不同類型國產橡木制品對葡萄酒陳釀香氣的影響

李蘭曉,李記明,*,徐 巖,,范文來,唐 柯,于 英,韓 鵬,趙榮華

(1.煙臺張裕集團有限公司技術中心,山東煙臺 264000;2.江南大學生物工程學院釀酒微生物與應用酶學實驗室,教育部工業(yè)生物技術重點實驗室，江蘇無錫 214122)

不同類型國產橡木制品對葡萄酒陳釀香氣的影響

李蘭曉1,李記明1,*,徐 巖1,2,范文來2,唐 柯2,于 英1,韓 鵬1,趙榮華1

(1.煙臺張裕集團有限公司技術中心,山東煙臺 264000;2.江南大學生物工程學院釀酒微生物與應用酶學實驗室,教育部工業(yè)生物技術重點實驗室，江蘇無錫 214122)

采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質譜聯用技術,檢測蒙古櫟制成的橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒中主要陳釀香氣成分的變化。結果表明:在90 d的陳釀過程中,糠醛和5-甲基糠醛含量在陳釀10至20 d即可達到最高值,此后其含量快速減少;愈創(chuàng)木酚和甲基愈創(chuàng)木酚含量則在陳釀20 d達到最高值以后,基本保持不變;順式和反式橡木內酯含量在整個陳釀過程中一直呈增加趨勢;而香草醛含量在采用橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒中,具有不同的變化趨勢:橡木片陳釀的葡萄酒,香草醛含量在30d時即達到最高值,此后逐漸減少,而橡木板陳釀的葡萄酒,香草醛含量在90 d的陳釀過程中一直增加;乙基愈創(chuàng)木酚和乙基苯酚含量僅在陳釀30和60 d后才顯著增加。橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒之間,除乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚含量無顯著差異外,糠醛、香草醛、愈創(chuàng)木酚和橡木內酯的含量均具有顯著差異,表明橡木制品的類型對葡萄酒的陳釀香氣具有重要影響。

橡木制品,葡萄酒,陳釀香氣

橡木桶陳釀是葡萄酒生產中的重要工藝環(huán)節(jié)。橡木桶陳釀過程中,葡萄酒發(fā)生復雜的物理、化學及生物化學變化,葡萄酒的顏色、香氣、口感均得以明顯改善,尤其是橡木中的一些揮發(fā)性香氣成分,如橡木內酯類、酚醛類、糠醛類、揮發(fā)酚類化合物,可使葡萄酒產生香草、煙熏、咖啡、甘草等復雜香氣,是葡萄酒產生陳釀特征的主要物質[1]。但橡木桶陳釀也有一些缺點,如投資成本高,陳釀周期長,需定期更新等。因此,為了獲得類似橡木桶陳釀的效果,人們研究使用橡木制品進行陳釀,如橡木片、橡木板等。由于價格低廉,使用方便,橡木制品在美國、澳大利亞等地得到廣泛應用[2],尤其是2006年,歐盟對葡萄酒的法規(guī)進行了修訂,允許在葡萄酒中使用橡木制品,進一步促進了對橡木制品的研究與應用[3]。

目前,用于葡萄酒的橡木制品,主要是產自法國的無柄橡(Quercus petraea)和有柄橡(Quercus robur)及產自美國的美洲白橡(Quercus alba)。此外,為開發(fā)新的橡木資源,國外學者還對西班牙等地不同品種的橡木開展了深入研究[4-5]。我國東北長白山等地具有大量橡木資源,與歐美的橡木均屬櫟屬植物,其結構和成分與歐洲橡木相似,國內已有多家以國產橡木為原料生產橡木制品的企業(yè),但對于國產橡木制品在葡萄酒中的應用效果,尤其是國產橡木制品對葡萄酒中源于橡木的特征香氣成分的影響少有研究報道。因此,本研究采用我國東北地區(qū)的蒙古櫟(Quercus mongolica),分別制成中度烘烤的橡木片和橡木板,并應用于葡萄酒陳釀,采用固相微萃取與氣質聯用(SPME-GC-MS)的方法,對陳釀過程中葡萄酒中源于橡木的陳釀香氣成分進行分析,以期探索采用國產橡木制品陳釀期間,葡萄酒主要陳釀香氣成分的變化規(guī)律,進而為國產橡木制品在葡萄酒生產中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 葡萄酒 2013年釀造的蛇龍珠葡萄酒,由煙臺張裕葡萄酒公司提供。葡萄酒轉入200 L的不銹鋼儲酒罐中,分別添加橡木片和橡木板進行陳釀。入罐時,葡萄酒的主要理化指標如下:酒精度12.0%,總酸5.4 g/L,揮發(fā)酸0.35 g/L,pH3.8,殘?zhí)?.6 g/L,總二氧化硫60 mg/L。

1.1.2 橡木板和橡木片 采用同一批次未經烘烤的蒙古櫟(Quercus mongolica)分別制成橡木板(1000 mm×40 mm×10 mm)和橡木片(2 mm×1 mm×0.5 mm),然后在200±10 ℃的溫度條件下,烘烤30 min,用于葡萄酒的陳釀。

1.1.3 試劑 2-辛醇,糠醛,5-甲基糠醛,順式橡木內酯,反式橡木內酯,香草醛,愈創(chuàng)木酚,4-甲基愈創(chuàng)木酚,4-乙基愈創(chuàng)木酚,4-乙基苯酚 均購自美國Sigma公司,純度98%以上;氯化鈉,分析純 上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Agilent氣相色譜6890-5975質譜聯用儀 美國Agilent公司;MPS2固相微萃取自動進樣器 德國Gerstel公司;碳分子篩/聚二乙烯苯/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS,50/30 μm)萃取頭,DB-FFAP 色譜柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm) 美國Supelco公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 葡萄酒的陳釀 按照葡萄酒中橡木制品的表面積為90 cm2/L的添加量,在100 L的葡萄酒中分別添加橡木片和橡木板,室溫條件下陳釀90 d,期間分別在10、20、30、60和90 d時取樣進行分析,每種處理均設3個平行,并以同樣條件下陳釀,但未加橡木制品的葡萄酒為對照。

1.3.2 香氣成分測定 參照文獻[6]所述方法,略有修改,對相關的揮發(fā)性成分進行測定。準確吸取8 mL酒樣于20 mL頂空瓶中,加入3 g NaCl,加入100 μL濃度為1 mg/L的2-辛醇作為內標,用聚四氟乙烯隔墊密封,預平衡溫度和萃取溫度為70 ℃,預平衡時間2 min、萃取時間60 min,進行GC-MS分析,解吸溫度250 ℃,解吸時間5 min。

色譜條件:色譜柱為DB-FFAP色譜柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm);進樣口溫度250 ℃;升溫程序:50 ℃保持2 min,然后以4 ℃/min升至230 ℃,保持15 min;載氣He,流速2 mL/min,不分流進樣。

質譜條件:質譜接口溫度為250 ℃;離子源溫度230 ℃;電離方式EI;電子能量70 eV;質量掃描范圍為40～500 u。

通過標準品的保留時間以及NIST 05質譜庫(Agilent Technologies Inc.)檢索,結合文獻報道的保留指數進行定性。采用內標標準曲線法進行定量,每種待測物質分別對應于內標作標準曲線。樣品采用GC-MS檢測,利用待測物質和內標的峰面積比代入相應的標準曲線方程計算出待測物質的含量。

1.4 數據統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析采用SPSS 19.0分析軟件進行。繪圖采用Excel。

2 結果與分析

2.1 陳釀過程中糠醛和5-甲基糠醛含量的變化

糠醛和5-甲基糠醛是橡木中纖維素和半纖維素的熱解產物,具有烤面包氣味,但這兩種化合物由于閾值較高,在葡萄酒中的濃度一般低于其閾值,其對葡萄酒香氣的影響,主要是通過協同效應,增強葡萄酒中的橡木香氣[7]。由圖1和圖2可知,采用橡木片和橡木板處理的葡萄酒在陳釀過程中,糠醛和5-甲基糠醛含量的變化趨勢基本一致,橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒中,糠醛和5-甲基糠醛含量在10 d和20 d即達到最高值,此后其含量快速減少,至陳釀90 d時,葡萄酒中糠醛和5-甲基糠醛含量僅相當于其最高值的12%～17%。但橡木板陳釀的葡萄酒中,糠醛和5-甲基糠醛含量均顯著(p<0.05)高于橡木片陳釀的葡萄酒,表明在相同烘烤程度和用量的條件下,橡木板產生的糠醛化合物含量更高。而在陳釀過程中,糠醛和5-甲基糠醛含量呈先上升后下降的變化趨勢,可能是由于糠醛和5-甲基糠醛可參與多種化學反應所致,例如,通過氧化還原反應生成糠醇[8],與兒茶素反應生成棕色素[9]等。此外,糠醛還可與葡萄酒中的硫化物反應,生成甲基呋喃硫醇,后者的閾值僅為0.4 ng/L,具有強烈的咖啡和烘烤氣味[10-11]。因此,在陳釀時間較短時,糠醛和5-甲基糠醛的溶出量大于反應量,其濃度上升;而隨著陳釀時間的延長,橡木中溶出的糠醛和5-甲基糠醛逐漸減少,而參與各種反應的糠醛類化合物逐漸增多,因此,糠醛和5-甲基糠醛在葡萄酒中的含量逐漸減少。

圖1 陳釀過程中糠醛含量的變化Fig.1 Evolution of the concentration offurfural during wine aging

圖2 陳釀過程中5-甲基糠醛含量的變化Fig.2 Evolution of the concentration of5-methylfurfural during wine aging

2.2 陳釀過程中順式和反式橡木內酯含量的變化

橡木內酯可使葡萄酒產生橡木、堅果氣味,尤其是順式橡木內酯的含量,與葡萄酒中的橡木氣味具有顯著的正相關性(p<0.05)[12],而且不同品種的橡木,順反橡木內酯的比值具有明顯差異,美國橡木及其陳釀的葡萄酒中,順反橡木內酯的比值一般大于6,而法國橡木及其陳釀的葡萄酒中,順反橡木內酯的比值僅為2左右[13-14]。從圖3和圖4可以看出,在90 d的陳釀過程中,葡萄酒中順反橡木內酯的含量均隨陳釀時間延長而顯著增加,且橡木片陳釀的葡萄酒,順反橡木內酯的含量和比值均顯著低于橡木板陳釀的葡萄酒,尤其是在陳釀30 d以后,橡木片陳釀的葡萄酒中,順反橡木內酯的溶出速率顯著低于橡木板陳釀的葡萄酒(p<0.05);從圖5可以看出,橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒,順反橡木內酯的比值均在6以上,且陳釀過程中,順反橡木內酯之間的比例則隨陳釀時間延長而逐漸下降。由于在葡萄酒微酸環(huán)境下,順反橡木內酯之間極少發(fā)生相互轉化[15],因此陳釀過程中,順反橡木內酯含量和比值的變化,一方面反映了在國產橡木中,順式橡木內酯的含量明顯較反式橡木內酯的含量多;另一方面則表明,在陳釀前期,順式橡木內酯溶出速率相對較快,而在陳釀后期,反式橡木內酯的溶出速率相對較快。Encarna[16]等在對采用法國和美國橡木桶進行陳釀的研究中發(fā)現,采用美國橡木桶陳釀的葡萄酒,順反橡木內酯的比值隨陳釀時間延長而逐漸下降,而采用法國橡木桶陳釀的葡萄酒,順反橡木內酯含量之間的比值在陳釀過程中基本保持不變。

圖3 陳釀過程中順式橡木內酯含量的變化Fig.3 Evolution of the concentration ofcis oak lactone during wine aging

圖4 陳釀過程中反式橡木內酯含量的變化Fig.4 Evolution of the concentration oftrans oak lactone during wine aging

圖5 陳釀過程中順反橡木內酯比值的變化Fig.5 Evolution of the ratio betweencis/trans oak lactone during wine aging

2.3 陳釀過程中香草醛含量的變化

香草醛是橡木中木質素的熱解產物,可使葡萄酒產生宜人的香草氣味,對葡萄酒的陳釀香氣具有重要貢獻[17]。從圖6可以看出,在陳釀的前30 d,香草醛含量隨陳釀時間的延長而顯著增加,且橡木片陳釀的葡萄酒中,香草醛含量顯著多于橡木板陳釀的葡萄酒;但在陳釀30 d以后,不同橡木制品陳釀的葡萄酒,香草醛含量表現出不同的變化趨勢:橡木片陳釀的葡萄酒中,香草醛含量隨時間延長而逐漸減少,而橡木板陳釀的葡萄酒中,香草醛含量則隨陳釀時間延長而繼續(xù)增加,至60 d時,橡木板陳釀的葡萄酒中香草醛含量已顯著高于橡木片陳釀的葡萄酒。這可能是由于雖然橡木片和橡木板中的香草醛含量具有差異,但葡萄酒對橡木片的浸漬速度要比橡木板的浸漬速率快,因此,在陳釀的前期,橡木板中香草醛的溶出速度較慢,而隨著陳釀時間的延長,橡木板內部的香草醛逐漸溶出,而橡木片陳釀的葡萄酒,則由于香草醛溶出量的減少以及香草醛轉化為無芳香氣味的化合物[18]或與黃烷醇和花色苷發(fā)生加成反應[19],使香草醛的含量出現下降趨勢。

圖6 陳釀過程中香草醛含量的變化Fig.6 Evolution of the concentrationof vanillin during wine aging

2.4 陳釀過程中愈創(chuàng)木酚和4-甲基愈創(chuàng)木酚含量的變化

愈創(chuàng)木酚和4-甲基愈創(chuàng)木酚也是橡木中木質素的熱解產物,是使葡萄酒產生煙熏、烤肉氣味的主要物質[20]。從圖7和圖8可以看出,在陳釀時間為20 d時,葡萄酒中的愈創(chuàng)木酚和4-甲基愈創(chuàng)木酚含量即達到穩(wěn)定,此后其含量基本保持不變,而采用橡木片陳釀的葡萄酒,愈創(chuàng)木酚和甲基愈創(chuàng)木酚含量均顯著高于橡木板陳釀的葡萄酒,但在陳釀過程中,其含量均始終低于各自的閾值(75、65 μg/L)[21],這是由于愈創(chuàng)木酚和4-甲基愈創(chuàng)木酚兩種化合物主要是在橡木烘烤過程中產生的,且主要是在烘烤溫度達到230 ℃以上時才產生,而在200 ℃時生成的量較少[22],因此其在葡萄酒中的濃度較低。而由于橡木片和橡木板具有不同的傳熱系數,在相同的烘烤條件下,橡木片和橡木板中愈創(chuàng)木酚類化合物的濃度也具有差異[23],這可能是采用橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒中,愈創(chuàng)木酚含量產生差異的主要原因。

圖7 陳釀過程中愈創(chuàng)木酚含量的變化Fig.7 Evolution of the concentrationof guaiacol during wine aging

圖8 陳釀過程中4-甲基愈創(chuàng)木酚含量的變化Fig.8 Evolution of the concentration of4-methylguaiacol during wine aging

2.5 陳釀過程中4-乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚含量的變化

橡木中的木質素在熱降解過程中可產生少量的4-乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚,這兩種化合物是使葡萄酒產生馬廄、藥水等不良氣味的主要化合物[24]。從圖9和圖10可以看出,在陳釀的前30 d,4-乙基苯酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚的含量無顯著變化,僅在陳釀30 d或60 d以后,含量顯著增加,且4-乙基苯酚含量遠高于乙基愈創(chuàng)木酚含量,但其濃度均低于其閾值(620、140 μg/L)[25],這是由于4-乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚,主要是由酒香酵母對酚酸脫羧還原產生的,它們的濃度主要取決于酒香酵母數量和底物的含量,而橡木對4-乙基苯酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚的含量影響不大[26]。在陳釀前期,酒香酵母被二氧化硫抑制,產生的4-乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚較少;而隨著陳釀時間的延長,二氧化硫含量逐漸減少,酒香酵母活性增強,因此,在陳釀后期,4-乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚的含量快速上升。Luis[8]等在對采用不同容積的橡木桶陳釀的葡萄酒進行研究時,也發(fā)現乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚的主要是在陳釀后期產生的,且橡木桶容積對乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚含量無顯著影響。

圖9 陳釀過程中4-乙基苯酚含量的變化Fig.9 Evolution of the concentration of4-ethylphenol during wine aging

圖10 陳釀過程中4-乙基愈創(chuàng)木酚含量的變化Fig.10 Evolution of the concentration of4-ethyl guaiacol during wine aging

3 結論

采用SPME-GC-MS檢測了采用國產橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒主要陳釀香氣成分的變化。結果表明橡木片和橡木板陳釀的葡萄酒之間,除乙基苯酚和乙基愈創(chuàng)木酚無顯著差異外,糠醛、香草醛、愈創(chuàng)木酚和橡木內酯的含量均具有顯著差異。上述幾種化合物的變化趨勢表明,一方面由于橡木片和橡木板具有不同的傳熱系數,烘烤過程中產生的揮發(fā)性化合物含量將具有差異;另一方面,在陳釀過程中,葡萄酒對橡木片和橡木板中揮發(fā)性香氣成分的浸提速率也不同,因此,陳釀時間和橡木制品的類型將對葡萄酒中相關的陳釀香氣成分含量產生顯著的影響。

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Effect of different types of domestic oak products on wine aging aroma

LI Lan-xiao1,LI Ji-ming1,*,XU Yan1,2,FAN Wen-lai2,TANG Ke1,YU Ying1,HAN Peng1,ZHAO Rong-hua1

(1.Center of Science and Technology,Changyu Group Co. Ltd.,Yantai 264000,China;2.Laboratory of Brewing Microbiology and Applied Enzymology,Key Laboratory of Industrial Biotechnology,Ministry of Education,School of Biotechnology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

The changes of the main aging aroma of wines that treated with oak chips and staves respectively made from Quercus mongolica were determined by solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry during the aging process. The results showed that the concentrations of furfural and 5-methyl furfural were up to the maximum after 10 or 20 days,and then their contents decreased rapidly. The concentrations of guaiacol and methyl guaiacol reached their highest value after 20 days,and then remained constant. Trans and cis oak lactone content increased within 90 days during the aging process. The concentration of vanillin in wines treated with oak chips and staves changed in different trends:the concerntration of vanillin in wine that treated with oak chips reached the maximum after 30 days,and then decreased slowly,while the concerntration of vanillin in wine that treated with oak chips increased within 90 days during the aging process. The concerntration of ethyl guaiacol and ethyl phenol increased significantly after 30 and 60 days. There were significant differences between the concerntration of furfural,5-methyl furfural,vanillin,guaiacol and oak lactone,except for ethyl guaiacol and ethyl phenol,which showed that the style of oak products have an important influence on the main aging aroma of wines.

oak products;wine;aging aroma

2014-11-26

李蘭曉(1982-),男,碩士，工程師,研究方向:葡萄與葡萄酒，E-mail:lilanxiao123456@163.com。

*通訊作者:李記明(1966-),男,博士，研究員,研究方向:葡萄酒工藝和葡萄栽培，E-mail:zyljm@163.com。

山東省泰山學者計劃項目;煙臺市科技發(fā)展計劃項目(2013NC054)。

TS262.6

A

1002-0306(2015)15-0184-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.031