張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒香氣成分分析

姜文廣,吳訓侖,尹雷,孫舒揚,溫春光

1(魯東大學食品工程學院,山東煙臺,264025) 2(煙臺張裕集團有限公司,山東煙臺,264001)

張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒香氣成分分析

姜文廣2,吳訓侖2,尹雷2,孫舒揚1,溫春光2

1(魯東大學食品工程學院,山東煙臺,264025) 2(煙臺張裕集團有限公司,山東煙臺,264001)

采用頂空固相微萃取技術(HS-SPME)和液液微萃取技術(LLME)提取張裕酒莊級蛇龍珠葡萄酒中香氣成分,利用氣質聯用技術(GC-MS)進行檢測,共69種成分被鑒定出來。借助SPSS軟件對檢測結果進行方差分析、Duncan多范圍檢驗分析和距離分析,結果顯示,乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大馬酮、反-威士忌內酯和4-乙基愈創木酚8種化合物在所研究的4個批次產品間無差異,屬于特性成分,而乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸5種酸性化合物存在顯著性差異。4個批次的張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒間相似度非常高,特別是JZ-2和JZ-4、JZ-3和JZ-4間相似性最高。

蛇龍珠葡萄酒,頂空固相微萃取,液液微萃取,香氣成分

蛇龍珠(Cabernet Gernischet),是我國釀制紅葡萄酒的主要品種之一,與世界著名品種赤霞珠和品麗珠并稱為“三珠”。蛇龍珠葡萄作為我國特有的葡萄品種,所釀制干紅葡萄酒風味獨特,香氣純正、典型,具有濃郁的青椒氣味。張裕解百納和酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒均屬典型代表。目前張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒在我國深受消費者青睞,其獨特的風味已引起生產者和消費者日益關注。

香氣成分賦予葡萄酒復雜、獨特的風味,是決定葡萄酒品種和典型性的重要化合物,葡萄酒中的香氣成分在整個工藝過程中都發生著復雜的變化,按照香氣來源可分為:品種香、發酵香和陳釀香。早在20世紀50年代,Bayer等人[1]首次采用氣相色譜技術對葡萄酒的揮發性組分進行了研究,并成功鑒定出了一些高級醇和酯類物質。近年來,隨著色譜、質譜等現代分析方法的發展,為葡萄酒香氣成分的分析鑒定提供了強有力的手段。目前葡萄酒中已鑒定出的揮發性組分大約有1300種,主要包括醇類、酯類、有機酸類、揮發性酚類、萜烯類、內酯類和雜環類化合物等[2]。

目前常用于葡萄酒中的香氣物質的提取技術主要有:液-液萃取(LLE)[3-5]、固相微萃取(SPME)[6-8]和攪拌棒吸附萃取(SBSE)[9-11]等。在我國如李華等人用液液萃取研究蛇龍珠干紅葡萄酒,分離出32種化學成分,鑒定出29種化合物[3]。沈海月和范文來等利用HS-SPME對蛇龍珠等4種干紅葡萄酒中揮發性成分進行萃取,經GC-MS技術分析共檢測到94種化合物[7]。楊麗麗等利用SBSE和GCMS技術,研究了王朝半干白葡萄酒揮發性成分,檢測出90余種化合物[9]。SBSE技術相比SPME具有更強的吸附濃縮能力,更適用于微量成分的分析,但使用成本較高,難以適用于企業常規分析的需求。

本研究主要采用液液微萃取(LLME)和頂空固相微萃取(HS-SPME)技術對張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒中揮發性香氣成分進行分析。主要目的是了解張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒中香氣成分種類和含量,找出它們不同批次產品間共性和差異之處,逐步建立張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒特征指紋信息,為保證產品風味穩定性提供基礎性研究數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒取自張裕公司,共4個不同批次的產品,分別標注為JZ-1,JZ-2,JZ-3和JZ-4,在表1中列出4個批次產品的理化指標情況。

表1 張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒中常規指標分析結果

1.2 儀器和藥品

Varian MS-240氣質聯用儀,美國瓦里安公司;DB-Wax柱60 m×0.25 mm×0.25μm,美國安捷倫公司;C5-C30烷烴標樣及成分標準品購自美國Sigma-Aldrich公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 HS-SP ME分析

1.3.1.1 樣品制備

取10 mL酒樣,加入20 mL的頂空瓶中,再加入3 gNaCl,分別加入5μL內標2-辛醇和4-甲基戊酸乙酯(濃度為102.5310 mg/L和105.2381mg/L),振蕩后蓋上聚四氟瓶蓋。

1.3.1.2 揮發性香氣成分提取

參照沈海月等[7]HS-SP ME分析方法,采用CAR/DVB/PDMS萃取頭,樣品預熱5 min,30℃萃取60 min。萃取完成后,將萃取頭插入進樣口,解吸附5 min,進行GC-MS分析。每個樣品分析3次。

1.3.2 液液微萃取分析

本研究采用液液微萃取技術提取葡萄酒中揮發性有機酸,取15 mL葡萄酒樣,加入10μL內標化合物為丙烯酸(1000.00 mg/L),乙醇體積分數調至13%,加入4.2 g(NH4)2SO4,再加入1 mL戊烷振蕩,至鹽完全溶解后,放在搖床上以180 r/min振蕩1 h,取出酒樣以10000 r/min離心5 min,取上層有機相,等待GC-MS分析。每個樣品分析3次。

1.3.3 GC-MS分析

色譜條件:將SPME萃取頭插入進樣口,解吸附5 min,進樣口溫度250℃,程序升溫:初溫50℃,保持 2min,以6℃ / min升至230℃保持15 min;載氣He;不分流進樣。而液液微萃取提取液進樣量1μL,程序升溫同上。

MS條件:EI電離源,電子能量70 eV,離子源溫度230℃,掃描范圍33.00-350.00 amu。

1.3.4 定性分析

各個組分經 NISTO5a譜庫檢索、標準品的 RI值及參考文獻的 RI值對比結合進行定性分析,保留指數(R I)根據文獻計算[12]。

1.3.5 定量分析

本文定量分析參照Bonino等文章[13],采用峰面積相對值表示,具體公式如下:

HS-SPME定量分析:采用3-甲基戊酸乙酯和2-辛醇為內標化合物,目標化合物峰面積積分采用選擇離子模式(SIM),選擇的特征離子經峰純度檢測并與譜庫中這些物質的標準圖譜進行對比,確認掃描離子(精確至0.1 u,見表2)和掃描起始時間。

(a)酯類、醛酮類、內酯類和C13-降異戊二烯類化合物以4-甲基戊酸乙酯為內標;醇類和酚類化合物以2-辛醇為內標。

(b)液液微萃取定量分析:內標化合物為丙烯酸,目標化合物峰面積積分同樣采用選擇離子模(SIM),對酒樣中揮發性酸類化合物進行定量。

表2 優質酒莊酒葡萄酒中香氣成分定性分析結果以及相對含量值

續表2

續表2

1.3.6 統計分析

本研究采用SPSS 16.0版本進行數據處理,方差分析和Duncan多范圍檢驗用于分析各揮發性成分變量的顯著性差異;距離分析用于分析不同批次產品間的相似性。

2 結果與分析

2.1 香氣成分分析結果

影響SPME萃取效率的因素主要有萃取頭種類、萃取時間、萃取溫度和離子強度等。據已報道的研究,沈海月和范文來等利用HS-SPME在蛇龍珠等4種干紅葡萄酒中檢測到94種化合物,檢測效果非常理想[7]。鑒此,本實驗主要參照沈海月等SP ME方法進行,即SP ME條件為:30℃預熱5 min,萃取吸附60 min,GC解吸(250℃),用于GC-MS分析。

圖1 為采用HS-SPME和GC-MS分析張裕酒莊級蛇龍珠葡萄酒中香氣成分的總離子流圖,4個批次葡萄酒中揮發性成分具體檢測結果見表 2。應用 H SSPME方法,從4個批次葡萄酒中共測出82種揮發性化合物,各個組分經 NISTO5a譜庫檢索、標準品的R I值及參考文獻的 RI值對比結合進行定性分析,共鑒定出了68種。其中酯類化合物的種類最多(17種),其次是醇類化合物(12種),酸類化合物(9種),芳香族類化合物(7種),醛酮類化合物(5種),酚類化合物(7個),萜烯類化合物(6種),內酯類化合物(3種)、C13-降異戊二烯類化合物(1種)和硫化物(1種)。

圖1 HS-SPME和GC-MS分析張裕酒莊級蛇龍珠葡萄酒中香氣成分的總離子流色譜圖

采用SPME技術對蛇龍珠葡萄酒中59種揮發性成分(除有機酸外)進行了含量分析。盡管頂空固相微萃取技術在葡萄酒風味分析上有廣泛的應用,但萃取頭對強極性的揮發酸等物質響應較差,定量效果不是很理想。因此,研究在此基礎上采用液-液微萃取技術研究蛇龍珠葡萄酒中的揮發性有機酸,對乙酸等10種酸類化合物含量進行分析。圖2為LLME和GC-MS技術分析張裕酒莊級蛇龍珠葡萄酒中酸類成分的總離子流色譜圖。

2.2 統計分析結果

利用SPSS 16.0統計分析軟件對張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒中69中香氣成分的相對含量值進行分析。利用方差分析和Duncan多范圍檢驗分析了各香氣成分在4個批次產品中顯著性差異;采用距離分析判斷4個批次產品間的相似性。具體結果如表2和表3所示。

圖2 LLME-GC-MS技術分析張裕酒莊級蛇龍珠葡萄酒中酸類成分的總離子流色譜圖

2.2.1 顯著性差異分析

在表2中,通過顯著性差異分析,發現乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大馬酮、反-威士忌內酯和4-乙基愈創木酚8種化合物在4個批次產品中無差異,屬于共性成分。丙酸乙酯等34種成分在2個批次間存在差異,乙酸異丁酯等22種成分在3個批次間存在差異;乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸5種化合物在4個批次間存在差異。

從分析結果可知,乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大馬酮、反-威士忌內酯和4-乙基愈創木酚屬于張裕酒莊級蛇龍珠干紅的特性成分,它們分別來自不同葡萄酒釀造階段。β-大馬酮是蛇龍珠葡萄酒中最重要的品種香氣物質之一。在葡萄漿果中存在一種類胡蘿卜素加雙氧化酶,可以催化類胡蘿卜素降解,降解的初產物在糖基轉移酶作用下糖基化,作為C13-降異戊二烯類化合物的前體物質,最終生成β-大馬酮等C13-降異戊二烯類化合物[14]。葡萄酒釀造過程由于其前體物質的酸解或酶解,以及浸漬過程中對果皮中以游離態存在的β-大馬酮的浸提,β-大馬酮含量會逐漸增加[15]。

乙酸乙酯、辛酸乙酯、乳酸乙酯和β-苯乙酸乙酯主要來自發酵階段,在酯酶催化作用下,乙酰CoA與乙醇合成脂肪酸乙酯,其合成速度大于水解速度[18]。如表2所示,辛酸乙酯是酒莊級蛇龍珠干紅中相對含量值最高酯類成分,這與SPME萃取纖維對辛酸乙酯具有較好響應值有關;乙酸乙酯是葡萄酒中一種主要低沸點的酯類香氣成分,在酒莊級蛇龍珠干紅中同樣也具有較高的相對含量值。

乙醛可由釀酒酵母丙酮酸脫羧產生,也可在發酵以外由乙醇氧化而產生。乙醛可與SO2結合形成穩定的亞硫酸乙醛。這種物質不影響葡萄酒的質量,而游離的乙醛則使葡萄酒具氧化味,可用SO2處理,使這種氧化味消失[19]。

反-威士忌內酯和4-乙基愈創木酚主要來自陳釀過程[20]。反-威士忌內酯只有在經橡木桶儲存的葡萄酒中存在,該物質可以作為橡木桶處理工藝的一種標志性產物;4-乙基愈創木酚經橡木桶處理可以明顯提高它們在葡萄酒中的含量。

乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸在4個批次產品中存在顯著性差異。它們在葡萄酒含量較高香氣成分,它們主要是高級脂肪酸裂解或者醇、醛氧化的產物[21]。乙酸和2-甲基丙酸等成分強極性較強,SPME萃取纖維對它們響應較差,定量效果不是很理想。本研究采用LLME萃取技術對葡萄酒中揮發性酸類成分進行分析研究,該方法操作步驟簡單快速,從表2可看出所測得結果準確性和重復性很好,檢測結果相對偏差很小。

2.2.2 批次間相似性分析

應用SPSS分析軟件中的距離相關分析,對JZ-1、JZ-2、JZ-3和JZ-4四個批次張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒進行分析。從表3可以看出,4個批次酒JZ-1、JZ-2、JZ-3和JZ-4相似度非常高(相關性均大于0.960),特別是批次JZ-2和JZ-4間和JZ-3和JZ-4間相似對最高。

表3 不同批次酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒相似性矩陣

3 結論

本文采用頂空固相微萃取(HS-SPME)和液液微萃取(LLME)結合氣質聯用技術(GC-MS)研究了張裕酒莊級蛇龍珠葡萄酒中香氣成分,對鑒定出的69種香氣成分進行了研究。結果顯示,乙酸乙酯、2-甲基丙醇、3-甲基丁醇、乙酸、丙酸、2-甲基丙酸、辛酸乙酯、己酸、辛酸、琥珀酸二乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯和β-苯乙醇等成分含量較高,是酒莊級蛇龍珠葡萄酒中主要香氣成分。所研究的4個批次產品在香氣成分種類上無差異,只是在香氣成分含量上存在一定不同。

通過SPSS統計軟件對檢測結果的分析可看出,4個批次的酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒間相似度非常高,產品風味非常穩定,其中JZ-2和JZ-4、JZ-3和JZ-4間相似性最高。通過方差分析和Duncan多范圍檢驗分析,發現乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大馬酮、反-威士忌內酯和4-乙基愈創木酚8種化合物在所研究的4個批次產品間無差異,屬于酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒中特性成分。丙酸乙酯等34種成分在2個批次間存在差異,乙酸異丁酯等22種成分在3個批次間存在差異,而乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸5種酸性化合物在四個批次間存在顯著差異。本研究基本完成了設定目標,較好的了解了張裕酒莊級蛇龍珠葡萄酒中香氣成分的基本情況,為建立張裕酒莊級蛇龍珠干紅葡萄酒特征指紋信息提供了寶貴的數據。

[1]Bayer E.Quality and flavor by gas chromatography[J].J Gas Chromato,1966,4:67-73.

[2]李華,陶永勝,康文懷,等.葡萄酒香氣成分的氣相色譜研究進展[J].食品與生物技術學報,2006,25(1):1673-1689.

[3]李華,胡博然,楊新元,等.蛇龍珠干紅葡萄酒香氣成分的GC-MS分析[J].分析測試學報,2004,23(1):85-87.

[4]王華,張莉,李華,等.梅爾諾干紅葡萄酒香氣成分的GC/MS分析[J].釀酒科技,2005,5(3):101-103.

[5]Fang Y,QianM.Aroma compounds in Oregon PinotNoir wine determined by aroma extract dilution analysis(AEDA)[J].Flavour and Fragrance J,2005,20(1):22-29.

[6]羅煊,李德美,于靜,等.頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜法分析葡萄酒中馬味物質[J].食品與發酵工業,2009,35(7):128-132.

[7]沈海月,范文來,徐巖,等.應用頂空固相微萃取分析四種紅葡萄酒揮發性成分[J].釀酒,2008,35(2):71-73.

[8]Cellamare L,DA’uriaM,Emanuele L,et al.The effect of light on the composition of some volatile compounds in wine:an HS-SPME-GC-MS study[J].International J Food Sci Technol,2009,44(12):2377-2384.

[9]楊麗麗,王方,張岱,等.攪拌棒吸附萃取-氣質聯機分析(SBSE-GC/MS)在葡萄酒香氣分析中的應用[J].食品與發酵工業,2009,35(4):153-157.

[10]王宏平,楊蕾,王保興,等.應用SBSE-TDS-GC-MS方法快速分析葡萄酒中揮發性及半揮發性成分[J].食品與發酵工業,2009,35(3):143-146.

[11]Perestrelo R J,NogueiraM F,Camara J S.Potentialities of two solventless extraction approaches-Stir bar sorptive extraction and headspace solid-phase microextraction for deter mination of higher alcohol acetates,isoamyl esters and ethyl esters in wines[J].Talanta,2009,80(2):622-630.

[12]Majdak A S,Herjavec S,Orlic S,et al.Comparison of wine aroma compounds produced bySaccharom yces paradoxusandSaccharom yces cerevisiaestrains[J].Food Tech Biotechnol,2002,40(2):103-108.

[13]Bonino M,Schellino R,Rizzi C,et al.Aroma compounds of an Italian wine(Ruch’)by HS-SPME analysis coupled with GC-IT MS[J].Food Chem,2003,80(1):125-133.

[14]Kotseridis Y,Baumes R,Skouroumounis G K.Synthesis of labelled[2H4]β-damascenone,[2H2]2-methoxy-3-isobutylpyrazine,[2H3]α-ionone,and[2H3]β-ionone,for quantification in grapes,juices and wines[J].J ChromatogrA,1998,824(1):71-78.

[15]Kotseridis Y,Baumes R,Skouroumounis G K.Quantitative determination of free and hydrolytically liberatedβdamascenone in red grapes and wines using a stable isotope dilution assay[J].J Chromatogr A,1999,849(1):245-254.

[16]Umano K,Hagi Y,Shibamoto T.Volatile Chemicals I-dentified in Extracts from Newly Hybrid Citrus,Dekopon(Shiranuhi m andarinSuppl.J.) [J].J Agric Food Chem,2002,50(19):5355-5359.

[17]Klesk K,QianM.Aroma extract dilution analysis of cv.Marion(Rubusspp.hyb)and cv.Evergreen(R-laciniatusL.)blackberries[J].J Agric Food Chem,2003,51(11):3436-3441.

[18]Vianna E,Ebeler S E.Monitoring ester formation in grape juicefermentations using solid phase microextraction coupled with Gas Chromatography-MassSpectrometry[J].J Agric Food Chem,2001,49(2):589-595.

[19]李華.現代葡萄酒工藝學[M].西安:陜西人民出版社,2000:196-197

[20]FanWen-lai,Xu Yan,YuAi-mei.Influence ofoak chips geographical origin,toast level,dosage and aging time on volatile compounds of apple cider[J].JInst Brew,2006,112(3):255-263.

[21]W iegers J H,Pretorius I S.Yeastmodulation ofwine flavor[J].AdvApplMicrobiol,2005,57:131-175.

ABSTRACTThe aroma compounds in Cabernet Gernischt wine of Changyu Castle were extracted using the headspace solid phase microextraction(HS-SPME)and the liquid-liquid microextraction(LLME),then analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).A total of 69 compounds were identified.Statistical procedures were carried out using the SPSS version 16.0 statisticalpackage forwindows.Firstly,ANOVA and Duncan’smultiple range testwere applied to the data to determine significant differences between the analysed compounds.The results showed that ethyl acetate,ethyl lactate,ethyl octanoate,acetaldehyde,ethylβ-phenylacetate,β-damascenone,(E)-whiskey lactone and 4-ethylguaiacolwere the special compounds,whereas acetic acid,2-methylpropanoic acid,hexanoic acid,octanoic acid and decanoic acid had significance differences in four batch Cabernet Gernischtwines.Then,the distance analysiswas used to the data to deter mine the relation of four batch Cabernet Gernischtwines.The great similaritywas found in four batch wines,especially,JZ-2 and JZ-4,JZ-3 and JZ-4.

Key wordsCabernet Gernischt wine,headspace solid phase microextraction,liquid-liquid microextraction,aroma compound

The Study of Aroma Compounds in Cabernet Gernischt Red Dry Wine of Changyu Castle

JiangWen-guang2,Wu Xun-lun2,Yin Lei2,Sun Shu-yang1,Wen Chun-guang2
1(The School of Food Egineering,LudongUniversity,Yantai 264025,China)
2(Yantai Changyu Group CompanyLtd,Yantai 264001,China)

碩士研究生(孫舒揚博士為通訊作者)。

2010-02-20,改回日期:2010-04-07