西北地區干紅葡萄酒質量相關理化指標的判別功能解析

趙 宇，沙 青，孔彩琳，李運奎,2，李愛華，靳國杰,2, 陶永勝,2,*

(1.西北農林科技大學 葡萄酒學院， 陜西 楊凌 712100；2.陜西省葡萄與葡萄酒工程技術研究中心， 陜西 楊凌 712100；3.西北農林科技大學 食品科學與工程學院， 陜西 楊凌 712100)

葡萄酒的質量特征由其顏色、味感和香氣共同決定。花色苷是葡萄酒中重要的呈色物質，其組成和含量決定葡萄酒的色澤[1-2]。單寧、黃烷醇、黃酮醇等多酚類物質對葡萄酒的味感有重要影響，提供澀味，穩定顏色，具有抗氧化功效[3]，其含量在一定程度上可以綜合反映葡萄酒產品的品質優劣。香氣是表現葡萄酒風格特點和差異性的關鍵，受很多因素的影響，如品種、栽培方式、生態氣候，以及釀造工藝[4]?，F代色譜技術的發展，已能準確測定葡萄酒中眾多的揮發性成分和多酚物質，如田欣等[5]采用頂空固相微萃取結合全二維氣相色譜- 飛行時間質譜探討了全二維氣相色譜技術在葡萄酒香氣解析中的應用，但是昂貴的氣相和液相色譜儀器及其較為繁雜的分析方法限制了色譜分析技術在葡萄酒行業的推廣。葡萄酒產品的理化指標分析研究發現，雖然干白葡萄酒的pH值、干浸出物含量、色度、總酚含量顯著低于干紅葡萄酒，但色調則顯著高于干紅葡萄酒[6]。Harbertson等采用分光光度法測定的葡萄酒CIELab顏色空間參數、總酚和單寧等指標在不同干紅葡萄酒產品之間表現出明顯的差異性[7]，電子舌和電子鼻的分析數據顯示不同產區的不同品種干紅葡萄酒之間存在顯著差異[8]。分光光度計作為一種廣譜性儀器，操作相對較為簡單，也可以進行顏色參數以及總單寧含量等的測定，更有利于分析鑒別方法在酒廠等地區的推廣和使用。因此，利用分光光度計開發葡萄酒的色澤- 風味理化指標分析用于葡萄酒的質量風格判定和產品溯源，具有可行性。本研究在前人研究基礎上，以我國西北地區多個產區多款干紅葡萄酒產品為研究對象，基于紫外- 可見光分光光度計檢測分析與干紅葡萄酒色澤、味感和香氣質量相關的多種理化指標，解析其區分產地、品種和年份的判別功能，以期為我國葡萄酒的質量判別和產品溯源提供方法和技術上支持。

1 材料與方法

1.1 葡萄酒樣品

實驗采集新疆產區樓蘭酒莊、新雅酒莊及中信國安酒莊干紅葡萄酒14款，其中2017年份赤霞珠(新疆酒樣1～7，10, 12～13號)，西拉(新疆酒樣8號)、梅鹿輒(新疆酒樣9，14號)及品麗珠(新疆酒樣11號)干紅葡萄酒各1款；寧夏產區中糧云漠酒莊、西夏王國際酒莊干紅葡萄酒7款，其中2014～2017年份赤霞珠(寧夏酒樣15～18號)干紅葡萄酒4款，2017年份梅鹿輒(寧夏酒樣19號)、泰納特(寧夏酒樣20號)及丹菲特(寧夏酒樣21號)干紅葡萄酒各1款；內蒙古烏海產區吉奧尼酒莊、漢森葡萄酒業公司干紅葡萄酒6款，其中2014～2017年份赤霞珠(內蒙古烏海產區22～23, 25, 27號)干紅葡萄酒4款，2015年份西拉(內蒙古烏海產區24號)干紅葡萄酒1款及2016年份梅鹿輒(內蒙古烏海產區26號)干紅葡萄酒1款，共計27款。

1.2 實驗試劑

無水乙醇、濃鹽酸、冰醋酸、乙醛、酒石酸、氫氧化鈉、明膠、三氯化鐵、十二烷基硫酸鈉(sodium laurylsulfonate，SDS)、三乙醇胺(triethanolamine，TEA)、甲醇、氯化鈉、香草醛(p-DMACA)等，分析純，西安化學試劑廠；沒食子酸、橡黃素、咖啡酸，分析純，天津一方科技有限公司；錦葵啶-3-葡萄糖苷標準品、原花青素標準樣品、6-羥基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸(6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid，Trolox)標準品、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picylhydrazyl，DPPH)，Sigma公司。

1.3 儀器與設備

UV-1780型紫外可見分光光度計，島津儀器(蘇州)有限公司；TGL-16M型臺式高速冷凍離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司；KH-500DE型數控超聲波清洗器，昆山禾超聲儀器有限公司；ME203E型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.4 指標分析方法

1.4.1常規理化指標測定

常規理化指標參考文獻[9]測定，包括總酸(以酒石酸計，g/L)、揮發酸(以醋酸計，g/L)、總二氧化硫、游離二氧化硫、還原糖、酒精度、干浸出物、pH值。

1.4.2CIELab參數的設定

將干紅葡萄酒樣品過0.45 μm水系濾膜，用紫外分光光度計掃描380～780 nm的吸收光譜，間隔1 nm。用蒸餾水作為空白對照，每個酒樣重復3次[10]。

1.4.3總酚、酒石酸酯、黃酮醇、黃烷醇和總花色苷的含量測定

參考文獻[11]，用紫外分光光度計測定280、320、360、520 nm下的吸光度，分別對應總酚(A280)、酒石酸酯(A320)、黃酮醇(A360)、花色苷(A520)的吸光度，由標準曲線計算出含量。

黃烷醇使用p-DMACA-鹽酸法進行測定[12-13]。根據實際吸光度大小稀釋葡萄酒，取稀釋后試樣0.1 mL和3 mL的p-DMACA溶液于試管中，充分搖勻待其反應后在640 nm處測定其吸光度，用去離子水代替樣品做對照調零。每個樣品重復3次，結果以兒茶素等價值表示，mg/L。

1.4.4單體花色苷、多聚體花色苷和輔色素的含量測定

將乙醛溶液加入處理酒樣中，室溫下靜置45 min，用紫外分光光度計在520 nm波長下測定吸光度Aacet；取2 mL酒樣，用紫外分光光度計在520 nm波長下測定吸光度A520；將質量濃度為0.05 g/mL的SO2溶液，加入至處理酒樣中，在520 nm波長下測定吸光度ASO2[14-15]。

x(輔色素)=c(輔色素)/c(總花色苷)= (Aace-A520)/Aacet×100%。

(1)

x(單體花色苷)=c(單體花色苷)/c(總花色苷)= (A520-ASO2)/Aacet×100%。

(2)

x(多聚體花色苷)=c(多聚體花色苷)/c(總花色苷)=ASO2/Aacet×100%。

(3)

式(1)、(2)、(3)中，A520為未經過處理的酒樣的吸光度，ASO2為用SO2溶液處理的酒樣的吸光度，Aacet為用乙醛溶液處理的酒樣的吸光度，每個樣品重復3次。

1.4.5總單寧的含量測定

取10 mL離心管，用蒸餾水稀釋酒樣，再加入3 mL濃鹽酸，錫箔紙包嚴避光，沸水浴30 min后迅速冷卻，加入無水乙醇，在550 nm下測定吸光度A1; 另一組采用相同處理方法，常溫放置30 min，在550 nm下測定吸光度A2[11,14]。

ρ(總單寧)=(A1-A2)×19.33。

(4)

式(4)中，ρ(總單寧)是總單寧的質量濃度，g/L；A1為經過沸水浴處理的酒樣的吸光度；A2為常溫處理的酒樣的吸光度。

1.4.6鹽酸指數測定

鹽酸指數可以表征葡萄酒中高聚合單寧的比例。

取2 mL離心管，加入500 μL酒樣，250 μL蒸餾水，750 μL濃鹽酸，搖勻后立即取200 μL混合液，加蒸餾水稀釋，用紫外分光光度計在280 nm下測定吸光度A3；另一組采用相同處理，混合均勻后常溫下靜置7 h，離心后去掉沉淀，取上清液，加入蒸餾水，在280 nm下測定吸光度A4[14-15]。

x(鹽酸指數)=(A3-A4)/A3×100%。

(5)

式(5)中，A3為未經放置7 h處理酒樣的吸光度，A4為放置7 h處理的酒樣的吸光度。

1.4.7乙醇指數測定

乙醇指數可以表征葡萄酒中單寧與多糖結合的比例。

取5 mL離心管，加入0.4 mL酒樣，3.6 mL無水乙醇，混合均勻，立刻取混合液，加蒸餾水稀釋4倍，用紫外分光光度計在280 nm下測定吸光度A5；另一組采用相同處理，混合均勻后常溫下靜置24 h，離心后去掉沉淀，取上清液，加入蒸餾水，用紫外分光光度計在280 nm下測定吸光度A6[14-15]。

x(乙醇指數)=(A5-A6)/A5×100%。

(6)

式(6)中，A5為未經放置24 h處理酒樣的吸光度，A6為放置2 h處理的酒樣的吸光度。

1.4.8離子化指數測定

離子化指數可以表征對顏色起貢獻的花色苷比例。

取稀釋后酒樣，在520 nm下測定吸光度A7；在酒樣中加入質量分數為7%NaHSO3溶液，在520 nm下測定吸光度A8；在酒樣中加入2.8 mL的HCl溶液(0.1 N)，加入蒸餾水，在520 nm下測定吸光度A9；在酒樣中加入2.8 mL的HCl溶液(0.1 mol/L)，再加質量濃度為0.07 g/mL的NaHSO3溶液，在520 nm下測定吸光度A10[14]。

x(離子化指數)= [(A7-A8)×(12/10)/(A9-A10)× (100/95)]×100%。

(7)

式(7)中，A7為未加NaHSO3溶液對照組酒樣的吸光度，A8為加入NaHSO3溶液酒樣的吸光度，A9為未加HCl溶液對照組酒樣的吸光度，A10為加入HCl溶液酒樣的吸光度。

1.4.9抗氧化性測定

采用葡萄酒清除DPPH自由基活性法測定。取葡萄酒樣品加到3.9 mL DPPH甲醇溶液中，室溫下避光反應20 min，在517 nm處測定吸光度，每個酒樣處理重復3次。對照以甲醇溶液代替樣品[16]。

1.5 香氣特征的測定

培訓品評員并進行酒樣感官分析[17]，香氣特征采用香氣特征詞匯的使用頻率和強度平均值進行幾何平均數量化，計算方法見式(8)。

(8)

式(8)中，F為某一特征感官的量化值，計算方法見式(9)。

F=(品嘗組中使用某一特征詞匯的人數)/ (品嘗組人數)×100% 。

(9)

式(8)中，I為某一特征感受的強度率，計算方法見式(10)。

I=(品嘗組對某一感官特征的平均得分)/ (最高分值)×100% 。

(10)

1.6 數據分析

采用IBM SPSS Statistics 22.0進行方差分析、主成分分析、聚類分析，評價各類指標在不同樣品之間的差異以及產品溯源的判別功能。

2 結果與討論

2.1 常規理化指標的分析結果

常規理化指標檢測結果均符合國家標準。對常規理化指標進行主成分分析，發現前兩個主成分占總體方差的50%，聚類效果較差，因此，不以常規理化指標作為判別分析的指標。

2.2 色澤相關指標分析

2.3 味感相關指標分析

單寧等多酚物質是葡萄酒味感的重要貢獻成分[19]，供試酒樣的味感相關理化指標的檢測值見表2。總酚質量濃度446.85～2 455.51 mg/L，黃酮醇質量濃度381.38～1 330.90 mg/L，黃烷醇質量濃度182.15～633.23 mg/L，抗氧化活性530.29～947.05 μmol/L，單寧質量濃度1.27～6.49 g/L，供試酒樣之間存在顯著性差異。鹽酸指數反映干紅葡萄酒中高聚合單寧的比例，在10%～25%表明酒樣適合陳釀，在35%～40%，高聚合單寧就很容易發生沉淀[22]。供試酒樣的鹽酸指數在1.89%～35.68%，酒樣間差異顯著。乙醇指數反映葡萄酒中與多糖結合的單寧比例，乙醇指數越高，葡萄酒的收斂性越弱，口感越柔和[21]，供試酒樣的乙醇指數范圍1.87%～44.47%，差異明顯。數據PCA結果見圖2。前兩個主成分占總體方差的65.93%。新疆酒樣絕大多數都分布在第一主成分的正向端，總酚、鹽酸指數、乙醇指數和抗氧化性等味感指標與新疆產區酒樣靠近；寧夏酒樣大多分布在第三象限，內蒙古烏海酒樣大多分布在第二象限，總單寧、黃酮醇和黃烷醇在這兩個區域。味感理化指標對葡萄酒產地和年份的判別效果較好，但味感指標對不同品種的葡萄酒判別效果不佳。

2.4 香氣相關指標分析

研究發現，酯類物質是葡萄酒中的重要的呈香物質，而果香是葡萄酒產品質量和風格的主要體現特征[23-24]。酒石酸酯和總酸含量均是果香酯類物質平衡的重要影響因素。供試酒樣的香氣相關指標的分析結果見表3。酒石酸酯質量濃度566.67～1 365.56 mg/L，總酸質量濃度5.23～8.71 g/L，不同酒樣之間有酒石酸酯和總酸具有顯著性差異。酒石酸酯是葡萄酒的酒石酸和乙醇通過脫水生成的酯類化合物，是葡萄酒香氣的重要物質之一，但它在陳釀過程中逐漸消失，可以反映出葡萄酒的酯化情況[25]。葡萄酒的量化香氣特征包含熱帶水果、溫帶甜果和溫帶酸果，氣味強度值在30%～80%范圍，酒樣之間有差異。數據PCA結果見圖3，前兩個主成分占總體方差的83.10%。新疆酒樣絕大多數都分布在第三象限；寧夏產區的酒樣大多分布在第一、二象限，內蒙古烏海產區的酒樣大多分布在第一、三象限，總酸、酒石酸酯、果香特征集中分布在第一象限。分析可知，香氣相關指標對不同產區和品種的酒樣有較好的判別效果，而對不同年份的葡萄酒判別效果一般。

表1 供試酒樣色澤相關理化指標Tab.1 Color related physiochemical indexes of wine samples

圖1 色澤相關指標在前2個主成分上的載荷分布Fig.1 Loading distribution of color related indexes on first two PCs

表2 供試酒樣味感相關理化指標

續表2

圖2 味感相關指標在前2個主成分上的載荷分布Fig.2 Loading distribution of taste related indexes on first two PCs

表3 供試酒樣香氣相關理化指標

續表3

圖3 香氣相關指標在前2個主成分上的載荷分布Fig.3 Loading distribution of aroma related indexes on first two PCs

2.5 理化指標的總體分析

選擇差異性相對較大的理化指標進行供試酒樣數據的PCA處理，前2個主成分占總體方差的67.32%，結果見圖4?？偡?、單體花色苷、離子化指數、鹽酸指數、顏色空間參數L*、a*以及果香特征分布在第二象限和第三象限，新疆酒樣也均分布于該區域，表明新疆酒樣中以上指標含量較高。寧夏酒樣位于第一、四象限，多聚體花色苷、色調h*以及多酚指標在其附近分布，有總花色苷、黃酮醇、酒石酸酯、黃烷醇，表明寧夏產區酒樣色調和多酚含量相對較高。內蒙古烏海酒樣分布相對較分散。2017年份酒樣集中分布在第一主成分的負向端，其他年份酒樣分布在正向端，主要集中于第四象限；赤霞珠酒樣分布在第二主成分的負向端，主要集中在第三象限，其他品種分布在y軸正向端。綜合分析，色澤、味感和香氣指標的整體判別酒樣產地、品種和年份的效果更好，在一定程度上可以用于表征葡萄酒的質量特征。

供試酒樣質量相關指標的聚類分析結果見圖5。新疆、寧夏和內蒙古烏海產區的酒樣在距離為17時被劃分成了3類，其中，新疆產區的酒樣被劃分為了第一類，內蒙古烏海產區的22號和23號酒樣被劃分為了第二類，第三類則包括內蒙古烏海產區的24號和26號酒樣以及寧夏產區的全部酒樣。同時，新疆產區的酒樣又被劃分為了4小類，聚類效果較好，產地判別的正確率超過90%，從側面反映出干紅葡萄酒質量相關理化指標在一定程度上對不同產區葡萄酒的判別效果顯著。

圖5 供試酒樣質量相關理化指標聚類分析Fig.5 Cluster analysis of physicochemical indexes related to wine quality

3 結 論

本研究以西北地區新疆產區、寧夏產區和內蒙古烏海產區的干紅葡萄酒為材料，基于紫外- 可見光分光光度計檢測酒樣的色澤、味感及香氣相關理化指標，并進行葡萄酒香氣特征的感官量化分析，以解析西北地區不同產地、品種和年份的判別功能。數據結果表明：常規理化指標可以反映出葡萄酒的質量狀況，但不能很好地用于評判葡萄酒的質量特征和風格；色澤質量相關理化指標可以體現出不同年份干紅葡萄酒的色澤差異性，判別效果較顯著，而對不同品種的葡萄酒判別效果一般，對于不同產區判別效果較差；味感質量相關理化指標可以表現出不同產區和年份的葡萄酒的口感差異性，但對不同品種的葡萄酒判別效果不理想；香氣質量相關理化指標能夠評價葡萄酒香氣特點，對于不同產區和年份的葡萄酒有較好的判別效果，而對不同品種的酒樣判別效果一般。綜合葡萄酒色澤、味感和香氣相關理化指標的色澤- 風味理化指標對不同產區、年份及品種進行判別，判別效果強于單獨以色澤、味感及香氣理化指標進行的判別分析，在一定程度上可以表征葡萄酒的質量風格。三個產區的葡萄酒經聚類分析共被成功劃分成三類，正確率為90%，表明干紅葡萄酒質量相關理化指標對西北地區干紅葡萄酒的判別效果較顯著。因此，基于分光光度法開發的干紅葡萄酒色澤- 風味理化指標的大數據具有判別西北地區干紅葡萄酒產地、年份和品種潛在的推廣應用前景。