西北地區(qū)干紅葡萄酒質(zhì)量相關(guān)理化指標(biāo)的判別功能解析

趙 宇，沙 青，孔彩琳，李運(yùn)奎,2，李愛華，靳國杰,2, 陶永勝,2,*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 葡萄酒學(xué)院， 陜西 楊凌 712100；2.陜西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心， 陜西 楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

葡萄酒的質(zhì)量特征由其顏色、味感和香氣共同決定。花色苷是葡萄酒中重要的呈色物質(zhì)，其組成和含量決定葡萄酒的色澤[1-2]。單寧、黃烷醇、黃酮醇等多酚類物質(zhì)對葡萄酒的味感有重要影響，提供澀味，穩(wěn)定顏色，具有抗氧化功效[3]，其含量在一定程度上可以綜合反映葡萄酒產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)劣。香氣是表現(xiàn)葡萄酒風(fēng)格特點(diǎn)和差異性的關(guān)鍵，受很多因素的影響，如品種、栽培方式、生態(tài)氣候，以及釀造工藝[4]?，F(xiàn)代色譜技術(shù)的發(fā)展，已能準(zhǔn)確測定葡萄酒中眾多的揮發(fā)性成分和多酚物質(zhì)，如田欣等[5]采用頂空固相微萃取結(jié)合全二維氣相色譜- 飛行時(shí)間質(zhì)譜探討了全二維氣相色譜技術(shù)在葡萄酒香氣解析中的應(yīng)用，但是昂貴的氣相和液相色譜儀器及其較為繁雜的分析方法限制了色譜分析技術(shù)在葡萄酒行業(yè)的推廣。葡萄酒產(chǎn)品的理化指標(biāo)分析研究發(fā)現(xiàn)，雖然干白葡萄酒的pH值、干浸出物含量、色度、總酚含量顯著低于干紅葡萄酒，但色調(diào)則顯著高于干紅葡萄酒[6]。Harbertson等采用分光光度法測定的葡萄酒CIELab顏色空間參數(shù)、總酚和單寧等指標(biāo)在不同干紅葡萄酒產(chǎn)品之間表現(xiàn)出明顯的差異性[7]，電子舌和電子鼻的分析數(shù)據(jù)顯示不同產(chǎn)區(qū)的不同品種干紅葡萄酒之間存在顯著差異[8]。分光光度計(jì)作為一種廣譜性儀器，操作相對較為簡單，也可以進(jìn)行顏色參數(shù)以及總單寧含量等的測定，更有利于分析鑒別方法在酒廠等地區(qū)的推廣和使用。因此，利用分光光度計(jì)開發(fā)葡萄酒的色澤- 風(fēng)味理化指標(biāo)分析用于葡萄酒的質(zhì)量風(fēng)格判定和產(chǎn)品溯源，具有可行性。本研究在前人研究基礎(chǔ)上，以我國西北地區(qū)多個產(chǎn)區(qū)多款干紅葡萄酒產(chǎn)品為研究對象，基于紫外- 可見光分光光度計(jì)檢測分析與干紅葡萄酒色澤、味感和香氣質(zhì)量相關(guān)的多種理化指標(biāo)，解析其區(qū)分產(chǎn)地、品種和年份的判別功能，以期為我國葡萄酒的質(zhì)量判別和產(chǎn)品溯源提供方法和技術(shù)上支持。

1 材料與方法

1.1 葡萄酒樣品

實(shí)驗(yàn)采集新疆產(chǎn)區(qū)樓蘭酒莊、新雅酒莊及中信國安酒莊干紅葡萄酒14款，其中2017年份赤霞珠(新疆酒樣1～7，10, 12～13號)，西拉(新疆酒樣8號)、梅鹿輒(新疆酒樣9，14號)及品麗珠(新疆酒樣11號)干紅葡萄酒各1款；寧夏產(chǎn)區(qū)中糧云漠酒莊、西夏王國際酒莊干紅葡萄酒7款，其中2014～2017年份赤霞珠(寧夏酒樣15～18號)干紅葡萄酒4款，2017年份梅鹿輒(寧夏酒樣19號)、泰納特(寧夏酒樣20號)及丹菲特(寧夏酒樣21號)干紅葡萄酒各1款；內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)吉奧尼酒莊、漢森葡萄酒業(yè)公司干紅葡萄酒6款，其中2014～2017年份赤霞珠(內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)22～23, 25, 27號)干紅葡萄酒4款，2015年份西拉(內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)24號)干紅葡萄酒1款及2016年份梅鹿輒(內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)26號)干紅葡萄酒1款，共計(jì)27款。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

無水乙醇、濃鹽酸、冰醋酸、乙醛、酒石酸、氫氧化鈉、明膠、三氯化鐵、十二烷基硫酸鈉(sodium laurylsulfonate，SDS)、三乙醇胺(triethanolamine，TEA)、甲醇、氯化鈉、香草醛(p-DMACA)等，分析純，西安化學(xué)試劑廠；沒食子酸、橡黃素、咖啡酸，分析純，天津一方科技有限公司；錦葵啶-3-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品、原花青素標(biāo)準(zhǔn)樣品、6-羥基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸(6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid，Trolox)標(biāo)準(zhǔn)品、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picylhydrazyl，DPPH)，Sigma公司。

1.3 儀器與設(shè)備

UV-1780型紫外可見分光光度計(jì)，島津儀器(蘇州)有限公司；TGL-16M型臺式高速冷凍離心機(jī)，長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；KH-500DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山禾超聲儀器有限公司；ME203E型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.4 指標(biāo)分析方法

1.4.1常規(guī)理化指標(biāo)測定

常規(guī)理化指標(biāo)參考文獻(xiàn)[9]測定，包括總酸(以酒石酸計(jì)，g/L)、揮發(fā)酸(以醋酸計(jì)，g/L)、總二氧化硫、游離二氧化硫、還原糖、酒精度、干浸出物、pH值。

1.4.2CIELab參數(shù)的設(shè)定

將干紅葡萄酒樣品過0.45 μm水系濾膜，用紫外分光光度計(jì)掃描380～780 nm的吸收光譜，間隔1 nm。用蒸餾水作為空白對照，每個酒樣重復(fù)3次[10]。

1.4.3總酚、酒石酸酯、黃酮醇、黃烷醇和總花色苷的含量測定

參考文獻(xiàn)[11]，用紫外分光光度計(jì)測定280、320、360、520 nm下的吸光度，分別對應(yīng)總酚(A280)、酒石酸酯(A320)、黃酮醇(A360)、花色苷(A520)的吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出含量。

黃烷醇使用p-DMACA-鹽酸法進(jìn)行測定[12-13]。根據(jù)實(shí)際吸光度大小稀釋葡萄酒，取稀釋后試樣0.1 mL和3 mL的p-DMACA溶液于試管中，充分搖勻待其反應(yīng)后在640 nm處測定其吸光度，用去離子水代替樣品做對照調(diào)零。每個樣品重復(fù)3次，結(jié)果以兒茶素等價(jià)值表示，mg/L。

1.4.4單體花色苷、多聚體花色苷和輔色素的含量測定

將乙醛溶液加入處理酒樣中，室溫下靜置45 min，用紫外分光光度計(jì)在520 nm波長下測定吸光度Aacet；取2 mL酒樣，用紫外分光光度計(jì)在520 nm波長下測定吸光度A520；將質(zhì)量濃度為0.05 g/mL的SO2溶液，加入至處理酒樣中，在520 nm波長下測定吸光度ASO2[14-15]。

x(輔色素)=c(輔色素)/c(總花色苷)= (Aace-A520)/Aacet×100%。

(1)

x(單體花色苷)=c(單體花色苷)/c(總花色苷)= (A520-ASO2)/Aacet×100%。

(2)

x(多聚體花色苷)=c(多聚體花色苷)/c(總花色苷)=ASO2/Aacet×100%。

(3)

式(1)、(2)、(3)中，A520為未經(jīng)過處理的酒樣的吸光度，ASO2為用SO2溶液處理的酒樣的吸光度，Aacet為用乙醛溶液處理的酒樣的吸光度，每個樣品重復(fù)3次。

1.4.5總單寧的含量測定

取10 mL離心管，用蒸餾水稀釋酒樣，再加入3 mL濃鹽酸，錫箔紙包嚴(yán)避光，沸水浴30 min后迅速冷卻，加入無水乙醇，在550 nm下測定吸光度A1; 另一組采用相同處理方法，常溫放置30 min，在550 nm下測定吸光度A2[11,14]。

ρ(總單寧)=(A1-A2)×19.33。

(4)

式(4)中，ρ(總單寧)是總單寧的質(zhì)量濃度，g/L；A1為經(jīng)過沸水浴處理的酒樣的吸光度；A2為常溫處理的酒樣的吸光度。

1.4.6鹽酸指數(shù)測定

鹽酸指數(shù)可以表征葡萄酒中高聚合單寧的比例。

取2 mL離心管，加入500 μL酒樣，250 μL蒸餾水，750 μL濃鹽酸，搖勻后立即取200 μL混合液，加蒸餾水稀釋，用紫外分光光度計(jì)在280 nm下測定吸光度A3；另一組采用相同處理，混合均勻后常溫下靜置7 h，離心后去掉沉淀，取上清液，加入蒸餾水，在280 nm下測定吸光度A4[14-15]。

x(鹽酸指數(shù))=(A3-A4)/A3×100%。

(5)

式(5)中，A3為未經(jīng)放置7 h處理酒樣的吸光度，A4為放置7 h處理的酒樣的吸光度。

1.4.7乙醇指數(shù)測定

乙醇指數(shù)可以表征葡萄酒中單寧與多糖結(jié)合的比例。

取5 mL離心管，加入0.4 mL酒樣，3.6 mL無水乙醇，混合均勻，立刻取混合液，加蒸餾水稀釋4倍，用紫外分光光度計(jì)在280 nm下測定吸光度A5；另一組采用相同處理，混合均勻后常溫下靜置24 h，離心后去掉沉淀，取上清液，加入蒸餾水，用紫外分光光度計(jì)在280 nm下測定吸光度A6[14-15]。

x(乙醇指數(shù))=(A5-A6)/A5×100%。

(6)

式(6)中，A5為未經(jīng)放置24 h處理酒樣的吸光度，A6為放置2 h處理的酒樣的吸光度。

1.4.8離子化指數(shù)測定

離子化指數(shù)可以表征對顏色起貢獻(xiàn)的花色苷比例。

取稀釋后酒樣，在520 nm下測定吸光度A7；在酒樣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%NaHSO3溶液，在520 nm下測定吸光度A8；在酒樣中加入2.8 mL的HCl溶液(0.1 N)，加入蒸餾水，在520 nm下測定吸光度A9；在酒樣中加入2.8 mL的HCl溶液(0.1 mol/L)，再加質(zhì)量濃度為0.07 g/mL的NaHSO3溶液，在520 nm下測定吸光度A10[14]。

x(離子化指數(shù))= [(A7-A8)×(12/10)/(A9-A10)× (100/95)]×100%。

(7)

式(7)中，A7為未加NaHSO3溶液對照組酒樣的吸光度，A8為加入NaHSO3溶液酒樣的吸光度，A9為未加HCl溶液對照組酒樣的吸光度，A10為加入HCl溶液酒樣的吸光度。

1.4.9抗氧化性測定

采用葡萄酒清除DPPH自由基活性法測定。取葡萄酒樣品加到3.9 mL DPPH甲醇溶液中，室溫下避光反應(yīng)20 min，在517 nm處測定吸光度，每個酒樣處理重復(fù)3次。對照以甲醇溶液代替樣品[16]。

1.5 香氣特征的測定

培訓(xùn)品評員并進(jìn)行酒樣感官分析[17]，香氣特征采用香氣特征詞匯的使用頻率和強(qiáng)度平均值進(jìn)行幾何平均數(shù)量化，計(jì)算方法見式(8)。

(8)

式(8)中，F(xiàn)為某一特征感官的量化值，計(jì)算方法見式(9)。

F=(品嘗組中使用某一特征詞匯的人數(shù))/ (品嘗組人數(shù))×100% 。

(9)

式(8)中，I為某一特征感受的強(qiáng)度率，計(jì)算方法見式(10)。

I=(品嘗組對某一感官特征的平均得分)/ (最高分值)×100% 。

(10)

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS Statistics 22.0進(jìn)行方差分析、主成分分析、聚類分析，評價(jià)各類指標(biāo)在不同樣品之間的差異以及產(chǎn)品溯源的判別功能。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)理化指標(biāo)的分析結(jié)果

常規(guī)理化指標(biāo)檢測結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。對常規(guī)理化指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)前兩個主成分占總體方差的50%，聚類效果較差，因此，不以常規(guī)理化指標(biāo)作為判別分析的指標(biāo)。

2.2 色澤相關(guān)指標(biāo)分析

2.3 味感相關(guān)指標(biāo)分析

單寧等多酚物質(zhì)是葡萄酒味感的重要貢獻(xiàn)成分[19]，供試酒樣的味感相關(guān)理化指標(biāo)的檢測值見表2?？偡淤|(zhì)量濃度446.85～2 455.51 mg/L，黃酮醇質(zhì)量濃度381.38～1 330.90 mg/L，黃烷醇質(zhì)量濃度182.15～633.23 mg/L，抗氧化活性530.29～947.05 μmol/L，單寧質(zhì)量濃度1.27～6.49 g/L，供試酒樣之間存在顯著性差異。鹽酸指數(shù)反映干紅葡萄酒中高聚合單寧的比例，在10%～25%表明酒樣適合陳釀，在35%～40%，高聚合單寧就很容易發(fā)生沉淀[22]。供試酒樣的鹽酸指數(shù)在1.89%～35.68%，酒樣間差異顯著。乙醇指數(shù)反映葡萄酒中與多糖結(jié)合的單寧比例，乙醇指數(shù)越高，葡萄酒的收斂性越弱，口感越柔和[21]，供試酒樣的乙醇指數(shù)范圍1.87%～44.47%，差異明顯。數(shù)據(jù)PCA結(jié)果見圖2。前兩個主成分占總體方差的65.93%。新疆酒樣絕大多數(shù)都分布在第一主成分的正向端，總酚、鹽酸指數(shù)、乙醇指數(shù)和抗氧化性等味感指標(biāo)與新疆產(chǎn)區(qū)酒樣靠近；寧夏酒樣大多分布在第三象限，內(nèi)蒙古烏海酒樣大多分布在第二象限，總單寧、黃酮醇和黃烷醇在這兩個區(qū)域。味感理化指標(biāo)對葡萄酒產(chǎn)地和年份的判別效果較好，但味感指標(biāo)對不同品種的葡萄酒判別效果不佳。

2.4 香氣相關(guān)指標(biāo)分析

研究發(fā)現(xiàn)，酯類物質(zhì)是葡萄酒中的重要的呈香物質(zhì)，而果香是葡萄酒產(chǎn)品質(zhì)量和風(fēng)格的主要體現(xiàn)特征[23-24]。酒石酸酯和總酸含量均是果香酯類物質(zhì)平衡的重要影響因素。供試酒樣的香氣相關(guān)指標(biāo)的分析結(jié)果見表3。酒石酸酯質(zhì)量濃度566.67～1 365.56 mg/L，總酸質(zhì)量濃度5.23～8.71 g/L，不同酒樣之間有酒石酸酯和總酸具有顯著性差異。酒石酸酯是葡萄酒的酒石酸和乙醇通過脫水生成的酯類化合物，是葡萄酒香氣的重要物質(zhì)之一，但它在陳釀過程中逐漸消失，可以反映出葡萄酒的酯化情況[25]。葡萄酒的量化香氣特征包含熱帶水果、溫帶甜果和溫帶酸果，氣味強(qiáng)度值在30%～80%范圍，酒樣之間有差異。數(shù)據(jù)PCA結(jié)果見圖3，前兩個主成分占總體方差的83.10%。新疆酒樣絕大多數(shù)都分布在第三象限；寧夏產(chǎn)區(qū)的酒樣大多分布在第一、二象限，內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)的酒樣大多分布在第一、三象限，總酸、酒石酸酯、果香特征集中分布在第一象限。分析可知，香氣相關(guān)指標(biāo)對不同產(chǎn)區(qū)和品種的酒樣有較好的判別效果，而對不同年份的葡萄酒判別效果一般。

表1 供試酒樣色澤相關(guān)理化指標(biāo)Tab.1 Color related physiochemical indexes of wine samples

圖1 色澤相關(guān)指標(biāo)在前2個主成分上的載荷分布Fig.1 Loading distribution of color related indexes on first two PCs

表2 供試酒樣味感相關(guān)理化指標(biāo)

續(xù)表2

圖2 味感相關(guān)指標(biāo)在前2個主成分上的載荷分布Fig.2 Loading distribution of taste related indexes on first two PCs

表3 供試酒樣香氣相關(guān)理化指標(biāo)

續(xù)表3

圖3 香氣相關(guān)指標(biāo)在前2個主成分上的載荷分布Fig.3 Loading distribution of aroma related indexes on first two PCs

2.5 理化指標(biāo)的總體分析

選擇差異性相對較大的理化指標(biāo)進(jìn)行供試酒樣數(shù)據(jù)的PCA處理，前2個主成分占總體方差的67.32%，結(jié)果見圖4。總酚、單體花色苷、離子化指數(shù)、鹽酸指數(shù)、顏色空間參數(shù)L*、a*以及果香特征分布在第二象限和第三象限，新疆酒樣也均分布于該區(qū)域，表明新疆酒樣中以上指標(biāo)含量較高。寧夏酒樣位于第一、四象限，多聚體花色苷、色調(diào)h*以及多酚指標(biāo)在其附近分布，有總花色苷、黃酮醇、酒石酸酯、黃烷醇，表明寧夏產(chǎn)區(qū)酒樣色調(diào)和多酚含量相對較高。內(nèi)蒙古烏海酒樣分布相對較分散。2017年份酒樣集中分布在第一主成分的負(fù)向端，其他年份酒樣分布在正向端，主要集中于第四象限；赤霞珠酒樣分布在第二主成分的負(fù)向端，主要集中在第三象限，其他品種分布在y軸正向端。綜合分析，色澤、味感和香氣指標(biāo)的整體判別酒樣產(chǎn)地、品種和年份的效果更好，在一定程度上可以用于表征葡萄酒的質(zhì)量特征。

供試酒樣質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)的聚類分析結(jié)果見圖5。新疆、寧夏和內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)的酒樣在距離為17時(shí)被劃分成了3類，其中，新疆產(chǎn)區(qū)的酒樣被劃分為了第一類，內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)的22號和23號酒樣被劃分為了第二類，第三類則包括內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)的24號和26號酒樣以及寧夏產(chǎn)區(qū)的全部酒樣。同時(shí)，新疆產(chǎn)區(qū)的酒樣又被劃分為了4小類，聚類效果較好，產(chǎn)地判別的正確率超過90%，從側(cè)面反映出干紅葡萄酒質(zhì)量相關(guān)理化指標(biāo)在一定程度上對不同產(chǎn)區(qū)葡萄酒的判別效果顯著。

圖5 供試酒樣質(zhì)量相關(guān)理化指標(biāo)聚類分析Fig.5 Cluster analysis of physicochemical indexes related to wine quality

3 結(jié) 論

本研究以西北地區(qū)新疆產(chǎn)區(qū)、寧夏產(chǎn)區(qū)和內(nèi)蒙古烏海產(chǎn)區(qū)的干紅葡萄酒為材料，基于紫外- 可見光分光光度計(jì)檢測酒樣的色澤、味感及香氣相關(guān)理化指標(biāo)，并進(jìn)行葡萄酒香氣特征的感官量化分析，以解析西北地區(qū)不同產(chǎn)地、品種和年份的判別功能。數(shù)據(jù)結(jié)果表明：常規(guī)理化指標(biāo)可以反映出葡萄酒的質(zhì)量狀況，但不能很好地用于評判葡萄酒的質(zhì)量特征和風(fēng)格；色澤質(zhì)量相關(guān)理化指標(biāo)可以體現(xiàn)出不同年份干紅葡萄酒的色澤差異性，判別效果較顯著，而對不同品種的葡萄酒判別效果一般，對于不同產(chǎn)區(qū)判別效果較差；味感質(zhì)量相關(guān)理化指標(biāo)可以表現(xiàn)出不同產(chǎn)區(qū)和年份的葡萄酒的口感差異性，但對不同品種的葡萄酒判別效果不理想；香氣質(zhì)量相關(guān)理化指標(biāo)能夠評價(jià)葡萄酒香氣特點(diǎn)，對于不同產(chǎn)區(qū)和年份的葡萄酒有較好的判別效果，而對不同品種的酒樣判別效果一般。綜合葡萄酒色澤、味感和香氣相關(guān)理化指標(biāo)的色澤- 風(fēng)味理化指標(biāo)對不同產(chǎn)區(qū)、年份及品種進(jìn)行判別，判別效果強(qiáng)于單獨(dú)以色澤、味感及香氣理化指標(biāo)進(jìn)行的判別分析，在一定程度上可以表征葡萄酒的質(zhì)量風(fēng)格。三個產(chǎn)區(qū)的葡萄酒經(jīng)聚類分析共被成功劃分成三類，正確率為90%，表明干紅葡萄酒質(zhì)量相關(guān)理化指標(biāo)對西北地區(qū)干紅葡萄酒的判別效果較顯著。因此，基于分光光度法開發(fā)的干紅葡萄酒色澤- 風(fēng)味理化指標(biāo)的大數(shù)據(jù)具有判別西北地區(qū)干紅葡萄酒產(chǎn)地、年份和品種潛在的推廣應(yīng)用前景。