天然可持续葡萄酒综述

期刊：Critical Reviews in Food Science and Nutrition（11.176）

在线发表时间：2022.03

研究背景

　　随着时间的推移，葡萄酒行业不断发展，与葡萄酒生产相关的“绿色”问题越来越引起消费者和生产者的关注，并衍生出许多不同的有机葡萄酒、生物动力葡萄酒、天然葡萄酒和清洁葡萄酒（表 1)，以满足小众市场的需求。总的来说，有机葡萄酒和生物动力葡萄酒工作的重点主要是生产健康无害的葡萄。清洁葡萄酒专注于在酿酒过程中降低葡萄酒中的亚硫酸盐和组胺含量。而天然葡萄酒专注于通过葡萄栽培和酿造过程来提升葡萄酒的内在自然性。天然葡萄酒是目前葡萄酒行业中一种新兴且快速增长的酒类。但各种国际天然葡萄酒协会对其有不同的看法（表2），没有官方或规范的定义。

　　在这篇综述中，强调了葡萄园的生物多样性有助于生产高质量的葡萄，并促进了葡萄酒的内在自然性。相比之下，传统葡萄酒通常不采用本土微生物。这些微生物可以帮助葡萄酒微生物学家和天然酿酒师开发新的策略，以避免不同产区葡萄酒风土的丧失，减少葡萄园和酒窖的投入，促进可持续发展。

加强生态系统服务以减少葡萄园的投入

　　根据OIV的2019年世界葡萄栽培统计(图1)，世界葡萄园面积在过去20年持续下降，而葡萄酒年总产量却保持在平均水平。有机葡萄栽培的平均产量比传统葡萄栽培低10%至30%，说明每年有大量的化肥和农药投入传统葡萄园。面对经济盈利能力下降、环境污染和使用杀虫剂带来的社会问题，许多法国葡萄种植者转向了更可持续的有机葡萄栽培。天然葡萄酒更注重可持续性，旨在环境健康、经济盈利和社会公平之间取得平衡。但葡萄酒行业的可持续发展不仅仅是有机生产，更融合了文化、景观、历史和所有无形的方面，这些都是葡萄酒作为卓越产品的特征。

　　有机葡萄栽培是可持续葡萄栽培的基础。为了提高其可持续性，葡萄栽培应在模拟自然生态条件下调动农业生态系统中的自然控制(如害虫、疾病和营养)，并在有限的人工干预下促进葡萄树的生长，以加强生态系统的服务，减少投入和由此产生的环境影响，同时保持高的社会经济效益。微生物是每个农业生态系统中的关键角色，能与植物形成复杂的共生关系，在自然环境中对促进植物生产力和健康起着重要作用(图2；表3)。在传统葡萄园中，土壤生物多样性水平通常较低，少数物种或功能群的丧失可能影响整个葡萄园生态系统的功能。在模仿自然生态策略的可持续葡萄栽培中，增加葡萄园中的有益菌群应被视为减少真菌病害的关键途径。模仿自然生态的可持续葡萄栽培可以显著增加土壤生物的密度和种类，并为葡萄园生态系统的可持续运行提供广泛的基础服务。这些服务不仅对自然生态系统的功能至关重要，也是天然葡萄酒可持续发展的重要资源。

图二 自然生态葡萄园(左)和传统葡萄园(右)的区别。

微生物资源作为提高酿酒可持续性的工具

　　不同地区的微生物区系表现出生物地理格局，这些地区葡萄酒的某些特征可能与区域微生物群落的组成有关。然而，目前世界范围内主要通过接种商业酵母进行发酵以确保发酵过程可预测、可重复，但降低了葡萄酒特性和它们的产地之间的相关性，降低了本土微生物对风土的贡献潜力。

　　葡萄的化学成分对葡萄酒来说是至关重要的，优质葡萄天然具备酿酒所需的一切元素(图 3)。葡萄中各成分和生物化学因素会以挥发性和非挥发性化合物的形式影响葡萄酒的化学成分，可分为发酵型和品种型。获得高质量的葡萄后，自然微生物群是葡萄酒酿造中提高质量和复杂性的第二个关键步骤。葡萄浆果有一个复杂的微生物生态系统，包括丝状真菌、酵母和细菌(图 3)，它们不仅影响浆果健康，也对葡萄酒品质起着重要的作用。这些微生物随着收获物进入发酵罐，在整个酒精发酵过程中建立生理和代谢相互作用，影响葡萄酒的风味和质量。根据微生物对葡萄酒质量的影响，表 4列出了与葡萄酒发酵相关的酵母种类及其技术意义。酶在酿酒过程中起着至关重要的作用，工业葡萄酒通常添加商业酶制剂来加速沉淀和澄清过程，增加出汁率，改善颜色提取。为提高葡萄酒酿造的可持续性和促进葡萄酒风土的表达，天然酶可以直接用作发酵剂(图3；表 5)。

　　通过调节发酵过程，可以控制微生物群以获得理想的葡萄酒风味。因寻找形成风味化合物的核心微生物群，确定影响核心微生物群的关键因素是首要任务。然后，构建微生物群来模拟与自发发酵相关的原技术微生物多样性。利用合成微生物群进行发酵是调节和控制发酵的有效方式，为构建用于高效和高质量食品发酵的可再生和易控制的微生物系统提供了可能性。

图3 天然葡萄酒(上)和传统葡萄酒(下)的酿酒策略区别。

天然葡萄酒的食品安全风险

　　人们对天然葡萄酒的安全性一直存在担忧，微生物病原体/菌株可能合成有毒的副产品，如真菌毒素、氨基甲酸乙酯和生物胺，这些产物会降低其安全性。而现代微生物生物技术可以调和发酵食品安全与自发发酵相关微生物，为特定生产设计定制发酵剂以模拟与自发发酵相关的原技术微生物多样性。因此，在构建合成菌群时，选择生态型菌株可以在不影响生产安全的情况下追求独特的感官质量（“自上而下”）。与此同时，也可使用分子和微生物学结合方法的综合方法来评估与自发发酵相关的微生物群（“自下而上”）的安全性。

天然葡萄酒的微生物稳定性

　　葡萄酒的微生物稳定性是保持其质量的基础。可以通过使用化学防腐剂/物理处理来实现杀死微生物或抑制它们的繁殖，或从葡萄酒中物理去除它们。目前广泛使用的SO2引起了消费者对安全的担忧，世卫组织鼓励研究减少SO2使用的替代保存方法。最常见的物理方法之一是微滤，但会降低酒的颜色强度、香气和酚类成分。

　　在化学方法中，目前碳酸二甲酯、溶菌酶和山梨酸被允许在葡萄酒中作为抗菌化学方法使用。此外，调查了其他应用范围内已批准的添加剂对葡萄酒腐败微生物的作用，如酚类化合物、壳聚糖、β-葡聚糖酶。许多研究旨在评估替代或补充SO2的创新化学添加剂，例如细菌素和抗生素、银纳米颗粒、银纳米颗粒、羟基酪醇、短链/中链脂肪酸、酵母杀伤毒素和抗微生物肽。

　　葡萄酒中的一些天然成分具有抗菌作用，如酚类化合物、短/中链脂肪酸、有机酸。一些新兴的技术，如高压、超声波、紫外线照射、脉冲电场技术和微波技术已经被用于研究葡萄酒中有害微生物的去除。此外，优质惰性气体，如氩气、N2和CO2，也是减少或避免使用SO2的极好的工具。

天然葡萄酒的工业规模实践

模仿自然生态系统的葡萄栽培实践

可持续农业的一个主要原则是模仿自然生态系统中的多样性，该方法的实践基于五个关键要素:

(1)改善土壤结构、控制竞争和使用抗性品种/砧木；

(2)提高节肢动物的多样性以抑制葡萄藤的天敌；

(3)使用最佳树冠管理措施预防疾病;

(4)葡萄园边缘生物多样性的保护和发展；

(5)保护性耕作。

　　然而，葡萄园内所有的微小变化都会引起不同的葡萄生理反应，葡萄园需要特殊的农艺管理来满足作物的实际需求。引进精确的葡萄栽培技术可以提高生产效率和质量，同时减少对环境的影响。在GPS和传感器的帮助下可以精确监控所有的可变性，从而根据测量模型的关键关系来表征调节葡萄产量和质量的参数。在不断变化的气候中，精确的葡萄栽培技术是生产优质葡萄酒的关键。

最少干预的工业酿酒实践

　　酿酒发酵控制对于确保过程的顺利完成至关重要，同时也限制了能源成本并提高了葡萄酒的感官特性。因此，发酵过程的有效监测对于开发、优化和保持生物反应的最大功效是必不可少的，减少有害物质的产生，增强葡萄酒的风味。此外，生物传感器还可以在线监测高级醇、酯和主要含硫化合物等分子。传感器在传统的发酵食品工业中已经引起了广泛的关注，因为它们具有简单的仪器、稳定的选择性、低廉的价格以及易于精确控制发酵过程和产生理想结果的自动化。

天然葡萄酒的可持续性

　　葡萄酒行业越来越关注可持续性。环境可持续性，通过综合农业技术，确保土地能够支持健康的作物，促进更大规模的环境健康。经济可持续性，葡萄园生物多样性的增加促进了自然控制，在不影响经济效率的情况下减少人为投入；通过推广该地区葡萄酒的独特性和促进当地旅游业的做法也可以实现经济可持续性。社会可持续性，采用提高农场工人福利的生产方法，提高农场家庭和社区的生活质量，并促进当地经济发展。总之，天然葡萄酒寻求在确保健康环境、经济盈利能力以及社会和经济公平之间取得平衡。

结论与展望

　　天然葡萄酒可以通过增强葡萄园生态系统的服务和葡萄酒中本土微生物的表达，减少葡萄园和酒窖的投资，实现葡萄酒行业的可持续发展。然而，天然葡萄酒的工业规模实践仍然面临巨大的挑战。展望未来，将高通量多相微生物鉴定和性状表征的应用与元组学方法相结合，可以更深入地了解土壤和植物中微生物群落的特征、功能、相互作用和交流过程，从而以更可持续的方式提供实时诊断，可持续地保持土壤健康，获得更好的葡萄。天然葡萄酒利用设计的微生物群实现最终的可控发酵，以获得所需的风味化合物。未来对天然葡萄酒发酵过程的研究将首先利用统计学和元组学方法识别负责风味化合物形成的核心微生物群，探索微生物代谢途径和产物生成规律；然后，将培养组学方法和定向分离方法有效地结合起来获得具有优良发酵性能的微生物，并遵循自上而下(基于生态系统水平设计)和自下而上(基于个体成员的代谢活动及其相互作用)的方法设计合成微生物群；最后，确定发酵期间影响微生物群的关键环境因素，并使用建模来预测、优化和控制合成微生物群的风味化合物形成，使得天然葡萄酒发酵变得可控，从而提高天然葡萄酒的质量、生产率和安全性。此外，加强智能设备在葡萄园和酒窖的应用，实现对物候期和发酵过程的实时准确监控，建设高效可持续的智慧农场。

　　文章原标题：文献视频精讲（83）CRIT REV FOOD SCI：天然可持续葡萄酒综述