葡萄酒生物稳定性机制进展,本文是研究进展类论文怎么撰写与葡萄酒和稳定性和研究进展方面毕业论文模板范文.
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葡萄酒作为一种特殊的世界性饮品,其品质的优劣影响到消费者的喜好,其安全性影响到消费者的身心健康,葡萄酒的稳定性影响其品质,因此,葡萄酒稳定性是葡萄酒的重要特征之一.葡萄酒稳定性影响葡萄酒从贮存、运输到货架期间颜色,口感和香气的平衡,及葡萄酒的营养、健康与安全.对消费者的饮用习惯、身心健康、安全保健至关重要,是葡萄酒产业长期稳定发展和人类身体健康的关键瓶颈和纽带.
众所周知,葡萄酒发酵后需要经过漫长的陈酿期,发生复杂的生理生化变化,之后才趋于动态的平衡和稳定,才能达到口感柔和、香气馥郁、颜色稳定,而发酵期间复杂的生理生化变化是导致葡萄酒在发酵结束后的很长一段时间内不稳定的重要因素.本文结合微生物代谢、生化反应过程,综述葡萄酒发酵和陈酿期间基本生化和理化指标的变化对葡萄酒稳定性的影响.葡萄酒主要由水、糖、酸、色素类、酚类、蛋白质、胶体、香气物质及矿物质等组成,葡萄酒的稳定性与这些成分息息相关.目前国内外相关的研究主要集中在以下几方面：
1 葡萄酒中物质成分的影响
葡萄果实中主要有苹果酸、酒石酸、柠檬酸、草酸和琥珀酸等有机酸,其中抑制细菌活动的酒石酸,苹果酸-乳酸发酵的底物苹果酸及产物乳酸,溶解三价铁、易被细菌污染的柠檬酸,及酵母代谢产物琥珀酸均赋予葡萄酒特有的味道,并影响了葡萄酒的生物稳定性[1].它们对葡萄酒的组成、稳定性和感官品质至关重要.葡萄酒中的单萜烯类、醇、酯、脂肪酸、醛、酮等800多种挥发性香气化合物[2-3],影响了葡萄酒的复杂性和稳定性.多酚物质具有促进和抑制葡萄酒氧化的双重功能[4].在发酵和陈酿期间,葡萄酒中的酚类物质相互聚合,或参与一系列复杂的化学反应,如辅色素反应,引起酚类物质结构和含量的差异[5].花色苷分子小,溶解性高,不稳定,与乙醇、糖、肽和单宁类物质反应,可以自聚,与辅色素产生共呈色作用[6-7],使葡萄酒呈现不同的颜色.乙醛可以促进花青素和儿茶酚或单宁的聚合[8],降低单宁含量,同时作为酒精发酵的中间代谢产物被还原成乙醇和CO2[9].新葡萄原酒中的花色素在陈酿期间结合成大分子缩合单宁,引起色素沉淀[10],加剧了葡萄酒颜色的变化.溶解氧会促进其聚合及氧化降解[11-12].这些变化引起了葡萄酒的生物不稳定性.
2 葡萄酒中微生物之间的相互作用
葡萄酒中的微生物相互竞争有限的底物和代谢产生最终产物,抑制或促进自身和其它菌种的生长[13].在葡萄酒酿造过程中,不同种类的酵母菌能够产生不同种类的高级醇、酯类和挥发酸类物质.酒香酵母属的糖苷酶通过分解结合态糖苷键的风味前体化合物,释放出挥发性香气成分[14],同时产生具有不良风味的4-乙基苯酚和4-乙基愈创木酚,增加了葡萄酒风味的复杂性.利用酿酒酵母和非酿酒酵母进行混酿得到的葡萄酒,可以改善葡萄酒质量,尤其非酿酒酵母对葡萄酒的最终风味影响显著[15].大量的酿酒酵母能够通过细胞间互相接触抑制非酿酒酵母活性[16],而非酿酒酵母会降低酿酒酵母的发酵速率,提高乙酸乙酯含量[17].一些蛋白质或多肽会诱导非酿酒酵母的提前衰亡[18].酿酒酵母及其代谢产物,如中链脂肪酸和蛋白质,能够抑制乳酸菌的生长和苹果酸-乳酸发酵,降低苹果酸转化为乳酸的能力.酵母中的酶将细胞中的核酸、蛋白和脂类分解成氨基酸、肽、脂肪酸和核苷酸等,并从细胞壁中释放出可溶性甘露糖蛋白,促进了乳酸菌生长和苹果酸-乳酸发酵[19].酒精发酵结束前,乳酸菌通过抑制酵母代谢生成乙酸.受野生酵母、乳酸菌和醋酸菌污染的葡萄酒中的乙酸浓度比单独酿酒酵母发酵的高,因此,通过乙酸与乙醇能够合成大量的乙酸乙酯[20].不同的乳酸菌发酵特性决定了精氨酸代谢的差异[21].葡萄酒中的花色苷等色素类成分,在不同pH环境下呈现不同的颜色变化,因为上述微生物调节葡萄酒中成分变化、改善葡萄酒风味的同时,也调节着花色苷等色素类物质存在的环境条件,增加了葡萄酒的复杂性,它们的产物影响了葡萄酒颜色的变化.因此,微生物在发酵和陈酿期间相互协作,增加了葡萄酒风味的多样性,同时也为葡萄酒的稳定性带来了风险.
3 葡萄酒中的生化反应
葡萄酒是一系列生化反应的产物.在葡萄酒发酵期间,外界环境的差异造成了非酿酒酵母和酿酒酵母大量的交替繁殖,消耗营养物质并产生二级代谢产物.酿酒酵母利用氨基酸合成蛋白质,蛋白质也可以被酵母细胞分解或者释放到介质中[22-25].酿酒酵母产生的乙醛作为最终电子受体经乙醇脱氢酶还原成乙醇.同时它们中的果胶酶、葡萄糖苷酶、脂肪水解酶、蛋白质水解酶和尿酶活性破坏了原来的微生物平衡[26-27],促进了微生物的代谢活动,加速了葡萄酒成分的转化.蛋白水解酶将蛋白质水解成可溶性肽和氨基酸,补充了氮源,有利于发酵完全,葡萄酒澄清、稳定和酵母自溶.高级醇分解途径由氨基酸先脱氨成α-酮酸,再还原成高级醇；合成途径由葡萄糖经糖酵解、三羧酸循环等合成中间体α-酮酸,再还原成相应高级醇[28].由BAP2基因编码的酿酒酵母氨基酸透性酶通过调节缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的同化[29],分解代谢形成高级醇[30].丙酮酸氧化脱羧或乙酸和ATP直接合成乙酰辅酶A,进一步与高级醇合成乙酸酯类[31].酵母的胞内代谢能够调控乙酸酯类与高级醇的形成[32-33].
酒酒球菌通过抵抗胁迫蛋白合成进行苹果酸-乳酸发酵,降低酸度[34],融合子也能降低葡萄酒酸度[35].醋酸菌通过代谢葡萄糖、果糖、苹果酸和柠檬酸形成乳酸、琥珀酸、乙醛和酮等；醋酸杆菌属和葡萄糖杆菌属的细菌通过己糖单磷酸途径将己糖和戊糖氧化成乙酸和乳酸,再由醋酸杆菌通过三羧酸循环氧化成CO2和H2O,将己糖直接氧化成葡萄糖酸盐及葡萄糖酮酸.因此,醋酸菌可以通过不同的代谢途径调节产物种类的生成,调控发酵产物种类和产量.氧化葡萄糖杆菌和纹膜醋酸杆菌通过氧化代谢酵母发酵产物甘油,生成2-羟基丙酮[36-37].因此,不同微生物可以通过相似的代谢途径产生相同产物.葡萄糖杆菌属的细菌通过氧化葡萄糖、半乳糖、甘露糖、赤藓糖醇和山梨醇,生成二羟丙酮和葡萄糖酸等.氧化葡萄糖杆菌和纹膜醋酸杆菌能够代谢酵母酒精发酵产生的甘油[36-37].Sumby等发现,醋酸杆菌优先将乙醇氧化成乙酸、CO2和H2O,而葡萄糖杆菌则优先通过不完全三羧酸循环将乙醇转化为乙酸.苹果酸-乳酸发酵期间,乳酸菌通过氨基酸脱羧提高生物胺含量[38].苹果酸-乳酸发酵过程存在苹果酸代谢和柠檬酸与葡萄糖的共代谢及含氮化合物的代谢.L-苹果酸被乳酸酶直接催化成L-乳酸[39].在柠檬酸-葡萄糖共代谢途径中,柠檬酸加速细菌生长,是通过刺激细菌对糖的代谢实现的,而其自身被柠檬酸裂解酶分解成乙酸和草酰乙酸,进一步脱羧成丙酮酸,再通过糖代谢还原成乳酸,提高了共代谢途径中代谢产物乳酸的产率.苹果酸-乳酸发酵结束后,由乳酸菌主导的精氨酸代谢产生的大量中间体瓜氨酸,与乙醇合成氨基甲酸乙酯[40]；同时释放大量的氨,提高pH值[41],促进了葡萄酒的稳定性.因此,苹果酸-乳酸发酵及其共代谢途径也是调节葡萄酒生物稳定性的重要因素.以上生化反应调节着葡萄酒中生化产物的合成和分解,促进了葡萄酒颜色和口感的不稳定.
适宜浓度的代谢产物对葡萄酒发酵有利,但是高浓度的代谢产物导致发酵缓慢甚至中止.异戊二烯途径、脂肪酸途径和氨基酸途径能够在葡萄果实中代谢产生各类香气物质[42],其中的糖苷键结合态香气前体在葡萄酒发酵过程中通过酶解或酸解释放出挥发性游离物质[43],因此,在葡萄酒发酵期间,葡萄果实中积累的糖、酸、香气物质等及相关的糖酸代谢酶也随着果实进入葡萄酒中,通过糖代谢和酸代谢参与葡萄酒的发酵.由此可见,葡萄酒中时时刻刻发生着复杂的生化反应,生化途径是葡萄酒生命力的重要方式,这些变化着的生化反应调节着葡萄酒的生命活动,影响了葡萄酒的稳定性.酵母菌通过氨基酸合成和分解代谢产生高级醇[36].酚类化合物通过促进或抑制酒酒球菌的生长和代谢影响二次发酵和葡萄酒品质[44],而酒酒球菌通过葡萄糖苷酶代谢花色素或者其它酚类化合物产生风味物质[45].因此,酵母菌、酒酒球菌、葡萄糖苷酶和酚类化合物之间相互作用影响葡萄酒成分的变化,也是调节葡萄酒稳定性的重要因素.
由此可见,葡萄酒中的生化反应和微生物代谢相辅相成,相互作用促进了葡萄酒的生长、成熟,也导致了葡萄酒的不稳定.因此,葡萄酒的稳定性与葡萄酒中的成分、微生物和酶的种类、微生物之间的相互作用、酶之间的相互作用及葡萄酒的成分与微生物和酶之间的相互作用息息相关,其机理需要进一步研究.
4 未来的研究重点及前景分析
目前对于葡萄酒稳定性的科学研究主要集中在采取各种措施获得澄清的葡萄酒,提高和稳定葡萄酒中的色素类、酚类、香气物质、pH和酒精度等成分含量方面,降低酵母菌、细菌、乳酸菌和醋酸菌等微生物群体数量,这些成分往往导致了葡萄酒不稳定,但是没有人做进一步的研究.除此之外,聚合、分解、化合或转化等作用导致了葡萄酒各成分之间的不平衡——直观地体现在葡萄酒的颜色、香气和口感之间的不平衡,而微生物的存在使生物转化复杂化,加剧了不平衡.基于此,需要揭示引起葡萄酒不稳定或不平衡的成分变化的根源及其规律性,进而因地制宜地采取科学措施稳定葡萄酒,保障葡萄酒的品质与安全.因此,对于葡萄酒稳定性的研究具有显著的科学意义,对于其质量与安全的评价是未来科学发展的必然趋势.
葡萄酒发酵过程是由各类微生物参与的复杂的生化反应过程.在葡萄酒发酵过程中,葡萄梗、籽、皮和果肉中的糖、酸、色素、单宁、蛋白质、胶体和香气物质等相互渗透、结合、分解、转化,使葡萄果实中的不稳定性因素转化到葡萄酒中,并复杂化了不稳定性,这是导致葡萄酒不稳定,尤其是葡萄酒陈酿期间保持活跃的主线和根源.葡萄酒作为一个有生命的液体,发酵期间和发酵结束后的前两个月恰恰是最活跃的时期,发酵结束后到被消费这段时间,仍然伴随着漫长的各类微生物参与的复杂的生化反应过程,之后才趋于动态的平衡——香气、色泽和口感等外部感官特征和内部成分之间在处于动态的稳定.那么,究竟葡萄酒在陈酿和贮藏期发生了什么样的变化？发酵和贮藏期间哪些因素和成分的变化导致了葡萄酒的不稳定？这些因素之间有什么联系？他们如何影响葡萄酒的稳定性？需要科学系统地研究,揭示其规律,趋利避害,稳定葡萄酒.
基于此,建议从以下几个方面进行重点研究：酒精发酵和陈酿期间,理化指标的变化对葡萄酒稳定性的机理及微生物代谢对葡萄酒稳定性的机理；糖代谢和酸代谢等生化反应对葡萄酒稳定性的机理；利用示踪技术跟踪葡萄酒中微生物、酶和与葡萄酒的颜色、香气和风味相关的理化指标的变化,分析它们之间的关系；另外,在葡萄酒发酵和陈酿期间,利用电镜观察葡萄酒中的微生物、酶的活性变化、及其产物的种类和结构,能够直观地观察和分析葡萄酒的稳定性机理.通过不同产区不同品种葡萄酒在发酵和陈酿期间微生物代谢和生化反应的动态变化研究及其微结构的观察,分析葡萄酒不稳定性原因,研究葡萄酒稳定性机理,可以为葡萄酒的品质稳定奠定基础.
葡萄酒的生物稳定性与葡萄酒的品质密切相关.葡萄酒的品质主要体现在葡萄酒的颜色、香气和口感上.无论是颜色、香气还是口感（如花色苷、酚、醇、醛、酸、酯、苯等）实质上都是以相应的化学成分存在于葡萄酒中.这些化学成分的变化与葡萄酒中的微生物和酶息息相关.它们都是相应微生物和酶的底物、产物或者中间产物,一旦被微生物和酶分解代谢,就会改变葡萄酒的颜色、香气和口感,引起葡萄酒的不稳定.微生物和酶通常长期共存于葡萄酒中,因此,对于以上几个方面的重点研究,可以掌握葡萄酒颜色、香气和口感的变化根源和变化规律,以及它们之间的变化关系,它们和微生物与酶之间的变化关系.基于此,可以人为的控制葡萄酒的发酵和贮藏条件,使葡萄酒的品质朝着消费者希望的方向发展,提供满足市场要求的葡萄酒产品,因此,有很好的发展前景,值得去研究.
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