基于GC-MS的贵人香葡萄酒与蒸馏酒香气成分分析

李 洋，李娜娜，王艳君，李雅善，南立军，杨俊梅，束廷廷，王 华，崔长伟*

（1.楚雄师范学院 化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000；2.西北农林科技大学 葡萄酒学院，陕西 杨凌 712100）

蒸馏酒是乙醇浓度高于原发酵产物的酒精饮料，其原料通常有谷物、水果和蔬菜等。葡萄蒸馏酒是最近20年新兴的一种烈酒[1]。葡萄中的香气前体物质是葡萄蒸馏酒香气成分的重要来源，不同的香气物质形成了不同葡萄酒香气的独特性[2]。而葡萄原料、酒精发酵和蒸馏过程，都对蒸馏酒的口感和风味有着决定性影响[3]。

贵人香（Italian Riesling）是一种具有较高酸度的葡萄品种，贵人香葡萄酒的典型性香气包括苹果、梨、甜瓜、香草、奶油等。俗语说“三分工艺，七分原料”，优质的葡萄品种是酿造优质葡萄酒的物质基础，而在蒸馏酒中，这些优质的香气物质将被浓缩，形成品种葡萄酒独特的香气。即使蒸馏工艺完全相同，葡萄品种的不同也会造成蒸馏酒的整体香气风格的差异[4]。葡萄原酒中的这些挥发性香气成分主要是酯类、醛类和高级醇类等[5]，蒸馏过程是通过加热，将不同的物质按沸点的高低顺序依次分离。同时，蒸馏过程中，蒸馏器内会发生一系列反应，主要包括酯类和杂糖等物质的分解，形成少量乙酸乙酯；结合态芳香物质水解，释放出一些挥发性香气成分等[6]。香气成分之间还存在相互促进、抑制等作用，这些作用会增强某一香气的强度，同时也会产生更加独特的香气[7]。将色谱与质谱技术有机结合的联用技术已经成为分析酒类香气成分的有效方法。郭松年等[8]采用气质联用技术分析了不同年份赤霞珠干红葡萄酒的香气组成，其香气成分主要以酯类、醇类和有机酸类为主，萜烯类、降异戊二烯类和羟基化合物含量较少，并且其含量与储藏年份相关。原苗苗等[9]对哈密瓜白兰地的香气成分进行了研究，发现哈密瓜白兰地原酒中含量最多的香气物质为醇类和酯类，其中3-壬烯-1-醇和3,6-壬二烯-1-醇是原料哈密瓜的特征香气，在蒸馏过程中从原料转入白兰地中。此外，葡萄原料中的萜烯类和C13-降异戊二烯类物质可以为蒸馏酒提供清新的花香和果香[10]。

本实验以陕西合阳地区贵人香葡萄为研究对象，采用搅拌棒吸附萃取（stir bar sorptive extraction，SBSE）技术提取贵人香葡萄酒和蒸馏酒中的香气成分，用气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）仪对香气成分进行检测，分析蒸馏前后酒中香气成分和含量的变化，确定合阳地区贵人香蒸馏酒香气特点。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验地：本实验中贵人香葡萄种植于西北农林科技大学合阳葡萄试验示范站。示范站位于陕西省合阳县坊镇北渤海村（北纬35°1′35.37″，东经110°09′51.14″），地处陕西省关中地区东部，黄河中游西侧，沙砾结合型土质；属中温带季风气候，年平均气温11.5 ℃，无霜期196 d，年日照2 523.8 h，年降雨量559.2 mm，且集中于7、8、9月[11]。合阳贵人香葡萄理化指标见表1。

表1 贵人香葡萄基本理化指标Table 1 Basic physicochemical indexes of Italian Riesling

葡萄糖、五水合硫酸铜、四水合酒石酸钾钠、氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾：四川西陇化工有限公司，以上试剂均为分析纯；氯化钠、2-辛醇：广州金华大化学试剂有限公司，以上试剂为色谱纯。

1.2 仪器与设备

85-2数显恒温磁力搅拌器：杭州仪表电机有限公司；FD-1C-50真空冷冻干燥箱：北京博医康实验仪器有限公司；夏朗德壶式蒸馏器：烟台裕昌机械有限公司；Cary60UV-Vis紫外分光光度计：美国安捷伦科技有限公司；Turbo Matrix 350 ATD 热解吸仪：美国铂金埃尔默公司；TRACE DSQ气相色谱-质谱联用仪：美国Thermo Finnigan公司；DB-Wax色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）：美国J&W公司。

1.3 试验方法

1.3.1 贵人香基酒的酿造

采收成熟的贵人香葡萄，除梗压榨后采用小容器酿造工艺[12]进行发酵，发酵过程中不添加SO2，发酵方式为自然发酵，发酵控温18～20 ℃，当比重达到0.992～0.996时，即残糖含量低于2 g/L时，发酵结束，对贵人香基酒进行蒸馏。

1.3.2 贵人香基酒的蒸馏

采用夏朗德壶式蒸馏法进行蒸馏，第一次蒸馏取得酒头，其酒精度为60%vol，酒身1酒精度为30%vol，当馏出物的酒精度降至1%vol时，蒸馏结束，获得酒尾酒精度为1.5%vol。倒掉锅中残渣，清洗。对第一次蒸馏的酒身进行二次蒸馏，取酒头与次头，酒精度为75%vol，之后开始取酒身2，当酒身2的酒精度达到70%vol时，停止取酒身2，之后的馏出物为次尾和酒尾，酒精度为1.5%vol。酒身2即为贵人香蒸馏酒原酒，第二次蒸馏获得的次头和次尾随下次酒身1进行第二次蒸馏，酒尾和贵人香基酒混合进行之后的第一次蒸馏。

1.3.3 香气成分的提取与检测

香气提取：基酒和蒸馏酒香气成分的提取采用搅拌棒吸附萃取法：取10 mL酒样于样品瓶中，加入2 g NaCl和50 μL 2-辛醇内标物，放入搅拌子，置于磁力搅拌器上室温搅拌提取1 h。每个样品重复提取2次。提取完成后，先用蒸馏水冲洗搅拌棒，再用吸水纸吸干水分，放入热解吸仪中进行热解吸。

Turbo Matrix 350 ATD热解吸仪分析条件：以氦气（He）为载气，脱附流速设为45 mL/min，加热阀温度设为245 ℃，脱附管温度为270 ℃，脱附15 min。传输线温度为255 ℃。冷阱捕集温度设为-30 ℃，以40 ℃/min升至255 ℃（二级解吸冷阱温度）。出口分流比为3∶1，进样氦气（He）流速为1 mL/min。

GC条件：DB-WAX色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），以氦气（He）为载气，流速设为1 mL/min。柱温升温程序为40 ℃保持3 min，随后以4 ℃/min升温至160 ℃，7 ℃/min升温至230 ℃，在此温度保持8 min。连接杆温度设为230 ℃。

MS条件：全扫描范围为33～450 amu，每秒扫描1次。电子电离（electron ionization，EI）源，离子源温度设为230 ℃，电子能量设为70 eV，灯丝流量设为0.2 mA，检测器电压350 V[13]。

挥发性物质的定性：未知化合物经计算机检索，同时与美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）2002谱库相匹配。

挥发性物质的定量：用峰面积归一法和内标物2-辛醇来定量计算出各化学成分的含量[13]。

1.3.4 数据处理

数据处理采用SPSS 19.0和Excel软件。

2 结果与分析

通过搅拌棒吸附萃取和GC-MS联用技术对贵人香葡萄蒸馏酒进行香气成分分析，香气成分总离子流色谱图见图1，贵人香葡萄酒及其蒸馏酒香气成分含量、阈值及感官描述见表2。

贵人香葡萄酒中共检测出41种挥发性香气成分，香气成分总含量为523.30 mg/L；贵人香蒸馏酒中共检测出55种挥发性香气成分，香气成分总含量为1 691.25 mg/L，是贵人香葡萄酒香气含量的3倍。贵人香葡萄酒中原有的19种挥发性成分在贵人香蒸馏酒中消失，而贵人香蒸馏酒中有33种成分在贵人香葡萄酒中未检测出。

图1 贵人香葡萄蒸馏酒香气成分GC-MS分析总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of aroma components of Italian Riesling distilled spirit by GC-MS analysis

贵人香葡萄酒中检测出2种醇类物质，分别是异戊醇和苯乙醇，其中异戊醇含量为22.90 mg/L，占贵人香葡萄酒总香气成分含量的10.67%，其嗅觉阈值为30 mg/L，含量低于阈值，其香气不能被感受到。苯乙醇含量为32.84 mg/L，主要表现为玫瑰花香气[16]。贵人香蒸馏酒中的挥发性醇类有3种，其中含量最高的为异戊醇，其含量由贵人香葡萄酒中的22.9 mg/L增加到330.10 mg/L，含量增加了14倍，是贵人香蒸馏酒中含量最多的挥发性香气成分，在蒸馏酒中呈现浓郁的指甲油香气和威士忌香气[17]。

葡萄酒中的萜烯类物质通常赋予葡萄酒花香和果香。萜烯类物质常以游离态和结合态存在于葡萄酒中，结合态通常以糖苷键的形式与其他物质结合，其在糖苷酶或某些酸的作用下会水解，进而释放出游离态香气成分。贵人香葡萄酒中的萜烯类物质有大马士酮、反式橙花叔醇和金合欢醇，占总香气成分的0.88%，其含量分别为1.33 mg/L、1.22 mg/L、2.07 mg/L。大马士酮的含量远大于嗅觉阈值（0.05 μg/L），带给葡萄酒浓郁的花香、苹果香和蜂蜜味。贵人香蒸馏酒中未检测出大马士酮，说明蒸馏过程中某些物质发生了转化。另外两种成分分别是反式橙花叔醇和金合欢醇，其含量分别为10.94 mg/L和4.93 mg/L，占贵人香蒸馏酒香气总量的0.9%，蒸馏酒中的两种醇类物质含量均高于贵人香葡萄酒，蒸馏过程浓缩了部分香气成分。贵人香葡萄酒和蒸馏酒中所含萜烯类物质含量的差异和种类的不同，使两种酒在香气感官上产生差异[18]。

表2 贵人香葡萄酒与蒸馏酒香气成分含量Table 2 Aroma components contents of Italian Riesling wine anddistilled spirit

续表

续表

酯类物质是在发酵和蒸馏过程中由醇和酸经过酯化反应生成的，主要在发酵过程中产生，构成了花香和果香的主体。贵人香葡萄酒中的脂类物质含量为299.16 mg/L，是贵人香葡萄酒中含量最多的物质，占总香气含量的57.17%，其中乙酸乙酯和丁酸乙酯只在贵人香葡萄酒中出现，蒸馏酒中未检出，香气特征主要是草莓等甜果味。贵人香蒸馏酒中检测出挥发性酯类物质16种，总含量为799.91 mg/L，占总香气含量的46.11%，其中大于其嗅觉阈值的酯类有7种，分别是乙酸异戊酯、正己酸乙酯、乙酸己酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、月桂酸乙酯，主要是乙酯类成分，是蒸馏酒的主要技术指标要求之一[19]，这些物质主要赋予贵人香蒸馏酒花香和热带水果香气[20]。蒸馏酒中含量最多的酯类为辛酸乙酯，含量为214.76 mg/L，占到酯类总量的27.54%，为贵人香蒸馏酒中含量第二多的挥发性香气成分，赋予贵人香蒸馏酒浓郁的菠萝、梨等花香和果香。蒸馏酒中含量大于100 mg/L的酯类还有邻苯二甲酸二异丁酯、癸酸乙酯和邻苯二甲酸二丁酯，其含量分别为168.32 mg/L、134.29 mg/L和112.91 mg/L，其含量均是贵人香葡萄酒的3倍左右，可以带给蒸馏酒果香和脂肪香等香气。本研究中，贵人香蒸馏酒的酯类总量显著多于贵人香葡萄酒，而蒸馏酒香气种类却少于后者，与王鑫等[21-22]的研究结果一致，这可能是由于蒸馏过程中温度过高导致酯化反应逆向进行[23]。

酸类主要来源于脂肪酸代谢途径或者长链脂肪酸的降解。贵人香葡萄酒中的酸类物质包括乙烯基癸酸、辛酸、正癸酸、月桂酸、顺-3-辛基环氧辛酸、棕榈酸等，总含量为162.47 mg/L，占香气总含量的31.06%。贵人香蒸馏酒中检测出7种脂肪酸，占蒸馏酒香气总含量的24.09%，分别是3-（2-异丙基-5-甲基苯基）-2-甲基丙酸、乙烯基癸酸、正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸棕榈酸和羟基十六酸。其中含量大于其嗅觉阈值的有正癸酸和月桂酸，主要赋予蒸馏酒脂肪味、奶香和金属味[24]。

贵人香蒸馏酒中的醛酮类物质均不存在于贵人香葡萄酒中，为蒸馏过程中新生成的挥发性香气成分，总量为45.34 mg/L，占蒸馏酒总香气成分的2.7%，这些成分的香气特征未见文献记载，可能与蒸馏酒香气成分的复杂性有相关关系。贵人香蒸馏酒中的其他香气成分有18种，含量为98.56 mg/L，占总香气含量的5.8%，这些成分的嗅觉阈值和香气特征未见报道，可能在增加贵人香蒸馏酒香气复杂性方面有一定作用。

3 结论

利用搅拌棒吸附萃取-气相色谱-质谱联用法分析了贵人香葡萄酒和蒸馏酒的香气成分，结果表明，贵人香葡萄酒中检测到41种香气成分，贵人香蒸馏酒中检测到55种香气成分，主要是酯类、萘酚类、醛酮类和酸类、醇类和萜烯类化合物等。这些化合物中含量最多的为萘酚类和酯类化合物，其次是醛酮类。蒸馏酒中的含量大于其嗅觉阈值的香气成分有10种，分别是异戊醇、乙酸异戊酯、正己酸乙酯、乙酸己酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、月桂酸乙酯、正癸酸、月桂酸，这些物质主要赋予蒸馏酒紫罗兰、菠萝、梨等花果香和脂肪味，蒸馏酒中含量较多的萘酚类物质在增加其香气复杂性方面有一定作用。