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神奇的微观世界丨电子显微镜下揭秘的葡萄酒酿造工艺!

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发表时间:2019-05-15 00:00来源:TESCAN


【文章导读】这项研究工作在TESCAN MIRA3超高分辨场发射扫描电镜(FE-SEM)上完成,在本研究中使用的样品由位于布尔诺的孟德尔大学的葡萄培育和葡萄栽培部提供。

   

我们大多数人可能都喜欢在闲暇的时候约上三五好友“来两杯”,或在特殊的日子为自己的爱人精心准备一场浪漫的红酒晚餐,亦或只是“我自饮来我自醉”的消遣,但是我们却很少关注并意识到葡萄酒酿造及酿酒工艺的科学。


一瓶葡萄酒,从开始种植到酿造装瓶,大约需要生长5年、发酵3个月、橡木桶存放6~18个月,有时甚至还需要在海上运输2~3个月,毫无疑问,这是一门需要时间和耐心的技艺。


在葡萄培育和酿酒工艺中,科学培育出优良的葡萄品种、改进酿造工艺、提升质量都是至关重要的环节,而这需要借助先进的科学手段和工具,扫描电子显微镜(SEM作为一种超高分辨率的微观观测和分析的工具,在葡萄酒酿造产业中也“大有用武之地”!


扫描电镜可从细胞、亚细胞水平乃至生物大分子水平对各种样品进行深入细致的分析观察。通过观察研究葡萄树的叶片、花朵、果实等的形态结构,可对葡萄品种选育、种植管理、采摘储藏等生产环节提供重要参考;通过观察分析发酵过程中原料、菌种、发酵产物等的状态和性质,可以帮助研究人员改善发酵工艺,分析生产中遇到的实际问题。


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图:由TESCAN合作发布的利用电镜研葡萄培育和葡萄酒酿造工艺的相关文章入选《Lab+Life Scientist》期刊封面

为了培育出优良的葡萄品种,研究人员需要借助高分辨率的扫描电子显微镜观察不同组织、器官的形貌结构(如植物表皮细胞组织、维管组织、气孔等),寻找优良植株的内在原因,最终培育成需要的品种。


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图:葡萄藤死表皮组织细胞的表面形貌

:使用TESCAN MIRA3 FE-SEM在高真空下观察)


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图:在显微镜下观察到淀粉颗粒(绿色)沉积在葡萄藤的维管组织中


注:研究使用了TESCAN FE-SEM与冷冻传输系统对样品进行冷冻固定、冷冻断裂并保持在冷冻下观察,以获取样品的真实形貌。冷冻电镜方案特别适用于脆嫩的植物组织及一些冷冻下才能稳定保存的样品,如冰激凌等。


在具有超高分辨率的电子显微镜下,还可以清晰地观察到葡萄叶的形态细节以及位于葡萄叶表面的气孔。气孔在植物碳同化、呼吸、蒸腾作用等气体代谢中,成为空气和水蒸气的通路,在生理上具有重要的意义。


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图:葡萄叶及其表面气孔的微观形貌细节

(注:样品使用化学固定、脱水及临界点干燥处理)


酵母菌是葡萄酒酿制中不可缺少的。简单来说,酿酒酵母就是一种单细胞微生物,可以将葡萄中的糖分转变为酒精,也就是俗称的酒精发酵。为了培养、识别出优质的酵母,研究人员需要通过观察菌种的大小、形貌等细节来辨识不同菌种。


酒香酵母Brettanomyces),是一种在酿酒过程中随时可能出现的物质,它因为能够为葡萄酒增加“香味”,而被人铭记。适量的酒香酵母可以为葡萄酒增添风味,但过量存在时则会使葡萄酒散发出一种类似“臭袜子”或“马骚味”的气味,破坏酒的气味和口感。


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图:电子显微镜下观察到的酒香酵母细胞

(注:样品使用化学固定、脱水及临界点干燥处理)


另外,在葡萄酒酿造中,还会产生一种副产品—酒石酸氢钾。这是一种无色至白色的斜方晶系结晶性粉末,无臭,有令人愉快的清凉酸味,通常被食品工业称作塔塔粉。


但在酿酒过程中,产生的酒石酸氢钾会与酵母细胞结晶产生浑浊的细白色或淡黄色沉淀物,这些沉淀物虽然不会影响葡萄酒的味道或气味,但它会影响葡萄酒的美感。


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图:肉眼观察到的的酒石酸氢钾


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图:电子显微镜下的酒石酸氢钾与附着在其表面的酵母细胞


(注:酒石酸氢钾易溶于水,样品不能用常规制样方法,例如化学固定。因此使用TESCAN MIRA3 FE-SEM低真空功能直接进行观察TESCAN的低真空功能特别适用于不导电样品的直接观测及电子束下不稳定的生物样品


在葡萄酒发酵成熟时,酒液中也会有残留的死酵母、杂质、葡萄残渣以及部分酒石酸结晶,这些物质会沉淀形成酒泥。


因此,在装瓶前,酿造者通常会使用“倒桶”、过滤或下胶澄清、冷却结晶等方式去除这些沉淀物,来保证葡萄酒的“美感”


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图:在电子显微镜下观察葡萄酒的澄清过滤(过滤孔筛的孔隙范围为0.45~1.2μm


(注:使用TESCAN水汽注入系统可直接观察样品,保持样品最原始的状态。水汽注入系统特别适用于易失水的生物样品及水汽参与反应的原位实验,如食盐溶解与重结晶、水泥固化等)


以上图像及数据来自于由全球扫描电子显微镜的领先制造商TESCAN与捷克国家葡萄酒中心合作开展的一项研究,该项研究利用超高分辨扫描电子显微镜探究葡萄培育和葡萄酒的酿造工艺


这项研究工作在TESCAN MIRA3超高分辨场发射扫描电镜(FE-SEM上完成,在本研究中使用的样品由位于布尔诺的孟德尔大学的葡萄培育和葡萄栽培部提供。


目前,相关研究成果已在捷克国家葡萄酒中心公开展览,展览地设在著名的Valtice城堡的总部,该城堡也被联合国教科文组织列为世界遗产地。


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图:在捷克葡萄酒酒都Valtice城堡展出的“特殊展览”

该项研究的合作和技术支持—TESCAN公司的总部位于捷克布尔诺市,该地区被称为欧洲电子显微镜的摇篮布尔诺也是捷克共和国南部与奥地利和斯洛伐克接壤的摩拉维亚地区的首府,这里是捷克主要的葡萄酒产区,占其国家总产能的96%


捷克国家葡萄酒中心主任Pavel Krška谈到:“据我们所知,这个展览是同类型展览中的第一次,展览非常受欢迎。参观者们被这些图像所震撼,因为这个展览在吸引葡萄酒爱好者,传播葡萄酒文化的同时,还为参观者展示了葡萄酒种植及酿造相关的科学内容!“



 
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