新疆焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒中揮發性香氣成分分析

艾賽提·阿合旦，彭 昕，李澤涵，李函倫，楊興元，2*

（1.新疆農業大學 食品科學與藥學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆微生物學會，新疆 烏魯木齊 830091）

葡萄酒的香氣不僅能表達葡萄酒的風格特征，還能反映各產區的風土特點[1]。目前已在葡萄酒發現了1 000多種揮發性香氣成分[2-3]。葡萄酒的香氣分為三類：品種香、發酵香和陳釀香[4]。品種香是來源于葡萄果實中的香氣，與原料的品種、產地和種植條件密切相關[5]；發酵香是葡萄酒在發酵過程中產生的香氣，通常與酵母種類密切相關，不同的酵母代謝途徑不同，使葡萄酒具有不同的風味特征[6]，發酵香對最終的葡萄酒香氣影響較大，因為其不僅可以直接影響香氣，還可以修飾品種香和陳釀香。陳釀香是葡萄酒在陳釀過程中形成的香氣，主要由氧化還原和酯化反應所產生的芳香族成分和橡木桶提供[7-8]。

目前，在葡萄酒香氣檢測方面的研究，國內外以氣相色譜-質譜（gas chromatograohy-mass spectrometry，GC-MS）聯用技術為主[9-11]，而頂空固相微萃取結合全二維氣相色譜-飛行時間質譜（headspace solid-phase microextraction combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，HS-SPME-GC×GCTOFMS）這項技術在葡萄酒香氣檢測上應用較少，廣泛用于白酒的痕量香氣方面[12-14]。與氣相色譜-質譜技術相比，其優勢在于分離效果更好、靈敏度更高。

隨著新疆“十四五規劃”召開，葡萄酒產業成為了新疆的重點產業之一，其中焉耆盆地產區備受關注。焉耆盆地產區種植葡萄歷史悠久，果實品質較好，許久以來一直致力于引進和推廣優質的釀酒葡萄品種，獨特良好的氣候類型和地形以及當地所采用的栽培管理方式和釀酒工藝決定了該產區葡萄酒的優良品質和獨特風格[15]。常用的白葡萄品種有霞多麗、雷司令兩種[16]。甜型葡萄酒酒體甜潤，香氣濃郁，深受消費者喜歡。由于氣候等因素對產地的限制，不能使生長期較長的葡萄品種得到滿足，達不到應有的含糖量，使大部分產區都不具有生產天然甜型葡萄酒的條件。在這一背景下，焉耆盆地產區得天獨厚的氣候條件和地形優勢更進一步推動了國產甜型葡萄酒的發展。

本實驗以新疆焉耆盆地產區甜白葡萄酒為研究對象，采用頂空固相微萃取（HS-SPME）結合全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用儀（GC×GC-TOFMS）檢測葡萄酒的香氣成分，為了進一步確定該產區甜白葡萄酒的香氣，采用主成分分析（principal component analysis，PCA）對香氣成分進行差異性分析，以期為該產區甜白葡萄酒的發展提供一定指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

4種甜白葡萄酒（釀酒葡萄品種分別為霞多麗、雷司令，酵母分別為K1釀酒酵母、CY3079酵母）：佰年莊酒業有限公司（北緯41°～42°）2021年釀造。采用雷司令品種，K1酵母菌種發酵的酒樣編號R-1，CY3079酵母菌種發酵的酒樣編號R-2；采用霞多麗品種，K1酵母菌種發酵的酒樣編號CH-1，CY3079酵母菌種發酵的酒樣編號CH-2。

硫酸銅、鹽酸（均為分析純）：天津市盛淼精細化工有限公司；氫氧化鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；氯化鈉（分析純）：西隴科學股份有限公司；HC果膠酶、K1釀酒酵母、CY3079酵母：法國拉曼公司；焦亞硫酸鉀（分析純）：淄博長城化工廠；山梨酸鉀（分析純）：南通奧凱生物技術開發有限公司。

1.2 儀器與設備

WineScanTMFlex79063葡萄酒自動分析儀器：丹麥福斯分析儀器有限公司；egasus 4D全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用儀（GC×GC-TOFMS）：美國LECO公司；第一維色譜柱為DB-WAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、第二維色譜柱為DB-17HT（2 m×0.1 mm，0.1 μm）、DC-12型氮吹儀：上海安譜科學儀器有限公司；頂空固相微萃取（HS-SPME）裝置：美國Supelco公司；LAL2T酒精計：廣州速為電子科技有限公司；LE203E/02 分析天平：上海波博特勒-托利多儀器有限公司；DZKW-0-2電熱恒溫水浴鍋：北京光明醫療儀器有限公司；CJM-4101比重計：冀州市耀華器械儀表廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 甜葡萄酒工藝流程及操作要點

葡萄采收→分選→除梗破碎（加入適量焦亞硫酸鉀）→壓榨→果膠酶澄清→控溫發酵（監控）→終止發酵（調硫、降溫至0 ℃）→下膠澄清→過濾裝瓶→酒窖儲藏→甜葡萄酒

操作要點：

發酵前處理：釀酒葡萄采收后分選（剔除病爛果、枝葉、泥沙果等雜物），立即除梗破碎、壓榨（壓榨過程中加入適量焦亞硫酸鉀）。

果膠酶澄清：壓榨得到的葡萄汁加入0.02 g/L的HC果膠酶（用22 ℃純水按照1∶10比例活化10 min），低溫狀態下靜置12 h。

控溫發酵：將0.25 g/L K1酵母和CY3079酵母干粉用39 ℃的純水進行活化，直至液面冒出氣泡，活化完成后添加到發酵罐中，控制溫度在15～18 ℃進行酒精發酵。

終止發酵：當酒精度至10%vol時立即終止發酵（加入0.06 g/L的焦亞硫酸鉀、降溫至0 ℃）。

下膠澄清、過濾裝瓶、儲藏：加入皂土0.5 g/L，裝瓶前加入山梨酸鉀0.26 g/L，補硫將游離硫調至0.03 g/L，放置酒窖中儲藏（3個月），得甜葡萄酒成品。

1.3.2 揮發性香氣成分測定

（1）樣品預處理條件：取5 mL甜白葡萄酒樣品，加1 g NaCl，置于頂空瓶中上機檢測。

（2）頂空固相微萃取（HS-SPME）條件：萃取頭先在GC進樣口270 ℃條件下活化1 h，使用前在GC進樣口250 ℃條件下解吸8 min，以除去吸附的揮發性物質。

（3）GC×GC-TOFMS儀器條件：進樣口溫度250 ℃；分流比5∶1；載氣為氦氣（99.999%）；流量1 mL/min；第一維柱溫：40 ℃保持1 min，以5 ℃/min升至130 ℃，以2 ℃/min升至160 ℃；以20 ℃/min升至240 ℃，保持7 min。第二維柱溫：始終高于第一維柱10 ℃；調制解調器溫度：始終高于第二維柱15 ℃；調制周期：5 s；傳輸線溫度：270 ℃。電離方式：電子電離（electron impact，EI）源，電子能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為270 ℃。檢測器電壓1 680 V；質量范圍30～500 amu；采集頻率為100 spectra/s。

1.3.3 數據處理

采用面積歸一化法計算定性香氣物質的相對百分含量，記錄色譜圖。參照ZHU S K等[17]篩選相似度＞800的化合物作為鑒定結果，根據美國國家標準與技術研究院（national institute of standards and technology，NIST）2014質譜數據庫得到的化合物的定性表格，包括化合物名稱、一維保留時間（1st）、二維保留時間（2st）、相似度、CAS號、化合物、峰面積和分子式等信息。實驗均重復3次，采用Excel2016處理數據、Python3.7繪圖、SPSS25.0進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒揮發性香氣成分分析

通過HS-SPME-GC×GC-TOFMS檢測焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒的揮發性香氣成分，總離子流色譜圖見圖1；定性結果和相對含量見表1。

圖1 焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒揮發性香氣成分一維總離子流色譜圖Fig.1 One-dimensional total ion chromatogram of volatile aroma components of 4 kinds of sweet white wines in Yanqi Basin region

表1 焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒中揮發性香氣成分及相對含量Table 1 Volatile aroma components and relative contents of 4 kinds of sweet white wines in Yanqi Basin region

續表

續表

由表1可知，焉耆盆地產區甜白葡萄酒R-1中共檢測出78種揮發性香氣成分，主要包括酯類32種（占總含量的63.27%），醇類23種（占總含量的23.31%），酸類13種（占總含量的7.29%），醛酮醚類3種（占總含量的1.14%），萜烯類3種（占總含量的4.40%），氨基酸類2種（占總含量的0.55%），其他類2種（占總含量的0.04%）。相對含量較高的成分有辛酸乙酯（16.31%）、正己酸乙酯（10.01%）、乙酸異戊酯（9.62%）、癸酸乙酯（6.62%）、乙酸正己酯（6.60%）、異戊醇（5.41%）、乙酸乙酯（4.07%）等。

甜白葡萄酒R-2中共檢測出69種揮發性香氣成分，主要包括酯類24種（占總含量的59.81%），醇類19種（占總含量的30.63%），酸類14種（占總含量的7.55%），醛酮醚類5種（占總含量的0.08%），萜烯類4種（占總含量的1.41%），氨基酸類1種（占總含量的0.49%），其他類2種（占總含量的0.03%）。相對含量較高的成分有辛酸乙酯（16.21%）、癸酸乙酯（15.94%）、異戊醇（8.26%）、正己酸乙酯（7.05%）、乙酸異戊酯（6.85%）、硼酸三乙酯（3.21%）、月桂酸乙酯（2.78%）等。

甜白葡萄酒CH-1中共檢測出71種揮發性香氣成分，主要包括酯類29種（占總含量的68.1%），醇類21種（占總含量的23.25%），酸類10種（占總含量的6.60%），醛酮醚類6種（占總含量的1.17%），萜烯類2種（占總含量的0.37%），氨基酸類1種（占總含量的0.44%），其他類2種（占總含量的0.07%）。相對含量較高的成分有癸酸乙酯（20.49%）、辛酸乙酯（18.13%）、正己酸乙酯（7.74%）、乙酸異戊酯（6.73%）、異戊醇（4.34%）、月桂酸乙酯（4.06%）、草酸二乙酯（2.52%）等。

甜白葡萄酒CH-2中共檢測出73種揮發性香氣成分，主要包括酯類29種（占總含量的55.80%），醇類17種（占總含量的33.11%），酸類13種（占總含量的8.97%），醛酮醚類7種（占總含量的0.92%），萜烯類4種（占總含量的0.74%），氨基酸類1種（占總含量的0.41%），其他類2種（占總含量的0.05%）。相對含量較高的成分有辛酸乙酯（20.37%）、正己酸乙酯（8.33%）、乙酸異戊酯（8.12%）、異戊醇（7.12%）、癸酸乙酯（6.65%）、乙酸乙酯（4.13%）、月桂酸乙酯（3.11%）等。

葡萄酒中的揮發性香氣成分是葡萄酒品質的重要組成部分，主要包括酯類、醇類、萜烯類、酚類和酮類等[27]。由此可以發現，4種甜白葡萄酒揮發性香氣成分的種類基本相似，但在不同品種和酵母間表現的差異較大，不同品種間的香氣差異來源于產地氣候、土壤、栽培方式等因素[28]。因此，葡萄品種使葡萄酒呈現出各自的風味特征，是引起葡萄酒差異的主要原因。國外大量研究報道，葡萄中重要的芳香物質是C6化合物[29-30]。本研究結果中也檢測到了C6化合物，如丁酸乙酯、乙酸異丁酯、硼酸三乙酯、草酸二乙酯、2-甲基-3-戊醇、3,3-二甲基-2-丁醇、3-甲基-1-戊醇等。除了這些香氣物質外，本研究中發現的其他香氣成分與其他甜葡萄酒香氣成分中發現的有所不同。王家梅[31]研究賀蘭山東麓甜葡萄酒的特征香氣，共檢測出135種香氣成分，酯類和醇類香氣物質所占比例較高。黃玲[32]研究不同產區威代爾甜葡萄酒的特征香氣成分，兩個產區香氣化合物共299種，并且酯類物質數量較多，不同產區之間葡萄酒存在差異。耿仕瑾等[33]研究通過酵母比例控制賀蘭山東麓晚采小芒森甜葡萄酒的香氣成分，共鑒定出42種香氣成分，提高了萜烯類和降異戊二烯類的香氣化合物的含量。

2.2 葡萄酒香氣主成分分析

本實驗通過SPSS25.0軟件對4種甜白葡萄酒測定出的103種香氣成分進行主成分分析。主成分（principal component，PC）1的方差貢獻率為38.54%，主成分2的方差貢獻率為33.63%，主成分1和主成分2的累計方差貢獻率達到了72.17%，總提取率達到了70%以上，可見此2個主成分可以說明該數據的情況。

焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒在PC1和PC2的主成分得分圖見圖2。由圖2可知，R-1甜白葡萄酒在第一象限和第二象限之間，該酒對PC2的方差貢獻率較大且與PC2呈正相關，對PC1的方差貢獻率低。R-2甜白葡萄酒在第一象限在PC1的映射上最大，且與PC1、PC2正相關。CH-1甜白葡萄酒和CH-2甜白葡萄酒分別分布在第三象限和第四象限，CH-1對PC2方差貢獻率較低，與PC1呈負相關，CH-2對PC1的方差貢獻率較高，與PC2呈負相關。

圖2 焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒揮發性香氣主成分得分圖Fig.2 Principal component score diagram of volatile aroma of 4 kinds of sweet white wines in Yanqi Basin region

4種甜白葡萄酒揮發性香氣成分主成分分析載荷圖見圖3。由圖3可知，X26乙酸苯乙酯、X33十四酸乙酯、X35（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯、X76 9-癸烯酸、X84 4-羥苯基丙酮酸、X85L-高苯丙氨酸為R-1甜白葡萄酒的特征香氣化合物，呈玫瑰花香、蜂蜜味和果香；X20辛酸丙酯、X57丙二醇、X58 2-甲基-1-丁醇、X83苯甲酸、X101丙烯為R-2甜白葡萄酒的特征香氣化合物，呈果香、甜味和芳香味；X36草酸二乙酯、X37甲酸庚酯、X38 2-甲基-3-戊醇、X66 1-己烯-3-醇、X92羥基丙酮、X93 2-癸酮、X95三聚乙醛為CH-1甜白葡萄酒的特征香氣化合物，呈芳香味、梅子味、果香和甜味；X13庚酸乙酯、X53（2S,3S）-（+）-2,3-丁二醇、X87甲基烯丙基酮、X96 1,4-戊二烯、X97（-）-檸檬烯、X99 1-丙烯為CH-2甜白葡萄酒的特征香氣化合物，呈菠蘿味、檸檬味和芳香味。

圖3 焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒揮發性香氣成分主成分分析載荷圖Fig.3 Principal component analysis loading diagram of volatile aroma components of 4 kinds of sweet white wine in Yanqi Basin region

3 結論

本研究采用頂空固相微萃取（HS-SPME）結合全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用儀（GC×GC-TOFMS）測定新疆焉耆盆地產區4種甜白葡萄酒的香氣成分，并通過主成分分析法研究它們的特征香氣化合物。4種甜白葡萄酒共檢測出103種揮發性香氣成分，它們主要是酯類、芳香醇類、酸類、萜烯類、醛酮醚類、氨基酸類和其他類香氣化合物。不同酵母發酵的甜白葡萄酒中香氣化合物的含量和數量差異較為明顯，主要表現在酯類、醇類和醛酮醚類化合物，不同品種發酵的甜白葡萄酒香氣差異主要表現在醇類、萜烯類香氣化合物。為了更加科學地確認該產區的特征香氣化合物，故采用主成分分析法研究甜型葡萄酒的香氣成分，得到4種酒的特征香氣化合物，R-1葡萄酒為乙酸苯乙酯、十四酸乙酯、（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯、9-癸烯酸、4-羥苯基丙酮酸、L-高苯丙氨酸；R-2葡萄酒為辛酸丙酯、丙二醇、2-甲基-1-丁醇、苯甲酸、丙烯；CH-1葡萄酒為草酸二乙酯、甲酸庚酯、2-甲基-3-戊醇、1-己烯-3-醇、羥基丙酮、2-癸酮、三聚乙醛；CH-2為庚酸乙酯、（2S,3S）-（+）-2,3-丁二醇、甲基烯丙基酮、1,4-戊二烯、（-）-檸檬烯、1-丙烯。這些香氣化合物的共同作用下造就了該產區甜白葡萄酒特有的風味。