赤霞珠干红葡萄酒在不同子产区香气特征的差异

李媛媛，李德美*，张亚东，王燕，王宗义

1(北京农学院 食品科学与工程学院，北京，102206)2(农产品有害微生物及农残安全检测与控制北京市重点实验室，北京，102206)

香气是评价葡萄酒质量与风格特征的重要方面[1-2]。近些年，国内外关于葡萄酒香气的研究主要集中在风味物质形成机理[3]及影响因素[4]等方面。贺兰山东麓产区作为近几年中国最活跃的葡萄酒产区[5]，其出产的葡萄酒香气特征也受到研究人员的关注和研究[6-7]。胡博然[8]以该主产区内不同酿酒葡萄品种香气来源为依据，研究其动态变化规律；左俊伟等[9]分析该主产区的霞多丽和贵人香干白葡萄酒的香气特点，发现主要香气成分相同，但含量显著不同。目前针对该主产区内不同子产区出产葡萄酒的香气比较研究尚未见报道。

为深入了解当地葡萄酒的风格特征，本研究中将贺兰山东麓主产区按照地域划分为石嘴山市、银川市贺兰县、银川市西夏区、银川市永宁县和吴忠市红寺堡区5个子产区，采用顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用法(headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)对上述5个子产区的主要产品—赤霞珠干红葡萄酒中挥发性香气成分进行检测，确定主要香气物质种类与含量，分析香气成分之间的相似性与差异性，进而分析不同子产区出产葡萄酒之间的联系与差别，以期为进一步研究贺兰山东麓产区葡萄酒香气地域性特征提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本试验采用赤霞珠单品种干红葡萄酒共计17款，其中石嘴山市3款，银川市贺兰县3款，银川市西夏区3款，银川市永宁县4款，吴忠市红寺堡区4款，均为采收于2016年市售的成品酒，其品质具有地域代表性。

NaCl、无水乙醇，北京化工厂；2-辛醇(色谱纯)，德国Dr.Enrenstorfer公司。

1.2 仪器与设备

78 90A—5975C型GC—MS联用仪(EI源)、色谱柱DB-5MS(30 m×0.32 mm×0.25 μm)、手动HS—SPME装置，美国Agilent公司；50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅萃取头，美国Supelco公司；DF—101S型恒温加热磁力搅拌器，巩义市英峪予仪器公司。

1.3 实验方法

1.3.1 香气成分分析

前处理：在20 mL顶空瓶中依次加入10 mL酒样、2.5 g NaCl、50 μL内标物(2-辛醇，质量浓度为400 mg/L)和磁力转子，密封混匀，置于40 ℃恒温加热磁力搅拌器中平衡10 min，持续搅拌萃取35 min，在GC进样口解析，解析温度260 ℃，解析时间5 min。

色谱条件：初始温度50 ℃，保持2 min，以4.0 ℃/min升到160 ℃，再以6.0 ℃/min升到250 ℃保持5 min；高纯氦气载气；流速1 mL/min；进样量1 mL；不分流进样。

质谱条件：电子轰击源(electron ionization,EI)；电离能量70 eV；离子源温度230 ℃；传输线温度250 ℃；四级杆温度150 ℃；选择SCAN模式进行全扫描。

定性分析：参照谢春梅等[7]的方法，运用计算机自带数据库NIST 08.L进行初步检索和分析，对比3次平行测定结果，以相同或相近保留时间为准，找出此保留时间下重复出现并且匹配度较高的物质，再结合相关文献[12-20]，最终确定挥发性物质的各个化学成分。

定量分析：采用内标法进行半定量分析，挥发性物质含量计算如公式(1)所示：

挥发性物质化学含量=内标物质化学含量×

(1)

1.3.2 数据处理

使用Microsoft Office Excel 2019进行数据整理，IBM SPSS Statistics 21.0进行统计分析，SIMCAP 11.5进行作图分析。采用单因素方差分析(analysis of variance,ANOVA)、主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚类分析法(clustering analysis,CA)进行数据分析及处理。

2 结果与分析

2.1 不同赤霞珠干红葡萄酒挥发性成分分析

通过查阅文献获得各物质的感觉阈值和感官描述，计算气味活性值(odor activity value,OAV)。通过OAV可以估算单个香气物质实际的气味贡献，大于1时认为该物质有香气贡献[10]。

根据化学结构，划分为6类香气物质：醇类、酯类、羧酸类、醛酮类、烷烃类和其他类，分别计算各类物质的含量和OAV，检测结果、阈值和感官描述详见表1。共鉴定出73种挥发性化合物，5个子产区酒样分别检出64、58、63、64、69种，主要香气物质是醇类60.40%和酯类32.63%，其他为羧酸类2.78%、醛酮类0.49%、烷烃类0.62%和其他类3.07%。

2.1.1 醇类物质分析

大多数高级醇是酵母发酵的副产物，并在发酵中被保留下来[11-12]。如表1所示，本试验酒样中共检出12种醇类化合物，共有化合物9种，其中正己醇和苯甲醇含量无显著性差异；异戊醇、2,3-丁二醇、苯乙醇、异辛醇含量差异显著(P<0.05)。异戊醇含量相对较高，OAV也相对较高，能为酒样带来似苦杏仁气味的植物性香气。柴菊华等[15]研究表明河北昌黎赤霞珠干红葡萄酒中苯乙醇约占1/3，表明苯乙醇是重要的酚类高级醇，为酒样带来玫瑰花香。仅在吴忠市红寺堡区酒样检出异丙醇，但OAV<1。仅在石嘴山市酒样检出糠醇(OAV>1)，为酒样带来特殊的尖刺气息。

2.1.2 酯类物质分析

大部分酯类化合物是酵母菌进行酒精发酵时产生的次级代谢产物[21]。本试验酒样中共检出28种酯类化合物，共有化合物23种，其中只有10种化合物OAV>1，这些酯类物质能为酒样带来植物香和脂香。酒样中醋酸酯类化合物(乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯)为酒样带来新鲜的香蕉味和舒适的花香。乙酯类化合物碳链长度一般在C4～C10时，使葡萄酒具有迷人的果香，随着碳链长度的增长，果香会向脂香转变[22]，酒样中丁酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯具有果香，而十一酸乙酯具有椰子香气。在陈酿阶段，由于发生酯化反应和挥发性酯类水解反应，挥发性强的直链酯类化合物含量减少，挥发性相对较差的支链酯类化合物含量增多[23]，例如酒样中丁酸乙酯6 mg/L左右，而乳酸乙酯60 mg/L左右。酒样中威士忌内酯主要来源于经过加热的橡木，带来柑橘味，增强酒样果香。

2.1.3 羧酸类物质分析

挥发性羧酸类物质少部分来自浆果本身，大部分来自酵母和细菌脂肪酸代谢过程[11]。本试验酒样中共检出6种羧酸类化合物,共有化合物4种，分别为辛酸、癸酸、肉豆蔻酸、棕榈酸。有且仅有己酸和辛酸对酒样香气具有贡献，己酸仅在石嘴山市酒样中OAV>1，辛酸含量在各产区酒样之间有显著差异(P<0.05)，仅在吴忠市红寺堡区酒样中OAV稍小于1。C6～C10的羧酸均具有不良气味(己酸具有猫尿味、汗臭味，辛酸具有酸败味)，但可以抑制芳香酯类化合物水解[19]。

2.1.4 醛酮类物质分析

大多数醛酮类物质产生于发酵、加工或陈酿过程[26]。本试验酒样中共检出7种醛酮类化合物，仅吴忠市红寺堡区香气占比超过1%，2,4-二甲基苯甲醛、癸醛和3-壬酮是共有化合物，其中癸醛由于感觉阈值较低，OAV较大，为酒样带来甜香、柑橘香、蜡香、花香。有且仅在吴忠市红寺堡区酒样中检出壬醛且OAV>1，为酒样带来玫瑰花香、李子香。

2.1.5 烷烃类物质分析

烷烃类化合物主要来自于葡萄，有研究表明，在美乐干红葡萄酒酿造进程中烷烃类物质在香气物质中含量比例逐渐减小[25]。本试验酒样中共检出11种烷烃类化合物，占比均不足1%，由于查阅不到相应阈值，无法计算OAV。

2.1.6 其他类物质分析

本试验酒样中检出萜类化合物5种，降异戊二烯类化合物2种，酚类化合物3种，其他化合物2种。游离态单萜化合物对品种香贡献最大[26]，其中大马士酮是共有化合物，由于具有极低的感官阈值，OAV值相对较大，为酒样带来强烈的花香、果香、紫丁香味。降异戊二烯类化合物产生于葡萄果实发育过程中类胡萝卜素的降解，含量较低，主要呈现花香和果香[27]，但未查阅到本次试验检出的2种共有化合物(1-甲基萘和2-甲基萘)的阈值和感官描述。酚类化合物由来源于葡萄皮的类黄酮和来源于橡木桶陈酿过程的非类黄酮组成[28]，本试验酒样所检出的共有化合物2,4-二叔丁基苯酚(OAV>1)具有石炭酸味，对酒样香气产生影响。

2.1.7 OAV>1的物质分析

本试验中共查阅到44种化合物的阈值，将全部酒样OAV加合后排序，选取排名靠前的物质(大马士酮、苯乙醇、十一酸乙酯等)进行分析，其中大马士酮OAV最大，具有明显花香和果香特征，香气贡献值最为突出。YUE等[16]研究海拔高度为2 110 m的云南西当产区的赤霞珠干红葡萄酒，发现主要呈香物质为己酸乙酯，丁酸乙酯和1-辛烯-3-醇，具有果香，八角，甜味和蘑菇味，而海拔高度为2 330 m的久农顶产区的赤霞珠干红葡萄酒主要呈香物质为β-大马烯酮，己酸乙酯和1-辛烯-3-醇，具有甜、花、果味，茴香和蘑菇的香气特征。席艳茹等[17]发现黄土高原驮腰坡产区的赤霞珠干红葡萄酒表现出很强的黑醋栗、李子干和烟熏的香气，而十里铺产区的赤霞珠干红葡萄酒更多呈现出果香、花香、蜂蜜等甜美香气。不同产区独有的香气化合物使得赤霞珠干红葡萄酒风味不同，而大马士酮、苯乙醇、十一酸乙酯等是贺兰山东麓产区赤霞珠干红葡萄酒的主要香气贡献物质，因此该产区赤霞珠干红葡萄酒具有花香和果香特征。

表1 酒样中各类化合物化学含量、OAV、阈值及感官描述

续表1

编号化合物石嘴山市银川市贺兰县银川市西夏区银川市永宁县吴忠市红寺堡区质量浓度/(mg·L-1)OAV质量浓度/(mg·L-1)OAV质量浓度/(mg·L-1)OAV质量浓度/(mg·L-1)OAV质量浓度/(mg·L-1)OAV阈值[12-20]/(mg·L-1)感官描述[12-20]B23月桂酸乙酯7.03±0.72c84.702.34±0.61a28.204.34±0.30b52.253.97±1.23b47.833.16±0.13ab38.040.083奶香,肥皂味B24肉豆蔻酸乙酯4.25±0.76a2.121.71±0.18a0.861.68±0.55a0.842.45±0.58a1.232.33±0.55a1.162椰子,蜂蜡香B25十五酸乙酯1.42±0.14b3.69±0.380.66±0.131.38±0.34b0.48±0.07a——B26邻苯二甲酸二丁酯0.74±0.18a0.54±0.07a1.11±0.24ab1.36±0.39b1.61±0.24b——B279-十六碳烯酸乙酯2.76±0.53a1.092.44±0.57a2.86±0.66a1.63±0.12a——B28棕榈酸乙酯3.59±0.77c2.390.93±0.14a0.620.91±0.21a0.601.91±0.27b1.271.58±0.30ab1.051.5脂肪味,腐败味,水果味,甜味羧酸类C1乙酸nd92.030.4681.470.41nd48.850.24200醋味C2己酸21.142.404.470.51ndndnd8.8猫尿味,汗臭味C3辛酸18.75±4.64ab1.2523.65±0.08bc1.5828.07±1.22c1.8748.13±5.81d3.2112.46±0.36a0.8315奶酪味,酸败味,涩味C4癸酸4.65±1.11a0.586.98±0.51a0.875.07±1.67a0.635.01±0.69a0.634.50±1.03a0.568不愉快的脂肪味C5肉豆蔻酸3.14±0.51ab2.17±0.21a4.00±0.56b2.68±0.77a2.37±0.76a—微弱的乳香和蜡香香气C6棕榈酸4.75±1.30a2.92±0.65a4.60±0.62a3.91±1.06a4.94±1.09a—脂肪味,腐败味,水果味,甜味醛酮类D1糠醛2.630.19nd1.800.13nd2.47±0.340.1814.1熏香味,果味,花香D2苯甲醛ndnd0.750.75nd6.55±0.666.551特殊的芳香植物味,苦杏仁味,樱桃及坚果香D32,4-二甲基苯甲醛1.26±0.38a1.67±0.37a1.43±0.10a1.27±0.30a2.59±0.29a——D4壬醛ndndndnd8.08±0.18538.700.015玫瑰花香,李子香D5癸醛2.50±0.29a2 496.702.02±0.24a2 024.601.93±0.49a1 926.702.38±0.38a2 382.502.18±0.35a2 180.000.001甜香,柑橘香,蜡香,花香D63-壬酮2.12±0.27ab2.32±0.35ab1.47±0.04a2.92±0.51b1.57±0.26a——D7α-紫罗酮1.390.53ndndnd10.674.112.6甜果味烷烃类E1十二烷3.43±0.29b2.88±0.41b2.15±0.29a1.6±0.26a1.72±0.34a——E2十三烷1.60±0.42a1.66±0.42a1.51±0.19a1.62±0.49a1.39±0.23a——E3十四烷1.40±0.23a2.63±0.34b1.57±0.24a1.17±0.26a1.37±0.36a——E4十五烷1.06±0.08and1.35±0.44a1.01±0.05a3.62±0.07b——E5十六烷1.00±0.13ab1.24±0.32b0.92±0.24ab0.69±0.05a0.83±0.14ab——E6十七烷0.84±0.05a1.45±0.17c0.80±0.09ab0.47±0.09a0.68±0.03ab——E7十九烷ndnd0.64±0.11a1.10±0.05a1.49±0.16a——E8二十烷0.58±0.11a6.13±0.40d0.69±0.09a1.49±0.41b5.21±0.16c——其他类F1萜品油烯1.43±0.46a5.38±1.38b2.89±0.62a1.98±0.23a1.44±0.28a—有柠檬气味F2里那醇7.3273.17ndnd6.8368.30nd0.1棉花糖味,百合花香,果香F3D-香茅醇1.81±0.58b0.021.06±0.14a0.010.90±0.13a0.011.02±0.27a0.011.10±0.25a0.01100香茅油香F4丁香酚ndnd0.450.08nd1.06±0.020.186丁子花香F5大马士酮2.43±0.49b48 566.002.48±0.07b49 534.001.33±0.39a26 666.002.24±0.24b44 860.002.35±0.31b46 900.000.000 05花香,果味,紫丁香F61-甲基萘3.44±0.64bc3.90±0.03c2.00±0.54ab2.14±0.33ab1.55±0.32a——F72-甲基萘0.86±0.06a0.67±0.16a2.50±0.36b2.76±0.34b3.67±1.22b——F84-乙基苯酚ndndnd3.910.01nd440酚类化合物的化学气味,鞋油味F91,2,4,5-四甲苯3.63±1.15ab5.92±1.73c5.07±0.12bc2.67±0.29a3.68±0.12ab——F102,4-二叔丁基苯酚2.76±0.55a13.806.49±0.95c32.432.24±0.40a11.203.37±0.41a16.845.35±0.40b26.750.2石炭酸味F111-十一烯1.371.12±0.25a1.542.15±0.16b2.45±0.23b——F121,5-二甲基己胺95.77±5.25d74.76±8.19c79.21±2.81c52.27±6.43a65.13±2.58b—鱼腥味

注：“nd”表示未检出该化合物，“—”表示未查阅到相关资料;同一行不同小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)

2.2 不同子产区赤霞珠干红葡萄酒关键香气成分分析

2.2.1 香气成分的主成分分析

运用主成分分析法对多个变量进行降维。选取17款酒样中11种共有香气物质(OAV>1)的OAV进行主成分分析，从而进一步鉴定葡萄酒中关键呈香物质，结果如表2、表3、图1所示。参考表3中的特征值和累积贡献率，选取特征值>1且累积贡献率>80%的主成分，从而提取前4个主成分，累积贡献率为100.00%。

PRIN1=0.863A2+0.909A9+0.507B4-0.589B10+0.940B12+0.871B14-0.288B20+0.345B23+0.442D5-0.038F5-0.305F10；

PRIN2=-0.471A2-0.346A9-0.642B4-0.594B10+0.225B12+0.024B14+0.945B20+0.900B23+0.651D5+0.199F5-0.476F10；

PRIN3=0.030A2+0.221A9-0.575B4-0.115B10+0.053B12+0.386B14+0.037B20-0.184B23-0.170D5+0.961F5+0.667F10；

PRIN4=-0.179A2+0.067A9+0.011B4+0.535B10+0.253B12+0.303B14+0.152B20+0.194B23-0.593D5+0.188F5-0.485F10。

主成分载荷表示主成分和相应变量的相关系数，相关系数的绝对值越大，该变量的代表性也越大。分析显示第一主成分代表量为正向相关的A2异戊醇、A9苯乙醇、B12辛酸甲酯、B14乙酸苯乙酯，其均具有花香和果香，在本研究中将第一主成分命名为植物香指数。第二主成分代表量为正向相关的B20癸酸乙酯和B23月桂酸乙酯，其具有果香和脂香，在本研究中将其命名为脂香指数。第三主成分代表量为正向相关的F5大马士酮，其是葡萄酒最典型的萜烯类化合物之一，具有强烈的花香、果香、紫丁香味[18]，将其同命名为植物香指数。第四主成分由于特征值和相关系数较低，所以暂不做讨论。因此我们可以通过几种代表化合物来评价葡萄酒香气，这与左俊伟[29]的研究结果类似。

酒样空间位置代表其香气特征位置定位，结合图1可以看出，5个子产区酒样集中分布，佐证了按此地区分类研究的可行性，证明各个产区酒样之间香气存在相关性。根据空间位置和化合物载荷贡献，在图1-a右上区域，对PC1有正方向贡献和对PC2有正方向有贡献，在图1-b右侧区域，对PC4有正方向有贡献，发现B12辛酸甲酯、B14乙酸苯乙酯、B23月桂酸乙酯对石嘴山市酒样香气有重要贡献。同理可得，F10 2,4-二叔丁基苯酚对银川市贺兰县酒样香气有重要贡献，A9苯乙醇对银川市西夏区酒样香气有重要贡献，F5大马士酮和B20癸酸乙酯对银川市永宁县酒样香气有重要贡献，B4乙酸异戊酯对吴忠市红寺堡区酒样香气有重要贡献。

表2 酒样共有香气物质的OAV

表3 香气主成分分析的特征值及贡献率

2.2.2 香气成分的聚类分析

运用系统聚类分析法对酒样香气进行聚类分析，聚类结果如图2所示，树状图横轴为组间平均距离，纵轴为5个不同子产区。可以看出，组间平均距离为5时酒样被分为4类，石嘴山市和银川市西夏区酒样聚为一类，说明这两个产区酒样香气更为接近。组间平均距离分别为10、20、25时酒样被分为3、2、1类。综上所述，石嘴山市和银川市西夏区产区酒样香气更为接近，随着组间平均距离增加，分类数逐渐减少，酒样按照地区由近及远逐渐聚为一类。

a-PC1/PC2;b-PC3/PC4

图2 子产区酒样香气成分的聚类分析

3 结论

对石嘴山市、银川市贺兰县、西夏区、永宁县和吴忠市红寺堡区5个不同子产区的17款赤霞珠干红葡萄酒的香气物质组成及含量进行分析，共鉴定出73种挥发性化合物。不同子产区在香气物质组成上具有一致性，醇类和酯类物质占比最大，但含量略有差异，其中大马士酮OAV值最大，赋予酒样浓郁的花香和果香，因此宁夏贺兰山东麓产区赤霞珠干红葡萄酒整体具有花香和果香特征。通过主成分分析结合聚类分析，发现植物香指数和脂香指数可区分酒样香气特征，辛酸甲酯、乙酸苯乙酯、月桂酸乙酯；2,4-二叔丁基苯酚；苯乙醇；大马士酮和癸酸乙酯；乙酸异戊酯分别对石嘴山市、银川市贺兰县、西夏区、永宁县和吴忠市红寺堡区葡萄酒香气有重要贡献，且石嘴山市和银川市西夏区葡萄酒香气更为接近。