不同成熟度赤霞珠葡萄的酿酒香气研究

不同成熟度赤霞珠葡萄的酿酒香气研究

在葡萄酒的生产过程中，葡萄糖被称为“第一个车间”。葡萄原料的成熟度及其质量是葡萄酒质量和风格的“第一要素”。理论上,确定酿酒葡萄原料的成熟度需要综合考虑原料的糖、酸以及单宁、多酚等的含量,检测这些指标需要一定的检测时间和分析条件。目前在我国葡萄酒工业生产中,常常采用可溶性固形物(°Brix)含量来衡量原料采摘时的成熟度。该方法简单、快速,便于在果农和葡萄酒生产技术人员的使用、推广。因此,在特定产区,研究简单的葡萄成熟度指标与葡萄酒感官质量之间的联系,对科学合理地确定采收期很有意义。葡萄酒香气是葡萄酒质量的重要组成部分,是决定消费者是否购买葡萄酒的重要因素。欧亚种酿酒葡萄(Vitisvinifera)的成熟原料能够在酿酒过程中表现出独特的品种香气,该类香气是年轻葡萄酒的典型香气特征。葡萄酒的香气受多种因素影响,如品种、生态条件、栽培措施、原料成熟度及酿酒措施等,但在特定产区某栽培品种的成熟度是葡萄酒香气质量的主要影响因素。随着葡萄果实的成熟,所酿酒香气会更复杂,但超过其技术成熟度后,所酿酒香气质量会变得粗糙。值得注意的是,并非葡萄酒中所有的香气成分都能产生香气,对给定产品的整体香气有贡献的仅有几十种。香气成分的实际贡献取决于它们的浓度和阈值,因此气味活性值(OAV,即浓度与其阈值的比值)被引入用来表示香气成分的活性大小。葡萄成熟过程受产地生态条件和品种的影响最大。我国现代葡萄酒产业起步于上世纪七八十年代,酿酒葡萄品种绝大多数是引自国外的欧亚种,大面积葡萄栽培和酿酒的产区刚刚形成,有关成熟指标与葡萄感官质量之间的研究还很缺乏。本研究以我国地理标志葡萄酒产区的昌黎赤霞珠葡萄为研究对象,采用°Brix衡量葡萄成熟度,在葡萄不同成熟阶段做酿酒试验,研究葡萄成熟过程中所酿酒香气质量的变化规律,为科学合理的确定酿酒葡萄采收期提供理论依据。拟解决的关键问题是:检测不同成熟度原料所酿酒香气成分;采用气味活性值筛选活性气味成分,分析它们随葡萄成熟在所酿酒中的变化规律;最后通过感官分析进一步验证。1材料和方法1.1原料加工企业葡萄品种为赤霞珠,葡萄原料2009年采自中粮长城华夏葡萄酿酒有限公司昌黎县城东关葡萄园。原料采摘时以可溶性固形物含量表示的成熟度分别为°Brix17.0、°Brix19.0、°Brix20.6、°Brix22.0。1.2酒精发酵、转罐、分离葡萄原料除梗破碎后输入500L不锈钢罐,加入SO240mg/L,浸渍24h后添加酵母菌启动发酵,酒精发酵温度控制在25~30℃,根据原料含糖量,添加白砂糖,所酿酒酒精含量控制在(11±1)%(V/V)。酒精发酵结束后葡萄酒转罐分离,添加SO275mg/L,保持在15℃条件下贮藏,随后葡萄酒进行正常的转罐、稳定处理工艺步骤。所用供试酒样均未进行橡木桶陈酿。1.3化学试剂和设备1.3.1半酒酸液ph内标物质2-辛醇,400mg/L(乙醇溶液),在酒样和模拟酒标准样品中加入25μL,在样品中质量浓度为0.25mg/L。34个香气成分的标准样品购于Sigma-Aldrich公司(中国北京),溶解于模拟酒溶液中,浓度比它们在葡萄酒中典型浓度高2~3个数量级,经稀释后检测分析做定量标准曲线。模拟酒溶液是乙醇水溶液,乙醇体积分数12%,5g/L酒石酸,用1mol/LNaOH调整pH为3.3~3.4。标准样品溶液现配现用,在4℃下黑暗条件下贮藏。1.3.2其他试剂1.3.3质谱条件:6.电子天平(1/1000,1/100000)、旋转蒸发仪、气相色谱-质谱联用仪(FinniganTranceGCultra-DSQ。1.4-辛醇法取葡萄酒样40mL,加入12.8g无水(NH4)2SO4,振荡直到完全溶解,沃特曼滤纸(grade113v)过滤,收集到50mL旋口玻璃离心管中,放入磁力搅拌子,加入500μL色谱纯二氯甲烷,25μL的2-辛醇的乙醇溶液,混合液在4℃下磁力搅拌60min。取出磁力搅拌子,玻璃管在超声波清洗器中处理1min,然后离心(1000g,5min,4℃)。二氯甲烷用200μL注射器吸取,放入500μL旋口小瓶中,供GC-MS分析。1.5生长曲线dq色谱柱:DB-Wax柱(30m×0.32mmi.d.,0.25μm膜厚,J&W(Folsom,USA);载气:He,流速,1mL/min。升温程序:40℃保持3min,然后以4℃/min速率升至160℃,再以7℃/min速率升至230℃,在230℃保持8min。连接杆温度,230℃。注射器温度,250℃。质谱条件为:EI+电离源,离子源温度为230℃,电子能量为70eV,灯丝流量为0.20mA。检测器电压为350V。扫描范围为33~450amu,扫描速率1次/s。1.6标准曲线、内标和外标测定定性:MS检测峰采用与标准样品相同条件下比对特征离子峰的办法定性,缺少标样的个别化合物采用随机检索NIST2.0谱库和Willey谱库法定性,要求匹配度>800(最大值为1000)。定量:采用内标-标准曲线插值法定量,2-辛醇作为内标,标准曲线采用五点标度法绘制,不过原点。少数没有标准样品的挥发性成分采用结构相似标准样品的标准曲线定量。1.7基于三角品评法的饮品设计嗅觉阈值测定:一定量的香气化合物标准品溶解于模拟酒溶液(酒度12%、酸度5g/L和pH3.2)中,随机选取20名本单位的学生作为品尝员进行嗅觉试验。试验样品采用三角品尝法设计,即3个品尝杯中至少有1个是纯水。目标香气化合物溶液按2的指数倍稀释,50%的品尝员能感知到的最低浓度就是目标化合物的嗅觉阈值。同时,记录香气化合物的气味特征。感官分析:感官分析品尝小组由30名经过葡萄酒品尝学实践训练的学生和老师组成。感官分析在标准葡萄酒品尝实验室进行,每个品尝员位于独立的品尝间,品尝温度条件为20℃左右,葡萄酒样品随机编号,区组设计。葡萄酒感官质量分析包括葡萄酒的外观(15分)、香气(30分)、口感(44分)和协调性(11分),满分为100分。2结果2.1葡萄酒中挥发性成分活性研究图1是采用本试验方法检测°Brix20.6葡萄所酿酒的总离子流图(TIC),供试酒样中挥发性成分的GC-MS分析结果见表1。共定量分析出44种成分,它们的质量浓度范围在1μg/L至151mg/L之间。从总离子流图和化合物定性、定量结果可以看出,本试验方法能够检测分析葡萄酒中很多挥发性成分,尽管这些化合物分属多个化学门类,含量差异几个数量级。如图2所示,主要化合物为高级醇、化学酯和有机酸,微量化合物有萜烯醇、大马酮、低含量呋喃类化合物、挥发性酚和含硫化合物等。°Brix17.0、°Brix19.0、°Brix20.6、°Brix22.0葡萄所酿酒中香气成分总含量依次为626.9、518.7、657.1和375.7mg/L。气味活性值(OAV)分析表明供试酒样中共有21种成分有活性,在不同成熟度原料所酿酒中均具有活性的有10种。高级醇是葡萄酒挥发性成分中含量最高的成分,在本研究中占供试酒样挥发性成分总量的60%~70%,并且比例随原料成熟度的增加而增加。15种被定量出的高级醇中,有8种高级醇含量超过它们在酒中的阈值,具有活性。在4种不同成熟度原料所酿酒中均具有活性的芳香醇是异丁醇、异戊醇、1-己醇和苯乙醇。异丁醇和异戊醇具有杂醇香,1-己醇有青草味,苯乙醇赋予葡萄酒花香。3-乙氧基-1-丙醇和1-庚醇仅在°Brix20.6葡萄所酿酒中有活性,散发果香。试验中,10种被定量出的化学酯中有4种超过它们在酒中的嗅觉阈值,在4款酒中均具有活性。它们是己酸乙酯、辛酸乙酯、乳酸乙酯和乳酸异戊酯,前两者具有热带和温带水果的香气,后两者有乳香味。供试酒样中共检测出6种脂肪酸,丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、己酸和辛酸,其中丁酸和异戊酸在供试酒样中均具有活性,给葡萄酒带来乳酪和泡菜味,辛酸仅在°Brix17.0和°Brix19.0的葡萄所酿酒中有活性,带来乳酸和脂肪味。葡萄酒微量挥发性成分中,供试酒样中定量出3种萜烯类化合物、1种去甲类异戊二烯化合物、6种呋喃类化合物,酮类、含硫化合物和酚类各1种。从定量数据可以看出,随着原料成熟度的增加,葡萄酒中萜烯醇和去甲类异戊二烯化合物含量有增加趋势,但在供试酒样中有活性的仅为里哪醇和大马酮,并且随着成熟度的增加,活性值也增加。呋喃类化合物中糠醛和糠醇有活性,前者赋予°Brix20.6葡萄所酿酒果香、花香和熏香,后者在°Brix17.0葡萄所酿酒中有特殊的苦辣气味。3-甲硫基-1-丙醇给葡萄酒带来生土豆和大蒜味,4-乙基苯酚在葡萄酒中有橡木香和烟熏味。2.2不同成熟度葡萄酿酒感官评分分析不同成熟度葡萄所酿酒的感官分析结果见表2。品尝人员从外观、香气、口感和整体感觉4个方面对供试酒样进行品评打分。从得分数据分析,不同成熟度葡萄所酿酒感官分析数据差异明显。外观上,成熟度越高,得分越高;香气质量以°Brix20.6最好,口感得分随成熟度增加而增加;协调性,°Brix19.0之后的酒样没有显著差异。因此总体评价,°Brix20.6和°Brix22.0酒样得分最高,虽然后者分值较高,但两者没有显著差异。3讨论3.1酯类化合物及芳香活性尽管葡萄酒香气成分的气味活性分析没有考虑气味成分之间的叠加和抑制作用,但是该法是目前较为客观的葡萄酒香气质量预测方法。高含量的挥发性成分与香气强度没有直接关系,根据气味活性值理论,只有那些浓度超过它们在葡萄酒中感觉阈值的成分才能散发出气味。化学酯类是葡萄酒中主要的呈香物质,它们具有果香和花香。在葡萄酒中已检出的酯类分为3类:乙酸酯、乙醇酯和脂肪酸的杂醇酯。Gil(2006)检测分析了西班牙马德里地区的桃红葡萄酒和白葡萄酒中的香气成分,发现辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸异戊酯具有气味活性,它们的气味活性值比其他酯类化合物高。本研究中,如表1所示,己酸乙酯、辛酸乙酯、乳酸乙酯和乳酸异戊酯在供试酒样中具有活性,前两者具有温带和热带水果香气和花香,后两者有乳香和坚果味。从活性香气值总量上分析,不同成熟葡萄所酿酒芳香酯类赋予的香气强度差异不大。很多研究报道一些高级醇具有芳香,如1-丁醇、异丁醇、异戊醇、1-戊醇、1-己醇、己烯醇、苯甲醇和β-苯乙醇。本研究中供试酒样中均有活性的高级醇有异丁醇、异戊醇、1-己醇和苯乙醇,前两者具有杂醇香,1-己醇有青草味,苯乙醇赋予葡萄酒花香。另外两种活性高级醇,3-乙氧基-1-丙醇和1-庚醇,仅在°Brix20.6葡萄所酿酒中有活性,散发果香,因此°Brix20.6葡萄所酿酒比其他成熟度的葡萄所酿酒果香更强一些。文献报道在葡萄酒中检测出的脂肪酸有异丁酸、丁酸、异戊酸、己酸、辛酸、癸酸、9-癸烯酸和月桂酸。虽然C6-C10脂肪酸常给葡萄酒带来不好的风味,但是它们对于葡萄酒香气化合物的平衡至关重要,由于它们可以抑制一些芳香酯的水解。Shinohara(1985)研究认为C6-C10脂肪酸在4~10mg/L时有奶酪和奶油的风味,当其含量过高,超过20mg/L时却会散发不良风味,甚至腐败味。本研究中,供试葡萄酒中脂肪酸含量偏低,6种脂肪酸中仅有3种超过其嗅觉阈值,并且脂肪酸含量最高的°Brix20.6葡萄所酿酒脂肪酸含量也只有7.8mg/L,因此脂肪酸能给供试葡萄酒带来乳酸风味,尤其是°Brix20.6葡萄所酿酒。3.2不同葡萄品种的酿酒功效去甲类异戊二烯化合物、萜烯醇、呋喃类化合物、挥发性酚类是葡萄酒中的微量化合物。去甲类异戊二烯化合物和萜烯醇虽然在葡萄酒中的含量很低,但由于它们的嗅觉阈值同样很低,所以它们对葡萄酒的整体香气仍然有贡献。α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮和β-大马酮是3种文献中常报道的葡萄酒中去甲类异戊二烯化合物。它们在葡萄酒中的含量一般<10μg/L,可是它们的嗅觉阈值在0.05~0.09μg/L,所以它们通常是葡萄酒香气的重要呈香物质。供试样品中,仅检测分析出β-大马酮,原料成熟度高的酒中β-大马酮含量较高,因此加工水果的香气更重一些。萜烯类化合物是植物的二次代谢产物,它们的生物合成始于乙酰辅酶A,很多研究报道利用萜烯类化合物进行不同葡萄品种所酿酒的鉴别。根据葡萄汁中的萜烯类化合物含量,葡萄品种可以分为3类:1)玫瑰香系列品种,单萜类化合物>6mg/L;2)非玫瑰香系列芳香型品种,单萜类化合物1~4mg/L;3)中性品种,香气特征及其强度不依赖萜烯类化合物。本试验中,供试品种中定量出3种萜烯醇,仅里哪醇有气味活性,并且含量随着葡萄成熟度的增加而增加。呋喃类化合物是赤霞珠葡萄酒重要的一类香气成分,因为它们表现出不同于上述果香、花香、奶香的另一类香气特点。合适浓度的呋喃类化合物赋予葡萄酒可可豆、巧克力、桃、焦糖等的芳香,但较高浓度会带来咖喱味、烟熏味和木头味等。供试葡萄酒中检测出6种呋喃类化合物,其中5-O-四氢呋喃-2-甲酸乙酯是半挥发性成分,虽然含量很高,但对整体香气几乎没有贡献,其他呋喃类化合物均是微量化合物,在本研究中其含量与酿酒原料的成熟度没有关系。具有气味活性的糠醛和糠醇使°Brix17.0、°Brix20.6葡萄所酿酒具有特殊的熏香。葡萄酒中含量很少的挥发性酚类也属于葡萄酒潜在气味化合物中的一类,如丁子香酚、愈创木酚、甲酚、4-乙基苯酚、乙烯基苯酚、香子兰素等。它们大多是橡木桶陈酿期间的橡木溶解物。本研究中,供试葡萄酒没有进行橡木桶陈酿,因此仅检测出4-乙基苯酚,它在°Brix17.0、°Brix20.6葡萄所酿酒中具有活性,有烟熏味和木头味。酿酒工