黃土高原地區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

(山西農業大學果樹研究所, 山西省葡萄與葡萄酒工程技術研究中心,山西 太原, 030031)

葡萄酒的香氣是人們評價葡萄酒感官品質的主要指標之一，對消費者的購買決策起到決定性作用。葡萄酒香氣分為三大類，分別為品種香、發酵香以及陳釀香，它們共同作用于葡萄酒使之表現出獨特的風格。其中品種香在各香氣種類都起到關鍵呈香作用[1]。黃土高原是我國一個快速發展的葡萄酒產區，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黃土高原地區葡萄酒的香氣成分，對其當年葡萄酒的揮發性化合物進行了研究，發現醇類香氣物質在3種葡萄酒中為最豐富的物質，其次是酯類香氣物質，且根據其香氣活力值(odor activity values，OAVs)，發現3種葡萄酒中共存在18種揮發性化合物濃度高于其閾值。VIANA等[5]對本地區3個葡萄品種揮發性化合物的評價顯示，3個葡萄品種中酯類物質是最多的化合物，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、高靈敏、快速反應測定香氣的技術，可用于區別不同品種化學生物標志物的技術。席艷茹等[6]對黃土高原2個小產區赤霞珠干紅葡萄酒進行香氣感官分析表明,在黃土高原2個小產區赤霞珠干紅葡萄酒中分別檢測出54種和55種對香氣有貢獻的化合物。葡萄品種是決定釀造葡萄酒品質的重要因素，同一品種在不同地域環境下表現的品質存在差異，研究和評價地區葡萄品種釀造葡萄酒香氣組分具有重要的現實意義。KIM等[7]對11個釀酒品種紅葡萄酒香氣進行測定，發現在韓國萬州地區不同品種葡萄酒主要呈香系列不同，根據這些研究結果，以期作為當地開發葡萄酒品種的選擇標準。丁燕等[8]首次分析了蓬萊葡萄酒產區3個主栽白葡萄品種的香氣物質組成及含量，表明3個白葡萄品種的香氣種類及含量存在明顯差異，且分析認為小芒森的香氣最為豐富和復雜。盧浩成等[9]對瑪納斯產區4個釀酒葡萄品種香氣分析發現，多姿桃品種的花香、果香、焦糖香及烘烤香最豐富，且化學味最重，馬貝克品種花香果香和焦糖香優于司特本，且植物味要重于其他3個品種，綜合評價多姿桃和馬貝克是適于瑪納斯產區風土下釀造干紅葡萄酒品種。目前，在葡萄酒中檢測到的香氣化合物主要包括醇類、酯類、酸類、醛酮類、萜烯類、烷烴類物質以及含硫、雜環化合物等[10]，不同品種的葡萄酒在不同產區香氣物質種類及含量不同，研究產區葡萄酒中香氣物質組分，對提升當地葡萄酒品質和影響力具有重要意義。本研究對黃土高原地區5個葡萄品種葡萄酒香氣成分進行分析和比較，并根據香氣活力值，分析具有活性的呈香物質，比較品種間葡萄酒香氣差異，以期為黃土高原地區葡萄酒產業和釀酒葡萄品種優化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

5個釀酒品種果實均采自山西農業大學果樹研究所，試驗地土質一致，株行距為0.8 m×2.5 m，修剪架勢為傾斜式獨龍蔓“廠字形”立架栽培，常規田間管理，采收果實充分成熟，無病害。

1.2 試驗方法

1.2.1 葡萄果實酒精發酵

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

1.2.2 葡萄酒常規理化指標測定

酒精度：酒精計法；pH：pH計法；可滴定酸：酸堿滴定法；殘糖：斐林試劑滴定法；揮發酸：水蒸氣帶蒸餾法；干浸出物：密度瓶法[11]。

1.2.3 葡萄酒香氣測定

15 mL的樣品瓶中加入5 mL的酒樣和磁力轉子，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。

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

揮發性香氣物質的定性根據美國國家標準技術研究所標準譜庫中的保留指數和質譜信息進行分析，對于已有標樣的物質, 利用其對應的標準曲線定量，對沒有標樣的物質利用化學結構、官能團相似、碳原子數相近的標樣香氣物質的標準曲線定量。

1.3 數據分析

采用Excel 2016軟件進行數據整理，利用Origin 2019進行柱形圖的制作，通過SAS 9.0軟件進行不同葡萄酒理化指標及香氣含量顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 葡萄酒常規理化指標分析

5種干紅葡萄酒的基本理化指標如表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種葡萄酒中殘糖質量濃度均小于4.0 g/L，揮發酸質量濃度均小于0.34 g/L，且5種葡萄酒間揮發酸含量差異不顯著。5種葡萄酒干浸出物質量濃度為20.19～21.65 g/L，且差異不顯著。5種葡萄酒所有理化指標均符合國家關于干紅葡萄酒理化標準的規定(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種類如表2所示。5種干紅葡萄酒中共檢測出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出來89種香氣成分，赤霞珠葡萄酒中酯類香氣物質為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種類數量差異較小。

表1 葡萄酒的常規理化指標Table 1 The basic physical-chemical indexes of wines

表2 葡萄酒中香氣種類數 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總含量存在顯著差異。葡萄酒中的醇類主要來源于果實酒精發酵、氨基酸轉化及亞麻酸降解物的氧化。醇類物質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到醛酮類香氣物質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自身攜帶的香氣物質，在美樂葡萄酒中檢測到烯烴類香氣物質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到酸類香氣物質含量顯著最高。葡萄酒中其他類香氣物質總含量均低于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 葡萄酒中關鍵呈香物質分析

OAV是指某種揮發性香氣物質在香氣體系中的濃度與其在酒中嗅覺閾值的比值，是用來衡量揮發性物質在香氣體系中的貢獻度和判定有效香氣成分的技術手段。對整體香氣有影響的物質其質量濃度至少要達到其閾值的20%(OAV>0.2)[12]，如表3所示，葡萄酒中關鍵呈香物質在赤霞珠、美樂、品麗珠、馬瑟蘭、北冰紅葡萄酒中共檢測出37種，其中在美樂葡萄酒中檢測到呈香物質最多，為31種，在其他4種葡萄酒中檢測到呈香物質種類為 20～23種。在赤霞珠葡萄酒中檢測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OAV均高于其他4種葡萄酒。在5種葡萄酒中檢測共有的呈香物質有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、協同等作用，將各香氣物質按其氣味特征進行分組，將每一氣味特征類似的氣味歸為一組，通過計算該組的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 葡萄酒中關鍵呈香物質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 結論與討論

世界上任何一個葡萄酒產區的地域性都是無法復制的，由于海拔、氣候、土壤等環境因子的差異，同一品種在不同地域下表現的釀酒品質也不同[13-14]，這種“風土”詮釋著各產區葡萄酒的獨特性[15]。利用氣質聯用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)、OAVs對西班牙原產地的葡萄酒香氣特征進行了檢測、描述和比較，發現有的產區葡萄酒蔬菜香氣較為突出、有的產區葡萄酒化學香較為突出，表明不同產區具有典型的香氣特征[16]。左俊偉等[17]對寧夏賀蘭山東麓產區2種干白葡萄酒運用固相微萃取技術結合GS-MS,共檢測出49種香氣物質。本研究以黃土高原產區赤霞珠、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測定檢測出106種香氣成分，并表明一些關鍵呈香物質在品種間存在明顯差異，體現了葡萄品種的特異性。JIANG等[18]對我國4個產區赤霞珠和美樂果實和葡萄酒香氣進行檢測，發現揮發性化合物受“風土”因子的影響顯著，且均發現醇類香氣物質在2個品種中含量最豐富，這與本研究中5種葡萄酒中醇類香氣物質占比最高的結論一致。ROBINSON等[19]研究表明，乙醇濃度的增加顯著降低了揮發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，因而酒精度對葡萄酒香氣的影響基本一致。對新疆地區10個釀酒品種香氣分析，發現不同品種葡萄酒之間其呈香物質具有較大差異，赤霞珠葡萄酒在4個產區均以酯類為主要的呈香物質,不同產區的赤霞珠葡萄酒其呈香物質具有較大差異[20]。田欣等[21]對黃土高原地區5個小產區赤霞珠葡萄酒香氣定性分析表明，5個小產區的葡萄酒定性到的香氣化合物總數及各類別的數量則均差異不大。本研究中，同一地區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]對寧夏賀蘭山東麓5個不同子產區赤霞珠干紅葡萄酒利用OAV確定其具有感官貢獻的香氣物質，發現具有花香和果香特征大馬士酮在葡萄酒中香氣貢獻最為突出，這與本研究中黃土高原產區5種葡萄酒中β-大馬士酮對花果香貢獻較大的結論一致。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，對葡萄酒香氣影響起關鍵作用。葡萄果實中的甲氧基吡嗪主要通過植物組織內氨基酸代謝產生[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到吡嗪類物質，且含量高于閾值，這可能與品種在地方的表現有關。

黃土高原產區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，是優良的香型釀酒葡萄品種，可為黃土高原產區釀酒葡萄推廣及葡萄酒品質提升提供理論依據，為地區釀酒葡萄雜交選育香型釀酒葡萄后代提供材料依據。