葡萄与葡萄酒中含硫化合物研究进展

刘 全

（烟台张裕葡萄酿酒股份有限公司，山东烟台 265500）

在如今的社会中，葡萄酒是生活品质的象征，为忙碌的生活增添了一丝惬意，人们对于葡萄酒的研究也在不断前行中。一款优质的葡萄酒，其气味总是优雅怡人。葡萄酒中的香气成分按照其化学结构可分为6 大类，包括含硫化合物以及醇类物质、有机酸、酯类、羰基化合物和萜烯类化合物。人们对于葡萄及葡萄酒总含硫化合物的不断探索，一系列的研究表明，含硫化合物不管是在葡萄还是葡萄酒中都是不可或缺的一部分，不同的含硫化合物对葡萄酒质量的影响也是不尽相同。含硫化合物可以通过葡萄酒生产和贮存过程中的各个阶段的生物和化学机制生成，相对比于其他香气物质来说，其香气阈值是比较低的。葡萄酒界的学者们也希望通过不断的研究，探索出更好的提高葡萄酒优良风味的方法。

1 葡萄与葡萄酒中含硫化合物概述

1.1 葡萄与葡萄酒中含硫化合物分类

葡萄与葡萄酒中的含硫化合物可以大致分为6类，通常是在发酵或陈酿过程中产生的，包括硫化氢、果香硫醇、硫醇酯、硫醇及含硫杂醇油、含硫杂环化合物以及硫醚[9]。一些大分子的挥发性含硫化合物会赋予葡萄酒一些有益的香气味，如3-巯基己-1-醇及其乙酸酯，这类物质会赋予葡萄酒热带水果、百香果、葡萄柚和番石榴的香味，由此可见，在白葡萄酒中，这一类挥发性物质的地位举足轻重，特别是长相思（Sauvignon Blanc）和马斯科特（Muscat）[12]。相反，有些含硫化合物对葡萄酒的影响会带给葡萄酒一些难以接受的味道。表1 是6 类含硫化合物的代表物质及其在葡萄酒中展现的香气类型。

表1 葡萄酒中含硫化合物分类

1.2 葡萄与葡萄酒中含硫化合物概述

1.2.1 硫化氢(H2S)

硫化氢可能会在蛋白质分解的过程中产生；在葡萄种植过程中，喷洒硫粉可能会使果皮上附着硫元素从而产生硫化氢，或者在发酵期间，葡萄果实里的蛋白质和无机硫盐可能被还原成硫化氢。

在酿造过程中会将二氧化硫加入到葡萄酒中，不仅促进溶解，也可以保护葡萄酒不被氧化，通常在葡萄酒中添加的是亚硫酸盐或者硫酸盐[3]，发酵过程中，这些亚硫酸盐和硫酸盐会被酵母细胞还原呈二价硫离子，从而为生成硫化氢提供了硫源。

另外，酵母菌株本身也是导致硫化氢产生的原因之一，有些酵母菌株由于本身的特性，其生成硫化氢的水平就比较高。所以，酿葡萄酒需要考虑到酵母菌的特性。

同时，如果发酵液中的金属离子含量过高，也会导致合成过量的硫化氢，其原因目前有两种推测，一是酵母菌株为了中和过量的金属离子如铜离子、铁离子而形成大量硫化氢，二是在自然选择的过程中，酵母菌株为了抵御金属离子而产生变异，使得其本身具有较高的硫化氢生成水平[19]。

1.2.2 硫醇及含硫杂醇油

这类物质是由甲硫基丁氨酸经过一系列的转化形成的，甲硫基丁氨酸可以通过转氨基反应生成4-甲硫基-2-丁酮酸，然后再经过脱羧反应生成乙位甲基巯基丙醛，最后再经醇脱氢酶催化反应生成菠萝醇。其中，反应中间产物乙位甲基巯基丙醛在陈酿过程中含量会增加，并且经过进一步反应可以生成具有蘑菇和大蒜味的乙酸3-甲硫基丙酯。

二甲基硫，葡萄酒中的二甲基硫大部分是在陈酿期间产生的，但也有少部分是在装瓶前由于葡萄汁发酵时酵母活力低、发酵温度过高、氮源不足或者蛋白质代谢等原因导致二甲基硫的形成。而在陈酿期间，下面这几个因素会影响二甲基硫的含量：第一，贮存温度，如果贮存的环境温度太高，二甲基硫的含量就会急剧上升。第二，光照，如果葡萄酒被置于曝光处，会促进二甲基硫的产生。第三，装瓶量与温度一样，葡萄酒中二甲基硫的含量和装瓶量成正比，装瓶量越大，则二甲基硫含量越多。第四，瓶塞的透氧性，瓶塞的透氧性越高，葡萄酒中产生的二甲基硫的含量则越高[11]。

1.2.3 果香硫醇

果香硫醇也是属于硫醇的物质，在研究过程中，一般都将其单独列出，学者们对于果香硫醇的研究比较常见，其应用范围也很广。4-甲基-4-巯基-2-戊酮(4MMP)，3-巯基己醇(3MH) 和3-巯基己醇乙酸酯(3MHA) 这3 种物质是典型的果香硫醇，在长相思干白和赤霞珠干红葡萄酒中发挥了其特有的风味[16]。

1.2.4 硫醚

甲硫醇和乙硫醇会在葡萄酒酿造过程中进一步氧化成甲基硫醚化合物，如二硫化二甲基(DMDS)、二甲基三硫醚(DMTS)，这些物质使得葡萄酒的香气受到破坏。而二甲基硫醚(DMS)则不同，它可以赋予干白和甜白葡萄酒芦笋、苞谷、蜂蜜的风味，在干红葡萄酒里，二甲基硫醚则会带来菌类物质例如蘑菇和松露的香气。这些化合物在葡萄酒中的来源主要是酵母代谢[4]。

1.2.5 硫醇酯

甲硫醇和乙硫醇与乙酰辅酶A 反应会生成硫代乙酸酯类物质。如果对硫醇酯类物质进行蓝色下胶，会发现其实起不到什么作用，硫代乙酸脂类物质在贮藏过程中很大几率会水解，转化成乙酸和硫醇类的化合物。因此，有些葡萄酒在开瓶时会发现一些难闻的气味，而这种气味在灌装时是不会被察觉到的。

1.2.6 含硫杂环化合物

这类物质是由半胱氨酸代谢生成的。代表物质一般包括2-甲硫基呋喃硫醇等，2-甲硫基呋喃硫醇通常呈现出碳烤、烤面包以及爆米花的香气，这种香气在波尔多的红葡萄酒中很常见。并且，研究表明，H2S 产量的增加会促进2-甲硫基呋喃硫醇和苄甲基硫醇的生成，苄甲基硫醇带有烟熏味和打火石味，而2-甲基-3-呋喃硫醇及其二硫代物通常具有浓烈的烤肉味。陈酿过程中的一系列化学反应会促使这两种物质含量升高[15]，带给葡萄酒烘烤类香气，使葡萄酒的香气变得有层次而复杂。噻唑的前体是半胱氨酸，在酒球菌的代谢作用下产生的，带给葡萄酒爆米花和烘烤味。

2 含硫化合物对葡萄酒的影响

葡萄酒中的含硫化合物有一小部分在浓度低时对香气的复杂性以及多样性有所贡献，但大部分含硫化合物会产生令人不愉快的香味，如臭鸡蛋、大蒜和橡胶的味道，这些化合物通常具有很低的感觉阈值，特别是硫醇和二硫化物。大多数挥发性含硫化合物对葡萄酒的质量是有害的。

2.1 还原性气味

许多含硫化合物可能对葡萄酒的香气和风味具有重要意义，其中发酵后发现的挥发性含硫化合物是造成葡萄酒具有还原性气味的主要因素，这些挥发性含硫化合物通常是低分子量和低沸点含硫化合物。针对这些化合物有很多值得研究的课题，例如对葡萄酒香气的负面影响以及封闭环境和储存条件对其形成和稳定性的影响。

已知许多低分子量挥发性含硫化合物赋予葡萄酒口感不愉快的“还原性”“洋葱”“芦笋”“烧焦的橡胶”或“大蒜”香味。独特的“异味”可归因于特定的化合物，例如来自硫化氢的“腐臭”“大蒜”以及来自甲硫醇的“洋葱”“（罐装）玉米”或“（熟）芦笋”的气味。探讨发酵后产生的挥发性含硫化合物，研究表明，可以用硫化学发光检测和气相色谱相结合的方法来检测发酵后的挥发性含硫化合物，该方法准确，稳健且灵敏，定量限值约为1 μg/L 或更高。重要的是，该方法在样品制备或分析过程中不会形成伪像，如二硫化物[8]。

2.2 具体含硫化合物对葡萄酒的影响

2.2.1 硫化氢

研究表明，大部分葡萄酒在发酵后都会检测到硫化氢，在低含量下，硫化氢可能会增加葡萄酒香气的复杂性，但发酵后剩余的水平过高可能会导致不良的气味，如“烂鸡蛋”或“像污水一样”的气味。葡萄酒中硫化氢的含量几乎完全由葡萄酒中的4种金属元素决定，葡萄酒中的总硫化氢含量与酒中的铜和锰元素的含量呈正相关，而与酒中的铁和锌的含量呈负相关。

2.2.2 二甲基硫

低含量的二甲基硫对葡萄酒的香气有积极的作用，可以使酒的果香更浓郁，但如果其含量超过阈值，则会对葡萄酒产生负面影响。葡萄酒瓶储期间，储存温度、光照强度、装瓶容量、瓶塞的透气性都会影响葡萄酒内的二甲基硫的含量。而在装瓶之前，葡萄汁发酵时的条件，比如酵母的活性、发酵温度、榨汁后含硫氨基酸等物质的代谢也都会影响储藏过程中葡萄酒里二甲基硫的含量。因此，在酿造及储存过程中，应尽量避免这些因素，例如控制发酵温度不宜过高，储存位置不宜曝光，装瓶不可过满等[10]。

2.2.3 MeSH（甲硫醇）

甲硫醇通常具有腐烂的卷心菜、煮熟的卷心菜、烂鸡蛋、烧焦的橡胶、辛辣等气味。葡萄酒中甲硫醇的形成与酵母和苹果酸乳酸发酵以及储存过程中甲硫氨酸的降解有关。在储存过程中，光照条件下，葡萄酒中的含硫农药例如乙酰甲胺磷和灭多虫霉水解也会使甲硫醇（MeSH）含量增高[13]。

2.2.4 EtSH（乙硫醇）

乙硫醇具有洋葱、橡胶、粪便、火柴、泥土、韭菜和大蒜的香气。在白葡萄酒中的气味阈值为1.1 μg/L，而在红葡萄酒中的气味阈值则没有一个特定的规律，例如，在俄勒冈黑比诺葡萄酒中，其阈值一般为0.19～0.23 μg/L 之间，而在特洛迪歌葡萄酒中的阈值为3.2 μg/L 左右，超过了感觉阈值，因此，乙硫醇的气味阈值也被认为是品种特征之一。乙硫醇可以通过硫化氢与乙醛以及葡萄酒中硫化氢与乙醇或乙醇之间的反应形成。

2.2.5 DMDS（二甲基二硫醚）

甲硫醇（MeSH）和乙硫醇（EtSH）在葡萄酒中很快就会被氧化成DMDS 和DEDS，即二甲基二硫醚和二乙基二硫醚，DMDS 一般带有包菜、洋葱味。葡萄酒中DMDS 的气味阈值为20～45 μg/L。二甲基二硫醚也是因为乙酰甲胺和甲硫氨酸降解而产生的。DMDS 在低浓度水平下会对“瓶内成熟”香气产生积极贡献[13]。

2.2.6 DEDS（二乙基二硫醚）

二乙基二硫醚（DEDS）通常带有大蒜、洋葱以及烧焦的橡胶的味道。该化合物在葡萄酒中的气味阈值为4.3～40 μg/L。在葡萄酒有一定氢离子和亚硫酸根离子存在的情况下，二乙基二硫醚会在老化和储存期间逐渐被还原为乙硫醇（EtSH）。

2.2.7 处理方法

如果在葡萄酒中识别到MeSH、EtSH、DMDS和DEDS，可以添加一定的铜离子来去除甲硫醇和乙硫醇。而二甲基二硫醚和二乙基二硫醚则需要被还原为甲硫醇和乙硫醇后，再用铜离子除去。老化60 d 后，可以通过通气处理以及加入定量的单宁来降低葡萄酒中的乙硫醇和二甲基二硫醚。尽管可以用这些方法来处理香气有缺陷的葡萄酒，但此时葡萄酒整体的质量已经被破坏了。所以，我们要了解这4 种含硫化合物是怎样影响葡萄酒香气的并在酿酒和陈酿以及储藏过程中尽早诊断这些缺陷，以确保对葡萄酒质量的负面影响程度降到最低。

3 葡萄与葡萄酒中含硫化合物分析鉴定方法

3.1 固相微萃取技术（SPME）

固相微萃取技术最大的优点是在分离以及富集目标成分的过程中不受到其他物质的干扰。SPME 技术与其他萃取技术相比，耗时短[17]。与HS（静态顶空分析技术）的GC分析相比，SPME技术不会吸附水分，能够在同一时间吸附不止一种含硫化合物，高含量的成分对微量成分的影响比较小[17]。而与DHS 技术相比，SPME 萃取的条件比较温和，不会刺激含硫化合物使其发生变化，并且其重复性好，相对偏差较小。研究表明，SPME 技术对葡萄酒中绝大部分的香气成分反应很灵敏，目前，在很多对葡萄酒进行GC检测时都用到了这种技术。

顶空固相微萃取技术可以应用于葡萄酒中含硫化合物的测定，在这种技术中，对样品的处理量很小，因此避免了一些不必要的损失以及化合物之间的反应。顶空固相微萃取（HS-SPME）在操作过程中不需要溶剂，一步萃取并且浓缩样品中的分析物。利用二氧化硅纤维从顶部空间里提取分析物，而这种二氧化硅纤维是有聚合物包覆的，提取了分析物后直接把它转移到气相色谱(GC)的进样器里进行下一步的热解吸和分析。这种技术使得样品的自然状态得以保持，不需要在高温和高压的条件下进行，设备仪器都很简单，操作起来也比较容易，不会流失目标成分。不过，顶空固相微萃取技术最大的缺点就是不能分析一些不易挥发的物质或者是和基质亲和力很强的物质[1-2]。

3.2 顶空分析技术

在分析葡萄酒中含硫化合物时，通常首先采用的是顶空分析技术，因为大部分的含硫化合物的特性都包含高挥发性这一点，而且极少数可以溶解在有机溶剂中。

静态顶空萃取法（Static headspace extraction）是把有挥发性的物质放在一个密闭的系统里，温度保持不变，在一定时间内让顶空的气体与样品中的组分达到互相平衡，随后利用系统上部的气体进行色谱分析。静态顶空分析法所需设备很简单，操作方法容易，且可以循环利用，所以，在对葡萄酒的香气物质进行分析检测是常用的方法。静态顶空法的整个萃取的流程可以实现完全的自动化控制，避免了很多因人为操作而产生的误差，并且，这种方法不需要有机溶剂，为研究人员在实验过程中的安全提供了保证。尽管如此，静态顶空法还是有一些不可避免的缺点，如果实验过程中，样品的蒸汽体积太大的话，就会对毛细管柱造成一定的伤害，缩短使用寿命。

3.3 高效液相色谱（HPLC）

高效液相色谱的特点是速度快、反应灵敏并且效率高，它的使用范围十分广泛，柱子也可以循环使用，样品实验过后容易回收，不会被破坏。这种技术已经应用于葡萄酒中部分香气物质的定性和定量分析，比如含硫化合物等[18]。

4 小结及展望

控制含硫化合物对葡萄酒影响的途径：

（1）可以通过筛选优良的酵母方法来控制葡萄酒发酵过程中含硫化合物的产生，与此同时减少葡萄酒的不良风味，增加香气。

（2）改造酵母的基因，通过改变酵母的基因来实现控制发酵过程中对葡萄酒有消极影响的含硫化合物的产生。

（3）研制相关的酶，使得品种特性十分鲜明的单品种葡萄酒在酿造过程中产生优质的风味。

综上所述，葡萄酒中的含硫化合物有近百种，其对葡萄酒的影响也是不尽相同，甚至同一种化合物不同含量对葡萄酒的影响也是相去甚远。目前，全球范围内对葡萄酒中的含硫化合物这一课题进行了广泛而深入的研究，然而尽管如此，相比于目前的研究进展来说，还有许多方面需要改善和进步，如检测鉴定含硫化合物的技术及方法以及调节或控制葡萄酒中含硫化合物成分的途径等，都是葡萄酒学者科学家们需要继续深入探讨的内容。