葡萄酒中橡木香氣成分的分析技術(shù)

薛 婷，錢炳俊，鄧 云，岳 進(jìn)，王丹鳳，趙艷云

(上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240)

葡萄酒是以新鮮葡萄或葡萄汁為原料，經(jīng)酵母發(fā)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(tǒng)陳釀工藝普遍采用經(jīng)特殊工藝制成的橡木桶盛放發(fā)酵完成的葡萄酒進(jìn)行熟化處理。但是，橡木桶制作耗時(shí)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(jìn)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(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，因此，新型陳釀工藝倍受葡萄酒制造商的青睞。經(jīng)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(zhì)好壞的標(biāo)志物，這些香氣物質(zhì)主要有:威士忌內(nèi)酯 (oak lactone)，香草醛 (vanillin)，丁香酚 (eugenol)，愈創(chuàng)木酚 (guaiacol)，丁香醛(syringaldehyde)，糠醛 (furfural)等［1-8］。

近年來，葡萄酒消費(fèi)市場日益擴(kuò)大且利潤豐厚，致使很多無良商家生產(chǎn)劣質(zhì)或低檔葡萄酒，以次充好，嚴(yán)重?cái)_亂了葡萄酒市場秩序。因此，分析優(yōu)質(zhì)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(jià)指標(biāo)，而且可以為上市葡萄酒的品質(zhì)鑒定提供技術(shù)支持。本文綜述國內(nèi)外橡木香氣成分分析技術(shù)和應(yīng)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(zhì)量有重要意義。目前，國內(nèi)外關(guān)于葡萄酒中橡木香氣的色譜分析法主要是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法 (GC-MS)。葡萄酒中的橡木香氣濃度很低，需經(jīng)過萃取和濃縮等預(yù)處理。因此，選擇合適的分離萃取方法分離目標(biāo)成分，排除其他背景成分在GC分析中的干擾至關(guān)重要，國內(nèi)外使用較多的預(yù)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(yù)處理方式。

1.1 預(yù)處理

1.1.1 液液萃取法

液液萃取即有機(jī)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(shù)不同達(dá)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(fā)性成分，GC分析準(zhǔn)確地定性、定量分析了萃取出的香氣物質(zhì)，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(zhǔn)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(zhì)的回收率較好，為58.4%～105.7%，線性相關(guān)系數(shù)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(zhǔn)確地定性、定量了萃取出的香氣物質(zhì)，濃度范圍為0.005～7 mg·L-1。

液液萃取成本低，可操作性強(qiáng)，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(fù)用有機(jī)溶劑萃取可能引起香氣物質(zhì)的損失或結(jié)構(gòu)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(fā)展起來的一種樣品預(yù)處理技術(shù)，由液固萃取和柱液相色譜技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而來［11］。固相萃取建立在傳統(tǒng)的液液萃取基礎(chǔ)上，與高效液相色譜有很多相似之處，如分離的機(jī)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(tǒng)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(jī)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(fā)性成分，同時(shí)采用聚丙烯酸酯纖維頂空微萃取葡萄酒溶液上方的揮發(fā)性成分，結(jié)果準(zhǔn)確地檢測到16種揮發(fā)性物質(zhì)，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(fā)性成分，萃取后分析效果良好，準(zhǔn)確地定性了丁香酚、愈創(chuàng)木酚等香氣成分。

1.1.3 固相微萃取法

固相微萃取技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)新穎的樣品前處理與富集技術(shù)，屬于非溶劑型選擇性萃取法，已由美國Supelco公司在1993年實(shí)現(xiàn)商品化，其裝置類似于氣相色譜的微量進(jìn)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(hù)萃取。直接萃取是將萃取纖維直接插入樣品基質(zhì)，適用于固體樣品;頂空萃取多用于溶液上方的揮發(fā)性成分萃取富集，該方法使用頻率最高;膜保護(hù)萃取旨在分析臟的樣品時(shí)保護(hù)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(fā)物質(zhì)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(zhì)聯(lián)用選擇離子掃描技術(shù) (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(zhì)，研究表明此方法對順式和反式橡木內(nèi)酯、愈創(chuàng)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(fā)性成分，準(zhǔn)確地定性、定量分析了糠醛等香氣物質(zhì)，濃度范圍為0～7 mg·L-1。

固相微萃取結(jié)合GC-MS的方法在揮發(fā)性成分分析中應(yīng)用十分廣泛，它具有很多不可替代的優(yōu)勢，能夠保持樣品的自然狀態(tài)，不需要高溫、高壓等條件，且使用方便，不需要有機(jī)溶劑等復(fù)雜的前處理，便于自動(dòng)化操作。

1.1.4 其他預(yù)處理方法

國內(nèi)外用于葡萄酒香氣成分分析的預(yù)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(zhì)，準(zhǔn)確定性了丁香酚、威士忌內(nèi)酯等42種香氣物質(zhì) (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(zhì)，結(jié)果共檢測出愈創(chuàng)木酚、丁香酚等17種物質(zhì)，該方法對葡萄酒香氣有較高的回收率，線性相關(guān)系數(shù)r2＞0.892，相對標(biāo)準(zhǔn)差＜13.6%;同時(shí)蒸餾萃取 (simultaneous distillation extraction)，即溶劑萃取與蒸餾并用，需要有機(jī)溶劑與高溫同時(shí)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(fā)性組分，萃取后有利于揮發(fā)性組分的GC分析。

1.2 色譜法

國內(nèi)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(zhì)聯(lián)用選擇離子掃描技術(shù)，準(zhǔn)確地定性、定量分析了沙城產(chǎn)區(qū)經(jīng)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(nèi)酯、香蘭素、丁香酚、愈創(chuàng)木酚和4-甲基愈創(chuàng)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(zhǔn)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(zhì)。文獻(xiàn)［16］用GC-MS分析研究了在葡萄酒的不同發(fā)酵階段 (酒精或乳酸)，橡木片的使用對葡萄酒揮發(fā)性組分和感官特性的影響，結(jié)果準(zhǔn)確地定性并定量了酒中102種揮發(fā)性物質(zhì)，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(shí)間對應(yīng)的葡萄酒中糠醛，5-甲基糠醛，順(反)-橡木內(nèi)酯，4-乙基愈創(chuàng)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(jié)果結(jié)合判別分析，可以區(qū)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(chuàng)木酚，橡木內(nèi)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(guān)系數(shù)R2＞0.999 1，檢測限5.55～200 mg·L-1。對結(jié)果進(jìn)行主成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2種陳釀方式的葡萄酒差異明顯。文獻(xiàn) ［3］用GC-MS準(zhǔn)確定性、定量了葡萄酒中揮發(fā)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(shí)間段，3種不同容積橡木桶陳釀的葡萄酒中5種揮發(fā)性成分:順 (反)-橡木內(nèi)酯，愈創(chuàng)木酚，4-甲基愈創(chuàng)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(fā)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(fā)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(fā)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(lǐng)域，為葡萄酒的香氣研究提供了可靠的技術(shù)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(qū)分分析

電子鼻是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新穎的分析揮發(fā)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(shí)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(yīng)裝置及模式識(shí)別系統(tǒng)，使得它的應(yīng)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(chǎn)品的質(zhì)量控制。

目前，電子鼻在葡萄酒領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，并且顯示出相對的優(yōu)越性，可用于葡萄酒生產(chǎn)的在線監(jiān)測［19，25］，葡萄品種識(shí)別、產(chǎn)地識(shí)別［26］、年份識(shí)別等重要領(lǐng)域。還可以用于葡萄酒香氣的分析，Lozano等［27］用電子鼻識(shí)別了白葡萄酒中29種典型香氣。研究采用頂空技術(shù)萃取葡萄酒中的香氣，結(jié)果能夠很準(zhǔn)確地將不同的香氣加以區(qū)分，區(qū)分度達(dá)到PC1(82%)和PC2(11%)。

2.2 電子舌區(qū)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(shù)，其檢測原理與電子鼻相似，同樣不需要對樣品進(jìn)行前處理。但其使用對象主要是液體，主要用于飲料、酒的區(qū)分識(shí)別［28-32］。其用于葡萄酒的分析的報(bào)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(tǒng)的橡木桶陳釀，以及采用橡木片或橡木棒陳釀，陳釀相同時(shí)間后，用電子舌對葡萄酒樣品檢測，并采用主成分分析，結(jié)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(yīng)的葡萄酒的區(qū)分度達(dá)到 PC1(32%)、PC2(19%)、PC3(13%)。說明電子舌能夠很好區(qū)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(zhì)，它能夠反映葡萄酒的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，因此葡萄酒中橡木香氣的分析對于葡萄酒的質(zhì)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(shù)主要有GCMS和電子鼻等。GC-MS是國內(nèi)外香氣分析應(yīng)用最多也最成熟的技術(shù)，在食品行業(yè)應(yīng)用廣泛，具有精確度高，重復(fù)性好，定性、定量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，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(jīng)過復(fù)雜的前處理，操作繁瑣。

電子鼻和電子舌在食品行業(yè)的應(yīng)用也很廣泛，樣品檢測時(shí)一般不需要前處理，檢測速度快，重復(fù)性好，準(zhǔn)確度高，可操作性強(qiáng)，便于現(xiàn)場操作。但是，目前國內(nèi)外僅應(yīng)用于對樣品的區(qū)分識(shí)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(yōu)缺點(diǎn)，各種方法的改進(jìn)措施也在深入研究，鑒于GC-MS和電子鼻各自的優(yōu)點(diǎn)，可以考慮將2種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。用GC-MS定量分析葡萄酒中某種香氣物質(zhì)，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(jié)合GC-MS的定量結(jié)果，建立該香氣物質(zhì)的定量回歸模型，即可用于其他葡萄酒中該香氣物質(zhì)的電子鼻快速定量，既節(jié)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(zhì)的定量將會(huì)成為今后研究的熱點(diǎn)。

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