寧夏青銅峽小產區不同品種干紅葡萄酒的香氣成分分析

謝春梅,焦紅茹*,曹芳玲

(寧夏葡萄酒與防沙治沙職業技術學院,寧夏 銀川 750199)

香氣是評價葡萄酒感官質量特征的一個重要方面。目前,國內常用頂空固相微萃取-氣質聯用法檢測葡萄酒香氣物質,且已鑒定出約800多種香氣成分,研究手段已經比較成熟[1-8]。葡萄酒香氣成分受多種因素影響[9-10],其中橡木桶能使其香氣更為復雜,但成本較高,所以只有最好的酒才能夠獲得橡木桶陳釀的待遇[11]；葡萄品種對葡萄酒香氣物質組成具有決定性作用,且在適宜的生態條件下能使葡萄酒呈現出獨特的風味特征[1,9,12],因此研究不同品種葡萄酒在特定產區的香氣成分,對于預測產區內不同葡萄酒產品風味特征具有重要意義。

近些年關于紅色單品種葡萄酒的香氣研究報道比較多。DOAZAN J P等[13]研究了法國優質葡萄酒香氣,發現源于波爾多地區的赤霞珠、品麗珠、美樂等酒樣香氣各自不同,但都具相似性。鄭青[14]對昌黎地區6個單品種酒進行芳香物質分析,發現主要差異性體現在酯類的種類和含量上,且赤霞珠、品麗珠與蛇龍珠干紅酒樣的香氣成分極為相似。姜文廣等[15]發現張裕酒莊級不同批次蛇龍珠干紅葡萄酒香氣成分種類和含量存在共性和差異之處。

眾所周知,寧夏賀蘭山東麓產區的葡萄酒具有高品質和獨特的風格,國內有不少研究都較關注該產區葡萄酒的香氣特征[9,14,16-18],但專門針對該產區內不同品種橡木桶陳釀干紅葡萄酒香氣特征的分析研究比較少。為了一步提高和穩定葡萄酒產品質量和風格,本研究采用頂空-固相微萃取(head space-solid phase microextraction,HS-SPME)與氣相色譜-質譜(gaschromatography-massspectrometry,GC-MS)聯用的方法對寧夏青銅峽小產區主栽釀酒葡萄品種赤霞珠(Cabernet Sauvignon)、美樂(Merlot)、西拉(Syrah)的單品種橡木桶陳釀干紅葡萄酒中揮發性香氣成分進行分析,了解三者的主要香氣物質種類與含量,找出其香氣成分之間的共同與差異之處,以期為生產實踐中完善陳釀技術和不同品種葡萄酒的混釀工藝提供理論研究數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 葡萄酒樣品

本試驗以赤霞珠、美樂、西拉單品種橡木桶陳釀干紅葡萄酒作為供試酒樣,采集自御馬酒莊,2015年份酒。原料均正常成熟(22～23°Bx),經分選后除梗破碎,入罐過程中添加果膠酶和SO2,葡萄醪低溫浸漬(6～8℃,24 h)后接種酵母,酒精發酵溫度控制在26～28℃(浸漬發酵不少于7 d),發酵結束后進行蘋果酸乳酸發酵,11月入橡木桶陳釀。每個品種隨機選取3個橡木桶各取250 mL,混合密封,冷藏運輸至實驗室檢測。橡木桶陳釀時間9個月±7 d。橡木桶產地相同,均由法國橡木制作而成,紋理細膩,中度弧度烘烤。樣品基本信息見表1。

表1 不同品種干紅葡萄酒樣品信息Table 1 Informations of dry red wine samples with different grape varieties

1.1.2 化學試劑

氯化鈉(分析純):國藥集團化學試劑有限公司；硫酸銅、酒石酸鉀鈉、葡萄糖(均為分析純):成都科龍化工試劑廠；氫氧化鈉(分析純):天津福晨化學試劑廠；酚酞(分析純):天津傲然精細化工研究所；亞甲基藍(分析純):天津北聯精細化學品開發有限公司；鄰苯二甲酸氫鉀(分析純):天津光復科技發展有限公司；4-甲基-2-戊醇(色譜純):美國Aldrich公司。

1.2 儀器與設備

EUTECH pH 510臺式酸度計:新加坡優特儀器有限公司；JY2003N型電子天平:上海精密科學儀器有限公司；DB-WAX毛細管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm):美國J&W公司；帶有PAL自動進樣器的GC-7890B/MS-5977A氣相色譜-質譜聯用儀:美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 葡萄酒基本指標的測定

依據GB/T15038—2006《葡萄酒果酒通用分析方法》進行常規理化指標的檢測。其中:酒精度測定用密度瓶法,總酸測定用指示劑法,揮發酸采用水蒸氣帶餾法,pH值用單點校正法由酸度計測得。

1.3.2 揮發性物質成分分析

揮發性物質的提取:準確量取8mL葡萄酒樣放入20mL頂空瓶,加入2 g氯化鈉,20 μL內標物(4-甲基-2-戊醇,質量濃度2.000 g/L),密封壓緊。45℃預熱頂空瓶10 min,萃取頭萃取頂空瓶液面上方氣體45 min,頂空瓶不停搖動,萃取頭在進樣口(250℃)解吸10 min,之后進樣進行氣相色譜-質譜分析。

GC條件:DB-WAX毛細管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm),程序升溫:初始溫度40℃,以1℃/min升到45℃,保持2 min,以3℃/min升至84℃,保持2 min,以3℃/min升至120℃,保持3 min,以3℃/min升至200℃,以5℃/min升至230℃,運行時間71.67 min。進樣口溫度250℃,采用不分流模式進樣,恒定流速0.8 mL/min,載氣為氦氣。

MS條件:電離方式為電子電離(electronionization,EI),離子源溫度為230℃,電子能量70 eV,接口溫度230℃,質譜選擇SCAN模式進行全掃描。

定性分析:采用氣相色譜-質譜-計算機聯用儀分析鑒定。分析結果運用計算機譜庫美國國家標準技術研究所(national institute of standards and technology,NIST)14.L進行初步檢索和分析,將3次平行測定結果進行比對,以相同或相近保留時間為準,找出重復出現并且匹配度較高的物質,再結合文獻進行人工譜圖解析,最終確定揮發性物質的各個化學成分。

定量分析:采用內標法進行定量分析,揮發性物質含量計算公式如下:

1.3.3 數據處理

每個樣品的香氣測定均重復測定3次。使用Excel 2007進行數據整理,采用Minitab15軟件進行統計分析。數據分析及處理采用單因素方差分析(analysisofvariance,ANOVA)、主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚類分析法(clusteringanalysis,CA)。

2 結果與分析

2.1 不同葡萄品種干紅葡萄酒主要揮發性成分分析

3個葡萄酒樣品的揮發性成分總離子流圖見圖1,揮發性成分檢測結果見表2。

由表2可知,3個樣品共鑒定出88種香氣組分,其中美樂、赤霞珠、西拉樣品分別定性檢測出68、55、67種香氣化合物,三者共有組分41種,占已定性總組分數的46.6%。美樂和赤霞珠相同成分47種,美樂特有成分21種、赤霞珠8種；美樂和西拉相同成分52種,美樂特有成分16種、西拉16種；赤霞珠和西拉相同成分43種,赤霞珠特有成分12種、西拉25種。三者香氣成分的共性與個性共同構成了其風味的相似性與典型性[8]。

表2 美樂、赤霞珠及西拉干紅葡萄酒香氣成分含量、閾值及感官描述Table 2 Aroma components contents,sensory threshold and sensory description of Merlot,Cabernet Sauvignon and Syrah dry red wines

續表

續表

由表2可知,酯類化合物種類最多(43種),其次為醇類(18種)。美樂樣品中已定性的68種組分含量范圍0.03～126.37 mg/L,共計557.93 mg/L。赤霞珠樣品中55種組分含量范圍0.02～123.86 mg/L,共計427.28 mg/L。西拉樣品中67種組分含量范圍0.05～154.91 mg/L,共計620.10 mg/L。3個樣品含量排名前10位的香氣成分有8個相同,主要為酯類、醇類,說明三者在主要香氣成分組成上具有一致性。

感覺閾值和感官描述由查閱李華《葡萄酒品嘗學》[19]和文獻[7,10,17]獲得。氣味活性值(odoractivityvalue,OAV)(即質量濃度與閾值的比值)是目前估計單個香氣成分實際氣味貢獻的客觀方法[10,20-21],＞1時認為該物質有香氣貢獻。供試樣品香氣成分的質量濃度、感覺閾值與感官特征描述詳見表2。由表2可知,除感覺閾值不明確的物質,從OAV值看,美樂、赤霞珠、西拉樣品中分別有19、18、19種物質有感官貢獻,且有12種為共有物質,說明三者香氣特征比較相近。

2.2 不同品種干紅葡萄酒香氣成分的顯著性差異分析

根據化學結構,將香氣成分歸為醇類、酯類、有機酸類、酮醛類等類別,分別計算3個樣品中各類物質的相對含量,進行分類比較,結果見圖2。

圖2 不同品種干紅葡萄酒香氣分類相對含量比較Fig.2 Comparison of aroma components contents of dry red wines with different varieties of grape

2.2.1 酯類化合物

酯類是葡萄酒中最重要的香氣,也是影響新酒香氣的主要因素[23]。由圖2可知,美樂和西拉中酯類相對含量較高。在檢出的43種酯類物質中,美樂有35種,占該品種已檢出組分總含量的56.32%,赤霞珠有30種,占45.20%,西拉有37種,占55.44%。三者共有酯類22種(占51.16%),其中辛酸乙酯含量均為最高且有顯著差異(P＜0.05),均貢獻甜蜜的果香、茴香味；乙酸乙酯對西拉無貢獻,但在50 mg/L以下時可以增加葡萄酒的復雜性[23]。

癸酸甲酯和棕櫚酸乙酯在三者中無顯著差異(P＞0.05),屬于共性成分。美樂與赤霞珠有7種、美樂與西拉有10種、赤霞珠與西拉有8種酯類物質為共性成分,樣品間差異性成分和個性成分的種類與數量均明顯多于共性成分。

從香氣貢獻看,丁酸乙酯、異戊酸乙酯等9種共有酯類物質的OAV均＞1,使三個樣品表現出花香、甜果香、草莓香,但含量有差異。乙酸乙酯、琥珀酸二乙酯在西拉中OAV＜1,但在美樂和赤霞珠中表現出甜果味。異丁酸乙酯只在赤霞珠中貢獻出草莓香；2-甲基丁酸乙酯在美樂中沒有香氣貢獻,在赤霞珠和西拉中表現為青蘋果味；十一酸乙酯只在美樂中表現出椰子香。反-威士忌內酯只在經橡木桶儲存的葡萄酒中存在,是橡木桶處理工藝的一種標志性產物[8,15],雖然是共有成分,但赤霞珠中OAV值稍＞1,其余約等于1,分析認為可能是橡木桶陳釀時間沒有達到完全一致而造成其差異性,其次是橡木桶本身的差異性造成的。

2.2.2 醇類化合物

由圖2可知,美樂、赤霞珠、西拉樣品中醇類物質含量占總香氣成分含量的比例分別為35.64%、46.66%、35.80%。美樂與赤霞珠有8種醇類為共性成分,美樂、赤霞珠分別與西拉有3種醇類為共性成分,其中異戊醇OAV均＞1,呈現微弱的脂肪味。在其他醇類中,3個樣品中苯乙醇有顯著差異,但OAV均＞1,表現為玫瑰、薔薇、蜂蜜香；1-辛醇在美樂和西拉中被檢出并表現玫瑰花和甜草藥味；1-癸醇僅在美樂中被檢出并賦予令人愉悅的橙花香和特有的淡油脂味。

2.2.3 有機酸類

葡萄酒中大部分有機酸為發酵的副產物,少部分來源于葡萄漿果并代謝為其他化合物[22]。由表2看出,共檢出7種有機酸類,辛酸和癸酸在3個樣品中有顯著差異(P＜0.05),辛酸在美樂和西拉中表現出奶酪味和澀味,癸酸在西拉中表現微弱的脂肪味,除反-2-己烯酸和壬酸的嗅覺閾值不清楚外,其余均不表現氣味特征。

2.2.4 酮醛類化合物

美樂、赤霞珠和西拉樣品中共檢出4種酮醛化合物,在香氣總含量中所占比例均為最少,分別為0.80%、1.86%和0.10%。除苯甲醛和5-甲基呋喃醛的感覺閾值不明確,其余均無氣味貢獻。

2.2.5 萜烯、酚類、其他類化合物

萜烯化合物通常具有花香、果香、種子、樹葉、木頭以及根莖等氣味,主要源于漿果,葡萄酒中大多數酚類則源于發酵過程中和橡木桶陳釀過程中形成的羥基苯乙烯酯類化合物[23]。萜烯、酚類、其他類化合物共檢出16種,所占比例分別為美樂2.23%、赤霞珠3.04%、西拉3.18%。在已知感覺閾值且OAV＞1的物質中,大馬士酮僅在美樂中被檢出,賦予葡萄酒甜蘋果味；反式-橙花叔醇只在美樂和西拉中被檢出,且僅在西拉中貢獻出甜花香；香茅醇僅在西拉中被檢出,賦予青草、丁香花、薔薇花香；里那醇只在赤霞珠和西拉中被檢出,含量有顯著差異(P＜0.05),但OAV均＞1,表現出甜美的果香。苯乙烯、金合歡醇等6種物質具有不同的香氣特征,但由于感覺閾值不明確,還有待進一步研究。

2.3 不同品種干紅葡萄酒香氣主成分分析

本研究對檢測出的88種香氣成分進行了主成分分析。根據Minitab15分析的結果,從中選擇了前四種主成分,其特征值及貢獻率見表3。

表3 葡萄酒香氣主成分分析的特征值及其貢獻率Table 3 Eigenvalues and contribution rate of aroma principal components analysis in wine

根據相關系數矩陣表,計算得出88個特征值和特征向量之間是相互正交,且方差是遞減的,前4個主成分的累計貢獻率達到94.4%,原始數據的標準變異分別達到50.3%、33.6%、5.5%、4.9%,且第一主成分和第二主成分明顯高于其他成分貢獻率,在前兩個主成分中,各成分在的貢獻率都＜0.2,大多數成分的貢獻率位于0.1左右。因此,在區分3個樣品香氣特征方面,由于香氣成分種類較多且比較分散,要利用少數幾個成分來區別不同品種酒的香氣特征是十分困難的,這與胡博然[9]區分不同品種葡萄酒香氣主成分分析的結論一致。

2.4 不同品種干紅葡萄酒香氣成分的聚類分析

對3個樣品的香氣成分進行相似性聚類分析,將相近的聚為一組,聚類分析結果見圖3。

圖3 香氣成分對葡萄酒的聚類圖Fig.3 Cluster of aroma components for wine

圖3 中橫軸為樣本數,1～3、4～6、7～9依次為美樂、赤霞珠、西拉的3次重復測定樣本。由圖3可知,每個品種的3個重復之間有著較高的相似性,被聚為一類,美樂與西拉相對較為接近,但3個樣品間的香氣物質相似性均不足50%,從聚類分析的整體情況來看,不同品種橡木桶陳釀干紅葡萄酒中的香氣物質有較大差異。

3 結論

本研究分析得出,供試樣品在主要香氣成分組成上具有一致性,主要為酯類和醇類物質。通過顯著性差異分析和OAV值檢驗,3個樣品中有感官貢獻的共有成分中有12種相同,其中僅異戊醇為共性成分,其余物質有差異,可以說三者香氣特征比較相近。此外,乙酸乙酯和琥珀酸二乙酯只在美樂和赤霞珠中表現出甜果味；辛酸只在美樂和西拉中表現出奶酪味、澀味；美樂和西拉酒樣均含有1-辛醇,賦予玫瑰花、甜草藥味；赤霞珠和西拉酒樣均含里那醇和2-甲基丁酸乙酯,呈現甜果香和青蘋果味；這些成分中除乙酸乙酯均有顯著差異(P＜0.05)。1-癸醇、大馬士酮和十一酸乙酯僅在美樂酒樣中被檢出,賦予橙花、特有的淡油脂味、明顯的椰子香；癸酸、反式-橙花叔醇和香茅醇僅在西拉中貢獻出微弱的脂肪味、甜花香和薔薇花香；異丁酸乙酯僅在赤霞珠中賦予草莓香。這些含量有顯著差異且有貢獻香氣的化合物可能是各酒樣的特征香氣成分,但要進一步明確,還需要大量樣本進行深入研究,以獲取更多信息。

通過主成分分析發現,香氣成分種類較多且比較分散,要利用少數幾個成分來區別不同品種酒樣的香味特征十分困難。通過聚類分析,3個樣品的香氣物質相似性均不足50%,不同品種酒樣間的香氣物質有較大差異。

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