西楚酒花对玫瑰香葡萄酒香气的影响

(四川旅游学院食品学院,四川成都 610100)

酒花(HumuluslupulusL.)又称啤酒花,荨麻目大麻科草属多年生草本植物,多用于啤酒酿造,多含有苦味物质以及多酚、鞣质和黄酮等具有较为明显的生理功能和活性的化合物[1-2]。酒花的添加可以为啤酒带来芬芳的香味和清爽的苦味,还具有防腐抑菌和稳定啤酒泡沫的能力[3-4]。将酒花添加到葡萄酒酿造工艺中,能使葡萄酒的滋味更加丰富[5],同时也能够满足对新型风味的葡萄酒的开发[6]。西楚酒花是一种美国顶端的苦香兼优的全能型酒花[7],其香气特点是为酒体带来柠檬、荔枝和天竺葵的风味。

香气是构成和影响葡萄酒内在品质以及评价葡萄酒典型性和风格的重要指标[8]。葡萄酒香气主要与酿造酒液的葡萄、发酵过程以及陈酿过程有关[9-11]。顶空固相微萃取气质联用(HS-SPME-GC-MS)是一种常见的用于香气成分确定的手段,已广泛用于葡萄酒香气成分的分析[12-14]。目前已检测到的存在于各类葡萄酒中的香气化合物有近800余种,不同品种的葡萄酒所含香气成分种类有所不同[15-17]。

本研究首次将西楚酒花与葡萄酒酿造相结合,酿造出带有酒花风味的新型葡萄酒,通过采用GC-MS技术对其香气成分进行定性、定量分析,利用主成分分析(PCA)其中影响香气成分的关键因子,旨在确定其香气成分特点及风味特征,结合香气阈值确定不同挥发性成分的相对气味活度值(ROAV),探究西楚酒花对玫瑰香葡萄酒香气的影响,以及不同浓度西楚酒花加入后相互间的香气差异,以此为新型葡萄酒的开发提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

75 μm CAR/PDMS手动萃取头 美国Supelco公司;PC-420D专用磁力加热搅拌装置、SQ680气相色谱质谱联用仪 美国PerkinElmer;WK2102电磁炉 美的集团有限公司;FALLC4N电子天平 常州市衡正电子仪器有限公司;HHS-8S电子恒温不锈钢水浴锅 上海广地仪器设备有限公司;MY-50粉碎机 广州市扬鹰医疗器械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 酒花葡萄酒酿造的工艺流程 葡萄清洗→破碎→放入发酵瓶→加入酒花溶液→接入酵母→前发酵→除糟→后发酵→澄清→过滤→装瓶

1.2.2 酒花葡萄酒酿造的工艺要点 干酵母活化:称取一定用量的安琪活性干酵母,将其加入到无菌水中,水浴38～43 ℃活化30 min后冷却至30 ℃以下,备用。

酒花溶液制作:取200 mL蒸馏水加热至100 ℃,保持2 min,然后加入酒花,熬制4 min,待酒花溶液充分冷却后,再进行过滤,备用。配制5种浓度梯度0.0、0.5、0.8、1.0、1.3 g·L-1的酒花溶液,分别标记为C00、E01、E02、E03、E04。

葡萄酒的酿造:选取成熟度高、无霉烂变质及无病虫害的新鲜玫瑰香葡萄,清洗干净、去皮取果肉和葡萄籽。将果肉和其重量20%的酒花溶液一起放入发酵瓶中,接入1.0%活化后的酵母溶液,在25 ℃条件下进行发酵,待皮渣下沉,整罐酒体变浑浊,酒液基本没有甜味时,前发酵结束[18],添加糖调整酒样总糖度至22°Brix。过滤除杂后继续发酵(15 ℃、120 h),待后发酵结束后,低温(2±2) ℃保藏168 h。在温度为15 ℃的条件下,向酒液中加入1%壳聚糖溶液,用量为0.05%[18],然后进行澄清,澄清时间为10 h。将澄清过滤后的酒液在5 ℃条件下陈酿3个月,然后置于阴凉通风环境下进行保藏。

1.2.3 样品处理 量取葡萄酒4 mL于15 mL装有磁力搅拌器的顶空瓶中,加入1.0 g NaCl,加盖密封后放入40 ℃水浴中平衡10 min,将老化好的固相微萃取器插在样品瓶上吸附40 min后拔出,插入气相色谱仪进样口,于230 ℃解吸3 min,进行GC-MS检测分析。

1.2.4 GC-MS检测的仪器条件 气相色谱条件:色谱柱为DB-Wax(30 mm×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度为230 ℃;升温程序:初始温度40 ℃,保持5 min,以6 ℃/min升至230 ℃,保持6 min;载气为氦气,流速0.97 mL/min,不分流。

质谱条件:电离方式为电子电离(electron ionization,EI)源,电子能量为70 eV,灯丝流量为0.20 mA,离子源温度为230 ℃,接口温度为250 ℃,扫描范围30.00～500.00 m/z。

2）中水系统缺少转水过滤装置。沉淀池过多的悬浮固体通过出水口进入厌氧池，并逐池流转，造成厌氧池、好氧池、MBR池的杂质和淤泥累积过快，转水泵及管线频繁堵塞，MBR膜丝污染、寿命缩短，影响系统连续稳定运行。

1.2.5 相对气味活度值(ROAV) 采用相对气味活度值(ROAV)评价各风味成分对样品总体风味的贡献[19],各化合物的ROAV计算公式如下:

其中:Ci、Ti分别为各挥发性组分的相对含量和嗅觉阈值;Cs tan和Ts tan分别为样品相对含量最大的组分相对含量和嗅觉阈值。

1.3 数据处理

香气成分定性分析[20]:未知化合物经过计算机与NIST谱库和Wiley谱库检索定性,结合解析谱库,确定香气物质。香气成分定量分析[21]:按峰面积归一法计算各组分的相对含量。主成分分析:采用SPSS21.0软件对不同香气成分种类进行主成分分析。

2 结果与讨论

2.1 西楚酒花葡萄酒香气成分分析

应用GC-MS对不同浓度的西楚酒花葡萄酒进行挥发性物质检测和分析,所得总离子流色谱图如图1～图5所示,质谱图中共分离出42个色谱峰,通过计算机中NIST08谱库检索分析,共鉴定出31种挥发性风味物质。图1为未添加酒花的玫瑰香葡萄酒(C00),结合计算机NIST谱库检索,C00检测出的主要挥发性物质共有16种,其中酯类6种、醇类7种、其他类3种,分别占总组分的5.56%、57.28%、6.24%。

图1 C00酒样挥发性风味物质GC-MS总离子图Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile flavor compounds in C00 wine

图2 各酒样挥发性风味物质GC-MS总离子图Fig.2 GC-MS total ion chromatogram of volatile flavor compounds

根据图2各不同浓度酒花酒样的总离子图及计算机NIST谱库检索,E01检测出的主要挥发性物质共有16种,其中酯类7种、醇类8种、酸类1种,分别占总组分的6.59%、34.31%、0.53%。E02检测出的主要挥发性物质共有17种,其中酯类8种、醇类9种,分别占总组分的10.74%、58.16%。E03检测出的主要挥发性物质共有20种,其中酯类9种、醇类9种、其他类2种,分别占总组分的13.06%、67.94%、0.29%。E04检测出的主要挥发性物质共有15种,其中酯类8种、醇类5种、其他类2种,分别占总组分的12.58%、55.85%、0.64%。

综合分析可知,醇类和酯类仍是各个酒样的主体香气物质,酒花浓度的不同使得西楚酒花葡萄酒检测出的挥发性物质总量上存在差异。E02、E03酒样的挥发性物质均多于空白对照组,说明一定浓度的西楚酒花在葡萄酒产香过程中起到积极作用而增加葡萄酒挥发性物质的种类。而E04酒样检测出的挥发性物质种类数量减少,说明高浓度的西楚酒花可能会减少葡萄酒中的挥发性物质,其原因可能在于高浓度的西楚酒花使得葡萄酒产生的香气物质化学性质不稳定而无法通过质谱检测到。

2.2 西楚酒花玫瑰香葡萄酒香气含量及特征分析

根据GC-MS分析结果以及查阅相关文献,对31种香气物质进行分析,确定每种香气成分的含量及香味特征,具体如表1所示。

表1 不同浓度西楚酒花玫瑰香葡萄酒风味物质成分Table 1 Flavor components in rose-flavored wines with different concentrations of citra hop

注:所列成分都为检测图谱中匹配度>80%的组分。

不同浓度的西楚酒花葡萄酒(E01～E04)中共有29种挥发性成分,其中相同成分有10种,包括乙酸戊酯、乙酸异戊酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、1-戊醇、芳樟醇、苯乙醇、α-松油醇、香茅醇。其中除乙酸戊酯外,其他9种物质也同样出现在空白酒样中。这9种共有的挥发性物质主要表现为果香和花香,而西楚酒花的加入整体贡献为增大其相对含量,提高果香和花香的贡献度,改善葡萄酒的香气。

五个酒样中共检测出13种酯类,相对含量较多的是乙酸异戊酯、正己酸乙酯、丁二酸二乙酯等,这些酯类大部分呈现出水果香味,可能是葡萄浆果果皮中的酯类或者发酵过程中产生的酯类。不同浓度西楚酒花玫瑰香葡萄酒样的酯类物质在种类和相对含量上都有所差异。如具有水果香的丁二酸二乙酯在添加西楚酒花的各酒样(E01、E02、E03、E04)中含量相比空白对照组(C00)得到了明显提高,总体趋势是随着酒花浓度的增加,含量随之增加,乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯同样如此。但最高浓度西楚酒花的样品E04在酯类种类数量上却相比其他组少,其原因有待于进一步研究。

本次试验检测出11种醇类物质,其中1-戊醇、芳樟醇、苯乙醇、香茅醇的相对含量较高。1-戊醇呈现出青草香、芳樟醇具有花香、苯乙醇和香茅醇具玫瑰香。添加西楚酒花的样品在这几种醇类(除1-戊醇外)的含量上都相比空白对照C00有所增加,且趋势表现为随酒花浓度的增加,相对含量增加越明显。结合酒花香气相关研究[22]可知,酒花中重要的香气物质之一橙花醇在E01、E02、E03中都有检测出,说明西楚酒花的香气物质能在葡萄酒中得以保留。贡献酒花香气最重要的物质里那醇和香叶醇[23]虽然在西楚酒花葡萄酒中未检出,但两者的转化产物α-松油醇和香茅醇在加入酒花的酒样中其相对含量明显增加且香菜醇总体趋势是随酒花浓度的增加而增加,其原因可能在于葡萄酒发酵过程产生的酸和酶使得酒花原有的挥发性成分发生化学转换[24]。在醇的种类上,添加了西楚酒花的样品检测出了空白样品不含有的其他醇类如:E02检测出正庚醇,E03检测出的2-甲基-1-丁醇、E01、4,5-辛二醇、2,3-己二醇。根据酯类及醇类结果推测,西楚酒花的添加有利于葡萄酒酿造过程中呈香物质的产生。

2.3 西楚酒花玫瑰香葡萄酒香气成分含量的主成分分析

主成分分析法是研究指标体系的内在结构,然后利用降维思想把多指标转换成少数几个相互独立的综合指标(主成分),减少了信息的交叉,分析评估结果更具有客观性和准确性[25-26]。根据香气定量分析结果,运用SPSS 21.0数据处理系统对31个成分指标进行处理,最终提出4个主成分,由表2可知,前4个主成分的累计贡献率为100%。其中前3个主成分可以解释总方差的85.397%,以酒样在前3个主成分上的得分作图,结果见图3。

表2 提取4个主成分的方差解释Table 2 Analysis of variance of 4 principal components

表3 主成分载荷矩阵Table 3 Principal component load matrix

表3可知,第1主成分反应的指标主要有草酸二丁酯、4,5-辛二醇、异辛烯、丙酸正丙酯、丁二酸二乙酯、苯乙醇、蒈烯;第2主成分反应的指标主要有2-甲氧基乙醇酯、(+)-玫瑰醚、反式-β-金合欢烯、正己酸乙酯、乙酸异戊酯;第3主成分反应的指标主要有1-戊醇、丙酸异戊酯、4-羟基-2-丁酮、二已二醇丁醚;第4主成分反应的指标主要有3-羟基丁酸乙酯、丁酸乙酯、2-甲基-1-丁醇、正庚醇、α-松油醇。整体葡萄酒样品的香气构成主要仍是以酯类和醇类为主,这与李凯等[27]研究中保持一致,说明酒花加入后并没有改变葡萄酒的整体香气结构,酒花对葡萄酒香气的影响并不是简单叠加作用。

在图3(a)中,得分图上的位置显示样本的分类信息。5个酒样呈分散分布说明添加西楚酒花的玫瑰香葡萄酒与空白组产生的香气成分之间差异明显,且不同浓度之间也存在差异,可通过香气成分的主成分分析区别不同浓度的西楚酒花玫瑰香葡萄酒。图3(b)是以香气成分在前3个主成分上的载荷作图结果,结合图3(a)分析各酒样与香气成分的相关性可知,V26、V27、V14与C00相关,因此最能反映C00与添加西楚酒花酒样香气成分含量差异的是1-戊醇(V14)、4-羟基-2-丁酮(V26)、二已二醇丁醚(V27)。同理3-羟基丁酸乙酯(V4)、丁酸乙酯(V6)、正庚醇(V17)最能反映E01与其它酒样差异的香气成分;2-甲基-1-丁醇(V16)、2,3-己二醇(V24)最能反映E02与其它酒样差异的香气成分;2-甲氧基乙醇酯(V7)、反式-β-金合欢烯(V28)、(+)-玫瑰醚(V31)最能反映E03与其它酒样差异的香气成分;草酸二丁酯(V2)、橙花醇(V22)、蒈烯(V30)最能反映E04与其它酒样差异的香气成分。不同浓度的西楚酒花酿造出的葡萄酒产生的香气也存在差异,且有各自的特有挥发性物质,但酒花浓度与这些挥发性物质的关系还有待进一步研究。

图3 酒样在前3个主成分上的分布(a) 及香气在前3个主成分上的分布(b)Fig.3 Loadings of wine samples(a)and aroma components(b)in the first three PCs

2.4 关键风味化合物分析

风味物质在葡萄酒香气中发挥作用的大小,既与其相对含量有关也与其嗅觉阈值有关。结合各挥发性成分的相对含量和嗅觉阈值可知,正己酸乙酯在C00、E01、E03和E04酒样中的相对含量偏高,嗅觉阈值偏小,因而正己酸乙酯对这四种酒样风味有重要的贡献,定义其在四种酒样中ROAVstan=100;E02中未检出正己酸乙酯,定义香茅醇在E02酒样中ROAVstan=100,计算其他化合物的ROAV[28]。当ROAV>1时,该化合物为酒样的关键风味化合物;当0.1≤ROAV<1时,认为该物质对酒样总体风味具有重要的修饰作用[29]。

表4 西楚酒花玫瑰香葡萄酒挥发性成分的ROAV值Table 4 ROAV of value volatile components in rose-flavored wines with citra hop

由表4可知,ROAV大于0.1的香气化合物共有12种,酒样C00中共有6种关键风味化合物,分别为正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯、1-戊醇、正己醇、香茅醇;E01中8种关键风味化合物,分别为正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、1-戊醇、苯乙醇、α-松油醇、香茅醇;E02中9种关键风味化合物,分别为丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、1-戊醇、正己醇、苯乙醇、α-松油醇、香茅醇;E03中4种关键风味化合物,分别为正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯乙醇、香茅醇;E04中3种关键风味化合物,分别为正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、香茅醇。其中赋予葡萄酒玫瑰香的香茅醇,其ROAV值较大,且空白对照组均低于加入西楚酒花的酒样,说明西楚酒花的加入在一定程度对玫瑰香葡萄酒的特征风味具有增强作用。而在其他挥发性化合物ROAV值虽小但在综合评价酒花对葡萄酒的风味影响时具有助香作用,与其他化合物共同构成其特征风味[30]。

2.5 香气轮廓分析

采用感官分析来描述各香气类型的强度,不同浓度西楚酒花玫瑰香葡萄酒的香气轮廓见图4。通过感官分析描述了7个香气类型,所有酒样中果香和花香的强度最高,但不同酒样的香气轮廓存在差异。空白对照组(C00)中的果香强度中等,花香强度较弱,同时有略微的化学味、植物与矿物味,整体香气强度偏低;E01果香和花香强度中等,化学味香气强度较弱,略有植物与矿物味,整体香气强度中等;E02果香和花香强度中等,化学味、植物与矿物味香气较弱,整体香气强度中等;E03以较强的果香和花香为主,略有化学味、植物与矿物味香气,整体香气强度强;E04果香和花香强度偏低,化学味香气弱,整体香气强度偏低。结合定量分析结果和ROAV值可以发现,香气成分百分含量与西楚酒花玫瑰香葡萄酒香气强度并不成正比,除此,当酒样的关键风味化合物一致时,其香气特征和强度也不同,原因在于各香气成分ROAV值不同。

图4 不同浓度西楚酒花玫瑰香葡萄酒的香气轮廓Fig.4 Aroma profile of rose-flavored wines with different concentrations of citra hop

3 结论

利用GC-MS对不同浓度西楚酒花对玫瑰香葡萄酒的挥发性物质的影响。结果表明,共检测出31种挥发性物质,包括13种酯类、11种醇类、1种酸类和6种其他化合物,且不同酒样(C00、E01、E02、E03、E04)总香气含量存在差异,分别检测出挥发性物质占各自总挥发性物质的68.08%、41.43%、68.90%、81.29%、69.07%。主成分分析表明,4个主成分可以有效解释全部挥发性物质的信息,不同浓度西楚酒花对玫瑰香葡萄酒的香气成分有较大差异,葡萄酒中能保留部分酒花原有香味物质,但整体来看酒花香气物质与原本葡萄酒香气物质不是简单叠加。关键风味化合物分析结果表明,空白对照组(C00)中共有6种关键风味化合物,包括正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯、1-戊醇、正己醇、香茅醇;E01中8种关键风味化合物,包括正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、1-戊醇、苯乙醇、α-松油醇、香茅醇;E02中9种关键风味化合物,包括丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、1-戊醇、正己醇、苯乙醇、α-松油醇、香茅醇;E03中4种关键风味化合物,包括正己酸乙酯、丁二酸二乙、苯乙醇、香茅醇;E04中3种关键风味化合物,包括正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、香茅醇,酒花浓度导致西楚酒花葡萄酒酒样特征香气不同的机理尚待研究。西楚酒花玫瑰香葡萄酒特征香气形成的重要因素是关键香气成分风味化合物,因为各香气成分ROAV 值不同,导致最终葡萄酒的香气轮廓不同,其中酒样E03中整体香气强度高,花果香香气突出,可用于后续研究。