不同陈酿时间苹果白兰地主要香气成分变化分析

曾朝珍， 康三江， 张霁红， 张 芳， 张海燕， 袁 晶

(甘肃省农业科学院 农产品贮藏加工研究所， 甘肃 兰州 730070)

苹果白兰地是以苹果为原料，经破碎榨汁、酒精发酵、蒸馏、橡木桶陈酿而成的新型水果类白酒[1]。橡木桶陈酿过程是获得优质苹果白兰地的最重要的步骤之一, 其作用是使苹果白兰地进一步成熟，使酒体更加柔和[2]。香气作为白兰地的一个产品属性，是评判白兰地品质的重要指标。芳香物质的种类、含量、感觉阈值及其之间的相互作用构成了影响白兰地质量的主要因素，决定着白兰地酒的风味和典型性[3]。在陈酿过程中，新蒸馏的苹果白兰地原酒与橡木桶相互作用，许多化学反应发生在挥发性化合物中，改变了苹果白兰地的成分及浓度，从而改变了苹果白兰地的颜色、气味和味道[4]。

风味成分的构成及形成是苹果白兰地感官品质评定的研究重点[5]，近年来，关于白兰地、红枣白兰地在陈酿过程中风味成分变化的研究很多[6-7]，但关于苹果白兰地在橡木桶陈酿期间其风味物质的变化未见报道。文章以苹果酿造蒸馏酒为原料，在前期实验研究的基础上，将发酵后的苹果蒸馏酒贮藏于橡木桶中陈酿，研究陈酿期间苹果蒸馏酒香气成分的变化，旨在为高品质苹果白兰地的酿造提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

富士苹果，采自甘肃庆阳市；酿酒酵母1023、1620，中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)提供；苹果蒸馏酒，实验室自制。二氯甲烷(色谱纯)，阿拉丁公司；甲醇、3-辛醇、乙酸正戊酯(均为色谱纯)，美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

225L橡木桶，日照市自然红酒坊有限公司。TRACE DSQ型气相- 质谱联用仪，美国Finnigan公司；LRH- 70型恒温培养箱，上海一恒科学仪器有限公司； YXQ- LS- 75G型立式压力蒸汽灭菌锅，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；Breville- BJE500F型榨汁机，澳大利亚铂富公司；CD- ZY20L型薛氏紫铜蒸馏壶，烟台诚达蒸馏设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1苹果酒发酵工艺

将富士苹果破碎、榨汁，然后将活化好的酿酒酵母1023和1620按照1∶1比例接种于600 mL苹果白兰地酒发酵培养基中，接种量为6%，接种浓度为106CFU/mL，20 ℃发酵10～15 d，主发酵完成。发酵后理化指标为酒精度6%～8%。

1.3.2苹果蒸馏酒的制备

将发酵好的苹果发酵原酒(酒精度7%)装入20 L薛氏全自动紫铜蒸馏壶中，采用一次蒸馏工艺获得苹果蒸馏酒(酒精度40%)。

1.3.3苹果蒸馏酒陈酿

将蒸馏后的苹果蒸馏酒(酒精度40%)贮存于225 L的橡木桶中，分别对陈酿3个月至18个月的苹果蒸馏酒进行取样，然后将样品于4 ℃冰箱中冷藏储存直至分析测定。

1.3.4苹果白兰地香气成分测定

1.3.4.1 苹果白兰地香气成分提取

采用液液萃取法，取5 mL酒样，50 μL 3-辛醇(673.96 μg/mL)、50 μL乙酸正戊酯(219.35 μg/mL)为内标，漩涡混匀。再加入5 mL二氯甲烷萃取剂，漩涡混匀5 min，静置30 min，待分层明显后，移液枪除去上层水相，取下层有机相3 mL。

1.3.4.2 色谱及质谱条件

色谱条件：进样口温度25 ℃，载气He，流速0.8 mL/min。进样量1 μL，不分流进样。色谱柱为DB- WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。升温程序为40 ℃恒温2 min，再以4 ℃/min的升温速度升至230 ℃，保持10 min。

质谱条件：EI电离子源，电子能量70 eV，离子源温度200 ℃，接口温度250 ℃。扫描范围33.00～350.00 amu。

1.3.4.3 香气成分的定量分析

实验采用的定量分析法是内标法，又称半定量法。酯类香气成分计算用乙酸正戊酯为内标，醇类用3-辛醇为内标，质量浓度计算见式(1)：

ρ1=A1(ρ0V0)/(A0V1)。

(1)

式(1)中：ρ1，待检化合物的质量浓度，mg/L；ρ0，加入的内标化合物的质量浓度，mg/L；A1，待检化合物的峰面积；A0，加入的内标化合物的峰面积；V1，5.0 mL；V0，加入的内标化合物的体积，50 μL。

1.4 数据处理

通过Excel 2003进行数据汇总，SPSS 24.0软件进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同陈酿时间苹果白兰地主要香气成分分析

以乙酸正戊酯及3-辛醇为内标，采用液液萃取- 气质色谱法对不同陈酿时期的苹果白兰地香气成分进行了定量分析，结果见表1。

由表1可知，陈酿3个月的苹果白兰地中有28种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质14种，总质量浓度为1.32 mg/L；醇类物质10种，总质量浓度为669.59 mg/L；酸类物质4种，总质量浓度为28.02 mg/L。陈酿4个月的苹果白兰地中有28种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质13种，总质量浓度为1.39 mg/L；醇类物质9种，总质量浓度为718.00 mg/L；酸类物质6种，总质量浓度为47.28 mg/L。陈酿5个月的苹果白兰地中有30种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质14种，总质量浓度为1.28 mg/L；醇类物质12种，总质量浓度为615.64 mg/L；酸类物质4种，总质量浓度为28.92 mg/L。陈酿6个月的苹果白兰地中有28种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质12种，总质量浓度为1.34 mg/L；醇类物质11种，总质量浓度为684.98 mg/L；酸类物质5种，总质量浓度为29.60 mg/L。陈酿7个月的苹果白兰地中有33种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质15种，总质量浓度为0.63 mg/L，醇类物质13种，总质量浓度为745.99 mg/L；酸类物质5种，总质量浓度为37.16 mg/L。陈酿8个月的苹果白兰地中有26种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质11种，总质量浓度为1.21 mg/L；醇类物质9种，总质量浓度为692.46 mg/L；酸类物质6种，总质量浓度为50.01 mg/L。陈酿9个月的苹果白兰地中有31种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质14种，总质量浓度为1.13 mg/L；醇类物质11种，总质量浓度为709.85 mg/L；酸类物质6种，总质量浓度为39.83 mg/L。陈酿10个月的苹果白兰地中有28种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质12种，总质量浓度为0.61 mg/L；醇类物质8种，总质量浓度为568.51 mg/L；酸类物质8种，总质量浓度为103.51 mg/L。陈酿11个月的苹果白兰地中有30种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质13种，总质量浓度为0.85 mg/L；醇类物质12种，总质量浓度为623.01 mg/L；酸类物质5种，总质量浓度为43.31 mg/L。陈酿12个月的苹果白兰地中有33种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质14种，总质量浓度为0.77 mg/L；醇类物质11种，总质量浓度为596.30 mg/L；酸类物质8种，总质量浓度为40.68 mg/L。陈酿13个月的苹果白兰地中有36种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质15种，总质量浓度为1.72 mg/L；醇类物质15种，总质量浓度为635.64 mg/L；酸类物质6种，总质量浓度为41.52 mg/L。陈酿14个月的苹果白兰地中有30种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质13种，总质量浓度为0.81 mg/L；醇类物质13种，总质量浓度为654.26 mg/L；酸类物质4种，总质量浓度为32.89 mg/L。陈酿15个月的苹果白兰地中有27种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质15种，总质量浓度为1.64 mg/L；醇类物质9种，总质量浓度为583.04 mg/L；酸类物质3种，总质量浓度为43.33 mg/L。陈酿16个月的苹果白兰地中有40种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质18种，总质量浓度为1.07 mg/L；醇类物质19种，总质量浓度为586.52 mg/L；酸类物质3种，总质量浓度为45.38 mg/L。陈酿17个月的苹果白兰地中有37种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质16种，总质量浓度为0.97 mg/L；醇类物质18种，总质量浓度为603.62 mg/L；酸类物质3种，总质量浓度为43.97 mg/L。陈酿18个月的苹果白兰地中有37种香气成分被分离鉴定出来，其中酯类物质17种，总质量浓度为1.01 mg/L；醇类物质17种，总质量浓度为623.22 mg/L；酸类物质3种，总质量浓度为49.95 mg/L。

表1 橡木桶不同陈酿时间苹果白兰地香气成分

续表1

续表1

续表1

“-”表示小于方法的检出限，未检出。

不同陈酿时期，共同的香气成分为乙酸异戊酯、己酸乙酯、乙酸己酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、琥珀酸二乙酯、月桂酸乙酯、异丁醇、正丁醇、异戊醇、正己醇、2,3-丁二醇、苯乙醇、乙酸。酯类物质阈值低，对苹果白兰地主体香气贡献最为显著，醇类、酸类物质阈值较高，对香气成分影响有限。陈酿的过程中，苹果白兰地香气在发生变化的同时也保持了前后的同源性。由此可见，苹果白兰地在陈酿的过程中香气成分发生着生成、更替、消失的动态变化，从而使不同时间的苹果白兰地呈现出不尽相同的风味特征。

2.2 不同陈酿时间苹果白兰地香气成分分类比较

2.2.1陈酿期间苹果白兰地香气成分种类变化分析

苹果白兰地的香气物质是由原料、发酵和陈酿过程的香气物质组成，主要芳香物质包括酯类、醇类、酸类，各类香气成分的种类在不同陈酿时间表现出不同的变化趋势，如图1。由图1可知，在不同陈酿时间的苹果白兰地中酯类和醇类香气成分的种类随陈酿时间延长呈增加的趋势，而酸类香气成分的种类呈现先增后减的趋势。在这些酯类物质中，乙基酯的数量明显多于其他酯类，这主要是由于酒中大量存在的乙醇与有机酸发生酯化反应，生成高级脂肪酸乙酯。醇类物质种类增加的原因是陈酿过程中一些醛酮类物质被还原成醇类；而酸类物质种类先增后减是由于橡木浸取物的氧化会形成有机酸, 同时有机酸与醇类发生酯化反应形成一部分酯[6]。结果说明在苹果白兰地的陈酿过程中，氧化、还原及酯化作用等使苹果白兰地的香气向更浓厚、持久、稳定的方向转化，趋于平衡、融合、协调。

图1 不同陈酿时间苹果白兰地香气成分种类Fig.1 Types of aroma compounds in apple brandy at different aging time

2.2.2陈酿期间苹果白兰地共同醇类物质变化分析

少量的高级醇能够赋予酒特殊的香气，对酒体感官品质的形成具有重要的作用，不同陈酿时间共同醇类总含量的变化如图2。 由表1和图2可知，在苹果白兰地陈酿的各个阶段，异丁醇、正丁醇、异戊醇和正己醇的含量较高；但随着陈酿时间的延长，苹果白兰地醇类总含量呈现减少的趋势。高级醇通常产生于厌氧条件下氨基酸脱氨基反应或有氧条件下糖脱羧反应，是构成苹果白兰地香气成分的重要组成部分[8-9]，在酒中有协调平衡作用，构成酒的不同风格[10]。而醇类物质总含量的降低说明在陈酿过程中一些醇类化合物发生了酯化、氧化还原、蒸发及吸附等反应[4,11-13]。另外，发酵条件及原料成分也会影响高级醇的含量[14]。

图2 不同陈酿时间苹果白兰地共同醇类物质总含量Fig.2 Total contents of common alcohols in apple brandy at different aging time

2.2.3陈酿期间苹果白兰地共同酯类物质变化分析

不同陈酿时间共同酯类物质总含量变化如图3。由表1和图3可知，在陈酿期间，苹果白兰地共同酯类物质总含量随着陈酿时间的延长呈增加趋势。在苹果白兰地陈酿的各个阶段，癸酸乙酯和辛酸乙酯的含量较高。辛酸乙酯略带有玫瑰、橙子的花果香气，是白兰地酒特有的香味；癸酸乙酯具有葡萄的香气[15-16]。酯类物质通常是由有机酸与醇 (特别是乙醇) 在发酵和陈酿过程中的酯化反应产生的。陈酿过程生成的酯类是组成香气化合物的最重要成分，大多数酯类具有花果香气，对酒体风味贡献最大[17-18]，形成了苹果白兰地特殊的香型与风格。

图3 不同陈酿时间苹果白兰地共同酯类物质总含量Fig.3 Total contents of common esters in apple brandy at different aging time

2.2.4陈酿期间苹果白兰地共同酸类物质变化分析

酸类物质含量较醇类物质明显减少，但其对苹果白兰地香味有着不可替代的作用，不同陈酿时间共同酸类物质为乙酸，其总含量变化如图4。由表1和图4可知，在陈酿期间，除了第12个月以外，共同酸类物质的总含量呈增加趋势。在苹果白兰地陈酿的各个阶段，乙酸含量较高，它是具有明显脂肪味的低级脂肪酸，对苹果白兰地整体结构和风味具有重要影响[19]。陈酿过程中脂肪醇氧化成醛, 醛进一步氧化形成酸，导致一些醇类化合物减少及醛和酸的增加[13]。

图4 不同陈酿时间苹果白兰地共同酸类物质总含量Fig.4 Total contents of common acids in apple brandy at different aging time

2.3 不同陈酿时间苹果白兰地香气成分聚类分析结果

根据检测到的90种挥发性物质，对不同陈酿时间苹果白兰地香气成分进行聚类分析，如图5。由图5可知，不同陈酿时间苹果白兰地香气成分变化聚集为3大类，3～9个月、第10个月、11～18个月，说明苹果白兰地陈酿前期与后期香气成分有明显的差异，且挥发性物质随着陈酿时间呈现规律性变化。因此，聚类分析可以很好地区分不同陈酿阶段的苹果白兰地。

图5 不同陈酿时间苹果白兰地聚类分析Fig.5 Cluster analysis of apple brandy at different aging time

3 结 论

采用液液萃取和气相色谱- 质谱联用技术对苹果白兰地陈酿过程中挥发性物质进行定性定量分析。结果发现，不同陈酿时期共有香气组分为乙酸异戊酯、己酸乙酯、乙酸己酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、琥珀酸二乙酯、月桂酸乙酯、异丁醇、正丁醇、异戊醇、正己醇、2,3-丁二醇、苯乙醇、乙酸共14种；各个陈酿时期香气成分的种类及含量均不同，因此苹果白兰地香气表现也不尽相同。通过聚类分析方法，将不同陈酿时期苹果白兰地香气成分变化聚集为3大类，表明苹果白兰地陈酿前期与后期香气成分和含量有一定的差异性。随着陈酿时间的延长，橡木桶中的苹果白兰地更加趋于成熟，逐渐构成拥有典型香气的苹果白兰地酒。研究对橡木桶陈酿过程中苹果白兰地香气成分的变化进行了分析，为我国苹果白兰地品质评价构建及工业化生产实践提供了科学依据；而不同材质橡木桶和不锈钢桶添加橡木片对苹果白兰地陈酿香气成分的影响将是进一步深入研究的方向。