西北地区干红葡萄酒质量相关理化指标的判别功能解析

赵 宇，沙 青，孔彩琳，李运奎,2，李爱华，靳国杰,2, 陶永胜,2,*

(1.西北农林科技大学 葡萄酒学院， 陕西 杨凌 712100；2.陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心， 陕西 杨凌 712100；3.西北农林科技大学 食品科学与工程学院， 陕西 杨凌 712100)

葡萄酒的质量特征由其颜色、味感和香气共同决定。花色苷是葡萄酒中重要的呈色物质，其组成和含量决定葡萄酒的色泽[1-2]。单宁、黄烷醇、黄酮醇等多酚类物质对葡萄酒的味感有重要影响，提供涩味，稳定颜色，具有抗氧化功效[3]，其含量在一定程度上可以综合反映葡萄酒产品的品质优劣。香气是表现葡萄酒风格特点和差异性的关键，受很多因素的影响，如品种、栽培方式、生态气候，以及酿造工艺[4]。现代色谱技术的发展，已能准确测定葡萄酒中众多的挥发性成分和多酚物质，如田欣等[5]采用顶空固相微萃取结合全二维气相色谱- 飞行时间质谱探讨了全二维气相色谱技术在葡萄酒香气解析中的应用，但是昂贵的气相和液相色谱仪器及其较为繁杂的分析方法限制了色谱分析技术在葡萄酒行业的推广。葡萄酒产品的理化指标分析研究发现，虽然干白葡萄酒的pH值、干浸出物含量、色度、总酚含量显著低于干红葡萄酒，但色调则显著高于干红葡萄酒[6]。Harbertson等采用分光光度法测定的葡萄酒CIELab颜色空间参数、总酚和单宁等指标在不同干红葡萄酒产品之间表现出明显的差异性[7]，电子舌和电子鼻的分析数据显示不同产区的不同品种干红葡萄酒之间存在显著差异[8]。分光光度计作为一种广谱性仪器，操作相对较为简单，也可以进行颜色参数以及总单宁含量等的测定，更有利于分析鉴别方法在酒厂等地区的推广和使用。因此，利用分光光度计开发葡萄酒的色泽- 风味理化指标分析用于葡萄酒的质量风格判定和产品溯源，具有可行性。本研究在前人研究基础上，以我国西北地区多个产区多款干红葡萄酒产品为研究对象，基于紫外- 可见光分光光度计检测分析与干红葡萄酒色泽、味感和香气质量相关的多种理化指标，解析其区分产地、品种和年份的判别功能，以期为我国葡萄酒的质量判别和产品溯源提供方法和技术上支持。

1 材料与方法

1.1 葡萄酒样品

实验采集新疆产区楼兰酒庄、新雅酒庄及中信国安酒庄干红葡萄酒14款，其中2017年份赤霞珠(新疆酒样1～7，10, 12～13号)，西拉(新疆酒样8号)、梅鹿辄(新疆酒样9，14号)及品丽珠(新疆酒样11号)干红葡萄酒各1款；宁夏产区中粮云漠酒庄、西夏王国际酒庄干红葡萄酒7款，其中2014～2017年份赤霞珠(宁夏酒样15～18号)干红葡萄酒4款，2017年份梅鹿辄(宁夏酒样19号)、泰纳特(宁夏酒样20号)及丹菲特(宁夏酒样21号)干红葡萄酒各1款；内蒙古乌海产区吉奥尼酒庄、汉森葡萄酒业公司干红葡萄酒6款，其中2014～2017年份赤霞珠(内蒙古乌海产区22～23, 25, 27号)干红葡萄酒4款，2015年份西拉(内蒙古乌海产区24号)干红葡萄酒1款及2016年份梅鹿辄(内蒙古乌海产区26号)干红葡萄酒1款，共计27款。

1.2 实验试剂

无水乙醇、浓盐酸、冰醋酸、乙醛、酒石酸、氢氧化钠、明胶、三氯化铁、十二烷基硫酸钠(sodium laurylsulfonate，SDS)、三乙醇胺(triethanolamine，TEA)、甲醇、氯化钠、香草醛(p-DMACA)等，分析纯，西安化学试剂厂；没食子酸、橡黄素、咖啡酸，分析纯，天津一方科技有限公司；锦葵啶-3-葡萄糖苷标准品、原花青素标准样品、6-羟基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸(6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid，Trolox)标准品、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picylhydrazyl，DPPH)，Sigma公司。

1.3 仪器与设备

UV-1780型紫外可见分光光度计，岛津仪器(苏州)有限公司；TGL-16M型台式高速冷冻离心机，长沙湘仪离心机仪器有限公司；KH-500DE型数控超声波清洗器，昆山禾超声仪器有限公司；ME203E型电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.4 指标分析方法

1.4.1常规理化指标测定

常规理化指标参考文献[9]测定，包括总酸(以酒石酸计，g/L)、挥发酸(以醋酸计，g/L)、总二氧化硫、游离二氧化硫、还原糖、酒精度、干浸出物、pH值。

1.4.2CIELab参数的设定

将干红葡萄酒样品过0.45 μm水系滤膜，用紫外分光光度计扫描380～780 nm的吸收光谱，间隔1 nm。用蒸馏水作为空白对照，每个酒样重复3次[10]。

1.4.3总酚、酒石酸酯、黄酮醇、黄烷醇和总花色苷的含量测定

参考文献[11]，用紫外分光光度计测定280、320、360、520 nm下的吸光度，分别对应总酚(A280)、酒石酸酯(A320)、黄酮醇(A360)、花色苷(A520)的吸光度，由标准曲线计算出含量。

黄烷醇使用p-DMACA-盐酸法进行测定[12-13]。根据实际吸光度大小稀释葡萄酒，取稀释后试样0.1 mL和3 mL的p-DMACA溶液于试管中，充分摇匀待其反应后在640 nm处测定其吸光度，用去离子水代替样品做对照调零。每个样品重复3次，结果以儿茶素等价值表示，mg/L。

1.4.4单体花色苷、多聚体花色苷和辅色素的含量测定

将乙醛溶液加入处理酒样中，室温下静置45 min，用紫外分光光度计在520 nm波长下测定吸光度Aacet；取2 mL酒样，用紫外分光光度计在520 nm波长下测定吸光度A520；将质量浓度为0.05 g/mL的SO2溶液，加入至处理酒样中，在520 nm波长下测定吸光度ASO2[14-15]。

x(辅色素)=c(辅色素)/c(总花色苷)= (Aace-A520)/Aacet×100%。

(1)

x(单体花色苷)=c(单体花色苷)/c(总花色苷)= (A520-ASO2)/Aacet×100%。

(2)

x(多聚体花色苷)=c(多聚体花色苷)/c(总花色苷)=ASO2/Aacet×100%。

(3)

式(1)、(2)、(3)中，A520为未经过处理的酒样的吸光度，ASO2为用SO2溶液处理的酒样的吸光度，Aacet为用乙醛溶液处理的酒样的吸光度，每个样品重复3次。

1.4.5总单宁的含量测定

取10 mL离心管，用蒸馏水稀释酒样，再加入3 mL浓盐酸，锡箔纸包严避光，沸水浴30 min后迅速冷却，加入无水乙醇，在550 nm下测定吸光度A1; 另一组采用相同处理方法，常温放置30 min，在550 nm下测定吸光度A2[11,14]。

ρ(总单宁)=(A1-A2)×19.33。

(4)

式(4)中，ρ(总单宁)是总单宁的质量浓度，g/L；A1为经过沸水浴处理的酒样的吸光度；A2为常温处理的酒样的吸光度。

1.4.6盐酸指数测定

盐酸指数可以表征葡萄酒中高聚合单宁的比例。

取2 mL离心管，加入500 μL酒样，250 μL蒸馏水，750 μL浓盐酸，摇匀后立即取200 μL混合液，加蒸馏水稀释，用紫外分光光度计在280 nm下测定吸光度A3；另一组采用相同处理，混合均匀后常温下静置7 h，离心后去掉沉淀，取上清液，加入蒸馏水，在280 nm下测定吸光度A4[14-15]。

x(盐酸指数)=(A3-A4)/A3×100%。

(5)

式(5)中，A3为未经放置7 h处理酒样的吸光度，A4为放置7 h处理的酒样的吸光度。

1.4.7乙醇指数测定

乙醇指数可以表征葡萄酒中单宁与多糖结合的比例。

取5 mL离心管，加入0.4 mL酒样，3.6 mL无水乙醇，混合均匀，立刻取混合液，加蒸馏水稀释4倍，用紫外分光光度计在280 nm下测定吸光度A5；另一组采用相同处理，混合均匀后常温下静置24 h，离心后去掉沉淀，取上清液，加入蒸馏水，用紫外分光光度计在280 nm下测定吸光度A6[14-15]。

x(乙醇指数)=(A5-A6)/A5×100%。

(6)

式(6)中，A5为未经放置24 h处理酒样的吸光度，A6为放置2 h处理的酒样的吸光度。

1.4.8离子化指数测定

离子化指数可以表征对颜色起贡献的花色苷比例。

取稀释后酒样，在520 nm下测定吸光度A7；在酒样中加入质量分数为7%NaHSO3溶液，在520 nm下测定吸光度A8；在酒样中加入2.8 mL的HCl溶液(0.1 N)，加入蒸馏水，在520 nm下测定吸光度A9；在酒样中加入2.8 mL的HCl溶液(0.1 mol/L)，再加质量浓度为0.07 g/mL的NaHSO3溶液，在520 nm下测定吸光度A10[14]。

x(离子化指数)= [(A7-A8)×(12/10)/(A9-A10)× (100/95)]×100%。

(7)

式(7)中，A7为未加NaHSO3溶液对照组酒样的吸光度，A8为加入NaHSO3溶液酒样的吸光度，A9为未加HCl溶液对照组酒样的吸光度，A10为加入HCl溶液酒样的吸光度。

1.4.9抗氧化性测定

采用葡萄酒清除DPPH自由基活性法测定。取葡萄酒样品加到3.9 mL DPPH甲醇溶液中，室温下避光反应20 min，在517 nm处测定吸光度，每个酒样处理重复3次。对照以甲醇溶液代替样品[16]。

1.5 香气特征的测定

培训品评员并进行酒样感官分析[17]，香气特征采用香气特征词汇的使用频率和强度平均值进行几何平均数量化，计算方法见式(8)。

(8)

式(8)中，F为某一特征感官的量化值，计算方法见式(9)。

F=(品尝组中使用某一特征词汇的人数)/ (品尝组人数)×100% 。

(9)

式(8)中，I为某一特征感受的强度率，计算方法见式(10)。

I=(品尝组对某一感官特征的平均得分)/ (最高分值)×100% 。

(10)

1.6 数据分析

采用IBM SPSS Statistics 22.0进行方差分析、主成分分析、聚类分析，评价各类指标在不同样品之间的差异以及产品溯源的判别功能。

2 结果与讨论

2.1 常规理化指标的分析结果

常规理化指标检测结果均符合国家标准。对常规理化指标进行主成分分析，发现前两个主成分占总体方差的50%，聚类效果较差，因此，不以常规理化指标作为判别分析的指标。

2.2 色泽相关指标分析

2.3 味感相关指标分析

单宁等多酚物质是葡萄酒味感的重要贡献成分[19]，供试酒样的味感相关理化指标的检测值见表2。总酚质量浓度446.85～2 455.51 mg/L，黄酮醇质量浓度381.38～1 330.90 mg/L，黄烷醇质量浓度182.15～633.23 mg/L，抗氧化活性530.29～947.05 μmol/L，单宁质量浓度1.27～6.49 g/L，供试酒样之间存在显著性差异。盐酸指数反映干红葡萄酒中高聚合单宁的比例，在10%～25%表明酒样适合陈酿，在35%～40%，高聚合单宁就很容易发生沉淀[22]。供试酒样的盐酸指数在1.89%～35.68%，酒样间差异显著。乙醇指数反映葡萄酒中与多糖结合的单宁比例，乙醇指数越高，葡萄酒的收敛性越弱，口感越柔和[21]，供试酒样的乙醇指数范围1.87%～44.47%，差异明显。数据PCA结果见图2。前两个主成分占总体方差的65.93%。新疆酒样绝大多数都分布在第一主成分的正向端，总酚、盐酸指数、乙醇指数和抗氧化性等味感指标与新疆产区酒样靠近；宁夏酒样大多分布在第三象限，内蒙古乌海酒样大多分布在第二象限，总单宁、黄酮醇和黄烷醇在这两个区域。味感理化指标对葡萄酒产地和年份的判别效果较好，但味感指标对不同品种的葡萄酒判别效果不佳。

2.4 香气相关指标分析

研究发现，酯类物质是葡萄酒中的重要的呈香物质，而果香是葡萄酒产品质量和风格的主要体现特征[23-24]。酒石酸酯和总酸含量均是果香酯类物质平衡的重要影响因素。供试酒样的香气相关指标的分析结果见表3。酒石酸酯质量浓度566.67～1 365.56 mg/L，总酸质量浓度5.23～8.71 g/L，不同酒样之间有酒石酸酯和总酸具有显著性差异。酒石酸酯是葡萄酒的酒石酸和乙醇通过脱水生成的酯类化合物，是葡萄酒香气的重要物质之一，但它在陈酿过程中逐渐消失，可以反映出葡萄酒的酯化情况[25]。葡萄酒的量化香气特征包含热带水果、温带甜果和温带酸果，气味强度值在30%～80%范围，酒样之间有差异。数据PCA结果见图3，前两个主成分占总体方差的83.10%。新疆酒样绝大多数都分布在第三象限；宁夏产区的酒样大多分布在第一、二象限，内蒙古乌海产区的酒样大多分布在第一、三象限，总酸、酒石酸酯、果香特征集中分布在第一象限。分析可知，香气相关指标对不同产区和品种的酒样有较好的判别效果，而对不同年份的葡萄酒判别效果一般。

表1 供试酒样色泽相关理化指标Tab.1 Color related physiochemical indexes of wine samples

图1 色泽相关指标在前2个主成分上的载荷分布Fig.1 Loading distribution of color related indexes on first two PCs

表2 供试酒样味感相关理化指标

续表2

图2 味感相关指标在前2个主成分上的载荷分布Fig.2 Loading distribution of taste related indexes on first two PCs

表3 供试酒样香气相关理化指标

续表3

图3 香气相关指标在前2个主成分上的载荷分布Fig.3 Loading distribution of aroma related indexes on first two PCs

2.5 理化指标的总体分析

选择差异性相对较大的理化指标进行供试酒样数据的PCA处理，前2个主成分占总体方差的67.32%，结果见图4。总酚、单体花色苷、离子化指数、盐酸指数、颜色空间参数L*、a*以及果香特征分布在第二象限和第三象限，新疆酒样也均分布于该区域，表明新疆酒样中以上指标含量较高。宁夏酒样位于第一、四象限，多聚体花色苷、色调h*以及多酚指标在其附近分布，有总花色苷、黄酮醇、酒石酸酯、黄烷醇，表明宁夏产区酒样色调和多酚含量相对较高。内蒙古乌海酒样分布相对较分散。2017年份酒样集中分布在第一主成分的负向端，其他年份酒样分布在正向端，主要集中于第四象限；赤霞珠酒样分布在第二主成分的负向端，主要集中在第三象限，其他品种分布在y轴正向端。综合分析，色泽、味感和香气指标的整体判别酒样产地、品种和年份的效果更好，在一定程度上可以用于表征葡萄酒的质量特征。

供试酒样质量相关指标的聚类分析结果见图5。新疆、宁夏和内蒙古乌海产区的酒样在距离为17时被划分成了3类，其中，新疆产区的酒样被划分为了第一类，内蒙古乌海产区的22号和23号酒样被划分为了第二类，第三类则包括内蒙古乌海产区的24号和26号酒样以及宁夏产区的全部酒样。同时，新疆产区的酒样又被划分为了4小类，聚类效果较好，产地判别的正确率超过90%，从侧面反映出干红葡萄酒质量相关理化指标在一定程度上对不同产区葡萄酒的判别效果显著。

图5 供试酒样质量相关理化指标聚类分析Fig.5 Cluster analysis of physicochemical indexes related to wine quality

3 结 论

本研究以西北地区新疆产区、宁夏产区和内蒙古乌海产区的干红葡萄酒为材料，基于紫外- 可见光分光光度计检测酒样的色泽、味感及香气相关理化指标，并进行葡萄酒香气特征的感官量化分析，以解析西北地区不同产地、品种和年份的判别功能。数据结果表明：常规理化指标可以反映出葡萄酒的质量状况，但不能很好地用于评判葡萄酒的质量特征和风格；色泽质量相关理化指标可以体现出不同年份干红葡萄酒的色泽差异性，判别效果较显著，而对不同品种的葡萄酒判别效果一般，对于不同产区判别效果较差；味感质量相关理化指标可以表现出不同产区和年份的葡萄酒的口感差异性，但对不同品种的葡萄酒判别效果不理想；香气质量相关理化指标能够评价葡萄酒香气特点，对于不同产区和年份的葡萄酒有较好的判别效果，而对不同品种的酒样判别效果一般。综合葡萄酒色泽、味感和香气相关理化指标的色泽- 风味理化指标对不同产区、年份及品种进行判别，判别效果强于单独以色泽、味感及香气理化指标进行的判别分析，在一定程度上可以表征葡萄酒的质量风格。三个产区的葡萄酒经聚类分析共被成功划分成三类，正确率为90%，表明干红葡萄酒质量相关理化指标对西北地区干红葡萄酒的判别效果较显著。因此，基于分光光度法开发的干红葡萄酒色泽- 风味理化指标的大数据具有判别西北地区干红葡萄酒产地、年份和品种潜在的推广应用前景。