白兰地中香气成分的来源及陈酿期间香气物质变化研究进展

杜展成，王 淼，李瑞龙，战吉宬，游义琳*

（1.新疆芳香庄园酒业股份有限公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841000；2.中国农业大学 食品科学与营养工程学院，北京 100083；3.中国农业大学 烟台研究院，山东 烟台 264670）

1 白兰地的概述

白兰地是以水果为原料，经过发酵、蒸馏、贮藏陈酿而成。通常讲的白兰地是以葡萄为原料的蒸馏酒，为葡萄白兰地[1]。以其他水果为原料酿成的白兰地，应冠以原料水果的名称，如红枣白兰地、苹果白兰地、桃白兰地、李子白兰地等[2]。

白兰地是世界八大烈酒之一，具有广阔的消费市场，其全球销量居于烈酒中的第三位。近年来，随着产品与服务质量的不断升级，白兰地市场呈现爆发式增长。2019年，我国白兰地行业市场规模达到74亿元。目前，中国白兰地消费市场呈现明显的区域化，主要集中在华北和东部沿海的一线城市，且消费市场主要被法国高端白兰地品牌占领。全球最著名的十大白兰地品牌包括轩尼诗（Hennessy）、马爹利（Martell）、人头马（Remy Martin）、御鹿（Hine）、卡慕（Camus）、拿破仑（Courvoisier）、张裕（ChangYu）、百事吉（Bisquit）、路易老爷（LouisRoyer）、豪达（Otard）。大多数品牌产自法国，只有张裕是我国本土品牌[3]。

在国际上，白兰地酒精含量多在40%vol左右，它的分级一般是根据酒龄划分的。具体的等级界定方法，不同的国家有不同的规定。我国借鉴了法国等白兰地生产发达国家的相关标准，在国家标准GB11856—2008《白兰地》中将白兰地分为四个等级，即特级（X.O）、优级（V.S.O.P）、一级（V.O）和二级（三星和V.S）。其中，X.O最低酒龄为六年，V.S.O.P最低酒龄为四年，V.O最低酒龄为三年，二级最低酒龄为两年。除酒龄外，各等级白兰地的质量与其香气成分密切相关[4]。

2 影响白兰地中香气成分的因素

香气是评判白兰地酒品质的一个重要感官指标。白兰地的香气成分非常复杂，报道的有400多种芳香成分，含量从ng/L到mg/L不等[5]。这些复杂的香气成分可分为下列八大类：醇类、酸类、酯类、羰基化合物、苯酚化合物、氮化合物、萜烯化合物及其他。其中的醇、酸、羰基化合物等主要是由酵母生成的[6]；而苯酚类、内酯和萜烯类化合物等主要来自于陈酿的橡木桶[7]。

2.1 葡萄原料对香气的影响

葡萄原料是影响白兰地香气成分的重要因素。葡萄白兰地按葡萄原料的不同，可分为三种类型：葡萄原汁白兰地、葡萄皮渣白兰地和葡萄酒泥白兰地。

目前适宜酿造白兰地的葡萄品种有很多，如白玉霓（Ugni Blanc）、白羽（Pkayumeru）、白福儿（Folle Blanche）、哥笼白（Colombard）、龙眼和佳丽酿（Carignane）等，近几年也有用贵人香和“公酿1号”葡萄酿造白兰地的报道[8]。酿造白兰地的葡萄品种一般糖度较低、酸度高。优质白兰地香气都具有葡萄品种香、发酵香、陈酿香协调一致的特点，因此，酿造白兰地的葡萄品种香气一般较弱，不会掩盖发酵香和陈酿香气[9]。葡萄品种之间的差异对香气会产生很大的影响，如“公酿1号”葡萄酿造的原白兰地中共检测出10种醇类、16种醛类、2种酮类、3种酸类、34种酯类，其中己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯等中链脂肪酸乙酯含量相对更高，且对白兰地香气有积极的作用[10]。另外，一些萜烯类化合物，橙花醇表现为花香，黄樟醚表现为甜香，而松油醇和β-松油醇则表现为松柏、肉豆蔻的香气[11]。它们也都是来源于葡萄原料本身且对白兰地的特殊香气有突出贡献。

葡萄原料本身由于光照、温度等环境因素的不同，产生的次生代谢产物也有很大差异，因此，除葡萄品种的影响外，不同产区的葡萄所酿白兰地具有其独特的感官品质[12-13]。如今国产葡萄酒以产区为切入点，从生态环境、产区文化、酿造工艺、营销方式等多方面着力进行传播，抱团打造“产区名片”[14]。但目前对于白兰地的产区特征研究尚少，深入探究不同产地的葡萄果实和特有的野生酵母对白兰地质量的影响可为打造高端产地白兰地提供重要依据。

2.2 酵母发酵对香气的影响

不同酿酒酵母酒精发酵后蒸馏出的白兰地香气成分也有所不同，主要体现在白兰地基酒的酿造过程中。由于不同产地土壤和气候的影响[15]，葡萄酿造时存在复杂的微生物菌群，包括酿酒酵母、非酿酒酵母以及其他的细菌等，它们的代谢活动以及之间的相互作用决定着发酵产物的种类和含量[16]，对葡萄酒的品质至关重要。因此，新西兰、美国、法国、意大利等国家进行了大量研究，发现不同产区间的酵母菌群确实存在显著差异，利用高通量测序技术，对微生物的来源以及影响因素进行分析[17-20]。国内中国农业大学黄卫东教授的团队在在产地酵母的开发和选育方面作了较多工作，筛选产地酵母并利用它们进行发酵试验，证实了产地酵母受到风土特性的影响进而作用于产区葡萄酒[21-22]。

经过发酵和蒸馏过程，酵母对基酒的一些作用产物也会被带到原白兰地中（见图1）。程显好等[23]研究了三种商业酿酒酵母对白玉霓白兰地葡萄酒香气成分的影响，用气相色谱与质谱联用方法测定了葡萄汁发酵前后以及葡萄酒蒸馏前后成分的种类和含量，香气成分的差异反映了酵母的产酒精和产酯类化合物的能力不同。酵母参与葡萄的整个发酵过程，在这期间一系列的反应生成了多种化合物，导致用不同酵母发酵最终馏出的原白兰地香气物质差异显著[24-25]。

图1 微生物对白兰地香气成分的影响Fig.1 Effect of microbia on aroma components in brandy

对于醇类化合物来说，通常白兰地中的乙醇含量不超过50%，是酿酒酵母酒精发酵的产物，同时也是形成白兰地酒香的主要物质。除此以外，乙醇发酵副产物—高级醇的存在也具有非常重要的意义，因为这些高级醇具有特殊的芳香，影响白兰地的香冽。高级醇是在葡萄酒发酵过程中，由酵母在厌氧条件下发生氨基酸脱氨基反应或在有氧条件下发生糖脱羧反应，将氨基酸转化而来的[26]。因为它具有挥发性，所以随着白兰地原料酒的蒸馏而转入原白兰地中，在特定比例下，高级醇能够对白兰地的香气成分产生积极影响。前苏联许多专家的研究资料指出，白兰地中的高级醇类主要包括正丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇等[27]。由于乙醇和高级醇的存在，它们能够合成高级脂肪酸乙酯，使用不同酵母菌株，酯的产量和成分组成也有所不同。

在刚蒸馏出来的白兰地中含有的酸类物质大部分是挥发酸。白兰地中的有机酸主要有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸、己酸、辛酸、癸酸等，这些有机酸是在发酵过程中形成的。在乙醇的存在下，大部分挥发性有机酸参与酯化反应转化为酯类[28]。主要存在的乙酯有乙酸乙酯、异丁酸乙酯、异戊酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯等，它们大多提供了丰富的花香和果香[29]。这些乙基酯大部分是由发酵过程中一系列代谢活性物质（己酸、癸酸、癸酸和月桂酸的脂肪酸酯）产生的以及酵母自溶作用而产生的。

另外，白兰地中大多数羰基化合物也都是由酵母所产生的，包括乙醛、巴豆醛、丙醛、异丁醛和戊醛等。其中乙醛最多，有特殊的刺激性香味，蒸馏时集中在初馏部分，难以完全分离。乙醛、乙酸乙酯和戊醇的比例极大地影响了馏出物的最终风味和品质[30]。因此，也从侧面反映出酵母对白兰地的香气产生以及协调性有非常大的影响。

不仅是酿酒酵母，非酿酒酵母也逐渐应用到葡萄酒的酿造过程中。具有更高的β-葡萄糖苷酶活性的非酿酒酵母可释放糖苷形式的香气化合物，如α-水芹烯、α-法呢烯等，将这种非酿酒酵母与酿酒酵母共同接种发酵，产出的白兰地显示出最高浓度的乙酯、乙酸异戊酯、2-苯基乙酸乙酯、棕榈酸乙酯和己醇，改善了白兰地的风味[31]。和低酒精度的葡萄酒一样，酿酒酵母和非酿酒酵母之间也存在相互作用，共同培养时存在竞争抑制，即使将酿酒酵母的接种量降低100倍，共培养体系中非酿酒酵母异常汉逊酵母的生长仍会受到很强的抑制作用。而采用顺序接种发酵的方法，先接种异常汉逊酵母生长到对数期后再接种酿酒酵母混合发酵，最终蒸馏出的苹果白兰地挥发性物质种类最多，协同作用下有效促进了更多酯类、醇类物质的合成，丰富了香气成分的种类[32-33]。

通过对白兰地酿造过程中涉及的产区风土、酿酒酵母和非酿酒酵母等发酵微生物的研究，可为酿造身份清晰的高端小产区白兰地提供具有自主知识产权的微生物资源和技术。

2.3 陈酿对香气的影响

白兰地原料葡萄酒经过蒸馏所得的原白兰地香味不圆熟，质地粗糙，需要经橡木桶多年贮存陈酿，才能达到成熟完美。白兰地经橡木桶贮存，能使酒由无色变成黄棕色，酒体由辛辣变得柔和、甘冽、绵延、细腻。因此，原白兰地的老熟条件（老熟方法、贮存年限以及贮存过程中的管理）在决定白兰地酒的质量方面起着举足轻重的作用。传统的白兰地陈酿是在橡木桶中进行，在这个过程中可以根据需要，用蒸馏水或软化水循序渐进地降低酒精浓度。一般来说，白兰地在橡木桶中贮存时间越长，质量就越好[34]。

2.3.1 橡木贮存的影响

白兰地在橡木桶中陈酿期间，橡木和白兰地之间的接触会相互作用，发生一系列的物理化学反应，导致白兰地中多种化合物发生变化，影响最终产生的香气。

一方面，木材中的化合物能够被白兰地浸提出来，成为组成白兰地香气的一部分[35]。就橡木桶陈酿来说，一系列羰基化合物由桶板转入原白兰地中，包括香兰素、丁香醛、松柏醛、对羟基苯甲醛等，赋予白兰地香草、椰子和丁香等香气。橡木桶烘烤过程中半纤维素迅速焦糖化，产生的呋喃类化合物糠醛和5-甲基糠醛能够释放出焦糖和咖啡的香气[36-37]。挥发性的酚类化合物如愈创木酚、4-甲基愈创木酚、丁子香酚、2,6-二甲氧基苯酚等，大多是由木质素降解产生，有着丁香、香草和烟熏香料味，增加了白兰地的复杂香气[38]。另外，在白兰地中发现吡啶、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、喹啉等含氮物质，赋予白兰地特有的烘烤味。

另一方面，由于橡木特殊的组成成分和木质结构，在陈酿过程中，少量的氧气穿透了桶壁的小孔渗透并扩散到白兰地中引起氧化反应。氧化反应是白兰地增加酒香和木香的动力，氧化陈酿是白兰地优雅、成熟的标志。陈酿白兰地一般含有20 mg/L的氧，白兰地的老熟陈化过程本质上也是一个缓慢氧化的过程。

具体来看，白兰地在橡木桶陈酿过程中参与发生氧化反应的主要化学成分有醛类、糠醛、酸类及酯类。其中，乙醛是最主要的醛类，占总醛量的90%，主要来自酒精的氧化[39]。在原白兰地的长期贮藏过程中，由于空气中的氧氧化了醇类而形成醛，醛与乙醇分子相结合形成缩醛，使原白兰地具有一定的芳香（图2）。如乙醛与乙醇分子结合即成为乙缩醛，它也属于芳香物质，其含量随着陈酿时间的延长而提高，同时乙醛本身也在不断氧化成乙酸[40-41]。

图2 白兰地在橡木桶陈酿期间的化学变化Fig.2 Chemical changes of brandy during aging in oak barrels

随着现在对橡木桶陈酿白兰地研究的逐渐深入，越来越多的橡木桶替代品被开发出来，并在在美国、澳大利亚和智利等其他国家广泛使用，这些国家的酿酒师也尝试了许多种其他木材，包括樱桃木、核桃木、桑木、栗木等[42-43]，由于这些不同品种的木材孔隙率和氧气透过率的不同，它们陈酿的白兰地的香气成分也有很大差异，其中樱桃木陈酿的白兰地中丁香醛、松柏醛和3,4,5-三甲氧基苯酚含量更高，栗木能够带给白兰地更多优质的香气化合物[44]。另外，橡木的产地、种类、烘烤程度等，也是影响白兰地香气成分的重要因素。一些酒庄会用经过雪利酒调味后的橡木桶陈酿白兰地，这种情况下，除了橡木的作用外，白兰地还将获得独特香气或甜味，这取决于酒桶曾经盛装的酒的感官特征[45]。

2.3.2 陈酿时间的影响

白兰地的陈酿时间也是影响香气的重要因素，因此对于白兰地的评级也会有酒龄的限制标准。一般来说，陈酿时间越长，白兰地与橡木桶的接触时间越长，浸提萃取出来的挥发性香气化合物也就越多[46]。

在贮藏的原白兰地中，挥发酸主要是乙酸，来自于乙醇、乙醛的氧化，其含量随着陈酿时间的延长而明显提高，主要是由于陈酿期间脂肪醇氧化成醛，醛进一步氧化形成酸，导致一些醇类化合物减少及酸的增加[47]。据测定在新桶中贮存6个月的白兰地中乙酸含量为239 mg/L，pH为4.25，贮存至5年后其乙酸含量增加至405 mg/L，pH值降为4.11，贮存至10年乙酸含量为676 mg/L，pH值降为3.94，待贮存至14年后乙酸含量提高至818 mg/L，而pH值下降到3.80[39]。

在陈酿过程中醇与酸作用生成酯类，其中乙酸乙酯是主要的酯类，是白兰地的主体香之一。刚蒸馏好的新白兰地中乙酸乙酯的含量为348 mg/L，经橡木桶陈酿3年后其含量增加为419 mg/L，5年后增至484 mg/L，10年后升至668 mg/L，以后随着陈酿时间的延长仍不断上升，至第50年可高达1 458 mg/L，其过多的积累将产生一种不良气味，有损白兰地酒质[48]。其他所含较多的酯类，如乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕桐酸乙酯及油酸乙酯等也随着陈酿时间的延长而有所增加。此外，高级醇类如丙醇、异丁醇也有所增加，与乙醇比较，高级醇的变化较小，通常仅占变化的2%[49]。

勃尔列在连续20年以上的时间里，对1910年生产的原白兰地进行分析，发现总酯的含量（换算成乙酸乙酯）基本上是不变化的，但是，随着陈酿时间的延长，酯的性质有所变化，即挥发酯的含量逐渐升高，难挥发酯的含量逐渐降低。蒸馏不同酒龄的原白兰地，分成四个馏分，表1是不同馏分酯含量变化情况。

从表1可以看出，在贮藏期间，酯的含量第一馏分增加了，第四馏分降低了，而第二和第三馏分，变化很小，几乎在同一个水平上。

表1 原白兰地贮存期酯含量的变化Table1 Changes of esters contents in brandy during storage

总的来说，在陈酿初期的白兰地样品中的挥发性化合物主要包括醇类，酸类，酯类，萜烯和C13-类异戊二烯类化合物。而白兰地和橡木桶之间相互作用的产物苯酚和内酯，在陈酿的早期阶段增长趋势缓慢，随后陈酿8年后期迅速增加；另外，除2-糠酸乙酯外，所有呋喃的含量均随老化而显着增加[50]。酚类化合物中，愈创木酚型化合物（松柏醛、香草酸和香兰素等）和丁香酚类化合物（芥子醛、丁香醛和丁香酸等）的总量在陈酿25年间，随着馏出物的老化时间的增加而增加[51-52]。

2.3.3 人工催陈新技术的影响

由于橡木桶成本高昂，管理和操作难度较大且使用寿命短，为了既能达到木桶贮藏效果，又能降低木桶贮藏的成本，葡萄酒人工催陈技术（如微氧熟化氧化法、超高压催陈[53]、电磁场催陈、超声波催陈、高压脉冲电场催陈）成为研究的热点[54]，在关于葡萄酒的催陈研究中，适宜的微氧处理促进游离花色苷向结合态转化，与单宁的发生聚合反应[55]，同时有利于氧化反应生成酯类化合物。超高压催陈处理后的葡萄酒甘油含量明显增加，且香气也有所改善[56]。一定条件的电磁场处理使酒中的极性分子极性键能减弱，利于各类反应的进行。同时，酒中会产生微量过氧化氢，在微量重金属离子作用下，过氧化氢分解出氧原子，促进酒中的氧化作用，促进新缔合体系的建立，酒体内醇、醛、酸、酯的比例趋于协调[57]。有研究者对比高压脉冲电场和磁场对葡萄酒的催陈作用，发现处理后酒样中原花色素、花色苷及有机酸含量均有变化，且高压脉冲电场处理效果更好[58]。这些催陈新技术不仅在葡萄酒中应用广泛，近几年也逐渐应用到其他果酒中，包括蓝莓酒、桑葚酒[59]等。

对于白兰地催陈来说，超高压催陈技术促进白兰地中醛类化合物进一步转化成酯类物质，降低了酚酸、高级醇和黄酮醇的含量[60-61]。超声波催陈能够增加李子白兰地中丁香醛的含量，对感官品质方面有积极的影响[62]。还有使用新技术配合橡木制品进行复合催陈白兰地的一些研究，比较发现超声和重度烘烤的橡木片复合催陈能够取得比较好的效果[63]。但是目前新技术催陈白兰地的研究相对尚少，催陈效果还需进一步明确，相应的催陈技术主要出于试验阶段，尚未产业化，此外，还需要进一步对催陈过程中各组分的动力学变化及其相关机制进行深入探究，为白兰地等酒类催陈技术的推广提供更多理论支持。

3 总结与展望

白兰地复杂的香气物质是改善白兰地风味、提高白兰地内在质量的重要参数。现有研究表明，白兰地的香气成分主要来源于三个方面：一方面，葡萄本身的香气成分随着葡萄加工和原白兰地的蒸馏转入成品白兰地，直接参与香气成分组成，起到决定性的作用；一方面是在发酵过程中，由于酵母菌及其他微生物的活动和化学作用产生各种酯类、醇类和有机酸类；另一方面是橡木桶的长期贮存陈酿，可以浸提橡木中的芳香物质。白兰地酒中芳香物质的种类及其含量随着陈酿时间而发生变化，并且芳香物质的种类、含量、感觉阀值及其之间的相互作用决定着白兰地酒的感官质量，它们是构成白兰地酒质量的主要因素，决定着白兰地酒的风味和典型性。在我国进行白兰地酒陈酿期间典型芳香成分变化的研究不仅具有学术意义，还具有重要的经济和社会效益。但目前对于葡萄原料和酵母的影响研究尚少，随着产地葡萄酒模式的逐渐成熟，针对不同产区的酿酒葡萄和野生酵母对白兰地影响也将成为研究的热点，酿造身份证清晰的高端小产区白兰地是未来发展的趋势。此外，人工催陈新技术对于葡萄酒的研究逐渐成熟，但催陈白兰地的研究尚少，对白兰地的影响以及催陈过程中的成分变化还需要更多的探索，进一步实现技术参数的优化，为生产实践提供更多的理论基础。

因此，通过对我国特色优质酿酒微生物资源的挖掘与在白兰地酿造过程中的应用及其机制研究，同时加强催陈新技术在白兰地的生产中的研究和应用，对于加快推进我国高端小产区白兰地的优质生产与长远发展具有重要意义。