香气是构成葡萄酒风格和典型性的关键因素,也是衡量葡萄酒品质的主要指标之一,直接影响消费者的评价和选购喜好[1]。葡萄酒的香气十分复杂,现已在葡萄酒中鉴定出1 300多种呈香物质,按官能团不同可分为高级醇类、酯类、脂肪酸类、萜烯类、降异戊二烯类、苯衍生物、羰基类化合物、甲氧基吡嗪和挥发性硫醇类化合物[2-3];按来源不同又可分为品种香、发酵香和陈酿香三种类型[4]。品种香来自于葡萄原料,而原料品质与其品种属性、产区气候、土壤、降雨、海拔、栽培措施等因素密切相关;发酵香来源于酒精发酵(alcohol fermentation,AF)和/或苹果酸-乳酸发酵(malolatic fermentation,MLF)过程中微生物的代谢活动,是葡萄酒香气的重要构成;陈酿香主要是以品种香为基础,经陈酿过程的缩合聚合、水解、氧化还原、醇化和酯化等生物化学反应而形成,对于陈酿型葡萄酒而言具有重要意义。因此,陈酿型葡萄酒的香气成分会随着贮藏时间而发生演变,而各种香气成分的变化会直接导致葡萄酒的香气特征发生变化[5],进而影响到葡萄酒的综合品质。
赤霞珠(Cabernet Sauvignon)原产于法国波尔多(Bordeaux)地区,因易种植、产量稳且品质佳而成为了我国主要的欧亚种酿酒葡萄品种之一,主要用来酿造陈酿型干红葡萄酒。甘肃省河西走廊地处北纬36~40°,光热资源充足、昼夜温差大、土壤矿物质丰富,具有酿酒葡萄种植的优势条件[6],赤霞珠是该产区种植面积最广的酿酒品种。目前,我国学者研究了河西走廊产区赤霞珠葡萄原料的种植地、植株整形方式[7]、原料处理工艺[8]以及酒酒球菌类型[9]对其干红葡萄酒中挥发性风味物质的影响,但有关陈酿与其风味变化的关联性研究报道较少;由于赤霞珠干红为该产区主要的陈酿型葡萄酒,探究陈酿方式对其风味品质的影响具有重要意义。
该研究以河西走廊赤霞珠干红葡萄酒为研究对象,拟采用顶空固相微萃取(headspace solid-phase micro-extraction,HS-SPME)与气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用技术,再结合感官定量描述分析法,揭示其陈酿过程的香气成分和感官特征变化规律,以期为河西走廊产区赤霞珠干红葡萄酒进行合理的惰性容器陈酿提供参考依据。
1.1.1 材料与菌株
赤霞珠葡萄:2022年9月26日采于河西走廊张掖市临泽县板桥葡萄基地,表皮呈紫黑色,可溶性固形物含量为(25.3±0.13)%、总酸含量为(5.60±0.43)g/L(以酒石酸计)、粒径为(1.27±0.07)cm、百粒质量为(96.26±0.67)g、比重为1 118.5±2.6,卫生良好。
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)CECA:安琪酵母股份有限公司;果胶酶RCO:上海鼎唐国际贸易有限公司。
1.1.2 试剂
亚硫酸水溶液(食品级):邹平县江泉工贸有限公司;4-辛醇(色谱纯):美国Sigma-Aldrich公司;氯化钠(分析纯):上海麦克林生化科技有限公司。
SHIMADZU GC-MS-QP2020 NX气质联用仪、SH-Rxi-5Sil MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm):日本岛津公司;固相微萃取装置配有57330-U联用手柄、65 μm/24Ga聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯(polydimethylsiloxane/divinylbenzene,PDMS/DVB)复合萃取头(蓝色):美国Supelco公司。
1.3.1 干红葡萄酒的酿造工艺流程与操作要点
葡萄原料→拣选→除梗→破碎→入罐→硫处理→果胶酶处理→添加酵母→酒精发酵→发酵结束→转罐出汁→满罐贮存→去酒泥→调硫→陈酿→澄清→过滤→装瓶
操作要点:赤霞珠葡萄经拣选后进行100%除梗、50%破碎处理,置于500 L不锈钢发酵罐中(入罐量<80%),同时添加50 mg/L SO2、20 mg/L果胶酶,2 h后添加200 mg/L酿酒酵母启动发酵,在23~27 ℃条件下发酵7 d左右,当发酵液比重低于0.996时,分离自流汁到100 L不锈钢罐中静置2周,然后分离转罐去掉酒泥,对葡萄酒调硫至30 mg/L,继续于不锈钢罐中静置陈酿15个月,期间转罐2次;自然澄清,过滤后装瓶。
1.3.2 酒样采集
采集酒精发酵结束(F3)、陈酿3个月(3M)、6个月(6M)、9个月(9M)、12个月(12M)和15个月(15M)共六个阶段的葡萄酒样,每个阶段均采集3个平行样品,所有酒样密封低温(-20 ℃)贮存待测。
1.3.3 HS-SPME/GC-MS测定
HS-SPME方法:将冻存的葡萄酒样置于4 ℃冷藏解冻。准确量取3 mL待测酒样置于15 mL顶空瓶中,加入0.6 g NaCl、10 μL内标4-辛醇(0.093 g/L)和磁力转子后,即刻旋紧顶空瓶瓶盖;将顶空瓶置于磁力加热搅拌工作台上,于45 ℃恒温条件下平衡15 min,然后将已活化好的PDMS/DVB固相微萃取纤维头插入顶空瓶内,萃取头距离液面1 cm,恒温吸附45 min后取出萃取头立即插入GC-MS进样口解吸5 min,同时启动仪器进行数据采集。
气相色谱条件:检测器及进样口温度分别为230 ℃和250 ℃;升温程序为40 ℃保持3 min,以2 ℃/min升至140 ℃,然后以7.5 ℃/min升至270 ℃,保持6 min;载气为高纯氦气(He)(纯度为99.999%);选用DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),流速为1.78 mL/min,不分流。质谱条件:电子电离(electronic ionization,EI)源,电子能量70 eV、离子源温度230℃、传输线温度270℃;全扫描模式(30~450m/z)。
定性定量方法[10]:通过检索美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)质谱库,并结合图谱和文献信息对酒样中挥发性化合物定性;再以4-辛醇(0.093 g/L)为内标进行定量。
1.3.4 关键香气物质筛选
香气活性值(odor activity value,OAV)是指某种香气物质与其阈值的比值,常用来进行食品及葡萄酒中关键香气物质的筛选[11],某物质的OAV数值越大则其香气贡献度就越高。通常OAV>0.1为有效香气物质,其中OAV>1.0为关键香气物质、OAV介于0.1~1则可协同贡献香气物质;OAV<0.1对香气无贡献作用[12]。OAV的计算公式如下:
式中:Xi为香气物质的质量浓度,μg/L;OTi为香气物质的气味阈值,μg/L。
1.3.5 感官定量描述分析
参照TAO Y S等[13]的方法并略有改动。基于感官阈值测定结果筛选出10名学生组成品评小组,包括7名女性和3名男性,年龄在20~25岁之间,无不良嗜好。首先采用Le Nez du Vin葡萄酒标准香气体系,对品评小组进行闻香训练,直至品尝员对每一种香气的辨识精确度≥95%时进行正式感官分析。试验中每个样品设置2个平行,随机区组设计。品尝员依次进行静止闻香和摇杯闻香各5~10 s,要求用标准香气体系中5~8个香气词汇记录样品香气特征,并用10点标度尺做强度量化:0~2(很弱)、2~4(弱)、4~6(中等)、6~8(强)、8~10(很强)。香气特征量化强度值(modified frequency,MF)以该特征在品尝小组中使用频率和强度得分率的几何平均数表示,计算公式如下:
式中:MF为某一香气特征的最终量化强度值,%;F为某一香气词汇的使用频率,%;I为某一香气强度值平均数占最大值(10分)的百分数,%。
1.3.6 葡萄酒的理化指标测定
参考GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》进行测定,其中酒精度和干浸出物采用密度瓶法、总酸(以酒石酸计)用指示剂法、总糖用斐林滴定法、挥发酸(以乙酸计)用蒸馏法、总二氧化硫用碘量法;pH值用pH计测定。
1.3.7 数据分析
通过Microsoft Office Excel 2019进行数据整理;采用SPSS 21.0软件对数据进行分析;采用OriginPro软件绘图。
葡萄酒的基础理化指标是评判其品质的基本依据,主要包括酒精度、干浸出物、残糖、挥发酸以及金属元素等,指标大小取决于葡萄原料、发酵及陈酿过程。发酵结束及陈酿期间酒样的主要理化指标见表1。
表1 赤霞珠干红葡萄酒的基础理化指标
Table 1 Basic physiochemical indicators of Cabernet Sauvignon dry red wine
注:同列标注不同小写字母表示差异显著(P<0.05,n=3);“/”表示此项目无限量要求。
供试酒样发酵结束F3陈酿6M陈酿15M GB/T15037—2006项目酒精度/vol% 干浸出物/(g·L-1) 残糖/(g·L-1) 总SO2/(mg·L-1) 挥发酸/(g·L-1) pH值 总酸/(g·L-1)13.2±0.72a 13.3±0.67a 13.3±0.95a>8.0 20.7±1.19a 21.8±0.93a 21.2±0.64a>18 2.8±0.38a 2.5±0.26b 2.4±0.30b<4.0 95.4±6.30a 120.7±5.70b 122.0±9.11b<250 0.24±0.04a 0.26±0.02a 0.54±0.13b<1.2 4.08±0.01a 3.62±0.00b 3.48±0.01b/4.25±0.14a 5.05±0.17b 5.31±0.32b/
由表1可知,发酵结束时酒样残糖为2.8 g/L,说明葡萄原料中的可发酵糖被完全转化成了酒精,该葡萄酒为干型;另外,发酵结束后的酒精度、干浸出物、总SO2和挥发酸含量均符合国标GB/T 15037—2006《葡萄酒》相关规定,说明AF工艺及监控措施合理。陈酿6M和15M酒样的各项理化指标也符合国标要求,说明陈酿过程的监管措施良好,该葡萄酒装瓶质量合格。在GB/T 15037—2006《葡萄酒》中没有对总酸和pH的限定,但酸度指标对葡萄酒的口感平衡、颜色稳定性和耐储性均有重要影响[14],较高总酸有助于提升其综合品质。
采用GC-MS测定陈酿期间赤霞珠干红葡萄酒中挥发性风味物质,并计算其OAV,结果见表2。
表2 赤霞珠干红葡萄酒中挥发性化合物含量及香气活性值测定结果
Table 2 Determination results of volatile compounds contents and OAV in Cabernet Sauvignon dry red wine
化合物名称 CAS号 阈值/(μg·L-1) 气味描述质量浓度/(μg·L-1)3M 6M 9M 12M 15M OAV 3M 6M 9M 12M 15M酯类乙酸异戊酯辛酸乙酯己酸乙酯乙酸苯乙酯癸酸乙酯丁酸乙酯丁二酸二乙酯乳酸乙酯乙酸己酯水杨酸乙酯肉豆蔻酸乙酯123-92-2 106-32-1 123-66-0 103-45-7 110-38-3 105-54-4 123-25-1 97-64-3 142-92-7 118-61-6 124-06-1 30 5 14 250 200 20 500 000 100 000 670/2 000 1 691.65a 359.31a 356.53a 199.40a 90.12a 85.31b 44.18e 11.45c 17.35a 2.84a 2.36a 1 657.52a 334.45a 327.89ab 199.38a 84.82a 73.42b 88.79d 16.86b 14.61a 2.52b 2.10b 1 440.59b 189.32c 300.23b 186.31ab 39.83b 107.10a 165.94c 29.80a 8.86b 2.72a-953.79c 253.07b 312.85b 158.84bc 47.40b 52.44c 274.9b 31.77a 9.97b 2.79a-841.51c 209.22c 297.8b 135.57c 40.16b 73.84b 311.88a 31.25a 4.63c 2.50b-56.39 71.86 25.47 0.80 0.45 4.27 55.25 66.89 23.42 0.80 0.42 3.67 48.02 37.86 21.45 0.75 0.20 5.36 31.79 50.61 22.35 0.64 0.24 2.62 28.05 41.84 21.27 0.54 0.20 3.69 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.03 0.02 0.01 0.01 0.01-0-0——--香蕉、热带水果花香、菠萝、梨青苹果、茴香花香、桃子、蜂蜜苹果、花香、蜡质味果香、草莓、苹果葡萄香、瓜果香奶油、果香、脂肪味苹果、樱桃、梨、花香/甜味、奶酪
续表
化合物名称 CAS号 阈值/(μg·L-1) 气味描述质量浓度/(μg·L-1)3M 6M 9M 12M 15M OAV 3M 6M 9M 12M 15M 3-甲基丁酸乙酯2-甲基丁酸乙酯乳酸异戊酯9-癸烯酸乙酯白氨酸乙酯苯乙酸乙酯棕榈酸乙酯棕榈酸甲酯月桂酸乙酯2-羟基己酸乙酯辛酸甲酯辛酸异戊酯γ-丁内酯3-苯丙酸乙酯己酸异戊酯壬酸乙酯高级醇类异戊醇苯乙醇2-甲基丁醇正己醇异丁醇正辛醇月桂醇2,3-丁二醇3-甲基-1-戊醇壬醇苯甲醇正丁醇正庚醇正癸醇2-乙基己醇4-甲基-1-戊醇3-甲硫基丙醇(+)-异薄荷醇雪松醇2-庚醇2-壬醇十三醇十四醇脂肪酸类辛酸癸酸己酸乙酸108-64-5 7452-79-1 19329-89-6 67233-91-4 10348-47-7 101-97-3 628-97-7 112-39-0 106-33-2 6946-90-3 111-11-5 2035-99-6 96-48-0 2021-28-5 2198-61-0 123-29-5 3 5.15b 1.72 18 200 100/650 1 000/1500/200 125 100 000--3.90d 2.89c 3.51c 4.27c 9.28c 3.94c 9.51a 3.74b 2.39b-1.66a--6.61a 3.34e 3.74c 7.76b 4.67a 3.13a-1.81a 2.32a-1.39b 1.40a 1.16b 2.07e-4.28b 5.51b 5.94d 3.16d 3.77c 3.99b 2.16bc-1.73a 2.03b 1.98b 1.56a 1.28a 1.52a 0.07-0.01 0.01 0.69-0.02 0.06 6.24a 5.63b 9.80a 6.32a 11.29b 6.66a 2.50d-2.75a 13.34a 1.70a-3.52a 1.63a 4.53c 8.33a 4.69b 3.71d 13.08a 5.89b 3.36c 3.21c 1.89c 13.50a 1.26b 0.95c 1.94b 1.50ab-1.05b 1.30 0.16 0.02 0.04-0.01 0.01 2.08 0.31 0.05 0.06-0.01 1.51 0.46 0.02 0.04-0.01-0 --0 0 - 0 --0 -0- 0 -0- 0 -0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.01--0.01 0.01//1.24c 1 300——-- - 0 0- - 0-- - - --0 - - -0- - 0浆果、黑莓水果、青苹果香/生青味、果香、脂肪味/蜂蜜脂肪味、腐败味、甜味/果香、花香、奶酪/浓郁的柑橘味水果香、奶酪果香、焦糖草莓、奶油菠萝蜜果香、玫瑰花、腊味123-51-3 1960/12/8 137-32-6 111-27-3 78-83-1 111-87-5 112-53-8 513-85-9 589-35-5 143-08-8 100-51-6 71-36-3 111-70-6 112-30-1 104-76-7 626-89-1 505-10-2 23283-97-8 77-53-2 543-49-7 628-99-9 112-70-9 112-72-1 30 000 10 000/8 000 40 000 120/120 000 500 600 200 000 150 000 200 400 8 000 50 000 500 6302.31a 1163.93b 646.92d 126.18a 123.45a 32.47a 22.18c 19.66b 15.93b 15.09b 10.36d 9.90ab 9.65b 9.40b 7.81c 7.34b 0.21 0.12-0.02 0 0.27 0.22 0.13-0.02 0 0.28 6733.42a 1307.58a 756.16c 126.29a 127.80a 34.09a 36.16ab 13.94c 17.91a 16.14ab 32.91b 10.99a 7.14c 9.93b 9.35b 8.56a 4.60 3.93a 3.27ab 2.74a 1.52a 6861.59a 1364.41a 860.22b 127.59a 127.43a 34.05a 6.91d 32.62a 15.39b 15.40b 22.23c 4.24d 12.00a 8.77bc 10.45a 7.87ab-3.04b 4601.59c 1332.03a 880.12b 106.51c 91.08b 36.24a 40.73a 11.55c 14.13bc 18.52a 53.29a 8.47b 6.73c 11.24a 9.30b 6.13c-3.05b 3.35a 1.70b 1.59a 1.46b 3.59a 5972.11b 1276.42ab 920.39a 119.27ab 97.48b 34.54a 33.89b 0.70d 13.60c 15.82b-6.51c 6.82c 8.12c 7.98c 6.84bc-3.17b 3.69a-1.58a 1.21b 3.89a 0.23 0.14-0.02 0 0.28 0.15 0.13-0.01 0 0.3 0.2 0.13-0.01 0 0.29-0-0-0-0-0 0.03 0.03 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.05 0.02 0.04 0.02 0.06 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02奶酪、苦杏仁蜂蜜、玫瑰、丁香花香蕉味、酒香味辛辣、青草杂醇、酒精、溶剂味茉莉花、柑橘、玫瑰花/黄油、奶油辛辣、青草香青草香花香味酒精味、草药葡萄、甜味蜡香、甜香、花香、果香0 0//--生土豆、蒜味、脂肪味0.01//——2.88b 1.93b 1.42a 0 0 - - -0 0 - - -//250 58 0.01 0.02 0.01 0.03 0 0 - - - -0 0 - - - -1.54a 40.77a-0.03 0.01 0.03 0.03青香、柑桔香气不愉悦的花香//——————--//124-07-2 334-48-5 142-62-1 64-19-7 500 1 000 420 200 237.25c 76.94d 54.73b 20.47b 286.44b 90.18cd 66.84ab 19.31b 354.59a 129.13b 72.10a 28.51a 348.77a 160.56a 67.90ab 26.83a 356.30a 118.07b 79.40a 20.60b 0.47 0.08 0.13 0.10 0.57 0.09 0.16 0.10 0.71 0.13 0.17 0.14 0.7 0.16 0.16 0.13 0.71 0.12 0.19 0.10脂肪味、腐臭不愉快的脂肪味奶酪、腐臭脂肪味醋味
续表
注:“/”表示未查到;“-”表示未检出;同一行不同小写字母表示差异显著(P<0.05,n=3);参考文献[13,15-20]确定香气化合物的阈值和气味描述词。
化合物名称 CAS号 阈值/(μg·L-1) 气味描述质量浓度/(μg·L-1)3M 6M 9M 12M 15M OAV 3M 6M 9M 12M 15M异戊酸月桂酸异丁酸3-甲基戊酸壬酸丁酸醛酮类2,4-二甲基苯甲醛癸醛壬醛辛醛苯甲醛2-甲基-4-庚酮4-辛酮乙偶姻萜烯类香茅醇香叶醇芳樟醇β-大马士酮香叶基丙酮α-松油醇α-松油烯2-甲基萘反式-橙花叔醇其它类2-甲基辛基苯2,3-二甲基戊烷2,4,6-三甲基辛烷503-74-2 143-07-7 79-31-2 105-43-1 112-05-0 107-92-6 3 000/2 300/500 1 000-23.07a 10.37c 13.00a 10.26b 1.39c 15.01a 15.23c 12.39b-8.19c 1.43c 15.69a 14.82c 12.21b 9.81b 6.48d-13.58b 14.55c 16.55a-7.51cd 1.68b 16.82a 18.19b 18.01a-12.89a 2.15a 0- 0 -0-0.02 0.01-0.01-0.02 0.01-0.01-0.01 0.01-0.02 0.01-0.01-0.03泡菜味、腐败味/脂肪味/椰子、脂奶油15764-16-6 112-31-2 124-19-6 124-13-0 100-52-7 626-33-5 589-63-9 513-86-0/--0-0-0-/10 15/2 000 9.80a 0.98 0- --- --- -15.18b-4.81b 16.10b 1.87c 4.57b 0.32 0.28 0.77 0.69 0.19 0.30——青草、柑橘生青味/杏仁////150 000 18.43ab 13.05a-18.95a 12.81a-23.50a-4.21b-1.21 19.77a 13.41a 3.02a 7.69b 10.38a 2.51-17.09b 11.86a 1.80c 19.08a 12.27a 2.12b-- - - - --- - - --0 - - 0-- - - 0-- - -0脂肪、奶油106-22-9 928-96-1 78-70-6 23726-93-4 689-67-8 10482-56-1 99-86-5 91-57-6 40716-66-3 100 300 25 0.05 60 250 2.62a 4.92a-19.59b 6.43b 2.32ab 5.26a-24.59a 9.91a 2.07b 4.93a-22.25ab 2.81e 0.03 0.02-391.8 0.11 0.02 0.02-491.8 0.17 0.02 0.02-445 0.05 0.02 0.01 0.62 465 0.06 0.02 0.02 0.61 454.8 0.08 0.01玫瑰、青草、丁香花柠檬、玫瑰、天竺葵柑橘、熏衣草桃、李、苹果、花香花香花香、水蜜桃香//——2.28b 0- -//700 3.18a-1.77c 4.35b 15.62a 23.25a 3.45d 0.61b 2.89a 1.73c 3.87a 1.53d 4.95a 15.20a 22.74ab 4.88c 2.99a 1.53b 2.53b 1.94b 0.01玫瑰、苹果、甜花香49826-80-4 565-59-3 62016-37-9// /220.41——- --- - - - ---140.35c 225.21a 233.33a 9.98 186.24b 0- - - - - -0- - - - - -0- - - - - --- --- 0 - - -// /
2.2.1 挥发性风味物质的种类及总量变化分析
由表2可知,赤霞珠干红葡萄酒中共检出80种挥发性化合物,包括27种酯类、23种高级醇类、10种脂肪酸类、8种醛酮类、9种萜烯类以及3种其他类型物质。挥发性化合物的总含量在陈酿9M时达最大值(13 039.28 μg/L),且陈酿后期(12~15M)低于前期(3~6M)。赤霞珠干红葡萄酒中挥发性物质种类汇总结果见图1,赤霞珠干红葡萄酒陈酿过程各类挥发性风味物质总量及占比结果见图2。
图1 赤霞珠干红葡萄酒中挥发性风味物质种类
Fig.1 Types of volatile flavor compounds in Cabernet Sauvignon dry red wine
a为全部挥发性风味化合物;b为酯类;c为高级醇类;d为脂肪酸类。
图2 赤霞珠干红葡萄酒陈酿过程各类挥发性风味物质总量及占比
Fig.2 Total contents and proportion of various categories volatile flavor substance during aging process of Cabernet Sauvignon dry red wine
由表2结合图1可知,在陈酿6M和15M时酯类种类最多(25种),高级醇在12M时种类最多(22种),脂肪酸在陈酿期间种类不变(9种),醛酮类在9~15M期间种类相同(6种),萜烯类在陈酿后期(12~15M)种类最为丰富(9种);赤霞珠干红葡萄酒在陈酿期间的共有化合物为47种,包括18种酯、16种高级醇、7种脂肪酸、2种酮和4种萜烯类物质,这些成分可能与赤霞珠品种香及发酵香有关[15]。
由表2结合图2可知,高级醇类是各时期酒样中含量最多的挥发性风味物质,其次为酯类和脂肪酸类,而含量最低的是醛酮类和萜烯类。随着陈酿时间的延长,酯类物质含量呈持续降低趋势,这可能与陈酿期间发生的酸性水解和氧化作用有关[21],且陈酿前期酯类在挥发性化合物总量中占比最大,推测酯类应该是葡萄酒陈酿前期风味的主要贡献成分;高级醇类在陈酿12M时含量(7 242.4 μg/L)显著低于其他时期酒样(P<0.05),且此时含量占比也最低(69.56%),其次为3M酒样(70.04%),推测该物质能用来解释3M和12M酒样与其他时期酒样的风味差异性;脂肪酸类含量呈上升趋势,这应该与陈酿过程酯类物质的水解有关[22],其中在陈酿12M时含量(657.93 μg/L)和占比(6.32%)均最高,其次为15M酒样,表明脂肪酸类可影响陈酿后期葡萄酒风味的形成。此外,醛酮类在陈酿9M时其含量(65.12 μg/L)及占比(5.0%)均最大,且在6~15M期间无显著差异(P>0.05);萜烯类含量在陈酿后期显著高于其它时期(P<0.05),尤以12M时占比(0.55%)最大,其次为15M(0.51%),该类物质可能与陈酿后期的风味形成有关。
由此可知,经惰性容器陈酿期间,赤霞珠干红葡萄酒中挥发性物质的总种类和总含量均呈先上升后下降再上升的趋势,在15M时总种类最多、9M时总含量最高;其中,陈酿期间酯类及高级醇类的总含量基本呈下降趋势,而脂肪酸、醛酮和萜烯类物质的总含量则有所增加,其他化合物的总含量较为平稳。
2.2.2 挥发性风味物质的含量变化分析
(1)酯类化合物
酯类主要在葡萄酒发酵和陈酿过程形成,赋予葡萄酒丰富的花果类香气[23];其中乙酯类化合物具有浓郁的甜美花果气味[24],对葡萄酒香气质量有重要贡献。由表2可知,能够对葡萄酒产生风味影响的酯类化合物有8种(OAV≥0.1),其中5种(乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯和3-甲基丁酸乙酯)有直接风味贡献作用(OAV>1),是关键香气物质,而乙酸异戊酯和辛酸乙酯的OAV最大,表明二者对赤霞珠干红葡萄酒的风味形成具有关键作用,这与谭伟等[25]的研究结论一致。具体而言,乙酸异戊酯的含量在陈酿过程持续下降,其含量在3M时最高(OAV=56.39)且与6M无显著差异(P>0.05),可赋予葡萄酒浓郁的香蕉和水果风味;辛酸乙酯含量在3M时最高(OAV=71.86)且与6M无显著差异(P>0.05)、但在9M时降至最低(OAV=37.86),能带来强烈的花香、菠萝和梨的气味;己酸乙酯的含量在3M最高(OAV=25.47)且与6M无显著差异(P>0.05),可带来清晰的青苹果和茴香味;丁酸乙酯含量在9M时最高(OAV=5.36)、12M时最低(OAV=2.62),赋予葡萄酒甜美的草莓、苹果等果香;3-甲基丁酸乙酯在6M时含量最低,此时不对酒样风味产生直接影响,但在其他时期OAV>1,尤其对12M酒样(OAV=2.08)和3M酒样(OAV=1.72)有重要贡献,赋予葡萄酒丰富的浆果和黑莓味。另外,乙酸苯乙酯、癸酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯等也为有效香气物质,可协同强化葡萄酒中水果、花香和蜂蜜味。
(2)高级醇和脂肪酸类化合物
高级醇是葡萄酒香气物质的重要组成,主要通过AF阶段的糖代谢、脂肪酸代谢、氨基酸脱羧脱氢等生成[26],当总量<300 mg/L时会带来令人愉悦的复杂香气[21],反之则会对葡萄酒香气品质和饮用安全带来不良影响。由表2可知,所有酒样中高级醇总量都远低于300 mg/L,异戊醇、苯乙醇和正辛醇具有协同贡献风味的作用(OAV>0.1),为有效香气物质。异戊醇是含量最大的高级醇,其含量在陈酿9M时最高(OAV=0.23),而在12M时(OAV=0.15)则显著低于其他各组(P<0.05),可带来奶酪和苦杏仁等负面风味;苯乙醇是重要的酚类高级醇,其含量在9M最高(OAV=0.14)且在陈酿6~15M期间无显著差异(P>0.05),可提供蜂蜜、玫瑰和丁香花味。此外,陈酿期间2-甲基丁醇含量较高且呈明显上升趋势,但因阈值未知而无法判断其风味贡献作用,有待后续进一步探究。
脂肪酸主要产生于AF和MLF过程,其含量较低时会给葡萄酒带来奶酪风味,但含量过高可引起“酸败”、“脂肪”和“腐臭”等不良风味[27]。由表2可知,辛酸、癸酸、己酸和乙酸是有效香气物质,具有协同贡献风味的作用(OAV>0.1),其中前三者为主要的C6~C10脂肪酸,具有阈值低、挥发性强的特点,对葡萄酒的风味平衡有重要影响[28];辛酸是各陈酿阶段含量最大的脂肪酸,其在9M和15M时含量最高(OAV=0.71),其次为12M(OAV=0.70),具有脂肪味和腐臭味;癸酸在12M时含量最大(OAV=0.16),具有不愉快的脂肪味;己酸在15M时含量最高(OAV=0.19)、3M时最低(OAV=0.1),可带来奶酪和腐臭气味;乙酸呈醋酸味,其含量在9M(OAV=0.14)和12M(OAV=0.13)时相对较高。
(3)醛酮类和萜烯类化合物
醛和酮类主要产生于发酵和陈酿过程,可赋予葡萄酒优雅独特的香气[29]。萜烯类由葡萄糖经类异戊二烯途径在葡萄浆果中合成,是葡萄酒品种香的重要来源,影响着葡萄酒的风格和典型性[30]。由表2可知,癸醛和壬醛是有效香气物质,具有协同贡献风味的作用(OAV>0.1),其中癸醛在3M时的含量最大(OAV=0.9)、其次为12M酒样(OAV=0.77),具有青草、柑橘味;壬醛在12M时的含量(OAV=0.69)显著高于其它时期(P<0.05),呈现出一定的生青味。此外,影响赤霞珠干红葡萄酒风味的萜烯类物质为β-大马士酮、香叶基丙酮和芳樟醇,其中,β-大马士酮的含量呈波浪式变动,其OAV(391.80~491.80)显著高于各时期其他香气物质(P<0.05),是赤霞珠干红葡萄酒风味的关键贡献者,这与李媛媛等[31]基于“贺兰山东麓赤霞珠”的研究结论一致,推测该物质可能是赤霞珠品种的标志成分,可在整个陈酿过程中赋予葡萄酒强烈的桃、李、苹果等水果味和花香味;而芳樟醇只在陈酿12M(OAV=0.62)和15M(OAV=0.61)时为有效风味物质,可赋予葡萄酒一定的柑橘和熏衣草香气。
为了确定河西走廊产区赤霞珠干红葡萄酒陈酿期间的整体香气差异性和演变规律,对表2中OAV>0.1的20种有效香气物质作聚类分析热图,结果见图3。
图3 赤霞珠干红葡萄酒主要香气成分聚类分析热图
Fig.3 Heatmap of cluster analysis of the major aroma compounds of Cabernet Sauvignon dry red wine
香气物质含量从蓝到红依次升高,仅在同一行进行组间对比;左侧树状图按照各香气物质含量在不同酒样的分布情况进行聚类,上侧树状图按照香气物质类型在不同酒样的分布情况进行聚类,相同分支代表分布情况较为相似。
由图3可知,陈酿3个月(3M)和6个月(6M)的酒样可聚为一类,陈酿15个月(15M)和12个月(12M)的酒样可聚为一类,陈酿9个月(9M)与陈酿后期酒样具有一定相似性。在陈酿3M酒样中,己酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸异戊酯、癸酸乙酯、癸醛和乙酸苯乙酯共6种物质的含量相对最高,酒样突显浓郁的青苹果、香蕉、菠萝、梨、柑橘等果味和花朵香气,即此阶段以甜美型果香为主。陈酿6M时酒样中酯类含量分布与3M相似,但是香叶基丙酮和β-大马士酮达最高含量,葡萄酒呈现出更浓郁的桃、李、苹果等水果和花香味。继续陈酿至9M时,大部分酯类含量下降、而有机酸和高级醇含量升高,此时含量较高的5种香气物质为丁酸乙酯、异戊醇、苯乙醇、乙酸和辛酸,葡萄酒展现出草莓、苹果、花香和蜂蜜香气,可能还会出现苦杏仁、脂肪和醋等气味,表明陈酿9M时葡萄酒开始展现出一定的香气多样性。陈酿至12M时,大部分酯类含量低于均值,而萜烯类、醛类、高级醇类的含量均有明显增加,此时癸酸、壬醛、芳樟醇、正辛醇、3-甲基丁酸乙酯、癸醛、乙酸和辛酸共8种物质的含量较高,使葡萄酒呈现出更明显的青草、花朵、柑橘及黑莓等浆果香气;另外,此时由较高含量的β-大马士酮带来的甜美花果香气也较为重要,即陈酿12M葡萄酒具有良好的香气饱满度及层次感。在陈酿15M时,只有己酸、辛酸、芳樟醇和2-甲基丁酸乙酯的含量相对较高,其香气层次感弱于12M酒样。因此,经惰性容器陈酿期间,赤霞珠干红葡萄酒的香气类型、浓郁度和复杂度会发生变化,其中以陈酿12个月时的整体香气质量最佳。
葡萄酒是一种感官嗜好性酒精饮料,感官评定是其风味研究的重要途径。对品评小组给出的所有单一香气特征量化强度值(MF)进行计算,然后将其归纳为10大类并计算各时期的大类香气总MF值,结果见图4。
图4 赤霞珠干红葡萄酒陈酿期间的香气特征量化强度值
Fig.4 MF value of aroma characteristics of Cabernet Sauvignon dry red wine during aging
生青味包括青草、雪松、青椒、黑醋栗芽孢;黑色水果包括黑醋栗、黑莓、蓝莓、李子;红色水果包括红醋栗、樱桃、草莓、覆盆子;温带水果包括桃、苹果、梨、香瓜;热带水果包括柑橘、柚子、香蕉、菠萝;花香包括玫瑰、洋槐花、山楂花、紫罗兰、丁香花;香料包括桂皮、香草、胡椒;其它香气包括奶酪、蜂蜜、咖啡、焦糖、黑巧克力;不良气味包括杏仁、蒜、蘑菇、皮革。
由图4可知,葡萄酒陈酿期间除异味外的总MF值排序为12M(513.80)>9M(432.85)>3M(417.04)>15M(401.11)>6M(397.39),即陈酿12M时香气强度最高。就各类香气而言,生青味MF值在陈酿12M时最高(49.92)、其次为3M(49.53);黑色水果MF值在12M时最高(76.07)、其次为3M(66.89);红色水果MF值在9M时最高(74.33)、其次为3M(66.72),但在陈酿后期(12M、15M)却明显减弱;温带水果MF值在12M时最高(68.27),其次为3M(59.84),在其他各时期基本一致;热带水果MF值在陈酿3M、6M和12M时均相对较高;花香MF值在12M时最高(63.59),其次为3M和6M;香料MF值在15M最高(61.37),烘烤味在9M时出现且在12M时达最大MF值(51.72);其它风味在陈酿期间逐渐强化且至12M时MF值达到最大(93.94)。此外,不良气味在12M时最弱(5.87)、15M时最强(37.81)。因此,经惰性容器陈酿3M时,葡萄酒呈现出浓郁的水果、花香和生青味;陈酿6M时花果香减弱,但其它香气带来了一些复杂度;陈酿9M时更为突显清爽红果和其他风味,同时伴有香料和烘烤味,此时香气具备层次感却缺乏协调性;继续陈酿至12M时,呈现出浓郁的甜美花果香、兼具烘烤、其它风味和适当的香料味,且无明显异味,展现出良好的香气协调性和复杂度;在15M时花果味再次减弱,而香料味、异味和其他风味相对突显,致使葡萄酒的香气协调性下降。从香气感官量化结果的分析来看,河西走廊赤霞珠干红葡萄酒经惰性容器陈酿12个月时具备较佳香气品质,这与GC-MS分析结果基本一致。
赤霞珠干红葡萄酒经惰性容器陈酿期间共检出80种挥发性化合物,包括27种酯类、23种高级醇类、10种脂肪酸类、8种醛酮类、9种萜烯类以及3种其他类型物质。不同陈酿阶段各类挥发性化合物按种类多少排序为酯类>高级醇类>脂肪酸类,按含量高低排序为高级醇类>酯类>脂肪酸类,而种类和含量最少均为萜烯类和醛酮类。
赤霞珠干红葡萄酒陈酿期间OAV>0.1的有效香气物质共20种,其中有6种(OAV>1)为直接贡献香气的关键成分(乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、β-大马士酮)、其余14种物质(乙酸苯乙酯、癸酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、异戊醇、苯乙醇、正辛醇、辛酸、癸酸、己酸、乙酸、癸醛、壬醛、芳樟醇和香叶基丙酮)具有协同香气贡献作用。由热图可知,葡萄酒中有效香气物质含量在陈酿期间有较大差异,陈酿前期(3~6M)以酯类为主,中期(9M)酯类降低且有机酸、高级醇含量增加,陈酿12M时萜烯类、醛类、高级醇类等多种香气含量普遍上升,而随后(15M)又明显下降,由此造成陈酿期间葡萄酒香气特征的差异性;进一步由感官分析表明,经惰性容器陈酿期间,河西走廊赤霞珠干红葡萄酒陈酿12个月时,呈现出浓郁的甜美花果香、烘烤、香料味以及奶酪、咖啡、焦糖等其它风味,具有良好的综合香气品质。
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