臭氧诱导酯化淀粉的Pickering乳液特性与结构表征及其在新疆玛瑟兰葡萄酒微生物组与风味形成中的作用研究

本研究针对中国新疆核心葡萄酒产区玛瑟兰葡萄酒在工业化规模自发发酵(SF)和接种发酵(IF)过程中微生物群落及其对挥发性风味物质影响机制不明的问题，通过系统研究从葡萄表皮到发酵过程的微生物群落动态变化，结合挥发性化合物谱分析，揭示了SF比IF产生更丰富的挥发性化合物多样性(65种vs47种)，并鉴定出11个关键微生物属与风味物质形成的相关性，为利用本土微生物资源提升葡萄酒典型性提供了科学依据。

　　

在葡萄酒酿造领域，微生物风土(microbial terroir)概念正日益受到关注，它被认为是不同产区葡萄酒多样性和典型性的关键驱动因素。玛瑟兰(Marselan)作为中国第二大生产规模的红葡萄酒品种，其独特的品质深受消费者青睐，有望成为中国葡萄酒的代表性品种。然而，在中国核心葡萄酒产区新疆焉耆盆地，关于工业化规模自发发酵(Spontaneous Fermentation, SF)和接种发酵(Inoculated Fermentation, IF)过程中微生物群落及其对挥发性风味物质影响机制的系统研究仍较为缺乏。

焉耆盆地具有独特的大陆性气候特征：降雨量少、昼夜温差大、阳光充足。多数葡萄园为沙质土壤，灌溉用水来自天山积雪融水，为葡萄栽培提供了理想条件。在这种独特的自然物候条件下，玛瑟兰葡萄成熟度高，糖分和风味物质积累丰富，所产葡萄酒通常具有果香突出、结构饱满、矿物感明显、地域特色鲜明且陈年潜力优异的特点。虽然前期研究对玛瑟兰葡萄表皮的附生微生物进行过一些探索，但关于从葡萄表皮到葡萄酒发酵过程中的微生物群落演替及其对挥发性化合物影响的研究仍较为薄弱。

为了解决这些问题，研究人员开展了一项系统性的研究，旨在探究焉耆盆地玛瑟兰葡萄酒在SF和IF过程中从葡萄到葡萄酒的微生物群落动态变化和挥发性风味物质特征，并分析微生物与香气成分之间的相关性。研究成果发表在《LWT》期刊上，为利用本土微生物资源提升葡萄酒典型性提供了重要科学依据。

研究人员采用了多种关键技术方法开展本研究。从新疆乡都酒业有限公司的葡萄园采集了玛瑟兰葡萄样品，包括坐果期、转色期和采收期三个生长阶段，使用无菌棉签对葡萄表皮微生物进行无菌采样。发酵实验同样在乡都酒业有限公司进行，使用成熟度最佳的玛瑟兰葡萄，分别进行SF和IF处理，每组设置三个生物学重复。采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用(HS-SPME-GC/MS)技术分析挥发性化合物，并计算香气活性值(OAV)。通过16S rRNA基因V3-V4区和真菌ITS区扩增测序技术分析微生物群落组成，使用Illumina Miseq平台进行测序。运用主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)和Spearman相关性分析等统计方法对数据进行分析。

3.1. 微生物多样性在生长期间的变化

研究人员发现细菌和真菌群落的α多样性显示，细菌多样性随时间推移而降低，而真菌群落呈现动态演替。变形菌属(Achromobacter)在整个葡萄生长阶段都是优势菌属，从坐果期的19.9%增加到转色期的76.9%，并在采收期达到峰值80.0%。次要细菌属(如Pedobacter、Pseudomonas)表现出较小的波动并保持较低的丰度。真菌方面，枝孢霉(Cladosporium)在早期占主导地位(坐果期为22.7%)，在转色期激增至69.5%，随后在采收期下降至34.6%。同时，丝孢酵母(Filobasidium)和链格孢(Alternaria)在采收期显著增加(分别为29.2%和20.8%)。PCoA分析显示三个阶段存在明显的聚类，表明微生物群落结构随时间发生明显变化。

3.2. 发酵过程中理化性质的变化

虽然SF启动晚于IF，但两种发酵方法的糖分消耗和乙醇产量最终达到相似的结果。SF和IF生产的葡萄酒最终乙醇浓度分别为15.0%(v/v)和15.3%(v/v)，最终总糖含量分别为3.6 g/L和2.8 g/L。总酸含量波动，最终在发酵结束时SF维持在3.7 g/L左右，IF维持在3.8 g/L左右。

3.3. 发酵过程中挥发性化合物的变化

在SF和IF过程中分别检测到65和47种化合物。SF过程产生16种醇、14种酯、6种醛、5种萜烯、3种酸、3种酚和18种其他化合物。而IF过程包含17种醇、15种酯、5种醛、5种酸、4种萜烯和1种酚。葡萄酒中的主要挥发性成分包括异戊醇(SF中193636.39 μg/L，IF中228032.95 μg/L)、乙酸乙酯(SF中53047.21 μg/L，IF中59429.57 μg/L)、异丁醇(SF中15806.82 μg/L，IF中25261.56 μg/L)和苯乙醇(SF中15152.2 μg/L，IF中14103.12 μg/L)。发酵结束时，IF产生的挥发性化合物总浓度(341578.5 μg/L)高于SF(301889.3 μg/L)。然而，与IF相比，SF产生了更高多样性和浓度的醛类、酚类和其他化合物。

3.4. 发酵过程中的微生物演替

Shannon多样性指数显示，细菌和真菌多样性在发酵期间均下降，且所有样品中细菌多样性始终高于真菌多样性。细菌和真菌丰度在整个发酵过程中均呈下降趋势。SF中的细菌群落多样性大于IF。在D0时，SF以Vogesella(25.4%)、Achromobacter(8.2%)和Methylorubrum(5.4%)为主，而IF以Vogesella(14.3%)、Achromobacter(11.8%)和Methylobacterium-Methylorubrum(6.4%)为主导。从D3开始，SF转变为以Achromobacter(在D15达到峰值81.1%)、Leuconostoc(在D3达到峰值48.6%)和Lactobacillus(在D5达到峰值33.6%)为主。在IF中，Achromobacter保持较高水平，Leuconostoc波动，Methylobacterium-Methylorubrum保持稳定。

3.5. 微生物群落结构与挥发性化合物的相关性分析

在SF中，挥发性化合物形成的关键贡献者包括Saccharomyces、Aspergillus、Achromobacter、Lactobacillus、Leuconostoc、Methylobacterium-Methylorubrum、Gluconobacter、Acinetobacter和Vogesella。相比之下，IF以Saccharomyces、Aspergillus、Achromobacter、Talaromyces、Cladosporium和Vogesella为主。Saccharomyces作为两种发酵过程中的优势酵母，在SF中与酯类(如己酸己酯、苯乙酸乙酯)和醛类(壬醛)呈正相关，在IF中与酯类(己酸己酯、苯乙酸乙酯、丙酸乙酯)和高级醇(3-己烯-1-醇)呈正相关。

研究结论表明，葡萄表皮微生物群落在浆果发育过程中发生了显著变化，这随后在发酵过程中对塑造挥发性化合物谱起到了关键作用。与IF相比，SF支持了更多样化的细菌群落，这有助于产生更广泛的挥发性化合物谱(SF中65种，IF中47种)。然而，IF导致了更高的挥发性化合物总浓度(341,578.53 μg/L vs. 301,889.28 μg/L)和更高的总体OAVs(194.6 vs. 184.4)。鉴定出的关键微生物属包括Saccharomyces、Aspergillus、Achromobacter、Lactobacillus、Leuconostoc、Methylobacterium-Methylorubrum、Gluconobacter、Acinetobacter、Vogesella、Talaromyces和Cladosporium，它们对挥发性物质的形成有重要贡献。

这项研究增进了我们对本土微生物在焉耆盆地玛瑟兰葡萄酒香气发展中作用的理解，为利用区域微生物资源提高葡萄酒典型性和质量提供了科学基础。研究成果不仅对提升中国葡萄酒产业的国际竞争力具有重要意义，也为其他新兴葡萄酒产区建立独特身份提供了可借鉴的研究范式。通过深入解析微生物风土与葡萄酒风味形成的关系，这项研究为葡萄酒产业的精准发酵控制和品质提升提供了重要的理论依据和实践指导。