黄土高原地区酿酒葡萄果实香气成分的 GC-MS分析＊

蒋宝,张振文,2,王丽娜,刘玲,郭燕

香气物质是构成葡萄与葡萄酒质量的主要因素之一,决定着葡萄酒的风味和典型性[1]。在葡萄酒中根据香气物质的来源,可将其香气分为果香、发酵香和陈酿香 3类,而葡萄酒的香气主要取决于葡萄品种的香气。目前,已从不同葡萄品种中检测出 500余种香味成分[2]。与发酵和陈酿香气成分相比,葡萄果实中的呈香物质对葡萄酒的质量和区域性特点起着决定性作用,这些物质形成了葡萄酒特有的品种香气。然而,即使对于同一葡萄品种而言,葡萄果实的香气成分因产地、栽培等不同而有较大差异[3],从而影响到葡萄酒的香味质量。研究葡萄品种香气物质的种类及其含量,对科学评价葡萄品种和葡萄酒的质量及酿酒工艺的实施具有重要的理论和实践意义。

位于晋西黄土高原地区的山西省乡宁县是新的葡萄栽培生态区,以其具备发展葡萄栽培独特的气候条件和地域特点而深受国内外葡萄、葡萄酒专家的瞩目,被公认为葡萄栽培的优生区,但与此相关的葡萄浆果与葡萄酒香味物质的研究尚属空白。本研究采用顶空固相微萃取法 (HS-SPME)提取赤霞珠(Cabernet sauvignon)、蛇龙珠 (Cabernet gernischt)和霞多丽 (Chardonnay)浆果香气成分,进行气相色谱-质谱 (GC-MS)分析比较,以期为研究该地区原产地域葡萄酒的感官风味评价提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于 2010年 3月中旬在西北农林科技大学葡萄酒学院和中国农业大学食品科学和营养工程学院葡萄与葡萄酒研究中心进行,选用乡宁地区 2个红色品种赤霞珠、蛇龙珠和 1个白色品种霞多丽葡萄浆果为原料,其中,赤霞珠 1和赤霞珠 2的葡萄果实分别取自坡地和平地的葡萄园。3个品种于 2007年定植,均为实生根系,株行距为 1.0 m ×2.5 m、多主蔓扇形整枝,4个试验点栽培管理措施完全相同,用GPS测定所有葡萄园的海拔及经纬度,葡萄果实基本理化指标的测定结果见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 样品的处理方法

取 30～50粒葡萄果粒,加入液氮研磨成粉末状,塞入 50 mL离心管中,室温下静置 140 min后,8 600 r/min低温离心 20 min,取 5 mL上清液于 15 mL样品瓶中,加入 1.00 g NaCl,10μL内标 (0.93 g/L 4-甲基-2-戊醇)和磁力转子,拧紧瓶盖备用[4]。

1.2.2 样品的顶空-固相微萃取 (HS-SPME)

将制备好的样品置于磁力搅拌加热台上,40℃下搅拌加热 30 min,然后将已活化过的萃取头插入样品瓶的顶空部分,保持萃取头距离液面 l cm。40℃搅拌加热条件下,吸附 30 min后将萃取头插入气相色谱进样口。每个样品做 2次独立萃取重复[5]。

1.2.3 样品的 GC-MS分析

采用中国农业大学食品科学和营养工程学院葡萄酒化学实验室已优化的气质联用方法,分析样品中的香气组成。利用 Agilent 6890GC和 Agilent 5975B MS联用定性定量分析样品中的香气物质。

气相色谱条件:毛细管柱,HP-I NNOWAX 60 m×0.25 mm ×0.25μm;载气:氦气;手动进样;流速,1.0 mL/min;进样口温度,250℃;热解析,25 min。柱温箱升温程序为:40℃保持 5 min后以 3℃/min的速度升温至 200℃,保持 2 min。

质谱条件:接口温度,280℃;电离方式,EI;离子能量,70 eV;质量扫描范围,20～350 u[6]。

1.2.4 定性与定量分析

使用 GC-MS分析软件,通过检索 N IST05质谱库,与标准图谱对照,进行定性分析,用已有标样的标准曲线进行定量分析。

2 结果与讨论

地处晋西黄土高原的乡宁产区位于北纬 35°30′～36°20′,属于典型的温带大陆性季风气候。该产区平均海拔在 1 050～1 100 m间,地形沟壑纵横,极易形成山地小气候;土壤为典型的粘壤土,土层深厚,有机质含量在 0.7%左右;同时该产区四季分明,年平均气温 9.9℃,1月份平均气温 -6℃,无霜期 205 d,≥10℃有效积温 2 998℃,昼夜温差 10～15℃,较高的海拔高度为葡萄的生长和成熟提供了充足的光照条件和较大的昼夜温差。

就酿酒葡萄而言,2009年过多的降雨是不利于酿酒葡萄成熟的,但由表1可知,3个葡萄品种的还原糖含量已接近 200 g/L,糖酸比接近或超过 20,葡萄达到了较好的成熟度。另外,与赤霞珠 1相比,位于低海拔的赤霞珠 2的总酸含量明显较低,单宁含量明显较高。

2.1 乡宁产区生态条件及葡萄品质分析

表1 葡萄果实的基本理化指标

图1 果实香气成分的 GC-MS总离子图

2.2 果实香气成分的 GC-M S分析

按照上述试验步骤进行定性与定量分析,得到 3个红色样品赤霞珠 1、赤霞珠 2、蛇龙珠和 1个白色样品霞多丽果实香气成分的 GC-MS总离子流图 (见图1)。4个不同样品的葡萄果实的香气成分及各自含量见表2。由表2可知,从 4个葡萄果实样品中共鉴定出 29种挥发性化合物,包括 17种醇、5种酯、3种醛、3种羧酸及 1种环状烯烃。

在坡地和平地赤霞珠葡萄果实中分别检测出24、20种香气成分,其中醇类分别有 16和 13种,分别占香气总量的 72.2%和 70.7%,主要有丁醇、(Z)3-己烯 -1-醇 、(E)2-己烯 -1-醇 、己 醇 和 (E)3-己 烯 -1-醇。另外,含量较低的 2-壬醇、苯乙醇和芳樟醇仅出现在坡地赤霞珠果实中,在平地赤霞珠果实中未被检测出。在坡地和平地赤霞珠中,醛类均含有 3种,均占香气总量的 14.9%,它们的含量由高到低依次是:己醛、壬醛和安息香醛,主要是己醛;羧酸类仅含有己酸和乙酸 2种,分别占香气总量的 12.1%和 14.3%;酯类仅含有乙酸己酯和辛酸乙酯,分别占香气总量的0.1%和 0.2%;环状烯烃柠檬烯仅在坡地赤霞珠中被检出,占香气总量的 0.7%。

由试验结果可知,葡萄园的地形可以影响赤霞珠葡萄果实的香气组成和含量,但它们的香气骨架是相似的,这与前人的研究结果相一致[7-9]。其中,对香气组分的影响主要体现在葡萄果实中含量较低的香气物质上,如柠檬烯、2-壬醇、苯乙醇等;对香气含量的影响因物质不同而存在不同程度的差异,就本试验中赤霞珠品种而言,影响程度较大的香气物质是:丁醇、己酸、(Z)3-己烯-1-醇、己醇等。这些结果进一步表明:葡萄在生长发育过程中,与其生态条件形成相互关联、相互制约的统一体,光照、温度和土壤等是影响葡萄生长发育的直接因子,此外还有许多间接因子如:海拔、坡度等,它们虽不是葡萄的生存条件,但能显著地影响小气候,从而对葡萄的次生代谢物质产生影响。

表2 葡萄果实的香气成分 GC-M S分析结果

蛇龙珠葡萄果实中共检测出 23种香气成分,其中醇类 15种,占香气总量的 74.9%,主要的醇有丁醇 、(Z)3-己烯 -1-醇 、(E)2-己烯 -1-醇和己醇 ;羧酸类仅含有己酸和乙酸 2种,占香气总量的 14.6%;醛类含有 3种,占香气总量的 9.9%,它们的含量由高到低依次是:己醛、壬醛和安息香醛,主要是己醛;环状烯烃仅有柠檬烯,占香气总量的 0.5%;酯类仅含有辛酸乙酯和乙酸己酯 2种,占香气总量的 0.1%。所以,就各类香气化合物含量所占比例而言,蛇龙珠果实中由高到低依次是:醇、羧酸、醛、环状烯烃和酯类。

霞多丽葡萄果实中共检测出 27种香气成分,其中醇类 16种,占香气总量的 59.8%,主要的醇有丁醇 、己醇 、(Z)3-己烯 -1-醇和 (E)2-己烯 -1-醇 ;醛类含有 3种,占香气总量的 20.9%,它们的含量由高到低依次是:己醛、壬醛和安息香醛,主要是己醛;羧酸类含有己酸、乙酸和辛酸 3种,占香气总量的 19.0%,它们的含量由高到低依次是:己酸、乙酸和辛酸;酯类含有 5种,占香气总量的 0.3%,含量最高的为辛酸乙酯,但仅为 25.2μg/L。所以,就各类香气化合物含量所占比例而言,霞多丽果实中由高到低依次是:醇、醛、羧酸和酯类。

3 结论

葡萄芳香物质分布于葡萄果肉、果皮、叶片、茎等不同部位,而葡萄果皮中的芳香物质多于果肉。合成葡萄香气成分的前体物质是在叶片中形成的,但香气成分的最终合成都是在果实内进行的,并主要存在于果皮中,而其积累是在果实成熟后期进行的[10]。本试验研究的 3个品种的葡萄果实中共检测到 29种香气化合物,就各类香气化合物的含量而言,主要是醇类、醛类和羧酸类,这与胡博然等[11]以宁夏贺兰山东麓地区的赤霞珠、蛇龙珠和霞多丽葡萄果实的香气化合物的研究结果有部分不同,他们的研究表明以上 3个葡萄品种的主要香气化合物种类为:醛类、羧酸类和酯类,这些差异有待通过感官分析进一步证实,差异存在的原因也需进一步研究。

葡萄果实的香气特征由香气成分的种类、数量、感觉阈值及各成分间的相互协调作用所决定,香气成分的构成及分布是进行葡萄香气研究的一个基础工作,它能为感官质量评价体系的构建提供理论依据。在本试验中,就单个组分的含量而言,对 3个品种的葡萄果实香气具有重要意义的挥发性成分有:丁醇、己醛 、己酸 、乙酸 、(Z)3-己烯 -1-醇 、(E)2-己烯 -1-醇和己醇等,这些成分赋予了 3个品种的果实复杂的风味。另外,微量香气成分的含量和比例与葡萄果实香气质量有重要关系,如辛酸乙酯具有令人愉快的花果香气;乙酸已酯有令人愉快的水果香气;己酸乙酯有令人愉快的香蕉、菠萝气味等,由于它们的嗅觉域值一般都较低,因而其香气值 (浓度 /域值)很高,加之香味独特,极可能对葡萄果实的香气具有重要的影响作用。此外,不同香气物质间的相互作用也能对不同品种果实香气特征产生影响,所以特征香气组分的鉴定必须与感官品尝分析相结合完成[12]。

本试验结果也表明,葡萄园的地形可以不同程度地影响赤霞珠葡萄果实的香气成分和含量,地形对葡萄果实香气的影响主要是通过各生态因子的影响而起间接综合作用的结果,研究彼此间的香气差异对于葡萄园的栽培管理和酿造工艺的实施具有重要的指导作用。

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