葡萄酒風味物質研究進展

劉春艷,張 靜,李棟梅,謝 岳,王振平(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

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葡萄酒風味物質研究進展

劉春艷,張 靜,李棟梅,謝 岳,王振平*
(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

風味物質是影響葡萄酒質量的重要因素。葡萄酒中的風味物質主要受葡萄品種、成熟度、環境條件、酵母選擇等因素的影響,風味物質的種類、含量、氣味特性決定葡萄酒的風格和典型性。本文為更好地了解葡萄酒風味物質的研究進展,結合前人研究資料,對葡萄酒風味物質的種類、含量、作用、研究熱點以及影響因素進行簡單綜述,提出葡萄酒風味物質研究方向的展望,并為后期研究提供理論依據。

葡萄酒,風味物質,影響因素

葡萄是世界上最有栽培價值的,具有適應性強,種植面積廣,產量高,應用廣泛等特點,它還是第一個完成基因組測序的水果[1]。葡萄酒是一款歷史悠久的酒精飲料,獨特的營養保健功能和令人愉悅的口感被人們所青睞,葡萄酒風味化合物種類較為豐富,僅芳香化合物已測出460多種[2],其風味化合物來自數百個化學成分反應生成的混合物,這些混合物和人的感官相互作用經過大腦傳遞產生神經反應形成心理感知[3],這些混合物之間相互作用、相互影響,表現出協同或是拮抗作用,這些相互作用決定了葡萄酒最后的香氣[4]。葡萄酒風味由香氣和口感組成[5]。葡萄酒香氣復雜、多樣,主要來源有三類:一類是品種香氣,即葡萄本身的特征香氣;二類是發酵香氣,是葡萄在酒精發酵過程中由不同風味類型的酵母菌發酵生成多樣的風味物質,如醇、醛、酮、酸、酯類;三類是陳釀香氣,是葡萄酒在橡木桶陳釀過程中形成的風味物質[6]。甜、酸、苦、澀是葡萄酒的基本口感,具有甜味的物質主要是糖、酒精和甘油;酸是各種有機酸;酚類會產生一定苦味,苦味往往與澀味聯系在一起,二者很難區分開來;葡萄酒風味物質主要源于葡萄果實,葡萄果實和葡萄酒化學組成成分復雜,主要風味物質種類可以概括為呈味物質(糖類、酸類、酚類)和呈香物質(香氣物質),已在葡萄酒中發現800多個揮發性化合物,濃度范圍從數百毫克每升到幾毫克每升[7-9]。近年來,風味物質的研究成為一個熱點,國際市場以及食品行業對食品風味物質的需求增加使得食品風味備受關注[10],風味物質是衡量葡萄酒的一個重要質量指標,也是影響消費者購買意向的重要因素,復雜且平衡的風味有助于提高市場競爭力[11]。本文簡單綜述了國內外葡萄酒中風味物質的種類、含量、作用以及影響因素,為今后優選釀酒葡萄品種,提高葡萄品質,改進釀酒工藝以及構建優質葡萄與葡萄酒評價體系提供理論指導和參考[12-13]。

1 呈味物質

1.1 糖類

糖分是葡萄果實中的重要營養物質,是果實品質形成的關鍵，是葡萄酒酒精發酵的基質,同時還是葡萄酒中的呈味物質,葡萄漿果中的糖主要有葡萄糖、果糖、少量的戊糖、蔗糖以及多糖[14]。葡萄糖和果糖是葡萄漿果中最主要的糖,可被酵母菌轉化為酒精,為發酵性糖,在酒精發酵徹底的葡萄酒中,它們幾乎完全消失,蔗糖在酒精發酵過程中在酸和轉化酶的作用下轉化為轉化糖而被酵母利用,戊糖在漿果中是結合態,在發酵過程中游離出來,被保留在葡萄酒中[14],葡萄酒中的多糖主要源于葡萄漿果中的阿拉伯糖、鼠李糖和酵母發酵過程中的甘露糖,多糖可以和一些縮合單寧結合,有助于穩定葡萄酒的顏色[15]。糖在葡萄漿果中的比例為17%～25%,等到酒精發酵結束,干紅葡萄酒中只剩下4 g/L的殘糖[16]。葡萄漿果本身并不含酒精,它的含糖量決定了葡萄酒最終的潛在酒度,酒精發酵將葡萄糖轉化為二氧化碳和乙醇,乙醇是葡萄酒中最重要的成分,具有揮發性,含量較高,而且具有甜味,同時也是許多非揮發性物質的載體[5]。

圖1 葡萄酒中重要芳香化合物形成圖[42-44]Fig.1 Formation of important aromatic compounds in wine[42-44]

1.2 有機酸類

葡萄中主要的有機酸是酒石酸和蘋果酸,此外還有少量的檸檬酸[17]。成熟果實中70%的有機酸分布在果肉中,種子中的有機酸含量非常少[18]。葡萄酒中酒石酸、蘋果酸、檸檬酸源于葡萄果實,乳酸、琥珀酸和乙酸是在酒精發酵和蘋乳發酵過程中形成的[19-20]。葡萄酒發酵過程中,一部分酒石酸被酒石酸氫鉀沉淀消失,另一部分經蘋乳發酵生成乳酸和乙酸;L-蘋果酸在蘋果酸-乳酸發酵過程中被乳酸菌分解為L-乳酸;檸檬酸也是酒精發酵的副產物,隨后在蘋果酸-乳酸發酵過程中被當作底物消耗,幾乎全部消失[20-21]。總酸是測量葡萄酒的重要指標,總酸占葡萄漿果成分約9 g/L,在葡萄酒中含量降至6 g/L左右,總酸低于5.0 g/L,酒體乏味,香味不足;超過8.0 g/L則表現酒體尖酸粗糙,平衡性差[17]。葡萄品質很大程度上取決于糖分和有機酸的含量及其它成分,與糖相比,有機酸含量很低,但它對葡萄和葡萄酒的品質影響更為重要;同時,有機酸還可以提高葡萄酒的風味,從而提高葡萄酒口感,甜酸平衡也是消費者對葡萄酒能否接受的重要質量標準[22]。

1.3 酚類物質

酚類物質是分子結構中含有酚羥基官能團的物質[23],是葡萄酒的重要組成部分,其對葡萄酒的感官特征如顏色、澀味、香氣等產生一定影響[24]。葡萄和葡萄酒中的酚類物質根據化學結構不同分為類黃酮和非類黃酮,葡萄的非類黃酮物質主要分布在果肉中,類黃酮物質則分布在果皮、種子和莖中,葡萄和葡萄酒中的主要非類黃酮物質是酚酸,包括羥基安息酸和羥基肉桂酸,果實中20%～25%的酚酸都以游離態形式存在;類黃酮化合物主要包括黃酮醇、黃烷-3-醇和花色苷[25-26]。紅葡萄酒包括的酚類化合物有濃縮單寧、白藜蘆醇、斛皮酮、兒茶酚以及表兒茶酚。近年來,葡萄酒銷量猛增,其原因在于紅葡萄酒中的多酚類物質可以預防癌癥,也對心腦血管有保健作用。加利福利亞大學FRANKEL博士研究表明:紅葡萄酒多酚對預防LDL氧化能力比維生素E高2倍左右,多酚物質已經成為一個研究熱點[27-28]。

2 呈香物質

香氣是決定葡萄酒品質和質量的重要因素之一,一些香氣化合物直接從果實中釋放,另一些則是在發酵和陳釀過程中由于酶水解釋放出更多的葡萄果實中的芳香化合物形成的[29]。根據香氣化學結構上的不同主要分為萜類、烴類、醇類、酯類、酮類和羧基類[30]。根據香氣生物合成途徑的不同,香氣的化學成分主要有萜烯類化合物、降異戊二烯類化合物、脂肪族揮發性有機化合物、甲氧基吡嗪類化合物,每一類化合物對葡萄酒風味的貢獻不同,它們的種類、含量、氣味特性以及相互作用決定著葡萄酒的品質,也決定著葡萄酒的風味和典型性[31],香氣的相關代謝合成途徑見圖1。

2.1 萜烯類化合物

萜類化合物是以降異戊二烯(C5)為基本結構單元構成的烴類化合物,根據基本結構單元的數量分為單萜(C10)、倍半萜(C15)、二萜(C20)、三萜(C30)及多萜(C>40)等;根據萜類化合物有沒有碳環,分為鏈萜、單環萜、雙環萜、三環萜等;很多萜類是含氧衍生物,又可分為醇、酮、醛、酯、羧酸及苷等萜類[32]。單萜和倍半萜類化合物是植物中主要的萜類化合物,除具有很重要的生理生態學作用,還是最天然的風味和香氣化合物,有益于人體健康[33]。葡萄酒中的單萜化合物直接源于葡萄果實,主要有香茅醇、橙花醇、里那醇、香葉醇及α-萜品醇,香味最濃的是香葉醇和里那醇[34]。已有研究報道在‘Baga’葡萄中發現40種倍半萜和二萜類化合物,赤霞珠葡萄含單萜類化合物較高,蛇龍珠葡萄含倍半萜烯類化合物較多,萜烯類化合物是葡萄中研究最多的一類化合物[35]。

2.2 降異戊二烯類化合物

降異戊二烯類化合物也被稱為脫輔基類胡蘿卜素,是由類胡蘿卜素(C40萜烯色素)降解產生,廣泛存在于植物中。目前研究的重點主要是C13化合物,大部分已知的C13化合物擁有很低的感覺闕值,也是葡萄酒風味的主要來源[36]。降異戊二烯類化合物研究最多的主要有TDN、β-大馬烯酮、β-紫羅蘭酮,其次是TCH和雷司令縮醛,TDN是“雷司令”的典型香氣,TCH只在波特酒中檢測了出來,關于雷司令中的縮醛,人們只了解它具有水果香氣,但未見其它報道[37-38]。

2.3 脂肪族揮發性有機化合物

葡萄中脂肪族化合物主要由直鏈或支鏈的短鏈的C6醛和醇,在葡萄和葡萄酒中存在最多的脂肪族化合物是C6醛、醇,目前檢測到的重要的呈香物質有苯乙醇、苯乙醛、苯酚、愈創木酚、己醇、己醛、異戊醇,大部分的脂肪族化合物都具有青草味,但在釀酒過程中轉化為醇類或酯類,可以發揮積極的感官效應[39]。

2.4 甲氧基吡嗪類化合物

甲氧基吡嗪類化合物是一類含氮的雜環化合物,目前在葡萄酒中檢測出來的主要有6種:2-甲氧基吡嗪、3-甲基-2-甲氧基吡嗪、3-乙基-2-甲氧基吡嗪、3-異丁基-2-甲氧基吡嗪、3-異丙基-2-甲氧基吡嗪和3-仲丁基-2-甲氧基吡嗪[40]。此類化合物都具有較強的青椒氣味,尤其作為濃度偏高的3-異丁基-2-甲氧基吡嗪被認為是青草味的主要來源,在葡萄酒中,青椒味濃度太高是一種香氣缺陷,是由不成熟的釀酒葡萄原料所致[41]。

3 影響葡萄酒風味物質組成的因素

影響葡萄酒風味物質的因素有很多,首先取決于葡萄果實,果實中的風味物質一直處于不斷波動的狀態,影響果實風味物質組成的因素主要包括品種差異,成熟度,果實在生長期間、采后處理及儲存期間的環境條件;其次發酵過程中酵母選擇也會影響葡萄酒風味物質組成。

3.1 品種

不同品種釀酒葡萄都有獨特的風味物質,歐洲種葡萄由于果實中萜類化合物含量的不同被劃分為3個品種,揮發性香氣中萜類化合物含量高于4 mg/L為玫瑰香型品種(玫瑰香Muscat de Hambourg)、1～4 mg/L為非玫瑰香型的芳香品種和低于1 mg/L的非芳香型品種(赤霞珠Cabernet Sauvignon)[8]。葡萄種群間也存在很大差異,山葡萄、歐亞種葡萄以及山歐雜種葡萄的主要風味物質是C6化合物;歐亞種玫瑰香型葡萄富含萜烯類化合物;美洲種、歐美雜種和山美雜種葡萄則含有豐富的酯類化合物[45]。

3.2 成熟度

成熟度是影響葡萄風味物質的重要因素。理想狀態下,應在葡萄風味物質口感最佳時收獲[46]。研究發現在“京秀”和“京亞”葡萄中,所有的醇類和羰基類,大部分的C6化合物和萜類化合物在葡萄著色期已經積累明顯,C6化合物在成熟期早期增加,然后逐漸下降,大多數醇類和羰基類在成熟期逐漸下降,萜類化合物和香葉醇在成熟期含量逐漸增加,一部分酯類在成熟期后繼續增加[47]。

3.3 環境因素

環境因素包括光照、溫度、水分、土壤、氣候等,在葡萄生長發育過程中起重要角色,香氣水平和香氣前體化合物受環境影響波動較大,溫暖環境下生長的葡萄葉黃素、β-胡蘿卜素和TDN含量較高,而氣候涼爽的條件下葡萄中甲氧基吡嗪含量較高[48]。光照充足,植物光合作用強,有利于有機物的積累,合理的整形修剪方式有助于提高光合作用。葡萄潛在香氣在輕度水分脅迫和中度氮供應狀態下含量最高,重度水分脅迫和缺氮會減弱葡萄香氣[49]。

3.4 酵母選擇

葡萄酒酒精發酵利用酵母將糖轉化為酒精以及多醇、醛、酸、酯等副產物,它們的組成受酵母菌種的影響[50]。酵母是影響葡萄酒風味的重要因素,研究發現釀酒酵母‘Saccharomycescerevisiae’使葡萄和酒在酒精發酵前后發生很大變化,香氣、風味、口感、色澤增強以及組成成分復雜化;細菌‘Oenococcusoeni’對葡萄酒的最大貢獻是啟動了蘋果酸-乳酸發酵,這兩種微生物通過分解葡萄果實中的顆粒化合物,分解葡萄果實中的二次衍生物,產生很多有益的風味代謝物使葡萄酒風味獨特[51]。

4 展望

葡萄酒風味物質組成種類多,目前人們對風味物質的基本組成、貢獻、影響因素已較為清楚,但是很多影響機理還需要進一步研究。“七分靠原料,三分靠工藝”,葡萄酒的品質最主要由原料決定,葡萄果實品質的提高直接決定葡萄酒品質的提高,有些地區的葡萄酒由于青草味、青椒味偏重導致品質下降,缺乏市場競爭力。對于環境因素對葡萄果實風味物質的影響還需進一步研究,掌握適宜葡萄生長的環境,以提高葡萄品質。

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Research progress of the flavor compounds in wine

LIU Chun-yan,ZHANG Jing,LI Dong-mei,XIE Yue,WANG Zhen-ping*

(College of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

Flavor substances are important factors affecting the quality of wine. The flavor substances are mainly affected by varieties,maturity,growth conditions and yeast varieties in wine. Compositions and odor characteristics of flavor substances play key roles in wine styles. In this paper,the varieties,content,function,research focus and influential factors were reviewed based on previous research data,in order to put forward the outlook of research direction of flavor compounds,meanwhile,it could provide theoretical basis for the later research.

wine;flavor compounds;factors

2017-01-05

劉春艷(1992-),女,碩士研究生,研究方向:葡萄逆境生理與分子生物學,E-mail:m18295276299@163.com。

*通訊作者:王振平(1965-),男,博士,研究員,研究方向:葡萄栽培生理與葡萄酒釀造,E-mail:dr.wangzhp@163.com。

國家自然基金(31360463);國家葡萄產業技術體系(CARS-30-zp-8)。

TS251.7

A

1002-0306(2017)14-0310-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.14.061