Impact of winemaking technologies on polyphenolic composition and wine microbiome 葡萄酒酿造技术对多酚组成及葡萄酒微生物组的影响

《Frontiers in Microbiology》：Impact of winemaking technologies on polyphenolic composition and wine microbiome

　　

摘要 本研究探讨了不同的酿酒实践，包括自发和接种的酒精发酵（Alcoholic Fermentation, AF）、苹果酸-乳酸发酵（Malolactic Fermentation, MLF）的变化以及陈酿过程，如何与长相思（Sauvignon blanc）葡萄酒微生物多样性及多酚谱的变化相关联。通过高通量DNA测序技术研究了微生物组成，同时利用液相色谱-质谱联用（LC–MS）分析了多酚类化合物，并通过Folin–Ciocalteu法测定总酚含量，利用DPPH法测定抗自由基活性。结果表明，AF导致微生物群落的显著均质化，特别是通过酿酒酵母（Saccharomyces）的主导作用以及稳定的附生细菌。在后期阶段，微生物群落表现出显著的组成差异，其发展与技术干预及酚类提取程度密切相关。带皮渣发酵处理（Pomace-fermented treatment）表现出最高的多酚含量及最大的组成异质性，而酚类负荷较低的处理则表现出更简单的微生物特征，且在MLF后由明串珠菌属（Leuconostoc）稳定主导。多酚似乎是微生物演替的调节因子，提取强度比发酵模式本身与群落变化的关联更为明显。总体而言，该研究强调影响酚类提取的技术实践似乎在观察到的微生物趋势及最终葡萄酒特征中发挥了显著作用。

论文解读：葡萄酒酿造技术对多酚组成及微生物组的双向调控机制

本研究聚焦于葡萄酒酿造过程中技术干预对酒体化学成分与微生物生态的深层影响。尽管个体酿酒实践已有广泛记载，但关于不同酿造轨迹如何同步塑造葡萄酒微生物组与多酚谱的综合研究仍然有限。为此，研究人员以长相思葡萄为原料，设计了一项涵盖自发与接种酒精发酵（AF）、不同苹果酸-乳酸发酵（MLF）模式及葡萄处理方式的多变量实验，旨在验证“延长浸渍时间和特定MLF模式是驱动变化的主要因素，其影响力可能超过初始发酵类型”这一假设。

研究方法概述

研究人员于2024年在捷克共和国摩拉维亚葡萄酒产区的Lednice村Na Valtické葡萄园手工采收长相思葡萄。实验设计了七种处理组合（V1-V7），涵盖非澄清（Non-settled, NS）与澄清（Settled, S）葡萄汁、带皮渣发酵（M）以及自发（S）与受控（C）的AF和MLF，并设置无MLF对照（N）。微生物群落分析采用高通量DNA测序技术，针对真菌ITS区域和细菌16S rRNA基因V4区域进行扩增子测序；多酚分析则采用LC–MS靶向定量31种多酚化合物，并结合Folin–Ciocalteu法和DPPH法分别测定总酚含量（TPC）和抗自由基活性（AA）。

研究结果

3.1 酿造过程中的微生物群落

3.1.1 真菌群落（酵母菌和丝状真菌）

真菌群落动态显示，葡萄汁阶段具有高多样性，主要由Hanseniaspora、Rhodotorula等附生菌群构成。AF启动后，所有处理均迅速被Saccharomyces单一主导，多样性急剧下降。MLF后，各处理开始出现分化，其中V4处理表现出独特的多样性回升。至6个月陈酿期结束，V4处理的Saccharomyces和Hanseniaspora相对丰度显著下降，代之以Exophiala等环境真菌的增加，显示出最高的组成异质性。

3.1.1.1 真菌群落的α和β多样性

α多样性（Shannon指数）分析表明，AF后多样性锐减，且不受发酵策略影响，主要受发酵阶段驱动。β多样性（PCoA分析）显示，真菌群落结构主要由发酵阶段构建，技术差异仅起次要作用。

3.1.1.2 真菌核心微生物组

核心真菌微生物组分析显示，Saccharomyces是所有样本中唯一稳定存在的属，随着丰度阈值提高，其他属均不稳定，表明发酵过程中强烈的筛选压力塑造了极简的核心真菌组。

3.1.1.3 丰度模式与层次聚类（热图分析）

热图分析在纲水平上证实了发酵阶段是真菌群落结构化的首要因素，而特定的酿酒技术进一步细化了次要分类群的存在。

3.1.2 细菌群落

葡萄汁阶段的细菌群落反映了典型的葡萄附生微生物组，主要由Sphingomonas、Gluconobacter等组成，乳酸菌（LAB）罕见。AF后，群落趋向均质化。MLF后，群落结构出现显著差异：接种MLF（V2）以Leuconostoc为特征；自发MLF（V1, V4）轨迹多变；而无MLF处理（V3, V6）则保留了类似AF后的结构或以Wolbachieae为主。6个月后，Leuconostoc在大多数样品中占主导地位，但在V7（带皮渣发酵）中，由于高营养释放，细菌复杂性增强。

3.1.2.1 细菌群落的α和β多样性

细菌α多样性在各处理间物种丰富度相当，主要受酿造进程影响。β多样性分析显示，尽管处理不同，细菌群落结构存在高度重叠，表明发酵阶段而非具体技术模式是驱动细菌群落结构的主要因素。

3.1.2.2 细菌核心微生物组

随着丰度阈值的提高，核心细菌组逐渐收窄，最终在高阈值下由Sphingomonas主导，表明其在分析样品中具有一致性和相对较高的丰度。

3.1.2.3 丰度模式与层次聚类（热图分析）

热图显示细菌群落结构随发酵阶段演变，MLF后处理间出现分化，但总体上，葡萄汁与发酵样品的分离是主要的聚类特征。

3.2 总多酚含量与抗自由基活性

双因素方差分析（Factorial ANOVA）显示，TPC和AA均受处理、阶段及其交互作用的显著影响。排除V7处理后，技术处理和交互作用的影响变得不显著，证实酚类提取强度（V7的皮渣接触）是葡萄酒特征的主要驱动力，而非发酵模式本身。AF后，除V7因皮籽提取导致TPC显著增加外，其余处理均因酵母细胞壁吸附等作用导致下降。MLF后，由于LAB的酶活性释放结合酚类形式，TPC略有上升。6个月时，V7的TPC（约720 mg GAE/L）显著高于V1-V6（约380–480 mg GAE/L）。AA的变化趋势与TPC基本一致，V7的最终AA值（约100 mg GAE/L）已进入典型红葡萄酒范围。

3.2.1 总多酚含量与抗自由基活性的联系

TPC与AA在最终酒样中呈极强的正相关（Spearman's ρ = 0.93, p < 0.05），证实了抗氧化能力的差异主要与酚类浓度相关，且这种关联主要由提取性酿酒实践所支配。

3.3 单体多酚成分含量

3.3.1 黄酮醇含量

除V7外，黄酮醇（槲皮素及其糖苷）浓度极低且无显著变化，符合白葡萄酒特征。

3.3.2 羟基苯甲酸含量

此类物质在AF后轻微增加，V7中增幅最大（没食子酸超过4 mg/L），6个月后V7仍维持最高水平。

3.3.3 羟基肉桂酸含量

该类物质浓度高于羟基苯甲酸，在AF后显著增加，V7在所有阶段均表现出最高水平，尤其是咖啡酸、coutaric酸和阿魏酸。

3.3.4 芪类含量

芪类在葡萄汁中痕量存在，AF后增加，MLF后多数处理下降，表明MLF促进其降解。无MLF处理保留了较高水平的反式白藜芦醇等，V7则因提取增强而表现出较高的piceatannol等。

3.3.5 黄烷-3-醇含量（包括原花青素）

这是受技术影响最显著的类别。V7中的儿茶素、表儿茶素和原花青素B1、B2在AF后急剧增加，并保持高位，而其他处理始终处于低水平，符合红葡萄酒特征。

3.3.6 多酚谱的主要趋势

总体而言，除V7外，V1-V6保持在典型白葡萄酒范围内，而V7因带皮发酵在所有多酚类别中均表现出最高浓度。统计检验进一步证实，只有V7与其他处理显著分离，表明白葡萄酒的多酚谱主要由加工过程中的酚类提取程度决定，技术因素的影响远强于发酵模式本身。

3.4 微生物组与多酚谱的相互作用

3.4.1 多酚化合物对真菌群落演替的作用

多酚组成似乎与次要分类群的多样性而非Saccharomyces的主导地位相关。在MLF后和陈酿期间，多酚谱差异最大时，次要属（如Hanseniaspora）的相对丰度开始分化，暗示多酚可能通过影响细胞壁特性和细胞活力参与调控。

3.4.2 多酚作为细菌群落的选择性驱动因素

多酚被认为是影响MLF期间及之后细菌演替的潜在因素。羟基肉桂酸、黄烷-3-醇和芪类对Oenococcus oeni和Leuconostoc具有抑制作用。V7的高多酚负荷与其LAB主导特征的延迟建立和较低的稳定性相关，而低多酚处理则表现出稳定的Leuconostoc优势。

3.4.3 技术与酚类提取的联合效应

技术差异通过酚类提取水平反映出来。最显著的例子是V7，其高TPC与后期显著的微生物组成异质性相关。这种独特的轨迹可能源于高酚提取造成的选择性压力与固体相（皮渣）提供的物理生态位及营养释放之间的协同效应。相比之下，低酚提取处理表现出更稳定、单一的细菌群落结构。

结论

本研究结果表明，酿酒技术和MLF模式与葡萄酒微生物组及多酚谱的变化相关联，其程度部分超过了初始发酵类型（自发与接种）的影响。虽然这些轨迹并行发展，但葡萄酒的多酚组成似乎主要受技术实践的驱动，特别是与葡萄皮和籽的接触程度，而微生物群落结构则与发酵和陈酿的进程关系更为密切。多酚并未从根本上决定酒精发酵的过程，但与酿造后期的微生物演替趋势相关。高酚负荷与乳酸菌（LAB）主导地位的降低及耐酚细菌分类群更多样的描述性特征相一致。在酵母菌中，这种潜在的关联主要体现在陈酿期间次要分类群的组成变异上。总体而言，技术干预似乎提供了多酚组成与微生物群落之间相互作用的主要框架。带皮渣发酵与显著独特的多酚谱和增加的组成异质性相关，而葡萄汁澄清和受控发酵则导致更均质的微生物结构。这些发现表明，多酚在微生物发展中主要充当调节因子而非决定性因素。因此，影响酚类提取的酿酒实践，特别是皮渣接触和带皮发酵，可能被探索用于调节葡萄酒的化学组成和微生物环境。