麦卢卡蜂蜜蜜酒发酵过程中酵母菌株与氮水平对香气特征及甲基乙二醛含量的影响研究

《Journal of Food Measurement and Characterization》：Characterization of the aroma profile and methylglyoxal content of meads produced from mānuka honey with different nitrogen levels and Saccharomyces cerevisiae yeast strains

本研究针对麦卢卡蜂蜜蜜酒发酵性能及香气特征不明的问题，系统评估了不同酵母可同化氮(YAN)水平(32与200 mg L-1)和四种酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株(EC-1118, RM11-1-1, S288C, Y55)对蜜酒挥发性有机化合物(VOCs)谱及关键活性成分甲基乙二醛(MGO)保留率的影响。结果表明，高YAN显著缩短发酵周期，提升乙酸酯和乙酯含量，降低高级醇和脂肪酸；而蜂蜜特征性香气成分(如降异戊二烯和单萜)受YAN与菌株双重调控。尤为重要的是，发酵后蜜酒中未检出MGO，提示其被酵母代谢降解。研究为优化麦卢卡蜜酒生产工艺提供了关键数据支撑，建议通过后期回添蜂蜜以恢复MGO活性。

　　

在《权力的游戏》和《维京传奇》等影视作品的推动下，古老的蜂蜜酒（Mead）正迎来一场现代复兴。这种以蜂蜜和水为原料、经酵母发酵而成的酒精饮料，因其独特的风味和文化底蕴而备受青睐。然而，蜂蜜酒酿造并非易事，蜜源特性、发酵条件乃至营养成分的细微差异，都可能深刻影响最终产品的品质。其中，世界闻名的新西兰麦卢卡蜂蜜（Manuka honey）因其强效的抗菌活性（主要归功于其标志性成分甲基乙二醛，Methylglyoxal, MGO）而成为高端蜜酒的理想原料。但一个关键问题悬而未决：用麦卢卡蜂蜜酿造的蜜酒，是否能保留其特有的MGO活性？其香气特征又如何受酿造工艺影响？目前，关于麦卢卡蜜酒发酵效率及其香气谱的研究尚属空白。

针对这一研究缺口，发表在《Journal of Food Measurement and Characterization》上的一项研究为我们揭开了谜底。奥克兰大学的研究团队系统探究了不同酵母可同化氮（Yeast Assimilable Nitrogen, YAN）水平和四种酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）菌株对麦卢卡蜜酒发酵过程、挥发性香气成分以及MGO命运的深远影响。

为了精准回答上述问题，研究人员设计了一套严谨的实验方案。他们采用了商业麦卢卡蜂蜜（MGO 85+）制备蜜酒醪（20 °Brix），并设定了低（32 mg L^-1）和高（200 mg L^-1）两种YAN水平，分别接种四种酿酒酵母菌株（EC-1118, RM11-1-1, S288C, Y55）进行微型酿酒发酵。发酵进程通过重量损失进行监控。发酵结束后，运用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME/GC-MS）对蜜酒中的挥发性有机化合物（VOCs）进行定性和定量分析。同时，采用高效液相色谱（HPLC）法检测发酵前后蜜酒醪和成品蜜酒中的MGO含量。发酵动力学参数通过Gompertz模型拟合，并利用主成分分析（PCA）和方差分析（ANOVA）等统计方法解析数据。

发酵动力学：氮水平是关键驱动力

研究结果清晰地表明，初始YAN水平是决定发酵效率的首要因素。在低YAN（32 mg L^-1）条件下，四种酵母菌株完成发酵所需时间差异显著，范围在22至40天之间。而将YAN提升至200 mg L^-1后，所有菌株的发酵周期均大幅缩短至10天左右。高YAN不仅显著提高了最大发酵速率（V_max），也优化了发酵效率（达到完全糖消耗的时间）。尽管低氮条件下Y55菌株预测需要长达90天才能耗尽其糖分，但实际测定显示所有发酵均能进行至“干型”（残留糖<5 g L^-1），最终酒精度在9.59%至10.9% (v/v)之间。这凸显了在蜜酒酿造中，除了氮源，补充适量的微量元素和维生素对于保证发酵彻底至关重要。

挥发性香气谱：YAN与酵母菌株的复杂交响曲

通过对24种VOCs的定量分析，研究发现蜜酒的香气特征受到YAN水平和酵母菌株的双重影响，且两者之间存在显著的交互作用。主成分分析（PCA）显示，低YAN发酵的蜜酒具有相似的VOCs谱，而高YAN条件下，不同菌株酿造的蜜酒则呈现出更明显的分化，尤其是EC-1118菌株表现出独特的香气 profile。

具体而言，高YAN水平普遍促进了赋予果香味的乙酸酯（如乙酸异戊酯）和乙酯（如己酸乙酯、辛酸乙酯）的合成，同时降低了通常与不良气味相关的高级醇（如异丁醇、苯甲醇）和脂肪酸（如异丁酸）的含量。然而，菌株间存在显著差异：例如，在高YAN下，EC-1118产生了异常高水平的多种乙酯和部分单萜（如β-香茅醇），而其他菌株则对某些酯类的响应模式不同。特别值得注意的是，作为蜂蜜植物源标志物的降异戊二烯（如β-大马酮）和单萜（如香叶醇）的含量也受到YAN和菌株的显著调控，推测可能与酵母β-葡萄糖苷酶活性受氮水平影响有关。这揭示了酵母次级代谢对营养环境的复杂响应机制。

甲基乙二醛（MGO）的命运：发酵过程中的完全降解

本研究最关键的发现之一是关于MGO的归宿。检测结果显示，初始蜜酒醪中含有相当浓度的MGO（低YAN组18.7 mg L^-1，高YAN组23.0 mg L^-1），但在所有成品蜜酒中，MGO均低于检测限（1.85 mg L^-1）。这一结果明确证实，无论初始YAN水平或使用何种酵母菌株，麦卢卡蜂蜜中的MGO在发酵过程中都被酵母有效地降解或转化了。MGO对酵母具有已知的毒性，酵母进化出了高效的解毒机制（如依赖于乙二醛酶I（Glo1p）的途径）。尽管本研究中选择的菌株在GLOI基因序列上存在差异，但并未观察到MGO保留率的区别，暗示可能存在多条互补的解毒途径。

结论与意义

这项研究首次系统地阐明了麦卢卡蜂蜜蜜酒的发酵特性、香气成分形成规律以及关键功能成分MGO在发酵过程中的变化。其主要结论可归纳为：

1. 1.
   营养强化至关重要：充足的YAN（200 mg L^-1）辅以必要的微量元素和维生素，是确保麦卢卡蜜酒快速、彻底发酵，并生成更佳（更多果香酯类）香气 profile 的关键。
2. 2.
   酵母选择具有策略性：酵母菌株不仅影响发酵速度，更深刻地塑造了最终的香气特征。例如EC-1118在高氮条件下表现出独特的代謝特性，产生丰富的酯类和萜烯。
3. 3.
   MGO活性需后期回添：麦卢卡蜂蜜引以为傲的MGO在发酵过程中会完全损失。若希望最终产品保留MGO的活性，最直接有效的方法是在发酵结束后，通过“回添”（Back-sweetening）工艺加入未经发酵的麦卢卡蜂蜜。

这项研究为正在兴起的麦卢卡蜜酒产业提供了宝贵的科学依据和实践指导。生产商可以根据目标产品风格（如果香浓郁型或保留蜂蜜特征型），有针对性地选择氮补充策略和酵母菌株。同时，研究也纠正了一个可能的误解，即发酵蜜酒能天然保留原料蜂蜜的所有活性成分，明确了通过工艺设计来恢复特定功能成分的必要性。这不仅对麦卢卡蜜酒，对于其他功能性蜂蜜的酿造也具有重要的借鉴意义。