橡木桶陳釀對‘赤霞珠’干紅葡萄酒香氣的影響

余俊燕，李存，蘭義賓，段長青，吳廣楓

（中國農業大學食品科學與營養工程學院/農業部葡萄酒加工重點實驗室，北京 100083）

氣候、土壤、葡萄品種、栽培模式、發酵工藝以及陳釀環境等因素共同作用對葡萄酒的香氣產生影響[1-3]。近年來，國內外對葡萄酒香氣的研究主要集中在風味物質的形成機理和影響因素上[4]。沙城產區主要包括河北省宣化區、涿鹿縣、懷來縣，擁有獨特的優質葡萄生長的自然環境，可以生產出優質的‘赤霞珠’‘蛇龍珠’和‘品麗珠’葡萄酒[5]，該產區葡萄酒的特征香氣也備受關注。侯敏[6]利用化學儀器分析和感官分析對沙城‘赤霞珠’干紅葡萄酒進行研究，發現香草味、烘烤味、辛辣、水果、咖啡、奶油、李子干和動物氣味等11個描述詞可以用來描述沙城‘赤霞珠’干紅葡萄酒的特征香氣。商華[7]以沙城產區不同地塊、不同桶齡的橡木桶搭配干紅葡萄酒進行陳釀試驗，結果表明，不同產地和桶齡的橡木桶進行合理搭配可以改善陳釀后干紅葡萄酒的香氣濃郁度和復雜度。

葡萄酒在橡木桶陳釀過程中，其品質會發生變化，酒體更加成熟，口感和色澤也能得到提升[8]。一方面是因為一系列和橡木相關的物質浸入酒中，能夠增強葡萄酒的口感和香氣的復雜性[9]。另一方面是由于橡木桶為葡萄酒提供了特殊的微氧環境，尤其是新橡木桶的桶壁具有良好的透氣性，可以使外界的氧氣通過板材縫隙滲入到葡萄酒中[10]。Aiken[11]指出，在橡木桶陳釀過程中，由于香草醛和丁香酚等揮發性酚類化合物的浸出，使經過橡木桶陳釀的葡萄酒具有顯著的橡木香氣、香草香以及香料香。尹建邦[12]對沙城產區‘赤霞珠’干紅葡萄酒的橡木香氣進行檢測分析發現，橡木香氣中順式-橡木內酯、反式-橡木內酯、愈創木酚、丁香酚和香蘭素的濃度均高于其感官閾值，其中順式-橡木內酯具有最高的氣味活性值（OAV），是葡萄酒中重要的橡木香氣物質。

香氣是衡量葡萄酒品質的重要標準之一。葡萄酒中香氣物質的種類、組成比例、含量及各物質之間的平衡關系等因素使葡萄酒呈現出不同的風格特色[13]。因此，本文以長城桑干酒莊‘赤霞珠’干紅葡萄酒為研究對象，通過對3種橡木桶進行陳釀試驗，利用GC-MS技術，分析葡萄酒在不同橡木桶陳釀過程中香氣物質的變化，并通過計算OAV值，對比其差異，研究葡萄酒陳釀12個月后的香氣特點，并結合感官定量描述分析的方法，探究不同橡木桶陳釀對‘赤霞珠’干紅葡萄酒香氣的影響，從而為該酒莊實際生產過程中橡木桶的選擇提供理論依據。

1. 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品選用中糧長城桑干酒莊2018年‘赤霞珠’干紅葡萄酒。葡萄原料的成熟期為2018年10月中下旬，葡萄總糖含量為208 g·L-1、總酸為7.7 g·L-1。葡萄采收后在長城桑干酒莊進行除梗破碎，經過冷浸漬后進入酒精發酵及蘋乳發酵階段。發酵結束后，于2019年9月29日在中糧長城桑干酒莊的地下酒窖開始橡木桶陳釀試驗。地下酒窖常年處于恒溫恒濕狀態，保證了相對穩定的溫濕度變化，溫度范圍為10～18 ℃，濕度范圍為60%～80%，酒窖內部的照明柔和，定期進行通風換氣以保證酒窖空氣新鮮。橡木桶分為艾米塔基（Ermitage，AM）、索利（Selection，SL）優選型、希爾宛（Signature，XW）3種桶型。試驗中用于陳釀的橡木桶原料產自法國，橡木板材是無柄橡木和有柄橡木的混合板材，橡木板材經過24個月的天然晾曬，烘烤程度均為中度烘烤，體積均為225 L。為增加試驗結果的準確性，取樣時間點一致，均為入桶前及桶儲12個月后進行取樣，每次取樣時每個桶均在中部位置利用虹吸方法吸取350 mL，取樣結束后將樣品放置于﹣20 ℃冰箱中進行保存。

色譜純試劑甲醇、乙醇、二氯甲烷均購自北京藍弋化工產品有限責任公司；分析純試劑葡萄糖、酒石酸、氯化鈉、氫氧化鈉、無水硫酸鈉均購自北京化學試劑公司。試驗用水為娃哈哈純凈水。

1.2 儀器與設備

JY10002電子天平，上海舜宇恒平儀器有限公司；Agilent 7890 GC和Agilent 6890氣相色譜儀、Agilent 5975B MS和Agilent 5975質譜儀均為美國安捷倫科技有限公司；固相微萃取裝置，SPME美國Supelco公司；SG3200HBT超聲波清洗機，上海冠特超聲儀器有限公司；PB-10 pH儀，德國塞利多斯公司。

1.3 方法

1.3.1 頂空固相微萃?。℉S-SPME）

參照蘭義賓等[14]的方法：使用本實驗室已經優化的頂空固相微萃取法-氣相質譜（Headspace Solid-Phase Microextraction，HS-SPME）聯用方法分析葡萄酒自身香氣物質。GC條件：載氣He（≥99.99%），流速為1 mL·min-1，自動進樣，不分流模式，初始溫度設置為50 ℃，保持1 min；然后3 ℃·min-1升溫至220 ℃，保持3 min，然后10 ℃·min-1升溫到240 ℃，保持5 min。MS條件：離子源和四極桿溫度分別為230 ℃和150 ℃，電子電離模式為70 eV，采用全掃描模式，掃描范圍為30～350 u[14]。香氣物質的定性分析是依據每個物質的保留時間（RT）、保留指數（RI）及質譜信息與NIST 2011標準譜庫的信息進行對比定性[15]。定量采用內標法，用4-甲基-2-戊醇內標物來校正儀器的響應狀態，使用模擬酒溶液來配置標準曲線（2 g·L-1葡萄糖、7 g·L-1酒石酸、12%乙醇，用NaOH調節pH至3.3），用乙醇溶解已有的標準品物質，添加香氣標準品母液，使用擬酒溶液連續稀釋12個梯度，同樣使用1.3.1的方法對香氣物質進行分析并繪制標準曲線，將香氣物質與內標的保留值之比代入標準曲線即可得到各個物質的濃度[16]。

1.3.2 液-液萃?。↙LE）

稱5 g硫酸銨于50 mL離心管中，依次加入20 mL酒樣和10 μL混合內標（γ-己內酯、3,4-二甲基苯酚、鄰-香草醛）后震蕩搖勻。混勻后加入5 mL色譜級二氯甲烷，搖勻后震蕩5 min，然后置于提前預冷好的離心機（4 ℃，10 000 r·min-1）中離心10 min。吸取下層二氯甲烷于20 mL的試管中，再加入5 mL二氯甲烷重復上述操作進行二次離心，向兩次離心收集的二氯甲烷溶液中加入1.5 g無水硫酸鈉，待酒滴被吸附后將上清液移至干凈的離心管中，將所得上清液氮吹濃縮至1 mL左右，使用0.22 μm有機系微孔過濾膜過濾至2 mL進樣小瓶，于﹣20℃冰箱貯藏，待分析[17]。

1.3.3 氣相色譜與質譜聯用（GC-MS）分析[17]

在本試驗中，用于檢測葡萄酒中橡木類香氣物質采用的氣相色譜是Agilent 7890，質譜為Agilent 5975B MS；毛細管柱采用的是Agilent 19091N-136：4432.67434 HP-INNOWax Polyethylene Glyco 260 ℃：60 m×250 μm ×0.25 μm。GC條件：≥99.99%的高純氦氣，流速為1 mL·min-1，選擇不分流模式，自動進樣，柱溫初始溫度為50 ℃，保溫0 min；以7 ℃·min-1的速率升溫至120 ℃，保溫5 min，以2 ℃·min-1升溫至200 ℃·min-1，保溫0 min，然后以10 ℃·min-1達到目標溫度240 ℃，保溫20 min。MS條件：質譜電離方式為EI，離子源溫度是230 ℃，質譜接口溫度為150 ℃，電離能70 eV恒定，掃描范圍為30～350 u。

1.3.4 橡木香氣物質定性和定量分析

定性：將每個物質的RT、RI及質譜信息與本實驗室基于GC-MS已建立的38種橡木香氣物質標準譜庫進行定性[17]。定量：配置模擬酒溶液（2 g·L-1葡萄糖、7 g·L-1酒石酸、使用NaOH調節pH至3.5），調整乙醇濃度為13%，加入香氣標準品母液，連續稀釋10個梯度。用相同的萃取條件和GC-MS條件對香氣進行定性分析，并制作標準曲線對樣品中的香氣物質進行定量分析。利用MSD軟件進行峰面積積分，標準曲線和樣品都使用相應濃度的3種內標物質來校正儀器的響應狀態（γ-己內酯校正橡木內酯類和呋喃類物質，鄰-香草醛校正酚醛類物質，3,4-2甲基苯酚校正揮發性酚類物質）。

1.4 數據處理

IBM SPSS Statistics 21對數據進行單因素AVONA分析（Duncan檢驗，P＜0.05）；采用Origin 9.0繪制柱狀圖；使用SIMCA 14.1繪制正交偏最小二乘-判別分析圖。

2 結果與分析

2.1 橡木桶陳釀對葡萄酒香氣的影響

2018年份‘赤霞珠’干紅葡萄酒樣品中共檢測到98種揮發性香氣物質。其中通過頂空-固相微萃取法提取的香氣物質共72種，主要是來自于葡萄果實或者發酵過程的香氣物質，還有少數在陳釀過程中大量形成的香氣物質，如乳酸乙酯（Ethyl lactate）、乳酸異戊酯（Isoamyl lactate）、2-羥基-4-甲基戊酸乙酯（Ethyl 2-hydroxy-4-methylpentanoate）、丁二酸二乙酯（Diethyl succinate）等，這部分物質被稱為葡萄酒自身香氣物質。通過液-液萃取法提取的香氣物質共26種，主要是與橡木桶陳釀密切相關的香氣物質，包括揮發性酚類物質、酚醛類物質、呋喃類物質和內酯類物質，稱為橡木香氣物質。

2.2 偏最小二乘法判別分析

對‘赤霞珠’干紅葡萄酒自身香氣物質和橡木香氣物質分別進行偏最小二乘法判別分析（PLS-DA），進一步挖掘陳釀過程中各樣品中檢測到的香氣物質與橡木桶之間的關系，同時篩選出VIP（Variable Importance for the Projection）大于1的特征差異物質。

2.2.1 葡萄酒自身香氣

由得分圖1可知，AM、XW和SL均能被完全分開，主成分1可以將XW與AM和SL進行很好的區分，主成分2可以將AM與XW和SL進行區分，即說明3種橡木桶對‘赤霞珠’干紅葡萄酒的自身香氣物質造成了一定的差異。同時通過計算VIP值來衡量每種物質對3個橡木桶的分類并判別其影響強度和解釋能力，從而輔助篩選特征香氣物質（一般以VIP＞1.0作為篩選的標準）。由Loading Scatter Plot圖1可知，乙酸異戊酯、月桂酸乙酯、壬酸乙酯、丁醇和2-乙基-1-己醇等11種物質可能是XW與AM和SL之間的差異特征物質；苯甲醛、辛酸、己醇、苯甲醇、乙酸乙酯和苯乙酸乙酯等12種物質可能是AM與XW和SL之間的差異特征物質；乳酸乙酯、己酸乙酯、異戊酸乙酯、辛酸乙酯、異戊醇、辛醇和苯乙醇等13種物質可能是SL與AM和XW之間的差異特征物質。

圖1 2018年份不同橡木桶陳釀‘赤霞珠’干紅葡萄酒自身香氣物質的偏最小二乘法判別分析Figure 1 Discriminant analysis of aroma components of 'Cabernet Sauvignon' wine aged in different oak barrels in 2018

2.2.2 葡萄酒橡木香氣

由得分圖2可知，AM、XW和SL均能被完全分開，主成分1可以將XW、AM和SL進行很好的區分，主成分2可以將XW與AM和SL進行很好的區分，即說明3種橡木桶對‘赤霞珠’干紅葡萄酒的橡木香氣物質造成了一定的差異。由Loading Scatter Plot圖2可知，VIP值＞1的物質有順/反式橡木內酯、3-乙基苯酚和香草酸甲酯等7種物質可能是XW與AM和SL之間的差異特征物質；糠醛、5-甲基糠醛、乙酰呋喃、香草酸、4-乙基苯酚等7種物質可能是導致AM與XW和SL之間的差異特征物質。

圖2 橡木桶陳釀‘赤霞珠’干紅葡萄酒橡木香氣物質的偏最小二乘法判別分析Figure 2 Discriminant analysis of aromatic substances in oak of 'Cabernet Sauvignon' wine aged in different oak barrel by partial least square method

2.3 OAV分析

OAV是香氣成分的質量濃度與嗅覺閾值的比值，OAV值用于評估單一揮發性化合物對葡萄酒香氣的潛在貢獻[18-19]，或尋找某一葡萄酒香氣的主要香氣化合物或特征化合物[20-21]。OAV＞1表明這些物質的香氣濃度要高于人類的閾值濃度，因此這些物質作為葡萄酒的主要香氣物質，對葡萄酒的整體香氣特性有著重要的貢獻。OAV值越高，該物質的香氣貢獻越大。本研究對3種橡木桶陳釀‘赤霞珠’的OAV＞1的香氣成分進行了分類和總結。

2.3.1 葡萄酒自身香氣

葡萄酒OAV＞1的自身香氣物質見表1。由表1可知，果香主要由4種脂肪酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和1種乙酸酯（乙酸異戊酯）產生。其中乳酸乙酯和辛酸乙酯的香氣值存在顯著性差異，并且SL桶這些物質的香氣值明顯高于AM桶和XW桶。由于酯類物質主要為葡萄酒貢獻果香，因此可以進一步推斷SL桶陳釀12個月后的‘赤霞珠’干紅葡萄酒具有更濃郁的果香?；ㄏ阒饕?種脂肪酸乙酯（辛酸乙酯）、1種羰基化合物（苯乙醛）和1種降異戊二烯（β-大馬士酮）產生。其中SL桶和XW桶的香氣值要顯著的高于AM桶。SL桶和XW桶陳釀12個月后的‘赤霞珠’酒具有更濃郁的花香。植物味主要由1種高級醇（己醇）產生。XW桶的氣味活性值顯著低于SL桶和AM桶，推測陳釀12月后XW桶的‘赤霞珠’酒生青味降低。焦糖香主要是由1種高級醇（異戊醇）、1種羰基化合物（苯乙醛）和1種降異戊二烯類物質（β-大馬士酮）產生。后兩類物質在不同桶之間并不存在顯著性差異，SL桶異戊醇的香氣值顯著高于其他兩種桶。脂肪味主要由2種脂肪酸乙酯（乳酸乙酯、癸酸乙酯）和1種高級醇（異戊醇）產生。其中SL桶的香氣值均顯著的高于AM桶和XW桶。

表1 橡木桶陳釀12個月葡萄酒中主要香氣物質（OAV＞1）的含量Table 1 Contents of main aroma compounds (OAV＞1) in wine aged in different oak barrels for 12 months μg·L-1

2.3.2 葡萄酒橡木香氣

本研究將3個不同橡木桶陳釀‘赤霞珠’中橡木香氣化合物OAV＞1的香氣物質進行分類匯總見表2。由表2可知，焦糖香主要由1種酚醛類物質（香草醛）和1種揮發性酚類物質（丁香酚）產生。并且這兩種物質在不同橡木桶之間都有顯著性差異，AM桶香草醛的香氣值明顯比較高，XW桶丁香酚的香氣值顯著高于AM桶和SL桶。椰子味主要由2種橡木內酯（順/反式橡木內酯）、1種酚醛類物質（香草醛）和1種揮發性酚類物質（丁香酚）產生。其中XW桶順/反式橡木內酯的香氣值均顯著的高于AM桶和SL桶。香料味主要由2種揮發性酚類物質（丁香酚、4-乙烯基愈創木酚）產生。XW桶丁香酚和4-乙烯基愈創木酚的香氣值均顯著的高于AM桶和SL桶。煙熏味和皮革味主要是由1種揮發性酚（4-乙基愈創木酚）產生，AM桶4-乙基愈創木酚的香氣值顯著的高于SL桶和XW桶。

表2 不同橡木桶陳釀12個月葡萄酒中橡木香氣物質（OAV＞1）的含量Table 2 Content of oak aroma compounds in wine aged in different oak barrel s for12 months μg·L-1

2.4 感官品評

由于感官品評成員之間在評價尺度、評價方向和評價位置等方面存在差異，不同品評成員對同一酒樣的感官評價差異較大，從而不能真實反映酒樣之間的差異。因此，感官數據的處理方法采用置信區間法對原始數據進行合理調整，有效降低品評成員之間的誤差，真實反映酒樣之間的客觀差異。

為了能夠直觀的觀察到不同橡木桶陳釀的‘赤霞珠’干紅葡萄酒的香氣感官差異，根據置信區間檢驗轉換后的數據繪制雷達圖，如圖3。由圖3可知，XW桶具有花香、中等強度的焦糖香、橡木桶陳釀帶來的較為濃郁的木香、椰子香以及中等強度的香料味，帶有一些果香，幾乎聞不到脂肪味。AM桶具有煙熏味、焦糖味、中等強度的果香和木香。SL桶具有濃郁的果香、中等強度的脂肪味，帶有一些香料味和花香。

圖3 三個不同橡木桶‘赤霞珠’干紅葡萄酒的香氣輪廓圖Figure 3 Aroma profiles of three different oak barrels of'Cabernet Sauvignon' wine

感官分析結果與儀器檢測香氣物質的結果基本一致，結合VIP和OAV值篩選出重點分析的香氣物質可以進一步推測花香與辛酸乙酯含量密切相關，果香與脂肪酸乙酯類物質（己酸乙酯、乳酸乙酯、癸酸乙酯）的含量呈正相關，煙熏味與揮發性酚類物質密切相關，木香、椰子味與橡木內酯類物質（順式-橡木內酯、反式-橡木內酯）密切相關。這些香氣物質含量的差異導致了3種橡木桶‘赤霞珠’干紅葡萄酒不同的香氣特點。

3 討論與結論

陳釀香源自橡木。橡木桶按產地主要分為美洲桶和歐洲桶；按紋理區分為細紋理、中紋理和粗紋理；按工藝區分為輕度烘烤、中度烘烤和重度烘烤。

橡木桶對于葡萄酒香氣的貢獻在于橡木自身具有的香氣物質[22]。陳釀過程中，葡萄酒透過木質縫隙接觸橡木桶內壁以下1～5 mm的風味物質層，吸收其中的風味物質。

橡木香在酒中的體現很大程度受橡木桶產地、紋理度和烘烤度影響[22]。從橡木本身來說，美洲橡木具備更多的芳香物前體，而適度烘烤則促進了橡木的纖維素、半纖維素、木質素等大分子物質的分解和香氣物質的形成。對于成品桶來說，由于桶內具有的風味物質含量有限，同一個橡木桶對于葡萄酒風味的貢獻會隨著桶齡的增加逐漸減少。相比細紋理橡木桶而言，葡萄酒在陳釀過程中更容易滲透進入粗紋理橡木桶的風味物質層，獲取其中的風味物質。王燕榮等[23]將‘赤霞珠’干紅葡萄酒陳放于不同來源和不同烘烤程度的橡木桶陳釀，結果表明，‘赤霞珠’干紅葡萄酒陳放在法國中度烘烤橡木桶的表現較好。

本研究通過對2018年‘赤霞珠’干紅葡萄酒在不同橡木桶中陳釀12個月過程中香氣物質含量的差異和變化趨勢分析，利用偏最小二乘法判別分析來進一步驗證陳釀過程中橡木桶對香氣物質的影響以及利用VIP值篩選出特征差異物質，并計算OAV值結合特征差異物質進行重點分析，得出以下結論。

在陳釀過程中，不同橡木桶對同一原酒的香氣有重要影響；對同一原酒使用不同橡木桶進行陳釀后各類香氣物質均呈現顯著性差異。在橡木桶陳釀過程中，就葡萄酒自身香氣而言，大部分醇類、酯類、揮發性脂肪酸類物質的濃度呈現下降的趨勢；就橡木香氣物質而言，大部分橡木類物質整體上呈現上升的趨勢；從OAV值的角度出發，發現AM桶呈現出突出的煙熏味和焦糖味；SL桶的花香、果香和脂肪味更為突出；XW桶表現出更加濃郁的橡木香、椰子味、香料香和花香。通過對VIP值和OAV值進行計算，篩選出順式-橡木內酯、反式-橡木內酯、4-乙烯基愈創木酚、辛酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、己醇、異戊醇和辛酸等物質作為香氣物質重點分析。

試驗表明，使用希爾宛桶陳釀的葡萄酒中橡木香、椰子味和香料香突出，更加適合用來陳釀‘赤霞珠’葡萄酒。因此建議‘赤霞珠’干紅葡萄酒陳釀時首選希爾宛桶中度烘烤木桶。