不同品种葡萄酒香气特征及成分分析
2020-10-29赵昊王雪薇宋晶晶王伟雄武运薛洁
赵昊,王雪薇,宋晶晶,王伟雄,武运*,薛洁*
(1. 新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆乌鲁木齐 830052;2. 中国食品发酵工业研究院,北京 100015)
随着我国葡萄酒市场的日益扩大,葡萄酒已进入千家万户的餐桌。在评定葡萄酒的诸多指标中,葡萄酒的香气成分尤其能突出其差异性[1]。在香气来源方面,可以将葡萄酒香气为品种香、发酵香、陈酿香,其中品种香是葡萄酒差异特征的主要来源[2]。
目前,国内外在葡萄酒香气方面的研究主要采用气相色谱-质谱联用技术(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)或者气相色谱-质谱技术结合嗅闻仪(Olfactometry)[3]。气相色谱-质谱联用技术在食品领域多用于白酒及葡萄酒风味的研究,并取得初步成效[4]。气相色谱根据保留时间来区分待测物质的不同组分,质谱作为检测器,具有分辨能力强、灵敏度高、检测时间短等优势;嗅闻仪是一种对气味物质进行在线嗅闻并记录描述结果的仪器。气相色谱-质谱联用与嗅闻仪联用技术也用于香料、香醋、白酒、苹果、奶酪等的特征香气成分的分析[5]。气相色谱-嗅闻仪-质谱(GCOlfactometry-MS,GC-O-MS)联用对葡萄酒香气成分的研究国内外也已有广泛应用。
山葡萄品种‘左山一’具有较强的抗寒特性,藤蔓冬天无需埋土,适应环境能力极强[6-7],其葡萄果香味丰富、清新,在风味物质尤其是酯类物质上更具特色[8]。试验选择东北地区种植的山葡萄品种‘左山一’和欧洲品种‘赤霞珠’‘西拉’及‘美乐’为原料,运用酿酒酵母菌S2进行酿酒试验,并通过GC-MS及GC-O-MS进行定性、定量、嗅闻分析[9-10],探究‘左山一’山葡萄酒的香气特征,并分析不同种葡萄酒间的香气物质差异。
1 材料与方法
1.1 材料
葡萄品种‘左山一’‘赤霞珠’‘西拉’‘美乐’,均采于黑龙江双鸭山清谷酒庄,采摘时间为2019年9月中旬。
采样方法:均匀、随机选取地块的东、南、西、北、中5点取样,每点取健康葡萄10.0 kg,放置于无菌的密封袋中,冷藏,即可运回实验室。
1.2 试剂
癸酸甲酯(内标)、乙酸乙酯、异丁醇、乙酸异戊酯、乙酸戊酯、辛醇、4-羟基丁酸乙酰酯、十一酸乙酯、丁二酸乙基-3-甲基丁酯、戊酸乙酯等香气标准品(C8~C40正构烷烃标品),美国 Sigma公司。
1.3 仪器与设备
CL-180电磁炉,广州市科能电器有限公司;GC-MS联用仪,东莞市德润仪器有限公司;嗅闻仪,瑞士Brechbuhler公司;DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),安捷伦公司;电子恒温水浴锅,北京恒瑞兴达仪器有限公司;萃取瓶,北京亚欧德鹏有限公司;萃取头,美国Supelco公司。
1.4 试验方法
以武运实验室筛选的酵母S2为供试菌株,将‘左山一’‘赤霞珠’‘西拉’及‘美乐’葡萄汁连同皮渣进行酿酒试验。并运用GC-MS和GC-O-MS对葡萄酒的香气物质进行定性和定量分析。
1.4.1 酿造工艺流程
葡萄原料→清洗、筛选、去梗→破碎→低温浸渍(8 ℃,5 d)→葡萄汁、皮渣→接种S2→24 ℃发酵→过滤离心→4 ℃贮存→风味物质检测。
关键点:葡萄原料需完全成熟、且外表无机械损伤及病虫害;响应面优化酵母菌S2接种量为1×1010cfu/mL;在24 ℃下控温发酵,每24 h检测比重和糖度,当比重<0.993、还原糖<4 g/L时,即判定为酒精发酵终点。
1.4.2 GC-MS方法
准确移取5 mL发酵完成的酒样于萃取瓶,密封状态下35 ℃水浴15 min,插入萃取针吸附40 min,然后气相色谱进样,250 ℃解析5 min。
GC条件:初始温度30 ℃,2 min;以4 ℃/min升至230 ℃,7 min。进样口温度为250 ℃,载气为He,流速为1.2 mL/min,不分流。
MS条件:电子轰击(electron impact,EI)离子源,电子能量70 eV,传输线温度230 ℃,离子源温度为230℃,质量扫描范围55~500 m/z。
通过NIST(The National Institute of Standards and Technology,NIST)谱库2.0检索和保留指数共同进行挥发性香气成分的定性分析。以癸酸甲酯为内标,选择SIM模式对峰面积进行扫描,确定内标峰面积,根据各化合物峰面积确定具体含量。
1.4.3 GC-O-MS方法
SPME提取挥发性成分,移取10 mL葡萄酒至30 mL萃取瓶。密封情况下55 ℃水浴10 min,萃取针吸附香气30 min,进样口解析5 min。
GC条件:不分流进样,起始温度为40 ℃,以2 ℃/min升温至215 ℃,保持3 min。进样口温度为250 ℃,载气He,流量为1.2 mL/min。
MS条件:EI离子源,电子能量为70 eV;传输线温度280 ℃;离子源温度230 ℃;四极杆温度150 ℃;质谱质量扫描的范围为55~500 m/z。嗅闻口接口温度200 ℃。
峰后强度法分析试验,选择3位经过专业培训的嗅闻人员。嗅闻人员分别记录香气物质的保留时间及气味特性。嗅闻强度采用:1:极弱;2:弱;3:中等;4:强;5:极强等级评价法[11]。
2 结果与分析
2.1 葡萄酒GC-MS结果分析
2.1.1 定性分析
通过NIST数据库对比和物质保留指数分析发现,共鉴定出39种葡萄发酵酒的风味物质,主要包括了酯类、醇类、酸类、酚类4大类物质。结果如表1所示。
基于鉴定出的39种主体风味,本试验中4个单品种酒的主体风味化合物种类略有差异。4个酒样中酯类物质共计19种,酯类物质是葡萄酒香气的主要贡献者,可赋予葡萄酒果香和花香气味,增加葡萄酒香气的复杂性和典型性[12];4个酒样中醇类物质共计15种,这些醇类物质是酵母代谢的次级产物,也是葡萄酒中主要香气物质之一,能够赋予葡萄酒更为复杂的香气[13];4个酒样中酸类物质共计4种,酸类物质主要来源于酵母菌,即葡萄酒中发酵香;酚类物质1种,数量较低,是由于葡萄酒中酚类物质所呈现的峰比较小。
2.1.2 定量分析
GC-MS定性分析是确定葡萄酒整体的主体香味物质,但不能代表葡萄酒中香气成分的具体含量,为此试验对葡萄酒中香气物质进行定量分析,检测出31中香气成分,结果见表2。
根据结果显示:4个酒样中香气物质质量浓度基本保持一致,个别香气物质之间质量浓度略有差异。橙花叔醇在葡萄酒中起到协调、定香的作用[14],使葡萄酒风味较为平缓,其在‘左山一’酒样中含量最低,在‘赤霞珠’酒样中的含量最高。 乳酸乙酯、异丁醇、苯乙醇在‘左山一’酒样中的含量高于其它3个品种,其余酯类物质基本保持一致。4个酒样中,‘左山一’的整体风味物质更为丰富且含量较高。‘赤霞珠’中的苯甲醇、乙酸苯乙酯含量更高,而‘西拉’中的愈创木酚含量较高,该物质在葡萄酒中呈烤碳风味[15],使其呈现出木桶陈酿的风味[16],故‘西拉’葡萄酒更适于橡木桶陈酿。
表1 4种葡萄酒的主体香气成分鉴定结果Table 1 Identification of main aroma components in wine
2.1.3 各葡萄酒样的GC-O-MS分析
采用峰后强度法对4个葡萄酒样的香气成分进行分析,结果如表3~6所示。‘左山一’‘赤霞珠’‘西拉’及‘美乐’酒样中分别发现15种、14种、13种、14种香气活性物质,这些物质主要涉及酯类、醇类、醛类、酸类、烯烃类。4个酒样的活性物质各有不同,是各类物质的综合效果,主要集中在酯类物质,以乙酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯为最高。
4个酒样中主要呈香物质以果香味为主,包括:菠萝香、香蕉香、橙子香、椰子香、梨香等果香,这些香气混合在一起赋予葡萄酒令人愉悦的香气;果香气味也分为清新的果香如橙子香、桃子香,以及浓郁的果香如菠萝香。花香为玫瑰香和茉莉香气。此外,通过GC-O-MS分析还嗅闻出一些薄荷香。因此,整体嗅闻呈香较为清爽。
‘左山一’葡萄酒嗅闻的气味主要是酯类,其次是醇类和酸类,此外还有泥土味,在色谱图中未出峰,表明该峰的色谱响应效果较差,感官阈值极低。且‘左山一’酒样的嗅闻气息略青涩,比如:嗅闻到的未成熟果实气味反式-2-辛烯-1-醇,整体呈香气味较清新,以花香及清新果香为主。现阶段我国葡萄酒饮用人群呈现年轻化现象,对于葡萄酒的选择更趋于呈香清新的新鲜型葡萄酒,‘左山一’葡萄酒整体嗅闻强度可满足此需求。
‘赤霞珠’酒样的香气嗅闻以熟透浆果香、花香为主,嗅闻强度较大,且果味更为清新,所具有的青草味呈香物质水杨酸甲酯非常突出。‘赤霞珠’葡萄酒作为受众最广、销售量最大的品种葡萄酒,多为浓郁型,其香气以黑色水果香气为主,更适宜于陈酿。
‘美乐’作为唯一可以与‘赤霞珠’媲美的葡萄酒,二者的香气特征较为相似,但风味物质更为浓烈,多呈现熟透的、强烈的果香味。且‘美乐’嗅闻呈香物质中,还存在呈干辣味的异丁醇。‘美乐’与‘赤霞珠’一样,含有异丁酸乙酯和乙酸异丁酯,两种物质均嗅闻出较为强烈或熟透的果香。陈年的‘美乐’葡萄酒常常带有香料气息,是该品种酒的显著特征。
表2 葡萄酒香气物质组分含量Table 2 Contents of aroma components in wine/(μg/L)
‘西拉’葡萄酒酒体丰满,口感厚重,整体嗅闻香气浓郁,与‘赤霞珠’‘美乐’一样,有较强的陈年能力。除了有较为强烈的水果香味外,‘西拉’葡萄酒还具有较甜蜜的花香味,这种嗅闻描述是‘左山一’‘赤霞珠’和‘美乐’中不常见的嗅闻呈香。‘西拉’葡萄酒中还存在呈肥皂味的壬醛和杂醇油气味的1-戊醇,由于‘西拉’葡萄酒口感具有辛辣气息,通常与其他葡萄品种混酿。
表3 ‘左山一’葡萄酒中的香气活性物质Table 3 Aroma active substances in 'Zuoshanyi' wine
表4 ‘赤霞珠’葡萄酒中的香气活性物质Table 4 Aroma active substances in 'Cabernet Sauvignon' wine
表5 ‘美乐’葡萄酒中的香气活性物质Table 5 Aroma active substances in 'Merlot' wine
表6 ‘西拉’葡萄酒中的香气活性物质Table 6 Aroma active substances in 'Syrah' wine
3 讨论与结论
温可睿等[17]提出,葡萄酒香气之间的差异主要在于其品种香与发酵香;王家梅等[18]也指出,不同品种葡萄酒的香气物质具有明显差异。谢春梅等[19]对宁夏青铜峡产区‘美乐’‘赤霞珠’和‘西拉’葡萄酒挥发性香气成分进行分析,结果表明,三者在主要成分上具有一致性,聚类分析其香气物质含量具有较大差异。本试验选用产自黑龙江地区的山葡萄品种‘左山一’和欧洲品种‘赤霞珠’‘西拉’及‘美乐’葡萄为原料酿造的葡萄酒,采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)及气相色谱-嗅闻-质谱(GC-O-MS)对葡萄酒香气种类、含量及嗅闻进行测定分析,结果显示:4个品种葡萄酒共计39种主体风味物质,其中以酯类、醇类、酸类、酚类4大类为主,香气物质之间质量浓度略有差异,‘左山一’葡萄酒中乳酸乙酯、异丁醇、苯乙醇含量高于其余3品种葡萄酒;‘左山一’葡萄酒果味最为丰富,‘赤霞珠’葡萄酒中香气物质嗅闻强度较高,‘美乐’葡萄酒中具有异丁醇等呈干辣味的香气物质[20],‘西拉’葡萄酒中除了含有熟透的果香味外,甜蜜花香也是主要特征[21]。
分析得知,‘赤霞珠’‘美乐’和‘西拉’品种葡萄酒间风味物质无较大差异,均适合于陈酿[22-23]。而‘左山一’山葡萄酒,较其他品种葡萄酒而言,其果味更加丰富、清新,既可适合作为新酒直接饮用,又可以同其3个品种葡萄酒一起进行混酿或单独陈酿,适合规模化生产。