贺兰山东麓产区‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄酒香气特征研究

何少华，都振江，商华，闫梅玲，兰义宾*，项文婷，秦燕飞

（1.中粮长城葡萄酒（宁夏）有限公司，宁夏银川 750100；2.中国农业大学食品科学与营养工程学院/葡萄与葡萄酒研究中心，北京 100083；3.中国长城葡萄酒有限公司，河北张家口 075400）

葡萄酒的品质由其外观特征、香气、滋味等因素综合来决定。葡萄酒香气的组成和含量与多方面因素相关，如品种、生长环境、成熟度、酿造技术、后期工艺处理等[1-2]，利用仪器检测手段分析葡萄酒的香气已成为人们衡量葡萄酒感官品质的重要参考依据。研究发现，葡萄酒中包含着复杂的香气物质成分，目前已经鉴定出的有1300多种，主要包括醇、醛、酮、酸和酯等化合物，赋予葡萄酒特殊又复杂的香气，其中包括黑樱桃、黑莓、花朵和奶油脂肪等水果、花卉和香料的香气[3]。相同或者不同品种葡萄酒的香气成分在不同产区或者不同地块均有明显差异，使葡萄酒展现出不同质量和风格，从而具有一定的产地和品种特征[4-6]。

‘赤霞珠’和‘美乐’是两种主流红葡萄品种，被世界许多葡萄酒产区广泛种植，并用于酿制红葡萄酒[7]。在中国，贺兰山东麓葡萄酒产区因拥有得天独厚的地理环境、优越的气候条件、独特的土壤环境和高品质酿造技术，成为我国最大的酿酒葡萄产区之一。截至2022年底，贺兰山东麓的酿酒葡萄种植面积已经达到3.88万 hm2，约占全国酿酒葡萄总面积的三分之一[8]。研究葡萄酒的香气成分对于理解当地葡萄品种的特点及不同葡萄酒的品质、风格差异非常重要，也有助于提高酿酒技术和工艺水平，推动产业发展，并为消费者提供更加多样化的优质产品。

本试验检测了宁夏贺兰山东麓产区的‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄酒的挥发性香气物质，旨在为分析产区酿酒葡萄香气特征和风格品质提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地和材料

‘美乐’（Merlot，ME）和‘赤霞珠’（Cabernet Sauvignon，CS）品种葡萄均来自2020年份的宁夏贺兰山东麓葡萄酒产区，每个品种采自5个典型的子产区，从南到北选取5块葡萄园，它们的地理位置在谷歌地图（https://www.google.com/maps/place/）采集。5个子产区分别为红寺堡产区（106.17°E，37.33°N）、青铜峡广武产区（105.90°E,37.85°N）、甘城子产区（105.91°E，38.04°N）、三关口产区（105.94°E，38.38°N）、金山产区（106.07°E，38.71°N），整体取样基本在同一经度上，最南端产区的纬度为37.33°N，最北端产区的纬度为38.71°N，南北差距1.38°。红寺堡葡萄园为沙壤土，青铜峡广武葡萄园为风沙土和灌淤土结合，甘城子葡萄园为风沙土带有少量砾石，三关口和金山葡萄园主要为砾石土壤，各葡萄园管理水平良好。根据当地气候条件和两品种的成熟情况，葡萄果实在适当成熟系数采收[9-10]，‘美乐’采收时间为9月22日至9月24日，‘赤霞珠’采收时间为10月6日至10月8日，除梗破碎入料，采用常规干红发酵工艺酿造，每个酒样从入料、发酵、储存均在独立的容器中，确保试验结果反映不同葡萄的品种特征。各酒样命名为红寺堡‘美乐’（HSP-ME）、红寺堡‘赤霞珠’（HSPCS）；青铜峡‘美乐’（QTX-ME）、青铜峡‘赤霞珠’（QTX-CS）；甘城子‘美乐’（GCZ-ME）、甘城子‘赤霞珠’（GCZ-CS）；三关口‘美乐’（SGK-ME）、三关口‘赤霞珠’（SGK-CS）；金山‘美乐’（JS-ME）、金山‘赤霞珠’（JS-CS）。酒精发酵后进行常规理化指标检测，原酒经苹果酸-乳酸发酵后，在不锈钢罐稳定储存6个月后对其香气物质进行检测。

1.2 仪器设备与试剂

1.2.1 试验设备

50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头：美国Sigma-Aldrich公司；HP-Innowax色谱柱（60 m×0.25 μm×0.25 mm）：美国Agilent Technologies公司；QP2010 Ultra气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪：日本岛津公司；2RO/DI-digital型纯水仪：上海和泰仪器有限公司；DP-98-ⅡA型电热恒温水浴锅：天津泰斯特仪器有限公司；UV-3100型紫外分光光度计：上海美普达仪器有限公司；PHS-3C型pH计：上海仪电科学仪器有限公司；ME204E型分析天平：METTLER TOLEDO公司；THD-0505型低温恒温槽：宁波天恒仪器厂。

1-己醇、1-丁醇、丁酸乙酯、2-辛醇、2-甲基丁酸乙酯、1-戊烯-3-醇、异戊酸乙酯、2-庚醇、异丁醇、3-甲硫基丙醇、戊醇、正丁醇等标准品（纯度均＞98%）：美国Sigma-Aldrich公司。4-甲基-2-戊醇、乙醇（纯度均＞98%）：美国Thermo Fisher Scientific公司；氯化钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 理化指标的测定

各葡萄采收后，经过穗选、粒选后除梗破碎，加入果胶酶和50 mg•L-1的SO2，置于15 t的小型不锈钢罐中，添加已活化的酵母，控温24～26 ℃进行发酵，待发酵至残糖＜4 g•L-1时，即判定酒精发酵结束，进行皮渣分离，最后进行稳定澄清，得到10个干红葡萄酒酒样，分别进行理化指标的检测。葡萄酒的理化指标（酒精度、总糖、可滴定酸、挥发酸、pH、干浸出物）分析测定依据国标GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》和GB 2758—2012《食品安全国家标准发酵酒及其配制酒》执行。色度采用分光光度计法，测定波长420、520、620 nm下的吸光值，取三者之和。检测后取不同地区同一品种的数据平均值进行分析。

1.3.2 香气物质的测定

对各酒样的香气物质进行检测，检测后取同品种不同地区的平均值进行分析。挥发性风味物质采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析。

顶空固相微萃取（HS-SPME）：称取1 g NaCl于15 mL样品瓶，加入5 mL酒样，10 μL内标（4-甲基-2-戊醇，1617 mg•L-1），立即拧紧样品瓶盖，放置在自动进样器的样品架上。平衡稳定30 min（温度为40 ℃），萃取30 min，确保样品瓶中香气物质达到气-液和气-固平衡；将萃取头插入样品瓶顶空部分，持续在40 ℃下搅拌30 min。在GC-MS进样口解析8 min（250 ℃，老化时间2 min）。

气相色谱条件：样品采用不分流模式，使用高纯度（纯度＞99.999%）氦气作为载气，进样口温度为250 ℃，流速1 mL•min-1，吹扫流速3 mL•min-1。柱温在50 ℃保持1 min后升温至220 ℃，升温速率为2 ℃•min-1，保持5 min。质谱测试条件：使用电子电离（EI）源进行电离，离子源温度设定为230 ℃，质谱接口温度设定为250 ℃，质量扫描区间为30～350 amu，进样时长约1 min，溶剂延迟时间为3.5 min。采用基于标准香气成分保留时间（RT）对比的方法，结合美国国家标准技术研究所（NIST 14）标准谱库检索比对结果进行挥发性香气化合物的定性分析。同时，使用标准品制作标准曲线，并基于该曲线进行定量，单位为μg•L-1。

1.4 数据分析

采用Excel 2019软件进行数据整理；采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析；采用Origin Pro 2022软件作香气物质的雷达图、聚类热图和主成分分析；利用SIMCA-P 14软件建立偏最小二乘判别分析模型，对香气物质进行可视化趋势分析，并筛选重要特征香气物质。

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2 结果与分析

2.1 两个品种葡萄酒的理化指标

由表1可以得出，两个品种的葡萄酒理化指标均符合国标GB/T 15037—2006《葡萄酒》规定，且均为干型红葡萄酒。两个品种间的pH存在显著性差异，‘美乐’（ME）的pH为3.44，‘赤霞珠’（CS）的pH为3.65，较ME高；干浸出物存在显著性差异，CS含量31.4 g•L-1显著高于ME的27.88 g•L-1；酒精度、总糖、可滴定酸、挥发酸、色度等5个理化指标无显著性差异。

表1 ‘美乐’和‘赤霞珠’品种葡萄酒的理化指标Table 1 Physicochemical indexes of 'Merlot' and 'Cabernet Sauvignon' varieties

2.2 两个品种葡萄酒的香气物质分析

2.2.1 葡萄酒香气物质含量

两个品种葡萄酒样中，共检测出香气物质84种，如表2所示。葡萄酒挥发性香气物质类型较为相似，C6醇类物质5种，高级醇类物质21种，脂肪酸乙酯类物质16种，乙酸酯类物质6种，其他酯类6种，萜烯类8种，倍半萜类2种，降异戊二烯类1种，醛酮类10种，脂肪酸类7种，果香硫醇2种。两葡萄品种共计20种物质的含量存在显著差异，其中1-己醇（青草味、生青味）、乙偶姻（奶油味、脂肪味）、水杨酸甲酯（青草味、新鲜味、冬青油味）、乙酸（醋酸味）4种物质的含量差异极显著；其余16种物质为顺式-2-己烯-1-醇、1-戊醇、顺式-6-壬烯-1-醇、3-甲基-2-丁烯醇 、2-庚醇、辛酸乙酯、月桂酸乙酯、水杨酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸己酯、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯 、己酸异戊酯、辛酸异戊酯、异戊醛、丁酸。

表2 ‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄酒的香气物质含量和OAV值Table 2 Analysis of the volatile substance content and OAV values in 'Merlot' and 'Cabernet Sauvignon' wines

2.2.2 两个品种葡萄酒的香气物质含量分析

两个品种葡萄酒的香气物质类型具有相似性，在香气物质的含量上有一定差异。对ME和CS各5个样本进行聚类分析绘制图1（左），CS品种（B区）各类香气物质含量整体上较ME品种（A区）高，且CS品种单品中，随着地理位置从南向北的变迁，香气物质的含量呈现出逐渐增加的趋势。通过对两个品种香气物质类别进行主成分（PCA）分析绘制图1（右），主成分1（PC1）43.6%，主成分2（PC2）23.1%，PC1和PC2的贡献解释了总变异的66.7%，整体区分度良好；ME酒样的香气物质较为相近均位于第三象限，CS酒样居于第一、二、四象限，说明所测不同产区的ME酒样特征相似度高；ME仅在PC1上有降异戊二烯类物质和PC2成分中的果香硫醇类、萜烯类、高级醇类物质为主要特征，CS品种（除HSPCS外）在PC1上除降异戊二烯类物质外的其他物质均为主要特征，且CS各酒样之间差异较大。

图1 ‘美乐’和‘赤霞珠’酒样香气物质类别的聚类热图（左）和主成分分析（右）Figure 1 Cluster heat map (left) and principal component analysis (right) of aroma substance kinds of'Merlot' and 'Cabernet Sauvignon' wine samples

表3所示，ME香气总含量达到1034.04 mg•L-1，CS香气总含量较高达到1175.10 mg•L-1，两酒样中的香气物质主要以高级醇类、脂肪酸类、脂肪酸乙酯类、醛酮类物质为主；两酒样香气物质含量占比差异较大，高级醇类物质在ME中占比66.01%，在CS中占比60.75%；脂肪酸类物质在ME中占比28.97%，在CS中占比32.97%；脂肪酸乙酯类物质在ME中占比3.98%，在CS中占比3.89%；醛酮类物质在ME中占比0.92%，在CS中占比2.22%；其余物质占比约0.11%。两酒样的香气物质含量中C6醇类、醛酮类、脂肪酸类3类物质存在极显著差异，乙酸酯类物质存在显著差异，且均为CS较ME高。高级醇类物质在ME中的占比显著高于CS，乙酸酯类物质和醛酮类物质在ME中的占比显著低于CS。

表3 两品种葡萄酒各种类香气物质含量和占比Table 3 Content and proportion of volatile substances in two wine samples

2.3 两品种葡萄酒的香气物质OAV值分析

2.3.1 香气物质的OAV值差异性

为探究ME和CS品种葡萄酒的香气物质对酒的气味贡献度和差异，由表2可知，两个品种共23种物质OAV＞1，其中异戊醇（酒精味、指甲油味）、甲硫基丙醇（煮西红柿、橡胶）、辛酸乙酯（香蕉、梨、花香）、己酸乙酯（香蕉、青苹果）、乙酸异戊酯（香蕉味）、乙醛 （辛辣味、溶剂味）、苯甲硫醇（烟熏、打火石）、苯乙醇（花香）8种香气物质的OAV值＞10，对酒的气味贡献较大。

对ME和CS各5个酒样的OAV＞1的香气物质进行聚类分析绘制图2，可看出两者差异性，ME酒样主要以乙醛、己酸乙酯、己酸、丁酸乙酯、辛酸、辛酸乙酯、异戊醛、2,3-丁二醇等12种香气物质为品种差异性特征，葡萄酒中的草本、果香、花香、奶酪味、脂肪味更突出；CS酒样主要以甲硫基丙醇、乳酸异戊酯、乙酸、乙偶姻、乙酸异戊酯、乙酸乙酯、苯乙醇、异戊醇、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯、异丁醇、苯乙醛、苯甲硫醇、1-辛烯-3-醇、1-己醇等17种香气物质为品种差异性特征，葡萄酒中的酒精味、溶剂味、指甲油等化学味和果香、烟熏、打火石、蘑菇味等更为突出，构成了葡萄酒香气的多样性和复杂性。

图2 酒样中OAV＞1的香气物质相关性聚类热图Figure 2 Correlation cluster heat maps of volatile compounds with OAV>1 in wine samples

2.3.2 OAV值评价ME和CS品种葡萄酒的香气质量

根据表2中各香气物质OAV＞1的成分，使用Origin对数据进行标准化（归一化）处理，对两个品种香气归为9类并利用OAV累计值作香气轮廓图，结果如图3。由图3可知，两个品种葡萄酒在香气类型上相似，主要表现在香蕉果香、化学味、花香、苹果等香气类型，两者在香气类型的贡献程度上有一定差距，ME葡萄酒在果香（辛酸乙酯）香气和花香较突出，CS葡萄酒在草本味（1-己醇）、化学味（异戊醇、乙醛 ）、其他类中的蘑菇/橡胶（1-辛烯-3-醇、甲硫基丙醇）、苹果果香（己酸乙酯、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯）等香气类型突出。

图3 两葡萄酒样品的香气轮廓图Figure 3 Aroma outline of two wine samples

2.4 葡萄酒香气成分的OPLS-DA分析

利用SIMCA-P 14基于OAV＞1的23种香气定量结果对两品种酒样建立正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）模型，对香气物质进行可视化趋势分析（图4）。通过OPLS-DA分析模型，该模型的解释变量（R2x）和预测能力（R2y）分别为0.932和0.921，说明模型分类良好，Q2为0.651，对两个品种葡萄酒香气风味具有良好的预测能力。由主成分得分图4A分析，ME和CS酒样被明显的区分为2类，提取的2个主成分累计贡献率为75.9%，能够较好反映总体原始变量的绝大部分信息和多个样本间的总体情况。其中ME在PC1的负向端，相互聚拢为一类，与PC1呈负相关；CS品种在PC1的正向端，与PC1呈正相关；在PC2方向上ME酒样和CS酒样分布较广，有一定差异性。因此可从PC1上对ME和CS进行明显的区分。

图4 不同品种葡萄酒香气成分正交偏最小二乘判别分析结果Figure 4 Results of orthogonal partial least squares discriminant analysis of aroma components in diあerent wines

OPLS-DA分析是一种以偏最小二乘法为基础的判别方法，用各因素的重要性指数来定量OPLS-DA中各因素对类别的贡献，从而方便地筛选出有意义的特征物[20-21]。不同品种葡萄酒的重要香气物质VIP值分布见图4B。由图4B和图4C可知，VIP值越大，变量在不同产地间差异越显著。为了筛选对品种差异有重要影响的风味物质，以VIP＞1为指标，确定对品种区分有重要贡献的香气物质共5种，其中乙酸（VIP=3.49，醋酸味）、苯乙醇（VIP=1.71，花香）、异戊醇（VIP=1.57，溶剂味、酒精味、指甲油）、乙偶姻（VIP=1.33，奶油味、脂肪味）为CS酒样中主要特征物质；2，3-丁二醇（VIP=1.34，奶油味、花香）为ME酒样中的主要特征物质。这5种物质可作为ME和CS品种之间香气物质相互区分的主要标志物。

对OPLS-DA进行200次的置换交叉验证试验（Permu tation test），200次重抽样R2与Q2拟合置换图见图4D，验证Q2与真实Q2在一条回归直线上，截距为-1.14＜0.05，模型未出现过拟合，模型区分度良好，认为该结果可用于对两品种葡萄酒挥发性成分的区分。

3 讨论与结论

本研究通过对比贺兰山东麓5个子产区的‘美乐’和‘赤霞珠’葡萄品种的香气物质含量和组成，揭示了两者之间的差异性，并发现了一些具有显著贡献度的关键特征物质。

试验结果表明，两个品种酒样在理化指标方面只有pH和干浸出物含量存在显著差异，这些差异可能受到品种、栽培管理和地理环境等因素的影响[22-27]。本试验中两品种葡萄酒香气物质相对含量主要以高级醇类（占比63.4%）、脂肪酸类（占比31.0%）、脂肪酸乙酯类（占比3.9%）、醛酮类（占比1.5%）这4类物质为主，共占比99%以上，这些物质作为葡萄酒的主要呈香物质，已得到很多研究的证实[28-30]。相对含量分析结果显示，‘赤霞珠’较‘美乐’的C6醇类、酯类-乙酸酯类、醛酮类、脂肪酸类物质含量高，其中以1-己醇、乙酸异丁酯、乙酸己酯、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、异戊醛、丁酸、乙酸为主要差异性物质。根据不同产区酒样的香气物质含量进行主成分分析能较好的区分两个品种的主要特征，但对产区区分的结果并不理想，与孙丽君[28]研究结果一致。不同产区‘美乐’的香气物质以降异戊二烯类、果香硫醇类、萜烯类等物质为主要特征；而‘赤霞珠’各酒样之间差异较大，说明贺兰山东麓不同子产区对‘赤霞珠’香气物质含量的影响较大，与葛谦[20]的研究结果较为一致，这可能是因为受到不同纬度、地理气候特征等因素的综合影响所致。本研究对酒样进行了香气物质的检测，共计鉴定出84种香气物质，两个品种的香气物质总含量均超过了1000 mg•L-1，但‘赤霞珠’整体高于‘美乐’葡萄酒的香气物质含量，这与张燕[31]等对不同品种葡萄酒的研究结果相似。‘美乐’相较于‘赤霞珠’在香气物质方面表现较弱，这可能是由于‘美乐’本身香气物质含量相对较低所致。二者在20种香气物质含量上存在显著差异，其中1-己醇（青草味、生青味）、乙偶姻（奶油味、脂肪味）、水杨酸甲酯（青草味、新鲜味、冬青油味）、乙酸（醋酸味）4种物质的含量差异极显著。‘赤霞珠’葡萄酒各类香气物质整体上较‘美乐’葡萄酒高，且‘赤霞珠’单品种随着地理位置从南向北的变迁，香气物质的含量呈现出逐渐增加的趋势，与李媛媛[29]的研究较为一致，说明不同地理位置同一品种香气存在差异，另外，李媛媛等还发现，大马士酮是贺兰山东麓产区‘赤霞珠’干红葡萄酒的花香和果香特征主要香气贡献物质，而本次研究未检测出大马士酮物质，这种差异可能是受到所用酒样来源的影响，未来有必要对此加以确认。

通过OAV值分析发现，两个品种的葡萄酒主要呈现了香蕉、苹果、梨等果香，化学味和花香。其中，‘美乐’葡萄酒的花香味和梨类香气较为突出，而‘赤霞珠’葡萄酒的化学味和蘑菇/橡胶等香气类型较为突出。进一步应用OPLS-DA分析，确定了乙酸、苯乙醇、异戊醇、乙偶姻和2,3-丁二醇这5种物质对香气具有显著贡献度，说明它们可成为区分该产区‘美乐’与‘赤霞珠’两个品种的关键特征物质。

综上所述，‘美乐’和‘赤霞珠’两个品种葡萄酒在香气物质含量和香气质量方面存在显著差异。这些发现有助于建立基于不同产区、葡萄园和葡萄品种的风味指纹数据库和感官描述词库，为生产企业提供关于葡萄品种选育和栽培的科学依据。