王婧 : 科技助力甘肃河西走廊葡萄酒产业发展

作者按：在2022年第十一期国际葡萄与葡萄酒高级研讨班上，以科技助力甘肃河西走廊葡萄酒产业发展为题，围绕河西走廊产业发展和科研平台概况，分享交流甘肃农业大学果蔬加工科研团队借助科研平台，联合葡萄酒企业，围绕葡萄酒产品品质提升的科研工作和思路。

　对于河西走廊大家都不陌生，因为它是古丝绸之路上举世闻名的走廊，是连接蒙古高原和青藏高原的桥梁，河西走廊地处黄河以西，东起乌鞘岭，西至玉门关，南依祁连山，北靠合黎山，由于南北介于两大山脉之间，因此，形成了一个绵延千里的长廊，所以叫做河西走廊。这里不仅是华夏文化的发祥地，也是中国葡萄酒的起源地。产区气候属于典型的温带干旱荒漠型气候，干旱少雨，光照资源丰富，昼夜温差较大，整体气候偏凉，高温时期不长，一般从7月下旬到8月下旬，霜冻和低温冻害是产区常见的气候灾害；产区土壤大多为冲积平原，以沙土和砾石为主，富含矿物质，土层深厚，透气性良好。种植基地土壤也存在缺氮、少磷富钾的特征。

　　经过近40年的发展，目前河西走廊已形成了威武、张掖、嘉峪关、敦煌、天水等葡萄酒产区，其中以武威地区最具代表性，武威位于河西走廊最东端，酿酒葡萄的大规模发展始于1983年，种植面积占甘肃省酿酒葡萄的70%，武威市被中国食品协会命名为中国葡萄酒城，也是甘肃葡萄酒庄数量最多的产区，黑比诺在这一产区表现非常好，既有李子、樱桃和草莓的果香，也有蘑菇、泥土等复杂风味，单宁柔和、酸度适宜，所以武威产区也被称为中国的黑比诺之乡。

　　酿酒葡萄种植面积高峰时期达30万亩，由于这几年中国葡萄酒消费市场的低迷，截止2020年，整个产区酿酒葡萄栽培总面积约为15.5万亩。产区种植基地土地平坦，大都属于绿洲灌溉型农业区，以人工灌溉为主，栽培架型主要以厂字型为主，果实品质优良，属于我国酿酒葡萄优质栽培区之一。

　　目前，河西走廊产区拥有三家大型葡萄酒企业和16家中小型酒企或酒庄，而且都有自己的种植基地，酒厂的酿造设备很多都达到国际水平。葡萄酒产品也是多种多样。三家大型企业都具有万吨以上生产能力和3-5万吨以上储酒能力。已经形成一定的产业产能、市场分额和品牌知名度。截止2020年，葡萄酒年产量为2.46万吨，销售总额约为5.05亿元，利税总额2.2亿元。（数据来源于甘肃省葡萄酒产业协会）。产区五家葡萄酒企业和7家精品酒庄的葡萄酒，在2020年和2021年国际和国内葡萄酒大赛中获得多个奖项，说明河西走廊葡萄酒企业已经树立起了自己的品牌，高品质葡萄酒也具有一定的市场份额。

　　目前，甘肃省葡萄酒产业发展科技支撑平台有四个，首先是国家葡萄酒产业技术体系设立的兰州综合试验站，是依托甘肃省农科院林果花卉研究所而设立，主要进行酿酒葡萄生产质量控制、新品种选育、病虫害防控、葡萄园田管理等方面的研究与示范工作。其次是由甘肃省发改委依托甘肃省质检中心建立的葡萄与葡萄酒检测中心，主要负责各产区的酿酒葡萄与葡萄酒的检测工作。还有两个平台是依托甘肃农业大学的科研力量和硬件设施建立的甘肃省葡萄酒产业技术研发中心和甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室，这两个平台从申报、到建设、到发展都倾注了我们学院因病离世的韩舜愈院长的巨大心血。

　　研发中心和重点实验室分别于2012年和2014年由省发改委和科技厅批准成立，配套在一起运行。中心占地总面积8400平方米，设置了酿酒葡萄品种示范园，葡萄酒中试生产车间和6大功能实验室；仪器设备总值近2000多万元，结合产业发展，主要设置了这四个科研方向，主要是葡萄苗木抗寒引育和栽培技术、葡萄酒品质调控研究、产品安全控制技术研究、葡萄及葡萄酒或果酒新产品研发。科研团队成员主要由甘肃农业大学相关学科的老师们组成，近10年来，在我们团队负责人韩舜愈教授的带领下各个方向也都取得了非常大的成绩。

　　我们团队在葡萄酒品质调控方向，跟本地葡萄酒企业，合作开展了一些科研工作。

　　针对产区葡萄酒品质同质化问题，以及本土优良酿酒微生物制剂严重缺乏的问题，我们从挖掘优良酵母资源入手,利用优势酵母菌种对葡萄酒风格塑造的作用，开发产区特色的本土酵母制剂。首先对主要产区酵母菌群多样性进行分析，并大量收集本土菌种资源。可以看出，我们产区酵母资源非常丰富，不同产区酵母菌群多样性存在差异，本土葡萄酒相关酵母菌种分布在11属有14种。

　　从赤霞珠自然发酵的数据来看，三个主要产区发酵初期均以葡萄汁有孢汉逊酵母为优势菌群，美极梅奇酵母、胶红酵母,浅黄隐球酵母、星型假丝酵母、毕赤克鲁维酵母等也会出现在前期和中期,发酵末期虽然酿酒酵母占主导地位,但依然存在葡萄汁有孢汉逊酵母、美极梅奇酵母,星型假丝酵母等非酿酒酵母菌群。

　　那么商业酿酒酵母接种发酵，到底对酵母菌群结构及多样性产生了怎样的影响，这些影响与香气物质的产生有怎样的关联呢？我们与甘肃凉州葡萄酒有限公司合作，在酒厂2吨罐中，进行了美乐葡萄酒接种发酵和自然发酵的对比试验，从酒精发酵的前期、中期、晚期、结束期四个阶段取样，进行高通量分析，我们从真菌群落，属水平相对丰度的柱状图和韦恩图可以看出，自然发酵模式前期和中期的菌群丰富度和多样性较高，酿酒酵母接种发酵模式下四个时期丰度差异较小，从维恩图上也可以看出两种发酵模式下OUT数量差异非常大。同时，我们对两种发酵模式下四个时期可培养酵母菌种及组成结构进行了分析，明确各个发酵时期的优势菌种，根据各个时期的代谢产物找到菌种与香气表达之间的关联，这部分研究还在进行中。

　　基于我们前期收集建立的酵母菌种资源库，我们根据菌株的生理特性和发酵特性开展了大量的非酿酒酵母菌株筛选工作，主要通过菌株在葡萄酒生境下的抗逆性、嗜杀性、产硫化氢水平、产风味酶的能力以及发酵速率等方面开展了筛选工作。

　　针对优选的一株季也蒙毕赤酵母,这个酵母的特点是在酸性条件下β葡萄糖苷酶活性较高，菌株抗逆性强，发酵速率高，因此与酿酒酵母以顺序接种方式进行干白和干红葡萄酒发酵试验，从发酵过程中菌株生长动态可以看出，目标菌株在酒精发酵后期逐渐消亡。主成分分析可以看出，处理组酒样与大部分的酯类和萜类聚在一起，在随后的总气味活性值和感官分析中，与对照组相比，优选菌株能够明显增加葡萄酒的花香和果香。

　　我们将优选菌株应用于赤霞珠中试发酵中，并监测在酒精发酵完成时期，和陈酿5个月时期香气化合物的变化，并将OAV大于1的香气化合物进行了主成分分析，发现优选的季也蒙毕赤酵母菌株参与发酵的葡萄酒在酒精发酵结束时与己酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸异戊酯具有很强的相关性，表现出青苹果、柑橘、香蕉和草莓等香气；在陈酿5个月后，表现出了奶酪、青柠檬和玫瑰等香气，这些香气表现主要与香茅醇、乙酸苯乙酯和辛酸异戊酯相关联。优选的葡萄汁有孢汉逊酵母菌株，参与发酵的葡萄酒在酒精发酵结束时,与大部分的酯类聚在一起，表现出青苹果、香蕉和草莓等果香，在陈酿5个月后，表现出了花香、果香、干果、青草味和蜂蜜等香气，主要与高级醇类和酯类相关联。

　　针对产区特色酵母菌种--耐热克鲁维酵母,与祁连酒业合作，研究了它在冰酒中的应用效果，发现这种中等水平乳酸产生量的菌种，对于冰酒对酸度的需求非常适合，而且也具有一定的增香效应。

　　德尔布有孢圆酵母是发酵后期依然存在的一种非酿酒酵母，和耐热克鲁维酵母都具有高度的抗逆性和低温定殖能力，我们的研究发现，这两种非酿酒酵母组合发酵赛美蓉冰葡萄酒时，虽然延长了发酵时间，但显著增加了乳酸含量、萜烯类物质种类和含量，能够使冰葡萄酒表现出浓郁的花果香气。

　　为了更好的推广应用本土酵母资源，我们对非酿酒酵母活性干粉制剂的制备工艺进行了优化研究，获得了高密度培养基配方和培养条件，对真空冷冻干燥过程中的冻干保护剂组合进行优化，得到了冻干保护剂复配使用的最佳比例。

　　针对产区干红葡萄酒容易出现色度变浅、颜色稳定性不佳等问题，我们团队的张波老师，这几年一直在研究解决这个问题。由于辅色反应是一种天然有效提升葡萄酒色泽的方式。其中，酚类化合物作为常见的辅色素物质，能借助其自身结构中的电子系统，与缺少电子的花色苷烊盐离子结合，形成“酚类和花色苷”复合物，从而保护花色苷结构，达到稳定和增强颜色的效果，然而，不同辅色素类物质与花色苷的作用机制如何？一些反应参数是如何影响呈色特征的呢？因此，我们选择了12种不同辅色素，研究了不同浓度、不同反应温度、不同pH、不同乙醇浓度对辅色效果的影响。可以看出，增加辅色素浓度，可以强化辅色效果，显著增强红?紫色特征。从不同温度结果中可以看出，当温度低于 20℃ 时，辅色反应随温度的升高而逐渐加强，表现出明显的增色和红移效应。但当温度高于 20℃时，则出现减色和蓝移变化。不同pH的结果可以看出，在pH 3.0时辅色效果最好，显示出明显的红紫色特征；乙醇的存在可以减弱辅色效果。不同辅色素辅色效果不同，羟基肉桂酸类化合物辅色效果要优于相应的羟基苯甲酸类物质 酚醛类化合物辅色效果要低于其相应酚酸类物质 辅色效应随苯环上羟基和甲氧基数目增加而提高。最后，我们结合分析化学、物理化学和量子化学手段，揭示了酿酒葡萄酚类物质差异对干红葡萄酒呈色的影响机制，首次证实了多酚物质与花色苷相互作用中氢键的作用，以及多酚化学结构在反应中的调节作用，酚类化合物利用空间结构中基团位置的匹配性、取代基团的辅助性、结构功能的差异性等特点来调节辅色作用。利用辅色作用的研究成果，通过与国风酒庄合作，生产的国风赤霞珠MAX2018干红葡萄酒获得了2021年卢森堡比利时布鲁塞尔国家葡萄酒大奖赛金奖。

　　陈酿是提高白兰地品质的重要环节，但长达几年的陈酿时间也是目前限制白兰地快速生产的主要难题，我们与祁连酒业合作，采用超高压技术进行催陈处理，通过单因素和响应面试验对超高压处理关键参数进行优化，催陈效果评价及聚类分析结果显示，超高压处理后白兰地中主要酯类香气物质，能够达到常规陈酿 6 年的效果，在白兰地生产中具有很大的应用前景。针对无醇葡萄酒的研发技术，课题组与国风酒业合作，探究了反渗透脱醇和真空蒸馏脱醇，两种不同脱醇方式对葡萄酒香气成分和感官品质的影响，结果发现反渗透脱醇在去除酒体乙醇的同时，对决定葡萄酒品质指标的负面影响较小，所得酒样的综合评价得分较高，具有较好发展潜力。

　　以上是我们团队近几年与企业合作开展的一部分工作。产业发展离不开科技支撑，衷心希望我们能够为葡萄酒产业做更多的事情，也希望在大家的共同努力下中国的葡萄酒产业越来越好！