黃土高原地區(qū)干紅葡萄酒香氣組分分析

劉政海,董志剛,李曉梅,譚敏,楊镕兆,楊兆亮,唐曉萍

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所, 山西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心,山西 太原, 030031)

葡萄酒的香氣是人們?cè)u(píng)價(jià)葡萄酒感官品質(zhì)的主要指標(biāo)之一，對(duì)消費(fèi)者的購(gòu)買決策起到?jīng)Q定性作用。葡萄酒香氣分為三大類，分別為品種香、發(fā)酵香以及陳釀香，它們共同作用于葡萄酒使之表現(xiàn)出獨(dú)特的風(fēng)格。其中品種香在各香氣種類都起到關(guān)鍵呈香作用[1]。黃土高原是我國(guó)一個(gè)快速發(fā)展的葡萄酒產(chǎn)區(qū)，目前研究表明，黃土高原葡萄酒具有較豐富的果香，特別是典型的山楂香氣，丁酸乙酯、甲酸異戊酯和乙酸丁酯是黃土高原葡萄酒果香的關(guān)鍵化合物[2-3]。JIANG等[4]為了闡明赤霞珠、品麗珠和霞多麗品種在我國(guó)黃土高原地區(qū)葡萄酒的香氣成分，對(duì)其當(dāng)年葡萄酒的揮發(fā)性化合物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)醇類香氣物質(zhì)在3種葡萄酒中為最豐富的物質(zhì)，其次是酯類香氣物質(zhì)，且根據(jù)其香氣活力值(odor activity values，OAVs)，發(fā)現(xiàn)3種葡萄酒中共存在18種揮發(fā)性化合物濃度高于其閾值。VIANA等[5]對(duì)本地區(qū)3個(gè)葡萄品種揮發(fā)性化合物的評(píng)價(jià)顯示，3個(gè)葡萄品種中酯類物質(zhì)是最多的化合物，并在很大程度上具有果香味，且表明固相微萃取法是一種可重復(fù)、高靈敏、快速反應(yīng)測(cè)定香氣的技術(shù)，可用于區(qū)別不同品種化學(xué)生物標(biāo)志物的技術(shù)。席艷茹等[6]對(duì)黃土高原2個(gè)小產(chǎn)區(qū)赤霞珠干紅葡萄酒進(jìn)行香氣感官分析表明,在黃土高原2個(gè)小產(chǎn)區(qū)赤霞珠干紅葡萄酒中分別檢測(cè)出54種和55種對(duì)香氣有貢獻(xiàn)的化合物。葡萄品種是決定釀造葡萄酒品質(zhì)的重要因素，同一品種在不同地域環(huán)境下表現(xiàn)的品質(zhì)存在差異，研究和評(píng)價(jià)地區(qū)葡萄品種釀造葡萄酒香氣組分具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。KIM等[7]對(duì)11個(gè)釀酒品種紅葡萄酒香氣進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在韓國(guó)萬(wàn)州地區(qū)不同品種葡萄酒主要呈香系列不同，根據(jù)這些研究結(jié)果，以期作為當(dāng)?shù)亻_發(fā)葡萄酒品種的選擇標(biāo)準(zhǔn)。丁燕等[8]首次分析了蓬萊葡萄酒產(chǎn)區(qū)3個(gè)主栽白葡萄品種的香氣物質(zhì)組成及含量，表明3個(gè)白葡萄品種的香氣種類及含量存在明顯差異，且分析認(rèn)為小芒森的香氣最為豐富和復(fù)雜。盧浩成等[9]對(duì)瑪納斯產(chǎn)區(qū)4個(gè)釀酒葡萄品種香氣分析發(fā)現(xiàn)，多姿桃品種的花香、果香、焦糖香及烘烤香最豐富，且化學(xué)味最重，馬貝克品種花香果香和焦糖香優(yōu)于司特本，且植物味要重于其他3個(gè)品種，綜合評(píng)價(jià)多姿桃和馬貝克是適于瑪納斯產(chǎn)區(qū)風(fēng)土下釀造干紅葡萄酒品種。目前，在葡萄酒中檢測(cè)到的香氣化合物主要包括醇類、酯類、酸類、醛酮類、萜烯類、烷烴類物質(zhì)以及含硫、雜環(huán)化合物等[10]，不同品種的葡萄酒在不同產(chǎn)區(qū)香氣物質(zhì)種類及含量不同，研究產(chǎn)區(qū)葡萄酒中香氣物質(zhì)組分，對(duì)提升當(dāng)?shù)仄咸丫破焚|(zhì)和影響力具有重要意義。本研究對(duì)黃土高原地區(qū)5個(gè)葡萄品種葡萄酒香氣成分進(jìn)行分析和比較，并根據(jù)香氣活力值，分析具有活性的呈香物質(zhì)，比較品種間葡萄酒香氣差異，以期為黃土高原地區(qū)葡萄酒產(chǎn)業(yè)和釀酒葡萄品種優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

5個(gè)釀酒品種果實(shí)均采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所，試驗(yàn)地土質(zhì)一致，株行距為0.8 m×2.5 m，修剪架勢(shì)為傾斜式獨(dú)龍蔓“廠字形”立架栽培，常規(guī)田間管理，采收果實(shí)充分成熟，無(wú)病害。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 葡萄果實(shí)酒精發(fā)酵

采用20 L玻璃罐小容器對(duì)5個(gè)葡萄品種進(jìn)行單品種酒精發(fā)酵。將除梗破碎的葡萄中加入60 mg/L SO2后轉(zhuǎn)入發(fā)酵瓶中，2 h后加30 mg/L的EV果膠酶于發(fā)酵瓶中。6 ℃低溫冷浸漬2 d恢復(fù)常溫后添加釀酒酵母200 g/t(安琪酵母CECA)，待發(fā)酵啟動(dòng)后，每天4次監(jiān)測(cè)溫度比重，并壓酒帽，控制發(fā)酵溫度為24 ℃左右，待比重降到0.993并保持不變后開始皮渣分離，進(jìn)行2次倒罐后取澄清葡萄酒樣進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2 葡萄酒常規(guī)理化指標(biāo)測(cè)定

酒精度：酒精計(jì)法；pH：pH計(jì)法；可滴定酸：酸堿滴定法；殘?zhí)牵红沉衷噭┑味ǚ?；揮發(fā)酸：水蒸氣帶蒸餾法；干浸出物：密度瓶法[11]。

1.2.3 葡萄酒香氣測(cè)定

15 mL的樣品瓶中加入5 mL的酒樣和磁力轉(zhuǎn)子，用聚四氟乙烯隔墊密封，于50 ℃磁力攪拌器熱平衡30 min，然后用50/30 μm PDMS/CAR/DVB固相微萃取頭在40 ℃下頂空吸附30 min，最后將萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口熱解析8 min。

色譜條件：高純氦氣為載氣，流速為1 mL/min，進(jìn)樣口溫度為250 ℃，起始柱溫50 ℃保持1 min，然后以3 ℃/min的速率升溫至220 ℃，保持5 min。

質(zhì)譜條件：280 ℃離子源溫度，電離方式為EI，電離能為70 eV，質(zhì)量掃描范圍為20～350 amu。

揮發(fā)性香氣物質(zhì)的定性根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)中的保留指數(shù)和質(zhì)譜信息進(jìn)行分析，對(duì)于已有標(biāo)樣的物質(zhì), 利用其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量，對(duì)沒有標(biāo)樣的物質(zhì)利用化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)相似、碳原子數(shù)相近的標(biāo)樣香氣物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用Origin 2019進(jìn)行柱形圖的制作，通過SAS 9.0軟件進(jìn)行不同葡萄酒理化指標(biāo)及香氣含量顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄酒常規(guī)理化指標(biāo)分析

5種干紅葡萄酒的基本理化指標(biāo)如表1所示，所有葡萄酒的酒精度介于11.30%～12.70%，且5種葡萄酒酒精度間差異不顯著；美樂葡萄酒pH為3.58，顯著低于品麗珠、馬瑟蘭和北冰紅葡萄酒(P<0.05)。赤霞珠和美樂葡萄酒可滴定酸質(zhì)量濃度較高，顯著高于品麗珠和馬瑟蘭葡萄酒(P<0.05)；5種葡萄酒中殘?zhí)琴|(zhì)量濃度均小于4.0 g/L，揮發(fā)酸質(zhì)量濃度均小于0.34 g/L，且5種葡萄酒間揮發(fā)酸含量差異不顯著。5種葡萄酒干浸出物質(zhì)量濃度為20.19～21.65 g/L，且差異不顯著。5種葡萄酒所有理化指標(biāo)均符合國(guó)家關(guān)于干紅葡萄酒理化標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定(GB 15037—2006)。

2.2 葡萄酒香氣種類及含量分析

5種葡萄酒中鑒定出的各香氣物質(zhì)種類如表2所示。5種干紅葡萄酒中共檢測(cè)出106種香氣成分，其中在赤霞珠葡萄酒和美樂葡萄酒中均檢測(cè)出來(lái)89種香氣成分，赤霞珠葡萄酒中酯類香氣物質(zhì)為37種，比其他4種葡萄酒種類豐富；美樂葡萄酒中醇類和烯烴類香氣物質(zhì)較其他葡萄酒豐富。品麗珠、馬瑟蘭和北冰紅葡萄酒中香氣種類數(shù)量差異較小，分別為77種、77種和78種。在5種葡萄酒中醛酮類、酸類和其他類香氣物質(zhì)種類數(shù)量差異較小。

表1 葡萄酒的常規(guī)理化指標(biāo)Table 1 The basic physical-chemical indexes of wines

表2 葡萄酒中香氣種類數(shù) 單位：種

5種葡萄酒的香氣物種類含量如圖1所示，不同品種葡萄酒中香氣種類物質(zhì)總含量存在顯著差異。葡萄酒中的醇類主要來(lái)源于果實(shí)酒精發(fā)酵、氨基酸轉(zhuǎn)化及亞麻酸降解物的氧化。醇類物質(zhì)在美樂葡萄酒中含量最高，為651 819 μg/L，分別比赤霞珠葡萄酒高60.02%(P<0.05)，比品麗珠葡萄酒高1 344.43%(P<0.05)，比馬瑟蘭葡萄酒高127.25%(P<0.05)，比北冰紅葡萄酒高224.34%(P<0.05)。酯類香氣成分的種類最豐富，其中在美樂葡萄酒中總含量最高，顯著高于其他4種葡萄酒，赤霞珠葡萄酒中酯類物質(zhì)香氣含量顯著高于品麗珠、馬瑟蘭、北冰紅葡萄酒。羰基化合物是葡萄酒香氣的重要組成部分，雖然含量很低，但其有著極低的閾值，對(duì)葡萄酒香氣的影響非常大。醛酮類化合物在5種葡萄酒中占香氣總含量的0.13%～15.65%，其中在品麗珠葡萄酒中檢測(cè)到醛酮類香氣物質(zhì)總含量顯著高于其他4種葡萄酒。烯烴類化合物是葡萄果實(shí)自身攜帶的香氣物質(zhì)，在美樂葡萄酒中檢測(cè)到烯烴類香氣物質(zhì)含量最高且顯著高于其他4種葡萄酒。在赤霞珠葡萄酒中檢測(cè)到酸類香氣物質(zhì)含量顯著最高。葡萄酒中其他類香氣物質(zhì)總含量均低于3.5 μg/L，且差異不顯著。

圖1 葡萄酒中香氣種類含量Fig.1 Content of aroma components in wine注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(下同)

2.3 葡萄酒中關(guān)鍵呈香物質(zhì)分析

OAV是指某種揮發(fā)性香氣物質(zhì)在香氣體系中的濃度與其在酒中嗅覺閾值的比值，是用來(lái)衡量揮發(fā)性物質(zhì)在香氣體系中的貢獻(xiàn)度和判定有效香氣成分的技術(shù)手段。對(duì)整體香氣有影響的物質(zhì)其質(zhì)量濃度至少要達(dá)到其閾值的20%(OAV>0.2)[12]，如表3所示，葡萄酒中關(guān)鍵呈香物質(zhì)在赤霞珠、美樂、品麗珠、馬瑟蘭、北冰紅葡萄酒中共檢測(cè)出37種，其中在美樂葡萄酒中檢測(cè)到呈香物質(zhì)最多，為31種，在其他4種葡萄酒中檢測(cè)到呈香物質(zhì)種類為 20～23種。在赤霞珠葡萄酒中檢測(cè)到呈果香的乙酸乙酯OAV高于其他4種葡萄酒，在美樂葡萄酒中檢測(cè)到呈花香的1-辛醇、2-苯乙醇、辛酸乙酯、里那醇、香茅醇、香葉醇物質(zhì)OAV均高于其他4種葡萄酒。在5種葡萄酒中檢測(cè)共有的呈香物質(zhì)有9種，分別為1-辛烯-3-醇、2-壬醇、2-苯乙醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、丁酸、癸醛、香葉醇、β-大馬士酮。在品麗珠和馬瑟蘭葡萄酒中均檢測(cè)到超過閾值60倍具有青椒味的2-甲氧基-3-異丁基吡嗪。

2.4 葡萄酒中不同香氣類別總OAV

葡萄酒香氣成分之間存在著累加、協(xié)同等作用，將各香氣物質(zhì)按其氣味特征進(jìn)行分組，將每一氣味特征類似的氣味歸為一組，通過計(jì)算該組的OAV總和是闡述香氣體系中不同呈香成分的有效手段，圖2為5種葡萄酒中6類香氣成分總OAV。各類香氣中除馬瑟蘭葡萄酒外，其他葡萄酒均以水果香氣最為突出，馬瑟蘭葡萄酒以生青味高于其他類香氣。水果香OAVs在赤霞珠和美樂葡萄酒值較高，均顯著高于其他3種葡萄酒。美樂葡萄酒花香OAVs為344.46，分別比赤霞珠、品麗珠、馬瑟蘭、北冰紅高132.43%、352.63%、384.51%、102.35%(P<0.05)。脂肪香和干果香OAVs在美樂葡萄酒中均顯著高于其他4種葡萄酒。品麗珠葡萄酒中化學(xué)香和生青味OAVs均最高，且均顯著高于其他4種葡萄酒。北冰紅葡萄酒中六類香氣OAVs總和為611.10，高于馬瑟蘭葡萄酒，但低于其他3種葡萄酒。

表3 葡萄酒中關(guān)鍵呈香物質(zhì)Table 3 Characteristic difference in fruit aroma

圖2 葡萄酒中不同香氣類別OAVsFig.2 OAVs of different aroma types in wine

3 結(jié)論與討論

世界上任何一個(gè)葡萄酒產(chǎn)區(qū)的地域性都是無(wú)法復(fù)制的，由于海拔、氣候、土壤等環(huán)境因子的差異，同一品種在不同地域下表現(xiàn)的釀酒品質(zhì)也不同[13-14]，這種“風(fēng)土”詮釋著各產(chǎn)區(qū)葡萄酒的獨(dú)特性[15]。利用氣質(zhì)聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)、OAVs對(duì)西班牙原產(chǎn)地的葡萄酒香氣特征進(jìn)行了檢測(cè)、描述和比較，發(fā)現(xiàn)有的產(chǎn)區(qū)葡萄酒蔬菜香氣較為突出、有的產(chǎn)區(qū)葡萄酒化學(xué)香較為突出，表明不同產(chǎn)區(qū)具有典型的香氣特征[16]。左俊偉等[17]對(duì)寧夏賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)2種干白葡萄酒運(yùn)用固相微萃取技術(shù)結(jié)合GS-MS,共檢測(cè)出49種香氣物質(zhì)。本研究以黃土高原產(chǎn)區(qū)赤霞珠、美樂、品麗珠、馬瑟蘭、北冰紅葡萄所釀的單品種葡萄酒為材料，通過GS-MS測(cè)定檢測(cè)出106種香氣成分，并表明一些關(guān)鍵呈香物質(zhì)在品種間存在明顯差異，體現(xiàn)了葡萄品種的特異性。JIANG等[18]對(duì)我國(guó)4個(gè)產(chǎn)區(qū)赤霞珠和美樂果實(shí)和葡萄酒香氣進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性化合物受“風(fēng)土”因子的影響顯著，且均發(fā)現(xiàn)醇類香氣物質(zhì)在2個(gè)品種中含量最豐富，這與本研究中5種葡萄酒中醇類香氣物質(zhì)占比最高的結(jié)論一致。ROBINSON等[19]研究表明，乙醇濃度的增加顯著降低了揮發(fā)性香氣化合物的頂空濃度，且感官研究表明乙醇可以抑制葡萄酒中的水果香氣，在本研究中5種釀酒葡萄酒精度均在11.3%～12.7%，且差異不顯著，因而酒精度對(duì)葡萄酒香氣的影響基本一致。對(duì)新疆地區(qū)10個(gè)釀酒品種香氣分析，發(fā)現(xiàn)不同品種葡萄酒之間其呈香物質(zhì)具有較大差異，赤霞珠葡萄酒在4個(gè)產(chǎn)區(qū)均以酯類為主要的呈香物質(zhì),不同產(chǎn)區(qū)的赤霞珠葡萄酒其呈香物質(zhì)具有較大差異[20]。田欣等[21]對(duì)黃土高原地區(qū)5個(gè)小產(chǎn)區(qū)赤霞珠葡萄酒香氣定性分析表明，5個(gè)小產(chǎn)區(qū)的葡萄酒定性到的香氣化合物總數(shù)及各類別的數(shù)量則均差異不大。本研究中，同一地區(qū)不同品種間香氣組分存在顯著差異，且不同品種典型香氣不同。李媛媛等[22]對(duì)寧夏賀蘭山東麓5個(gè)不同子產(chǎn)區(qū)赤霞珠干紅葡萄酒利用OAV確定其具有感官貢獻(xiàn)的香氣物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)具有花香和果香特征大馬士酮在葡萄酒中香氣貢獻(xiàn)最為突出，這與本研究中黃土高原產(chǎn)區(qū)5種葡萄酒中β-大馬士酮對(duì)花果香貢獻(xiàn)較大的結(jié)論一致。萜烯類香氣化合物在葡萄酒中一般為微量含量，但其香氣閾值較低，對(duì)葡萄酒香氣影響起關(guān)鍵作用。葡萄果實(shí)中的甲氧基吡嗪主要通過植物組織內(nèi)氨基酸代謝產(chǎn)生[23]，vvomt1和vvomt2酶可以催化羥基吡嗪生成甲氧基吡嗪[24]，本研究中在品麗珠和馬瑟蘭葡萄酒中均檢測(cè)到吡嗪類物質(zhì)，且含量高于閾值，這可能與品種在地方的表現(xiàn)有關(guān)。

黃土高原產(chǎn)區(qū)不同品種葡萄酒香氣組分均存在較大差異，其中赤霞珠葡萄酒主要呈水果香，美樂葡萄酒特征性香氣為花香，是優(yōu)良的香型釀酒葡萄品種，可為黃土高原產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄推廣及葡萄酒品質(zhì)提升提供理論依據(jù)，為地區(qū)釀酒葡萄雜交選育香型釀酒葡萄后代提供材料依據(jù)。