葡萄酒社

4.4 酒精发酵 

4.4.1 酒精发酵的化学反应

    酒精发酵是相当复杂的生物化学现象,有许多连续的反应和不少中间产物,而且需要一系列酶的作用。

4.4.1.1 糖分子的裂解

    糖分子的裂解包括将己糖分解为丙酮酸的一系列反应,可以分为以下几个步骤:

(1)己糖磷酸化

    己糖磷酸化是通过己糖磷酸化酶和磷酸己糖异构酶的作用,将葡萄糖和果糖转化为1,6二磷酸果糖的过程:

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(2)1,6二磷酸果糖分裂为三碳糖

   1,6二磷酸果糖在醛缩酶的作用下分解为磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮,由于磷酸甘油醛将参加下阶段的反应,磷酸二羟丙酮将转化为磷酸甘油醛,所以在这一过程中,好像只形成 磷酸甘油醛一样:

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(3)3—磷酸甘油醛氧化为丙酮酸

    3—磷酸甘油醛在氧化还原酶的作用下,转化为3—磷酸甘油酸,后者在变位酶的作用下转化为2—磷酸甘油酸;2—磷酸甘油酸在烯醇化酶的作用下,先形成烯醇式磷酸丙酮酸,然后转化为丙酮酸:

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4.4.1.2 丙酮酸的分解

    丙酮酸首先在丙酮酸脱羧酶和羧化辅酶的催化下脱去羧基,生成乙醛和二氧化碳;乙醛则在氧化还原酶的作用下还原为乙醇,同时将3—磷酸甘油醛氧化为3—磷酸甘油酸:

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 因此,可用下图简单地表示酒精发酵的整个过程:

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4.4.1.3 甘油发酵

     在酒精发酵开始时,参加3—磷酸甘油醛转化为3—磷酸甘油酸这一反应所必须的NAD,是通过磷酸二羧丙酮的氧化作用(将NADH2氧化为NAD)来提供的,但这一氧化作用要伴随着甘油的产生。

     每当磷酸二羧丙酮氧化一分子NADH2,就形成一分子甘油,这一过程称为甘油发酵。 在这一过程中,由于将乙醛还原为乙醇所需的两个氢原子(由NADH2提供)已被用于形成甘油,所以乙醛不能继续进行酒精发酵反应。因此,乙醛和丙酮酸形成其它的副产物(图4-5)。

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    实际上,在发酵开始时,酒精发酵和甘油发酵同时进行,而且甘油发酵占优势,以后酒精发酵则逐渐加强并占绝对优势,甘油发酵减弱,但并不完全停止。因此,在酒精发酵过程中,除产生乙醇外,还产生很多其它的副产物。

4.4.2  酒精发酵的主要副产物

4.4.2.1 甘油(CH2OH-CHOH-CH2OH)

     甘油主要在发酵开始时由甘油发酵而形成。在葡萄酒中,其含量为6-10g/L,葡萄酒中甘油的含量还受以下因素的影响:

     ①酵母菌种:一些菌种的产甘油能力强于其它菌种。

     ②基质:基质中糖含量高、SO2含量高则葡萄酒甘油含量高。

     甘油具甜味,可使葡萄酒圆润。

4.4.2.2  乙醛(CH2CHO)

乙醛可由丙酮酸脱羧产生:

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也可在发酵以外由乙醇氧化而产生。

    在葡萄酒中乙醛的含量为20-60mg/L,有时可达300mg/L。乙醛可与SO2结合形成稳定的亚硫酸乙醛。这种物质不影响葡萄酒的质量,而游离的乙醛则使葡萄酒具氧化味,可用SO2处理,使这种氧化味消失。

4.4.2.3  醋酸(CH3COOH) 

  醋酸是构成葡萄酒挥发酸的主要物质,在正常发酵情况下,醋酸在葡萄酒中的含量为0.2-0.3g/L,它是由乙醛经氧化还原作用而形成的:

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  葡萄酒中醋酸含量过高,就会具酸味。一般规定,白葡萄酒挥发酸含量不能高于0.88g H2SO4/L,红葡萄酒不能高于0.98g H2SO4/L。 

4.4.2.4  琥珀酸(COOH-CH2-CH2-COOH) 

    在所有的葡萄酒中都存在琥珀酸,但其含量较低,一般为0.6-1.5g/L。

4.4.2.5  乳酸(CH3-CHOH-COOH)

    在葡萄酒中,其含量一般低于1g/L,主要来源于酒精发酵和苹果酸—乳酸发酵。此外,在酒精发酵过程中,还产生很多其它副产物,它们都是由酒精发酵的中间产物—丙酮酸所产生的,并具有不同的味感。如:具辣味的甲酸,具烟味的延胡索酸,具酸白菜味的丙酸,具榛子味的乙酸酐,具巴旦杏仁味的3—羟丁酮等。

4.4.3  葡萄酒发酵的其它副产物

    在葡萄酒发酵过程中,除酒精发酵的产物外,还有其它的副产物。 

4.4.3.1  高级醇

    在葡萄酒中的含量很低,但它们是构成葡萄酒二类香气的主要物质,在葡萄酒中的高级醇有异丙醇、异戌醇等,主要是由氨基酸形成的:

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4.4.3.2  酯类

    葡萄酒中含有有机酸和醇类,而有机酸和醇可以发生酯化反应,生成各种酯类化合物,葡萄酒中的酯类物质可分为两大类。

    第一类为生化酯类,它们是在发酵过程中形成的。其中最重要的为乙酸脂,是乙醇和乙酸经酯化反应形成的,即使含量很少(0.15-0.20g/L)也具有酸味。

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     第二类为化学酯类, 它们是在陈酿过程中形成的,其含量可达1g/L。化学酯类的种类很多,是构成葡萄酒三类香气的主要物质。

表4-1列出葡萄发酵基质和葡萄酒的主要成分及其区别。

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