刘 翔,董志刚,李晓梅,谭 敏,贺晋瑜
(1.山西大学 环境与资源学院,山西 太原 030006;2.山西农业大学果树研究所/山西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心,山西 太谷 030800)
酿酒葡萄(Vitis vinifera)为多年生藤蔓植物,在我国有着悠久的种植历史,且我国酿酒葡萄产区生态环境多元化,不同的产区可以生产不同风格、不同种类的葡萄酒[1]。山西省地处黄土高原东部,夏天炎热,光照充足,昼夜温差大,有利于葡萄果实糖酸、酚类、香气等品质的形成,地质为沙壤土,且土层深厚,富含矿物质,有利于葡萄果实矿质元素的吸收[2],为我国优质酿酒葡萄主产区之一。葡萄酒的品质主要是由葡萄果实的品质决定,而葡萄果实的品质又是由葡萄藤种植的地理位置、土壤、气候等条件决定。酿酒葡萄果实品质主要包括糖酸含量、出汁率、酚类物质含量和香气物质种类及含量[3-4]。其中酚类物质是葡萄酒中重要的风味物质之一,且具有生物保健功能,果实的酚类物质含量受生长条件、气候、土壤、品种等多种因素影响[4]。王锐[5]对贺兰山土壤特征与酿酒葡萄果实品质研究发现,土壤因素参与了葡萄果实酚类物质的合成,与果实品质显著相关,且发现风沙土种植下酿酒葡萄糖分高,葡萄芳香物质形成较好。尹海宁等[6]研究表明,赤霞珠葡萄在不同海拔地区酚类物质总量差异显著。葡萄果实中香气物质主要包括醛、芳香化合物、萜、酯类等,共同作用下形成葡萄果实的香气[7],其中,葡萄栽培地海拔高度、生长季平均温度都极显著影响葡萄果实香气物质的积累,且在意大利较高海拔处的葡萄果实香气更浓郁[8]。同一地区不同品种间香气含量和组分存在显著差异,选择优质的酿酒品种对提高产区葡萄酒的品质非常重要。霞多丽、雷司令、贵人香是优质的酿造干白葡萄酒品种,果实口味丰富,具有特征香气,是全球较受欢迎的酿酒白葡萄品种[9]。小芒森葡萄是一个晚熟品种,成熟果实具有较高的含糖量[9]。威代尔葡萄是白玉霓和赛必尔的杂交后代,抗寒性强[10]。目前关于酿酒红葡萄果实品质研究较多,但未见酿酒白葡萄在山西地区果实不同部位酚类及果实香气的研究。
本研究通过分析比较5个主栽白色酿酒品种在山西地区的基本品质表现,评价果实不同部位酚类物质含量和果实香气物质种类及含量差异,旨在为指导酒庄种植酿酒葡萄品种提供材料依据,为探索产区葡萄酒“风土”提供理论依据。
1.1.1 试验材料霞多丽(Chardonnay,C)、雷司令(Riesling,R)、贵人香(Italian Riesling,IR)、小芒森(Petit Manseng,PM)、威代尔(Vidal,V)葡萄材料均于2021年采自山西农业大学果树研究所酿酒葡萄品种圃(N37.34°,E112.49°,海拔(846±5)m),土壤质地为粉砂壤土,株行距为0.8 m×2.5 m,为倾斜式单龙蔓“厂”字形立架栽培,控制产量为(9 000±750)kg/hm2。该地区属温带大陆性季风气候,年均温10.6℃,无霜期160~180 d。
1.1.2 试验试剂试验所用氢氧化钠、福林酚、碳酸钠、氯化铝、乙醇、亚硝酸钠(均为分析纯),4-甲基-2-戊醇、乙醇、单宁酸、儿茶素(均为色谱纯)均由国药集团化学试剂有限公司生产。试验所用标品辛醇、苯乙醇、壬醛、己醛、辛醛、香叶醛、反式-2-己烯醇、乙酸乙酯、丁酸乙酯、香茅醇、里那醇购自于美国Sigma公司和瑞士Fluka公司。
1.2.1 果实性状调查根据《葡萄种质资源描述规范和数据标准》对5个酿酒葡萄成熟果实果形指数、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、酸碱度、出汁率进行测定。
1.2.2 酚类物质含量的测定在果实成熟期葡萄剪成带果蒂的颗粒,用液氮速冻后置于-40℃冰箱,5个品种采样完成后,统一测定酚类。将葡萄果实果皮、果肉、种子分离,用滤纸将果皮的汁液吸干净,分别称2 g果皮、6 g果肉,分别置于100 mL棕色容量瓶中用70%酒精浸提24 h,过滤后滤液为酚类物质提取液。采用Folin-Ciocalteu法[11]测定果皮、果肉中的总酚含量,用单宁酸等价表示(mg/g)。总类黄酮含量测定采用氯化铝比色法[11],根据儿茶素标准曲线计算果皮、果肉中的总类黄酮含量。
1.2.3 果实香气物质的测定参照孙磊等[12]方法,果实除梗去籽冷冻磨粉后离心,取5 mL汁液于顶空瓶中,加1 g NaCl和10μL辛醇,40℃吸附30 min。试验所用色谱为Agilent 7890 GC,质谱为Agilent 5975B MS。载气为高纯氦气,流速为1 mL/min;固相微萃取手动进样,采用不分流模式,插入气相色谱的进样口,进样口温度为250℃,热解析8 min。质谱接口温度为280℃,离子源温度为230℃,电离方式为EI,电离能为70 eV,质量扫描范围为20~350 u。
根据GC-MS分离得到的质谱全离子扫描图谱,通过标样进行香气物质定性。对于没有标样的香气物质,将其与已有文献相似图谱进行比对,还可使用计算机检索NIST 11标准库进行半定性。
根据葡萄的挥发性香气浓度高低,用目标香气的标准品制备香气物质标准曲线,根据标准曲线对果实中相应香气物质进行定量,以及根据与香气化合物碳原子数接近的或者化学结构接近的标样进行半定量。
花果香物质主成分分析(principal component analysis,PCA)用于比较不同香气物质对葡萄品种的贡献度和相关性。气味活度值(odour activityvalue,OAV)是指某种挥发性香气物质在香气体系中的浓度与其嗅觉阈值的比值,是用来衡量挥发性物质在香气体系中的贡献度和判定有效香气成分的技术手段。香气成分之间存在着累加、协同等作用,将各香气物质按其气味特征进行分组,将每一气味特征类似的气味归为一组,通过计算该组的OAV总和来阐述香气体系中不同呈香成分。
利用Excel 2019进行数据分析与绘图,利用Origin 2019进行显著性分析和主成分分析。
5个酿酒白葡萄成熟果实基本品质如表1所示。从表1可以看出,5个酿酒白葡萄在单粒质量、糖酸含量、pH等指标上存在明显差异,其中,威代尔葡萄单粒质量最大,为1.83 g,比霞多丽高27.97%(P<0.05)、比雷司令高69.44%(P<0.05);5个酿酒品种果形指数介于0.89~1.02,且霞多丽与雷司令果形指数间差异不显著;5个酿酒葡萄可溶性固形物含量均在18.00%以上,其中,小芒森葡萄可溶性固形物含量最高,为23.62%,显著高于其他4个品种,且霞多丽可溶性固形物含量显著高于贵人香、雷司令、威代尔;霞多丽和小芒森的可滴定酸含量显著高于其他3个品种,威代尔可滴定酸含量最低;雷司令葡萄pH值最低,显著低于其他4个品种;威代尔葡萄出汁率最高,分别比贵人香、小芒森高2.37%、11.19%(P<0.05)。
表1 5个酿酒葡萄果实基本品质Tab.1 Basic fruit quality of five wine grapes
2.2.1 酿酒白葡萄果皮和果肉中总酚含量比较5个酿酒白葡萄果皮和果肉中总酚含量如图1所示,其中,小芒森果皮中总酚含量最高,为17.29 mg/g,比霞多丽葡萄果皮中总酚含量高66.41%(P<0.05),比贵人香葡萄高132.08%(P<0.05),比雷司令葡萄高193.55%(P<0.05),与威代尔葡萄间差异不显著。小芒森和威代尔葡萄果肉中总酚含量差异不显著,分别为10.46、12.20 mg/g,均显著高于其他3个酿酒品种。霞多丽和雷司令葡萄果肉中总酚含量差异不显著,都显著高于贵人香葡萄。
图1 不同酿酒葡萄果皮和果肉中总酚含量比较Fig.1 Comparison of total phenol contents in skin and flesh of different wine grapes
2.2.2 酿酒白葡萄果皮和果肉中总类黄酮含量比较由图2可知,威代尔葡萄果皮中总类黄酮含量最高,为5.22 mg/g,显著高于其他4个酿酒品种;霞多丽葡萄果皮中总类黄酮含量为3.62 mg/g,分别比贵人香高10.23%(P>0.05),比小芒森高24.39%(P<0.05),比雷司令高135.06%(P<0.05)。小芒森葡萄果肉中总类黄酮含量最高,为0.41 mg/g,显著高于其他4个酿酒品种。霞多丽、雷司令、贵人香、威代尔果肉中总类黄酮含量为0.09~0.24 mg/g,且差异不显著。
图2 不同酿酒葡萄果皮和果肉中总类黄酮含量Fig.2 Total flavonoids contents in skin and flesh of different wine grapes
2.3.1 酿酒白葡萄果实中香气种类及含量从表2可以看出,在5个酿酒葡萄中共检测出97种香气物质,其中,霞多丽葡萄中检测出香气种类最多,为88种,酯类物质在5个酿酒葡萄中检测到种类数最多,烯烃类香气物质大多具有怡人的果香、花香,其对葡萄酒的香气有着很大的贡献,在5个酿酒葡萄中检测到香气种类仅次于酯类香气物质。
表2 不同酿酒葡萄果实中香气种类数Tab.2 Number of aroma types in different wine grape fruits 种
从图3可以看出,香气含量中醇类物质含量占比较高,其中,雷司令和威代尔葡萄中醇类香气物质含量分别占总香气的69.21%、66.58%。贵人香和威代尔葡萄中酯类香气物质含量显著高于其他3个葡萄品种,醛酮类香气物质在雷司令和贵人香葡萄中含量较高,显著高于其他3个品种。小芒森葡萄果实中烯烃类香气物质含量最高,比霞多丽葡萄高50.02%(P<0.05),比雷司令葡萄高15.65%(P>0.05),比贵人香葡萄高7.83%(P>0.05),比威代尔葡萄高91.77%(P<0.05);雷司令葡萄酸类香气物质含量最高,为664.96μg/L。5个酿酒葡萄其他香气物质含量均低于60μg/L,且差异不显著。
图3 不同酿酒葡萄果实中香气种类含量Fig.3 Contents of aroma types in different wine grape fruits
2.3.2 酿酒白葡萄果实中呈水果香物质主成分分析不同酿酒葡萄果实中呈水果香成分主成分分析结果如图4所示。
图4 不同酿酒葡萄果实中呈水果香成分主成分分析Fig.4 Principal component analysis of fruit aroma com⁃ponents in different wine grape fruits
对5个酿酒白葡萄果实中34种呈水果香的成分[12-15]进行PCA分析(图4),从数据中提取了2个主成分,主成分1(PC1)和主成分(PC2)分别解释了70.97%和16.43%的信息,前2个主成分累计占比87.40%,能够反映水果香香气的绝大部分信息。在主成分1中小芒森、雷司令、霞丽多载荷值较高,且在PC1中,C8(癸酸乙酯)、C18(苯乙醛)、C26(反式-2-己烯醇)载荷值均在1.50以上,可作为5个品种间差异化特征香气;在主成分2中,品种贵人香载荷值最高,果香成分C18(苯乙醛)、C26(反式-2-己烯醇)在PC2中载荷值较高。由前2个主成分分析,苯乙醛、反式-2-己烯醇可作为山西地区酿酒白葡萄水果香特征化香气物质,且水果香含量分值为小芒森>雷司令>霞多丽>威代尔>贵人香。
2.3.3 酿酒白葡萄果实中呈花香物质主成分分析5个酿酒白葡萄果实中呈花香的27种成分[12-15]主成分分析(图5),主成分1占比86.73%,主成分2占比11.38%,累计解释了98.11%葡萄果实中呈花香的香气信息。其中,小芒森、霞多丽、贵人香在PC1中载荷值较高,雷司令在PC2中载荷值较高,威代尔花香成分与雷司令在PC2中差异明显。C37(己醇)、C38(2-苯乙醇)、C60(丁酸)物质在PC1载荷值较高,且C38在PC2中载荷值为2.83,为花香特征差异物质。
图5 不同酿酒葡萄果实中呈花香成分主成分分析Fig.5 Principal component analysis of flower components in different wine grape fruits
2.3.4 酿酒白葡萄不同香型OAVs比较从图6可以看出,5个酿酒葡萄间水果香OAVs值差异显著,其中,小芒森葡萄水果香OAVs值最高,霞多丽葡萄中水果香OAVs值比雷司令高27.20%(P<0.05),比贵人香高12.16%(P<0.05),比威代尔高33.33%(P<0.05)。雷司令和贵人香葡萄中花香OAVs总值较高,显著高于其他3个葡萄品种。在雷司令葡萄中检测到植物香OAVs值最高,为73.55,其他4个葡萄品种植物香OAVs值介于61.24~63.96。脂肪香OAVs值在5个酿酒葡萄中降低,均低于2,且5个品种间差异不显著。
图6 不同酿酒葡萄果实不同香气类别OAVs值Fig.6 OAVS values of different aroma types of different wine grape fruits
酿酒葡萄果实品质是决定酿酒葡萄酒品质的关键因素,不同品种在相同生态环境相同栽培条件下,其果实品质存在显著差异[16],选择适合当地栽培的酿酒品种对提升地方葡萄酒品质至关重要。酿酒葡萄果实中的糖分不仅决定着甜度与风味,而且对果实的其他品质也起到重要的作用,更与葡萄酒的质量息息相关[17]。一般要求酿造葡萄酒的果实含糖量应在17.00%[18]。本研究中5个酿酒葡萄可溶性糖含量均在18.00%以上,达到生产葡萄酒要求。钟海霞等[19]对新疆10个酿酒葡萄的可溶性糖含量研究表明,威代尔葡萄可溶性糖含量最低,这与本研究中威代尔葡萄可溶性固形物含量最低的结论一致,这可能与其品种特性有关。商浥等[9]对陕西合阳地区5个酿酒白葡萄果皮品质研究发现,小芒森葡萄含糖量最高,这与本研究中在山西产区小芒森葡萄含糖量较高结论一致。
酚类物质影响葡萄酒的收敛性、苦味、澄清度和稳定性,生态环境条件能够明显影响葡萄果实中酚类物质的含量。唐永红[20]对5个酿酒葡萄产区3个葡萄品种品质分析发现,白色酿酒品种霞多丽在新疆五家渠产区表现果粒较大,且酚类物质含量高。对贺兰山东麓酿酒葡萄果实中酚类物质比较发现,在白色欧亚种中,小芒森葡萄果实中酚类物质含量较高[21]。这与本研究中小芒森葡萄果皮果肉中酚类和类黄酮物质含量较高结论一致。
同一产地酿酒葡萄品种不同,香气组成的种类、含量及比例均存在明显差异,秦欢等[22]以重庆3个白葡萄品种成熟果实为研究材料,运用GCMS技术测定3个酿酒白葡萄中存在醇类、醛类、酮类、酯类、烯烃、烷烃及少量其他香气化合物。郑立阳[23]以新疆8个地区3个白色酿酒品种为试材,结果表明,果实香气成分中醇类香气物质含量最高。这与本研究中5个酿酒白葡萄果实中醇类物质香气含量最高结论一致,其中,雷司令和威代尔葡萄中醇类香气物质含量分别占总香气的69.21%、66.58%。JU等[24]通过测定刺葡萄香气中的酯类香气,为刺葡萄风味类型的分类提供依据。本研究中山西地区酿酒白葡萄果实花果香突出,其中,小芒森果实水果香较高,雷司令和贵人香果实花香浓郁。在美乐和赤霞珠中共检测到74种香气化合物,并根据香气描述对香气化合物进行分类,包括水果香、花香、植物香等[25]。张云峰等[26]对威代尔葡萄果实香气物质定性分析,发现87种香气物质,且香气雷达图显示威代尔葡萄果实特征香气为青草香。本试验中5个酿酒葡萄共检测出97种香气物质,其中在霞多丽葡萄中检测出香气种类最多(88种),且威代尔葡萄植物香OAVs值较高。李彦彪等[27]研究河西走廊张掖产区酿酒葡萄果实香气,通过主成分分析得出,葡萄香气风味依次为贵人香>蛇龙珠>赛美容>威代尔>美乐,且发现2-己烯醛可能是酿酒葡萄果实特征香气的重要成分之一。本研究中,小芒森和霞多丽果实表现较优的果香和花香,且主成分分析表明,苯乙醛香气为花香和果香的主要特征香气。VILANOVA等[28]对西班牙主栽品种香气测定表明,琼瑶浆OAVs值最高;丁燕等[29]对蓬莱葡萄产区的3个主栽白葡萄品种的香气物质测定分析表明,小芒森葡萄香气最为丰富和复杂。小芒森在山西地区四类香气的OAVs值均最高,且主成分分析小芒森水果香物质最丰富。
山西产区酿酒葡萄霞多丽果实糖酸适中,且酚类物质含量丰富,香气物质种类多且主要呈花果香;小芒森葡萄果实中总酚含量较高,水果香突出;威代尔葡萄可溶性固形物含量较低,但果实出汁率高,果实中总酚和总类黄酮含量高,香气适中;苯乙醛香气物质可作为山西产区花香和果香的主要特征成分。研究结果可为产区选择适宜当地的优质酿酒品种提供依据,为探索产区葡萄酒“风土”提供理论依据,对提升当地葡萄酒品质和影响力具有重要生产意义。