酒精发酵是葡萄酒酿造的核心环节，ALONSO-MORENO C等[1]依据2014年全球累计合法消耗酒精量估算葡萄酒和烈酒发酵大约会产生1 270万t的CO2。为了确保生产安全[2-3]，酒庄通常利用通风装置将发酵产生的大量CO2排入大气，但这也导致了温室效应的加剧[4]。为实现绿色低碳发展，酒庄可以将葡萄酒酿造过程产生的CO2作为一种潜在碳源进行回收利用[5-6]。研究者通过对2015年意大利锡耶纳省葡萄酒酿造产生的CO2进行回收计算，预测可以使该省温室气体净排放减少7.76%[7]；此外，捕获葡萄酒酿造过程中的发酵气体，包括CO2和香气物质，可以将捕获的含有芳香物质的气体用于生产碳酸饮料[8]。为了实现工业可持续发展，GUEDDARI-AOURIR A等[9]利用50%氢氧化钠捕获葡萄酒酿造过程产生的CO2，减少了45.6 t CO2直接排放到大气，并得到碳酸钠产品。
实际葡萄酒酿造过程中，通常会进行开放式或半开放式酒精发酵，为了保证CO2的回收效率，需要采用密封方式收集处理酒精发酵产生的CO2。葡萄酒发酵时需要利用倒罐、循环喷淋等方式使发酵基质充分混匀、浸提并提供一定氧气，生产时的氧气需求增加了CO2回收难度。国内外对葡萄酒精发酵过程产生的CO2研究多集中于回收方法的选择和CO2的再利用[10-11]，对密封条件下发酵过程CO2生成规律及其对葡萄酒品质的影响研究较少。
本研究通过监测葡萄酒密封发酵过程CO2生成量和浓度变化，构建CO2生成规律模型，确定CO2回收时期；在不同开放程度下进行酒精发酵，对干白、干红葡萄酒常规理化指标、颜色、酚类物质、挥发性风味物质进行检测研究，探讨密封式酒精发酵对葡萄酒发酵特征和品质的影响，为企业进一步回收酒精发酵过程产生的CO2提供一定的理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
赤霞珠（红色酿酒葡萄品种）（还原糖含量为263.8 g/L，可滴定酸含量（以酒石酸计）为4.43 g/L）：2022年9月30日采自宁夏青铜峡市中法葡萄基地。
霞多丽（白色酿酒葡萄品种）（还原糖含量为191.4 g/L，可滴定酸含量（以酒石酸计）为4.06 g/L）：2022年9月18日采自陕西杨凌曹辛庄葡萄示范基地。
活性干酵母BV818：安琪酵母股份有限公司；亚硫酸（分析纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司；福林酚试剂（分析纯）：厦门海标科技有限公司；4-甲基-2-戊醇（分析纯）：上海阿拉丁试剂有限公司；浓盐酸、氯化钙、无水乙醇（均为分析纯）：广东光华科技股份有限公司。
1.2 仪器与设备
5 L高硼硅玻璃发酵罐：四川蜀牛玻璃仪器有限公司；Agilent Cary 60紫外-可见分光光度计、7890B-7000D气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用仪、80/10 μm DVB/CWR/PDMS固相微萃取头：美国安捷伦科技有限公司；SBA-40D生物传感分析仪：山东省科学院生物研究所；W100葡萄酒颜色分析仪：中国海能仪器股份有限公司；GASTiger2000泵吸式便携二氧化碳测定仪（量程0～100%vol，分辨率0.01%vol）：深圳市万安迪科技有限公司；ACS系列电子计重计数秤（量程10 kg，精度0.1 g）：上海浩然电子有限公司。
1.3 方法
1.3.1 密封式葡萄酒小容器酿造
（1）密封式发酵装置
密封式葡萄酒发酵装置如图1所示。发酵罐口用橡胶塞密封，发酵产生的CO2气体经不锈钢导气管排出，CO2测定仪分析气体浓度。
图1 带导气管的密封发酵罐
Fig.1 Sealed fermenter with gas-guide tube
①发酵罐；②不锈钢针；③橡胶塞；④旋塞阀；⑤导气管；⑥便携式CO2测定仪；⑦过滤器；⑧蠕动泵。
（2）干白葡萄酒小容器酿造
霞多丽葡萄经分选、除杂、去梗、破碎后压榨取汁，果汁中加入20 mg/L果胶酶低温（8～10 ℃）澄清24 h，分离的澄清汁以90%的装罐率分别装入3个5 L密封式发酵罐（图1A），加入50 mg/L SO2，接种200 mg/L活性干酵母。水浴控温（19±1）℃发酵。发酵启动后每日早晚9：00测定可溶性固形物和还原糖含量，每2 h测定发酵体系质量损失和排出CO2浓度，还原糖含量降至4 g/L以下，酒精发酵结束。
（3）干红葡萄酒小容器酿造
赤霞珠葡萄分选、除杂、去梗、破碎后均匀以80%的装料量分别装入3个5 L密封式发酵罐（图1B），加入50 mg/LSO2和20 mg/L果胶酶，8～10 ℃静置12 h后接种200 mg/L活性干酵母，水浴控温（25±1）℃发酵。发酵启动后每日早晚9：00经蠕动泵自动循环喷淋以增加葡萄酒皮帽浸渍程度并测定可溶性固形物和还原糖含量，每2 h测定发酵体系质量损失和排出CO2浓度，还原糖含量降至4 g/L以下，酒精发酵结束。
1.3.2 不同开放程度干白、干红葡萄酒酿造
（1）不同开放程度干白、干红葡萄酒发酵装置
不同开放式葡萄酒发酵装置如图2所示，密封式发酵罐严格密封，使用单向排气阀代替不锈钢导气管排气。利用开放式发酵罐模拟发酵池，半开放式发酵罐模拟不锈钢发酵罐，密封式发酵罐模拟CO2密封回收。
图2 不同开放程度的酒精发酵装置
Fig.2 Alcoholic fermentation devices with different openness degrees
①发酵罐（口径115 mm）；②不锈钢针；③旋塞阀；④⑤发酵罐（口径95 mm）；⑥橡胶塞；⑦单向排气阀；⑧过滤器；⑨蠕动泵；⑩导气管。
霞多丽干白葡萄酒酿造处理组：开放式（干白葡萄酒开放式敞口发酵，BK）、半开放式（干白葡萄酒半开放式半敞口发酵，BB）、密封式（干白葡萄酒密封式封闭发酵，BM）。
赤霞珠干红葡萄酒酿造处理组：开放式（干红葡萄酒开放式敞口发酵，HK）、半开放式（干红葡萄酒半开放式半敞口发酵，HB）、密封式（干红葡萄酒密封式封闭发酵，HM）。
（2）不同开放程度干白、干红葡萄酒酿造
干白、干红葡萄酒精发酵方法同1.3.1。发酵结束后，经离心过滤得到干白葡萄酒，经皮渣分离和离心过滤得到干红葡萄酒，酒样置于（4±1）℃冷藏待用。每组试验重复两次。
1.3.3 分析检测
（1）常规理化指标
还原糖、可滴定酸、挥发酸及pH值的测定：参照国标GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[12]；可溶性固形物的测定：采用手持糖量计；乙醇体积分数的测定：利用SBA-40D生物传感分析仪。
（2）CIELab颜色参数
酒样经0.45 μm无机滤膜过滤后，使用W100葡萄酒颜色分析仪测定国际照明委员会（Commission Internationale de l'Eclairage，CIE）Lab颜色参数值，蒸馏水调零[13]。Lab色空间是由照度（L*值）和有关色彩的a*值，b*值三个要素组成。L*值表示明亮度（L*值越大，表示颜色越亮），a*值表示从红色至绿色的范围（a*值越大，表示颜色越红），b*值表示从黄色至蓝色的范围（b*值越大，表示颜色越黄）。色调（hab值）表示葡萄酒的特征色调色度（Cab值）表示葡萄酒的色彩饱和度，色差（△E）表示样品葡萄酒与标品葡萄酒之间的颜色差异，其具体计算公式参考文献[14]。
（3）酚类物质
总酚含量（以没食子酸计）测定：使用福林-肖卡法[15]；单宁含量测定：参考曹栋杰[16]方法；总花色苷含量（以二甲花翠素-3-葡萄糖苷计）测定：采用pH示差法[17]。
（4）挥发性风味物质
顶空固相微萃取（head space solid-phase microextraction，HS-SPME）-GC-MS联用萃取分析挥发性风味物质[18]。
样品预处理：将1 g氯化钠、5 mL酒样、10 μL 4-甲基-2-戊醇内标依次加入20 mL顶空瓶中，旋上瓶盖，置于样品盘上。样品瓶放置在振荡器中，转速400 r/min，40 ℃保温5 min，40 ℃萃取30 min，进样口240 ℃解吸10 min。
GC条件：色谱柱为HP-INNOWA色谱柱（60mm×0.25mm×0.25 μm），载气为高纯度氦气（He），流速为1 mL/min。进样温度为250 ℃，离子源温度为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，葡萄酒样品进样体积为1 μL，不分流进样。升温程序为50 ℃保持1 min，然后以3 ℃/min的速度升温到220 ℃。
MS条件：电子电离（electronic ionization，EI）源，传输线温度280 ℃，离子源温度230 ℃，电子能量70 eV，质谱扫描范围为29～350 amu。
定性定量分析：安捷伦Masshunter（2021）定性和定量软件，将香气标准品的保留时间、美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）14谱库物质检索与手动检索矫正相结合对峰进行定性分析，利用标准曲线对化合物进行定量分析。
1.3.4 数据处理
采用Microsoft Office Excel 2016进行基本数据统计；采用SPSS 21.0进行数据分析，采用ANOVA检验，P＜0.05表示差异显著；采用Origin 2018作图。所有样品均进行3次平行测定，结果以“平均值±标准差”表示。
2 结果与分析
2.1.1 密封式葡萄酒精发酵还原糖、酒精度及CO2的生成量规律
葡萄酒发酵是一个非常复杂的生物化学过程，随着酒精发酵的进行，还原糖在酵母的作用下转化生成酒精、CO2和其他化合物（酯类、高级醇、甘油等）。干白、干红葡萄酒发酵过程中还原糖、酒精度、发酵气体质量变化见图3。
图3 干白（A）及干红（B）葡萄酒酒精发酵过程中还原糖、酒精度及CO2的变化
Fig.3 Changes of reducing sugar, alcohol content and CO2 of dry white (A) and dry red (B) wine during alcoholic fermentation process
由图3可知，酒液中还原糖含量随着发酵时间的增加呈递减趋势，酒精度和发酵气体质量呈上升趋势。在酒精发酵启动后的24 h内，还原糖开始减少，酒精和发酵气体质量变化幅度不明显，发酵24 h后还原糖快速消耗，酒精度和发酵气体质量持续上升。干性葡萄酒酒精发酵时含糖量降至4 g/L以下终止发酵，由于霞多丽和赤霞珠葡萄初始含糖量不同，干白葡萄酒在发酵132 h结束酒精发酵，干红葡萄酒于204 h结束酒精发酵。
酒精发酵时，1 mol葡萄糖可生成2 mol酒精和2 mol CO2。由图3A可知，霞多丽葡萄汁初始还原糖含量为190.4 g/L，酒精发酵后生成酒精度10.68%vol的干白葡萄酒，理论应产生81.1 g/L CO2，但实际测得发酵气体质量为88.5 g/L，推测干白葡萄酒清汁发酵时发酵液中CO2达到饱和溶解度后直接从气-液界面排出，在此过程中CO2扩散运动会带走发酵液中部分水蒸气和挥发性物质，导致实际测得的发酵气体质量大于理论值。
由图3B可知，赤霞珠葡萄醪初始还原糖含量为263.8g/L，经发酵后生成14.07%vol的干红葡萄酒，理论应产生111.9g/L的CO2，实际测得的发酵气体质量为106.4 g/L，干红葡萄酒浸渍发酵时发酵液中CO2在达到饱和溶解度后从发酵液中排出，进入葡萄皮渣形成的酒帽中。酒帽相当于一种多孔介质，它会阻碍CO2的扩散，只有穿过酒帽的CO2才会再进入气态环境排出发酵罐。因此，可能由于酒帽中残留了一部分CO2，导致干红葡萄酒的发酵气体质量小于CO2理论生成量。
RAPAPORT A等[18]表示，糖转化为酒精和CO2的恒定产量遵循质量平衡假设，满足公式（1）和（2）。
dS/dt=-kdE/dt（1）；dE/dt=dCO2/dt（2）
由于发酵工艺的差别，不同的酒精发酵过程公式（1）中的k值存在差异。通过前文分析可知，失重法无法准确表达CO2生成量，因此利用干白和干红葡萄酒的酒精生成量的拟合模型来表达发酵过程中CO2的生成规律。根据不同时间的酒精含量（g/L），用Origin 2018软件进行非线性拟合。干白、干红葡萄酒CO2生成模型分别见公式（3）和（4）：
2.1.2 密封式酒精发酵罐CO2体积分数变化规律
密封式发酵罐在酒精发酵过程中的CO2体积分数变化见图4，CO2生成速率见图5。在接种酵母启动酒精发酵的4 h内，发酵罐口未监测到CO2气体逸出，此阶段活化后的酵母只是恢复了正常形态与正常生理代谢功能，进入发酵罐后，酵母菌需要一定的时间适应新环境，呼吸作用较弱，且酵母细胞释放的CO2未达到该发酵温度下CO2的饱和溶解度。
图4 干白（A）及干红（B）葡萄酒酒精发酵过程中CO2体积分数变化
Fig.4 Changes of CO2 concentration of dry white (A) and dry red (B)wine during alcoholic fermentation process
图5 干白（A）及干红（B）葡萄酒酒精发酵过程中CO2生成速率
Fig.5 Production rates of CO2 of dry white (A) and dry red (B) wine during alcoholic fermentation process
由图4和图5可知，4～24 h期间，酵母菌利用原料除梗破碎过程中的溶解氧进行有氧呼吸，快速增长繁殖，此阶段每1 mol葡萄糖氧化会释放6 mol CO2，CO2生成速率加快，发酵液中CO2达到饱和溶解度后开始逸出，CO2体积分数迅速上升；发酵28h后，干白葡萄酒发酵罐最高CO2体积分数为96.46%，干红葡萄酒最高CO2体积分数为87.39%，在后续发酵过程中CO2保持高水平波动；当酒液含糖量降至4 g/L以下，CO2体积分数开始下降。这一规律与高畅[19]对干红葡萄酒发酵尾气浓度的研究结果一致，CO2体积分数变化规律符合酵母菌生长曲线函数（Logistic函数）。葡萄酒发酵过程中，发酵罐口CO2体积分数最大时，CO2生成速率还在快速增长，约在48 h左右CO2生成速率才达到最大值，持续大约24 h的平稳阶段，之后CO2生成速率不断降低，直至发酵结束。因此选择在CO2体积分数达到最大值时开启回收至发酵结束时终止回收，可回收发酵期间产生的90%～95%的CO2。
酒精发酵过程中，CO2在逸出发酵液时会带走水蒸气和挥发性物质。干红葡萄酒发酵时CO2的最大浓度＜90%。为了提高干红葡萄酒发酵气体中CO2体积分数，在干红葡萄酒发酵罐CO2导气管上连接了冷凝器（利用加盐冰水水浴，冷凝温度-5～0 ℃）。经过处理后CO2体积分数能较为稳定的保持在90%以上（见图4B）。在120～144 h期间，正常测定的CO2体积分数与冷凝处理后测得的CO2体积分数相差不大，可能是乙醇质量浓度增加影响挥发性物质的气液分配系数变化[20]，导致随CO2逸出的挥发性成分减少。发酵144 h后，CO2生成速率降至较低水平，发酵尾气中CO2体积分数开始下降。
2.2 不同开放程度酒精发酵曲线
不同开放程度下葡萄酒酒精发酵还原糖消耗和可溶性固形物含量变化见图6。由图6A和图6C可知，不同开放程度的干白葡萄酒酒精发酵过程中，密封式发酵速率与半开放式基本一致，三种发酵方式结束发酵的时间相同。由图6B和图6D可知，在发酵的起始阶段，密封式发酵的还原糖消耗速率与对照组基本一致，但随着发酵的进行，在发酵48 h后，密封式发酵速度减缓，还原糖和可溶性固形物含量下降速度均变慢，相对而言，半开放式发酵和开放式发酵还原糖消耗速度和可溶性固形物下降速度较快，最后到达发酵终点的是密封式发酵。
图6 不同开放程度干白（A、C）及干红（B、D）葡萄酒酒精发酵过程中还原糖和可溶性固形物的变化
Fig.6 Changes of reducing sugars and soluble solids of dry white (A, C) and dry red (B, D) wine during alcoholic fermentation process with different openness degrees
密封式发酵对干白葡萄酒发酵时间影响较小，但会导致干红葡萄酒发酵时间延长。可能由于干红葡萄酒的浸渍发酵影响，随着发酵的进行，氧气逐渐耗尽，CO2不断溢出，干红葡萄酒的葡萄皮渣会上浮形成的皮渣帽进一步隔绝空气，密闭的环境下酵母生长繁殖受阻，酵母总数减少，造成葡萄酒中还原糖含量较高。
2.3 不同开放程度酒精发酵对葡萄酒品质指标的影响
2.3.1 对常规理化指标的影响
不同开放程度酒精发酵对霞多丽干白葡萄酒和赤霞珠干红葡萄酒基础理化指标酒精度、还原糖、可滴定酸及挥发酸的影响见表1。
表1 不同开放程度酒精发酵的葡萄酒样常规理化指标
Table 1 Basic physicochemical indexes of wine samples of alcoholic fermentation with different openness degrees
注：同一列同种酒样不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P＜0.05）。下同。
葡萄酒样 处理组还原糖/（g·L-1）酒精度/%vol可滴定酸/（g·L-1）挥发酸/（g·L-1）霞多丽干白葡萄酒赤霞珠干红葡萄酒BK BB BM HK HB HM 1.7±0.1a 1.8±0.1a 1.7±0.1a 3.0±0.6b 3.4±0.2ab 3.9±0.1a 10.8±0.8a 11.0±0.2a 10.8±1.3a 14.2±0.6b 13.3±0.3a 13.1±0.3a 4.38±0.22a 4.58±0.13a 4.62±0.23a 6.03±0.10c 6.46±0.30b 6.79±0.12a 0.21±0.02a 0.20±0.01a 0.23±0.02a 0.39±0.04c 0.74±0.01b 0.92±0.03a
如表1所示，经不同开放程度发酵的葡萄酒还原糖、总酸、挥发酸均符合国家标准GB/T 15037—2006《葡萄酒》中对干型葡萄酒的要求。不同开放程度酒精发酵对霞多丽干白葡萄酒的还原糖、酒精度、可滴定酸和挥发酸均无显著影响（P＞0.05），说明密封式发酵对干白葡萄酒的常规理化指标影响不显著。对于干红葡萄酒，随着发酵罐开放程度的降低，还原糖含量、可滴定酸含量和挥发酸含量增加，酒精度降低。这一结果与MCRAE J M等[21]研究葡萄酒酒精发酵中注入不同水平氧气对葡萄酒基础理化指标的结果一致。密封式酒精发酵的干红葡萄酒挥发酸含量＜1.2 g/L，说明密封式发酵与对照组一样均能正常发酵，密封式发酵干红葡萄酒不利于酵母利用发酵醪液中的糖分，并且可能由于密封式发酵罐内平均温度（25.35 ℃）高于对照组（HK 24.99 ℃，HB 25.29 ℃）导致酵母在发酵醪液中的酸代谢较高，使得密封式发酵葡萄酒的可滴定酸和挥发酸含量升高。
2.3.2 对CIELab颜色参数值和酚类物质含量的影响
不同开放程度酒精发酵对霞多丽干白葡萄酒和赤霞珠干红葡萄酒的CIELab颜色参数和酚类物质含量的影响见表2。
表2 不同开放程度酒精发酵的葡萄酒样颜色参数和酚类物质含量
Table 2 Color parameters and phenolic contents of wine samples of alcoholic fermentation with different openness degrees
葡萄酒样 处理 L*值 a*值 b*值 Cab 值 hab值 △E 总酚/（g·L-1） 单宁/（g·L-1） 总花色苷/（g·L-1）霞多丽干白葡萄酒赤霞珠干红葡萄酒BK BB BM HK HB HM 99.08±0.01a 99.40±0.01a 99.44±0.03a 30.59±0.27ab 31.27±1.58a 29.36±0.57b-0.64±0.03a-0.70±0.02a-0.64±0.03a 52.13±0.22b 52.74±0.08a 52.97±0.42a 4.65±0.12a 3.87±0.14b 3.45±0.08c 24.21±0.27a 22.59±1.10b 21.95±0.38b 4.70±0.12a 3.93±0.13b 3.51±0.40c 57.47±0.27a 57.39±0.39a 57.34±0.24a 1.4±0.01b 1.39±0.01a 1.39±0.00a 0.44±0.01b 0.41±0.02b 0.39±0.01a 0.85±0.23b-1.26±0.49a 2.51±0.36a-2.86±0.14a 0.32±0.01a 0.27±0.01b 0.24±0.01c 3.68±0.01a 3.23±0.01b 3.34±0.00b 0.45±0.03a 0.44±0.23a 0.58±0.25a 2.29±0.16b 2.46±0.05a 2.35±0.04ab 0.46±0.02a 0.34±0.01b 0.32±0.01c
由表2可知，密封式发酵干白葡萄酒的b*值和色度（Cab值）显著降低（P＜0.05），发酵罐不同开放程度对干白葡萄酒L*值、a*值差异不显著（P＞0.05）。发酵罐开放程度对赤霞珠干红葡萄酒颜色参数均有影响，密封式发酵干红葡萄酒的a*值增加，L*值、b*值和色度（Cab值）降低，与CARRASCO-QUIROZ M等[22]酒精发酵过程控制氧气添加量对葡萄酒色泽影响的研究结果一致。由表2亦可知，发酵罐不同开放程度对葡萄酒的颜色产生了一定影响，密封式发酵有利于减轻干白和干红葡萄酒的提前黄化，但葡萄酒色差△E＜3，肉眼几乎不能区分[23]。
干白葡萄酒和干红葡萄酒的发酵过程必然会有酚类化合物的富集。如表2所示的酚类物质含量可知，随着发酵罐开放程度减小，干白葡萄酒的总酚含量显著降低（P＜0.05），单宁含量差异不显著（P＞0.05）。酚类物质的质量浓度增加能够提升葡萄酒品质，但会增加干白葡萄酒氧化褐变的可能性，因此密封式发酵可降低干白葡萄酒氧化褐变程度。对于赤霞珠干红葡萄酒，密封式发酵酒与半开放式发酵酒的总酚含量和单宁含量差异不显著，但总花色苷含量显著低于对照组（P＜0.05）。葡萄酒的单宁一方面来源于葡萄破碎后浸皮[24]提取的缩合单宁，另一方面来源于橡木桶陈酿时溶解[25]的水解单宁。葡萄酒酒精发酵阶段，干白葡萄酒由于采用清汁发酵，酒中缩合单宁的含量不受酒精发酵影响；干红葡萄酒单宁差异可能是发酵过程中淋帽效果不理想导致的。适度的微氧化可以增强葡萄酒的颜色强度，同时衍生出新的花色素类物质，增加葡萄酒的总花色苷含量[26]，随着开放程度的降低，葡萄酒的氧化程度降低，总酚含量和花色苷含量随之降低。
2.3.3 对挥发性风味物质的影响
由表3可知，GC-MS在干白葡萄酒中共检测到22种挥发性风味物质，包括酯类10种、醇类8种、脂肪酸酸类3种、其他类1种。气味活力值（odor activity value，OAV）由挥发性风味物质含量除以相应阈值计算而得[27]，有关研究表明，OAV＞1，则其对葡萄酒的风味特征贡献作用明显，且OAV越大对香气特征贡献越显著，而OAV＜1时，该物质对葡萄酒的香气仅起到协助作用[28]。如表3所示，干白葡萄酒中OAV＞1的挥发性风味物质共有11种，说明正丙醇、苯乙醇、正庚醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯、乙酸苯乙酯、十六酸乙酯、正癸酸、辛酸、异戊酸和2-甲氧基-3-异丁基吡嗪为霞多丽干白葡萄酒的特征香气物质。其中乙酸乙酯、正己酸乙酯、十六酸乙酯和正癸酸在密封式发酵干白葡萄酒中的风味特征贡献高于对照组，这些物质能够为干白葡萄酒带来丰富的果香和脂肪味、焦糖味。结果表明，密封式发酵令干白葡萄酒果香更为突出。
表3 不同开放程度酒精发酵干白葡萄酒样挥发性风味物质的气味活度值
Table 3 Odor activity values of volatile flavor components of dry white wine samples of alcoholic fermentation with different degrees of openness
序号 化合物 香气阈值/（μg·L-1）香气描述 BK OAV BB BM醇类1 2 3 4 5 6 7 8酯类9 1 0 11 12 13 14正丙醇异丁醇正己醇苯乙醇正辛醇正庚醇3-甲基-1-戊醇4-甲基-1-戊醇乙酸乙酯乙酸己酯壬酸乙酯己酸异戊酯乙酸异丁酯乙酸异戊酯50 000[27]40 000[28]8 000[28]10 000[28]40[29]200[29]50[29]5 000[29]7 500[27]45[28]1 300[28]50[28]40[27]30[28]酒精味、梨生青味青草味蜂蜜、玫瑰茉莉、柠檬柠檬、橘子土壤、蘑菇杏仁、烘烤味菠萝、果香苹果、樱桃、梨、花香果香、玫瑰苹果、菠萝、香蕉香蕉、果香香蕉1.61±0.03 0.32±0.01 0.02±0.01 1.32±0.07 0.39±0.01 0.85±0.04 0.68±0.05 0.00±0.00 2.95±0.19 0.91±0.21 0.01±0.00 0.12±0.00 0.31±0.04 88.64±6.18 1.88±0.02 0.39±0.02 0.01±0.00 2.38±0.19 0.34±0.05 1.50±0.22 0.70±0.04 0.00±0.00 3.40±0.07 0.78±0.12 0.01±0.00 0.12±0.01 0.38±0.00 113.39±7.22 1.60±0.01 0.35±0.02 0.02±0.00 1.53±0.31 0.63±0.04 0.00±0.00 0.88±0.06 0.00±0.00 3.66±0.25 0.87±0.10 0.00±0.00 0.11±0.01 0.41±0.06 99.66±5.17
续表
序号 化合物 香气阈值/（μg·L-1）15 16 17 18脂肪酸类19 20 21其他类22正己酸乙酯乙酸苯乙酯月桂酸乙酯十六酸乙酯80[28]250[27]1 500[27]1.5[30]辛酸正癸酸异戊酸500[29]1 000[28]33.4[27]2-甲氧基-3-异丁基吡嗪0.02[32]香气描述 BK青苹果、草莓花香、桃子花香、果香、奶酪味苹果、菠萝15.91±1.88 1.19±0.04 0.38±0.04 37.59±4.66腐败味、奶酪味脂肪味、焦糖味刺激性气味6.01±0.46 2.32±0.11 16.52±0.56青椒味30.50±2.12 OAV BB BM 14.15±0.24 2.14±0.25 0.61±0.02 25.13±5.13 19.19±0.71 1.08±0.10 0.32±0.04 46.22±0.95 7.03±0.96 2.37±0.07 18.84±0.61 6.23±0.36 2.73±0.05 16.91±0.84 29.67±2.09 0.00±0.00
不同开放程度酒精发酵干白葡萄酒醇类、酯类、脂肪酸类总量对比结果见图7。由图7可知，开放式发酵的干白葡萄酒醇类和脂肪酸类物质含量均高于密封式发酵干白葡萄酒，密封式发酵干白葡萄酒中酯类物质含量高于对照组。结果表明，密封式发酵有利于干白葡萄酒中酯类物质的提升与保留。
图7 不同开放程度酒精发酵的干白葡萄酒样醇类、酯类及脂肪酸类物质含量比较
Fig.7 Comparison of alcohols, esters and fatty acids in dry white wine samples of alcoholic fermentation with different degrees of openness
由表4可知，通过GC-MS在干红葡萄酒中共检测到33种挥发性风味物质，包括酯类19种、醇类7种、脂肪酸类4种、醛酮类2种、其他类1种。干红葡萄酒中OAV＞1的挥发性风味物质共有12种，说明苯乙醇、3-甲硫基丙醇、3-甲基-1-戊醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯、辛酸乙酯、十六酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、癸酸乙酯、3-羟基-2-丁酮为赤霞珠干红葡萄酒的特征香气物质。其中苯乙醇、3-甲硫基丙醇、3-甲基-1-戊醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、正己酸乙酯、辛酸乙酯、十六酸乙酯和癸酸乙酯在密封式发酵干红葡萄酒中的风味特征贡献高于对照组，这些物质能够为干红葡萄酒带来丰富的果香、椰子香、花香和蘑菇味[27-32]。结果表明，密封式发酵令干红葡萄酒花果香更为突出。
表4 不同开放程度酒精发酵干红葡萄酒样挥发性风味物质的气味活度值
Table 4 Odor activity values of volatile flavor components of dry red wine samples of alcoholic fermentation with different openness degrees
序号 化合物 香气阈值/（μg·L-1）香气描述 HK OAV HB HM醇类12 34567酯类891 0正丙醇异丁醇正己醇苯乙醇正辛醇3-甲硫基丙醇3-甲基-1-戊醇乙酸乙酯乙酸己酯辛酸甲酯50 000[27]40 000[28]8 000[28]10 000[28]40[29]500[30]50[30]7 500[27]45[28]200[29]酒精味、梨生青味青草味蜂蜜、玫瑰茉莉、柠檬脂肪味、蔬菜味柠檬、橘子菠萝、果香果香、花香-1.60±0.03 0.43±0.01 0.03±0.00 4.30±0.37 0.15±0.00 1.27±0.03 1.86±0.45 1.94±0.08 0.14±0.00 0.01±0.00 1.58±0.05 0.42±0.02 0.04±0.00 3.62±0.21 0.18±0.01 1.11±0.23 2.69±0.18 1.98±0.57 0.14±0.02 0.01±0.00 1.51±0.05 0.39±0.02 0.03±0.00 4.27±0.10 0.18±0.01 1.58±0.11 3.27±0.57 2.94±0.75 0.22±0.03 0.01±0.00
续表
序号 化合物 香气阈值/（μg·L-1）11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26脂肪酸类27 28 29 30醛酮类31 32其他33辛酸乙酯壬酸乙酯癸酸乙酯丙酸叶醇酯己酸异戊酯乙酸异丁酯乙酸异戊酯正己酸乙酯水杨酸甲酯水杨酸乙酯乙酸苯乙酯月桂酸乙酯十六酸乙酯异丁酸乙酯琥珀酸二乙酯2-甲基丁酸乙酯600[29]1 300[29]200[29]-50[28]40[27]30[28]80[28]40[30]115[30]250[27]1 500[27]1.5[30]15[27]1 200[29]0.000 3[30]辛酸乙酸正癸酸安息香酸500[29]200 000[31]1 000[30]-苯甲醛3-羟基-2-丁酮2 000[32]800[33]D-柠檬烯10[31]香气描述 HK苹果、梨、菠萝果香、玫瑰椰子香甜葡萄、玫瑰苹果、菠萝、香蕉香蕉、果香香蕉青苹果、草莓冬青油冬青油花香、桃子花香、果香、奶酪味苹果、菠萝-果香苹果、菠萝、李子0.61±0.04 0.00±0.00 1.29±0.11-0.06±0.00 0.09±0.00 4 803.52±169.22 2.84±0.06 0.12±0.00 0.03±0.00 0.10±0.00 0.04±0.00 46.23±6.67 0.28±0.00 0.13±0.01 11 611.11±972.33腐败味、奶酪味刺激性气味脂肪味、焦糖味苦杏仁、樱桃、坚果0.69±0.03 0.08±0.00 0.09±0.00-苦杏仁、樱桃、坚果奶香、脂肪味0.00±0.00 8.11±1.47橙子、柠檬0.56±0.00 OAV HB HM 0.71±0.10 0.00±0.00 1.50±0.31-0.06±0.01 0.09±0.01 4 953.08±97.69 2.38±0.80 0.12±0.00 0.03±0.00 0.09±0.00 0.05±0.01 34.48±3.82 0.28±0.03 0.12±0.00 7 033.33±1 061.45 1.03±0.08 0.01±0.00 2.08±0.18-0.07±0.01 0.10±0.02 6 000.34±299.37 4.41±1.07 0.12±0.00 0.03±0.00 0.11±0.00 0.27±0.01 108.40±2.36 0.27±0.01 0.10±0.00 7 783.33±1234.76 0.63±0.01 0.11±0.00 0.09±0.00-0.80±0.04 0.48±0.31 0.14±0.04-0.00±0.00 5.43±0.42 0.00±0.00 1.55±0.29 0.56±0.00 0.59±0.01
不同开放程度酒精发酵干红葡萄酒醇类、酯类、脂肪酸类和醛酮类总量对比结果见图8。由图8可知，开放式发酵干红葡萄酒中醇类和醛酮类含量均高于密封式发酵干红葡萄酒，密封式发酵干红葡萄酒中酯类和脂肪酸类物质含量均高于对照组。结果表明，密封式发酵有利于干红葡萄酒酯类和脂肪酸类物质的提升与保留。
图8 不同开放程度酒精发酵的干红葡萄酒样醇类、酯类、脂肪酸类及醛酮类物质含量比较
Fig.8 Comparison of alcohols, esters, fatty acids, aldehydes and ketones in dry red wine samples of alcoholic fermentation with different openness degrees
综上所述，密封式葡萄酒中酯类挥发性风味物质的含量高于对照组，密封式酒精发酵处理能够有效减少挥发性风味物质的损失，显著提升了葡萄酒的果香和花香。
3 结论
本试验对密封条件下酒精发酵过程中CO2生成规律及其对葡萄酒品质的影响进行研究，结果表明，酒精发酵过程CO2生成量的变化规律可以利用酒精动态生成模型表达，CO2浓度变化规律符合Logistic函数。不同开放式的酿造虽然对葡萄酒品质产生了一定影响，但各项指标均满足葡萄酒的国标要求。相较于开放式和半开放式，密封式酒精发酵：在一定程度上减少了酿酒过程中酯类挥发性风味物质损失，防止了葡萄酒提前黄化，对干白葡萄酒常规理化指标、单宁含量的影响不显著；而干红葡萄酒的发酵时间、可滴定酸和挥发酸含量略有升高，酒精度、总酚和总花色苷含量有所降低。因此，密封式酒精发酵对干白葡萄酒品质影响较小，可在密封发酵条件下回收CO2，但密封式酒精发酵对葡萄酒品质各方面均产生一定影响，需进一步探讨如何在密封回收二氧化碳时保证干红葡萄酒品质。
[1]ALONSO-MORENO C,GARCÍA-YUSTE S.Environmental potential of the use of CO2 from alcoholic fermentation processes.The CO2-AFP strategy[J].Sci Total Environ,2016,568:319-326.
[2]杜旭芹，郝凤桐.二氧化碳中毒研究进展[J].中国工业医学杂志，2010，23（4）：273-276.
[3]PERMENTIER K,VERCAMMEN S,SOETAERT S,et al.Carbon dioxide poisoning:a literature review of an often forgotten cause of intoxication in the emergency department[J].Int J Emerg Med,2017,10(1):1-4.
[4]RUGANI B,VÁZQUEZ-ROWE I,BENEDETTO G,et al.A comprehensive review of carbon footprint analysis as an extended environmental indicator in the wine sector[J].J Clean Prod,2013,54:61-77.
[5]SCHMID C,HAHN A.Potential CO2 utilization in Germany:An analysis of theoretical CO2 demand by 2030[J].J CO2 Util,2021,50:101580.
[6]陈倩倩，顾宇，唐志永，等.以二氧化碳规模化利用技术为核心的碳减排方案[J].中国科学院院刊，2019，34（4）：478-487.
[7]MARCHI M, NERI E, PULSELLI F M, et al.CO2 recovery from wine production:Possible implications on the carbon balance at territorial level[J].J CO2 Util,2018,28:137-144.
[8]PRUSOVA B,HUMAJ J,KULHANKOVA M,et al.Capture of fermentation gas from fermentation of grape must[J].Foods,2023,12(3):574.
[9]GUEDDARI-AOURIR A, GARCÍA-ALAMINOS A, GARCÍA-YUSTE S,et al.The carbon footprint balance of a real-case wine fermentation CO2 capture and utilization strategy[J]. Renew Sust Energ Rev, 2022, 157:112058.
[10]QYYUM M A,NAQUASH A,SIAL N R,et al.CO2 precooled dual phase expander refrigeration cycles for offshore and small-scale LNG production: Energy, exergy, and economic evaluation[J]. Energy, 2023, 262:125378.
[11]SANTAMARÍA P,LUCÍA GONZÁLEZ-ARENZANA L,ESCRIBANOVIANA R, et al.Influence of the temperature and the origin of CO2(anaerobiosis methodology) on the intracellular fermentation of wines made by carbonic maceration[J].J Sci Food Agr,2022,102(13):6163-6168.
[12]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 15038—2006 葡萄酒、果酒通用分析方法[S].北京：中国标准出版社，2016.
[13]ALCALDE-EON C,FERRERAS-CHARRO R,FERRER-GALLEGO R,et al.Monitoring the effects and side-effects on wine colour and flavonoid composition of the combined post-fermentative additions of seeds and mannoproteins[J].Food Res Int,2019,126:108650.
[14]李运奎，韩富亮，张予林，等.基于CIELAB色空间的红葡萄酒颜色直观表征[J].农业机械学报，2017，48（6）：296-301.
[15]CHENG X H, MA T T, WANG P P, et al.Foliar nitrogen application from veraison to preharvest improved flavonoids,fatty acids and aliphatic volatiles composition in grapes and wines[J].Food Res Int,2020,137:109566.
[16]曹栋杰.发酵前处理与陈酿方式对赤霞珠红葡萄酒品质的影响研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2022.
[17]常馨佳.多级过滤对干红葡萄酒品质的影响及应用研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2022.
[18]RAPAPORT A,DAVID R,DOCHAIN D,et al.Consideration of maintenance in wine fermentation modeling[J].Foods,2022,11(12):1682.
[19]高畅.干红葡萄酒发酵尾气CO2浓度变化规律数学模型的建立[J].农业工程学报，2004（z1）：53-57.
[20]MORAKUL S,ATHES V,MOURET J R,et al.Comprehensive study of the evolution of gas-liquid partitioning of aroma compounds during wine alcoholic fermentation[J]. J Agr Food Chem, 2010, 58(18): 10219-10225.
[21]MCRAE J M, DAY M P, BINDON K A, et al.Effect of early oxygen exposure on red wine colour and tannins[J].Tetrahedron,2015,71(20):3131-3137.
[22]CARRASCO-QUIROZ M,ALAMO-SANZA M D,MARTÍNEZ-GIL A M,et al.Influence of oxygen management on color and phenolics of red wines[J].Molecules,2023,28(1):459.
[23]张予林，翁皎洁，兰天，等.不同透氧率的瓶塞对瓶储两年葡萄酒感官品质的影响[J].中国酿造，2023，42（1）：174-180.
[24]丁燕，ROLAND H，王超萍，等.不同皮渣浸渍发酵时间对葡萄酒中缩合单宁构成及感官品质的影响[J].食品工业科技，2021，42（8）：64-69.
[25]MITREVSKA K,GRIGORAKIS S,LOUPASSAKI S,et al.Antioxidant activity and polyphenolic content of north macedonian wines[J]. Appl Sci,2020,10(6):2010.
[26]CANO-LÓPEZ M, NGUEZ F, SCHMAUCH G, et al.Effect of microoxygenation on color and anthocyanin-related compounds of wines with different phenolic contents[J].J Agr Food Chem,2008,56(14):5932-5941.
[27]薛楚然，于庆泉，王海绮，等.沙城产区陶罐发酵雷司令干白葡萄酒品质及香气成分分析[J].中国酿造，2022，41（8）：70-76.
[28]ALLEN M S,LACEY M J,BOYD S.Determination of methoxypyrazines in red wines by stable isotope dilution gas chromatography-mass spectrometry[J].J Agr Food Chem,1994,42(8):1734-1738.
[29]陈璐，石俊，张晓蒙，等.酿酒葡萄品种及产区对贺兰山东麓葡萄酒香气质量的影响研究[J].中国酿造，2022，41（4）：39-45.
[30]MAO D S, LIU H, LI Z F, et al.Impact of sensory interactions among volatile compounds of juice of Red Delicious apples[J].Hortic Environ Biotechnol,2020,61:197-206.
[31]谷佩珊，陈亦新，王春光，等.发酵型和配制型山楂酒中主要呈香物质组成分析[J].食品科学，2023，44（14）：326-335.
[32]张娟，张海军.发酵结束后浸渍时间对葡萄酒香气成分及感官品质的影响[J].中国酿造，2022，41（3）：174-179.
[33]郭静娴，谢涵，华玉波，等.不同酵母对赤霞珠桃红葡萄酒香气的影响[J].中国酿造，2021，40（4）：50-55.