葡萄酒中橡木香气成分的分析技术

薛 婷，钱炳俊，邓 云，岳 进，王丹凤，赵艳云

(上海交通大学农业与生物学院，上海 200240)

葡萄酒是以新鲜葡萄或葡萄汁为原料，经酵母发酵酿制而成的酒精度不低于7%(V/V)的各类酒的总称。葡萄酒的传统陈酿工艺普遍采用经特殊工艺制成的橡木桶盛放发酵完成的葡萄酒进行熟化处理。但是，橡木桶制作耗时长、成本高、使用寿命短。新型陈酿工艺主要采用在葡萄酒中加入橡木片代替橡木桶进行熟化处理。橡木片具有成本低，陈酿周期短，且不影响葡萄酒的品质等优点，因此，新型陈酿工艺倍受葡萄酒制造商的青睐。经过陈酿的葡萄酒具备来自橡木的特殊香气，它们是衡量葡萄酒品质好坏的标志物，这些香气物质主要有:威士忌内酯 (oak lactone)，香草醛 (vanillin)，丁香酚 (eugenol)，愈创木酚 (guaiacol)，丁香醛(syringaldehyde)，糠醛 (furfural)等［1-8］。

近年来，葡萄酒消费市场日益扩大且利润丰厚，致使很多无良商家生产劣质或低档葡萄酒，以次充好，严重扰乱了葡萄酒市场秩序。因此，分析优质葡萄酒中的橡木香气成分，不仅可以为新型陈酿工艺提供评价指标，而且可以为上市葡萄酒的品质鉴定提供技术支持。本文综述国内外橡木香气成分分析技术和应用情况。

1 色谱分析法

橡木香气是葡萄酒香气的重要组成部分，对于葡萄酒的质量有重要意义。目前，国内外关于葡萄酒中橡木香气的色谱分析法主要是气相色谱-质谱联用法 (GC-MS)。葡萄酒中的橡木香气浓度很低，需经过萃取和浓缩等预处理。因此，选择合适的分离萃取方法分离目标成分，排除其他背景成分在GC分析中的干扰至关重要，国内外使用较多的预处理方式有:液液萃取 (liquid-liquid extraction)、固相萃取 (solid phase extraction)、固相微萃取 (solid phase microextraction)以及其他预处理方式。

1.1 预处理

1.1.1 液液萃取法

液液萃取即有机溶剂萃取法，在待分析的样品中加入与其不互溶或不完全相溶的另一种液体，利用待萃取物在2种溶液中的分配系数不同达到分离的效果，从而将待分离物萃取出来。Perez-Prieto等［1］采用戊烷/乙醚 (2∶1)作为萃取溶剂萃取葡萄酒中的橡木挥发性成分，GC分析准确地定性、定量分析了萃取出的香气物质，浓度范围为0～800 μg·L-1。Bautista-Ortin 等［9］采用戊烷/乙醚(2∶1)作为萃取溶剂，准确地检测到糠醛等橡木香气成分，浓度范围为2～3 920 μg·L-1。Morales等［10］使用二氯甲烷作为萃取溶剂，对橡木香气物质的回收率较好，为58.4%～105.7%，线性相关系数r2＞0.999 1，检测限5.55～200 mg·L-1，说明该萃取方法适合用于橡木香气的前处理。Arapitsas等［6］用橡木片陈酿葡萄酒，采用正戊烷/二乙醚 (1∶1)作为萃取溶剂，准确地定性、定量了萃取出的香气物质，浓度范围为0.005～7 mg·L-1。

液液萃取成本低，可操作性强，而且萃取的香气成分种类较多。但是，萃取溶剂往往具有毒性(如乙醚，二氯甲烷等)，且重复用有机溶剂萃取可能引起香气物质的损失或结构改变。因此，该方法存在一定的不足。

1.1.2 固相萃取法

固相萃取是近年发展起来的一种样品预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来［11］。固相萃取建立在传统的液液萃取基础上，与高效液相色谱有很多相似之处，如分离的机理、溶剂以及固定相的选择。此方法主要用于样品的分离、纯化和浓缩，与传统的液液萃取相比可以提高分析物的回收率，能更有效地将分析物与干扰组分分离，有机溶剂用量少，操作简单，安全高效。Hector等［12］用C18柱固相萃取葡萄酒液相中的挥发性成分，同时采用聚丙烯酸酯纤维顶空微萃取葡萄酒溶液上方的挥发性成分，结果准确地检测到16种挥发性物质，分析效果良好。Morales等［10］采用聚丙烯酸酯纤维固相萃取葡萄酒中的橡木挥发性成分，萃取后分析效果良好，准确地定性了丁香酚、愈创木酚等香气成分。

1.1.3 固相微萃取法

固相微萃取技术是20世纪90年代兴起的一项新颖的样品前处理与富集技术，属于非溶剂型选择性萃取法，已由美国Supelco公司在1993年实现商品化，其装置类似于气相色谱的微量进样器。固相微萃取有3种基本的萃取模式:直接萃取、顶空萃取和膜保护萃取。直接萃取是将萃取纤维直接插入样品基质，适用于固体样品;顶空萃取多用于溶液上方的挥发性成分萃取富集，该方法使用频率最高;膜保护萃取旨在分析脏的样品时保护萃取固定相避免受到损伤，与顶空萃取相比，该方法对于难挥发物质组分的萃取富集更为有利。尹建邦等［8］采用顶空-固相微萃取和气质联用选择离子扫描技术 (selective ion monitoring)定量分析了橡木桶陈酿的葡萄酒中重要的橡木香气物质，研究表明此方法对顺式和反式橡木内酯、愈创木酚、丁香酚和香草醛等的萃取效果良好，GC检测到其浓度范围为12.98 ～754.56 μg·L-1。Koussissi等［5］用顶空固相微萃取前处理方式萃取富集葡萄酒橡木挥发性成分，准确地定性、定量分析了糠醛等香气物质，浓度范围为0～7 mg·L-1。

固相微萃取结合GC-MS的方法在挥发性成分分析中应用十分广泛，它具有很多不可替代的优势，能够保持样品的自然状态，不需要高温、高压等条件，且使用方便，不需要有机溶剂等复杂的前处理，便于自动化操作。

1.1.4 其他预处理方法

国内外用于葡萄酒香气成分分析的预处理方法中，除了上述常用的几种外，还有搅拌棒吸附萃取Alves等［13］采用此法萃取浓缩了葡萄酒的香气物质，准确定性了丁香酚、威士忌内酯等42种香气物质 (stir bar sorptive extraction)。Stefania等［14］用加速溶剂萃取 (accelerated solvent extraction)法萃取浓缩了葡萄酒中橡木香气物质，结果共检测出愈创木酚、丁香酚等17种物质，该方法对葡萄酒香气有较高的回收率，线性相关系数r2＞0.892，相对标准差＜13.6%;同时蒸馏萃取 (simultaneous distillation extraction)，即溶剂萃取与蒸馏并用，需要有机溶剂与高温同时作用，使用受到一定的限制;Montserrat等［15］以戊烷/二氯甲烷 (3∶1)为萃取溶剂，采用此前处理方式萃取了葡萄酒中的挥发性组分，萃取后有利于挥发性组分的GC分析。

1.2 色谱法

国内外对于葡萄酒中橡木香气的研究最多和使用频率最高的是气相色谱。尹建邦等［8］采用顶空-固相微萃取和气质联用选择离子扫描技术，准确地定性、定量分析了沙城产区经橡木桶陈酿的赤霞珠葡萄酒中的几种重要的橡木香气成分:顺 (反)-威士忌内酯、香兰素、丁香酚、愈创木酚和4-甲基愈创木酚，其检测浓度范围为12.98～293.46 μg·L-1。Koussissi等［5］用 GC-MS 顶空准确地定性、定量分析了不同烘烤度橡木片陈酿的葡萄酒中橡木香气物质。文献［16］用GC-MS分析研究了在葡萄酒的不同发酵阶段 (酒精或乳酸)，橡木片的使用对葡萄酒挥发性组分和感官特性的影响，结果准确地定性并定量了酒中102种挥发性物质，能够检测到的浓度范围为0～163.663 mg·L-1。Bautista-Ortin等［9］用GC-MS分析比较了不同陈酿方式以及陈酿时间对应的葡萄酒中糠醛，5-甲基糠醛，顺(反)-橡木内酯，4-乙基愈创木酚，香草醛这几种橡木成分的含量变化，检测到的浓度范围为0～3 920 μg·L-1。GC的检测结果结合判别分析，可以区分不同的葡萄酒。Arapitsas等［6］用GC定量分析了不同陈酿阶段，葡萄酒中橡木成分:糠醛，香草醛，愈创木酚，橡木内酯，丁香酚以及丁香醛，检测到的浓度范围为0.005～7 mg·L-1。Morales等［10］用GC-MS定量分析了酒中的橡木成分，该方法回收率在58.4%～105.7%之间，线性相关系数R2＞0.999 1，检测限5.55～200 mg·L-1。对结果进行主成分分析，结果发现2种陈酿方式的葡萄酒差异明显。文献 ［3］用GC-MS准确定性、定量了葡萄酒中挥发性组分，检测到的香气成分的浓度范围在0.21 ～46 859 μg·L-1。Luis等［2］用 GC-MS定量分析了不同陈酿时间段，3种不同容积橡木桶陈酿的葡萄酒中5种挥发性成分:顺 (反)-橡木内酯，愈创木酚，4-甲基愈创木酚以及香草醛的浓度变化，检测到的浓度范围为0～800 μg·L-1。Perez-Prieto等［1］用GC-MS定量分析了葡萄酒中挥发性组分，从而了解橡木桶的橡木来源、容积以及桶龄对葡萄酒挥发性组分的影响，检测到的香气成分浓度范围为 0 ～400 μg·L-1。Teresa 等［17］也用GC-MS测定了葡萄酒中橡木挥发性组分的含量，检测到其浓度范围为0～31 050 μg·L-1。以上对于GC-MS用于葡萄酒中橡木香气成分的研究说明，GC-MS适用于该领域，为葡萄酒的香气研究提供了可靠的技术支持。

由于各研究采用了不同的萃取方法，萃取效率不同，加之不同陈酿工艺的葡萄酒间香气存在差异，GC检测的条件也有差异，使得葡萄酒中橡木香气成分的检出浓度不同。

2 传感器分析法

2.1 电子鼻区分分析

电子鼻是20世纪90年代发展起来的一种新颖的分析挥发性化合物的模拟人工嗅觉装置，它由一系列具备不同选择性的气体传感器，信号收集装置以及模式识别软件组成［18-19］，主要用于液体和固体食品的顶空分析［18］，其工作原理类似于人鼻，故被称为电子鼻。

电子鼻虽然不像人鼻对很多气味那么敏感，但其特有的感应装置及模式识别系统，使得它的应用非常广泛，多用于牛奶［20］、肉类［21］、油类［22］、水果［23］、加工食品［24］等产品的质量控制。

目前，电子鼻在葡萄酒领域的应用广泛，并且显示出相对的优越性，可用于葡萄酒生产的在线监测［19，25］，葡萄品种识别、产地识别［26］、年份识别等重要领域。还可以用于葡萄酒香气的分析，Lozano等［27］用电子鼻识别了白葡萄酒中29种典型香气。研究采用顶空技术萃取葡萄酒中的香气，结果能够很准确地将不同的香气加以区分，区分度达到PC1(82%)和PC2(11%)。

2.2 电子舌区分分析

电子舌是近10来年新兴的一种类似于电子鼻的检测技术，其检测原理与电子鼻相似，同样不需要对样品进行前处理。但其使用对象主要是液体，主要用于饮料、酒的区分识别［28-32］。其用于葡萄酒的分析的报道也很多，Apetrei等［32］用电子舌研究了不同陈酿方式的葡萄酒样品，分别用传统的橡木桶陈酿，以及采用橡木片或橡木棒陈酿，陈酿相同时间后，用电子舌对葡萄酒样品检测，并采用主成分分析，结果显示不同陈酿方式的葡萄酒样品之间差异比较明显，不同陈酿方式对应的葡萄酒的区分度达到 PC1(32%)、PC2(19%)、PC3(13%)。说明电子舌能够很好区分不同陈酿方式的葡萄酒。

3 展望

香气是葡萄酒重要的感官品质，它能够反映葡萄酒的产品质量和档次，因此葡萄酒中橡木香气的分析对于葡萄酒的质量评定和鉴别有重要的意义。目前，葡萄酒中橡木香气的分析技术主要有GCMS和电子鼻等。GC-MS是国内外香气分析应用最多也最成熟的技术，在食品行业应用广泛，具有精确度高，重复性好，定性、定量准确等优点，但是GC-MS也有很多缺陷，仪器使用成本高，普及度低，样品一般需要经过复杂的前处理，操作繁琐。

电子鼻和电子舌在食品行业的应用也很广泛，样品检测时一般不需要前处理，检测速度快，重复性好，准确度高，可操作性强，便于现场操作。但是，目前国内外仅应用于对样品的区分识别，而对于定量样品中某种成分的分析很少见。

上述2大类分析方法，各有优缺点，各种方法的改进措施也在深入研究，鉴于GC-MS和电子鼻各自的优点，可以考虑将2种技术联合应用。用GC-MS定量分析葡萄酒中某种香气物质，然后采用电子鼻顶空分析，获得葡萄酒的香气信息，通过电子鼻的PLS软件，结合GC-MS的定量结果，建立该香气物质的定量回归模型，即可用于其他葡萄酒中该香气物质的电子鼻快速定量，既节约检测成本，又有较高的精确度。电子鼻用于葡萄酒中橡木香气物质的定量将会成为今后研究的热点。

［1］ Perez-Prieto L J，Lopez-Roca J M，Martinez-Cutillas A，et al.Maturing wines in oak barrels.Effects of origin，volume，and age of the barrel on the wine volatile composition ［J］.J Agric Food Chem，2002(50):3272-3276.

［2］ Luis J P，Jose M，Adrian M C，et al.Extraction and formation dynamic of oak-related volatile compounds from different volume barrels to wine and their behavior during bottle storage ［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51(18):5444-5449.

［3］ Fernandez de Simon B，Cadahia E，Alamo M del，et al.Effect of size，seasoning and toasting in the volatile compounds in toasted oak wood and in a red wine treated with them ［J］.Analytica Chimica Acta，2010，660(1-2):211-220.

［4］ Brigida F D S，Iria M，Estrella C.Characterization of volatile constituents in commercial oak wood chips［J］.Journal of Agriculturaland Food Chemistry， 2010， 58 (17):9587-9596.

［5］ Koussissi E，Dourtoglou V G，Ageloussis G，et al.Influence of toasting of oak chips on red wine maturation from sensory and gas chromatographic headspace analysis ［J］.Food Chemistry，2009，114(4):1503-1509.

［6］ Arapitsas P，Antonopoulos A，Stefanou E，et al.Artificial aging of wines using oak chips［J］.Food Chemistry，2004(86)563-570.

［7］ 孙玉霞，胡文效，史红梅.GC-MS分析橡木片中的挥发性香气成分 ［J］.中外葡萄酒与葡萄酒，2008(1):17-19.

［8］ 尹建邦，张辉，孙建平，等.沙城产区橡木桶陈酿赤霞珠葡萄酒中橡木香气成分的研究［J］.中外葡萄酒与葡萄酒，2011(5):30-32.

［9］ Bautista-Ortin A B，Lencina A G，et al.The use of oak chips during the ageing of a red wine in stainless steel tanks or used barrels:effect of the contact time and size of the oak chips on aroma compounds［J］.2008，14(2):63-70.

［10］ Morales M L，Benitez B，Troncoso A M.Accelerated aging of wine vinegars with oak chips:evaluation of wood flavor compounds［J］.Food Chemistry，2004，88(2):305-315.

［11］ 孔程仕，徐兴英.气质联用技术 (GC-MS)在葡萄酒香气成分分析中研究进展 ［J］.饮料工业，2012，15(3):43-45.

［12］ Hector E，Lorraine B，John R P，et al.Effect of maturation in small oak casks on the volatility of red wine aroma compounds［J］.Analytica Chimica Acta，2002，458(1):45-54.

［13］ Alves R F，Nascimento A M D，Nogueira J M F，et al.Characterization of the aroma profile of Madeira wine by sorptive extraction techniques ［J］.Analytica Chimica Acta，2005，546(1):11-21.

［14］ Stefania V，Cecilia S，Nadia N，et al.Volatile and semivolatile components of oak wood chips analysed by Accelerated Solvent Extraction(ASE)coupled to gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS) ［J］.Food Chemistry，2007，102(4):1260-1269.

［15］ Montserrat R A V，Liliana V，Stefania V，et al.Characterisation of volatile composition of white salsify(Tragopogon porrifolius L.)by headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) and simultaneous distillation-extraction(SDE)coupled to GC-MS［J］.Food Chemistry，2011，129(2):557-564.

［16］ Gómez García-Carpintero E，Gómez Gallego M A，Sánchez-Palomo E，et al.Impact of alternative technique to ageing using oak chips in alcoholic or in malolactic fermentation on volatile and sensory composition of red wines ［J］.Food Chemistry，2012，134(2):851-863.

［17］ Teresa G C，Cándida L，Gonzalo L A，et al.Employment of near infrared spectroscopy to determine oak volatile compounds and ethylphenols in aged red wines ［J］.Food Chemistry，2010，119(2):823-828.

［18］ Buratti S，Benedetti S，scampicchio M，et al.Characterization and classification of Italian Barbera wines by using an electronic nose and an amperomeric electronic tongue ［J］.Analytica Chimica Acta，2004，525(1):133-139.

［19］ 杨丽丽，张岱，方坚，等.电子鼻分析技术在葡萄酒检测中的应用［J］.中外葡萄与葡萄酒，2007(5):48-50.

［20］ 李照，邢黎明，云战友，等.电子鼻测定牛奶中掺入外来脂肪 ［J］.乳液科学与技术，2008，128(1):39-41.

［21］ 柴春祥，凌云.电子鼻检测虾新鲜度的研究［J］.食品科技，2010，2(35):246-249.

［22］ 潘磊庆，唐琳，詹歌，等.电子鼻对芝麻油掺假的检测［J］.食品科技，2010，31(20):318-321.

［23］ 胡桂仙，王俊，王小骊.电子鼻无损检测柑橘成熟度的实验研究 ［J］.食品与发酵工业，2005，8(31):57-61.

［24］ 于慧春，王俊，张红梅.龙井茶叶品质的电子鼻检测方法［J］.农业机械学报，2007，7(38):103-106.

［25］ Wies C，Daniel C，Bob D，et al.Feasibility study on the use of a head space mass spectrometry electronic nose(MS e-nose)to monitor red wine spoilage induced by Brettanomyces yeast［J］.Sensors and Actuators B:Chemical，2007:1-5.

［26］ Corrado D N，Fabrizio A M D，Arnaldo D'A.An electronic nose for the recognition of the vineyard of a red wine ［J］.Sensors and Actuators B，1996，33(1-3):83-88.

［27］ Lozano J，Santos J P，Horrillo M C.Classification of white wine aromas with an electronic nose ［J］.Talanta，2005，67(3):610-616.

［28］ 王永维，王俊，朱晴虹.基于电子舌的白酒检测与区分研究［J］.包装与食品机械，2009，5(27):57-61.

［29］ 李华，丁春晖，尹春丽，等.电子舌对昌黎原产地干红葡萄酒的区分识别 ［J］.食品与发酵工业，2008，34(3):130-132.

［30］ Garcia M，Aleixandre M，Gutierrez J，et al.Electronic nose for wine discrimination ［J］.Sensors and Actuators B，2006，113(2):911-916.

［31］ Lozano J，Arroyo T，Santos J P，et al.Electronic nose for wine ageing detection ［J］.Sensors and Actuators B，2008，133(1):180-186.

［32］ Apetrei C，Apetrei I M，Nevares I，et al.Using an e-tongue based on voltammetric electrodes to discriminate among red wines aged in oak barrels or aged using alternative methods correlation between electrochemical signals and analytical parameters ［J］.Electrochimica Acta，2007，52(7):2588-2594.