《Food Chemistry: X》：Aroma differentiation of
Marselan wine through mixed fermentation with indigenous non-
Saccharomyces yeasts revealed by Sensomics analysis
编辑推荐：
专业术语翻译的论文摘要
本研究系统评估了分离自宁夏贺兰山东麓的11株本土非酿酒酵母（non-Saccharomyces yeasts）与商业酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）RC212混合发酵对马瑟兰（Marselan）葡萄酒香气分化
专业术语翻译的论文摘要
本研究系统评估了分离自宁夏贺兰山东麓的11株本土非酿酒酵母（non-Saccharomyces yeasts）与商业酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）RC212混合发酵对马瑟兰（Marselan）葡萄酒香气分化的影响。通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）、气相色谱-嗅闻（GC-O）、香气提取物稀释分析（AEDA）、香气重组与缺失实验（aroma recombination/omission analysis）及感官评价，研究人员建立了从本土酵母资源到关键香气活性化合物（key aroma-active compounds）再到感官差异化的完整证据链。结果表明，混合发酵处理的总挥发物含量和酯类浓度显著高于纯酿酒酵母发酵对照组，其中以MP-RC（Metschnikowia pulcherrima与RC212共发酵）、PK-RC（Pichia kluyveri与RC212共发酵）和CL-RC（Clavispora lusitaniae与RC212共发酵）三个处理组的香气分化最为突出。基于气味活性值（OAV）和FD因子筛选出52种关键香气化合物，其中乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、β-大马士酮和异戊醇构成核心香气框架。香气重组实验证实完整香气模型能良好再现原酒感官特征，缺失实验进一步验证了上述核心化合物对果香-花香感知的关键贡献。偏最小二乘回归（PLSR）分析显示，MP-RC处理组在花香、果香和草本香维度均表现突出，其风格主要由萜烯类、醚类和醇类协同驱动；CL-RC呈现以中链酯类富集为特征的果酸张力风格；PK-RC则表现出各化学类别贡献均衡但层次结构相对简单的风格特征。研究结论表明，本土非酿酒酵母的菌株特异性代谢特征可驱动马瑟兰葡萄酒产生差异化香气风格，为区域特色葡萄酒开发中本土酵母资源的定向利用提供了科学依据。
论文解读
一、研究背景与意义
马瑟兰（Marselan）是赤霞珠（Cabernet Sauvignon）与歌海娜（Grenache）杂交培育的红葡萄品种，具有色泽深邃、单宁柔和、花果香均衡等突出感官特征。近年来，中国市场对区域特色葡萄酒风格的需求日益增长，推动了马瑟兰种植面积的持续扩大。宁夏贺兰山东麓作为中国新兴的优质葡萄酒产区，地处温带大陆性干旱气候区，光照充足、昼夜温差大、降水稀少、土壤排水良好，这些环境条件有利于葡萄成熟和香气前体物质的积累，为发酵驱动的香气形成提供了重要基础。
风土（terroir）概念强调气候、土壤、地形和栽培条件的综合效应对葡萄酒区域身份的影响。在传统风土框架之外，发酵生态系统提供了风土表达的另一生物学层面。与葡萄表面和酒厂环境相关的酵母种群参与发酵动态过程，将葡萄来源的底物转化为香气相关代谢物，其群落结构和代谢活性被视为微生物风土（microbial terroir）的重要组成部分。然而，现有研究主要集中于微生物多样性、群落组成及其与葡萄酒特征的关联性，将本土酵母资源与特定香气活性化合物及感官验证结果相联系的功能性证据仍然相对有限。
商业酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）发酵剂的大规模使用虽提高了发酵可靠性和过程一致性，但商业菌株的有限多样性可能导致不同发酵体系产生相似的香气特征。因此，对差异化葡萄酒风格的追求激发了研究者对替代性微生物资源的兴趣。本土非酿酒酵母（non-Saccharomyces yeasts）来源于葡萄表面和酒厂环境，具有生态多样性和菌株特异性代谢特征。与商业酿酒酵母相比，非酿酒酵母在酯类形成、高级醇产生、酸转化和香气前体转化等方面表现出多样化的酶活性，有助于提升发酵衍生香气特征的复杂性。混合发酵研究已报道了物种依赖性的香气调控效应，但以往研究多通过整体挥发性图谱或宽泛的感官描述来表征非酿酒酵母的作用，对酵母相关感官分化背后的具体香气活性化合物仍缺乏充分表征。此外，现有研究多集中于选定物种或已确立菌株，特定葡萄酒产区本土酵母资源的功能潜力尚未得到充分探索。
基于上述背景，本研究从宁夏贺兰山东麓分离了11株本土非酿酒酵母，以商业酿酒酵母RC212作为工业参考菌株，采用双酵母发酵体系评估本土非酿酒酵母在马瑟兰葡萄酒酿造中的香气调控潜力。研究假设具有不同代谢特征的本土非酿酒酵母在与酿酒酵母混合发酵过程中能够产生差异化的香气特征。为验证该假设，研究人员综合运用GC-MS、GC-O、AEDA、香气重组/缺失实验和感官评价，旨在建立连接本土混合发酵、关键香气化合物与感官差异化的感官组学（sensomics）证据链，为区域特色马瑟兰葡萄酒生产中本土酵母资源的定向利用提供支撑。
二、主要关键技术方法
研究人员采用以下主要技术方法开展研究：利用固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）对葡萄酒挥发性香气化合物进行定性和定量分析；采用气相色谱-嗅闻（GC-O）结合香气提取物稀释分析（AEDA）鉴定潜在的关键香气活性化合物，以风味稀释（FD）因子表征各化合物的气味贡献强度；计算气味活性值（OAV）评估各化合物对整体香气的贡献程度；通过香气重组实验（aroma recombination）在标准化模型酒基质中重建香气模型，并利用缺失实验（omission test）结合三角检验（triangle test）验证关键化合物的感官贡献；采用香气剖面分析（aroma profile analysis）由16名经ISO 8586:2012培训的感官评价员对葡萄酒样品进行定量描述性感官评价；运用主成分分析（PCA）和偏最小二乘回归（PLSR）进行多变量统计分析，建立挥发性化合物与感官属性之间的关联模型。研究使用的马瑟兰葡萄于2024年9月采自宁夏贺兰山东麓甘城子葡萄园，11株本土非酿酒酵母于2023年从该产区葡萄表面和自然发酵体系中分离。
三、研究结果
3.1 十二种发酵处理葡萄酒的酿造学参数
对12个发酵处理组葡萄酒的理化参数测定结果显示，酒精度范围为9.89%至13.47% vol，大多数处理组超过11.0% vol；所有葡萄酒的残糖均低于4 g/L，表明酒精发酵完成并符合干红葡萄酒要求；总酸和甘油含量范围分别为0.68至1.43 g/L和8.70至12.90 g/L；各处理组间pH无显著差异。
3.2 十二种发酵处理挥发性香气化合物与感官评分的比较分析
通过SPME-GC-MS共鉴定出148种挥发性化合物，包括50种酯类、41种醇类、15种烷烃、9种酸类、10种醚类、8种酚类和醛类化合物、6种萜烯类、4种酮类及5种其他挥发性物质。酯类和醇类是主导化合物类别，占总挥发性含量的80%以上。各处理组总挥发性浓度存在显著差异，范围为158.45至274.43 mg/L，多数混合发酵处理组高于对照组（CK，189.80 mg/L），其中CL-RC、MP-RC和PK-RC增幅最为显著。MP-RC的酯类浓度最高（829.73 μg/L），显著高于对照组（540.32 μg/L）。基于OAV筛选出52种关键香气化合物（OAV>0.1），CL-RC、MP-RC和PK-RC的总OAV分别达到8332.64、8026.85和6605.82，显著高于对照组（5592.91），主要由辛酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯等中链酯类及β-大马士酮等萜烯类驱动。PCA分析中PC1和PC2解释了44.37%的总方差，CL-RC、MP-RC和PK-RC在得分图中远离中心区域，靠近辛酸乙酯、异戊酸乙酯和β-大马士酮等高影响香气化合物的载荷向量，与其较高的OAV特征和较强的果香-花香感官评分一致。综合挥发性浓度、关键香气化合物分布、OAV特征、感官评分和PCA模式，CL-RC、MP-RC和PK-RC三个共发酵组被选择用于后续深入分析。
3.3 三个优选共发酵处理的关键香气贡献化合物
通过GC-O、AEDA和OAV综合分析，研究人员在三个优选共发酵组中鉴定出核心香气框架化合物。乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、β-大马士酮和异戊醇因低感知阈值和高浓度被确定为关键贡献者，共同建立了与热带水果、核果和柑橘-花香相关的感官特征。乙酸异戊酯赋予新鲜香蕉样顶香，辛酸乙酯贡献菠萝样圆润热带果香，己酸乙酯提供苹果和梨等主导核果香，β-大马士酮增添优雅持久的柑橘-花香背景，异戊醇作为高级醇贡献口感复杂性和结构平衡。三个样品在关键化合物表达上呈现方向性差异：MP-RC的辛酸乙酯和β-大马士酮水平升高，更倾向于花香和热带果香；CL-RC的己酸乙酯和乙酸异戊酯浓度较高，核果特征更突出且酸度张力更强；PK-RC各关键化合物表达适中，整体风格均衡和谐。缺失实验表明，缺失乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、β-大马士酮和异戊醇等关键化合物会引起果香感知的显著变化，确认了它们对果香-花香香气结构的核心贡献。重组实验显示，完整香气模型能最佳再现原酒的感官特征，尤其在果香强度、香气饱满度和风格一致性方面。
3.4 三个高香气共发酵组的香气贡献化合物差异分析
PLSR模型和PCA分析进一步揭示了三个共发酵组在香气构建上的结构差异。MP-RC在花香属性上感官强度最高（评分9），香气表达主要由萜烯类（0.990）、醇类（0.950）和醚类（0.595）正向驱动，PCA显示其聚集在富含乙酸异戊酯、辛酸乙酯和β-大马士酮的区域，呈现典型的花香主导型香气特征。在果香和酸果香维度，MP-RC的果香表达由萜烯类（0.816）正向驱动，酸果香由醚类（0.696）和醛类（0.816）共同支持，形成具有新鲜感和风味张力的复合果香特征。CL-RC的花香评分较低（7），醛类（-0.938）产生强烈负向影响；其酸果香评分较高（8），由酸类（0.435）和醚类（0.696）驱动，乙酸乙酯和庚酸乙酯等中链酯类富集支持了酸果香特征。PK-RC花香评分中等（8），醚类（0.323）和部分萜烯类（0.215）提供部分正向贡献，但PCA显示其聚集有限，主要围绕乙酸异戊酯和2-壬醇，花香结构相对简单。在草本香和烟熏香维度，MP-RC草本香评分最高（8），整体香气化合物协同作用产生了空间均衡且风格一致的尾香特征；CL-RC草本香评分最低（4），醛类（-0.374）产生负向影响；PK-RC草本香评分略高（5），但酸类（-0.294）显示负向效应且缺乏有效香气贡献化合物。
四、讨论与结论
讨论部分指出，混合发酵处理组的香气差异并非简单地与挥发性物质丰度增加相关，而是反映了菌株依赖性的香气组成和感官平衡调控。CL-RC虽然总香气浓度和总OAV最高（8332.64），但未获得最高感官评分，表明香气强度并非仅由挥发性化合物总体丰度决定，还取决于各气味物质之间的平衡及其感官效力。CL-RC中异戊醇等高级醇的较高贡献可能将香气平衡转向更强的醇类相关特征，降低了花香化合物的感知突出性。相比之下，MP-RC虽未产生最高总浓度，但其酯类含量和β-大马士酮等低阈值花香挥发物的富集产生了结构良好的果香-花香香气特征。研究还讨论了M. pulcherrima可能通过氨基酸利用、β-葡萄糖苷酶活性介导的糖苷结合态香气前体释放以及种间互作等机制促进MP-RC的香气分化。PK-RC的均衡但层次性较弱的香气特征可能与其酯类形成能力及与酿酒酵母的碳氮源竞争有关。CL-RC虽感官表现不突出，但其独特的挥发性特征为未充分开发的本土酵母功能多样性提供了信息。研究结论指出，来自贺兰山东麓的本土非酿酒酵母通过混合发酵在马瑟兰葡萄酒中产生了差异化的香气特征，MP-RC展现出均衡的果香-花香香气特征，突出了其作为候选发酵策略的潜力。然而，研究结论来源于单一葡萄园、单一年份和实验室规模发酵，仍需通过多年份、多葡萄园和生产规模的验证，结合酵母种群监测和靶向代谢研究，以评估菌株稳定性、可重复性和工业适用性。
