宁夏青铜峡小产区不同品种干红葡萄酒的香气成分分析

谢春梅,焦红茹*,曹芳玲

(宁夏葡萄酒与防沙治沙职业技术学院,宁夏 银川 750199)

香气是评价葡萄酒感官质量特征的一个重要方面。目前,国内常用顶空固相微萃取-气质联用法检测葡萄酒香气物质,且已鉴定出约800多种香气成分,研究手段已经比较成熟[1-8]。葡萄酒香气成分受多种因素影响[9-10],其中橡木桶能使其香气更为复杂,但成本较高,所以只有最好的酒才能够获得橡木桶陈酿的待遇[11]；葡萄品种对葡萄酒香气物质组成具有决定性作用,且在适宜的生态条件下能使葡萄酒呈现出独特的风味特征[1,9,12],因此研究不同品种葡萄酒在特定产区的香气成分,对于预测产区内不同葡萄酒产品风味特征具有重要意义。

近些年关于红色单品种葡萄酒的香气研究报道比较多。DOAZAN J P等[13]研究了法国优质葡萄酒香气,发现源于波尔多地区的赤霞珠、品丽珠、美乐等酒样香气各自不同,但都具相似性。郑青[14]对昌黎地区6个单品种酒进行芳香物质分析,发现主要差异性体现在酯类的种类和含量上,且赤霞珠、品丽珠与蛇龙珠干红酒样的香气成分极为相似。姜文广等[15]发现张裕酒庄级不同批次蛇龙珠干红葡萄酒香气成分种类和含量存在共性和差异之处。

众所周知,宁夏贺兰山东麓产区的葡萄酒具有高品质和独特的风格,国内有不少研究都较关注该产区葡萄酒的香气特征[9,14,16-18],但专门针对该产区内不同品种橡木桶陈酿干红葡萄酒香气特征的分析研究比较少。为了一步提高和稳定葡萄酒产品质量和风格,本研究采用顶空-固相微萃取(head space-solid phase microextraction,HS-SPME)与气相色谱-质谱(gaschromatography-massspectrometry,GC-MS)联用的方法对宁夏青铜峡小产区主栽酿酒葡萄品种赤霞珠(Cabernet Sauvignon)、美乐(Merlot)、西拉(Syrah)的单品种橡木桶陈酿干红葡萄酒中挥发性香气成分进行分析,了解三者的主要香气物质种类与含量,找出其香气成分之间的共同与差异之处,以期为生产实践中完善陈酿技术和不同品种葡萄酒的混酿工艺提供理论研究数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 葡萄酒样品

本试验以赤霞珠、美乐、西拉单品种橡木桶陈酿干红葡萄酒作为供试酒样,采集自御马酒庄,2015年份酒。原料均正常成熟(22～23°Bx),经分选后除梗破碎,入罐过程中添加果胶酶和SO2,葡萄醪低温浸渍(6～8℃,24 h)后接种酵母,酒精发酵温度控制在26～28℃(浸渍发酵不少于7 d),发酵结束后进行苹果酸乳酸发酵,11月入橡木桶陈酿。每个品种随机选取3个橡木桶各取250 mL,混合密封,冷藏运输至实验室检测。橡木桶陈酿时间9个月±7 d。橡木桶产地相同,均由法国橡木制作而成,纹理细腻,中度弧度烘烤。样品基本信息见表1。

表1 不同品种干红葡萄酒样品信息Table 1 Informations of dry red wine samples with different grape varieties

1.1.2 化学试剂

氯化钠(分析纯):国药集团化学试剂有限公司；硫酸铜、酒石酸钾钠、葡萄糖(均为分析纯):成都科龙化工试剂厂；氢氧化钠(分析纯):天津福晨化学试剂厂；酚酞(分析纯):天津傲然精细化工研究所；亚甲基蓝(分析纯):天津北联精细化学品开发有限公司；邻苯二甲酸氢钾(分析纯):天津光复科技发展有限公司；4-甲基-2-戊醇(色谱纯):美国Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

EUTECH pH 510台式酸度计:新加坡优特仪器有限公司；JY2003N型电子天平:上海精密科学仪器有限公司；DB-WAX毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm):美国J&W公司；带有PAL自动进样器的GC-7890B/MS-5977A气相色谱-质谱联用仪:美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 葡萄酒基本指标的测定

依据GB/T15038—2006《葡萄酒果酒通用分析方法》进行常规理化指标的检测。其中:酒精度测定用密度瓶法,总酸测定用指示剂法,挥发酸采用水蒸气带馏法,pH值用单点校正法由酸度计测得。

1.3.2 挥发性物质成分分析

挥发性物质的提取:准确量取8mL葡萄酒样放入20mL顶空瓶,加入2 g氯化钠,20 μL内标物(4-甲基-2-戊醇,质量浓度2.000 g/L),密封压紧。45℃预热顶空瓶10 min,萃取头萃取顶空瓶液面上方气体45 min,顶空瓶不停摇动,萃取头在进样口(250℃)解吸10 min,之后进样进行气相色谱-质谱分析。

GC条件:DB-WAX毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm),程序升温:初始温度40℃,以1℃/min升到45℃,保持2 min,以3℃/min升至84℃,保持2 min,以3℃/min升至120℃,保持3 min,以3℃/min升至200℃,以5℃/min升至230℃,运行时间71.67 min。进样口温度250℃,采用不分流模式进样,恒定流速0.8 mL/min,载气为氦气。

MS条件:电离方式为电子电离(electronionization,EI),离子源温度为230℃,电子能量70 eV,接口温度230℃,质谱选择SCAN模式进行全扫描。

定性分析:采用气相色谱-质谱-计算机联用仪分析鉴定。分析结果运用计算机谱库美国国家标准技术研究所(national institute of standards and technology,NIST)14.L进行初步检索和分析,将3次平行测定结果进行比对,以相同或相近保留时间为准,找出重复出现并且匹配度较高的物质,再结合文献进行人工谱图解析,最终确定挥发性物质的各个化学成分。

定量分析:采用内标法进行定量分析,挥发性物质含量计算公式如下:

1.3.3 数据处理

每个样品的香气测定均重复测定3次。使用Excel 2007进行数据整理,采用Minitab15软件进行统计分析。数据分析及处理采用单因素方差分析(analysisofvariance,ANOVA)、主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚类分析法(clusteringanalysis,CA)。

2 结果与分析

2.1 不同葡萄品种干红葡萄酒主要挥发性成分分析

3个葡萄酒样品的挥发性成分总离子流图见图1,挥发性成分检测结果见表2。

由表2可知,3个样品共鉴定出88种香气组分,其中美乐、赤霞珠、西拉样品分别定性检测出68、55、67种香气化合物,三者共有组分41种,占已定性总组分数的46.6%。美乐和赤霞珠相同成分47种,美乐特有成分21种、赤霞珠8种；美乐和西拉相同成分52种,美乐特有成分16种、西拉16种；赤霞珠和西拉相同成分43种,赤霞珠特有成分12种、西拉25种。三者香气成分的共性与个性共同构成了其风味的相似性与典型性[8]。

表2 美乐、赤霞珠及西拉干红葡萄酒香气成分含量、阈值及感官描述Table 2 Aroma components contents,sensory threshold and sensory description of Merlot,Cabernet Sauvignon and Syrah dry red wines

续表

续表

由表2可知,酯类化合物种类最多(43种),其次为醇类(18种)。美乐样品中已定性的68种组分含量范围0.03～126.37 mg/L,共计557.93 mg/L。赤霞珠样品中55种组分含量范围0.02～123.86 mg/L,共计427.28 mg/L。西拉样品中67种组分含量范围0.05～154.91 mg/L,共计620.10 mg/L。3个样品含量排名前10位的香气成分有8个相同,主要为酯类、醇类,说明三者在主要香气成分组成上具有一致性。

感觉阈值和感官描述由查阅李华《葡萄酒品尝学》[19]和文献[7,10,17]获得。气味活性值(odoractivityvalue,OAV)(即质量浓度与阈值的比值)是目前估计单个香气成分实际气味贡献的客观方法[10,20-21],＞1时认为该物质有香气贡献。供试样品香气成分的质量浓度、感觉阈值与感官特征描述详见表2。由表2可知,除感觉阈值不明确的物质,从OAV值看,美乐、赤霞珠、西拉样品中分别有19、18、19种物质有感官贡献,且有12种为共有物质,说明三者香气特征比较相近。

2.2 不同品种干红葡萄酒香气成分的显著性差异分析

根据化学结构,将香气成分归为醇类、酯类、有机酸类、酮醛类等类别,分别计算3个样品中各类物质的相对含量,进行分类比较,结果见图2。

图2 不同品种干红葡萄酒香气分类相对含量比较Fig.2 Comparison of aroma components contents of dry red wines with different varieties of grape

2.2.1 酯类化合物

酯类是葡萄酒中最重要的香气,也是影响新酒香气的主要因素[23]。由图2可知,美乐和西拉中酯类相对含量较高。在检出的43种酯类物质中,美乐有35种,占该品种已检出组分总含量的56.32%,赤霞珠有30种,占45.20%,西拉有37种,占55.44%。三者共有酯类22种(占51.16%),其中辛酸乙酯含量均为最高且有显著差异(P＜0.05),均贡献甜蜜的果香、茴香味；乙酸乙酯对西拉无贡献,但在50 mg/L以下时可以增加葡萄酒的复杂性[23]。

癸酸甲酯和棕榈酸乙酯在三者中无显著差异(P＞0.05),属于共性成分。美乐与赤霞珠有7种、美乐与西拉有10种、赤霞珠与西拉有8种酯类物质为共性成分,样品间差异性成分和个性成分的种类与数量均明显多于共性成分。

从香气贡献看,丁酸乙酯、异戊酸乙酯等9种共有酯类物质的OAV均＞1,使三个样品表现出花香、甜果香、草莓香,但含量有差异。乙酸乙酯、琥珀酸二乙酯在西拉中OAV＜1,但在美乐和赤霞珠中表现出甜果味。异丁酸乙酯只在赤霞珠中贡献出草莓香；2-甲基丁酸乙酯在美乐中没有香气贡献,在赤霞珠和西拉中表现为青苹果味；十一酸乙酯只在美乐中表现出椰子香。反-威士忌内酯只在经橡木桶储存的葡萄酒中存在,是橡木桶处理工艺的一种标志性产物[8,15],虽然是共有成分,但赤霞珠中OAV值稍＞1,其余约等于1,分析认为可能是橡木桶陈酿时间没有达到完全一致而造成其差异性,其次是橡木桶本身的差异性造成的。

2.2.2 醇类化合物

由图2可知,美乐、赤霞珠、西拉样品中醇类物质含量占总香气成分含量的比例分别为35.64%、46.66%、35.80%。美乐与赤霞珠有8种醇类为共性成分,美乐、赤霞珠分别与西拉有3种醇类为共性成分,其中异戊醇OAV均＞1,呈现微弱的脂肪味。在其他醇类中,3个样品中苯乙醇有显著差异,但OAV均＞1,表现为玫瑰、蔷薇、蜂蜜香；1-辛醇在美乐和西拉中被检出并表现玫瑰花和甜草药味；1-癸醇仅在美乐中被检出并赋予令人愉悦的橙花香和特有的淡油脂味。

2.2.3 有机酸类

葡萄酒中大部分有机酸为发酵的副产物,少部分来源于葡萄浆果并代谢为其他化合物[22]。由表2看出,共检出7种有机酸类,辛酸和癸酸在3个样品中有显著差异(P＜0.05),辛酸在美乐和西拉中表现出奶酪味和涩味,癸酸在西拉中表现微弱的脂肪味,除反-2-己烯酸和壬酸的嗅觉阈值不清楚外,其余均不表现气味特征。

2.2.4 酮醛类化合物

美乐、赤霞珠和西拉样品中共检出4种酮醛化合物,在香气总含量中所占比例均为最少,分别为0.80%、1.86%和0.10%。除苯甲醛和5-甲基呋喃醛的感觉阈值不明确,其余均无气味贡献。

2.2.5 萜烯、酚类、其他类化合物

萜烯化合物通常具有花香、果香、种子、树叶、木头以及根茎等气味,主要源于浆果,葡萄酒中大多数酚类则源于发酵过程中和橡木桶陈酿过程中形成的羟基苯乙烯酯类化合物[23]。萜烯、酚类、其他类化合物共检出16种,所占比例分别为美乐2.23%、赤霞珠3.04%、西拉3.18%。在已知感觉阈值且OAV＞1的物质中,大马士酮仅在美乐中被检出,赋予葡萄酒甜苹果味；反式-橙花叔醇只在美乐和西拉中被检出,且仅在西拉中贡献出甜花香；香茅醇仅在西拉中被检出,赋予青草、丁香花、蔷薇花香；里那醇只在赤霞珠和西拉中被检出,含量有显著差异(P＜0.05),但OAV均＞1,表现出甜美的果香。苯乙烯、金合欢醇等6种物质具有不同的香气特征,但由于感觉阈值不明确,还有待进一步研究。

2.3 不同品种干红葡萄酒香气主成分分析

本研究对检测出的88种香气成分进行了主成分分析。根据Minitab15分析的结果,从中选择了前四种主成分,其特征值及贡献率见表3。

表3 葡萄酒香气主成分分析的特征值及其贡献率Table 3 Eigenvalues and contribution rate of aroma principal components analysis in wine

根据相关系数矩阵表,计算得出88个特征值和特征向量之间是相互正交,且方差是递减的,前4个主成分的累计贡献率达到94.4%,原始数据的标准变异分别达到50.3%、33.6%、5.5%、4.9%,且第一主成分和第二主成分明显高于其他成分贡献率,在前两个主成分中,各成分在的贡献率都＜0.2,大多数成分的贡献率位于0.1左右。因此,在区分3个样品香气特征方面,由于香气成分种类较多且比较分散,要利用少数几个成分来区别不同品种酒的香气特征是十分困难的,这与胡博然[9]区分不同品种葡萄酒香气主成分分析的结论一致。

2.4 不同品种干红葡萄酒香气成分的聚类分析

对3个样品的香气成分进行相似性聚类分析,将相近的聚为一组,聚类分析结果见图3。

图3 香气成分对葡萄酒的聚类图Fig.3 Cluster of aroma components for wine

图3 中横轴为样本数,1～3、4～6、7～9依次为美乐、赤霞珠、西拉的3次重复测定样本。由图3可知,每个品种的3个重复之间有着较高的相似性,被聚为一类,美乐与西拉相对较为接近,但3个样品间的香气物质相似性均不足50%,从聚类分析的整体情况来看,不同品种橡木桶陈酿干红葡萄酒中的香气物质有较大差异。

3 结论

本研究分析得出,供试样品在主要香气成分组成上具有一致性,主要为酯类和醇类物质。通过显著性差异分析和OAV值检验,3个样品中有感官贡献的共有成分中有12种相同,其中仅异戊醇为共性成分,其余物质有差异,可以说三者香气特征比较相近。此外,乙酸乙酯和琥珀酸二乙酯只在美乐和赤霞珠中表现出甜果味；辛酸只在美乐和西拉中表现出奶酪味、涩味；美乐和西拉酒样均含有1-辛醇,赋予玫瑰花、甜草药味；赤霞珠和西拉酒样均含里那醇和2-甲基丁酸乙酯,呈现甜果香和青苹果味；这些成分中除乙酸乙酯均有显著差异(P＜0.05)。1-癸醇、大马士酮和十一酸乙酯仅在美乐酒样中被检出,赋予橙花、特有的淡油脂味、明显的椰子香；癸酸、反式-橙花叔醇和香茅醇仅在西拉中贡献出微弱的脂肪味、甜花香和蔷薇花香；异丁酸乙酯仅在赤霞珠中赋予草莓香。这些含量有显著差异且有贡献香气的化合物可能是各酒样的特征香气成分,但要进一步明确,还需要大量样本进行深入研究,以获取更多信息。

通过主成分分析发现,香气成分种类较多且比较分散,要利用少数几个成分来区别不同品种酒样的香味特征十分困难。通过聚类分析,3个样品的香气物质相似性均不足50%,不同品种酒样间的香气物质有较大差异。

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