不同类型国产橡木制品对葡萄酒陈酿香气的影响

李兰晓,李记明,*,徐 岩,,范文来,唐 柯,于 英,韩 鹏,赵荣华

(1.烟台张裕集团有限公司技术中心,山东烟台 264000;2.江南大学生物工程学院酿酒微生物与应用酶学实验室,教育部工业生物技术重点实验室，江苏无锡 214122)

不同类型国产橡木制品对葡萄酒陈酿香气的影响

李兰晓1,李记明1,*,徐 岩1,2,范文来2,唐 柯2,于 英1,韩 鹏1,赵荣华1

(1.烟台张裕集团有限公司技术中心,山东烟台 264000;2.江南大学生物工程学院酿酒微生物与应用酶学实验室,教育部工业生物技术重点实验室，江苏无锡 214122)

采用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术,检测蒙古栎制成的橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒中主要陈酿香气成分的变化。结果表明:在90 d的陈酿过程中,糠醛和5-甲基糠醛含量在陈酿10至20 d即可达到最高值,此后其含量快速减少;愈创木酚和甲基愈创木酚含量则在陈酿20 d达到最高值以后,基本保持不变;顺式和反式橡木内酯含量在整个陈酿过程中一直呈增加趋势;而香草醛含量在采用橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒中,具有不同的变化趋势:橡木片陈酿的葡萄酒,香草醛含量在30d时即达到最高值,此后逐渐减少,而橡木板陈酿的葡萄酒,香草醛含量在90 d的陈酿过程中一直增加;乙基愈创木酚和乙基苯酚含量仅在陈酿30和60 d后才显著增加。橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒之间,除乙基苯酚和乙基愈创木酚含量无显著差异外,糠醛、香草醛、愈创木酚和橡木内酯的含量均具有显著差异,表明橡木制品的类型对葡萄酒的陈酿香气具有重要影响。

橡木制品,葡萄酒,陈酿香气

橡木桶陈酿是葡萄酒生产中的重要工艺环节。橡木桶陈酿过程中,葡萄酒发生复杂的物理、化学及生物化学变化,葡萄酒的颜色、香气、口感均得以明显改善,尤其是橡木中的一些挥发性香气成分,如橡木内酯类、酚醛类、糠醛类、挥发酚类化合物,可使葡萄酒产生香草、烟熏、咖啡、甘草等复杂香气,是葡萄酒产生陈酿特征的主要物质[1]。但橡木桶陈酿也有一些缺点,如投资成本高,陈酿周期长,需定期更新等。因此,为了获得类似橡木桶陈酿的效果,人们研究使用橡木制品进行陈酿,如橡木片、橡木板等。由于价格低廉,使用方便,橡木制品在美国、澳大利亚等地得到广泛应用[2],尤其是2006年,欧盟对葡萄酒的法规进行了修订,允许在葡萄酒中使用橡木制品,进一步促进了对橡木制品的研究与应用[3]。

目前,用于葡萄酒的橡木制品,主要是产自法国的无柄橡(Quercus petraea)和有柄橡(Quercus robur)及产自美国的美洲白橡(Quercus alba)。此外,为开发新的橡木资源,国外学者还对西班牙等地不同品种的橡木开展了深入研究[4-5]。我国东北长白山等地具有大量橡木资源,与欧美的橡木均属栎属植物,其结构和成分与欧洲橡木相似,国内已有多家以国产橡木为原料生产橡木制品的企业,但对于国产橡木制品在葡萄酒中的应用效果,尤其是国产橡木制品对葡萄酒中源于橡木的特征香气成分的影响少有研究报道。因此,本研究采用我国东北地区的蒙古栎(Quercus mongolica),分别制成中度烘烤的橡木片和橡木板,并应用于葡萄酒陈酿,采用固相微萃取与气质联用(SPME-GC-MS)的方法,对陈酿过程中葡萄酒中源于橡木的陈酿香气成分进行分析,以期探索采用国产橡木制品陈酿期间,葡萄酒主要陈酿香气成分的变化规律,进而为国产橡木制品在葡萄酒生产中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 葡萄酒 2013年酿造的蛇龙珠葡萄酒,由烟台张裕葡萄酒公司提供。葡萄酒转入200 L的不锈钢储酒罐中,分别添加橡木片和橡木板进行陈酿。入罐时,葡萄酒的主要理化指标如下:酒精度12.0%,总酸5.4 g/L,挥发酸0.35 g/L,pH3.8,残糖2.6 g/L,总二氧化硫60 mg/L。

1.1.2 橡木板和橡木片 采用同一批次未经烘烤的蒙古栎(Quercus mongolica)分别制成橡木板(1000 mm×40 mm×10 mm)和橡木片(2 mm×1 mm×0.5 mm),然后在200±10 ℃的温度条件下,烘烤30 min,用于葡萄酒的陈酿。

1.1.3 试剂 2-辛醇,糠醛,5-甲基糠醛,顺式橡木内酯,反式橡木内酯,香草醛,愈创木酚,4-甲基愈创木酚,4-乙基愈创木酚,4-乙基苯酚 均购自美国Sigma公司,纯度98%以上;氯化钠,分析纯 上海国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Agilent气相色谱6890-5975质谱联用仪 美国Agilent公司;MPS2固相微萃取自动进样器 德国Gerstel公司;碳分子筛/聚二乙烯苯/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS,50/30 μm)萃取头,DB-FFAP 色谱柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm) 美国Supelco公司。

1.3 实验方法

1.3.1 葡萄酒的陈酿 按照葡萄酒中橡木制品的表面积为90 cm2/L的添加量,在100 L的葡萄酒中分别添加橡木片和橡木板,室温条件下陈酿90 d,期间分别在10、20、30、60和90 d时取样进行分析,每种处理均设3个平行,并以同样条件下陈酿,但未加橡木制品的葡萄酒为对照。

1.3.2 香气成分测定 参照文献[6]所述方法,略有修改,对相关的挥发性成分进行测定。准确吸取8 mL酒样于20 mL顶空瓶中,加入3 g NaCl,加入100 μL浓度为1 mg/L的2-辛醇作为内标,用聚四氟乙烯隔垫密封,预平衡温度和萃取温度为70 ℃,预平衡时间2 min、萃取时间60 min,进行GC-MS分析,解吸温度250 ℃,解吸时间5 min。

色谱条件:色谱柱为DB-FFAP色谱柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm);进样口温度250 ℃;升温程序:50 ℃保持2 min,然后以4 ℃/min升至230 ℃,保持15 min;载气He,流速2 mL/min,不分流进样。

质谱条件:质谱接口温度为250 ℃;离子源温度230 ℃;电离方式EI;电子能量70 eV;质量扫描范围为40～500 u。

通过标准品的保留时间以及NIST 05质谱库(Agilent Technologies Inc.)检索,结合文献报道的保留指数进行定性。采用内标标准曲线法进行定量,每种待测物质分别对应于内标作标准曲线。样品采用GC-MS检测,利用待测物质和内标的峰面积比代入相应的标准曲线方程计算出待测物质的含量。

1.4 数据统计分析

统计分析采用SPSS 19.0分析软件进行。绘图采用Excel。

2 结果与分析

2.1 陈酿过程中糠醛和5-甲基糠醛含量的变化

糠醛和5-甲基糠醛是橡木中纤维素和半纤维素的热解产物,具有烤面包气味,但这两种化合物由于阈值较高,在葡萄酒中的浓度一般低于其阈值,其对葡萄酒香气的影响,主要是通过协同效应,增强葡萄酒中的橡木香气[7]。由图1和图2可知,采用橡木片和橡木板处理的葡萄酒在陈酿过程中,糠醛和5-甲基糠醛含量的变化趋势基本一致,橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒中,糠醛和5-甲基糠醛含量在10 d和20 d即达到最高值,此后其含量快速减少,至陈酿90 d时,葡萄酒中糠醛和5-甲基糠醛含量仅相当于其最高值的12%～17%。但橡木板陈酿的葡萄酒中,糠醛和5-甲基糠醛含量均显著(p<0.05)高于橡木片陈酿的葡萄酒,表明在相同烘烤程度和用量的条件下,橡木板产生的糠醛化合物含量更高。而在陈酿过程中,糠醛和5-甲基糠醛含量呈先上升后下降的变化趋势,可能是由于糠醛和5-甲基糠醛可参与多种化学反应所致,例如,通过氧化还原反应生成糠醇[8],与儿茶素反应生成棕色素[9]等。此外,糠醛还可与葡萄酒中的硫化物反应,生成甲基呋喃硫醇,后者的阈值仅为0.4 ng/L,具有强烈的咖啡和烘烤气味[10-11]。因此,在陈酿时间较短时,糠醛和5-甲基糠醛的溶出量大于反应量,其浓度上升;而随着陈酿时间的延长,橡木中溶出的糠醛和5-甲基糠醛逐渐减少,而参与各种反应的糠醛类化合物逐渐增多,因此,糠醛和5-甲基糠醛在葡萄酒中的含量逐渐减少。

图1 陈酿过程中糠醛含量的变化Fig.1 Evolution of the concentration offurfural during wine aging

图2 陈酿过程中5-甲基糠醛含量的变化Fig.2 Evolution of the concentration of5-methylfurfural during wine aging

2.2 陈酿过程中顺式和反式橡木内酯含量的变化

橡木内酯可使葡萄酒产生橡木、坚果气味,尤其是顺式橡木内酯的含量,与葡萄酒中的橡木气味具有显著的正相关性(p<0.05)[12],而且不同品种的橡木,顺反橡木内酯的比值具有明显差异,美国橡木及其陈酿的葡萄酒中,顺反橡木内酯的比值一般大于6,而法国橡木及其陈酿的葡萄酒中,顺反橡木内酯的比值仅为2左右[13-14]。从图3和图4可以看出,在90 d的陈酿过程中,葡萄酒中顺反橡木内酯的含量均随陈酿时间延长而显著增加,且橡木片陈酿的葡萄酒,顺反橡木内酯的含量和比值均显著低于橡木板陈酿的葡萄酒,尤其是在陈酿30 d以后,橡木片陈酿的葡萄酒中,顺反橡木内酯的溶出速率显著低于橡木板陈酿的葡萄酒(p<0.05);从图5可以看出,橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒,顺反橡木内酯的比值均在6以上,且陈酿过程中,顺反橡木内酯之间的比例则随陈酿时间延长而逐渐下降。由于在葡萄酒微酸环境下,顺反橡木内酯之间极少发生相互转化[15],因此陈酿过程中,顺反橡木内酯含量和比值的变化,一方面反映了在国产橡木中,顺式橡木内酯的含量明显较反式橡木内酯的含量多;另一方面则表明,在陈酿前期,顺式橡木内酯溶出速率相对较快,而在陈酿后期,反式橡木内酯的溶出速率相对较快。Encarna[16]等在对采用法国和美国橡木桶进行陈酿的研究中发现,采用美国橡木桶陈酿的葡萄酒,顺反橡木内酯的比值随陈酿时间延长而逐渐下降,而采用法国橡木桶陈酿的葡萄酒,顺反橡木内酯含量之间的比值在陈酿过程中基本保持不变。

图3 陈酿过程中顺式橡木内酯含量的变化Fig.3 Evolution of the concentration ofcis oak lactone during wine aging

图4 陈酿过程中反式橡木内酯含量的变化Fig.4 Evolution of the concentration oftrans oak lactone during wine aging

图5 陈酿过程中顺反橡木内酯比值的变化Fig.5 Evolution of the ratio betweencis/trans oak lactone during wine aging

2.3 陈酿过程中香草醛含量的变化

香草醛是橡木中木质素的热解产物,可使葡萄酒产生宜人的香草气味,对葡萄酒的陈酿香气具有重要贡献[17]。从图6可以看出,在陈酿的前30 d,香草醛含量随陈酿时间的延长而显著增加,且橡木片陈酿的葡萄酒中,香草醛含量显著多于橡木板陈酿的葡萄酒;但在陈酿30 d以后,不同橡木制品陈酿的葡萄酒,香草醛含量表现出不同的变化趋势:橡木片陈酿的葡萄酒中,香草醛含量随时间延长而逐渐减少,而橡木板陈酿的葡萄酒中,香草醛含量则随陈酿时间延长而继续增加,至60 d时,橡木板陈酿的葡萄酒中香草醛含量已显著高于橡木片陈酿的葡萄酒。这可能是由于虽然橡木片和橡木板中的香草醛含量具有差异,但葡萄酒对橡木片的浸渍速度要比橡木板的浸渍速率快,因此,在陈酿的前期,橡木板中香草醛的溶出速度较慢,而随着陈酿时间的延长,橡木板内部的香草醛逐渐溶出,而橡木片陈酿的葡萄酒,则由于香草醛溶出量的减少以及香草醛转化为无芳香气味的化合物[18]或与黄烷醇和花色苷发生加成反应[19],使香草醛的含量出现下降趋势。

图6 陈酿过程中香草醛含量的变化Fig.6 Evolution of the concentrationof vanillin during wine aging

2.4 陈酿过程中愈创木酚和4-甲基愈创木酚含量的变化

愈创木酚和4-甲基愈创木酚也是橡木中木质素的热解产物,是使葡萄酒产生烟熏、烤肉气味的主要物质[20]。从图7和图8可以看出,在陈酿时间为20 d时,葡萄酒中的愈创木酚和4-甲基愈创木酚含量即达到稳定,此后其含量基本保持不变,而采用橡木片陈酿的葡萄酒,愈创木酚和甲基愈创木酚含量均显著高于橡木板陈酿的葡萄酒,但在陈酿过程中,其含量均始终低于各自的阈值(75、65 μg/L)[21],这是由于愈创木酚和4-甲基愈创木酚两种化合物主要是在橡木烘烤过程中产生的,且主要是在烘烤温度达到230 ℃以上时才产生,而在200 ℃时生成的量较少[22],因此其在葡萄酒中的浓度较低。而由于橡木片和橡木板具有不同的传热系数,在相同的烘烤条件下,橡木片和橡木板中愈创木酚类化合物的浓度也具有差异[23],这可能是采用橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒中,愈创木酚含量产生差异的主要原因。

图7 陈酿过程中愈创木酚含量的变化Fig.7 Evolution of the concentrationof guaiacol during wine aging

图8 陈酿过程中4-甲基愈创木酚含量的变化Fig.8 Evolution of the concentration of4-methylguaiacol during wine aging

2.5 陈酿过程中4-乙基苯酚和乙基愈创木酚含量的变化

橡木中的木质素在热降解过程中可产生少量的4-乙基苯酚和乙基愈创木酚,这两种化合物是使葡萄酒产生马厩、药水等不良气味的主要化合物[24]。从图9和图10可以看出,在陈酿的前30 d,4-乙基苯酚和4-乙基愈创木酚的含量无显著变化,仅在陈酿30 d或60 d以后,含量显著增加,且4-乙基苯酚含量远高于乙基愈创木酚含量,但其浓度均低于其阈值(620、140 μg/L)[25],这是由于4-乙基苯酚和乙基愈创木酚,主要是由酒香酵母对酚酸脱羧还原产生的,它们的浓度主要取决于酒香酵母数量和底物的含量,而橡木对4-乙基苯酚和4-乙基愈创木酚的含量影响不大[26]。在陈酿前期,酒香酵母被二氧化硫抑制,产生的4-乙基苯酚和乙基愈创木酚较少;而随着陈酿时间的延长,二氧化硫含量逐渐减少,酒香酵母活性增强,因此,在陈酿后期,4-乙基苯酚和乙基愈创木酚的含量快速上升。Luis[8]等在对采用不同容积的橡木桶陈酿的葡萄酒进行研究时,也发现乙基苯酚和乙基愈创木酚的主要是在陈酿后期产生的,且橡木桶容积对乙基苯酚和乙基愈创木酚含量无显著影响。

图9 陈酿过程中4-乙基苯酚含量的变化Fig.9 Evolution of the concentration of4-ethylphenol during wine aging

图10 陈酿过程中4-乙基愈创木酚含量的变化Fig.10 Evolution of the concentration of4-ethyl guaiacol during wine aging

3 结论

采用SPME-GC-MS检测了采用国产橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒主要陈酿香气成分的变化。结果表明橡木片和橡木板陈酿的葡萄酒之间,除乙基苯酚和乙基愈创木酚无显著差异外,糠醛、香草醛、愈创木酚和橡木内酯的含量均具有显著差异。上述几种化合物的变化趋势表明,一方面由于橡木片和橡木板具有不同的传热系数,烘烤过程中产生的挥发性化合物含量将具有差异;另一方面,在陈酿过程中,葡萄酒对橡木片和橡木板中挥发性香气成分的浸提速率也不同,因此,陈酿时间和橡木制品的类型将对葡萄酒中相关的陈酿香气成分含量产生显著的影响。

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Effect of different types of domestic oak products on wine aging aroma

LI Lan-xiao1,LI Ji-ming1,*,XU Yan1,2,FAN Wen-lai2,TANG Ke1,YU Ying1,HAN Peng1,ZHAO Rong-hua1

(1.Center of Science and Technology,Changyu Group Co. Ltd.,Yantai 264000,China;2.Laboratory of Brewing Microbiology and Applied Enzymology,Key Laboratory of Industrial Biotechnology,Ministry of Education,School of Biotechnology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

The changes of the main aging aroma of wines that treated with oak chips and staves respectively made from Quercus mongolica were determined by solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry during the aging process. The results showed that the concentrations of furfural and 5-methyl furfural were up to the maximum after 10 or 20 days,and then their contents decreased rapidly. The concentrations of guaiacol and methyl guaiacol reached their highest value after 20 days,and then remained constant. Trans and cis oak lactone content increased within 90 days during the aging process. The concentration of vanillin in wines treated with oak chips and staves changed in different trends:the concerntration of vanillin in wine that treated with oak chips reached the maximum after 30 days,and then decreased slowly,while the concerntration of vanillin in wine that treated with oak chips increased within 90 days during the aging process. The concerntration of ethyl guaiacol and ethyl phenol increased significantly after 30 and 60 days. There were significant differences between the concerntration of furfural,5-methyl furfural,vanillin,guaiacol and oak lactone,except for ethyl guaiacol and ethyl phenol,which showed that the style of oak products have an important influence on the main aging aroma of wines.

oak products;wine;aging aroma

2014-11-26

李兰晓(1982-),男,硕士，工程师,研究方向:葡萄与葡萄酒，E-mail:lilanxiao123456@163.com。

*通讯作者:李记明(1966-),男,博士，研究员,研究方向:葡萄酒工艺和葡萄栽培，E-mail:zyljm@163.com。

山东省泰山学者计划项目;烟台市科技发展计划项目(2013NC054)。

TS262.6

A

1002-0306(2015)15-0184-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.031