

2 結果與分析

2.1 不同濃度KPA對霞多麗葡萄酒主要指標的影響

本研究以冷凍處理前后電導率變化為主要判定指標,電導率值下降越小的處理對酒的穩定效果越好;濁度值、酒石酸和鉀離子含量降低,同時產生沉淀量較少的處理為宜。表1結果表明,電導率變化值隨KPA濃度的增加而增加,當KPA濃度在50～150 mg/L時,和穩定性較好的80 mg/L MTA的變化值均小于30 μs/cm,根據電導率變化判斷,這些濃度下葡萄酒處于非常穩定的狀態,且處理間差異不顯著(P>0.05)。而CK和200 mg/L的KPA電導率變化值大于70 μs/cm,葡萄酒處于冷不穩定狀態。在葡萄酒中KPA是帶負電荷的聚合物[21],當KPA升高到200 mg/L時,影響到整個酒樣的電荷平衡而使電導率變化值大幅度上升。所以,KPA濃度在50～150 mg/L時,對穩定低溫下葡萄酒電導率變化有很好的效果。

未處理前酒樣濁度為0.83 NTU,經冷處理后,所有處理的濁度都升高。其中,80 mg/L MTA的濁度值最高,且與CK的差異顯著(P<0.05)。經KPA處理的酒樣在低濃度時濁度高于CK,隨KPA濃度升高,濁度值呈下降趨勢?？赡苁且驗榈蜏叵戮茦又械哪z體離子運動速度降低而發生聚合，形成更多、更大的膠體顆粒，使濁度增加,與CK和MTA相比,高濃度的KPA阻止膠體粒子增大的能力更強。澄清是葡萄酒外觀質量的重要指標,加入穩定劑后葡萄酒應保持或改善原有的澄清狀態。所以,從KPA對澄清度的影響來看,在100～200 mg/L時可以保持良好的澄清狀態。

未處理前葡萄酒中酒石酸含量為1.80 g/L,鉀離子為970 mg/L,處理后所有酒樣的酒石酸和鉀離子含量均下降,只有200 mg/L的KPA與其余處理間的酒石酸含量差異顯著(P<0.05),其余處理間均不顯著(P>0.05)。所以,50～150 mg/L的KPA處理后,葡萄酒的酒石酸和鉀離子含量差異不顯著(P>0.05)。經過處理后,酒石酸和鉀離子含量少量地下降有利于酒后期穩定。

通過觀察沉淀量的多少發現,冷處理后CK出現大量沉淀,其次為80 mg/L MTA的處理,有一定量的沉淀,而加入KPA的四個處理只出現少量沉淀,說明KPA的加入可以起到預防低溫條件下膠體粒子增大進而聚沉的作用。經熱處理后,CK處理產生的沉淀量最多,其次為MTA,而50和100 mg/L的 KPA處理產生少量沉淀。Bosso等[25]研究結果表明:多種不同(聚合度和制造商)分子量的聚天冬氨酸及其鈉鹽和鉀鹽對葡萄酒的冷穩定效果與偏酒石酸的穩定效果類似,這與本文的研究結果一致。

綜合分析以上指標,KPA對葡萄酒具有很好的穩定作用。其中50 mg/L的KPA處理后,雖然冷穩定和熱穩定性均較好,但會增加酒樣濁度,說明低濃度的KPA促進離子的聚合，形成小膠粒而使濁度增加。200 mg/L的KPA處理后雖起到一定的澄清作用,但不能對葡萄酒起到冷穩定作用,可能是因為帶負電荷的KPA破壞離子平衡,促進離子間的聚沉。因此,本實驗KPA的最佳濃度是100 mg/L,其次是150 mg/L和50 mg/L,同時KPA的穩定效果也明顯優于80 mg/L MTA。

2.2 不同濃度CMC對霞多麗葡萄酒主要指標的影響

表2 不同濃度CMC對霞多麗葡萄酒主要指標的影響Table 2 Effect of different concentrations of CMC on the main indicators of Chardonnay wines

表3 不同濃度GA對霞多麗葡萄酒主要指標的影響Table 3 Effect of different concentrations of GA on the main indicators of Chardonnay wines

不同濃度CMC對霞多麗葡萄酒的影響結果見表2,電導率變化值隨CMC濃度的增大而降低,可能是因為CMC帶負電荷,濃度越高阻礙離子聚沉的能力越強,電導率變化值隨之下降。50和100 mg/L的CMC處理的變化值大于30 μs/cm,葡萄酒處于穩定狀態,150和200 mg/L的CMC處理的變化值是小于30 μs/cm,葡萄酒處于非常穩定的狀態,且兩個濃度間無顯著差異(P>0.05)。CK和四個CMC處理間濁度值無顯著差異(P>0.05)。酒石酸和鉀離子含量隨濃度增加都呈波動下降,CMC酒石酸和鉀離子含量的影響與Bosso等[14]的研究結果一致。CMC的加入可減少冷、熱處理后沉淀的產生量,高濃度的CMC對葡萄酒的冷穩定效果優于低濃度的CMC處理,但熱處理過程產生的沉淀量略多于低濃度的處理,可能是高溫下高濃度的CMC促進膠體粒子的聚沉,產生更多沉淀?；谝陨现笜说木C合分析,本實驗中CMC的最佳濃度為150 mg/L,其次為200、100和50 mg/L。

2.3 不同濃度GA對霞多麗葡萄酒主要指標的影響

從電導率變化值分析(表3),加入GA后,電導率變化隨濃度的升高呈先上升后下降的變化,四個處理間差異不顯著(P>0.05),但所處的穩定狀態范圍不同,可能因為GA是一種多糖,低濃度的GA提高膠粒對水的親和力,防止了膠粒的聚結,濃度高時超過其包裹的不穩定膠粒的量時,則會導致絮凝發生。當GA濃度為50 mg/L時,電導率變化值為30 μs/cm,酒樣處于非常穩定的狀態,濁度高于CK,鉀離子含量下降,且酒石酸含量與CK差異不顯著(P>0.05);冷、熱處理后有少量沉淀產生。當GA濃度為100 mg/L時,電導率變化值為42 μs/cm,濁度值略高于50 mg/L GA,酒石酸含量下降,冷、熱處理后有少量沉淀產生。GA濃度為150和200 mg/L時,濁度增加，酒石酸含量下降且二者間差異不顯著(但所處的穩定狀態不同)(P>0.05),產生沉淀情況也相似,200 mg/L GA穩定效果優于150 mg/L的GA。

酒樣濁度則隨GA濃度的增加而增加,可能是因為GA帶有一定量的負電荷,與酒樣中帶正電荷的膠體粒子聚合形成較大的膠體顆粒而使濁度增加,或者是GA中含少量的蛋白質,極端溫度下蛋白質發生變性增加了濁度。鉀離子含量上升且高于初始含量,是因為GA是一種微酸性,含有鉀、鈣和鎂鹽的復合多糖[9]。綜上所述,GA對霞多麗葡萄酒酒石酸鹽的穩定有一定作用,本實驗的GA最佳濃度為50 mg/L,其次為100 mg/L。

2.4 不同濃度MP對霞多麗葡萄酒主要指標的影響

不同濃度MP對霞多麗葡萄酒的影響結果見表4。隨MP的加入,四個處理電導率變化值均小于30 μs/cm,且與CK差異顯著(P<0.05)。濁度值隨MP增加而波動上升,50和100 mg/L MP處理的濁度與CK差異不顯著(P>0.05)。MP處理后酒石酸和鉀離子含量都隨MP濃度增加而下降,CK和四個處理間酒石酸含量差異不顯著(P>0.05),但高濃度的MP可能會降低酒樣中膠體離子的運動速度,促進酒石酸和鉀離子形成更多的小晶體,進而增加酒樣的濁度。

MP處理后產生沉淀量明顯少于CK,也說明了甘露糖蛋白能夠防止葡萄酒中蛋白質沉淀[26]。何忠寶等[27]實驗表明:經過4 d冷凍處理(-4 ℃)的霞多麗干白葡萄酒,向其中添加40 mg/L的酵母多糖MP60可使其獲得較好的冷穩定性。本實驗結果表明:四個濃度的MP都可以很好地穩定葡萄酒,50 mg/L的MP綜合穩定效果略優于100 mg/L,而150和200 mg/L MP處理穩定效果雖然很好,但會增加葡萄酒的濁度,影響葡萄酒的感官品質。因此,50 mg/L的MP為本實驗的最佳濃度。

表4 不同濃度MP對霞多麗葡萄酒主要指標的影響Table 4 Effect of different concentrations of MP on the main indicators of Chardonnay wines

2.5 四種穩定劑在最佳濃度時穩定效果的比較

基于對四種穩定劑最佳濃度的篩選,進一步比較了它們之間的穩定效果。結果表明,在四種穩定劑最佳濃度條件下,它們的電導率變化值、濁度值、酒石酸含量(CMC除外)以及鉀離子含量(GA除外)均無顯著差異(P>0.05)。同時,冷處理后沉淀量差異也不明顯,但熱處理后產生的沉淀量差異較為明顯,其中100 mg/L KPA與50 mg/L GA 產生的沉淀量最少,50 mg/L MP 次之,150 mg/L CMC產生的沉淀量最多。總體而言,100 mg/L KPA作用效果最好,其次為50 mg/L GA、50 mg/L MP和150 mg/L CMC。

3 結論

四種穩定劑KPA、CMC、GA和MP以不同濃度梯度中添加到霞多麗白葡萄酒中,經過7 d冷凍處理(-4 ℃),對葡萄酒產生一定的影響,四種穩定劑在最佳濃度時均能很好地起到冷穩定的作用,且效果差異不顯著(P>0.05),對葡萄酒的濁度、酒石酸和鉀離子含量等指標影響也不大;但經過7 d熱處理(55 ℃)后沉淀產生量有差異,即各處理對葡萄酒的熱穩定性有差異。其中,濃度為100 mg/L的新型穩定劑KPA對霞多麗葡萄酒的作用效果最佳,冷處理后電導率變化量在非常穩定的范圍內,同時冷、熱處理后的沉淀量均最少;50 mg/L GA處理效果次之,只是處理后的濁度略高于KPA處理;50 mg/L的MP處理能抑制葡萄酒中酒石結晶、提高蛋白質的穩定性,但冷處理后酒樣的濁度和熱處理后產生的沉淀量略高于100 mg/L的KPA處理;150 mg/L的CMC處理后冷穩定效果最佳,對濁度的影響也最小,但熱處理后產生的沉淀量高于其他處理;80 mg/L的MTA雖能在低溫下很好地穩定葡萄酒,但熱處理后穩定性差,產生較多的沉淀,這也與它的性質一致。

綜合比較,本試驗的四種穩定劑最佳濃度及作用效果依次為100(KPA)、50(GA)、50(MP)和150(CMC)mg/L。本文的研究結果為各種穩定劑在葡萄酒中的應用提供一定的理論參考,但研究的范圍和深度還不夠,有待進一步深入。