黃土高原地區釀酒葡萄果實香氣成分的 GC-MS分析＊

蔣寶,張振文,2,王麗娜,劉玲,郭燕

香氣物質是構成葡萄與葡萄酒質量的主要因素之一,決定著葡萄酒的風味和典型性[1]。在葡萄酒中根據香氣物質的來源,可將其香氣分為果香、發酵香和陳釀香 3類,而葡萄酒的香氣主要取決于葡萄品種的香氣。目前,已從不同葡萄品種中檢測出 500余種香味成分[2]。與發酵和陳釀香氣成分相比,葡萄果實中的呈香物質對葡萄酒的質量和區域性特點起著決定性作用,這些物質形成了葡萄酒特有的品種香氣。然而,即使對于同一葡萄品種而言,葡萄果實的香氣成分因產地、栽培等不同而有較大差異[3],從而影響到葡萄酒的香味質量。研究葡萄品種香氣物質的種類及其含量,對科學評價葡萄品種和葡萄酒的質量及釀酒工藝的實施具有重要的理論和實踐意義。

位于晉西黃土高原地區的山西省鄉寧縣是新的葡萄栽培生態區,以其具備發展葡萄栽培獨特的氣候條件和地域特點而深受國內外葡萄、葡萄酒專家的矚目,被公認為葡萄栽培的優生區,但與此相關的葡萄漿果與葡萄酒香味物質的研究尚屬空白。本研究采用頂空固相微萃取法 (HS-SPME)提取赤霞珠(Cabernet sauvignon)、蛇龍珠 (Cabernet gernischt)和霞多麗 (Chardonnay)漿果香氣成分,進行氣相色譜-質譜 (GC-MS)分析比較,以期為研究該地區原產地域葡萄酒的感官風味評價提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于 2010年 3月中旬在西北農林科技大學葡萄酒學院和中國農業大學食品科學和營養工程學院葡萄與葡萄酒研究中心進行,選用鄉寧地區 2個紅色品種赤霞珠、蛇龍珠和 1個白色品種霞多麗葡萄漿果為原料,其中,赤霞珠 1和赤霞珠 2的葡萄果實分別取自坡地和平地的葡萄園。3個品種于 2007年定植,均為實生根系,株行距為 1.0 m ×2.5 m、多主蔓扇形整枝,4個試驗點栽培管理措施完全相同,用GPS測定所有葡萄園的海拔及經緯度,葡萄果實基本理化指標的測定結果見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的處理方法

取 30～50粒葡萄果粒,加入液氮研磨成粉末狀,塞入 50 mL離心管中,室溫下靜置 140 min后,8 600 r/min低溫離心 20 min,取 5 mL上清液于 15 mL樣品瓶中,加入 1.00 g NaCl,10μL內標 (0.93 g/L 4-甲基-2-戊醇)和磁力轉子,擰緊瓶蓋備用[4]。

1.2.2 樣品的頂空-固相微萃取 (HS-SPME)

將制備好的樣品置于磁力攪拌加熱臺上,40℃下攪拌加熱 30 min,然后將已活化過的萃取頭插入樣品瓶的頂空部分,保持萃取頭距離液面 l cm。40℃攪拌加熱條件下,吸附 30 min后將萃取頭插入氣相色譜進樣口。每個樣品做 2次獨立萃取重復[5]。

1.2.3 樣品的 GC-MS分析

采用中國農業大學食品科學和營養工程學院葡萄酒化學實驗室已優化的氣質聯用方法,分析樣品中的香氣組成。利用 Agilent 6890GC和 Agilent 5975B MS聯用定性定量分析樣品中的香氣物質。

氣相色譜條件:毛細管柱,HP-I NNOWAX 60 m×0.25 mm ×0.25μm;載氣:氦氣;手動進樣;流速,1.0 mL/min;進樣口溫度,250℃;熱解析,25 min。柱溫箱升溫程序為:40℃保持 5 min后以 3℃/min的速度升溫至 200℃,保持 2 min。

質譜條件:接口溫度,280℃;電離方式,EI;離子能量,70 eV;質量掃描范圍,20～350 u[6]。

1.2.4 定性與定量分析

使用 GC-MS分析軟件,通過檢索 N IST05質譜庫,與標準圖譜對照,進行定性分析,用已有標樣的標準曲線進行定量分析。

2 結果與討論

地處晉西黃土高原的鄉寧產區位于北緯 35°30′～36°20′,屬于典型的溫帶大陸性季風氣候。該產區平均海拔在 1 050～1 100 m間,地形溝壑縱橫,極易形成山地小氣候;土壤為典型的粘壤土,土層深厚,有機質含量在 0.7%左右;同時該產區四季分明,年平均氣溫 9.9℃,1月份平均氣溫 -6℃,無霜期 205 d,≥10℃有效積溫 2 998℃,晝夜溫差 10～15℃,較高的海拔高度為葡萄的生長和成熟提供了充足的光照條件和較大的晝夜溫差。

就釀酒葡萄而言,2009年過多的降雨是不利于釀酒葡萄成熟的,但由表1可知,3個葡萄品種的還原糖含量已接近 200 g/L,糖酸比接近或超過 20,葡萄達到了較好的成熟度。另外,與赤霞珠 1相比,位于低海拔的赤霞珠 2的總酸含量明顯較低,單寧含量明顯較高。

2.1 鄉寧產區生態條件及葡萄品質分析

表1 葡萄果實的基本理化指標

圖1 果實香氣成分的 GC-MS總離子圖

2.2 果實香氣成分的 GC-M S分析

按照上述試驗步驟進行定性與定量分析,得到 3個紅色樣品赤霞珠 1、赤霞珠 2、蛇龍珠和 1個白色樣品霞多麗果實香氣成分的 GC-MS總離子流圖 (見圖1)。4個不同樣品的葡萄果實的香氣成分及各自含量見表2。由表2可知,從 4個葡萄果實樣品中共鑒定出 29種揮發性化合物,包括 17種醇、5種酯、3種醛、3種羧酸及 1種環狀烯烴。

在坡地和平地赤霞珠葡萄果實中分別檢測出24、20種香氣成分,其中醇類分別有 16和 13種,分別占香氣總量的 72.2%和 70.7%,主要有丁醇、(Z)3-己烯 -1-醇 、(E)2-己烯 -1-醇 、己 醇 和 (E)3-己 烯 -1-醇。另外,含量較低的 2-壬醇、苯乙醇和芳樟醇僅出現在坡地赤霞珠果實中,在平地赤霞珠果實中未被檢測出。在坡地和平地赤霞珠中,醛類均含有 3種,均占香氣總量的 14.9%,它們的含量由高到低依次是:己醛、壬醛和安息香醛,主要是己醛;羧酸類僅含有己酸和乙酸 2種,分別占香氣總量的 12.1%和 14.3%;酯類僅含有乙酸己酯和辛酸乙酯,分別占香氣總量的0.1%和 0.2%;環狀烯烴檸檬烯僅在坡地赤霞珠中被檢出,占香氣總量的 0.7%。

由試驗結果可知,葡萄園的地形可以影響赤霞珠葡萄果實的香氣組成和含量,但它們的香氣骨架是相似的,這與前人的研究結果相一致[7-9]。其中,對香氣組分的影響主要體現在葡萄果實中含量較低的香氣物質上,如檸檬烯、2-壬醇、苯乙醇等;對香氣含量的影響因物質不同而存在不同程度的差異,就本試驗中赤霞珠品種而言,影響程度較大的香氣物質是:丁醇、己酸、(Z)3-己烯-1-醇、己醇等。這些結果進一步表明:葡萄在生長發育過程中,與其生態條件形成相互關聯、相互制約的統一體,光照、溫度和土壤等是影響葡萄生長發育的直接因子,此外還有許多間接因子如:海拔、坡度等,它們雖不是葡萄的生存條件,但能顯著地影響小氣候,從而對葡萄的次生代謝物質產生影響。

表2 葡萄果實的香氣成分 GC-M S分析結果

蛇龍珠葡萄果實中共檢測出 23種香氣成分,其中醇類 15種,占香氣總量的 74.9%,主要的醇有丁醇 、(Z)3-己烯 -1-醇 、(E)2-己烯 -1-醇和己醇 ;羧酸類僅含有己酸和乙酸 2種,占香氣總量的 14.6%;醛類含有 3種,占香氣總量的 9.9%,它們的含量由高到低依次是:己醛、壬醛和安息香醛,主要是己醛;環狀烯烴僅有檸檬烯,占香氣總量的 0.5%;酯類僅含有辛酸乙酯和乙酸己酯 2種,占香氣總量的 0.1%。所以,就各類香氣化合物含量所占比例而言,蛇龍珠果實中由高到低依次是:醇、羧酸、醛、環狀烯烴和酯類。

霞多麗葡萄果實中共檢測出 27種香氣成分,其中醇類 16種,占香氣總量的 59.8%,主要的醇有丁醇 、己醇 、(Z)3-己烯 -1-醇和 (E)2-己烯 -1-醇 ;醛類含有 3種,占香氣總量的 20.9%,它們的含量由高到低依次是:己醛、壬醛和安息香醛,主要是己醛;羧酸類含有己酸、乙酸和辛酸 3種,占香氣總量的 19.0%,它們的含量由高到低依次是:己酸、乙酸和辛酸;酯類含有 5種,占香氣總量的 0.3%,含量最高的為辛酸乙酯,但僅為 25.2μg/L。所以,就各類香氣化合物含量所占比例而言,霞多麗果實中由高到低依次是:醇、醛、羧酸和酯類。

3 結論

葡萄芳香物質分布于葡萄果肉、果皮、葉片、莖等不同部位,而葡萄果皮中的芳香物質多于果肉。合成葡萄香氣成分的前體物質是在葉片中形成的,但香氣成分的最終合成都是在果實內進行的,并主要存在于果皮中,而其積累是在果實成熟后期進行的[10]。本試驗研究的 3個品種的葡萄果實中共檢測到 29種香氣化合物,就各類香氣化合物的含量而言,主要是醇類、醛類和羧酸類,這與胡博然等[11]以寧夏賀蘭山東麓地區的赤霞珠、蛇龍珠和霞多麗葡萄果實的香氣化合物的研究結果有部分不同,他們的研究表明以上 3個葡萄品種的主要香氣化合物種類為:醛類、羧酸類和酯類,這些差異有待通過感官分析進一步證實,差異存在的原因也需進一步研究。

葡萄果實的香氣特征由香氣成分的種類、數量、感覺閾值及各成分間的相互協調作用所決定,香氣成分的構成及分布是進行葡萄香氣研究的一個基礎工作,它能為感官質量評價體系的構建提供理論依據。在本試驗中,就單個組分的含量而言,對 3個品種的葡萄果實香氣具有重要意義的揮發性成分有:丁醇、己醛 、己酸 、乙酸 、(Z)3-己烯 -1-醇 、(E)2-己烯 -1-醇和己醇等,這些成分賦予了 3個品種的果實復雜的風味。另外,微量香氣成分的含量和比例與葡萄果實香氣質量有重要關系,如辛酸乙酯具有令人愉快的花果香氣;乙酸已酯有令人愉快的水果香氣;己酸乙酯有令人愉快的香蕉、菠蘿氣味等,由于它們的嗅覺域值一般都較低,因而其香氣值 (濃度 /域值)很高,加之香味獨特,極可能對葡萄果實的香氣具有重要的影響作用。此外,不同香氣物質間的相互作用也能對不同品種果實香氣特征產生影響,所以特征香氣組分的鑒定必須與感官品嘗分析相結合完成[12]。

本試驗結果也表明,葡萄園的地形可以不同程度地影響赤霞珠葡萄果實的香氣成分和含量,地形對葡萄果實香氣的影響主要是通過各生態因子的影響而起間接綜合作用的結果,研究彼此間的香氣差異對于葡萄園的栽培管理和釀造工藝的實施具有重要的指導作用。

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