固定化β-葡萄糖苷酶精准调控提升'夏黑'葡萄酒风味物质与代谢产物的研究

为解决葡萄酒酿造过程中游离β-葡萄糖苷酶(FGL)稳定性差、回收困难等问题，山西农业大学食品科学与工程学院团队通过环氧树脂ES-103B固定化技术制备了固定化β-葡萄糖苷酶(IGL)，系统研究了其对'夏黑'葡萄酒挥发性化合物和非靶向代谢组学的影响。研究发现IGL处理显著提升了花青素浓度(131.0 mg/L vs CK 111.4 mg/L)，促进萜烯类(85.44 μg/L vs CK 37.11 μg/L)和酯类(1861 μg/L vs CK 871 μg/L)释放，并通过调控糖酵解和TCA循环代谢通路显著影响芳香族氨基酸合成。该研究为葡萄酒风味精准调控提供了创新技术方案。

　　

在葡萄酒酿造领域，如何有效释放葡萄中的风味前体物质一直是行业痛点。传统使用的游离β-葡萄糖苷酶(FGL)虽然能水解糖苷键释放芳香物质，但存在易失活、难回收等缺陷，严重制约工业化应用。与此同时，中国广泛种植的早熟葡萄品种'夏黑'虽风味优异，但其酿酒工艺仍有巨大提升空间。

山西农业大学食品科学与工程学院的研究团队创新性地采用环氧树脂ES-103B作为载体，通过共价结合法制备了固定化β-葡萄糖苷酶(IGL)。他们系统比较了IGL与FGL对'夏黑'干红葡萄酒品质的影响，相关成果发表在食品领域权威期刊《LWT》上。

研究团队运用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析挥发性成分，结合超高效液相色谱-电喷雾串联质谱(UHPLC-MS/MS)进行非靶向代谢组学检测。通过主成分分析(PCA)和KEGG通路富集等方法，揭示了酶处理对葡萄酒代谢网络的调控机制。

在挥发性成分方面，IGL表现出显著优势：

• 萜烯类物质含量提升130%，特别是香茅醇(α-terpinol)和橙花醇(nerol)

• 酯类总量达1861 μg/L，其中乙酸异戊酯(isoamyl acetate)和辛酸乙酯(ethyl octanoate)分别增加58%和144%

• 苯衍生物如苯乙醇(phenylethanol)含量翻倍，赋予酒体蜂蜜和花香特征

代谢组学结果更揭示了深层机制：

• 糖代谢：显著降低丙酮酸(pyruvate)和α-酮戊二酸(alpha-ketoglutarate)水平，促进TCA循环通量

• 氨基酸代谢：色氨酸(L-tryptophan)和苯丙氨酸(L-phenylalanine)含量提升，激活苯丙烷代谢途径

• 维生素代谢：VB₃、VB₆和VC利用率提高，优化酵母应激响应

• 酚类物质：槲皮素(quercetin)和白藜芦醇(resveratrol)等抗氧化成分显著增加

特别值得注意的是，IGL处理使二肽类物质如丙氨酰丙氨酸(Ala-Ala)和组氨酰脯氨酸(His-Pro)含量显著升高，这得益于固定化酶中残留蛋白酶的持续作用。与FGL相比，IGL对shikimate通路的抑制更为明显，使莽草酸(shikimate)水平降低，进而促进芳香族氨基酸合成。

这项研究不仅证实了固定化酶技术在葡萄酒酿造中的优越性，更建立了"酶固定化-代谢调控-风味增强"的完整理论框架。通过精准控制IGL的添加时机和作用时间，酿酒师可以定向调控葡萄酒的风味谱系，这对实现葡萄酒个性化酿造具有重要实践意义。未来研究可进一步解析复合酶体系中各种酶类的协同机制，为开发新一代葡萄酒酿造酶制剂提供理论支撑。