酿酒节能 ： 酒精发酵的影响

AUTHORS Adriaan OELOFSE（南非）Antonio MORATA（西班牙）Carmen GONZALES CHAMORRO（西班牙）Claudine DEGUEURCE（法国）Fabienne REMIZE（法国）Hatice KALKAN YILDIRIM（土耳其）Manfred GROSSMANN（德国）Patrizia ROMANO（意大利）Shalamitsky MAXIM（俄罗斯）Tiziana NARDI（意大利）—工作组协调员Vladimir JIRANEK（英国） 坐标 Neslihan IVIT ， OIV Oenology 和分析方法 Jean - Claude RUF 单位负责人 ， OIV 科学协调员 OIV集体专家文件未提交给步骤程序审查决议，且在任何情况下均不得视为OIV决议。只有OIV成员国通过的决议才具有官方性质。本文件由葡萄酒学委员会“微生物学”（MICRO）专家小组起草。当前文件是在OIV倡议下起草和发展的集体专家文件。 © OIV 出版物 ， 1st Edition: 2024年12月 978-2-85038-099-0 OIV - 国际葡萄与葡萄酒组织 地址：法国迪jon市蒙热街1号霍tel Bouchu dit d'Esterno 1, RueMonge F-21000 Dijon - 法国 邮箱：oenologie@oiv.int TABLE OF CONTENTS 节能和酒精发酵5 不同温度下的酵母和葡萄酒香气 根据OIV战略计划2020-2024轴1“促进环保葡萄酒生产”，OIV的一项职责是评估生产方法以实施减少投入品使用并提高葡萄酒酿造环境绩效的解决方案（II.B.7）。具体而言，在本实例中，收集和传播科学信息，并鼓励研究微生物资源在提高葡萄酒酿造可持续性方面的作用。 微生物学专家小组认识到有关上述主题的信息的重要性，并认为应考虑许多方面。为此成立了一个工作组，由意大利协调，包括法国、德国、西班牙、南非、俄罗斯和OIV总秘书处，以准备关于葡萄酒酿造过程中发酵过程节能研究进展的文献综述。工作组还在多次会议中讨论了讨论文件。 这份文档并不旨在详细涵盖所有问题和事实，而是通过突出一些目前可用于葡萄酒生产的信息，概述温度增加在发酵中的应用。 文件范围 本文件的目的是汇总有关利用微生物资源减少葡萄酒酿造过程能耗的主要重要元素，并涵盖该领域的一些近期研究，特别是集中在微生物转化（如发酵）方面的研究。 INTRODUCTION 在葡萄酒生命周期评估中，最近启动了若干项目，这些项目除了考虑酿酒过程中使用的其他输入外，还纳入了 vinification 阶段电力消耗的等效排放量，而这一阶段的排放量又受到微生物转化及其管理的影响。[1–3]. 尽管如此，对能源效率机会的不了解仍构成一个重要障碍，尽管许多葡萄酒行业的运营商对节能的创新方法感兴趣。 热量去除显著影响酿酒厂的能源需求，并与发酵过程和葡萄酒陈年阶段的温度控制相关。酿酒厂使用的大部分电力（约90%）用于制冷系统，即工艺冷却、发酵控制、冷稳定化和冷储存[5,6]。发酵过程需要在受控温度下进行以确保质量，在发酵开始时和过程中需要对葡萄酒进行冷却；同时，发酵反应还会产生热量需要被移除[5]。总体而言，发酵温度控制占酿酒厂总能源需求的约45%[7,8]。 节能与酒精发酵 关于酒精发酵，已知不同的发酵管理系统会导致具有不同特性的葡萄酒，这取决于酵母菌株、发酵温度、氧气和氮气的管理等[9-11]。然而，利用微生物资源提高酿酒过程的可持续性是一种非常新的方法，目前仅有少数研究对此进行了探讨[2]。事实上，仅有少数研究工作涉及了与理性选择的酵母菌株相结合的创新热处理协议下酒精发酵过程中所需热量消散量的量化[2, 4, 8]。 不同温度下的酵母和葡萄酒香气文献广泛描述了温度对葡萄酒发酵过程中酵母代谢的影响[2]。然而，在过去十年 中，人们认识到低温对酵母香气生产效果的差异性很大，这取决于不同的酵母菌株。酿酒酵母实际上，并不是像我们几年前所认为的那样，只有在低温条件下所有酵母都会产生大量香气：现有文献中的结果是多种多样的且并不总是相互一致。这很容易理解，如果我们考察不同研究人员进行实验时的条件：如表1所示，测试的酵母菌株不同，分析的芳香族家族也不同，使用的葡萄汁条件也有所不同（包括品种、糖分、可吸收氮，有时甚至是合成葡萄汁）。此外，在每项科学工作中测试的2到3个温度差异相当大，这符合研究中比较“极端”情况的要求。 在对雷司令基酒的生产进行了测试后，比较了19°C、17°C和14°C下的发酵效果。研究结果证实了之前的研究结论，表明温度升高可节省约70%的能量（19°C与14°C相比），且不牺牲葡萄酒的质量。最后，CREA-米兰大学团队在工业规模上进行了更大体积的研究，并于近期发表[21]，以增强和确认之前获得的数据。该研究于2019年和2020年进行，使用了格莱拉和灰皮诺葡萄品种，葡萄汁在450 hL的罐中发酵，能量节约率在这次研究中介于30%到35%之间，始终伴随着确凿的酿酒学和感官结果。总体而言，在不同的研究中采用了4种不同类型的精选干燥酵母，所有这些酵母在温度变化方面均表现出稳定的代谢性能和稳定的芳香特征。 想象自己处于酒窖中，另一方面，兴趣转向了较为温和的温度变化，因此即使修改后的热处理方案仍然符合白葡萄酒发酵的典型参数。正是基于这一考虑，近年来进行了专门的实验，目的是量化在白葡萄酒酿造（起泡酒基酒或静止葡萄酒）中提高3-4℃的温度后所获得的能量节约量。 在2016年进行的一项由意大利农业研究与经济理事会（CREA）与米兰大学合作开展的首次研究中[4]，测试了发酵温度对夏多内起泡酒生产的影响。发酵温度设定为比酒庄标准温度高4°C，即发酵温度为19°C而非15°C。研究人员监测了不同温度下的发酵过程，并记录了阀门开启和关闭的时间，还比较了冷却液体循环时间。结果表明，提高发酵温度可以节省约65%的能量，而不会影响葡萄酒的质量。具体而言，在主要化学参数以及感官特性（强制选择三角测试）方面均未发现显著差异。在2019年，德国的一个研究团队[8]进行了另一项关于发酵温度影响的研究，继续探讨这一主题。 温度是影响酒精发酵过程中葡萄酒香气质量的关键参数之一，同时也显著影响发酵效率和不同strain of S. cerevisiae产生的香气。因此，优化的结果也与选择能够提供预期香气结果和发酵性能的合适启动培养物有关。 节能项目对葡萄酒生产的潜在影响 总体而言，研究报告中的数据表明，通过选择合适的酵母和合理的发酵工艺，可以在不影响葡萄酒质量的前提下显著节约能源，在白葡萄酒酿造中实现这一目标。这些结果建议酿酒厂可以采用一种低能耗的可持续酿酒过程，并且这种选择可能对白葡萄酒酿造的能源消耗产生重要影响，例如在意大利的背景下已经进行了测试。 indeed，这些影响的潜在广泛传播通过一项涉及多家酒庄的调查进行了研究：调查中询问了关于发酵量、常规发酵温度以及对节能创新技术的态度等问题。来自首批较大样本酒庄（n>120）的数据目前正在分析中[22,23]。总体而言，约80%的受访酒庄酿酒师表示，如果研究数据支持节能预期且不牺牲葡萄酒质量，他们愿意提高其常规发酵温度。受访酒庄酿酒师倾向于采用更可持续的发酵流程证实了该研究主题的重要性，以便收集更多数据，从而帮助酒庄实施有利于节能的创新热处理工艺。 Conclusion 在本文件中，关于酿酒发酵过程中节能的不同方法和应用进行了表达。概述了发酵管理的合理且可持续的能源策略，包括其范围、所使用的微生物及其特性和热处理协议。提供了迄今为止获得的结果总结，并展望了进一步潜在应用的可能性及其相应的参考文献。由于可用于葡萄酒酿造的酵母菌株范围不断演变，以及发酵管理技术工具同样如此，因此在考虑将其应用于葡萄酒生产时，需要跟踪并评估最新的进展。 13. Massneuf-Pomarède, I.; Mansour, C.; Murat, M.-L.; Tominaga, T.; Dubourdieu, D. 发酵温度对长相思葡萄酒中挥发性硫化物浓度的影响国际食品微生物学杂志2006 ， 108 ， 385 - 390 ， doi ： 10.1016 / j. ijfoodmicro.2006.01.001 。施威恩，M.；邓纳尔，D.；瓦克，M.；德加达，A.；费舍尔，U. 发酵温度对酵母所需散热、生长和存活率的影响，感官特性以及雷司令葡萄酒挥发性物质形成的影响。澳大利亚葡萄与葡萄酒研究杂志2019, 25, 173–184.Torija, M.J.; Beltran, G.; Novo, M.; Poblet, M.; Guillamón, J.M.; Mas, A.; Rozes, N.发酵温度和酿酒酵母种类对葡萄酒细胞脂肪酸组成及挥发性化合物存在的影响国际食品微生物学杂志2003, 85, 127–136.乔文扎纳，V.；贝吉，R.；瓦格利，P.；伊阿科诺，F.；盖蒂，R.；纳尔迪，T.新酵母与温度管理结合在起泡基酒发酵中节能效果的评估。美国葡萄酒与葡萄栽培杂志2016 ， 67 ， 308 - 314 ， doi ： 10.5344 / ajev.2016. 15115 。1. Merli, R.; Preziosi, M.; Acampora, A. 酒业可持续发展经验：迈向国际指标体系的发展。清洁杂志产量 2018 ， 172 ， 3791 - 3805 ， doi ： 10.1016 / j. jclepro.2017.06.129 。2. Nardi, T. 微生物资源在葡萄酒酿造中提升可持续性的工具.《微生物学》, 2020, 8, 507, doi:10.3390/microorganisms8040507.11. Ugliano ， M. ； Henschke ， P. A. 酵母和葡萄酒风味。在葡萄酒化学和生物化学； 斯普林格 ， 2009 年 ； 第 313 - 392 页。Celorrio, R.; 白诺, J.; Martínez, E.; Jiménez, E.; Saenz-Díez, J.C. 根据IPMVP协议确定酒精葡萄酒发酵的能量节约量。我是 J Enol Vitic.2016 ， 67 ， 94 - 104 ，doi ： 10.5344 / ajev.2015. 14131 。6. Malvoni ， M. ； Congedo ， P. M. ； Laforgia ， D. 能源消耗分析 ： 一家意大利酒厂的案例研究。Energy Procedia 2017, 126, 227–233.10. Fleet ， G. H. 酵母相互作用和葡萄酒风味。国际食品微生物学杂志2003, 86, 11–22.Galitsky, C.; Worrell, E.; Radspieler, A.; Healy, P.; Zechiel, S. 葡萄酒行业基准及节能节水工具指南：BEST酒庄手册. 2005.9. Bartowsky ， E. J. ； Henschke ， P. A. 苹果酸乳酸发酵和葡萄酒风味。澳大利亚葡萄种植者和酿酒师(澳大利亚)1995.Trioli, G.; Sacchi, A.; Corbo, C.; Trevisan, M. 葡萄种植和酿酒投入的环境影响：一项欧洲调研. 网络葡萄栽培与酒庄学杂志 2015, 7, 2. 14. Beltran, G.; Novo, M.; Guillamón, J.M.; Mas, A.; Rozès, N. 发酵温度和培养基对酵母脂质组成及葡萄酒挥发性化合物的影响国际食品微生物学杂志2008, 121, 169–177. 莫利纳，A.M.; 斯威格斯，J.H.; 波雷拉，C.; 菲特鲁西，I.S.; 阿戈辛，E. 葡萄酒发酵温度对酵母衍生挥发性香气化合物合成的影响。应