葡萄酒中橡木香氣成分的分析技術

薛 婷，錢炳俊，鄧 云，岳 進，王丹鳳，趙艷云

(上海交通大學農業與生物學院，上海 200240)

葡萄酒是以新鮮葡萄或葡萄汁為原料，經酵母發酵釀制而成的酒精度不低于7%(V/V)的各類酒的總稱。葡萄酒的傳統陳釀工藝普遍采用經特殊工藝制成的橡木桶盛放發酵完成的葡萄酒進行熟化處理。但是，橡木桶制作耗時長、成本高、使用壽命短。新型陳釀工藝主要采用在葡萄酒中加入橡木片代替橡木桶進行熟化處理。橡木片具有成本低，陳釀周期短，且不影響葡萄酒的品質等優點，因此，新型陳釀工藝倍受葡萄酒制造商的青睞。經過陳釀的葡萄酒具備來自橡木的特殊香氣，它們是衡量葡萄酒品質好壞的標志物，這些香氣物質主要有:威士忌內酯 (oak lactone)，香草醛 (vanillin)，丁香酚 (eugenol)，愈創木酚 (guaiacol)，丁香醛(syringaldehyde)，糠醛 (furfural)等［1-8］。

近年來，葡萄酒消費市場日益擴大且利潤豐厚，致使很多無良商家生產劣質或低檔葡萄酒，以次充好，嚴重擾亂了葡萄酒市場秩序。因此，分析優質葡萄酒中的橡木香氣成分，不僅可以為新型陳釀工藝提供評價指標，而且可以為上市葡萄酒的品質鑒定提供技術支持。本文綜述國內外橡木香氣成分分析技術和應用情況。

1 色譜分析法

橡木香氣是葡萄酒香氣的重要組成部分，對于葡萄酒的質量有重要意義。目前，國內外關于葡萄酒中橡木香氣的色譜分析法主要是氣相色譜-質譜聯用法 (GC-MS)。葡萄酒中的橡木香氣濃度很低，需經過萃取和濃縮等預處理。因此，選擇合適的分離萃取方法分離目標成分，排除其他背景成分在GC分析中的干擾至關重要，國內外使用較多的預處理方式有:液液萃取 (liquid-liquid extraction)、固相萃取 (solid phase extraction)、固相微萃取 (solid phase microextraction)以及其他預處理方式。

1.1 預處理

1.1.1 液液萃取法

液液萃取即有機溶劑萃取法，在待分析的樣品中加入與其不互溶或不完全相溶的另一種液體，利用待萃取物在2種溶液中的分配系數不同達到分離的效果，從而將待分離物萃取出來。Perez-Prieto等［1］采用戊烷/乙醚 (2∶1)作為萃取溶劑萃取葡萄酒中的橡木揮發性成分，GC分析準確地定性、定量分析了萃取出的香氣物質，濃度范圍為0～800 μg·L-1。Bautista-Ortin 等［9］采用戊烷/乙醚(2∶1)作為萃取溶劑，準確地檢測到糠醛等橡木香氣成分，濃度范圍為2～3 920 μg·L-1。Morales等［10］使用二氯甲烷作為萃取溶劑，對橡木香氣物質的回收率較好，為58.4%～105.7%，線性相關系數r2＞0.999 1，檢測限5.55～200 mg·L-1，說明該萃取方法適合用于橡木香氣的前處理。Arapitsas等［6］用橡木片陳釀葡萄酒，采用正戊烷/二乙醚 (1∶1)作為萃取溶劑，準確地定性、定量了萃取出的香氣物質，濃度范圍為0.005～7 mg·L-1。

液液萃取成本低，可操作性強，而且萃取的香氣成分種類較多。但是，萃取溶劑往往具有毒性(如乙醚，二氯甲烷等)，且重復用有機溶劑萃取可能引起香氣物質的損失或結構改變。因此，該方法存在一定的不足。

1.1.2 固相萃取法

固相萃取是近年發展起來的一種樣品預處理技術，由液固萃取和柱液相色譜技術相結合發展而來［11］。固相萃取建立在傳統的液液萃取基礎上，與高效液相色譜有很多相似之處，如分離的機理、溶劑以及固定相的選擇。此方法主要用于樣品的分離、純化和濃縮，與傳統的液液萃取相比可以提高分析物的回收率，能更有效地將分析物與干擾組分分離，有機溶劑用量少，操作簡單，安全高效。Hector等［12］用C18柱固相萃取葡萄酒液相中的揮發性成分，同時采用聚丙烯酸酯纖維頂空微萃取葡萄酒溶液上方的揮發性成分，結果準確地檢測到16種揮發性物質，分析效果良好。Morales等［10］采用聚丙烯酸酯纖維固相萃取葡萄酒中的橡木揮發性成分，萃取后分析效果良好，準確地定性了丁香酚、愈創木酚等香氣成分。

1.1.3 固相微萃取法

固相微萃取技術是20世紀90年代興起的一項新穎的樣品前處理與富集技術，屬于非溶劑型選擇性萃取法，已由美國Supelco公司在1993年實現商品化，其裝置類似于氣相色譜的微量進樣器。固相微萃取有3種基本的萃取模式:直接萃取、頂空萃取和膜保護萃取。直接萃取是將萃取纖維直接插入樣品基質，適用于固體樣品;頂空萃取多用于溶液上方的揮發性成分萃取富集，該方法使用頻率最高;膜保護萃取旨在分析臟的樣品時保護萃取固定相避免受到損傷，與頂空萃取相比，該方法對于難揮發物質組分的萃取富集更為有利。尹建邦等［8］采用頂空-固相微萃取和氣質聯用選擇離子掃描技術 (selective ion monitoring)定量分析了橡木桶陳釀的葡萄酒中重要的橡木香氣物質，研究表明此方法對順式和反式橡木內酯、愈創木酚、丁香酚和香草醛等的萃取效果良好，GC檢測到其濃度范圍為12.98 ～754.56 μg·L-1。Koussissi等［5］用頂空固相微萃取前處理方式萃取富集葡萄酒橡木揮發性成分，準確地定性、定量分析了糠醛等香氣物質，濃度范圍為0～7 mg·L-1。

固相微萃取結合GC-MS的方法在揮發性成分分析中應用十分廣泛，它具有很多不可替代的優勢，能夠保持樣品的自然狀態，不需要高溫、高壓等條件，且使用方便，不需要有機溶劑等復雜的前處理，便于自動化操作。

1.1.4 其他預處理方法

國內外用于葡萄酒香氣成分分析的預處理方法中，除了上述常用的幾種外，還有攪拌棒吸附萃取Alves等［13］采用此法萃取濃縮了葡萄酒的香氣物質，準確定性了丁香酚、威士忌內酯等42種香氣物質 (stir bar sorptive extraction)。Stefania等［14］用加速溶劑萃取 (accelerated solvent extraction)法萃取濃縮了葡萄酒中橡木香氣物質，結果共檢測出愈創木酚、丁香酚等17種物質，該方法對葡萄酒香氣有較高的回收率，線性相關系數r2＞0.892，相對標準差＜13.6%;同時蒸餾萃取 (simultaneous distillation extraction)，即溶劑萃取與蒸餾并用，需要有機溶劑與高溫同時作用，使用受到一定的限制;Montserrat等［15］以戊烷/二氯甲烷 (3∶1)為萃取溶劑，采用此前處理方式萃取了葡萄酒中的揮發性組分，萃取后有利于揮發性組分的GC分析。

1.2 色譜法

國內外對于葡萄酒中橡木香氣的研究最多和使用頻率最高的是氣相色譜。尹建邦等［8］采用頂空-固相微萃取和氣質聯用選擇離子掃描技術，準確地定性、定量分析了沙城產區經橡木桶陳釀的赤霞珠葡萄酒中的幾種重要的橡木香氣成分:順 (反)-威士忌內酯、香蘭素、丁香酚、愈創木酚和4-甲基愈創木酚，其檢測濃度范圍為12.98～293.46 μg·L-1。Koussissi等［5］用 GC-MS 頂空準確地定性、定量分析了不同烘烤度橡木片陳釀的葡萄酒中橡木香氣物質。文獻［16］用GC-MS分析研究了在葡萄酒的不同發酵階段 (酒精或乳酸)，橡木片的使用對葡萄酒揮發性組分和感官特性的影響，結果準確地定性并定量了酒中102種揮發性物質，能夠檢測到的濃度范圍為0～163.663 mg·L-1。Bautista-Ortin等［9］用GC-MS分析比較了不同陳釀方式以及陳釀時間對應的葡萄酒中糠醛，5-甲基糠醛，順(反)-橡木內酯，4-乙基愈創木酚，香草醛這幾種橡木成分的含量變化，檢測到的濃度范圍為0～3 920 μg·L-1。GC的檢測結果結合判別分析，可以區分不同的葡萄酒。Arapitsas等［6］用GC定量分析了不同陳釀階段，葡萄酒中橡木成分:糠醛，香草醛，愈創木酚，橡木內酯，丁香酚以及丁香醛，檢測到的濃度范圍為0.005～7 mg·L-1。Morales等［10］用GC-MS定量分析了酒中的橡木成分，該方法回收率在58.4%～105.7%之間，線性相關系數R2＞0.999 1，檢測限5.55～200 mg·L-1。對結果進行主成分分析，結果發現2種陳釀方式的葡萄酒差異明顯。文獻 ［3］用GC-MS準確定性、定量了葡萄酒中揮發性組分，檢測到的香氣成分的濃度范圍在0.21 ～46 859 μg·L-1。Luis等［2］用 GC-MS定量分析了不同陳釀時間段，3種不同容積橡木桶陳釀的葡萄酒中5種揮發性成分:順 (反)-橡木內酯，愈創木酚，4-甲基愈創木酚以及香草醛的濃度變化，檢測到的濃度范圍為0～800 μg·L-1。Perez-Prieto等［1］用GC-MS定量分析了葡萄酒中揮發性組分，從而了解橡木桶的橡木來源、容積以及桶齡對葡萄酒揮發性組分的影響，檢測到的香氣成分濃度范圍為 0 ～400 μg·L-1。Teresa 等［17］也用GC-MS測定了葡萄酒中橡木揮發性組分的含量，檢測到其濃度范圍為0～31 050 μg·L-1。以上對于GC-MS用于葡萄酒中橡木香氣成分的研究說明，GC-MS適用于該領域，為葡萄酒的香氣研究提供了可靠的技術支持。

由于各研究采用了不同的萃取方法，萃取效率不同，加之不同陳釀工藝的葡萄酒間香氣存在差異，GC檢測的條件也有差異，使得葡萄酒中橡木香氣成分的檢出濃度不同。

2 傳感器分析法

2.1 電子鼻區分分析

電子鼻是20世紀90年代發展起來的一種新穎的分析揮發性化合物的模擬人工嗅覺裝置，它由一系列具備不同選擇性的氣體傳感器，信號收集裝置以及模式識別軟件組成［18-19］，主要用于液體和固體食品的頂空分析［18］，其工作原理類似于人鼻，故被稱為電子鼻。

電子鼻雖然不像人鼻對很多氣味那么敏感，但其特有的感應裝置及模式識別系統，使得它的應用非常廣泛，多用于牛奶［20］、肉類［21］、油類［22］、水果［23］、加工食品［24］等產品的質量控制。

目前，電子鼻在葡萄酒領域的應用廣泛，并且顯示出相對的優越性，可用于葡萄酒生產的在線監測［19，25］，葡萄品種識別、產地識別［26］、年份識別等重要領域。還可以用于葡萄酒香氣的分析，Lozano等［27］用電子鼻識別了白葡萄酒中29種典型香氣。研究采用頂空技術萃取葡萄酒中的香氣，結果能夠很準確地將不同的香氣加以區分，區分度達到PC1(82%)和PC2(11%)。

2.2 電子舌區分分析

電子舌是近10來年新興的一種類似于電子鼻的檢測技術，其檢測原理與電子鼻相似，同樣不需要對樣品進行前處理。但其使用對象主要是液體，主要用于飲料、酒的區分識別［28-32］。其用于葡萄酒的分析的報道也很多，Apetrei等［32］用電子舌研究了不同陳釀方式的葡萄酒樣品，分別用傳統的橡木桶陳釀，以及采用橡木片或橡木棒陳釀，陳釀相同時間后，用電子舌對葡萄酒樣品檢測，并采用主成分分析，結果顯示不同陳釀方式的葡萄酒樣品之間差異比較明顯，不同陳釀方式對應的葡萄酒的區分度達到 PC1(32%)、PC2(19%)、PC3(13%)。說明電子舌能夠很好區分不同陳釀方式的葡萄酒。

3 展望

香氣是葡萄酒重要的感官品質，它能夠反映葡萄酒的產品質量和檔次，因此葡萄酒中橡木香氣的分析對于葡萄酒的質量評定和鑒別有重要的意義。目前，葡萄酒中橡木香氣的分析技術主要有GCMS和電子鼻等。GC-MS是國內外香氣分析應用最多也最成熟的技術，在食品行業應用廣泛，具有精確度高，重復性好，定性、定量準確等優點，但是GC-MS也有很多缺陷，儀器使用成本高，普及度低，樣品一般需要經過復雜的前處理，操作繁瑣。

電子鼻和電子舌在食品行業的應用也很廣泛，樣品檢測時一般不需要前處理，檢測速度快，重復性好，準確度高，可操作性強，便于現場操作。但是，目前國內外僅應用于對樣品的區分識別，而對于定量樣品中某種成分的分析很少見。

上述2大類分析方法，各有優缺點，各種方法的改進措施也在深入研究，鑒于GC-MS和電子鼻各自的優點，可以考慮將2種技術聯合應用。用GC-MS定量分析葡萄酒中某種香氣物質，然后采用電子鼻頂空分析，獲得葡萄酒的香氣信息，通過電子鼻的PLS軟件，結合GC-MS的定量結果，建立該香氣物質的定量回歸模型，即可用于其他葡萄酒中該香氣物質的電子鼻快速定量，既節約檢測成本，又有較高的精確度。電子鼻用于葡萄酒中橡木香氣物質的定量將會成為今后研究的熱點。

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