楊凌地區(qū)主要葡萄蒸餾酒的香氣成分分析

王 鑫，梁艷英，李娜娜，都 晗，楊晨露，李 華，2，3，王 華，2，3*

（1.西北農(nóng)林科技大學 葡萄酒學院，陜西 楊陵 712100；2.陜西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心，陜西 楊陵 712100；3.西北農(nóng)林科技大學 葡萄與葡萄酒合陽試驗站，陜西 合陽 715300）

葡萄蒸餾酒是以葡萄為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾、勾兌而成的飲料酒[1]，是由乙醇、水以及來源于原料和特定生產(chǎn)工藝的微量揮發(fā)性成分組成的一個相當復(fù)雜的混合體系[2]，其實質(zhì)是白蘭地的蒸餾原漿。葡萄蒸餾酒釀造工藝最大的特點是不經(jīng)過橡木桶儲存陳釀，所以其香氣既保留了葡萄品種的天然果香，又區(qū)別于傳統(tǒng)釀造的糧食白酒[3]。雖感官品質(zhì)不如白蘭地優(yōu)雅細膩，但因其品種香氣飽滿，價格適中，保健作用俱佳[4]等特點，深受消費者所喜愛。

揮發(fā)性香氣成分是判定葡萄蒸餾酒感官質(zhì)量的重要指標，是影響消費者認可的最主要的因素，直接決定著葡萄蒸餾酒的風味和典型性[5]。根據(jù)國外學者預(yù)測，構(gòu)成葡萄蒸餾酒的香氣成分有500余種[6]。按其來源可以分為：品種香、發(fā)酵香和蒸餾香，主要包括酯類、醇類、酸類、萜烯類、醛酮類等[7]化合物。這些化合物的組成和含量受葡萄品種[8]、種植產(chǎn)區(qū)[9]、栽培模式[10]和葡萄采收期[11]等因素的影響，其中葡萄品種被認為是影響葡萄蒸餾酒香氣成分最主要的因素[12]。研究表明，葡萄品種的香氣成分可以預(yù)測葡萄酒的感官質(zhì)量，尤其是為香氣質(zhì)量提供很多有價值的信息[13]。

目前，國內(nèi)外開展對水果蒸餾酒的研究主要集中在紅棗[14]、櫻桃[15]、李子[16]等水果方面，對釀造葡萄蒸餾酒的品種與香氣成分的相關(guān)性研究較少。國外的研究多局限于優(yōu)化葡萄蒸餾酒發(fā)酵過程中香氣形成的工藝條件，包括酵母的類型、發(fā)酵溫度和澄清方式[17]等，試圖尋找影響發(fā)酵香氣的最主要因素。而國內(nèi)的研究者則更多的對蒸餾過程中如何做到“掐頭去尾”[18-19]感興趣，探索葡萄蒸餾酒揮發(fā)性香氣成分的變化規(guī)律。齊曉茹等[20]比較了兩個品種間的葡萄酒香氣成分間的差異發(fā)現(xiàn)，酯類物質(zhì)種類最多，且相對含量最高，為主要呈香物質(zhì)，且香氣種類、主要香氣成分及相對含量均有差異。成池芳等[21]通過比較貴人香蒸餾酒桶儲前后香氣成分的變化，發(fā)現(xiàn)桶儲前以水果香氣和花香為主，果香純凈但略顯單一，桶儲后以焦糖、甘草和椰子香氣為主，香氣更加馥郁。謝林君等[22]研究桂葡3號葡萄蒸餾酒的香氣特征，發(fā)現(xiàn)特征香氣成分主要有己酸乙酯、乙酸異戊酯、巴豆酸乙酯、大馬士酮、丁酸乙酯等，表現(xiàn)為果、甜、花、奶酪等香氣特征。但總體來說，葡萄品種與香氣成分的內(nèi)在關(guān)系的研究不夠全面，且缺乏深度。因此，本研究以楊凌地區(qū)釀酒葡萄愛格麗（Ecolly）、小芒森（Petit Manseng）、霞多麗（Chardonnay）、8802和8803為原料釀造葡萄蒸餾酒，采用攪拌棒吸附萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（stir bar sorptive extraction-gas chromatography-mass spectrometry，SBSE-GC-MS）聯(lián)用法檢測其揮發(fā)性香氣成分，并進行主成分分析（principal component analysis，PCA）及建模驗證，以期選擇適合生產(chǎn)葡萄蒸餾酒的優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄品種，同時也為釀造白蘭地的葡萄品種選擇提供一些參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

釀酒葡萄愛格麗（Ecolly）、小芒森（PetitManseng）、霞多麗（Chardonnay）、8802和8803：采摘于西北農(nóng)林科技大學曹新莊葡萄園，葡萄園中的葡萄樹均為南北行向，株行距為1.0 m×2.5 m，單籬架栽培，單干雙臂整形，長短梢混合修剪，半機械化管理，水肥等均采用基地統(tǒng)一管理方式，其中愛格麗、8802和8803是20世紀80年代通過“歐亞種內(nèi)輪回選擇法”獲得3個新品系[23]。

1.1.2 試劑

葡萄糖（生化試劑）、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鈉（均為分析純）、2-辛醇（純度99.5%）：西安三浦化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

WZS80手持糖量計：上海淋譽貿(mào)易有限公司；雷磁PHS-3C pH計：上海精密科學儀器有限公司；AUY200型萬分之一電子分析天平：日本島津公司；FD-1C-50真空冷凍干燥箱：北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；85-2數(shù)顯恒溫磁力攪拌器：杭州儀表電機有限公司；GCMS-QP2010Ultra氣相色譜-質(zhì)譜（gaschromatography-massspectrometry，GC-MS）聯(lián)用儀：美國ThermoFinnigan公司；HSZ30夏朗德壺式蒸餾器：煙臺開發(fā)區(qū)裕昌機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 采樣方法

從2016年8月初開始，分別對愛格麗（Ecolly）、霞多麗（Chardonnay）、小芒森（Petit Manseng）、8802和8803葡萄品種每3天采一次樣，用“Z”字型采樣方法在所標記果穗的前、后、左、右、上、下部位隨機選取共50顆果粒，以果粒的糖酸比為指標，監(jiān)測其成熟度。并結(jié)合2016年楊凌地區(qū)的氣候條件，在盡量保證具有代表性的前提下進一步采樣，分別于每棵果樹陰面與陽面的上、中、下部位隨機選取1穗葡萄，各品種分別取樣約40 kg。

1.3.2 葡萄蒸餾酒釀酒工藝操作要點

分選新鮮、無腐爛、無病蟲害且成熟度好的葡萄樣品，手工除梗后用小型氣囊壓榨機壓榨取20 L葡萄汁于玻璃容器中，5℃條件下低溫澄清24 h。采用小容器釀造法[24]進行試驗，野生酵母進行自然發(fā)酵，具體方法參照文獻[25]。

1.3.3 葡萄蒸餾酒蒸餾工藝操作要點

發(fā)酵結(jié)束后的葡萄原酒采用夏朗德壺式蒸餾器蒸餾兩次，以酒精度（%vol）為評價標準進行“掐頭去尾”[26]，具體方法參照文獻[11]。

1.3.4 葡萄蒸餾酒香氣成分的測定

準確量取4mL葡萄蒸餾酒至50mL樣品瓶中，添加16mL超純水、80 μL 2-辛醇內(nèi)標物和攪拌棒，密閉樣品瓶，置于磁力攪拌器上，室溫條件下萃取1 h，采用SBSE-GC-MS聯(lián)用法對葡萄蒸餾酒中的香氣成分進行測定，具體方法參照文獻[27]。

1.3.5 關(guān)鍵香氣成分主成分分析

運用SPSS分析軟件，選用OAV值≥0.1的揮發(fā)性香氣成分作為關(guān)鍵香氣成分進行主成分分析，以5個不同葡萄品種的蒸餾酒樣所測得OAV≥0.1的香氣成分含量為數(shù)據(jù)陣作為指標，數(shù)據(jù)標準化后進行主成分分析，得出特征根及特征向量。以香氣成分累積貢獻率達到85%以上為依據(jù)，確定主成分個數(shù)以及各主成分的得分值。采用Excel軟件制作圖表，通過散點圖簡單預(yù)測葡萄蒸餾酒樣香氣的濃郁程度。

1.3.6 香氣成分建模驗證

將檢測到的所有香氣成分歸為酯類（X1）、醇類（X2）、酸類（X3）、萜烯類（X4）、醛酮類（X5）以及其他（X6）共6個香氣類型，求和計算出各香氣類型揮發(fā)性香氣成分的總量，運用SPSS分析軟件以5個不同葡萄品種蒸餾酒樣品的6類揮發(fā)性香氣成分為指標構(gòu)成5×6的矩陣進行分析，選擇特征值＞1的主成分，確定主成分個數(shù)以及各主成分的得分值（FX）。將（FX）的方差貢獻率作為權(quán)重數(shù)進行歸一化處理，然后（FX）與權(quán)重數(shù)的乘積進行加和，得到每個葡萄品種蒸餾酒樣品香氣綜合得分（F），綜合得分越高，則蒸餾酒樣的香氣質(zhì)量越馥郁。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同葡萄品種蒸餾酒樣香氣成分的定性定量分析

采用SBSE-GC-MS聯(lián)用技術(shù)檢測葡萄蒸餾酒樣中的香氣成分，以內(nèi)標物2-辛醇為定量標準，對5個不同葡萄品種蒸餾酒樣的香氣成分進行定性定量分析，結(jié)果見表1。由表1可知，5種葡萄蒸餾酒中共鑒定出71種香氣成分，包括20種酯類、13種醇類、15種酸類、9種萜烯類、10種醛酮類和4種其他成分。酯、醇和酸的香氣組分含量較高，占總香氣成分含量的92.84%，因此，酯、醇和酸這三類組分可能是是葡萄蒸餾酒主要的香氣物質(zhì)[28]，這與葡萄香氣[29]主要組分相一致。

表1 5種葡萄蒸餾酒樣中的香氣成分檢測結(jié)果[29-31]Table 1 Determination results of aroma components in distilled spirit samples with different grape varieties

注：“-”表示未檢出。

2.1.1 酯類物質(zhì)

酯類成分主要是通過發(fā)酵和蒸餾過程中醇類和有機酸的酯化作用生成的[32]，主要表現(xiàn)為花香和果香，是葡萄酒中香氣表現(xiàn)最明顯、最活躍的物質(zhì)[33]。由表1可知，從產(chǎn)生的酯類物質(zhì)的總量上分析，酯類物質(zhì)在5種不同葡萄品種蒸餾酒樣的各香氣成分含量中所占的比例均最高（39.33%～48.06%），且種類也最為豐富（11～15種）。本研究共檢測鑒定出20種酯類物質(zhì)，其中最主要的酯類成分為乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯。其含量都在6 000 μg/L以上，主要為乙酯類成分，是蒸餾酒及配制酒的主要技術(shù)要求之一[34]，構(gòu)成了蒸餾酒的骨架香氣，主要表現(xiàn)為菠蘿、青蘋果、草莓香、紫羅蘭等香氣類型。

2.1.2 醇類物質(zhì)

醇類物質(zhì)是葡萄蒸餾酒香氣成分中較為重要的一類化合物，具有復(fù)雜特殊的氣味，同時也是葡萄蒸餾酒其他香氣組分的載體。由表1可知，本研究共檢測鑒定出13種醇類香氣物質(zhì)，其中甲醇是一種對人體有害的物質(zhì)，它不是發(fā)酵的直接產(chǎn)物，而是由天然存在于葡萄酒中的果膠分解產(chǎn)生的。而正丙醇則主要是在發(fā)酵過程中經(jīng)糖酵解代謝途徑產(chǎn)生的，具有成熟水果的甜香，香氣愉快而尖銳，且含量較穩(wěn)定，所有被測酒樣正丙醇含量均在50 000 μg/L左右。值得關(guān)注的是，異丁醇、異戊醇和苯乙醇的含量較高，它們主要是通過酵母菌參與的氨基酸代謝途徑產(chǎn)生的[35]，分別具有明顯的苦杏仁味和玫瑰花香。這三種香氣物質(zhì)之和占各蒸餾酒樣醇類物質(zhì)總含量的75%以上，是蒸餾酒樣中主要的醇類呈香物質(zhì)。

2.1.3 酸類物質(zhì)

除少部分揮發(fā)性有機酸來源于葡萄漿果中的脂肪酸代謝途徑或長鏈脂肪酸的降解外，大部分有機酸主要是酒精發(fā)酵的副產(chǎn)物，其含量取決于發(fā)酵條件以及葡萄汁的營養(yǎng)水平[36]，通常認為[37]酸類物質(zhì)含量越高越有利于蒸餾酒的保存。由表1可知，5種蒸餾酒樣中共檢測鑒定出15種酸類呈香物質(zhì)，其中丁酸、正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和正十五酸的香氣含量相對較高且穩(wěn)定。丁酸主要表現(xiàn)為脂肪的香氣，正癸酸表現(xiàn)出奶酪的香氣，月桂酸則表現(xiàn)為金屬和月桂油的味道，由于它們的感官閾值相對較低，故香氣更容易表現(xiàn)出來。肉豆蔻酸和正十五酸主要表現(xiàn)出香料的味道，這兩種成分與酯類香氣的合成密切相關(guān)。

2.2 關(guān)鍵香氣成分主成分分析

氣味活性值（odor activity value，OAV）常被用于評估揮發(fā)性化合物對葡萄酒的貢獻度，是目前國際上常用的評估揮發(fā)性化合物香氣成分最客觀的一種方法。人們普遍認為[38]，當香氣成分中某種物質(zhì)的濃度大于等于其閾值，即OAV≥1時，該物質(zhì)才能被人體所感知，對葡萄酒的香氣有一定的貢獻，但是這種方法通常會忽略香氣成分之間的疊加效應(yīng)、促進效應(yīng)與抑制效應(yīng)。由于本研究的試驗材料是葡萄酒經(jīng)過蒸餾濃縮的產(chǎn)物，故香氣成分之間的相互作用更加明顯，對葡萄蒸餾酒香氣平衡影響較大，所以本研究選擇WANG X J等[39]報道的OAV≥0.1的潛在香氣成分作為關(guān)鍵香氣成分進行分析。

運用SPSS軟件對葡萄蒸餾酒中的乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸異戊酯等OAV≥0.1的17種揮發(fā)性香氣成分進行主成分分析，結(jié)果見圖1。由圖1可知，將17個香氣品質(zhì)指標轉(zhuǎn)化為3個獨立的主成分，累積貢獻率達86.286%，其中前2個主成分的累積貢獻率為66.295%。第三個主成分的累計貢獻率僅為19.991%，相對較小，故選用前兩個主成分進行分析。前2個主成分的散點圖見圖1。由圖1可知，5個葡萄品種的蒸餾酒分布比較分散，說明不同葡萄品種蒸餾酒的香氣品質(zhì)具有差異性，異戊醇、正己酸乙酯、辛酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、棕桐酸乙酯5種香氣成分集中在愛格麗蒸餾酒周圍，說明其香氣較其他蒸餾酒樣更為濃郁，其中香氣貢獻最大的主要是乙酯類成分，主要表現(xiàn)為奶油、菠蘿、茴香、青蘋果、草莓、紫羅蘭等香氣類型。除乙酸乙酯外，酸類和大部分酯類都集中在PC1正半軸，醛類物質(zhì)全部都集中在PC2正半軸，而醇類物質(zhì)分布相對比較分散，這可能是由于碳原子數(shù)目不同造成的。愛格麗和霞多麗蒸餾酒處在PC1正半軸上，前者處在關(guān)鍵香氣成分更加濃郁的區(qū)域，而后者主要與月桂酸乙酯和癸酸乙酯關(guān)系密切。

圖1 葡萄蒸餾酒關(guān)鍵香氣主成分分析載荷圖Fig.1 PCA loading diagram of key aroma components in grape distilled spirit

2.3 香氣成分建模驗證分析

由于僅對關(guān)鍵香氣成分進行主成分分析具有一定的極端性，沒有充分全面考慮低微量香氣成分的含量以及其相互作用對葡萄蒸餾酒香氣品質(zhì)的影響，故本研究參考沈靜等[40]主成分建模的方法對不同品種葡萄蒸餾酒香氣品質(zhì)進行進一步驗證分析。首先將檢測到的71種香氣成分歸為酯類（X1）、醇類（X2）、酸類（X3）、萜烯類（X4）、醛酮類（X5）以及其他（X6）6個香氣類型，以5種不同葡萄品種蒸餾酒樣品的6類揮發(fā)性香氣成分為指標構(gòu)成5×6的矩陣，選擇特征值＞1的主成分，利用SPSS軟件進行分析，不同葡萄品種蒸餾酒中6類揮發(fā)性香氣成分的特征值及貢獻率見表2，主成分因子載荷矩陣見表3。由表2可知，前3個主成分的累計方差貢獻率達到90.238%，基本上可以有效的解釋所有變量的信息。因此，選擇這3個主成分作為香氣數(shù)據(jù)分析的有效成分。

表2 不同葡萄品種蒸餾酒樣中6類揮發(fā)性香氣成分的特征值及貢獻率Table 2 Characteristics value and contribution rate of six types of volatile aroma components in distilled spirit with different grape varieties

表3 主成分因子載荷矩陣Table 3 Rotated coefficient matrix of principal components factor

香氣化合物主成分分析分布圖見圖2。由圖2可知，可以把酸類和萜烯類化合物歸為一類，主要代表葡萄品種本身的香氣，以花香、果香、動物氣味和香料氣味為主。醇類和醛酮類化合物歸為一類，主要代表發(fā)酵過程中形成的香氣，以酒精、干果以及植物與礦物的氣味為主，而酯類單獨歸為一類，主要代表蒸餾過程中產(chǎn)生的香氣，以香脂，燒焦以及化學的氣味為主，當然也有少量一類香氣（品種香氣）的存在。

圖2 香氣化合物主成分分析分布Fig.2 Distribution of principal component analysis of aroma compounts

前3個主成分可以解釋不同葡萄品種蒸餾酒樣香氣化合物中6類成分90.238%的變異信息，根據(jù)3個主成分的特征向量，可以用F1、F2、F3這3個新的綜合指標來代替原來的6類香氣成分，進行香氣品質(zhì)的綜合評價，得到5個不同葡萄品種蒸餾酒樣品香氣化合物的線性關(guān)系式：

式中：F1、F2、F3分別代表綜合主成分值。

5種不同葡萄品種蒸餾酒主成分的綜合得分結(jié)果見表4。主成分F1、F2和F3從不同方面反映了5種不同葡萄品種蒸餾酒的香氣品質(zhì)，雖然這3個主成分對原始信息的綜合能力比較強，但是若只采用其一，則難以對5種不同葡萄品種蒸餾酒酒樣進行綜合分析。因此，用F1、F2和F3的方差貢獻率作為權(quán)重數(shù)，計算主成分因子的權(quán)重，計算公式為：

由表3計算得到主成分因子1、2、3的權(quán)重依次為0.465、0.327、0.208。然后對F1、F2和F3進行加權(quán)，最后加和得到每種葡萄品種蒸餾酒樣品香氣綜合得分（F），計算公式為：

表4 主成分的綜合得分Table 4 Composite score of principal components

由表4可知，第1主成分綜合得分最高的是愛格麗蒸餾酒（1.514），第2主成分得分前兩位的分別是愛格麗蒸餾酒和8803蒸餾酒（0.895和0.894），第3主成分得分最高的是霞多麗蒸餾酒（1.141）。在香氣綜合得分中，愛格麗蒸餾酒得分最高（0.941），其次為霞多麗蒸餾酒（0.161），只有這兩個品種蒸餾酒樣的綜合得分＞0，說明其整體香氣質(zhì)量在5種酒樣的平均水平之上。相比較而言，愛格麗蒸餾酒香氣品質(zhì)最好，這與關(guān)鍵香氣成分主成分分析得到的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本研究從5種葡糖蒸餾酒樣中檢測到71種香氣成分，其中酯類、醇類和酸類物質(zhì)含量較高，香氣成分主要有乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯。通過主成分及建模驗證分析，發(fā)現(xiàn)愛格麗是楊凌地區(qū)優(yōu)質(zhì)的蒸餾酒釀酒葡萄品種。其香氣貢獻最大的主要是乙酯類成分，表現(xiàn)為奶油、菠蘿、茴香、青蘋果、草莓、紫羅蘭等香氣類型。該結(jié)果為后期進一步剖析葡萄蒸餾酒的骨架香氣體系奠定了基礎(chǔ)，同時也為釀造優(yōu)質(zhì)葡萄蒸餾酒的品種選擇提供了一些參考依據(jù)。