新疆焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒中挥发性香气成分分析

艾赛提·阿合旦，彭 昕，李泽涵，李函伦，杨兴元，2*

（1.新疆农业大学 食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆微生物学会，新疆 乌鲁木齐 830091）

葡萄酒的香气不仅能表达葡萄酒的风格特征，还能反映各产区的风土特点[1]。目前已在葡萄酒发现了1 000多种挥发性香气成分[2-3]。葡萄酒的香气分为三类：品种香、发酵香和陈酿香[4]。品种香是来源于葡萄果实中的香气，与原料的品种、产地和种植条件密切相关[5]；发酵香是葡萄酒在发酵过程中产生的香气，通常与酵母种类密切相关，不同的酵母代谢途径不同，使葡萄酒具有不同的风味特征[6]，发酵香对最终的葡萄酒香气影响较大，因为其不仅可以直接影响香气，还可以修饰品种香和陈酿香。陈酿香是葡萄酒在陈酿过程中形成的香气，主要由氧化还原和酯化反应所产生的芳香族成分和橡木桶提供[7-8]。

目前，在葡萄酒香气检测方面的研究，国内外以气相色谱-质谱（gas chromatograohy-mass spectrometry，GC-MS）联用技术为主[9-11]，而顶空固相微萃取结合全二维气相色谱-飞行时间质谱（headspace solid-phase microextraction combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，HS-SPME-GC×GCTOFMS）这项技术在葡萄酒香气检测上应用较少，广泛用于白酒的痕量香气方面[12-14]。与气相色谱-质谱技术相比，其优势在于分离效果更好、灵敏度更高。

随着新疆“十四五规划”召开，葡萄酒产业成为了新疆的重点产业之一，其中焉耆盆地产区备受关注。焉耆盆地产区种植葡萄历史悠久，果实品质较好，许久以来一直致力于引进和推广优质的酿酒葡萄品种，独特良好的气候类型和地形以及当地所采用的栽培管理方式和酿酒工艺决定了该产区葡萄酒的优良品质和独特风格[15]。常用的白葡萄品种有霞多丽、雷司令两种[16]。甜型葡萄酒酒体甜润，香气浓郁，深受消费者喜欢。由于气候等因素对产地的限制，不能使生长期较长的葡萄品种得到满足，达不到应有的含糖量，使大部分产区都不具有生产天然甜型葡萄酒的条件。在这一背景下，焉耆盆地产区得天独厚的气候条件和地形优势更进一步推动了国产甜型葡萄酒的发展。

本实验以新疆焉耆盆地产区甜白葡萄酒为研究对象，采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪（GC×GC-TOFMS）检测葡萄酒的香气成分，为了进一步确定该产区甜白葡萄酒的香气，采用主成分分析（principal component analysis，PCA）对香气成分进行差异性分析，以期为该产区甜白葡萄酒的发展提供一定指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

4种甜白葡萄酒（酿酒葡萄品种分别为霞多丽、雷司令，酵母分别为K1酿酒酵母、CY3079酵母）：佰年庄酒业有限公司（北纬41°～42°）2021年酿造。采用雷司令品种，K1酵母菌种发酵的酒样编号R-1，CY3079酵母菌种发酵的酒样编号R-2；采用霞多丽品种，K1酵母菌种发酵的酒样编号CH-1，CY3079酵母菌种发酵的酒样编号CH-2。

硫酸铜、盐酸（均为分析纯）：天津市盛淼精细化工有限公司；氢氧化钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；氯化钠（分析纯）：西陇科学股份有限公司；HC果胶酶、K1酿酒酵母、CY3079酵母：法国拉曼公司；焦亚硫酸钾（分析纯）：淄博长城化工厂；山梨酸钾（分析纯）：南通奥凯生物技术开发有限公司。

1.2 仪器与设备

WineScanTMFlex79063葡萄酒自动分析仪器：丹麦福斯分析仪器有限公司；egasus 4D全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪（GC×GC-TOFMS）：美国LECO公司；第一维色谱柱为DB-WAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、第二维色谱柱为DB-17HT（2 m×0.1 mm，0.1 μm）、DC-12型氮吹仪：上海安谱科学仪器有限公司；顶空固相微萃取（HS-SPME）装置：美国Supelco公司；LAL2T酒精计：广州速为电子科技有限公司；LE203E/02 分析天平：上海波博特勒-托利多仪器有限公司；DZKW-0-2电热恒温水浴锅：北京光明医疗仪器有限公司；CJM-4101比重计：冀州市耀华器械仪表厂。

1.3 试验方法

1.3.1 甜葡萄酒工艺流程及操作要点

葡萄采收→分选→除梗破碎（加入适量焦亚硫酸钾）→压榨→果胶酶澄清→控温发酵（监控）→终止发酵（调硫、降温至0 ℃）→下胶澄清→过滤装瓶→酒窖储藏→甜葡萄酒

操作要点：

发酵前处理：酿酒葡萄采收后分选（剔除病烂果、枝叶、泥沙果等杂物），立即除梗破碎、压榨（压榨过程中加入适量焦亚硫酸钾）。

果胶酶澄清：压榨得到的葡萄汁加入0.02 g/L的HC果胶酶（用22 ℃纯水按照1∶10比例活化10 min），低温状态下静置12 h。

控温发酵：将0.25 g/L K1酵母和CY3079酵母干粉用39 ℃的纯水进行活化，直至液面冒出气泡，活化完成后添加到发酵罐中，控制温度在15～18 ℃进行酒精发酵。

终止发酵：当酒精度至10%vol时立即终止发酵（加入0.06 g/L的焦亚硫酸钾、降温至0 ℃）。

下胶澄清、过滤装瓶、储藏：加入皂土0.5 g/L，装瓶前加入山梨酸钾0.26 g/L，补硫将游离硫调至0.03 g/L，放置酒窖中储藏（3个月），得甜葡萄酒成品。

1.3.2 挥发性香气成分测定

（1）样品预处理条件：取5 mL甜白葡萄酒样品，加1 g NaCl，置于顶空瓶中上机检测。

（2）顶空固相微萃取（HS-SPME）条件：萃取头先在GC进样口270 ℃条件下活化1 h，使用前在GC进样口250 ℃条件下解吸8 min，以除去吸附的挥发性物质。

（3）GC×GC-TOFMS仪器条件：进样口温度250 ℃；分流比5∶1；载气为氦气（99.999%）；流量1 mL/min；第一维柱温：40 ℃保持1 min，以5 ℃/min升至130 ℃，以2 ℃/min升至160 ℃；以20 ℃/min升至240 ℃，保持7 min。第二维柱温：始终高于第一维柱10 ℃；调制解调器温度：始终高于第二维柱15 ℃；调制周期：5 s；传输线温度：270 ℃。电离方式：电子电离（electron impact，EI）源，电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃，传输线温度为270 ℃。检测器电压1 680 V；质量范围30～500 amu；采集频率为100 spectra/s。

1.3.3 数据处理

采用面积归一化法计算定性香气物质的相对百分含量，记录色谱图。参照ZHU S K等[17]筛选相似度＞800的化合物作为鉴定结果，根据美国国家标准与技术研究院（national institute of standards and technology，NIST）2014质谱数据库得到的化合物的定性表格，包括化合物名称、一维保留时间（1st）、二维保留时间（2st）、相似度、CAS号、化合物、峰面积和分子式等信息。实验均重复3次，采用Excel2016处理数据、Python3.7绘图、SPSS25.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒挥发性香气成分分析

通过HS-SPME-GC×GC-TOFMS检测焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒的挥发性香气成分，总离子流色谱图见图1；定性结果和相对含量见表1。

图1 焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒挥发性香气成分一维总离子流色谱图Fig.1 One-dimensional total ion chromatogram of volatile aroma components of 4 kinds of sweet white wines in Yanqi Basin region

表1 焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒中挥发性香气成分及相对含量Table 1 Volatile aroma components and relative contents of 4 kinds of sweet white wines in Yanqi Basin region

续表

续表

由表1可知，焉耆盆地产区甜白葡萄酒R-1中共检测出78种挥发性香气成分，主要包括酯类32种（占总含量的63.27%），醇类23种（占总含量的23.31%），酸类13种（占总含量的7.29%），醛酮醚类3种（占总含量的1.14%），萜烯类3种（占总含量的4.40%），氨基酸类2种（占总含量的0.55%），其他类2种（占总含量的0.04%）。相对含量较高的成分有辛酸乙酯（16.31%）、正己酸乙酯（10.01%）、乙酸异戊酯（9.62%）、癸酸乙酯（6.62%）、乙酸正己酯（6.60%）、异戊醇（5.41%）、乙酸乙酯（4.07%）等。

甜白葡萄酒R-2中共检测出69种挥发性香气成分，主要包括酯类24种（占总含量的59.81%），醇类19种（占总含量的30.63%），酸类14种（占总含量的7.55%），醛酮醚类5种（占总含量的0.08%），萜烯类4种（占总含量的1.41%），氨基酸类1种（占总含量的0.49%），其他类2种（占总含量的0.03%）。相对含量较高的成分有辛酸乙酯（16.21%）、癸酸乙酯（15.94%）、异戊醇（8.26%）、正己酸乙酯（7.05%）、乙酸异戊酯（6.85%）、硼酸三乙酯（3.21%）、月桂酸乙酯（2.78%）等。

甜白葡萄酒CH-1中共检测出71种挥发性香气成分，主要包括酯类29种（占总含量的68.1%），醇类21种（占总含量的23.25%），酸类10种（占总含量的6.60%），醛酮醚类6种（占总含量的1.17%），萜烯类2种（占总含量的0.37%），氨基酸类1种（占总含量的0.44%），其他类2种（占总含量的0.07%）。相对含量较高的成分有癸酸乙酯（20.49%）、辛酸乙酯（18.13%）、正己酸乙酯（7.74%）、乙酸异戊酯（6.73%）、异戊醇（4.34%）、月桂酸乙酯（4.06%）、草酸二乙酯（2.52%）等。

甜白葡萄酒CH-2中共检测出73种挥发性香气成分，主要包括酯类29种（占总含量的55.80%），醇类17种（占总含量的33.11%），酸类13种（占总含量的8.97%），醛酮醚类7种（占总含量的0.92%），萜烯类4种（占总含量的0.74%），氨基酸类1种（占总含量的0.41%），其他类2种（占总含量的0.05%）。相对含量较高的成分有辛酸乙酯（20.37%）、正己酸乙酯（8.33%）、乙酸异戊酯（8.12%）、异戊醇（7.12%）、癸酸乙酯（6.65%）、乙酸乙酯（4.13%）、月桂酸乙酯（3.11%）等。

葡萄酒中的挥发性香气成分是葡萄酒品质的重要组成部分，主要包括酯类、醇类、萜烯类、酚类和酮类等[27]。由此可以发现，4种甜白葡萄酒挥发性香气成分的种类基本相似，但在不同品种和酵母间表现的差异较大，不同品种间的香气差异来源于产地气候、土壤、栽培方式等因素[28]。因此，葡萄品种使葡萄酒呈现出各自的风味特征，是引起葡萄酒差异的主要原因。国外大量研究报道，葡萄中重要的芳香物质是C6化合物[29-30]。本研究结果中也检测到了C6化合物，如丁酸乙酯、乙酸异丁酯、硼酸三乙酯、草酸二乙酯、2-甲基-3-戊醇、3,3-二甲基-2-丁醇、3-甲基-1-戊醇等。除了这些香气物质外，本研究中发现的其他香气成分与其他甜葡萄酒香气成分中发现的有所不同。王家梅[31]研究贺兰山东麓甜葡萄酒的特征香气，共检测出135种香气成分，酯类和醇类香气物质所占比例较高。黄玲[32]研究不同产区威代尔甜葡萄酒的特征香气成分，两个产区香气化合物共299种，并且酯类物质数量较多，不同产区之间葡萄酒存在差异。耿仕瑾等[33]研究通过酵母比例控制贺兰山东麓晚采小芒森甜葡萄酒的香气成分，共鉴定出42种香气成分，提高了萜烯类和降异戊二烯类的香气化合物的含量。

2.2 葡萄酒香气主成分分析

本实验通过SPSS25.0软件对4种甜白葡萄酒测定出的103种香气成分进行主成分分析。主成分（principal component，PC）1的方差贡献率为38.54%，主成分2的方差贡献率为33.63%，主成分1和主成分2的累计方差贡献率达到了72.17%，总提取率达到了70%以上，可见此2个主成分可以说明该数据的情况。

焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒在PC1和PC2的主成分得分图见图2。由图2可知，R-1甜白葡萄酒在第一象限和第二象限之间，该酒对PC2的方差贡献率较大且与PC2呈正相关，对PC1的方差贡献率低。R-2甜白葡萄酒在第一象限在PC1的映射上最大，且与PC1、PC2正相关。CH-1甜白葡萄酒和CH-2甜白葡萄酒分别分布在第三象限和第四象限，CH-1对PC2方差贡献率较低，与PC1呈负相关，CH-2对PC1的方差贡献率较高，与PC2呈负相关。

图2 焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒挥发性香气主成分得分图Fig.2 Principal component score diagram of volatile aroma of 4 kinds of sweet white wines in Yanqi Basin region

4种甜白葡萄酒挥发性香气成分主成分分析载荷图见图3。由图3可知，X26乙酸苯乙酯、X33十四酸乙酯、X35（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯、X76 9-癸烯酸、X84 4-羟苯基丙酮酸、X85L-高苯丙氨酸为R-1甜白葡萄酒的特征香气化合物，呈玫瑰花香、蜂蜜味和果香；X20辛酸丙酯、X57丙二醇、X58 2-甲基-1-丁醇、X83苯甲酸、X101丙烯为R-2甜白葡萄酒的特征香气化合物，呈果香、甜味和芳香味；X36草酸二乙酯、X37甲酸庚酯、X38 2-甲基-3-戊醇、X66 1-己烯-3-醇、X92羟基丙酮、X93 2-癸酮、X95三聚乙醛为CH-1甜白葡萄酒的特征香气化合物，呈芳香味、梅子味、果香和甜味；X13庚酸乙酯、X53（2S,3S）-（+）-2,3-丁二醇、X87甲基烯丙基酮、X96 1,4-戊二烯、X97（-）-柠檬烯、X99 1-丙烯为CH-2甜白葡萄酒的特征香气化合物，呈菠萝味、柠檬味和芳香味。

图3 焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒挥发性香气成分主成分分析载荷图Fig.3 Principal component analysis loading diagram of volatile aroma components of 4 kinds of sweet white wine in Yanqi Basin region

3 结论

本研究采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪（GC×GC-TOFMS）测定新疆焉耆盆地产区4种甜白葡萄酒的香气成分，并通过主成分分析法研究它们的特征香气化合物。4种甜白葡萄酒共检测出103种挥发性香气成分，它们主要是酯类、芳香醇类、酸类、萜烯类、醛酮醚类、氨基酸类和其他类香气化合物。不同酵母发酵的甜白葡萄酒中香气化合物的含量和数量差异较为明显，主要表现在酯类、醇类和醛酮醚类化合物，不同品种发酵的甜白葡萄酒香气差异主要表现在醇类、萜烯类香气化合物。为了更加科学地确认该产区的特征香气化合物，故采用主成分分析法研究甜型葡萄酒的香气成分，得到4种酒的特征香气化合物，R-1葡萄酒为乙酸苯乙酯、十四酸乙酯、（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯、9-癸烯酸、4-羟苯基丙酮酸、L-高苯丙氨酸；R-2葡萄酒为辛酸丙酯、丙二醇、2-甲基-1-丁醇、苯甲酸、丙烯；CH-1葡萄酒为草酸二乙酯、甲酸庚酯、2-甲基-3-戊醇、1-己烯-3-醇、羟基丙酮、2-癸酮、三聚乙醛；CH-2为庚酸乙酯、（2S,3S）-（+）-2,3-丁二醇、甲基烯丙基酮、1,4-戊二烯、（-）-柠檬烯、1-丙烯。这些香气化合物的共同作用下造就了该产区甜白葡萄酒特有的风味。