賀蘭山東麓不同產區‘北紅’葡萄酒游離態香氣差異研究

李濤，劉成敏，單守明，李萍，韋偉，王巖璞，張穩穩

（寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021）

揮發性香氣物質是影響葡萄酒風味、品質與典型性的主要因素之一，對葡萄酒風味和品質有著重要影響[1]。目前已有800多種揮發性香氣成分通過定性方法被鑒定，據其化學結構主要被分為醇、醛、酮、酸、酯等種類[2-3]。其中大多數化學物質氣味不活躍，僅有少部分揮發性物質對葡萄酒的品種香氣起著關鍵影響[4]。按其揮發性可分為兩類：一類是對葡萄香氣構成有直接貢獻，能同時引起嗅覺和味覺，具有揮發性的游離態香氣成分；另一類是沒有直接的香氣貢獻和揮發性的結合態香氣成分，但可以在葡萄酒發酵和陳釀過程中，被酵母糖苷酶水解或葡萄酒環境酸水解，轉變為揮發的、可感知的游離態香氣物質[5]，轉而協同游離態香氣成分影響葡萄酒的品種香氣。

葡萄酒游離態香氣成分是受多種因素共同作用的結果，除土壤、氣候、品種等自然因素外，還包括栽培技術、釀造工藝環境等人為因素的影響[6-7]。葡萄品種潛在優良特征只有在適宜的地理及自然環境條件中才能得到充分表現，不同地域種植的相同品種也會因環境差異的影響而表現出不同的理化特性，使得所釀造的葡萄酒具有區域化品質和風味特征[8-11]。目前，我國在某一地域不同子產區同一葡萄品種香氣成分方面的研究還相對較少，所以研究葡萄酒在某一地域不同產區的特征性香氣成分，對分析葡萄酒產品風味特征具有現實意義[12]。

為研究賀蘭山東麓不同子產區‘北紅’葡萄酒游離態香氣差異，選取2019年賀蘭山東麓不同酒莊的‘北紅’葡萄作為試材，利用頂空固相微萃取（HS-SPME）和氣相色譜-質譜（GC-MS）法結合香氣活性值（Odor Activity Value，OAV）對青銅峽、銀川和永寧3個產區的‘北紅’葡萄酒的香氣成分進行定性定量分析，檢測并篩選出各產區‘北紅’葡萄酒中的香氣成分含量和特征香氣活性值，采用多元統計分析學中的主成分分析（Principle Component Analysis，PCA）篩選出各產區‘北紅’葡萄酒中特有特征香氣成分，為賀蘭山東麓不同產區‘北紅’葡萄酒的鑒別和差異化研究提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

以賀蘭山東麓3個產區2019年‘北紅’葡萄酒為試材。其原料分別選自寧夏華昊葡萄酒有限公司（青銅峽市甘城子鄉）、寧夏農墾平吉堡生態莊園有限公司（銀川市西夏區）和中糧長城葡萄酒（寧夏）有限公司（銀川市永寧縣）的葡萄園，栽培管理、采收時期等基本保持一致。

無水乙醇（色譜純），天津市大茂化學試劑廠；2-辛醇（內標物），上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

GCMS-QP 2010氣相色譜-質譜聯用儀和HP-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），日本島津公司；75 μm聚二甲基硅氧烷/碳分子篩/二乙烯苯（PDMS/CAR/DVB）萃取頭，美國Supelco公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 HS-SPME法提取香氣

取葡萄酒樣5 mL，置于15 mL頂空瓶，并加入1 g NaCl，添加5 μL 2-辛醇（用無水乙醇稀釋200倍）作為內標物，密封頂空瓶，用已活化的75 μm聚二甲基硅氧烷/碳篩/二乙烯苯（PDMS/CAR/DVB）萃取頭插入頂空瓶距離液面1 cm處，置于磁力攪拌加熱臺上，60 ℃萃取30 min，使頂空瓶中的揮發性物質達到平衡狀態，然后從樣品瓶中取出萃取頭插入GC進樣口，解析溫度250 ℃，解析時間5 min。

1.3.2 GC-MS條件

GC條件：汽化室溫度為250 ℃；載氣為高純氦氣（純度≥99.999 %）；流速為1.5 mL/min，采用手動進樣，不分流進樣模式；柱溫箱程序升溫：起始柱溫35 ℃，保持3 min，然后以4 ℃/min的速度升溫至120 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min的速度升溫至230 ℃，保持8 min。

MS條件：離子源溫度為200 ℃，離子能量70 eV，電離方式EI，檢測器電源350 eV。

1.3.3 定性與定量分析

將未知物圖譜與NIST 98標準譜庫進行比對并初步鑒定，再結合保留時間、參考文獻、質譜離子圖對香氣物質進行定性分析；以2-辛醇為內標物，采用內標法進行相對定量（假定校正因子為1），具體公式為：待測揮發性風味物質的濃度＝(待測揮發性風味物質的峰面積/內標物質的峰面積)×內標物質的濃度。

1.4 環境溫度測定

3個產區2019年月均溫度數據源自www.tianqi.com。

1.5 數據處理

采用Microsoft Word 2012和IBM SPSS Statistics 23進行數據處理分析，采用OriginPro 2018進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 ‘北紅’葡萄酒游離態香氣成分定性與定量分析

如表1所示，共檢測出75種香氣成分，根據其化學式結構和特征可分為脂類、醇類、酸類、醛類、酮類、呋喃類、烴類和其他8類。其中脂類物質最多，有22種；其次是醇類18種和酸類13種；醛類、酮類、呋喃類、烴類和其他類物質含量相對較少；呋喃類化合物只在青銅峽產區的葡萄酒中出現。

利用青銅峽產區葡萄釀造的‘北紅’葡萄酒共檢測出37種香氣物質，如表1、圖1所示。其中，酯類15種，占總含量的43.79%；醇類8種，占總含量的51.86%；酸類8種，占總含量的2.97%；酮醛類2種，占總含量的0.79%；且脂類、醇類物質與銀川和永寧產區間存在顯著性差異。相對含量最高的5種香氣成分為：苯乙醇占33.43%，乙酸乙酯占18.26%，異戊醇占14.36%，癸酸乙酯占11.57%，辛酸乙酯占6.45%。

表1 3個產區‘北紅’葡萄酒香氣成分及相對含量分析結果（部分）Table 1 Aroma components and relative content of 'Beihong' wines from three regions (part)

利用銀川產區葡萄釀造的‘北紅’葡萄酒共檢測出40種香氣物質。其中，脂類10種，占總含量的46.91%；醇類14種，占總含量的41.91%；酸類6種，占總含量的6.86%；酮醛類4種，占總含量的1.80%。相對含量最高的5種香氣成分為：苯乙醇占23.50%，乙酸乙酯占19.78%，癸酸乙酯占13.71%，異戊醇占8.29%，辛酸乙酯占8.05%。

圖1 3個產區‘北紅’葡萄酒香氣種類及相對含量的比較Figure 1 Comparison of aroma types and relative content of'Beihong' wines from three regions

利用永寧產區葡萄釀造的‘北紅’葡萄酒共檢測出37種香氣物質。其中，脂類13種，占總含量的44.47%；醇類8種，占總含量的43.83%；酸類8種，占總含量的5.88%；酮醛類5種，占總含量的4.34%。相對含量最高的5種香氣成分為：苯乙醇占34.02%，乙酸乙酯占20.39%），癸酸乙酯占10.21%，異戊醇占6.50%，辛酸乙酯占6.38%。

由以上分析可以發現，不同產區‘北紅’葡萄酒的主要呈香物質種類基本相同，這也很好的體現了‘北紅’葡萄酒的香氣特征，但同一品種在不同產區各類香氣物質的種類和含量存在明顯差異，為更明確的了解3個產區葡萄酒的主體結構和特征香氣成分，需通過多元統計分析手段進行分析和判定[14]。

2.2 特征香氣成分的活性值（OAV）比較

為進一步明確各子產區間差異對葡萄酒香氣成分的影響，本研究對各類物質的OAV值進行了計算，列出了OAV＞0的成分，結果如表2所示。通常認為化合物OAV＞1的成分對整體香氣有貢獻[15]。因此，由表2可以看出，OAV＞1的香氣成分有乙酸苯乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸戊酯和正壬醇，具有花香和果香的癸酸乙酯、辛酸乙酯在‘北紅’葡萄酒中更為突出。

在各產區特征香氣方面，乙酸苯乙酯、乙酸異戊酯和乙酸戊酯只在青銅峽產區的葡萄酒中出現，具有花香和果香的香氣特征，或為青銅峽產區葡萄酒特有的風味；癸酸乙酯和辛酸乙酯在3個產區共同出現，具有花香和果香的香氣特征，或為3個產區葡萄酒共有的風味；己酸乙酯出現在了青銅峽和銀川產區，具有青蘋果味、茴芹味的香氣特征，或為青銅峽和銀川產區葡萄酒特有的風味；正壬醇只出現在了銀川產區，具有塵土味、油脂味、未成熟花香味的香氣特征，或為銀川產區葡萄酒特有的風味。

表2 3個產區‘北紅’葡萄酒主要香氣成分的香氣活性值分析Table 2 Analysis of OAV of main aroma components of 'Beihong' wines from three regions

圖2 3個產區‘北紅’葡萄酒特征香氣組分主成分雙標圖Figure 2 Double plots of characteristic aroma components and principal components of 'Beihong' wines from three regions

圖3 3個產區月均高溫與低溫比較Figure 3 Comparison of monthly average high temperature and low temperature from three regions

2.3 不同產區葡萄酒特征香氣主成分分析

利用降維的思維，借助SPSS統計分析軟件對賀蘭山東麓不同產區‘北紅’葡萄酒OAV＞0的香氣成分進行主成分分析（圖2）。結果顯示，當提取兩個主成分時，PC1&PC2兩個成分共同的累積分離度為95.208%，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）對所有參與分析參數的累積分離度分別為52.859%和42.349%，表明經PCA處理分析得到的兩個成分因子對所選參數有極佳的分離描述度。

圖2是賀蘭山東麓3個產區在PC1和PC2上的雙標圖。由圖2可知，青銅峽產區和永寧產區處在第四象限，且具有較高的得分關聯度。銀川產區處在第一象限，相較在PC1上的映射在PC2上明顯更大，說明該產區對PC2的累積分離度最高，且銀川產區與PC1&PC2呈正相關。并且，銀川產區與青銅峽、永寧產區的香氣得分關聯度較低。由圖2可知，癸酸乙酯、乙酸異戊酯為青銅峽和永寧產區特有特征香氣物質，呈果香味、花香、蠟質味；己酸乙酯為銀川產區特有特征香氣物質，呈茴芹味；辛酸乙酯為3個產區共有特征香氣成分，呈香蕉、梨、花香。

2.3 環境溫度對葡萄酒香氣種類及含量的影響

圖3為2019年全年3個產區月均低溫和月均高溫變化圖。由圖3可知，1—5月青銅峽和永寧產區的月均高溫持續高于銀川產區，溫差在1 ℃；6—7月銀川和永寧產區的月均高溫相同持續高于青銅峽產區；8月青銅峽和銀川產區的月均高溫相同且低于永寧產區；9月銀川和永寧產區的月均高溫相同且高于青銅峽產區。3—9月銀川和永寧產區月均低溫相同持續高于青銅峽產區，在7月時月均低溫溫差達到最大，為2 ℃。對比3個產區月均溫差（月均高溫-月均低溫）發現，在4月的溫差同時達到最大，青銅峽為16 ℃、銀川為14 ℃、永寧為15 ℃。綜合圖2對比發現，在葡萄生長發育時期內（2—10月）銀川產區的月均溫度變化最為明顯，可初步認為造成銀川產區與其他2個產區擁有不同特征香氣成分的原因可能與環境溫度變化有關。

3 討論與結論

世界上任何一個葡萄酒產區都有其無法復制的地域性，單品種也會因海拔、氣候、土壤等環境因子的不同而表現出釀酒品質的差異[28-29]，這與研究初步判定的環境溫度可能是造成產區間‘北紅’葡萄酒特征香氣成分差異的原因相一致。利用GC-MS和OAV對西班牙原產地的葡萄酒香氣特征進行檢測、描述和比較，發現有的產區葡萄酒較為突出的是蔬菜氣味，而有的產區葡萄酒較為突出的是化學香氣，表明不同產區間具有典型的香氣特征[30]，這與研究中‘北紅’葡萄酒在銀川產區蔬菜氣味較為突出，青銅峽和永寧產區水果香氣較為突出結果一致。李媛媛等[31]利用OAV確定具有花香和果香特征的大馬士酮在‘赤霞珠’干紅葡萄酒中香氣貢獻最為突出，本研究則通過OVA確定具有花香和果香特征的癸酸乙酯、辛酸乙酯在‘北紅’葡萄酒中香氣貢獻最為突出。前人還利用主成分分析等多元統計方法對單產區葡萄酒進行香氣成分分析并挖掘出該產區葡萄酒特征香氣成分及其含量[30]，而研究則是利用此方法對單品種多產區的‘北紅’葡萄酒進行主成分分析，并發現銀川產區的特征香氣物質為己酸乙酯，青銅峽和永寧產區的特征香氣物質為癸酸乙酯和乙酸異戊酯。此類研究方法雖然在對香氣成分數據進行產區信息的挖掘和區分方面有良好的效果，但其還存在著抽象，不直觀等問題，而李華等[32]利用可視化分析技術將葡萄酒香氣成分建立成化學信息條形碼，即二維灰度圖，可在不同產區的葡萄酒的區分方面有更高精確度，很好的彌補了包括主成分在內的其他分析方法存在的弊端。單一香氣成分定性與定量分析還不能完全對各產區單品種釀酒葡萄果實香氣和葡萄酒香氣進行定性，在此基礎上還應進行專業感官鑒評，為判定不同產區單品種酒的特征果香物質和構建香氣指紋圖譜提供基礎數據和理論依據。