赤霞珠葡萄酒蘋果酸-乳酸發酵過程中香氣成分動態變化

代晨曦， 張 旺， 張丹丹， 劉戰霞， 程衛東， 王 斌， 史學偉

（石河子大學 食品學院，新疆維吾爾自治區 石河子 832000）

蘋果酸-乳酸發酵 （malolactic fermentation，MLF）是葡萄酒乙醇發酵結束后的二次發酵，指乙醇發酵結束后的葡萄酒在乳酸細菌的作用下將葡萄酒中的蘋果酸轉化成乳酸和CO2的過程，也是葡萄酒釀造過程中最難以控制的過程，對釀造優質紅葡萄酒具有重要作用[1]。 這個過程增加了葡萄酒風味的復雜性，對風味具有修飾作用[2-3]，其次級代謝提高了葡萄酒中的醛類、酯類、氨基酸等化合物的含量，從而改善葡萄酒的果香、花香等揮發性香氣[4-5]。對于葡萄酒香氣物質的測定，目前固相微萃取結合氣質聯用（HS-SPME-GC-MS）技術被廣泛應用，給葡萄酒香氣物質的分析鑒定提供有力的支撐[6]。 相比傳統的分析方法，它具有高靈敏度、操作簡單以及高重現性和用時短等優點[7]。 劉迪[8]等使用固相微萃取結合氣質聯用技術研究了干白葡萄酒瓶儲過程中的香氣物質動態變化，結果表明，干白葡萄酒隨著瓶儲的進行，香氣物質呈現3 種不同的變化趨勢，以酯類、醇類和萜烯類物質質量分數下降為特征。

然而，目前有關蘋乳發酵過程中葡萄酒香氣變化的研究不多，不同發酵時期對具體發酵香氣成分和品種香氣成分的影響缺乏數據。 研究了蘋乳酸發酵過程中不同時期干紅葡萄酒樣品，通過頂空固相微萃取結合氣質聯用技術對紅葡萄酒感官香氣特征和香氣成分進行量化分析，總結蘋乳發酵各時期的香氣成分和香氣特征的變化規律，為紅葡萄酒釀造的優化設計提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

乙醇發酵結束的赤霞珠干紅葡萄酒：產地為新疆張裕巴保男爵酒莊，常規理化指標見表1。葡萄酒樣按照蘋果酸-乳酸發酵時間每72 小時連續取樣。

表1 常規理化指標Table 1 Conventional physical and chemical indicators

DB-WAX 毛細管柱 （30 mm×0.25 mm×0.25 μm）、SCION SQ 456-GC 型氣相色譜-質譜聯用儀：美國 BRUKER 公司產品；75 μm CAR/PDMS 萃取頭： 美國 Supelco 公司產品；TDS3 熱脫附系統、ODP2 嗅覺檢測器：德國Gerstel 公司產品。

1.2 實驗方法

1.2.1 香氣物質的提取 樣品香氣物質的提取參照張佳等人的方法[9]，取8 mL 葡萄酒樣品置于20 mL 頂空瓶中，迅速密封頂空瓶并于60 ℃水浴加熱15 min，將老化后的75 μm CAR/PDMS 萃取頭插入樣品瓶頂空部分，于45 ℃吸附30 min，吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進樣口，于250 ℃解吸3 min，同時啟動儀器進行GC-MS 分析。

1.2.2 GC-MS 檢測條件 GC-MS 分析主要參考PLESSAS 等人的方法[10]，采用恒定流量模式，起始柱溫 40 ℃，以 5 ℃/min 升至 90 ℃；再以 10 ℃/min 升至 230 ℃， 保留 7 min。 載氣為純度 99.99%的 He氣，流量0.8 mL/min，氣化室溫度230 ℃。質譜條件：電子電離（Electronionization，EI）離子源；電子能量70 eV，接口溫度為250 ℃，離子源溫度為200 ℃，燈絲發射電流為100 μA，檢測器電壓1 kV。

1.2.3 揮發性物質的定性和定量分析 定性方法：通過比較質譜與NIST15 質譜數據庫來鑒定化合物，保留正、反匹配度均大于800（最大值為1 000）的鑒定結果。

定量方法：采用峰面積歸一化法以確定葡萄酒中各組分揮發物的質量分數。

1.2.4 數據分析 主要采用origin 2016 和SPSS 23進行數據分析。

2 結果與討論

2.1 赤霞珠葡萄酒的香氣組成

赤霞珠葡萄酒蘋果酸-乳酸發酵階段揮發性香氣成分的動態變化見圖1 和表2。 在赤霞珠葡萄酒蘋乳發酵期間共鑒定出55 種揮發性香氣物質，其中包括酯類（22 種）、醇類（10 種）、酸類（8 種）、醛類（7 種）、酮類（4 種）、萜烯類（3 種）、酚類（1 種）。 由此可見， 赤霞珠葡萄酒的主要揮發性物質為酯類，其次是醇類及酸類。 在蘋乳發酵開始時，共檢測出48 種揮發性化合物， 其中質量分數超過5%的揮發性物質有乙酸乙酯（5.74%）、辛酸乙酯（5.98%）、苯乙醇 （6.72%） 以及質量分數最高的異戊醇（32.78%）。 而在蘋乳發酵末期（18 d）時，共檢測出43 種揮發性化合物， 其中質量分數超過5%的揮發性物質有乙酸乙酯（6.8%）、己酸乙酯（5.42%）、辛酸乙酯（8.48%）、苯乙醇（6.03%）以及質量分數最高的異戊醇（20.48%）。 總體來看，蘋乳發酵結束后葡萄酒酯類香氣成分比開始時有所提升但也失去了一些醇醛類物質，而且還新增加了2 種化合物，分別是月桂酸乙酯和琥珀酸異戊乙酯。

圖1 赤霞珠葡萄酒蘋乳發酵末期（18 d）揮發性香氣成分總離子流圖Fig. 1 Total ion chromatogram of volatile aroma components of Cabernet Sauvignon wine at the end of MLF（18 d）

2.2 赤霞珠葡萄酒蘋乳發酵時期香氣成分質量分數對比分析

2.2.1 酯類化合物 如表2、圖2 所示，赤霞珠葡萄酒在蘋乳發酵過程中，酚類物質的種類減少，但總質量分數上升。 乙醇發酵結束時共檢測出18 種揮發性香氣物質，總質量分數為20.7%，為赤霞珠葡萄酒中主要的香氣物質。 在蘋乳發酵第18 天時共檢測出15 種揮發性香氣物質，總質量分數為25.61%。相對于乙醇發酵結束時，赤霞珠葡萄酒酯類香氣物質總質量分數增加了4.91%， 其中主要為乙酸乙酯和己酸乙酯質量分數的上升，這兩種揮發性化合物能夠賦予葡萄酒濃郁的果香、酯香和己酸乙酯帶來的曲香[11-12]。 香氣物質種類減少了3 種，分別為：乙酸異丁酯、苯酸甲酯和乙酸苯乙酯。同時也增加了2種新的香氣物質——月桂酸乙酯和琥珀酸異戊乙酯，增加了葡萄酒水果類香氣。

表2 赤霞珠葡萄酒蘋乳發酵階段揮發性香氣成分動態分析Table 2 Dynamic analysis of volatile aroma components of Cabernet Sauvignon wine during MLF

續表2

續表2

圖 2 酯類、醇類、酸類化合物質量分數比較Fig. 2 Comparison of mass fraction of esters，alcohols and acids

2.2.2 醇類化合物 醇類物質總質量分數在蘋乳發酵0 d 時最高，為42.89%，隨著發酵的進行呈顯著減小趨勢，直至蘋乳發酵第18 天的29.01%，主要為異戊醇、異丁醇、正己醇和苯乙醇等。 有研究表明，葡萄本身攜帶的酸以及在發酵過程中產生的酸會和醇類物質在葡萄酒后熟階段發生酯化反應[13-4]，因此使醇類物質總質量分數逐漸減小，這也解釋了蘋乳發酵過程中酯類化合物質量分數上升的原因。異戊醇作為發酵的副產物，在乙醇發酵結束時質量分數達到最大32.78%，隨著蘋乳發酵的進行，異戊醇質量分數逐漸降低， 直至蘋乳發酵第18 天的20.48%。 異戊醇是乙醇發酵期間酵母菌代謝產生的副產物[15]，具有苦澀味，但適量的異戊醇及高級醇會賦予葡萄酒醇厚感，但質量分數過高會給葡萄酒帶來不愉悅的口感以及對人體有毒害作用[16]。 蘋乳發酵降低了高級醇的質量分數，保證了葡萄酒的風味口感和安全性。

2.2.3 酸類化合物 赤霞珠葡萄酒蘋乳發酵過程中共檢測出8 種酸類化合物，質量分數總體呈上升趨勢，由發酵前的1.08%上升至2.33%，質量分數變化明顯的主要有乙酸、正辛酸、棕櫚酸以及蘋乳發酵結束后新生成的月桂酸和肉豆蔻酸，其中月桂酸能夠賦予葡萄酒花果的芳香氣味，肉豆蔻酸則具有椰子和油脂香味，2 種化合物總體上增強了葡萄酒的香氣。 張順花[17]、胡博然[18]等也同樣在葡萄酒中檢測出不同種類的酸，但未描述其形成機理，而新生成的2 種酸可能是蘋乳發酵過程中乳酸菌發酵作用產生的。

2.2.4 萜烯類、酚類及醛酮類化合物 酚類和萜烯類物質種類的質量分數較低且在蘋乳發酵過程中變化不大，見圖3。 2 類物質在蘋乳發酵過程中僅檢測出4 種揮發性化合物， 總質量分數保持在1%左右。 其中萜烯類化合物通常以糖苷態存在于葡萄的果實中，能夠賦予葡萄酒玫瑰香氣，但感官閾值很低[19]。 酚類物質對葡萄酒的香氣、顏色、穩定性以及對葡萄酒的味覺平衡具有重要作用[20]，但在本試驗中只檢測出2，4-二叔丁基酚這一種酚類物質。

圖3 萜烯類、醛類、酮類及酚類化合物質量分數比較Fig. 3 Comparison of mass fraction of terpene，aldehydes，ketones and phenols

葡萄酒中的羰基化合物大多數由微生物發酵生成，也有少數是在葡萄酒貯藏過程中發生的美拉德反應和醇類的氧化反應生成。 赤霞珠葡萄酒在蘋乳發酵結束時共檢測出5 種酮類和7 種醛類化合物， 其中酮類化合物主要為丁二酮和2，3-戊二酮。葡萄酒中的丁二酮的質量濃度在2~4 mg/L 范圍內可以增加葡萄酒的香氣強度，但超過這個范圍會導致葡萄酒香氣劣化。 同時在發酵結束后的葡萄酒中檢測出微量的2，3-戊二酮（0.04%）。有研究表明，當葡萄酒中的丁二酮與微量的2，3-戊二酮共存時，可以增強葡萄酒的香氣，使葡萄酒的香氣更加濃郁[21]。醛類物質從乙醇發酵結束后的0.85%下降到蘋乳發酵結束的0.55%，以乙醛、苯甲醛和4-丙基苯甲醛質量分數的降低為代表。 其中乙醛具有果香，苯甲醛具有苦杏仁、 櫻桃及堅果香味，4-丙基苯甲醛具有枯茗和桂皮類似香氣。 這3 種醛類化合物質量分數的下降降低了葡萄酒果香的香氣。

3 結 語

本研究表明，在葡萄酒蘋乳發酵的過程中共分析鑒定出55 種揮發性化合物，其中酯類、醇類和酸類為葡萄酒主要香氣物質。 各類揮發性香氣物質在總體上呈現不同的變化趨勢，尤其以酯類和酸類以及酮類物質質量分數上升為主要特征，這3 類化合物質量分數的上升增強了葡萄酒水果方面的香氣。葡萄酒中酸和醇類物質發生酯化反應降低了醇類物質的質量分數，同時伴隨著蘋乳發酵結束后高級醇質量分數的降低，保證了葡萄酒的風味并且提高了葡萄酒的安全性。 因此，葡萄酒蘋乳發酵能夠直接影響葡萄酒的香氣和風味特征，但在蘋乳發酵的過程中最重要的影響因素為乳酸菌，因此可以利用細菌多樣性來改善葡萄酒的香氣和風味特征。