葡萄果实及葡萄酒香气的化学成分

葡萄果实及葡萄酒香气的化学成分

香味物质是葡萄酒和葡萄酒品质的主要因素之一。果汁中有几十种化合物与葡萄糖的味道有关。葡萄的香气是葡萄与生俱来的属性之一,这些物质不仅气味各异,而且它们之间还通过累加作用、协同作用、分离作用以及抑制作用等相互作用,从而使葡萄酒香气千变万化,多种多样。然而,过去对葡萄成熟期的研究主要集中于糖、酸含量及其比值,而对芳香成分的研究相对滞后。近年来,对葡萄及葡萄酒香气物质生物合成及影响因素的研究逐渐成为了热点,加快对这一方面的研究,对葡萄品种特性发挥、栽培技术改进等方面有重要意义。本文主要综述了葡萄果实中香气物质以及葡萄酒中品种香的种类,有针对性地介绍了内、外界因素对其影响的最新研究进展,以期对葡萄栽培技术的改进提供参考。1葡萄酒中部分化合物的构成葡萄果实中的几百种香气物质主要以游离态和糖苷结合态形式存在。这些香气物质可根据其代谢路径分为萜烯类(terpenoids)、C13-降异戊二烯衍生物(norisoprenopids)、芳香族化合物(aromaticcompounds)、挥发性脂肪族化合物(aliphaticvolatilecompounds)、吡嗪类化合物(methoxypyrazines)、含硫化合物(organo-sulfurcompounds)。葡萄酒的品种香气便由这些化合物构成。它们在葡萄酒中的含量高的可达mg·L-1级,低的仅为ng·L-1级,甚至更少。它们的含量、性质及相互之间的平衡,对葡萄酒的风格和典型性具有决定性作用。其中一些重要的香气物质及其感官特性如表1所示。2不同品种、品种营养系香气组成的差异内因主要是指基因型上的差异。葡萄属中不同的种、品种甚至营养系之间的差异,都可导致其香气组成上的不同。另外,树龄、砧木、成熟度也属于内因范畴。2.1德国不同品种的白葡萄酒中的构造工艺李记明等对中国的6个不同野生种葡萄所酿的酒进行了风味成分分析,结果表明,野生种葡萄酒普遍具有青草、烟熏、肥皂、焦糖及酸涩等香味特征,而与之相比,欧亚种葡萄‘赤霞珠’(CabernetSauvignon)所酿酒中含有更多的苯乙醇与3-甲基-1-丁醇。Rapp根据酒中12种单萜含量的不同将德国不同品种的白葡萄酿造的酒分为“雷司令型”、“玫瑰香型”、“白比诺型”3大类。由此可见,品种间的香气物质在种类和含量上都存在着差异。2.2营养系间香气物质比较营养系间香气物质种类也存在着差异,如‘霞多丽’(‘Chardonnay’)6个营养系中共检测到73中香气物质,除9种为共有香气物质外,各营养系都有自己特有的物质。营养系间香气物质的含量同样存在差异。‘黑比诺’(‘PinotNoir’)4个营养系的果实香气中,2,6-二叔丁基对苯醌和n-十六酸的含量有很大差异;‘霞多丽’6个营养系果实中,有的乙酸异戊酯的含量较高,有的则含有更多的丙酸-2-羰基-异戊酯,还有的邻苯二甲酸二丁酯含量很高。2.3‘赤没有”苗木嫁接对葡萄酒中主被动物质的影响砧木可在多方面对接穗品种所结果实的成分产生影响,这在很大程度上取决于砧木的生长势,一般来说,能减弱接穗品种生长势的砧木,有利于提高所产葡萄酿酒的品质。Stefanos等研究了‘赤霞珠’分别嫁接在1103P和SO4砧木上果实香气物质含量,结果表明,以长势较弱的1103P为砧木的葡萄果实中结合态香气物质的含量较高。另有研究结果表明,中等长势的SaltCreek砧木上嫁接‘赤霞珠’果实所酿造的葡萄酒中大马氏酮和癸酸异戊酯的含量较高。Stefanos等分析说这可能是长势弱的砧木会限制接穗上的叶片生长,从而使果穗得到更多太阳辐射所致。但以上实验都未对葡萄酒进行感官评价。2.4老龄葡萄树的指数reynolds传统认为,果实香气和风味物质会随着树龄或者老枝数量的增加而增加。Guinard等认为‘黑比诺’的树龄与果实香气强度有着显著的正相关,且树龄的增加可使青豆和青菜的味道减轻。Reynolds等认为老龄的‘雷司令(Riesling)’所结果实具有更多的萜烯类物质,并且树龄对果实香气的影响要比枝条密度显著。但Reynolds等却认为老龄葡萄树结实所酿的酒并不一定像传统认为的那样有着更加优良的品质。在他们的实验中,老龄树上所结的‘赤霞珠’和‘品丽珠(CabernetFranc)’果实酿酒后青菜的味很重,而‘黑比诺’和‘莫尼埃比诺(PinotMeaunier)’在幼树上所结果实所酿的酒中却较那些老龄树上所结果实所酿的酒有着更加优美的巧克力香气。2.5不同品种吡嗪类化合物的积累规律葡萄果实中的香味物质是随着果实的发育而产生的。一般来说,直至始熟期前,果实中除香叶醇外的其他萜类物质皆有所增加。单萜含量从坐果后就开始增加,至始熟期有所下降,然后重新开始积累,在花后17周达到高峰,然后又下降。在‘赤霞珠’果实成熟过程中,吡嗪类物质的含量在开始成熟前逐渐升高,在始熟期达到最高,然后随着果实成熟开始下降。但不同品种,吡嗪类化合物在果实中的积累规律有所不同。这表明成熟期的延长可能会导致风味化合物的损失。3栽培技术影响因素的因素有自然因素外因较为复杂,首先包括土壤、光照、温度等自然环境因素。其次,这些自然因素又受到栽培技术的影响。各种外界因素之间相互作用,相互影响,共同导致葡萄香气组成的差异。3.1环境因素对葡萄酸物质的影响3.1.1灌溉对葡萄酒品质的影响土壤条件主要包括土壤质地和水肥管理。葡萄喜欢透水性良好的砂质土壤,黏性土壤上生长的葡萄应及时采收,否则将会降低葡萄酒的香气品质。实验表明,黏性土壤上提前采收的‘萨雷玛’(‘Zalema’)葡萄酒香气较为清新;而推迟采收,则导致清新香味的减少及成熟果香的增加,然而这种香气特点却并不适合新鲜的白葡萄酒。许多欧洲国家都禁止对酿酒葡萄进行灌溉。因为传统认为过度灌溉会使葡萄酒品质下降。虽也曾有报导说灌溉可促进香气物质的产生。但近年来大量研究结果表明,限制水分的供给可增加葡萄香气物质的含量。究其原因,一方面可能是由于缺水条件下植株生长势较弱,从而增加了果穗的曝光量。另一方面,水分亏缺可增加‘赤霞珠’果实中类胡萝卜素的含量。同时也会增强葡萄体内与香气物质合成有关酶类基因的转录,促进类胡萝卜素(carotenoids)的裂解,释放结合态的降异戊二烯类物质。Bravdo等发现用盐水灌溉或含盐较高土壤上生长的‘赤霞珠’、‘美乐’(‘Merlot’)、‘长相思’(‘SauvignonBlanc’)、‘霞多丽’葡萄所酿的酒有着非常好的香气品质。最近,Scacco等也证明,盐渍土壤可使‘Nerod’Avola’葡萄果实及葡萄酒中的香气物质含量增加,但却没有影响感官特性。盐分对果实香气影响的机制尚不明确,可能与无机营养有关。例如磷肥可使‘赤霞珠’葡萄酒中的单萜含量增加,感官特性得到提升。而高浓度的氮磷钾复合肥会增加新榨葡萄汁和葡萄酒中的青草味。低浓度的复合肥会增加新榨葡萄汁中己酸、乙酸己酯、苯乙醇和庚醇的含量。3.1.2高温和强光照对果实中吡嗪类物质的影响一般认为,冷凉环境有利于香气物质的产生。短暂的高温会加速果实成熟,提高葡萄酿酒后的品质,然而长期高温或强光照会降低吡嗪类物质的含量,导致香气品质改变。炎热的气候会促进雷司令葡萄果实和葡萄酒中一种带有煤油味的物质—TDN的产生。但是,如果气候太过寒冷,果实香气物质的含量会下降,而且青草味也会加强。所以,温度对果实香气品质的影响是有一定范围的,温度过高或过低都不利于香气物质的积累。3.1.3对果实香气物质的影响,主要有枝、穗、枝、花有些品种葡萄中的单萜含量会随着光照的增加而增加,而有些品种则不是这样。Bureau等的研究结果表明,人工遮光降低了MuscatofFrontignan(一种玫瑰香葡萄)果实中单萜和C13-降异戊二烯类物质的含量,而自然遮阴则不会。同时他们认为,枝条遮光与果穗遮光相比,后者对果实香气物质的影响更大。Imelda等认为,始熟期前摘叶处理,会减少‘品丽珠’果实中3-异丁基-2-甲氧基吡嗪(IBMP)的含量,始熟期后摘叶处理,IBMP不会降解,但果粒膨大会使IBMP的浓度降低。他们还发现,同一植株中IBMP的分布十分不均匀,其在遮阴处含量明显高于曝光处。在坐果后33d摘叶的‘雷司令’葡萄汁和酒中,总vitispirane(一种降异戊二烯衍生物)的含量明显增加,但游离和总TDN却也有增加。而第68天摘叶处理中,β-大马氏酮的含量有所降低。以上结果说明,适度遮阴可以促进香气物质的产生,而过度曝光和过度遮阴都会减少香气的物质产生。3.1.4对葡萄酒品质的影响CO2浓度对葡萄果实香气成分的影响是近年来提出的新问题,尚未有明确的定论。曾有研究者推断,高浓度的CO2对葡萄和葡萄酒品质的影响是有限的,并且其作用可能会受到高温作用的抵消。虽然也有报道称,高浓度和低浓度CO2处理的葡萄果实酿酒后,乙酸乙酯和二乙酰的含量有所不同,但这2种香气物质可能是发酵过程中的副产物。另外还有学者认为,CO2浓度的变化不会对葡萄酒的品质以及葡萄植株的生长产生太多积极影响,但也不会有副作用。3.1.5烟烟汁对葡萄越创木酚含量的影响意外的丛林大火或麦秆燃烧产生的烟雾会对葡萄及葡萄酒香气品质产生影响。葡萄酒中的愈创木酚和4-甲基愈创木酚主要源自橡木桶陈酿,这些物质在烟雾中也有存在,是接触烟雾后美乐葡萄酒香气的重要组成部分。Sheppard等认为这可能是木质素燃烧后迅速被发育中的果实吸收的缘故。经过烟雾处理的桑娇维塞(Sangiovese)葡萄果汁中愈创木酚的含量要明显的高于未经处理的对照。Kennison等研究证明,葡萄酒中愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-乙基苯酚、丁香酚、糠醛这6类物质的形成是因为酿酒葡萄接触了稻草燃烧产生的烟雾。烟雾处理对这些挥发性物质的产生有着积累作用。同位素示踪结果表明,接触了烟雾的‘美乐’和‘维欧尼(Viognier)’葡萄浆和果汁中,结合态愈创木酚的含量要明显高于对照。对于‘美乐’葡萄而言,果皮中的愈创木酚含量最高,而‘维欧尼’葡萄则是果肉和果皮中的含量都很高。3.2种植技术对葡萄风味物质的影响3.2.1优化负载量及对酿酒的影响架式和整形修剪可改变叶幕结构,使叶幕微气候(光和通风)发生变化,从而对葡萄品质或葡萄果实成分产生影响。对于一些品种,采用叶幕不开张的种植方式酿酒后会产生更多典型的水果风味和香气(如‘黑比诺’),对于另一些品种(如‘赤霞珠’),采用过分曝光的架势,会产生令人不愉快的气味。另有实验表明,对用曝光较多的Ballerina架式(芭蕾舞女形)与VSP架式(VerticalShootPositioned)栽培的‘赤霞珠’葡萄,后者所酿酒中乙酸丁酯、丁酸乙酯和乙酸己酯含量明显高于前者,这些酯类物质可以带给葡萄酒以花香和果香。3.2.2负载量通常采取修剪和疏花疏穗的方法来控制负载量。传统认为,高负载量会使果实酿酒后感官评价下降。然而,近年来也有研究表明,在一定的产量范围内,酒的品质与产量无关。Chapman等认为,对于‘赤霞珠’,通过修剪降低负载量的葡萄酒有着更好的香气品质,而疏穗处理的则没有影响香气品质。而且他认为,负载量对香气品质的影响只发生在果实发育早期。Diago等认为,疏穗对果实品质的影响与品种有关,如疏穗后的‘添普兰尼洛’(‘Tempranillo’)葡萄香气有明显改变,而‘歌海娜’(‘Grenache’)则没有。他们认为,修剪方式(手工修剪vs机械修剪)对果实香气产生影响可能是修剪同时减少了叶片数量,增加了果实曝光度所致。3.2.3不同种类植物中葡萄酒香气物质的变化在5a生‘赤霞珠’葡萄园行间分别种植白三叶草、苜蓿和牛尾草,与不植草的园地进行对比,各种植草园地所产葡萄酒中的香气物质含量更高,其中乙酸乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、里那醇、β-大马氏酮、α-紫罗酮等物质有明显的增高并使感官发生改变。其中种植苜蓿园地所产葡萄酒的表现最好,牛尾草次之。这说明,行间生草可以改变葡萄酒香气品质,但这种变化也与植草的品种有关。4环境因素对葡萄酒香气品质的影响,缺乏系统研究和单因素分析近年来,随着萃取方法和检测方法的改进,已报道的葡萄或葡萄酒中的香气物质有已上千种之多。关于葡萄香气物质代谢途径的研究也取得了丰硕成果,除芳香族化合物外,其他5条代谢途径都已有研究。然而,各代谢途径对环境条件的响应机制,尚缺乏系统报道。如上所述,关于水分亏缺刺激降异戊二烯类化合物产生的机制目前