FSHW | 用于生产具有增强功能成分葡萄酒的微生物群
2023-06-05作者：来源：责任编辑：食品界
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1. 前言
葡萄发酵酿酒是一个复杂的生物技术过程，涉及酵母和乳酸菌（LAB）的协同作用。传统上，对葡萄酒微生物相互作用的研究多集中在两个关键发酵过程上：酿酒酵母的酒精发酵和酒类酒球菌的苹果酸乳酸发酵。酵母和细菌对葡萄酒发酵的作用以及所选择的工艺技术是影响葡萄酒整体成分的关键因素。 通常，葡萄酒发酵主要以酿酒酵母为主。然而，一些非酿酒酵母菌和细菌也会积极参与形成葡萄酒独特特征。例如，从葡萄和葡萄汁中可以分离出酒香酵母菌属、念珠菌属、隐球菌属等酵母菌。乳杆菌属、明串珠菌属、酒球菌属和片球菌属等细菌也参与了苹果酸乳酸发酵和葡萄酒的成熟过程。此外，研究发现链格孢属、曲霉菌属、青霉菌属等真菌会侵染葡萄果实。曲霉菌、灰霉菌和青霉菌产生的代谢产物会改变发酵过程中酵母和乳酸菌生长环境。因此，通过选择特定的商业酿酒酵母和非酿酒酵母控制发酵过程，以增强葡萄酒的功能成分及其高效生产是葡萄酒行业和葡萄酒研究的关注热点。 葡萄酒对人类健康的功效作用来源于其复杂的化学组成：多酚、有机酸、单宁、矿物质、蛋白质和微生物代谢产物。其中，膳食多酚和微生物代谢产物展现出良好的抗炎、抗细菌、抗真菌、抗增殖和抗高血压活性。自古以来，适度饮用葡萄酒有益身体健康。 葡萄酒多酚包括酚酸、类黄酮、黄酮醇、花青素、原花青素和茋类（白藜芦醇）。从体外到体内研究成功证实了多酚对葡萄酒的抗氧化作用。除此之外，红酒多酚还具备许多功能特性，包括抑制血小板聚集、舒张血管活性、降低心脏病风险、调节脂质代谢、抑制低密度脂蛋白氧化、抗癌、调节肠道微生物以及保护人体的认知功能。鉴于此，本文从多酚和微生物代谢产物方面探讨了葡萄酒微生物群在生产具有增强功能成分葡萄酒中的应用。 在酿酒过程中，葡萄必须经历一个连续性的转变，其中不同的酵母种群会导致不同品质的葡萄酒。尽管葡萄酒中所有微生物群落都会影响葡萄酒成分，但酵母在酒精发酵中起着主要作用。在发酵初始阶段，一些非酿酒酵母菌占主导地位，而当酒精浓度增加时酿酒酵母开始发挥作用。发酵初期一般是念珠菌属、有孢汉逊酵母、美极梅奇酵母等非酿酒酵母的弱发酵增殖。这些酵母会因酒精浓度的增加以及氧气、营养物质的消耗而消亡。德尔布有孢圆酵母和耐热克鲁维酵母作为强发酵菌种不断繁殖，直至氧气耗尽。然后酿酒酵母菌开始占主导地位。因此，酿酒酵母通常作为酒精发酵的商业发酵剂，以产生满意的葡萄酒代谢物。使用非酿酒酵母和酿酒酵母混合培养发酵可以生产出类似于自然发酵的葡萄酒，同时没有发酵缓慢或停滞的风险。近年来进一步鼓励使用非酿酒酵母以生产具有更高水平特定代谢物的葡萄酒。
非酿酒酵母产生的多种化合物，能显著影响对腐败微生物、多酚、风味和香气的控制，从而改善葡萄酒的功能特性和整体质量（表1）。然而，这些酵母通常需要与酿酒酵母进行顺序接种或共接种。低酒精浓度葡萄酒是一种提供功能性食品的新趋势。减少葡萄酒中的酒精含量可以在不影响适量饮酒对健康的功效作用情况下，减少与酒精相关的危害。因此，使用非酿酒酵母的微生物学方法是制作低酒精含量葡萄酒的良好策略。非酿酒酵母和酿酒酵母的混合培养对生产低酒精含量葡萄酒具有协同效应。以缓慢的发酵速度产生适量的酒精，从而延长发酵时间。
葡萄汁和葡萄酒的低pH值、高浓度的糖含量以及酒精的存在限制了微生物的生长环境，只有少量的酵母和细菌得以生存。在酿酒过程中，细菌中以乳酸菌为主，并与乳酸异味产生和酒石酸形成等葡萄酒变质问题有关。乳酸菌存在于酿酒的各个阶段，可以提高或降低葡萄酒质量。通过参与苹果酸乳酸发酵，影响酿造得到的葡萄酒的感官特性。在葡萄酒中发现的乳酸菌有乳杆菌属、明串珠菌属、酒球菌属和片球菌属。酿酒师可以通过控制细菌活性以平衡葡萄酒的pH和适宜的酸度。
受灰霉菌的严重侵染，葡萄看上去像腐败的干瘪状，以此为原料精心酿造制得贵腐葡萄酒。由于贵腐的特殊性质，贵腐葡萄酒具有鲜明的特征，如独特的蜂蜜般口感、浓郁的果香以及较高或较低的残糖含量。当灰霉菌菌丝生长到葡萄浆果中时，葡萄皮发生破裂、水分蒸发导致浆果中水分大量流失，果汁浓度大大增加，进而影响糖分和酸度变化。同时，果皮破裂后更容易与微生物接触，使得贵腐葡萄中富含霉菌、酵母和细菌等多种微生物。酵母发酵和贵腐菌的相互作用形成了贵腐葡萄酒独特而复杂的特性，进而发展了多地特色葡萄酒品牌。
葡萄酒不仅仅是酒精饮料，对人体也有保健功效。如果功能成分在浸渍过程中释放，在酿酒过程中被葡萄酒微生物群增强，那么适量饮用葡萄酒后，这些功能成分的摄入对人体健康有显著的功效作用。研究表明，相较于其他酒精饮料，适量饮用红葡萄酒可降低心血管疾病和2型糖尿病的发生率。葡萄酒中富含大量具有抗氧化活性的酚类化合物，同时酿酒过程中微生物群合成和产生的益生元及其他生物活性代谢产物，都有益于人体健康（图1）。 图1 葡萄酒精和苹果酸乳酸发酵以增强葡萄酒功能成分的示意图 饮用葡萄酒以获得显著的健康功效可能需要足够的饮用量，因此，以标准杯建议饮酒度量对于减少酒精危害是极为重要的。标准饮酒度量是指普通成年人在一小时内可以代谢的酒精量，因个体体重、身高、年龄、性别、肥胖程度以及种族的差异而不同。在英国和冰岛，标准杯被定义为含8 g或10 mL纯乙醇的酒精饮料；在法国、澳大利亚、荷兰和西班牙，标准杯指含14 g或17.5 mL纯乙醇的酒精饮料。一般情况下，标准量可以转化为乙醇含量为12%的125 mL餐酒。每日低中度饮酒，尤其是晚餐前或晚餐期间的适量饮用红葡萄酒，对减少不良心血管疾病的发生有显著作用。
葡萄酒中可能含有亚硫酸盐、生物胺等杀虫剂和化学防腐剂，以及霉菌毒素和氨基甲酸乙酯等潜在致癌物质。即使在严格的酿酒环境中，也能检测到农药、亚硫酸盐、霉菌毒素和重金属的残留。可以通过使用酵母拮抗菌等替代或减少杀虫剂的使用，实现葡萄园生物病害的控制，从而提高葡萄酒的安全性。也可以通过清除腐败细菌、减少前体氨基酸（组氨酸、酪氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸）、选择低产胺酵母和细菌，有效控制葡萄酒中的生物胺含量。
葡萄酒中微生物群对于生产具有增强功能成分的葡萄酒具有重要作用。市场上低度葡萄酒和含有抗氧化活性多酚类葡萄酒的出现吸引了消费者青睐。除多酚外，葡萄酒中微生物群代谢产物也可能有益于人体健康。葡萄酒内原有的酿酒酵母、非酿酒酵母菌、细菌和真菌不仅可以通过增加抗氧化剂、多酚和益生元含量增强对肠道菌群的作用以改善葡萄酒的功能特性，还有助于稳定葡萄酒的颜色、控制腐败微生物和降低酒精含量。从这一角度而言，葡萄酒提供了多种功能性代谢物，协同影响人体健康。因此，这篇综述为更好地了解葡萄酒中微生物群及代谢产物在增强其除酒精饮料外的功能特性中的应用提供理论支撑。总而言之，和其他食物一样，葡萄酒应适量饮用有益于身体健康。
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