本研究旨在评估自发发酵（spontaneous fermentation, SF）相较于接种发酵（inoculated fermentation, IF）对巴西圣卡塔琳娜（Santa Catarina）高原地区赤霞珠（Cabernet Sauvignon, CS）葡萄酒中甲氧基吡嗪（methoxypyrazine, MP）动态变化及发酵性挥发性组分的影响。研究采用2023与2024两个年份的葡萄进行小容器酿造实验，SF与IF各设3个重复。MP（在酒精发酵全程及成品酒中监测）与挥发性化合物（2024年份的高级醇与酯类）通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（headspace solid-phase microextraction coupled to gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS）进行分析，同时测定理化参数。结果显示，2023年份SF与SBMP及IBMP浓度降低相关；但皮渣分离与压榨步骤对MP水平影响更为显著，表明该工艺环节在不同发酵策略下均起决定性作用。此外，两组挥发性谱存在差异：SF酒样中异戊醇（1386 µg/L vs. 1889 µg/L）、2-甲基-1-丁醇（261 µg/L vs. 411 µg/L）、己酸乙酯（654 µg/L vs. 799 µg/L）及琥珀酸二乙酯（184 µg/L vs. 1552 µg/L）浓度较低，提示潜在的香气分化可能。主要结论为：皮渣分离与压榨是MP含量的主要决定因素，而SF主要调控发酵性挥发物。上述发现有助于更综合地理解发酵策略与酿造步骤如何相互作用以塑造新兴高海拔葡萄酒产区的香气组成与区域典型性。
葡萄酒的酒精发酵主要由酵母菌驱动，其中酿酒酵母（Saccharomyces）属最为常见。发酵过程可采用自发发酵（依赖葡萄表面天然存在的土著酵母）或接种发酵（使用选定商业化酵母菌株）两种策略。接种发酵尤其采用酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）时，能够提供更大的质量控制与产品一致性；而自发发酵则可通过独特的香气与风味凸显产区身份特征，增强风土（terroir）表达与微生物多样性。然而，自发发酵存在可预测性较低、污染风险较高及发酵速率较慢等局限。
近年来，巴西圣卡塔琳娜州已成为重要葡萄种植区，其"圣卡塔琳娜高海拔葡萄酒"地理标志涵盖海拔900至1400米的葡萄园。该区域条件有利于葡萄缓慢成熟及糖分积累。甲氧基吡嗪作为具有草本与蔬菜气息的关键香气标记物，在低浓度时可增强香气复杂性，但过量则形成不良风味。该类化合物感官阈值极低（ng/L级别），其葡萄酒中浓度与采收时浆果中的水平密切相关。圣卡塔琳娜高原地区温和气候、高海拔及降雨模式有利于赤霞珠品种中MP的过量积累。此外，高级醇（含两个以上碳原子的醇类）与酯类也是构成葡萄酒香气轮廓的重要发酵性挥发物，前者在150-550 mg/L范围内可增加香气复杂性，后者则通过协同效应赋予酒体果香与花香特征。
尽管MP作为关键香气标记物具有重要意义，但其在不同发酵策略下的酿造动态行为研究仍显不足。现有证据表明自发发酵可能调节圣卡塔琳娜高海拔地区赤霞珠葡萄酒中的MP浓度，但此前研究仅针对成品酒进行测定，未能揭示其在发酵过程中的演化规律及其与发酵性挥发物的关联。鉴于此，研究人员开展了这项研究，旨在系统比较自发发酵与接种发酵对MP动态及发酵性挥发物组成的影响，以期为理解发酵策略与酿造步骤的交互作用如何塑造新兴高海拔葡萄酒产区的香气特征与区域典型性提供更完整的认识。该论文发表于《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》期刊。
本研究采用的样本来源于巴西圣卡塔琳娜州圣若阿金（São Joaquim）地区海拔1247米的赤霞珠葡萄园，涉及2023年（5月9日）和2024年（3月18日）两个年份。主要技术方法包括：小容器酿造实验（SF与IF各3个重复，IF采用商业酵母Fermol 'Premier Cru'）；质量控制参数测定（总可溶性固形物、总滴定酸度、pH、挥发酸、乙醇含量、总残糖、总干浸出物、灰分、色度指标、总多酚及总单体花色苷）；HS-SPME-GC-MS联用技术用于MP及挥发性化合物的提取与定量分析（MP采用选择离子监测模式，挥发性化合物采用全扫描模式）；统计分析涵盖t检验、Mann-Whitney检验、双向重复测量方差分析、PERMANOVA及主成分分析（PCA）等多元统计方法。
研究结果部分，"葡萄品质评估"显示两个年份的成熟参数存在差异，2024年份收获期提前导致白利糖度较低。"酒精发酵"结果表明，接种发酵较自发发酵缩短约2天，且更早进入指数生长期，2023年份此特征更为明显；所有酒样均完成苹果酸-乳酸发酵。"葡萄酒理化品质参数"部分显示，两个年份两种发酵策略间均无统计学显著差异，表明自发发酵不损害关键质量指标。
"甲氧基吡嗪含量"部分揭示：2023年份中，SBMP与IBMP在自发发酵过程中分别降低约20%和14%，但成品酒中三种MP均显著升高（SBMP增幅达321%和286%，IBMP增幅为136%和85%），该成品酒样本对应皮渣分离与压榨后阶段；发酵期间IF的SBMP较SF高69%，成品酒中IF的IPMP低6%而SBMP高55%。2024年份MP浓度显著较低，IPMP与IBMP全程低于检测限，仅SBMP在发酵末期检出；该年份唯一显著效应与采样时间相关，而非发酵策略。此结果表明皮渣分离与压榨对MP含量具有决定性影响，可能超越发酵类型本身的作用。
"挥发性物质含量"部分基于2024年份数据：共检出17种挥发性化合物（13种酯类和4种高级醇）。自发发酵酒样中异戊醇、2-甲基-1-丁醇浓度分别降低约36%和57%，琥珀酸二乙酯差异最为显著（IF为SF的7倍以上），此外IF中丁酸乙酯、2-甲基丁基乙酸酯、异丁基己酸酯及辛酸乙酯亦较高。主成分分析保留3个主成分（累计解释78.0%方差），PC1可区分两组样品（IF位于正轴，SF位于负轴），乙基辛酸酯、琥珀酸二乙酯、2-甲基-1-丁醇及2-甲基丁基乙酸酯对PC1贡献显著。PERMANOVA证实处理效应显著（R² = 0.233, p = 0.008），组内离散度同质。该模式反映了土著酵母与选定酵母培养物在发酵酯类及高级醇合成方面的代谢差异。
讨论部分，研究人员首先指出理化参数的相似性表明自发发酵不损害关键质量指标，但两处理组挥发酸均偏高，可能与葡萄卫生状况（如酸腐病）有关而非发酵策略导致；因未进行感官分析，其实际香气影响尚难确认。关于MP，研究人员指出高海拔与低温条件虽有利于MP积累，但皮渣分离与压榨才是成品酒中MP升高的主要因素——MP主要分布于果梗、果皮和种子中，压榨过程促进其从固体部分释放。此前Schneider等报道的SF降低MP效应，可能因未分析发酵过程中样品而未能区分压榨效应；本研究通过全程监测揭示了工艺步骤的决定性作用。年份间差异（2024年EMP出现、SBMP升高）与采收成熟度及降雨条件相关，较早采收的2024年份成熟度较低可能对应较高MP水平。
关于挥发性化合物，研究人员强调发酵策略代表了高海拔赤霞珠葡萄酒香气变异性的额外来源。SF产生的高级醇与酯类浓度较低，可能与非酿酒酵母（non-Saccharomyces, NS yeasts）在早期发酵阶段的"代谢窗口"有关——此阶段NS酵母群落的代谢活动影响发酵代谢物池与香气前体，进而导致最终挥发物谱差异。然而，不同研究对SF调控挥发物的报道并不一致，反映葡萄品种、土著微生物区系组成及酿造条件的复杂交互作用。研究人员同时指出，SF与IF间亚硫酸氢钠添加量的差异可能构成混淆因素，SO
2 对微生物生态的选择性抑制作用可能影响挥发物组成；此外，自然进行的苹果酸-乳酸发酵未加控制，乳酸菌代谢也可能贡献于最终挥发物谱差异。
研究结论部分翻译如下：所得结果为不同发酵策略对葡萄酒品质的影响提供了相关认识。自发发酵对降低MP浓度的作用较小。尽管海拔与气候条件促进葡萄中MP积累，但皮渣分离与压榨等技术步骤在提高成品MP水平方面似乎起决定性作用，凸显了优化该阶段管理以减轻其感官影响的重要性。关于挥发性组成，根据PCA分析，2024年份自发发酵与接种发酵酒样间检测到分化趋势。尽管存在一些变异，这些差异的幅度表明香气轮廓具有相当大的相似性，从而强化了进一步研究土著微生物对挥发物形成及葡萄酒典型性具体贡献的必要性。研究所涉及的年份被认为不利于赤霞珠葡萄生产。过量降雨与收获日期的显著变异损害了年份间结果的一致性，从而限制了推断的稳健性。此外，亚理想的葡萄健康状况可能影响所分析化合物的表达。这些解释仍需谨慎对待，因为亚硫酸盐添加量的差异以及苹果酸-乳酸发酵的不受控进展也可能促成处理间观察到的化学变异性。未来研究，尤其在更有利的年份条件下，对准确评估自发发酵对该地区葡萄酒感官与组成表达的影响至关重要。栽培学、酿酒学、微生物学及分子学方法的整合，对于制定有效控制挑战性产区MP、提升葡萄酒品质并维护区域典型性的策略具有关键意义。鉴于全球气候变化预期将改变葡萄园条件与香气表达，采纳融合微生物学、环境与管理因素的整体性长期视角，对于确保区域葡萄酒的正宗性与品质日益重要。
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