橡木桶中的化学组分在陈酿时逐渐被浸提到葡萄酒中并发生复杂的化学反应,从而影响葡萄酒的颜色、香气和口感。橡木中主要的化学成分为半纤维素、纤维素、木质素和水解单宁等[1],溶解在葡萄酒中纤维素与木质素水解后能增加葡萄酒中性多糖的含量、降低葡萄酒涩味,从而改善葡萄酒的口感[2],且不含单宁的橡木制品对葡萄酒甜度的增强更加明显[1]。此外,橡木片上的微孔使桶中酒液处于微氧化环境,进而葡萄酒单宁得以软化,口感更柔和;在此期间,单宁与花色素形成的聚合色素也更有利于葡萄酒颜色的稳定[3]。
橡木桶使用寿命短、更换频次高、利用率低,橡木资源匮乏和生产成本高等因素使其使用受限[1],而逐渐被橡木制品如橡木片、橡木条和橡木板等替代,橡木制品效果与在橡木桶中进行发酵、陈酿类似[4-5],且在发酵的任何时期添加橡木制品均能一定程度地增加葡萄酒中酚类物质的含量[6]、颜色的稳定性及香气的浓度与复杂度[7]。然而,橡木制品的添加量、熟成时间、烘烤程度和产地等多种因素均会影响葡萄酒质量。此外,葡萄酒的酒精度和酿酒品种将影响橡木中浸出的化学组分构成及含量[6]。因此,本研究以河北省张家口产区的‘赤霞珠’葡萄酿成的干红葡萄酒为试验对象,采用2个产地2种烘烤程度的橡木片,分别陈酿3个月,探究葡萄酒的总酸、还原糖等基本理化指标、酚类物质和抗氧化能力等的变化,以期为橡木制品在葡萄酒陈酿中的应用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
酿酒原料：于2020年9月在河北省张家口葡萄园采集红色酿酒品种‘赤霞珠’,可溶性固形物含量为20.91%,总酸含量为5.73 g/L(以酒石酸计)。
酿酒辅料：果胶酶RCO,德国AB酶制剂公司;酵母CEC01,安琪酵母股份有限公司;偏重亚硫酸钾,天津津北精细化工有限公司;橡木片[法国中度烘烤岩生栎橡木片(FM)、法国重度烘烤岩生栎橡木片(FH)、美国中度烘烤白栎橡木片(AM)、美国重度烘烤白栎橡木片(AH)],上海鼎唐国际贸易有限公司。
试剂：无水乙醇、甲醇、K3[Fe(CN)6]、KH2PO4、K2HPO4、FeCl3、三氯乙酸、K2S2O8、H2O2、十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)等,均为国产分析纯;芦丁标准品,阿拉丁试剂公司;Trolox、DPPH、菲洛嗪、新亚铜试剂、ABTS,Sigma-Aldrich(上海)贸易有限公司。
1.2 仪器与设备
Carry 60紫外可见分光光度计,安捷伦科技有限公司;雷磁PHS-3E pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司;FA2104N分析天平,上海菁海仪器有限公司;高速冷冻离心机,上海亚荣生化仪器厂;旋涡混合仪,海门市其林贝尔仪器制造有限公司;恒温水浴锅,上海力辰邦西仪器科技有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 ‘赤霞珠’红葡萄酒的酿造工艺
使用200 L控温发酵罐酿造‘赤霞珠’干红葡萄酒,入罐后添加60 mg/L SO2和30 mg/L果胶酶,而后接种200 mg/L商业酵母启动酒精发酵(25±1) ℃。每日监测比重和温度,同时进行压帽。当发酵汁比重降至0.992左右时终止酒精发酵,分离出罐,加入50 mg/L SO2,满罐贮藏。1个月之后,使用2 L聚乙烯容器分离灌装酒样,并分别向酒中添加4 g/L不同类型橡木片(FM、FH、AM和AH),并将未添加橡木片的酒样作为对照组(CK),每个处理设置3个生物学重复。处理后的酒样在聚乙烯密封罐中于10 ℃条件下避光陈酿。陈酿期间,每隔30 d取一次样,对其进行酚类物质和抗氧化活力的测定。储藏90 d后进行橡木片与酒液的分离,分离后的酒样于4 ℃冰箱中保存,用于后续指标的测定。
1.3.2 酒样基础理化指标的测定
还原糖、酒精度、总酸(以酒石酸计)、pH和挥发酸(以醋酸计)参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定,色度和色调参考赵益梅等[8]的方法进行测定和表示。
1.3.3 酚类物质的测定
总酚含量采用福林-肖卡法测定,于765 nm处测定样品吸光值[9];总类黄酮含量参考PEINADO等[10]的方法进行测定;总单宁含量采用王华[9]的方法测定;总花色苷含量参考赵益梅[11]的方法测定。
1.3.4 抗氧化活性的测定
金属离子螯合能力、ABTS阳离子自由基清除力和DPPH自由基清除力的测定参考王晓宇[12]的方法测定,结果以Trolox当量值表示,单位为μmol/L;·OH清除能力(hydroxyl radical scavenging activity,HRSA)的测定采用薛山等[13]的方法。
1.3.5 数据分析
使用SPSS 26.0软件进行数据整理,结果以平均值±标准差的形式表示,并进行差异显著性分析(多因素方差分析,Duncan法,P<0.05)和Pearson相关性分析(P<0.05,P<0.01)和主成分分析;使用Origin lab 2021软件用于作图。
2 结果与分析
2.1 葡萄酒基本理化指标分析
经检测,橡木片处理葡萄酒的所有理化指标均符合国家标准GB/T 15037—2006《葡萄酒》的规定要求。由表1可知,橡木片处理的葡萄酒残糖含量和色度相比于CK均有显著增加,其中AH处理的残糖含量和色度均最高,相比CK分别增加了33.6%、6.2%,可能与陈酿期间橡木和葡萄酒中葡萄糖苷的水解有关[2];此外,橡木片处理的葡萄酒酒精度也显著增加(P<0.05),这与刘晓燕等[14]的结果一致。色度和色调分别能反映葡萄酒中花色苷的含量与种类,橡木中单宁和多糖能与葡萄酒中花色苷结合形成聚合色素,有利于葡萄酒颜色的稳定[8]。本文酒样的挥发酸含量在0.03～0.09 g/L,均远低于GB/T 15037—2006《葡萄酒》规定的1.2 g/L。与CK相比,FM、FH、AM和AH处理组葡萄酒的总酸和游离SO2含量均有显著降低(P<0.05),这与李斌斌等[15]研究结果一致。
表1 ‘赤霞珠’葡萄酒基本理化指标
Table 1 Basic physical and chemical indexes in Cabernet Sauvignon wine
处理方式残糖/(g/L)总酸/(g/L)挥发酸/(g/L)酒精度/%vol游离SO2/(mg/L)色度色调CK2.41±0.11a4.68±0.01b0.09±0.01c9.84±0.02a4.98±0.04b0.81±0.01a0.91±0.02aFM3.06±0.10b4.55±0.02a0.06±0.02b9.95±0.01b3.68±0.28a0.85±0.02b0.95±0.01bFH3.02±0.35b4.56±0.03a0.05±0.01ab9.96±0.02b3.89±0.07a0.83±0.01b0.93±0.02abAM3.07±0.23b4.59±0.02a0.05±0.01ab9.94±0.02b3.68±0.13a0.84±0.02b0.92±0.01aAH3.22±0.13b4.54±0.06a0.03±0.01a9.96±0.03b3.80±0.03a0.86±0.02b0.93±0.01ab
注：同列标注不同小写字母表示差异显著性(P<0.05)(下同)。
2.2 葡萄酒酚类物质分析
2.2.1 葡萄酒总酚
葡萄酒中酚类物质的含量与结构对其色泽、口感及酒体结构等感官特征起重要作用[16]。此外,具有较高生理活性的酚类物质对葡萄酒的抗氧化、预防疾病等有重要作用[17]。由图1-a可知,橡木片处理葡萄酒的总酚含量相较于CK均有不同程度增加,其中经FM、FH、AM和AH处理葡萄酒的总酚含量显著高于对照组,这与王燕等[18]的研究结论相似,且随着陈酿时间的增加,经橡木片处理葡萄酒的总酚含量均呈现出先减后增的趋势,且均在90 d时增加最为显著,相比于对照分别增加了88.60%、135.69%、107.41%和134.17%,且FH处理组经90 d陈酿后总酚含量达到最高,为2 666.22 mg/L,而未经橡木片处理的葡萄酒总酚含量随着陈酿时间的增加而减少。这可能是橡木片中的黄酮类化合物在陈酿过程中向葡萄酒中发生了不同程度的转移,从而增加了酒中总酚含量[19]。
a-总酚;b-总单宁;c-总类黄酮;d-总花色苷
图1 ‘赤霞珠’红葡萄酒的酚类物质含量
Fig.1 Phenolic content in Cabernet Sauvignon red wine
注：同30 d相比,不同小写字母表示差异显著(P<0.05),未标注表示无显著差异(P>0.05)(下同)。
2.2.2 葡萄酒总单宁
从图1-b可看出,就单宁而言,与CK相比,FM、FH和AH处理葡萄酒的总单宁含量随着陈酿时间的增加而显著增加(P<0.05),3个处理间无显著差异(P>0.05),FH处理在90 d时达到最高,为391.88 mg/L;陈酿30 d时,AM处理与对照组无显著差异(P>0.05),随着陈酿时长增加,AM处理组的单宁含量虽显著高于对照组(P<0.05),但变化趋势与对照组一致,均呈现出先增加后减少的趋势。总体而言,法国橡木片烘烤度的增加对葡萄酒单宁含量的影响不显著,而美国橡木片处理葡萄酒中单宁含量随烘烤程度的增加而显著增加,可能是由于橡木片木质纹理和化学反应的差异影响了单宁成分的浸出[14]。
2.2.3 葡萄酒总类黄酮
类黄酮化合物是主要由苯乙烯酸和丙二酸经单酰辅酶A缩合而成,主要包含花色苷、黄酮醇与黄烷-3-醇类3类组分[20]。由图1-c所示,橡木片处理葡萄酒随着陈酿的进行,其含量均有不同程度增加且差异显著(P<0.05),其中在AM处理30 d的葡萄酒中含量最高,达到1 353.17 mg/L。此外,随着陈酿时间的增加,重度烘烤橡木片处理葡萄酒的总类黄酮化合物与CK相比增加显著(P<0.05),其中FH处理组在90 d时变化明显,AM处理组在60和90 d时变化明显,可能是不同橡木片的酚类物质的浸出率差异所导致[21]。
2.2.4 葡萄酒总花色苷
如图1-d所示,在橡木片处理的60 d内,葡萄酒的总花色苷含量变化不显著(P>0.05),且普遍呈现降低趋势,这与严峻[5]的研究结果一致。这可能是因为陈酿过程中花色苷与单宁、糖和酒石酸等形成复杂的大分子物质[22]有关。当葡萄酒陈酿90 d时,与CK相比,FM和AH处理组葡萄酒的花色苷含量无显著差异(P>0.05),而FH和AM显著降低(P<0.05),这可能是由于存放时瓶中过多氧气的融入加速了花色苷的氧化分解。
2.3 葡萄酒的抗氧化能力分析
如图2所示,葡萄酒抗氧化能力在陈酿期间均有不同程度的变化,从试验结果可知,橡木片处理葡萄酒的总酚、单宁和总类黄酮含量较高,其ABTS阳离子自由基清除活性和HRSA均较强;而葡萄酒的金属离子螯合能力随着陈酿时间的增加呈现逐渐下降的趋势,且从图2-a可看出各处理酒样在陈酿30 d时的金属离子螯合能力无显著差异(P>0.05),可能是由于花色苷含量的变化对金属螯合能力产生了较大的影响[23]。此外,如图2-b所示,各处理酒样在陈酿30 d时的HRSA无显著差异(P>0.05),FM、FH和AM处理的葡萄酒在陈酿60和90 d时,其HRSA均显著高于CK(P<0.05),其中FH处理葡萄酒的清除力最强,分别为44.0%和44.6%。就ABTS阳离子自由基清除活性而言,橡木片处理与CK相比仅在陈酿30 d时有显著增加(P<0.05),而在60和90 d时差异不显著(P>0.05)。与CK相比,FM、AM和AH处理30 d的葡萄酒DPPH自由基清除活性差异不显著(P>0.05),FH处理组显著高于CK(P<0.05);陈酿60 d和90 d时,所有橡木片处理葡萄酒的DPPH自由基清除活性均显著高于CK,且在90 d时,四者之间无显著差异(P>0.05)。红葡萄酒中由于存在较多酚类物质而具有较好的自由基清除能力,并呈现出显著正相关[24],与前人相比,本研究中的清除能力较低[12,25],这可能与葡萄原料产地的气候差异有关。
a-金属离子螯合能力;b-HRSA;c-ABTS阳离子自由基清除活性;d-DPPH自由基清除活性
图2 ‘赤霞珠’葡萄酒的抗氧化能力
Fig.2 Antioxidant activity in Cabernet Sauvignon wine
2.4 葡萄酒理化指标和抗氧化能力的相互关系
如表2所示,‘赤霞珠’红葡萄酒的DPPH自由基清除活性和酚类指标(总酚、总类黄酮、总单宁)呈极显著正相关(P<0.01),ABTS阳离子自由基清除活性和HRSA分别与总酚、总类黄酮和总单宁呈正相关,且总酚与总类黄酮和总单宁间均呈现极显著正相关(P<0.01),表明橡木片处理通过橡木片中酚类物质(包括含量和种类)的浸出程度影响葡萄酒的抗氧化性[6]。HRSA与总单宁间呈显著正相关(P<0.05),与总花色苷间呈极显著负相关(P<0.01),这与赵昊等[26]的研究结果不一致,可能是由测定方法和酒样中花色苷结构的差异所导致。此外,葡萄酒的色度分别与总酚和总单宁呈现显著正相关(P<0.05)和极显著正相关(P<0.01),色调与总单宁亦呈显著正相关(P<0.05),在本研究中很大程度决定了葡萄酒的外观特性,这说明在陈酿过程中,橡木片中的酚类物质与单宁的浸提能改变‘赤霞珠’红葡萄酒的颜色特征。
表2 ‘赤霞珠’葡萄酒酚类物质和抗氧化活性之间的Pearson相关系数
Table 2 Matrix of Pearson’s correlation coefficients of phenols and antioxidant activity in Cabernet Sauvignon wine
指标色度色调总酚总类黄酮总单宁总花色苷金属离子螯合能力HRSAABTS阳离子自由基DPPH自由基色度1色调0.3041总酚0.576∗ 0.2971总类黄酮0.482 0.084 0.836∗∗1总单宁0.671∗∗ 0.623∗ 0.710∗∗ 0.589∗1总花色苷0.084 0.129-0.325-0.255-0.1261金属离子螯合能力0.002-0.357 0.283 0.631∗-0.136-0.0631HRSA0.209 0.511 0.396 0.138 0.603∗-0.646∗∗-0.3751ABTS阳离子自由基0.147 0.083 0.337 0.152 0.406-0.165-0.040.3991DPPH自由基0.423 0.376 0.723∗∗ 0.642∗∗ 0.805∗∗-0.353 0.090.518∗0.4911
注：显著水平*P<0.05;极显著水平**P<0.01。
2.5 葡萄酒品质综合评价
如表3所示,依据累计方差贡献率必须大于85%的原则,共提取3个主成分,主成分1体现了色度值、酒精度、残糖、3项酚类物质指标(总类黄酮、总酚、总单宁)及2项抗氧化指标(DPPH自由基清除力、ABTS阳离子自由基清除力)对葡萄酒综合品质的影响;主成分2体现了色调、花色苷和pH对葡萄酒综合品质的影响;主成分3提现了HRSA对葡萄酒综合品质的影响。根据数据分析结果表明,16个变量在第1个因子上的载荷都很高,与第1个因子的相关程度高,且成分1很重要。
表3 ‘赤霞珠’葡萄葡萄酒品质指标的主成分方差分析
Table 3 Variance analysis of principal component of quality indexes of Cabernet Sauvignon wines
主成分特征值方差贡献率/%累计方差贡献率/%111.11969.49469.49422.67516.71686.21031.61510.09396.303
3个主成分分别从不同方面反映了‘赤霞珠’葡萄酒的品质,并对其品质进行综合评价。利用公式计算出综合得分,S=S1×λ1/(λ1+λ2+λ3)+S2×λ2/(λ1+λ2+λ3)+S3×λ3/(λ1+λ2+λ3),λ1、λ2和λ3分别是3个主成分的贡献率。综合得分越高,则品质越好。‘赤霞珠’葡萄酒的排名情况如表4所示,葡萄酒综合排名由高到低依次为AH、FM、FH、AM、CK。根据以上结果可知,本研究中经过橡木片处理葡萄酒的整体品质均高于CK,且AH处理的‘赤霞珠’葡萄酒的整体品质最佳。
表4 ‘赤霞珠’葡萄酒的主成分得分及排序
Table 4 Comprehensive quality assessment of Cabernet Sauvigon wine
酒样主成分1得分S1主成分2得分S2主成分3得分S3综合得分S排名CK-1.65598-0.42665-0.46962-1.269465FM0.188981.62378-0.624010.339862FH0.149940.275151.435200.295013AM0.25098-0.631720.626680.132014AH1.06608-0.84056-0.968260.502581
3 结论
橡木片陈酿处理对‘赤霞珠’红葡萄酒的理化质量具有显著影响,其中葡萄酒的抗氧化能力指标和分类物质间关系密切。随着陈酿时间的延长,橡木片处理的‘赤霞珠’红葡萄酒的总酚和总单宁含量呈现不同程度的增加;随着橡木片中酚类物质的不断浸出,酒样的色度和抗氧化活性均得到有效提升;然而葡萄酒中花色苷含量均随着陈酿时间的增加呈现逐渐降低的趋势,此变化机理还需深入研究。此外,利用主成分分析法对葡萄酒的综合品质进行了评价,结果表明,不同处理的‘赤霞珠’葡萄酒综合品质由高至低依次为：AH、FM、FH、AM、CK。根据以上分析结果可知,AH处理葡萄酒的综合品质为最佳。为提高酿造红葡萄酒的抗氧化能力与品质、延长红葡萄酒的货架期、降低陈酿成本,可在葡萄酒陈酿过程选择合适的橡木制品并适当延长陈酿时间。
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