葡萄與葡萄酒中含硫化合物研究進展

劉 全

（煙臺張裕葡萄釀酒股份有限公司，山東煙臺 265500）

在如今的社會中，葡萄酒是生活品質的象征，為忙碌的生活增添了一絲愜意，人們對于葡萄酒的研究也在不斷前行中。一款優(yōu)質的葡萄酒，其氣味總是優(yōu)雅怡人。葡萄酒中的香氣成分按照其化學結構可分為6 大類，包括含硫化合物以及醇類物質、有機酸、酯類、羰基化合物和萜烯類化合物。人們對于葡萄及葡萄酒總含硫化合物的不斷探索，一系列的研究表明，含硫化合物不管是在葡萄還是葡萄酒中都是不可或缺的一部分，不同的含硫化合物對葡萄酒質量的影響也是不盡相同。含硫化合物可以通過葡萄酒生產和貯存過程中的各個階段的生物和化學機制生成，相對比于其他香氣物質來說，其香氣閾值是比較低的。葡萄酒界的學者們也希望通過不斷的研究，探索出更好的提高葡萄酒優(yōu)良風味的方法。

1 葡萄與葡萄酒中含硫化合物概述

1.1 葡萄與葡萄酒中含硫化合物分類

葡萄與葡萄酒中的含硫化合物可以大致分為6類，通常是在發(fā)酵或陳釀過程中產生的，包括硫化氫、果香硫醇、硫醇酯、硫醇及含硫雜醇油、含硫雜環(huán)化合物以及硫醚[9]。一些大分子的揮發(fā)性含硫化合物會賦予葡萄酒一些有益的香氣味，如3-巰基己-1-醇及其乙酸酯，這類物質會賦予葡萄酒熱帶水果、百香果、葡萄柚和番石榴的香味，由此可見，在白葡萄酒中，這一類揮發(fā)性物質的地位舉足輕重，特別是長相思（Sauvignon Blanc）和馬斯科特（Muscat）[12]。相反，有些含硫化合物對葡萄酒的影響會帶給葡萄酒一些難以接受的味道。表1 是6 類含硫化合物的代表物質及其在葡萄酒中展現(xiàn)的香氣類型。

表1 葡萄酒中含硫化合物分類

1.2 葡萄與葡萄酒中含硫化合物概述

1.2.1 硫化氫(H2S)

硫化氫可能會在蛋白質分解的過程中產生；在葡萄種植過程中，噴灑硫粉可能會使果皮上附著硫元素從而產生硫化氫，或者在發(fā)酵期間，葡萄果實里的蛋白質和無機硫鹽可能被還原成硫化氫。

在釀造過程中會將二氧化硫加入到葡萄酒中，不僅促進溶解，也可以保護葡萄酒不被氧化，通常在葡萄酒中添加的是亞硫酸鹽或者硫酸鹽[3]，發(fā)酵過程中，這些亞硫酸鹽和硫酸鹽會被酵母細胞還原呈二價硫離子，從而為生成硫化氫提供了硫源。

另外，酵母菌株本身也是導致硫化氫產生的原因之一，有些酵母菌株由于本身的特性，其生成硫化氫的水平就比較高。所以，釀葡萄酒需要考慮到酵母菌的特性。

同時，如果發(fā)酵液中的金屬離子含量過高，也會導致合成過量的硫化氫，其原因目前有兩種推測，一是酵母菌株為了中和過量的金屬離子如銅離子、鐵離子而形成大量硫化氫，二是在自然選擇的過程中，酵母菌株為了抵御金屬離子而產生變異，使得其本身具有較高的硫化氫生成水平[19]。

1.2.2 硫醇及含硫雜醇油

這類物質是由甲硫基丁氨酸經過一系列的轉化形成的，甲硫基丁氨酸可以通過轉氨基反應生成4-甲硫基-2-丁酮酸，然后再經過脫羧反應生成乙位甲基巰基丙醛，最后再經醇脫氫酶催化反應生成菠蘿醇。其中，反應中間產物乙位甲基巰基丙醛在陳釀過程中含量會增加，并且經過進一步反應可以生成具有蘑菇和大蒜味的乙酸3-甲硫基丙酯。

二甲基硫，葡萄酒中的二甲基硫大部分是在陳釀期間產生的，但也有少部分是在裝瓶前由于葡萄汁發(fā)酵時酵母活力低、發(fā)酵溫度過高、氮源不足或者蛋白質代謝等原因導致二甲基硫的形成。而在陳釀期間，下面這幾個因素會影響二甲基硫的含量：第一，貯存溫度，如果貯存的環(huán)境溫度太高，二甲基硫的含量就會急劇上升。第二，光照，如果葡萄酒被置于曝光處，會促進二甲基硫的產生。第三，裝瓶量與溫度一樣，葡萄酒中二甲基硫的含量和裝瓶量成正比，裝瓶量越大，則二甲基硫含量越多。第四，瓶塞的透氧性，瓶塞的透氧性越高，葡萄酒中產生的二甲基硫的含量則越高[11]。

1.2.3 果香硫醇

果香硫醇也是屬于硫醇的物質，在研究過程中，一般都將其單獨列出，學者們對于果香硫醇的研究比較常見，其應用范圍也很廣。4-甲基-4-巰基-2-戊酮(4MMP)，3-巰基己醇(3MH) 和3-巰基己醇乙酸酯(3MHA) 這3 種物質是典型的果香硫醇，在長相思干白和赤霞珠干紅葡萄酒中發(fā)揮了其特有的風味[16]。

1.2.4 硫醚

甲硫醇和乙硫醇會在葡萄酒釀造過程中進一步氧化成甲基硫醚化合物，如二硫化二甲基(DMDS)、二甲基三硫醚(DMTS)，這些物質使得葡萄酒的香氣受到破壞。而二甲基硫醚(DMS)則不同，它可以賦予干白和甜白葡萄酒蘆筍、苞谷、蜂蜜的風味，在干紅葡萄酒里，二甲基硫醚則會帶來菌類物質例如蘑菇和松露的香氣。這些化合物在葡萄酒中的來源主要是酵母代謝[4]。

1.2.5 硫醇酯

甲硫醇和乙硫醇與乙酰輔酶A 反應會生成硫代乙酸酯類物質。如果對硫醇酯類物質進行藍色下膠，會發(fā)現(xiàn)其實起不到什么作用，硫代乙酸脂類物質在貯藏過程中很大幾率會水解，轉化成乙酸和硫醇類的化合物。因此，有些葡萄酒在開瓶時會發(fā)現(xiàn)一些難聞的氣味，而這種氣味在灌裝時是不會被察覺到的。

1.2.6 含硫雜環(huán)化合物

這類物質是由半胱氨酸代謝生成的。代表物質一般包括2-甲硫基呋喃硫醇等，2-甲硫基呋喃硫醇通常呈現(xiàn)出碳烤、烤面包以及爆米花的香氣，這種香氣在波爾多的紅葡萄酒中很常見。并且，研究表明，H2S 產量的增加會促進2-甲硫基呋喃硫醇和芐甲基硫醇的生成，芐甲基硫醇帶有煙熏味和打火石味，而2-甲基-3-呋喃硫醇及其二硫代物通常具有濃烈的烤肉味。陳釀過程中的一系列化學反應會促使這兩種物質含量升高[15]，帶給葡萄酒烘烤類香氣，使葡萄酒的香氣變得有層次而復雜。噻唑的前體是半胱氨酸，在酒球菌的代謝作用下產生的，帶給葡萄酒爆米花和烘烤味。

2 含硫化合物對葡萄酒的影響

葡萄酒中的含硫化合物有一小部分在濃度低時對香氣的復雜性以及多樣性有所貢獻，但大部分含硫化合物會產生令人不愉快的香味，如臭雞蛋、大蒜和橡膠的味道，這些化合物通常具有很低的感覺閾值，特別是硫醇和二硫化物。大多數(shù)揮發(fā)性含硫化合物對葡萄酒的質量是有害的。

2.1 還原性氣味

許多含硫化合物可能對葡萄酒的香氣和風味具有重要意義，其中發(fā)酵后發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)性含硫化合物是造成葡萄酒具有還原性氣味的主要因素，這些揮發(fā)性含硫化合物通常是低分子量和低沸點含硫化合物。針對這些化合物有很多值得研究的課題，例如對葡萄酒香氣的負面影響以及封閉環(huán)境和儲存條件對其形成和穩(wěn)定性的影響。

已知許多低分子量揮發(fā)性含硫化合物賦予葡萄酒口感不愉快的“還原性”“洋蔥”“蘆筍”“燒焦的橡膠”或“大蒜”香味。獨特的“異味”可歸因于特定的化合物，例如來自硫化氫的“腐臭”“大蒜”以及來自甲硫醇的“洋蔥”“（罐裝）玉米”或“（熟）蘆筍”的氣味。探討發(fā)酵后產生的揮發(fā)性含硫化合物，研究表明，可以用硫化學發(fā)光檢測和氣相色譜相結合的方法來檢測發(fā)酵后的揮發(fā)性含硫化合物，該方法準確，穩(wěn)健且靈敏，定量限值約為1 μg/L 或更高。重要的是，該方法在樣品制備或分析過程中不會形成偽像，如二硫化物[8]。

2.2 具體含硫化合物對葡萄酒的影響

2.2.1 硫化氫

研究表明，大部分葡萄酒在發(fā)酵后都會檢測到硫化氫，在低含量下，硫化氫可能會增加葡萄酒香氣的復雜性，但發(fā)酵后剩余的水平過高可能會導致不良的氣味，如“爛雞蛋”或“像污水一樣”的氣味。葡萄酒中硫化氫的含量幾乎完全由葡萄酒中的4種金屬元素決定，葡萄酒中的總硫化氫含量與酒中的銅和錳元素的含量呈正相關，而與酒中的鐵和鋅的含量呈負相關。

2.2.2 二甲基硫

低含量的二甲基硫對葡萄酒的香氣有積極的作用，可以使酒的果香更濃郁，但如果其含量超過閾值，則會對葡萄酒產生負面影響。葡萄酒瓶儲期間，儲存溫度、光照強度、裝瓶容量、瓶塞的透氣性都會影響葡萄酒內的二甲基硫的含量。而在裝瓶之前，葡萄汁發(fā)酵時的條件，比如酵母的活性、發(fā)酵溫度、榨汁后含硫氨基酸等物質的代謝也都會影響儲藏過程中葡萄酒里二甲基硫的含量。因此，在釀造及儲存過程中，應盡量避免這些因素，例如控制發(fā)酵溫度不宜過高，儲存位置不宜曝光，裝瓶不可過滿等[10]。

2.2.3 MeSH（甲硫醇）

甲硫醇通常具有腐爛的卷心菜、煮熟的卷心菜、爛雞蛋、燒焦的橡膠、辛辣等氣味。葡萄酒中甲硫醇的形成與酵母和蘋果酸乳酸發(fā)酵以及儲存過程中甲硫氨酸的降解有關。在儲存過程中，光照條件下，葡萄酒中的含硫農藥例如乙酰甲胺磷和滅多蟲霉水解也會使甲硫醇（MeSH）含量增高[13]。

2.2.4 EtSH（乙硫醇）

乙硫醇具有洋蔥、橡膠、糞便、火柴、泥土、韭菜和大蒜的香氣。在白葡萄酒中的氣味閾值為1.1 μg/L，而在紅葡萄酒中的氣味閾值則沒有一個特定的規(guī)律，例如，在俄勒岡黑比諾葡萄酒中，其閾值一般為0.19～0.23 μg/L 之間，而在特洛迪歌葡萄酒中的閾值為3.2 μg/L 左右，超過了感覺閾值，因此，乙硫醇的氣味閾值也被認為是品種特征之一。乙硫醇可以通過硫化氫與乙醛以及葡萄酒中硫化氫與乙醇或乙醇之間的反應形成。

2.2.5 DMDS（二甲基二硫醚）

甲硫醇（MeSH）和乙硫醇（EtSH）在葡萄酒中很快就會被氧化成DMDS 和DEDS，即二甲基二硫醚和二乙基二硫醚，DMDS 一般帶有包菜、洋蔥味。葡萄酒中DMDS 的氣味閾值為20～45 μg/L。二甲基二硫醚也是因為乙酰甲胺和甲硫氨酸降解而產生的。DMDS 在低濃度水平下會對“瓶內成熟”香氣產生積極貢獻[13]。

2.2.6 DEDS（二乙基二硫醚）

二乙基二硫醚（DEDS）通常帶有大蒜、洋蔥以及燒焦的橡膠的味道。該化合物在葡萄酒中的氣味閾值為4.3～40 μg/L。在葡萄酒有一定氫離子和亞硫酸根離子存在的情況下，二乙基二硫醚會在老化和儲存期間逐漸被還原為乙硫醇（EtSH）。

2.2.7 處理方法

如果在葡萄酒中識別到MeSH、EtSH、DMDS和DEDS，可以添加一定的銅離子來去除甲硫醇和乙硫醇。而二甲基二硫醚和二乙基二硫醚則需要被還原為甲硫醇和乙硫醇后，再用銅離子除去。老化60 d 后，可以通過通氣處理以及加入定量的單寧來降低葡萄酒中的乙硫醇和二甲基二硫醚。盡管可以用這些方法來處理香氣有缺陷的葡萄酒，但此時葡萄酒整體的質量已經被破壞了。所以，我們要了解這4 種含硫化合物是怎樣影響葡萄酒香氣的并在釀酒和陳釀以及儲藏過程中盡早診斷這些缺陷，以確保對葡萄酒質量的負面影響程度降到最低。

3 葡萄與葡萄酒中含硫化合物分析鑒定方法

3.1 固相微萃取技術（SPME）

固相微萃取技術最大的優(yōu)點是在分離以及富集目標成分的過程中不受到其他物質的干擾。SPME 技術與其他萃取技術相比，耗時短[17]。與HS（靜態(tài)頂空分析技術）的GC分析相比，SPME技術不會吸附水分，能夠在同一時間吸附不止一種含硫化合物，高含量的成分對微量成分的影響比較小[17]。而與DHS 技術相比，SPME 萃取的條件比較溫和，不會刺激含硫化合物使其發(fā)生變化，并且其重復性好，相對偏差較小。研究表明，SPME 技術對葡萄酒中絕大部分的香氣成分反應很靈敏，目前，在很多對葡萄酒進行GC檢測時都用到了這種技術。

頂空固相微萃取技術可以應用于葡萄酒中含硫化合物的測定，在這種技術中，對樣品的處理量很小，因此避免了一些不必要的損失以及化合物之間的反應。頂空固相微萃?。℉S-SPME）在操作過程中不需要溶劑，一步萃取并且濃縮樣品中的分析物。利用二氧化硅纖維從頂部空間里提取分析物，而這種二氧化硅纖維是有聚合物包覆的，提取了分析物后直接把它轉移到氣相色譜(GC)的進樣器里進行下一步的熱解吸和分析。這種技術使得樣品的自然狀態(tài)得以保持，不需要在高溫和高壓的條件下進行，設備儀器都很簡單，操作起來也比較容易，不會流失目標成分。不過，頂空固相微萃取技術最大的缺點就是不能分析一些不易揮發(fā)的物質或者是和基質親和力很強的物質[1-2]。

3.2 頂空分析技術

在分析葡萄酒中含硫化合物時，通常首先采用的是頂空分析技術，因為大部分的含硫化合物的特性都包含高揮發(fā)性這一點，而且極少數(shù)可以溶解在有機溶劑中。

靜態(tài)頂空萃取法（Static headspace extraction）是把有揮發(fā)性的物質放在一個密閉的系統(tǒng)里，溫度保持不變，在一定時間內讓頂空的氣體與樣品中的組分達到互相平衡，隨后利用系統(tǒng)上部的氣體進行色譜分析。靜態(tài)頂空分析法所需設備很簡單，操作方法容易，且可以循環(huán)利用，所以，在對葡萄酒的香氣物質進行分析檢測是常用的方法。靜態(tài)頂空法的整個萃取的流程可以實現(xiàn)完全的自動化控制，避免了很多因人為操作而產生的誤差，并且，這種方法不需要有機溶劑，為研究人員在實驗過程中的安全提供了保證。盡管如此，靜態(tài)頂空法還是有一些不可避免的缺點，如果實驗過程中，樣品的蒸汽體積太大的話，就會對毛細管柱造成一定的傷害，縮短使用壽命。

3.3 高效液相色譜（HPLC）

高效液相色譜的特點是速度快、反應靈敏并且效率高，它的使用范圍十分廣泛，柱子也可以循環(huán)使用，樣品實驗過后容易回收，不會被破壞。這種技術已經應用于葡萄酒中部分香氣物質的定性和定量分析，比如含硫化合物等[18]。

4 小結及展望

控制含硫化合物對葡萄酒影響的途徑：

（1）可以通過篩選優(yōu)良的酵母方法來控制葡萄酒發(fā)酵過程中含硫化合物的產生，與此同時減少葡萄酒的不良風味，增加香氣。

（2）改造酵母的基因，通過改變酵母的基因來實現(xiàn)控制發(fā)酵過程中對葡萄酒有消極影響的含硫化合物的產生。

（3）研制相關的酶，使得品種特性十分鮮明的單品種葡萄酒在釀造過程中產生優(yōu)質的風味。

綜上所述，葡萄酒中的含硫化合物有近百種，其對葡萄酒的影響也是不盡相同，甚至同一種化合物不同含量對葡萄酒的影響也是相去甚遠。目前，全球范圍內對葡萄酒中的含硫化合物這一課題進行了廣泛而深入的研究，然而盡管如此，相比于目前的研究進展來說，還有許多方面需要改善和進步，如檢測鑒定含硫化合物的技術及方法以及調節(jié)或控制葡萄酒中含硫化合物成分的途徑等，都是葡萄酒學者科學家們需要繼續(xù)深入探討的內容。