张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒香气成分分析

姜文广,吴训仑,尹雷,孙舒扬,温春光

1(鲁东大学食品工程学院,山东烟台,264025) 2(烟台张裕集团有限公司,山东烟台,264001)

张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒香气成分分析

姜文广2,吴训仑2,尹雷2,孙舒扬1,温春光2

1(鲁东大学食品工程学院,山东烟台,264025) 2(烟台张裕集团有限公司,山东烟台,264001)

采用顶空固相微萃取技术(HS-SPME)和液液微萃取技术(LLME)提取张裕酒庄级蛇龙珠葡萄酒中香气成分,利用气质联用技术(GC-MS)进行检测,共69种成分被鉴定出来。借助SPSS软件对检测结果进行方差分析、Duncan多范围检验分析和距离分析,结果显示,乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大马酮、反-威士忌内酯和4-乙基愈创木酚8种化合物在所研究的4个批次产品间无差异,属于特性成分,而乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸5种酸性化合物存在显著性差异。4个批次的张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒间相似度非常高,特别是JZ-2和JZ-4、JZ-3和JZ-4间相似性最高。

蛇龙珠葡萄酒,顶空固相微萃取,液液微萃取,香气成分

蛇龙珠(Cabernet Gernischet),是我国酿制红葡萄酒的主要品种之一,与世界著名品种赤霞珠和品丽珠并称为“三珠”。蛇龙珠葡萄作为我国特有的葡萄品种,所酿制干红葡萄酒风味独特,香气纯正、典型,具有浓郁的青椒气味。张裕解百纳和酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒均属典型代表。目前张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒在我国深受消费者青睐,其独特的风味已引起生产者和消费者日益关注。

香气成分赋予葡萄酒复杂、独特的风味,是决定葡萄酒品种和典型性的重要化合物,葡萄酒中的香气成分在整个工艺过程中都发生着复杂的变化,按照香气来源可分为:品种香、发酵香和陈酿香。早在20世纪50年代,Bayer等人[1]首次采用气相色谱技术对葡萄酒的挥发性组分进行了研究,并成功鉴定出了一些高级醇和酯类物质。近年来,随着色谱、质谱等现代分析方法的发展,为葡萄酒香气成分的分析鉴定提供了强有力的手段。目前葡萄酒中已鉴定出的挥发性组分大约有1300种,主要包括醇类、酯类、有机酸类、挥发性酚类、萜烯类、内酯类和杂环类化合物等[2]。

目前常用于葡萄酒中的香气物质的提取技术主要有:液-液萃取(LLE)[3-5]、固相微萃取(SPME)[6-8]和搅拌棒吸附萃取(SBSE)[9-11]等。在我国如李华等人用液液萃取研究蛇龙珠干红葡萄酒,分离出32种化学成分,鉴定出29种化合物[3]。沈海月和范文来等利用HS-SPME对蛇龙珠等4种干红葡萄酒中挥发性成分进行萃取,经GC-MS技术分析共检测到94种化合物[7]。杨丽丽等利用SBSE和GCMS技术,研究了王朝半干白葡萄酒挥发性成分,检测出90余种化合物[9]。SBSE技术相比SPME具有更强的吸附浓缩能力,更适用于微量成分的分析,但使用成本较高,难以适用于企业常规分析的需求。

本研究主要采用液液微萃取(LLME)和顶空固相微萃取(HS-SPME)技术对张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒中挥发性香气成分进行分析。主要目的是了解张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒中香气成分种类和含量,找出它们不同批次产品间共性和差异之处,逐步建立张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒特征指纹信息,为保证产品风味稳定性提供基础性研究数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒取自张裕公司,共4个不同批次的产品,分别标注为JZ-1,JZ-2,JZ-3和JZ-4,在表1中列出4个批次产品的理化指标情况。

表1 张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒中常规指标分析结果

1.2 仪器和药品

Varian MS-240气质联用仪,美国瓦里安公司;DB-Wax柱60 m×0.25 mm×0.25μm,美国安捷伦公司;C5-C30烷烃标样及成分标准品购自美国Sigma-Aldrich公司。

1.3 试验方法

1.3.1 HS-SP ME分析

1.3.1.1 样品制备

取10 mL酒样,加入20 mL的顶空瓶中,再加入3 gNaCl,分别加入5μL内标2-辛醇和4-甲基戊酸乙酯(浓度为102.5310 mg/L和105.2381mg/L),振荡后盖上聚四氟瓶盖。

1.3.1.2 挥发性香气成分提取

参照沈海月等[7]HS-SP ME分析方法,采用CAR/DVB/PDMS萃取头,样品预热5 min,30℃萃取60 min。萃取完成后,将萃取头插入进样口,解吸附5 min,进行GC-MS分析。每个样品分析3次。

1.3.2 液液微萃取分析

本研究采用液液微萃取技术提取葡萄酒中挥发性有机酸,取15 mL葡萄酒样,加入10μL内标化合物为丙烯酸(1000.00 mg/L),乙醇体积分数调至13%,加入4.2 g(NH4)2SO4,再加入1 mL戊烷振荡,至盐完全溶解后,放在摇床上以180 r/min振荡1 h,取出酒样以10000 r/min离心5 min,取上层有机相,等待GC-MS分析。每个样品分析3次。

1.3.3 GC-MS分析

色谱条件:将SPME萃取头插入进样口,解吸附5 min,进样口温度250℃,程序升温:初温50℃,保持 2min,以6℃ / min升至230℃保持15 min;载气He;不分流进样。而液液微萃取提取液进样量1μL,程序升温同上。

MS条件:EI电离源,电子能量70 eV,离子源温度230℃,扫描范围33.00-350.00 amu。

1.3.4 定性分析

各个组分经 NISTO5a谱库检索、标准品的 RI值及参考文献的 RI值对比结合进行定性分析,保留指数(R I)根据文献计算[12]。

1.3.5 定量分析

本文定量分析参照Bonino等文章[13],采用峰面积相对值表示,具体公式如下:

HS-SPME定量分析:采用3-甲基戊酸乙酯和2-辛醇为内标化合物,目标化合物峰面积积分采用选择离子模式(SIM),选择的特征离子经峰纯度检测并与谱库中这些物质的标准图谱进行对比,确认扫描离子(精确至0.1 u,见表2)和扫描起始时间。

(a)酯类、醛酮类、内酯类和C13-降异戊二烯类化合物以4-甲基戊酸乙酯为内标;醇类和酚类化合物以2-辛醇为内标。

(b)液液微萃取定量分析:内标化合物为丙烯酸,目标化合物峰面积积分同样采用选择离子模(SIM),对酒样中挥发性酸类化合物进行定量。

表2 优质酒庄酒葡萄酒中香气成分定性分析结果以及相对含量值

续表2

续表2

1.3.6 统计分析

本研究采用SPSS 16.0版本进行数据处理,方差分析和Duncan多范围检验用于分析各挥发性成分变量的显著性差异;距离分析用于分析不同批次产品间的相似性。

2 结果与分析

2.1 香气成分分析结果

影响SPME萃取效率的因素主要有萃取头种类、萃取时间、萃取温度和离子强度等。据已报道的研究,沈海月和范文来等利用HS-SPME在蛇龙珠等4种干红葡萄酒中检测到94种化合物,检测效果非常理想[7]。鉴此,本实验主要参照沈海月等SP ME方法进行,即SP ME条件为:30℃预热5 min,萃取吸附60 min,GC解吸(250℃),用于GC-MS分析。

图1 为采用HS-SPME和GC-MS分析张裕酒庄级蛇龙珠葡萄酒中香气成分的总离子流图,4个批次葡萄酒中挥发性成分具体检测结果见表 2。应用 H SSPME方法,从4个批次葡萄酒中共测出82种挥发性化合物,各个组分经 NISTO5a谱库检索、标准品的R I值及参考文献的 RI值对比结合进行定性分析,共鉴定出了68种。其中酯类化合物的种类最多(17种),其次是醇类化合物(12种),酸类化合物(9种),芳香族类化合物(7种),醛酮类化合物(5种),酚类化合物(7个),萜烯类化合物(6种),内酯类化合物(3种)、C13-降异戊二烯类化合物(1种)和硫化物(1种)。

图1 HS-SPME和GC-MS分析张裕酒庄级蛇龙珠葡萄酒中香气成分的总离子流色谱图

采用SPME技术对蛇龙珠葡萄酒中59种挥发性成分(除有机酸外)进行了含量分析。尽管顶空固相微萃取技术在葡萄酒风味分析上有广泛的应用,但萃取头对强极性的挥发酸等物质响应较差,定量效果不是很理想。因此,研究在此基础上采用液-液微萃取技术研究蛇龙珠葡萄酒中的挥发性有机酸,对乙酸等10种酸类化合物含量进行分析。图2为LLME和GC-MS技术分析张裕酒庄级蛇龙珠葡萄酒中酸类成分的总离子流色谱图。

2.2 统计分析结果

利用SPSS 16.0统计分析软件对张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒中69中香气成分的相对含量值进行分析。利用方差分析和Duncan多范围检验分析了各香气成分在4个批次产品中显著性差异;采用距离分析判断4个批次产品间的相似性。具体结果如表2和表3所示。

图2 LLME-GC-MS技术分析张裕酒庄级蛇龙珠葡萄酒中酸类成分的总离子流色谱图

2.2.1 显著性差异分析

在表2中,通过显著性差异分析,发现乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大马酮、反-威士忌内酯和4-乙基愈创木酚8种化合物在4个批次产品中无差异,属于共性成分。丙酸乙酯等34种成分在2个批次间存在差异,乙酸异丁酯等22种成分在3个批次间存在差异;乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸5种化合物在4个批次间存在差异。

从分析结果可知,乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大马酮、反-威士忌内酯和4-乙基愈创木酚属于张裕酒庄级蛇龙珠干红的特性成分,它们分别来自不同葡萄酒酿造阶段。β-大马酮是蛇龙珠葡萄酒中最重要的品种香气物质之一。在葡萄浆果中存在一种类胡萝卜素加双氧化酶,可以催化类胡萝卜素降解,降解的初产物在糖基转移酶作用下糖基化,作为C13-降异戊二烯类化合物的前体物质,最终生成β-大马酮等C13-降异戊二烯类化合物[14]。葡萄酒酿造过程由于其前体物质的酸解或酶解,以及浸渍过程中对果皮中以游离态存在的β-大马酮的浸提,β-大马酮含量会逐渐增加[15]。

乙酸乙酯、辛酸乙酯、乳酸乙酯和β-苯乙酸乙酯主要来自发酵阶段,在酯酶催化作用下,乙酰CoA与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,辛酸乙酯是酒庄级蛇龙珠干红中相对含量值最高酯类成分,这与SPME萃取纤维对辛酸乙酯具有较好响应值有关;乙酸乙酯是葡萄酒中一种主要低沸点的酯类香气成分,在酒庄级蛇龙珠干红中同样也具有较高的相对含量值。

乙醛可由酿酒酵母丙酮酸脱羧产生,也可在发酵以外由乙醇氧化而产生。乙醛可与SO2结合形成稳定的亚硫酸乙醛。这种物质不影响葡萄酒的质量,而游离的乙醛则使葡萄酒具氧化味,可用SO2处理,使这种氧化味消失[19]。

反-威士忌内酯和4-乙基愈创木酚主要来自陈酿过程[20]。反-威士忌内酯只有在经橡木桶储存的葡萄酒中存在,该物质可以作为橡木桶处理工艺的一种标志性产物;4-乙基愈创木酚经橡木桶处理可以明显提高它们在葡萄酒中的含量。

乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸在4个批次产品中存在显著性差异。它们在葡萄酒含量较高香气成分,它们主要是高级脂肪酸裂解或者醇、醛氧化的产物[21]。乙酸和2-甲基丙酸等成分强极性较强,SPME萃取纤维对它们响应较差,定量效果不是很理想。本研究采用LLME萃取技术对葡萄酒中挥发性酸类成分进行分析研究,该方法操作步骤简单快速,从表2可看出所测得结果准确性和重复性很好,检测结果相对偏差很小。

2.2.2 批次间相似性分析

应用SPSS分析软件中的距离相关分析,对JZ-1、JZ-2、JZ-3和JZ-4四个批次张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒进行分析。从表3可以看出,4个批次酒JZ-1、JZ-2、JZ-3和JZ-4相似度非常高(相关性均大于0.960),特别是批次JZ-2和JZ-4间和JZ-3和JZ-4间相似对最高。

表3 不同批次酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒相似性矩阵

3 结论

本文采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和液液微萃取(LLME)结合气质联用技术(GC-MS)研究了张裕酒庄级蛇龙珠葡萄酒中香气成分,对鉴定出的69种香气成分进行了研究。结果显示,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-苯乙醇等成分含量较高,是酒庄级蛇龙珠葡萄酒中主要香气成分。所研究的4个批次产品在香气成分种类上无差异,只是在香气成分含量上存在一定不同。

通过SPSS统计软件对检测结果的分析可看出,4个批次的酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒间相似度非常高,产品风味非常稳定,其中JZ-2和JZ-4、JZ-3和JZ-4间相似性最高。通过方差分析和Duncan多范围检验分析,发现乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、乙醛、β-苯乙酸乙酯、β-大马酮、反-威士忌内酯和4-乙基愈创木酚8种化合物在所研究的4个批次产品间无差异,属于酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒中特性成分。丙酸乙酯等34种成分在2个批次间存在差异,乙酸异丁酯等22种成分在3个批次间存在差异,而乙酸、2-甲基丙酸、己酸、辛酸和癸酸5种酸性化合物在四个批次间存在显著差异。本研究基本完成了设定目标,较好的了解了张裕酒庄级蛇龙珠葡萄酒中香气成分的基本情况,为建立张裕酒庄级蛇龙珠干红葡萄酒特征指纹信息提供了宝贵的数据。

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

[2]李华,陶永胜,康文怀,等.葡萄酒香气成分的气相色谱研究进展[J].食品与生物技术学报,2006,25(1):1673-1689.

[3]李华,胡博然,杨新元,等.蛇龙珠干红葡萄酒香气成分的GC-MS分析[J].分析测试学报,2004,23(1):85-87.

[4]王华,张莉,李华,等.梅尔诺干红葡萄酒香气成分的GC/MS分析[J].酿酒科技,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]罗煊,李德美,于静,等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析葡萄酒中马味物质[J].食品与发酵工业,2009,35(7):128-132.

[7]沈海月,范文来,徐岩,等.应用顶空固相微萃取分析四种红葡萄酒挥发性成分[J].酿酒,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]杨丽丽,王方,张岱,等.搅拌棒吸附萃取-气质联机分析(SBSE-GC/MS)在葡萄酒香气分析中的应用[J].食品与发酵工业,2009,35(4):153-157.

[10]王宏平,杨蕾,王保兴,等.应用SBSE-TDS-GC-MS方法快速分析葡萄酒中挥发性及半挥发性成分[J].食品与发酵工业,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]李华.现代葡萄酒工艺学[M].西安:陕西人民出版社,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)

硕士研究生(孙舒扬博士为通讯作者)。

2010-02-20,改回日期:2010-04-07