贺兰山东麓不同产区‘北红’葡萄酒游离态香气差异研究

李涛，刘成敏，单守明，李萍，韦伟，王岩璞，张稳稳

（宁夏大学农学院，宁夏银川 750021）

挥发性香气物质是影响葡萄酒风味、品质与典型性的主要因素之一，对葡萄酒风味和品质有着重要影响[1]。目前已有800多种挥发性香气成分通过定性方法被鉴定，据其化学结构主要被分为醇、醛、酮、酸、酯等种类[2-3]。其中大多数化学物质气味不活跃，仅有少部分挥发性物质对葡萄酒的品种香气起着关键影响[4]。按其挥发性可分为两类：一类是对葡萄香气构成有直接贡献，能同时引起嗅觉和味觉，具有挥发性的游离态香气成分；另一类是没有直接的香气贡献和挥发性的结合态香气成分，但可以在葡萄酒发酵和陈酿过程中，被酵母糖苷酶水解或葡萄酒环境酸水解，转变为挥发的、可感知的游离态香气物质[5]，转而协同游离态香气成分影响葡萄酒的品种香气。

葡萄酒游离态香气成分是受多种因素共同作用的结果，除土壤、气候、品种等自然因素外，还包括栽培技术、酿造工艺环境等人为因素的影响[6-7]。葡萄品种潜在优良特征只有在适宜的地理及自然环境条件中才能得到充分表现，不同地域种植的相同品种也会因环境差异的影响而表现出不同的理化特性，使得所酿造的葡萄酒具有区域化品质和风味特征[8-11]。目前，我国在某一地域不同子产区同一葡萄品种香气成分方面的研究还相对较少，所以研究葡萄酒在某一地域不同产区的特征性香气成分，对分析葡萄酒产品风味特征具有现实意义[12]。

为研究贺兰山东麓不同子产区‘北红’葡萄酒游离态香气差异，选取2019年贺兰山东麓不同酒庄的‘北红’葡萄作为试材，利用顶空固相微萃取（HS-SPME）和气相色谱-质谱（GC-MS）法结合香气活性值（Odor Activity Value，OAV）对青铜峡、银川和永宁3个产区的‘北红’葡萄酒的香气成分进行定性定量分析，检测并筛选出各产区‘北红’葡萄酒中的香气成分含量和特征香气活性值，采用多元统计分析学中的主成分分析（Principle Component Analysis，PCA）筛选出各产区‘北红’葡萄酒中特有特征香气成分，为贺兰山东麓不同产区‘北红’葡萄酒的鉴别和差异化研究提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

以贺兰山东麓3个产区2019年‘北红’葡萄酒为试材。其原料分别选自宁夏华昊葡萄酒有限公司（青铜峡市甘城子乡）、宁夏农垦平吉堡生态庄园有限公司（银川市西夏区）和中粮长城葡萄酒（宁夏）有限公司（银川市永宁县）的葡萄园，栽培管理、采收时期等基本保持一致。

无水乙醇（色谱纯），天津市大茂化学试剂厂；2-辛醇（内标物），上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

GCMS-QP 2010气相色谱-质谱联用仪和HP-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），日本岛津公司；75 μm聚二甲基硅氧烷/碳分子筛/二乙烯苯（PDMS/CAR/DVB）萃取头，美国Supelco公司。

1.3 试验方法

1.3.1 HS-SPME法提取香气

取葡萄酒样5 mL，置于15 mL顶空瓶，并加入1 g NaCl，添加5 μL 2-辛醇（用无水乙醇稀释200倍）作为内标物，密封顶空瓶，用已活化的75 μm聚二甲基硅氧烷/碳筛/二乙烯苯（PDMS/CAR/DVB）萃取头插入顶空瓶距离液面1 cm处，置于磁力搅拌加热台上，60 ℃萃取30 min，使顶空瓶中的挥发性物质达到平衡状态，然后从样品瓶中取出萃取头插入GC进样口，解析温度250 ℃，解析时间5 min。

1.3.2 GC-MS条件

GC条件：汽化室温度为250 ℃；载气为高纯氦气（纯度≥99.999 %）；流速为1.5 mL/min，采用手动进样，不分流进样模式；柱温箱程序升温：起始柱温35 ℃，保持3 min，然后以4 ℃/min的速度升温至120 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min的速度升温至230 ℃，保持8 min。

MS条件：离子源温度为200 ℃，离子能量70 eV，电离方式EI，检测器电源350 eV。

1.3.3 定性与定量分析

将未知物图谱与NIST 98标准谱库进行比对并初步鉴定，再结合保留时间、参考文献、质谱离子图对香气物质进行定性分析；以2-辛醇为内标物，采用内标法进行相对定量（假定校正因子为1），具体公式为：待测挥发性风味物质的浓度＝(待测挥发性风味物质的峰面积/内标物质的峰面积)×内标物质的浓度。

1.4 环境温度测定

3个产区2019年月均温度数据源自www.tianqi.com。

1.5 数据处理

采用Microsoft Word 2012和IBM SPSS Statistics 23进行数据处理分析，采用OriginPro 2018进行绘图。

2 结果与分析

2.1 ‘北红’葡萄酒游离态香气成分定性与定量分析

如表1所示，共检测出75种香气成分，根据其化学式结构和特征可分为脂类、醇类、酸类、醛类、酮类、呋喃类、烃类和其他8类。其中脂类物质最多，有22种；其次是醇类18种和酸类13种；醛类、酮类、呋喃类、烃类和其他类物质含量相对较少；呋喃类化合物只在青铜峡产区的葡萄酒中出现。

利用青铜峡产区葡萄酿造的‘北红’葡萄酒共检测出37种香气物质，如表1、图1所示。其中，酯类15种，占总含量的43.79%；醇类8种，占总含量的51.86%；酸类8种，占总含量的2.97%；酮醛类2种，占总含量的0.79%；且脂类、醇类物质与银川和永宁产区间存在显著性差异。相对含量最高的5种香气成分为：苯乙醇占33.43%，乙酸乙酯占18.26%，异戊醇占14.36%，癸酸乙酯占11.57%，辛酸乙酯占6.45%。

表1 3个产区‘北红’葡萄酒香气成分及相对含量分析结果（部分）Table 1 Aroma components and relative content of 'Beihong' wines from three regions (part)

利用银川产区葡萄酿造的‘北红’葡萄酒共检测出40种香气物质。其中，脂类10种，占总含量的46.91%；醇类14种，占总含量的41.91%；酸类6种，占总含量的6.86%；酮醛类4种，占总含量的1.80%。相对含量最高的5种香气成分为：苯乙醇占23.50%，乙酸乙酯占19.78%，癸酸乙酯占13.71%，异戊醇占8.29%，辛酸乙酯占8.05%。

图1 3个产区‘北红’葡萄酒香气种类及相对含量的比较Figure 1 Comparison of aroma types and relative content of'Beihong' wines from three regions

利用永宁产区葡萄酿造的‘北红’葡萄酒共检测出37种香气物质。其中，脂类13种，占总含量的44.47%；醇类8种，占总含量的43.83%；酸类8种，占总含量的5.88%；酮醛类5种，占总含量的4.34%。相对含量最高的5种香气成分为：苯乙醇占34.02%，乙酸乙酯占20.39%），癸酸乙酯占10.21%，异戊醇占6.50%，辛酸乙酯占6.38%。

由以上分析可以发现，不同产区‘北红’葡萄酒的主要呈香物质种类基本相同，这也很好的体现了‘北红’葡萄酒的香气特征，但同一品种在不同产区各类香气物质的种类和含量存在明显差异，为更明确的了解3个产区葡萄酒的主体结构和特征香气成分，需通过多元统计分析手段进行分析和判定[14]。

2.2 特征香气成分的活性值（OAV）比较

为进一步明确各子产区间差异对葡萄酒香气成分的影响，本研究对各类物质的OAV值进行了计算，列出了OAV＞0的成分，结果如表2所示。通常认为化合物OAV＞1的成分对整体香气有贡献[15]。因此，由表2可以看出，OAV＞1的香气成分有乙酸苯乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸戊酯和正壬醇，具有花香和果香的癸酸乙酯、辛酸乙酯在‘北红’葡萄酒中更为突出。

在各产区特征香气方面，乙酸苯乙酯、乙酸异戊酯和乙酸戊酯只在青铜峡产区的葡萄酒中出现，具有花香和果香的香气特征，或为青铜峡产区葡萄酒特有的风味；癸酸乙酯和辛酸乙酯在3个产区共同出现，具有花香和果香的香气特征，或为3个产区葡萄酒共有的风味；己酸乙酯出现在了青铜峡和银川产区，具有青苹果味、茴芹味的香气特征，或为青铜峡和银川产区葡萄酒特有的风味；正壬醇只出现在了银川产区，具有尘土味、油脂味、未成熟花香味的香气特征，或为银川产区葡萄酒特有的风味。

表2 3个产区‘北红’葡萄酒主要香气成分的香气活性值分析Table 2 Analysis of OAV of main aroma components of 'Beihong' wines from three regions

图2 3个产区‘北红’葡萄酒特征香气组分主成分双标图Figure 2 Double plots of characteristic aroma components and principal components of 'Beihong' wines from three regions

图3 3个产区月均高温与低温比较Figure 3 Comparison of monthly average high temperature and low temperature from three regions

2.3 不同产区葡萄酒特征香气主成分分析

利用降维的思维，借助SPSS统计分析软件对贺兰山东麓不同产区‘北红’葡萄酒OAV＞0的香气成分进行主成分分析（图2）。结果显示，当提取两个主成分时，PC1&PC2两个成分共同的累积分离度为95.208%，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）对所有参与分析参数的累积分离度分别为52.859%和42.349%，表明经PCA处理分析得到的两个成分因子对所选参数有极佳的分离描述度。

图2是贺兰山东麓3个产区在PC1和PC2上的双标图。由图2可知，青铜峡产区和永宁产区处在第四象限，且具有较高的得分关联度。银川产区处在第一象限，相较在PC1上的映射在PC2上明显更大，说明该产区对PC2的累积分离度最高，且银川产区与PC1&PC2呈正相关。并且，银川产区与青铜峡、永宁产区的香气得分关联度较低。由图2可知，癸酸乙酯、乙酸异戊酯为青铜峡和永宁产区特有特征香气物质，呈果香味、花香、蜡质味；己酸乙酯为银川产区特有特征香气物质，呈茴芹味；辛酸乙酯为3个产区共有特征香气成分，呈香蕉、梨、花香。

2.3 环境温度对葡萄酒香气种类及含量的影响

图3为2019年全年3个产区月均低温和月均高温变化图。由图3可知，1—5月青铜峡和永宁产区的月均高温持续高于银川产区，温差在1 ℃；6—7月银川和永宁产区的月均高温相同持续高于青铜峡产区；8月青铜峡和银川产区的月均高温相同且低于永宁产区；9月银川和永宁产区的月均高温相同且高于青铜峡产区。3—9月银川和永宁产区月均低温相同持续高于青铜峡产区，在7月时月均低温温差达到最大，为2 ℃。对比3个产区月均温差（月均高温-月均低温）发现，在4月的温差同时达到最大，青铜峡为16 ℃、银川为14 ℃、永宁为15 ℃。综合图2对比发现，在葡萄生长发育时期内（2—10月）银川产区的月均温度变化最为明显，可初步认为造成银川产区与其他2个产区拥有不同特征香气成分的原因可能与环境温度变化有关。

3 讨论与结论

世界上任何一个葡萄酒产区都有其无法复制的地域性，单品种也会因海拔、气候、土壤等环境因子的不同而表现出酿酒品质的差异[28-29]，这与研究初步判定的环境温度可能是造成产区间‘北红’葡萄酒特征香气成分差异的原因相一致。利用GC-MS和OAV对西班牙原产地的葡萄酒香气特征进行检测、描述和比较，发现有的产区葡萄酒较为突出的是蔬菜气味，而有的产区葡萄酒较为突出的是化学香气，表明不同产区间具有典型的香气特征[30]，这与研究中‘北红’葡萄酒在银川产区蔬菜气味较为突出，青铜峡和永宁产区水果香气较为突出结果一致。李媛媛等[31]利用OAV确定具有花香和果香特征的大马士酮在‘赤霞珠’干红葡萄酒中香气贡献最为突出，本研究则通过OVA确定具有花香和果香特征的癸酸乙酯、辛酸乙酯在‘北红’葡萄酒中香气贡献最为突出。前人还利用主成分分析等多元统计方法对单产区葡萄酒进行香气成分分析并挖掘出该产区葡萄酒特征香气成分及其含量[30]，而研究则是利用此方法对单品种多产区的‘北红’葡萄酒进行主成分分析，并发现银川产区的特征香气物质为己酸乙酯，青铜峡和永宁产区的特征香气物质为癸酸乙酯和乙酸异戊酯。此类研究方法虽然在对香气成分数据进行产区信息的挖掘和区分方面有良好的效果，但其还存在着抽象，不直观等问题，而李华等[32]利用可视化分析技术将葡萄酒香气成分建立成化学信息条形码，即二维灰度图，可在不同产区的葡萄酒的区分方面有更高精确度，很好的弥补了包括主成分在内的其他分析方法存在的弊端。单一香气成分定性与定量分析还不能完全对各产区单品种酿酒葡萄果实香气和葡萄酒香气进行定性，在此基础上还应进行专业感官鉴评，为判定不同产区单品种酒的特征果香物质和构建香气指纹图谱提供基础数据和理论依据。