无釉陶缸协同橡木处理对葡萄酒陈酿品质的影响

苏 昊，薛 洁，李维新*，任香芸，林晓姿，梁璋成

（1.福建省农业科学院 农业工程技术研究所，福建 福州 350003；2.农业农村部亚热带特色果蔬菌加工重点实验室（部省共建），福建 福州 350003；3.福建省农产品（食品）加工重点实验室，福建 福州 350003；4.中国食品发酵工业研究院有限公司中国工业微生物菌种保藏管理中心，北京 100015）

在葡萄酒的酿造工艺中，采用橡木桶陈酿是提升葡萄酒品质的重要贮藏方式之一，其优点一是在贮藏过程中葡萄酒与橡木充分接触，橡木特有的风味可以溶入到酒体中，二是橡木桶具有透气性，空气中的氧气可以通过桶壁缓慢地溶入到酒中，与葡萄酒发生缓慢的微氧化反应，可使葡萄酒中的单宁物质发生聚合反应，从而可以稳定葡萄酒的色泽，提升葡萄酒口感和香气[1-3]。橡木桶陈酿对葡萄酒的陈酿香气的产生[4-5]、色泽的稳定性[6]和口感的柔和度[7]都有非常重要的作用。但葡萄酒采用橡木桶陈酿存在造价高、重复使用效果差、装桶和出桶无法机械化、需要定时添酒等缺陷。不锈钢罐陈酿是葡萄酒大批量陈酿方式，具有安全、成本低、可机械化操作等特点，但因为不锈钢贮藏葡萄酒与外界完全隔绝，空气中的氧气无法渗入，且不具有橡木桶的香气，因此不锈钢陈酿葡萄酒的效果不如橡木桶。葡萄酒的人工快速陈酿技术如微波处理[8-10]、电磁场陈酿[11-12]、微氧处理[13-14]、超高压处理[15-16]、超声处理[17]等，其效果与橡木桶自然陈酿相比仍然具有差距，且存在食品安全隐患。采用人工催陈或添加橡木片结合微氧处理等技术来缩短葡萄酒的陈酿时间、加速葡萄酒的成熟成为近年来葡萄酒陈酿技术研究的热点[18]。

陶缸是由特殊的泥土材料烧制，具有橡木桶类似的透气性能，因此在陈酿酒类产品时，也可以使少量的氧气缓慢地溶入到酒体中[19-20]。同时，陶缸壁中存在着铜、钙、铁等离子，对酒类的酯化、醇醛缩合等有一定的催化作用，在溶入氧的作用下可以加速酒体的陈化[21]。因此，陶缸存贮是中国传统白酒及黄酒的主要陈酿方式，目前仍然被大多数企业广泛采用[22]。传统土陶缸为防止渗漏，都采用缸体内外双面上釉，因此其透气性比橡木桶的透气性能要差；缺少进出酒的阀门不宜机械化操作。伴随土陶缸加工技术的进步，目前研发出了新型的陶缸，可以实现不上釉、配备不锈钢阀门、密封盖等，极大地提高了陶缸的透气性能和使用的便利性，并可实现进出酒的机械化，降低人工成本[23]。

本研究分别以玻璃缸（不透气）、橡木桶为对照，研究无釉陶缸陈酿葡萄酒过程酒体中溶解氧含量的变化规律，分析无釉陶缸协同不同添加量的不定型橡木片处理对葡萄酒的主要营养品质及挥发性成分的影响，并基于挥发性风味成分结果进行正交偏最小二乘-判别分析（orthogonal partial least squares discrimination analysis，OPLS-DA）。旨在为葡萄酒的新型陈酿技术提供技术支撑，在葡萄酒的仿橡木桶陈酿、降低陈酿成本、提高陈酿效率等方面具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

葡萄酒（桂葡1号）：福建省农业科学院农业工程技术研究所。不定型橡木片（7～15 mm，中度熏烤）（不规则的小橡木片）：天津博尼酒业贸易有限公司。

1.1.2 化学试剂

甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、二甲基亚砜盐酸、氯化钠、醋酸（HAc）、醋酸钠（NaAc）（均为分析纯）：济宁博诚化工有限公司；原花青素标准品（纯度＞95%）：四川省维克奇生物科技有限公司；芦丁标准品（纯度＞95%）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

玻璃瓶（5L）：江苏汇达医疗器械有限公司；橡木桶（5 L，中度熏烤）：天津博尼酒业贸易有限公司；无釉陶缸（5 L）：四川省荣县双龙陶业有限公司；Oxysense Gen III型溶解氧测定仪：美国Oxysense Inc公司；SPX-250BS-Ⅱ型生化培养箱：上海新苗医疗器械制造有限公司；PHS-3C数字式酸度计：上海埃依琪实业有限公司；TQ8040三重四极杆型气相色谱质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）仪：日本岛津公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相萃取头：美国SUPELCO公司。

1.3 方法

1.3.1 不同容器陈酿葡萄酒对其溶解氧含量的影响

桂葡1号葡萄酒分别装入5L玻璃瓶、5L橡木桶、5 L无釉陶缸中，满罐贮藏，橡胶塞紧，插入溶解氧探头，置于20℃环境条件下，每15 d检测一次酒体中溶解氧含量，连续检测180 d。

1.3.2 无釉陶缸协同橡木陈酿处理对葡萄酒品质指标的影响

无釉陶缸（5 L）15只，分别装入桂葡1号葡萄酒，并添加中度熏烤的橡木片，添加量为0、0.1 g/L、0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L，以5 L橡木桶为对照处理，每个处理设3个重复。贮藏12个月后，检测陈酿葡萄酒的酒精度、pH值、总酸、花青素、花色苷及总酚等主要品质。

1.3.3 无釉陶缸协同橡木陈酿处理对葡萄酒香气成分的影响

经1.3.2节结果分析确定无釉陶缸陈酿葡萄酒适宜的橡木片添加量，后将添加适宜量橡木的无釉陶缸及橡木桶同时装满葡萄酒，并置于20 ℃环境下贮藏12个月，采用GC-MS方法对两种陈酿处理12个月的酒样进行香气成分分析。

1.3.4 测定方法

（1）理化指标测定

溶解氧含量检测：Oxysense Gen III溶氧仪测定。原花青素含量的检测：参考LISJAK K等[24]的方法；多酚含量的检测：采用Folin-ciocalteu法[25]；总糖、酒精度等其他指标的测定：参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。

游离花色苷含量的测定：采用OHNSON J等[26]的方法，并稍加修改。待测酒样分别用HCl-NaCl缓冲液（pH=1.0）和HAc-NaAc缓冲液（pH=4.5）稀释50倍，扫描吸收峰，在最大吸收波长处和700 nm处测定吸光度值。吸光度值A计算公式如下：

A=（Amax-A700nm）pH1.0-（Amax-A700nm）pH4.5

葡萄酒中游离花色苷含量以矢车菊素-3-葡萄糖苷（cyanidin-3-O-glucoside，CGE）来表示：

式中：MW为CGE分子质量，449.6；DF为酒样的稀释倍数；ε为摩尔吸光系数，29 600。

（2）挥发性风味成分的检测

将待测葡萄酒酒样的酒精度稀释至6%vol（20 ℃，V/V），量取6 mL样液，加入20 mL的顶空瓶中。使用萃取头在50 ℃条件下吸附40 min，250 ℃解吸7 min，用于GC-MS测定。

气相色谱条件：TG-WAXMS色谱柱（30 m×0.25 μm×0.25 mm），进样口的温度为250 ℃。程序升温如下：40 ℃保持3 min，以6 ℃/min升温到100 ℃，再以10 ℃/min升温至230 ℃，保持7 min。载气为高纯氦气（He）（＞99.999%），不分流，流速为1.0 mL/min。

质谱条件：离子化方式为电子电离（electronic ionization，EI）源，发射电流为50 μA，电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃，传输线温度为250 ℃，扫描范围为33～400 amu。

定性定量方法：采用美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）标准库比对，用GC-MS化学工作站进行数据分析，对相似度＞80%的化合物进行定性。采用峰面积归一化法计算各挥发性风味成分的相对含量。

1.3.5 数据分析

采用DPS 7.05软件进行试验数据分析，采用Origin 2018绘制图形，采用SIMCA 14.1进行香气成分的偏最小二乘-判别分析（OPLS-DA）。

2 结果与分析

2.1 不同容器陈酿葡萄酒对其溶解氧含量的影响

葡萄酒在陈酿期间其酒体中溶解氧的含量对葡萄酒的成熟控制至关重要，过低陈酿时间变长，过高葡萄酒易氧化褐变。为了解橡木桶及无釉陶缸陈酿葡萄酒的微氧作用，以不透气的玻璃瓶为对照，分别检测了玻璃瓶、橡木桶、无釉陶缸陈酿葡萄酒期间溶解氧含量的变化，结果见图1。

图1 不同贮藏容器陈酿葡萄酒溶解氧含量的变化Fig.1 Changes of dissolved oxygen contents in wine aged in different storage containers

由图1可知，桂葡1号葡萄酒在陈酿的前期（60 d内），3 种容器内的溶解氧含量均急剧下降，玻璃瓶贮藏的葡萄酒中溶解氧下降最多，下降了76.43%；无釉陶缸中的溶解氧次之，下降了52.94%，橡木桶中葡萄酒溶解氧含量则下降了43.53%。葡萄酒中溶解氧在前期下降较快，其主要原因是新鲜的葡萄酒中含量较高含量的酚类物质，这些物质极易和氧发生氧化反应，从而使葡萄酒中溶解氧含量迅速下降。

贮藏期在75～180 d各处理组葡萄酒内溶解氧含量保持相对稳定，其中，橡木桶陈酿的葡萄酒溶解氧含量保持在0.33～0.38 mg/L，无釉陶缸处理为0.30～0.35 mg/L；玻璃瓶处理的溶解氧含量最低，为0.18～0.20 mg/L。在贮藏后期，葡萄酒中的可氧化物质基本稳定，其溶解氧的消耗较少，加之橡木桶和陶缸的透气作用，使葡萄酒中的溶解氧含量维持在一个较低的动态平衡状态。相反，由于玻璃瓶不具备透气作用，其中的溶解氧一直处于一个较低的水平上。结果表明，无釉陶缸具有类似橡木桶的透气性，其在陈酿葡萄酒的过程中，与橡木桶陈酿的酒样具有相似的溶解氧含量。

2.2 无釉陶缸协同橡木处理对葡萄酒陈酿品质的影响

2.2.1 无釉陶缸协同橡木处理对葡萄酒理化指标的影响

不同陈酿处理1年对葡萄酒理化指标的影响，结果见表1。由表1可知，桂葡1号葡萄酒的总酸较高，在处理前为9.16 g/L，酸感较强。经过陈酿后，不同处理的总酸均有显著下降（P＜0.05），其中，无釉陶缸协同橡木片处理和橡木桶陈酿葡萄酒的总酸下降幅度较大，均减少了10%左右。表明在葡萄酒的陈酿过程中，其有机酸可能存在和醇类的酯化作用，并伴随有机酸的降解，且橡木处理有助于有机酸的降解。在陈酿过程葡萄酒的酒精度、总糖略微下降，除没有添加橡木片处理外，其余各处理间差异不显著。各处理葡萄酒中总糖含量的显著减少主要是糖和氨基酸发生了缓慢的美拉德反应（P＜0.01或P＜0.05）；酒精度的显著减少一方面是陶缸和橡木桶的透气作用导致挥发损失（P＜0.01或P＜0.05），另一方面是乙醇参与了酯化作用的结果。

表1 不同处理对葡萄酒理化指标的影响Table 1 Effect of different treatments on physicochemical indexes of wine

各个处理的葡萄酒中的总酚含量在贮藏12个月后均显著下降（P＜0.01或P＜0.05），其中没有添加橡木片的处理总酚下降最多，由初始的1.49 g/L下降到1.03 g/L，下降了30.87%；而添加橡木片的处理和橡木桶陈酿的酒样总酚含量下降幅度均比对照小，最高达到1.30 g/L以上，比对照处理的提高了26.21%，这是因为橡木片或橡木桶中的酚类物质被浸提到葡萄酒中的缘故，其中0.4 g/L橡木片处理的总酚与橡木桶处理的差异不显著（P＞0.05）。各个处理的游离花色苷和原花青素均显著下降（P＜0.01或P＜0.05），陈酿12个月后，陶缸处理的游离花色苷保持率为77.00%～79.72%，保持率最高的是0.4 g/L橡木片处理；橡木桶处理的保持率为76.37%。陶缸协同橡木片处理的原花青素从处理前的2.05 g/L下降到1.58 g/L左右，而橡木桶处理的则下降到1.36 g/L。原花青素与游离花色苷是葡萄酒中的一大类多酚类化合物，其含量、种类、结构及聚合度与葡萄酒的品质密切相关，原花青素与游离花色苷对葡萄酒的颜色稳定和葡萄酒味感起到重要作用。通过不同添加量的橡木片结合陶缸处理结果表明，无釉陶缸结合0.4 g/L中度熏烤的橡木片来陈酿葡萄酒，具有类似橡木桶的陈酿效果，其对陈酿葡萄酒的酒精度、总糖、总酸等主要品质的影响较小，与橡木桶陈酿相比，能提高并丰富葡萄酒中多酚、花青素、花色苷的含量，这主要是因为陶缸的透气性能稍弱于橡木桶，且添加的橡木片完全浸泡在酒体中，橡木片中的单宁等酚类物质更容易浸出到酒体中，这些酚类物质和花青素及花色苷等更容易形成稳定的结合物。

2.2.2 无釉陶缸协同橡木处理对葡萄酒挥发性风味成分的影响

香气是评判葡萄酒品质和陈酿效果的重要评价指标之一。无釉陶缸（添加0.4 g/L橡木片）及橡木桶2种方式陈酿12个月后葡萄酒酒样的挥发性成分GC-MS分析总离子流色谱图见图2。结合峰面积归一化法计算各香气成分的相对含量，结果见图3。

图2 陶缸结合橡木片和橡木桶陈酿葡萄酒挥发性风味成分GC-MS分析总离子流色谱图Fig.2 Total ion chromatogram of volatile flavor components in wine aged in pottery jar with oak chips and oak barrel analysis by GC-MS

图3 陶缸结合橡木片（A）及橡木桶（B）陈酿葡萄酒主要香气成分及相对含量Fig.3 Main aroma components and relative contents of wine aged in pottery jar with oak chips (A) and oak barrel (B)

酯、醇、酸、烯、酮等是葡萄酒香气的主要呈香物质，它们的含量、感觉阈值及其相互作用共同构成葡萄酒独特的香气，决定着葡萄酒的风味和典型性。由图3A可知，经3次重复试验组（t1、t2、t3），从陶缸协同橡木片陈酿的葡萄酒中共检测出挥发性成分104种，其中酯类物质38种，总相对含量为40.56%；高级醇类物质21种，总相对含量23.45%。

由图3B可知，经3次重复试验组（x1、x2、x3），从橡木桶陈酿的葡萄酒中，共检测出挥发性成分110种，其中酯类物质42种，总相对含量40.96%；高级醇类物质27种，总相对含量30.21%。

无釉陶缸陈酿和橡木桶陈酿的葡萄酒挥发性香气成分的对比分析，发现二者相同的挥发性成分达64种，相对含量分别占各自总含量的97.26%和97.86%，其中具有典型香气特征的酯类物质相同的有24种，包括2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯、丁二酸二乙酯、琥珀酸乙酯等，表明二者香气特征相似。

2.3 无釉陶缸协同橡木处理葡萄酒挥发性风味成分的正交偏最小二乘-判别分析

基于无釉陶缸协同橡木处理葡萄酒挥发性风味成分的OPLS-DA，结果见图5。由图5可知，葡萄酒经橡木桶和无釉陶缸协同橡木片的陈酿后明显区别于新酒（陈酿前），其分布在不同的区域，且分离较远；而橡木桶陈酿与无釉陶缸协同橡木片陈酿的葡萄酒的主要香气物质分布在同一区域，且有交叉混合，进一步表明二者有着相似的香气特征。

图5 基于主要香气物质的正交偏最小二乘-判别分析Fig.5 Orthogonal partial least squares discrimination analysis based on main aromatic substances

3 结论

在本研究中，以不透气的玻璃容器为对照，研究无釉陶缸和橡木桶陈酿葡萄酒过程中酒体中溶解氧的变化，结果表明，葡萄酒在陈酿的前期，陈酿容器内的溶解氧含量均急剧下降，后期较为稳定。无釉陶缸陈酿葡萄酒的溶解氧含量变化规律与橡木桶类似，其稳定期溶解氧含量维持在0.30～0.35 mg/L，与橡木桶差异不显著。无釉陶缸结合0.4 g/L中度熏烤的橡木片来陈酿葡萄酒，具有类似橡木桶的陈酿效果，其对陈酿葡萄酒的酒精度、总糖、总酸等主要品质的影响较小，与橡木桶陈酿相比，能提高并丰富葡萄酒中多酚、花青素、花色苷的含量。无釉陶缸陈酿和橡木桶陈酿的葡萄酒挥发性香气成分的对比分析，发现二者相同的挥发性成分多达有64种，相对含量分别占各自总含量的97.26%和97.86%，其中具有典型香气特征的酯类物质相同的有24种，表明二者有着相似的香气特征。OPLS-DA结果表明，经橡木桶和无釉陶缸协同橡木片的陈酿后葡萄酒差异不大，但明显区别于新酒。无釉陶缸结合不定型橡木片对葡萄酒的陈酿是可行的，具有实际应用前景。