‘桂葡3號’葡萄皮渣蒸餾酒香氣特征分析

謝林君,成 果,張 勁,林 玲,張 瑛,謝太理,周詠梅

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院葡萄與葡萄酒研究所,廣西南寧 530007)

桂葡3號是由廣西農(nóng)業(yè)科學院葡萄與葡萄酒研究所從引進的臺灣歐美雜交種葡萄“金香(Vitisvinifera×Vitislabrusca)”中選育的芽變新品種,2014年4月通過廣西農(nóng)作物品種審定委員會審定。該品種成熟時果皮金黃色,可溶性固形物含量高,具令人愉快的濃郁香氣,有釀造具有南方特色優(yōu)質白葡萄酒的潛質[1]。近年來,對桂葡3號植物生長調節(jié)劑使用[2-3]、肥水管理[4-5]等栽培技術方向開展了多項研究。本研究所近年來以桂葡3號為實驗原料,開展了干白葡萄酒、蒸餾酒及白蘭地的發(fā)酵釀造工藝研究工作,該品種果粒較大,平均單粒重5.5 g,且果實肉囊較多[6],在壓榨取汁過程中出汁率偏低(50%～55%),產(chǎn)生大量的壓榨皮渣廢棄物,皮渣含有較高的糖分、營養(yǎng)成分和香氣成分,造成較大的原料浪費。前期研究表明桂葡3號漿果主要以果香、脂香、青香和玫瑰香味主體香韻[1],香氣濃郁清新,十分愉悅。

在葡萄榨汁和釀酒加工過程中,會產(chǎn)生大量的皮渣等副產(chǎn)物,約占葡萄加工量的25%～30%,主要有葡萄皮、果梗、種子等[7-8]。近年來國內(nèi)外學者對葡萄皮渣的利用研究主要集中在提取功能成分,例如花色苷[9]葡萄籽油[10-12]、類黃酮、色素[13]。受傳統(tǒng)觀念、加工技術以及生產(chǎn)成本等多方面因素制約,長期以來葡萄皮渣都被用做飼料、肥料甚至填埋處理,利用率很低,給生態(tài)環(huán)境也造成了一定破壞[14-15]。所以,葡萄皮渣的利用在生產(chǎn)中仍然是一個亟待解決的問題。

葡萄原料優(yōu)良的品種香氣,對葡萄蒸餾酒的香氣形成具有重要的意義。葡萄漿果里的某些芳香物質,隨著葡萄的加工破碎而轉入葡萄汁,又隨著葡萄汁的發(fā)酵轉入蒸餾原料葡萄酒中。本研究創(chuàng)新性地利用桂葡3號壓榨皮渣(未發(fā)酵)進行發(fā)酵、蒸餾、貯藏,形成具備較高品質的葡萄皮渣蒸餾酒。通過不同比例添加水和糖,開展工藝研究,提高出酒率的同時,保證蒸餾酒的口感和香氣品質。采用氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)對桂葡3號葡萄皮渣蒸餾酒的揮發(fā)性成分進行定性定量分析,鑒定活性香氣成分和特征香氣成分,評價不同水添加量工藝得到的皮渣蒸餾酒的香氣品質差異性。本研究為白色葡萄品種在干白葡萄酒生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的皮渣廢棄物再利用開拓了新的思路和方向。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桂葡3號葡萄 于2016年6月28日采摘自廣西農(nóng)業(yè)科學院葡萄與葡萄酒研究所明陽雙季葡萄示范基地,2014年3月種植,樹勢健壯,無病蟲害發(fā)生。株行距為3.3 m×4.0 m,水平棚架栽培,采用“一字”型修剪方式,常規(guī)的水肥、噴藥等田間管理[3]。

葡萄酒釀酒酵母QA23 Lalvin,丹麥Lallemand公司;2-辛醇 100 μg/mL,純度≥99.5%,美國Aldrich公司;正構烷烴混標 C6～C26,美國Supelco公司;軟化水 娃哈哈純凈水。

HSZL-60夏朗德蒸餾器 浙江章達;固相微萃取手柄、50/30umDVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Sigma公司;SCION SQ 456氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 美國BRUKER;DB-WAX色譜柱 30 m×0.25 mm×0.25 μm,美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 桂葡3號葡萄原料經(jīng)壓榨處理,澄清汁(出汁率55%)用于釀造干白葡萄酒,壓榨葡萄皮渣按照皮渣:水(w/w)比例為1∶0、1∶0.5、1∶1、1∶2、1∶3添加軟化水,分別標記為B-01、B-02、B-03、B-04、B-05,混合均勻后,補充白砂糖至發(fā)酵汁含糖量為180 g/L,接種葡萄酒釀酒酵母QA23(200 mg/L),控制發(fā)酵溫度為16 ℃,進行小容器釀造[16]。經(jīng)過10 d浸漬發(fā)酵,進行壓榨除渣,再經(jīng)過20 d的酒精后發(fā)酵和澄清,取上清酒液,采用夏朗德紫銅蒸餾器進行2次蒸餾,蒸餾酒樣存入不銹鋼罐密封保存陳釀。6個月后,分別取5個處理的酒樣,用蒸餾水稀釋至酒精度10%vol,精確稱量10 g稀釋后的酒樣置于20 mL頂空瓶中,備用。

1.2.2 頂空-固相微萃取 制備好的樣品,加入20 μL 2-辛醇(100 μg/mL)作內(nèi)標。將老化后的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入樣品瓶頂空部分,于45 ℃吸附30 min,吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進樣口,于250 ℃解吸3 min,同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)[17]。

1.2.3 GC-MS分析條件 色譜柱DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm);初始進樣溫度40 ℃保持3 min,以5 ℃/min升至90 ℃,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持7 min;進樣溫度250 ℃,載氣He,流速0.8 mL/min,不分流;EI離子源,電子能量70 eV,離子源溫度200 ℃,掃描范圍30～500 u[17]。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析方法 定性定量分析[1]:結合質譜和保留指數(shù)對桂葡3號葡萄皮渣發(fā)酵蒸餾酒的揮發(fā)性成分進行定性分析,其中質譜分析結果在工作站NIST和Wiely數(shù)據(jù)庫進行檢索,比對定性;使用的C6～C26正構烷烴混標,以相同條件進行GC-MS分析,利用其保留時間按照線性方程計算各揮發(fā)性成分的保留指數(shù)RI(Kováts,1958),RI=100n+100[tR(x)-tR(n)]/[tR(n+1)-tR(n)],其中tR(x)為被測成分的保留時間,tR(n)和tR(n+1)分別為具有n和n+1個碳原子的正構烷烴的保留時間,實測計算的保留指數(shù)與文獻進行比對定性。利用內(nèi)標法對被檢測成分進行定量。

OAV(Odor activity value)分析特征香氣成分:通過文獻查閱鑒定成分的香氣閾值(Odor threshold,OT),利用成分的定量結果與OT的比值計算各成分的OAV,OAV大于1的成分即被定性為對葡萄蒸餾酒整齊香氣具有貢獻的活性香氣成分,OAV大于0.1的被認為是潛在活性香氣成分,鑒定成分中具有最高OAV值的一個或幾個成分即被認為是該品種葡萄具有典型性的特征香氣成分。

2 結果與分析

2.1 桂葡3號葡萄皮渣蒸餾酒不同處理蒸餾結果分析

桂葡3號葡萄皮渣蒸餾酒蒸餾得率及各階段酒精度見表1。皮渣水添加比例越大,蒸餾酒得率越高,理論經(jīng)濟指標越高。香氣成分中脂肪醇和部分酯類為水可溶性,葡萄皮渣中含有大量的香氣成分[1],低比例的水添加,一定程度上促進皮渣中的香氣成分浸出,提高蒸餾酒的風味,高比例的水添加則稀釋成品蒸餾酒的風味,蒸餾酒的口感和香氣品質會逐漸下降,故選擇合適的添加比例工藝,同時達到經(jīng)濟性和產(chǎn)品質量指標是最佳的釀造工藝。結果表明:隨著發(fā)酵中添加的水越多,蒸餾得率也越高,經(jīng)濟性指標越高,1∶3處理的2次蒸餾得率高達51%。為了控制各處理產(chǎn)品的酒精度一致,根據(jù)糖與酒精的轉化理論經(jīng)驗值(約18 g/L的含糖量轉化1%vol酒精),皮渣加水的同時,補充相應比例糖,蒸餾酒酒精度的變化不大。蒸餾酒得率與水添加比例呈正相關性,但是并不呈線性關系。綜合得率結果和蒸餾成本評價,1∶1和1∶2處理具有相對高的經(jīng)濟性指標。

表1 桂葡3號葡萄皮渣蒸餾酒得率和酒精度結果Table 1 The yield and alcohol content results of spirits of Guipu No.3 grape skins

2.2 桂葡3號葡萄皮渣蒸餾酒揮發(fā)性成分分析

采用GC/MS對5個工藝處理的桂葡3號蒸餾酒揮發(fā)性成分進行分析,總離子流色譜圖見圖1,從色譜圖中可見,不同處理的蒸餾酒揮發(fā)性成分出峰基本一致,在部分主要成分相對峰面積上有差異。通過定性定量分析,5個樣品中共鑒定出揮發(fā)性成分70種,其中共有成分有21種。揮發(fā)性成分的定性定量結果及主要成分的香氣特征描述見表2。

圖1 桂葡3號葡萄皮渣蒸餾酒揮發(fā)性成分GC-MS總離子色譜圖Fig.1 GC-MS total ionic chromatogram of volatile components in spirits of Guipu No.3 grape skin residue注:圖中A(B-01),B(B-02),C(B-03),D(B-04),E(B-05)。

從表2中,我們可以看到,所有揮發(fā)性成分中醇類物質和酯類物質占了種類和含量的80%以上,是構成蒸餾酒香氣特征最主要的揮發(fā)性成分。從揮發(fā)性成分總含量上分析,隨著皮渣水的添加比例的增加,揮發(fā)性成分的含量濃度呈先上升后下降的趨勢,一定程度上反映加水皮渣發(fā)酵的蒸餾酒,一定程度的加水量有助于皮渣中香氣成分溶解出,有利于充分浸漬,從而提高蒸餾酒的香氣濃郁度和香氣品質。我們將所有揮發(fā)性成分按照類別進行分類,各類別含量的分布情況見圖2中所示,醇類和酯類占主要部分,各類別的揮發(fā)性成分隨著皮渣水添加量的變化趨勢與蒸餾酒揮發(fā)性成分總含量基本一致,均呈先升高后下降的趨勢,總體分析,B-04蒸餾酒(皮渣∶水=1∶2)醇類、酯類及揮發(fā)性成分總含量相對較高。

圖2 桂葡3號蒸餾酒揮發(fā)性成分分類分析Fig.2 Distribution of different category volatiles in spirits of Guipu No.3 grape skin residue

表2 桂葡3號葡萄皮渣蒸餾酒揮發(fā)性成分定性定量分析結果Table 2 Qualitative and quantitative analysis of volatile components of Guipu No.3 grape skin residue spirits

續(xù)表

表2中可見,含量較高的成分大都是5個樣品的共有成分,其中醇類成分中,5個樣品共同檢出的成分有6種,分別是異丁醇、異戊醇、己醇、辛醇、α-松油醇、苯乙醇,這些成分大多具有青香、甜香和花香香氣特征,屬易揮發(fā)性成分,構成蒸餾酒的頭香結構,來源于桂葡3號原料品種香氣。其中異丁醇、異戊醇、苯乙醇隨水添加量增加呈先升高后下降的趨勢,己醇、辛醇和α-松油醇隨水添加增加呈逐漸下降的趨勢。苯乙醇被認為是很多葡萄酒中的特征性成分,具有優(yōu)雅的玫瑰花香特征[18],同樣對桂葡3號蒸餾酒具有香氣貢獻。

酯類成分是桂葡3號皮渣蒸餾酒中最主要和重要的揮發(fā)性成分,在種類數(shù)量和含量上均占絕對優(yōu)勢。5個樣品中共有的酯類成分有12種,分別是乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸異戊酯、巴豆酸乙酯、己酸乙酯、乙酸己酯、2-己烯酸乙酯、辛酸甲酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、14-甲基十五烷酸甲酯,所有共有的酯類成分均隨皮渣水添加量的增加呈先升高后下降的趨勢,且在皮渣∶水為1∶2的處理蒸餾酒中最高。結合本研究團隊前期對桂葡3號漿果品種香氣的分析結果[1],丁酸乙酯、巴豆酸乙酯(2-丁烯酸乙酯)、己酸乙酯、乙酸異戊酯、癸酸乙酯均是構成桂葡3號漿果的特征活性香氣成分,蒸餾酒中這幾種酯類成分大多來源于原料酒中形成的香氣成分,構成該品種蒸餾酒的品種特征香氣,尤其是丁酸乙酯和巴豆酸乙酯是原料中最重要的2種特征性成分,具有菠蘿、草莓的水果香氣和朗姆酒的香氣,是令人愉悅的香氣。乙酸乙酯、乙酸己酯為代表的其他酯類成分是高度蒸餾酒在發(fā)酵和后期陳釀過程中形成的發(fā)酵香和陳釀香,可能在進一步深度陳釀過程中會進一步增加。

綜合分析,通過桂葡3號葡萄壓榨皮渣加水再發(fā)酵釀造的蒸餾酒具備該品種的特征香氣,擁有豐富的果香、花香等令人愉悅的香氣品質。香氣成分的品質和豐富程度隨著水添加量的增加呈先上升后下降的趨勢,皮渣∶水為1∶2的工藝處理能獲得更加豐富和高品質的蒸餾酒香氣品質。

2.3 桂葡3號葡萄皮渣發(fā)酵蒸餾酒活性香氣成分分析

通過對桂葡3號皮渣蒸餾酒鑒定出的70種揮發(fā)性成分進行香氣活性鑒定,并通過比對5個樣品共同鑒定出的揮發(fā)性成分,鑒定出17種對蒸餾酒具有貢獻作用的香氣成分,見表3。這17種成分構成桂葡3號皮渣蒸餾酒的活性香氣成分或潛在活性香氣成分,對整體香氣形成和構成具有重要的作用,其中包括酯類9種,醇類6種以及大馬士酮和辛酸,說明酯類和醇類物質是構成蒸餾酒主體香氣特征的重要成分類別,這些酯類和醇類物質部分來源于葡萄原料的品種香氣,形成該品種蒸餾酒的品種特征性,另一部分來源于后期貯藏形成,表征桂葡3號皮渣蒸餾酒的陳釀潛力。將活性香氣成分按照香氣活性值的大小排序,具有較高OAV值(OAV>100)的有己酸乙酯、乙酸異戊酯、巴豆酸乙酯、大馬士酮、丁酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯,可以認為這幾種香氣成分是構成蒸餾酒香氣的特征性成分,或稱為關鍵香氣成分。根據(jù)表2的分析結果,這些酯類成分大多具有令人愉悅的花香、甜香、果香和陳釀的酒香,大馬士酮具備優(yōu)雅的奶酪的氣息,此8種香氣成分大多是在樣品中具有較大的濃度含量,而大馬士酮雖然濃度含量不高,但是由于其極低的香氣閾值(0.05 μg·L-1),而具備較高的香氣活性值,表現(xiàn)出對整體香氣的重要貢獻程度。己酸乙酯的OAV最高,是重要的特征香氣成分,其具有青蘋果味、果香、草莓香、茴香的香氣特征(表2);而含量最高的成分異戊醇,因其香氣閾值(250 μg·L-1)較高,使得其OAV并非最高,說明含量最高的揮發(fā)性成分不一定是最重要的香氣成分。

表3 桂葡3號皮渣蒸餾酒揮發(fā)性成分香氣活性值分析Table 3 Analysis of odor activity values(OAV)for volatile components of Guipu No.3 grape skin residue spirits

對比不同工藝釀造的桂葡3號皮渣蒸餾酒揮發(fā)性成分的香氣活性值,我們發(fā)現(xiàn),不同加水量釀造的蒸餾酒特征成分種類分布及排序程度基本一致,說明皮渣加水再發(fā)酵得到的皮渣蒸餾酒基本能保持蒸餾酒整體香氣的特征一致性,即擁有相同的特征性香氣成分。對比不同特征物質成分在不同工藝樣品中OAV值的大小,可以看出,隨著加水量的增加,蒸餾酒特征香氣成分的OAV值呈先升高后降低的趨勢,而B-04(皮渣∶水=1∶2)蒸餾酒特征香氣成分具備最高的OAV值,一定程度上說明其具有更濃郁的香氣和突出的特征性,香氣品質最佳,由于隨著皮渣加水量的增加,皮渣中的游離態(tài)揮發(fā)性成分會更大程度的浸漬入酒體中,而呈現(xiàn)出更高的香氣品質,但是水添加比例增加到一定程度,同樣造成了稀釋效果,而導致香氣品質下降。

3 結論與展望

香氣是構成葡萄蒸餾酒品質的重要因素。本研究通過對桂葡3號葡萄壓榨皮渣的再利用,皮渣再發(fā)酵蒸餾,釀造皮渣蒸餾酒。分析不同水添加量蒸餾酒的蒸餾得率、揮發(fā)性成分和香氣特征。根據(jù)蒸餾酒得率結果,葡萄皮渣通過添加1倍和2倍水獲得的蒸餾酒具有較高的經(jīng)濟性。桂葡3號皮渣蒸餾酒具有較高的香氣品質。壓榨皮渣加水再發(fā)酵釀造的蒸餾酒具備該品種的特征香氣。香氣成分的種類和含量隨著水添加量的增加呈先上升后下降的趨勢。壓榨皮渣添加2倍水經(jīng)過發(fā)酵蒸餾可以獲得最佳香氣品質的蒸餾酒,揮發(fā)性成分總量最高,達到52031.2 μg·L-1,特征成分的OAV值最高。桂葡3號皮渣蒸餾酒特征香氣成分有己酸乙酯、乙酸異戊酯、巴豆酸乙酯、大馬士酮、丁酸乙酯、乙酸乙酯等,形成豐富的花香、果香、甜香、奶酪香和酒香的香氣特征。本研究團隊將在桂葡3號原汁白蘭地、皮渣蒸餾酒特征香氣變化規(guī)律調控及產(chǎn)品研發(fā)方向繼續(xù)深入研究。

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