基于膜分离技术的低醇葡萄酒及葡萄烈酒香气成分分析

王美琪1,武运1*,唐弦1,陈新军2*,吕泽1,党国芳2,马文瑞1,黎进雪1

1(新疆农业大学 食品科学与药学学院,新疆 乌鲁木齐,830052)2(新疆尼雅葡萄酒有限公司,新疆 玛纳斯,832200)

摘 要 为解决葡萄酒产能过剩问题,顺应消费者多元化饮酒趋势开发葡萄酒新产品,该研究利用渗透汽化膜分离技术分离梅洛干红葡萄酒以制备低醇葡萄酒和葡萄烈酒,并采用顶空-固相微萃取-气相色谱质谱联用法分析酒样的挥发性香气成分。结果表明,3种酒样共定性分析出45种挥发性物质,包括10种醇类、15种酯类、5种酸类、9种烃类、2种酚类、1种醛类、1种萜烯类和2种其他类。原酒中醇类占总挥发性物质含量的55.21%,酯类占30.23%,酸类占8.54%;而低醇酒中醇类仅占28.24%,酸类占15.54%;葡萄烈酒保留了原酒中高级醇类和酯类物质,但酸类仅占3.14%。主成分分析发现3款酒样的挥发性物质含量差异较大,结合相对气味活度值从中筛选出11种关键香气物质,原酒为乙酸异戊酯、己酸乙酯和苯乙醛;低醇酒主要为辛酸、正己醇、正己酸和4-乙基愈创木酚;葡萄烈酒主要为癸酸乙酯和辛酸乙酯。该研究结果为渗透汽化膜分离技术应用于葡萄酒生产提供了一定数据支持。

关键词 挥发性香气成分;梅洛低醇葡萄酒;葡萄烈酒;渗透汽化膜分离技术

随着消费能力的升级,消费者对葡萄酒产品品质、口感及使用场景的要求不断提升,目前我国葡萄酒产品同质化严重,开发更具个性化的产品成为未来我国葡萄酒市场的发展重点之一。葡萄烈酒作为集葡萄酒的健康与白酒的劲道于一身的葡萄酒产品,在中国酒业发展潜力巨大。而低醇葡萄酒生产过程中保留了葡萄汁发酵后复杂的香气、风味物质以及大量对人体健康有益的物质[1],凭借低酒精度且有益健康的特点广受消费者青睐。

目前,我国市场对酒类产品的品质及绿色生产的要求逐渐升高,为响应科技创新赋能葡萄酒产业高质量发展的号召,渗透汽化膜分离技术凭借其绿色环保低能耗的特点被广泛应用于葡萄酒产品的开发中[2],探索其对酒样中风味物质的影响也成为热点。SUN等[3]利用渗透汽化膜技术同时制备出脱醇葡萄酒和葡萄烈酒,并研究了膜工艺参数对结果的影响;曾里等[4]利用新型硅橡胶复合膜分离干红葡萄酒时,发现渗透汽化膜对乙醇的通透量影响较大,风味物质也能较好通过。赵芳琴等[5]研究利用美极梅奇酵母和酿酒酵母混合发酵对低醇美乐葡萄酒香气品质的影响,发现芳樟醇、香茅醇、异丁醇、月桂醇、1-癸醇、乙酸乙酯等为混菌发酵酒样主要的香气成分,酒体具有浓郁的花果香气。

本研究以梅洛干红葡萄酒为原酒,采用渗透汽化膜分离技术对其进行分离和富集,从而制备梅洛低醇葡萄酒和葡萄烈酒。利用顶空-固相微萃取-气相色谱质谱联用(headspace solid phase micro-extraction gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)技术对3款酒样中的挥发性香气成分进行检测,通过对比分析3款酒样的香气差异,探究两款新产品的特征香气成分和关键呈香物质,为低醇葡萄酒和葡萄烈酒的香气品质研究提供理论依据,也为渗透汽化膜分离技术应用于葡萄酒的生产提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

酿酒葡萄原料‘梅洛’葡萄(含糖量219 g/L,总酸6.87 g/L),新疆尼雅葡萄酒有限公司葡萄园;Excellence XR酿酒高活性干酵母,法国Lamothe-Abiet公司;焦亚硫酸钾,法国OENOFRANCE公司;果胶酶(酶活力8 600 PGN U/g),法国拉氟德公司;NaCl,西陇化工股份有限公司。

1.2 仪器与设备

聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)膜,中国南京久思高科技有限公司;2.5 t不锈钢发酵罐,石家庄恒昌食品包装机械有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头及萃取手柄,上海安谱实验科技股份有限公司;TQ8040 NX三重四极杆型气质联用仪,日本SHIMADZU公司;PHS-3C型pH计,上海仪电科学仪器有限公司;BSA214S-CW型分析天平,北京赛多利斯科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 梅洛干红葡萄原酒的制备

制备工艺如图1所示。

图1 梅洛干红葡萄酒的工艺流程

Fig.1 Process of Merlot dry red wine

1.3.2 渗透汽化膜分离技术制备低醇葡萄酒及葡萄烈酒

参考吕泽[6]的方法并根据实际情况略作修改(图2)。利用渗透汽化膜设备对梅洛干红葡萄酒进行分离,未过膜的一侧得到1%vol左右的梅洛低醇葡萄酒基酒,而过膜的部分随乙醇不断富集得到酒精度>40%vol的高度酒,即葡萄烈酒。

图2 渗透汽化膜设备工艺流程

Fig.2 Pervaporation membrane equipment process

1.3.3 基础理化指标检测

酒精度的测定:参照GB 5009.225—2016《食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定》中的方法进行测定,挥发酸、残糖、总酸含量的测定:参照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的方法进行测定,pH值的测定:采用pH计法。以上指标测定重复3次。

1.3.4 挥发性香气成分的测定

1.3.4.1 顶空固相萃取法提取样品中的挥发性成分

采用HS-SPME法,将称取好的20 g葡萄酒样品,放入100 mL带有硅胶垫帽的顶空萃取瓶中,加入8.8 g NaCl于瓶中,立即密封处理;将装有样品的顶空萃取瓶放置在60 ℃水中,水浴预平衡15 min,推出经过老化的萃取头进行顶空吸附40 min,完成后立刻将萃取头接入进样口,250 ℃下解析5 min。

1.3.4.2 GC-MS/MS分析条件

GC条件:选择SHIMADZU InertCap WAX色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。进样口温度250 ℃,采用不分流模式进行进样,色谱柱流速1 mL/min。初始温度35 ℃,保持5 min,接着以3 ℃/min升温至100 ℃,再以4 ℃/min升温至240 ℃,保持4 min。

MS条件:采用EI电离模式;载气为He;离子源温度设置为230 ℃;数据采集方式Q3 Scan;扫描范围为45~500 m/z

1.3.4.3 定性定量分析与相对气味活度值(relative odor activity value, ROAV)计算

香气物质的定性根据美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology, NIST)标准谱库进行分析,定量根据色谱峰面积与总峰面积比值的面积归一化法计算各挥发性组分的相对含量。

通过ROAV的大小来确定关键风味成分,各成分ROAV的计算如公式(1)所示:

(1)

式中:Ci为化合物i的相对百分含量,%;Ti为化合物i的香气阈值,μg/kg;CmaxTmax为对样品总体风味贡献最大的组分的相对百分含量%和香气阈值,μg/kg。

规定对样品风味贡献最大的组分ROAVmax=100.00,故ROAV值>100的化合物全部按100.00表示。

1.4 数据分析

利用Microsoft Office Excel 2016软件进行数据的基本处理,并用IBM SPSS Statistics 26.0软件对数据进行统计分析;采用Origin Lab 2021软件进行主成分分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 基本理化指标的测定

酒样基本理化指标如表1所示,利用渗透汽化膜分离设备制备的低醇葡萄酒,相较于原酒,其酒精度显著下降至1.6 %vol,符合GB/T 17204—2021《饮料酒术语和分类》中低醇葡萄酒的酒精度标准,总酸含量明显升高,上升了2.44 g/L,其可能由于渗透汽化膜对葡萄酒中有机酸透过率较低[6],因此大部分酸类物质富集在低醇酒中;富集制得的葡萄烈酒酒精度为54.3 %vol,总酸含量大幅下降至0.36 g/L,与黎进雪等[7]的研究一致,酒体未检测出残糖含量,推测可能是由于残糖等化合物沸点较高因此被全部富集在低醇酒中,与SUN等[3]研究一致。所测酒样指标均符合国家标准。

表1 原酒及2款制备的葡萄酒样品信息

Table 1 Information on dry red wine and 2 prepared wine samples

注:/代表无数据(下同)。

酒样酒精度/%vol游离SO2/(mg/L)总SO2/(mg/L)pH值残糖/(g/L)总酸/(g/L)梅洛干红葡萄酒(DRW)11.62±0.1930.67±0.6882.00±0.883.75±0.053.57±0.105.23±0.07梅洛低醇葡萄酒(DAW)1.66±0.2249.00±0.89133.67±0.333.54±0.065.73±0.167.67±0.19葡萄烈酒(GS)54.36±0.0728.67±0.8869.33±0.674.02±0.02/0.36±0.04

2.2 原酒、低醇葡萄酒及葡萄烈酒挥发性香气物质的比较分析

通过HS-SPME-GC-MS技术测定梅洛干红葡萄原酒、梅洛低醇葡萄酒和葡萄烈酒的挥发性香气物质,定性定量分析结果如表2所示。3种酒样共定性分析出45种挥发性物质,根据物质的化学结构不同分为七大类,包括10种醇类物质,其中8种高级醇类、1种苯乙基类;15种酯类物质,其中2种乙酸乙酯类、11种脂肪酸乙酯类、2种其他酯类;5种脂肪酸类物质;9种烃类物质;2种酚类物质;1种醛类;1种萜烯类物质;2种其他类物质。

表2 三种酒样的挥发性香气物质含量

Table 2 The contents of volatile aroma substances in three wine samples

序号保留时间/min香气化合物CAS相对含量/%DRWDAWGS15.45乙醇64-17-56.77±0.122.46±0.1118.68±0.22 210.42异丁醇78-83-10.88±0.050.4±0.052.64±0.15316.886异戊醇123-51-321.63±0.21 0.24±0.0312.22±0.14 421.853正己醇111-27-37.07±0.124.36±0.152.32±0.08526.0373-乙基-4-甲基戊醇38514-13-50.18±0.03//626.8512,3-丁二醇513-85-90.57±0.030.79±0.060.19±0.04727.2辛醇111-87-50.20±0.05/0.27±0.07830.7963-甲硫基丙醇505-10-20.23±0.020.99±0.050.31±0.06933.965苯甲醇100-51-60.47±0..52.31±0.12/1034.72苯乙醇60-12-817.21±0.21 16.69±0.25 15.7±0.56化合物种类(种)1088醇类小计55.2128.2452.33114.221乙酸乙酯141-78-60.66±0.070.13±0.0210.34±0.24 1211.907乙酸异戊酯123-92-20.28±0.03/0.37±0.041317.637己酸乙酯123-66-00.59±0.060.51±0.054.33±0.121421.596乳酸乙酯97-64-32.15±0.128.47±0.223.21±0.151524.153辛酸乙酯106-32-12.70±0.211.69±0.082.83±0.211626.92dl-2-羟基己酸乙酯6946-90-30.21±0.030.63±0.060.43±0.081727.524乳酸异戊酯19329-89-60.57±0.050.88±0.040.46±0.051829.07癸酸乙酯110-38-30.89±0.101.75±0.068.12±0.161930.089丁二酸二乙酯123-25-118.31±0.23 16.95±0.317.55±0.152032.298丁二酸丁二醇酯25777-14-40.25±0.02/0.14±0.022132.763苯乙醇乙酸酯103-45-70.86±0.060.88±0.030.42±0.062234.475丁二酸异戊酯乙酯28024-16-01.55±0.13//2342.929丁二酸单乙酯1070-34-41.21±0.094.51±0.15/2428.907γ-丁内酯96-48-0/0.4±0.03 /2529.01丁二酸乙基甲酯627-73-6/0.54±0.05/化合物种类(种)131211酯类小计30.2337.3438.22625.111醋酸64-19-70.18±0.030.08±0.01/2733.543正己酸142-62-11.79±0.123.89±0.130.17±0.022837.422辛酸124-07-25.14±0.167.95±0.252.16±0.062940.956癸酸334-48-51.03±0.123.25±0.110.81±0.083036.012月桂酸143-07-70.40±0.060.37±0.05/化合物种类(种)553酸类物质小计8.5415.543.143119.458十二烷112-40-31.37±0.130.87±0.05/3220.067十三烷629-50-5/0.33±0.03/3323.139十四烷629-59-40.23±0.031.05±0.150.56±0.063423.139十五烷629-62-90.21±0.050.34±0.050.14±0.033524.345十六烷544-76-3/1.14±0.13/3625.805α-依兰烯14912-44-80.30±0.030.27±0.062.92±0.153726.8482,2-二甲基庚烷1071-26-7//1.59±0.053828.19二十一烷629-94-7/0.43±0.06/3928.9043-乙基-3-甲基庚烷17302-01-10.27±0.05//化合物种类(种)574烷烃类物质小计2.384.435.214029.204苯乙醛122-78-10.14±0.020.37±0.05/化合物种类(种)11/醛类物质小计0.140.37/4136.8454-乙基愈创木酚2785-89-9/3.17±0.14/4239.3822-乙基苯酚90-00-61.27±0.127.88±0.21/化合物种类(种)12/酚类物质小计1.2711.05/4329.727四氢薰衣草醇2051-33-41.94±0.160.46±0.05/化合物种类(种)11/萜烯类物质小计1.940.46/448.086N-乙基甲基丙烯胺18420-90-2//1.12±0.114535.573苯并噻唑95-16-90.29±0.032.57±0.15/化合物种类(种)111其他物质小计0.292.571.12

梅洛干红葡萄酒中共检测到37种挥发性物质,酒样中10种醇类、13种酯类、5种酸类物质分别占总挥发性物质含量的55.21%、30.23%、8.54%,醇类和酯类是梅洛干红葡萄酒香气品质最主要的特征成分,与王媛等[8]和何少华等[9]研究结果一致,异戊醇、正己醇、苯乙醇、丁二酸二乙酯、辛酸为相对含量较高的物质,为酒体香气组成做了绝大部分贡献。

梅洛低醇葡萄酒中也检测到37种挥发性物质,如图3所示,相较于原酒,醇类物质相对含量降低了26.97%,酸类物质相对含量升高了7%。高级醇作为葡萄酒中重要的发酵香气物质,是形成葡萄酒醇厚度的重要因素,与原酒相比,低醇酒中高级醇含量差异显著,其中异戊醇、正己醇含量分别减少21.39%、2.71%,缺少了3-乙基-4-甲基戊醇和辛醇。葡萄酒中大部分中短链脂肪酸乙酯的香气阈值都较低,对酒体香气起着重要的贡献作用[10],与原酒相比,低醇酒中脂肪酸乙酯类物质的种类和相对含量差异显著,乳酸乙酯相对含量增加了6.32%,新增了0.54%的丁二酸乙基甲酯和0.4%的γ-丁内酯,为酒体带来了焦糖味、奶酪味、烤杏仁味等愉快气味。低醇酒保留了原酒中的脂肪酸,其中正己酸、辛酸、癸酸含量差异显著,分别增加了2.10%、2.81%、2.22%,一定程度增加了酒体香气的复杂度。低醇酒特有的4-乙基愈创木酚占总挥发性物质含量的3.17%,其感官阈值较低,且酒体中相对含量较少,因此不会对酒体风味产生较大影响。萜烯类物质一般具有浓郁的花香,感官阈值较低,主要来源于葡萄果实[11]。由表2可见,干红葡萄酒原酒中含1.94%的四氢薰衣草醇,低醇酒中保留了0.46%的四氢薰衣草醇,赋予了酒体薰衣草香气。

图3 三种酒样挥发性香气物质种类数量及相对含量

Fig.3 Types and relative contents of volatile aroma substances in three wine samples

注:DRW为梅洛干红葡萄酒,DAW为梅洛低醇葡萄酒,GS为葡萄烈酒(下同)。

葡萄烈酒中共检测到27种挥发性物质,相较于原酒,醇类物质相对含量降低了2.88%,酸类物质相对含量降低了5.4%。葡萄酒中的乙酸酯类物质阈值较低,挥发性较高,能够对酒体的果香和甜香风味产生强烈的影响[12]。与原酒相比,烈酒中乙酸乙酯类的相对含量差异显著,增加了9.68%,提升了酒体的菠萝味和香酯味,酒样中己酸乙酯和癸酸乙酯等中链脂肪酸乙酯的相对含量分别增加了3.74%和7.23%;高级醇含量差异较小,酒体中也缺少了3-乙基-4-甲基戊醇和苯甲醇,但良好保留了异戊醇、正己醇和苯乙醇等醇类物质,保留了酒体的浆果味、薰衣草味、玫瑰香、桔子花香等花果香气;葡萄酒中适量的中链脂肪酸会带给酒体香草、冰淇淋等奶酪风味,但含量过高则会使脂肪、腐败等不良刺激气味占据主导地位[13],烈酒中脂肪酸含量大幅降低,缺少了醋酸及月桂酸,辛酸含量下降了2.98%,这有效增加了葡萄烈酒口感的柔和度。

图4直观地呈现3种酒样挥发性物质的重叠情况。3种酒样相交的化合物有22种,其中有5种高级醇、1种乙酸乙酯、7种脂肪酸乙酯、1种其他酯类、1种苯乙基类物质、3种脂肪酸、3种烷烃类和乙醇。这22种化合物在原酒、低醇酒和葡萄烈酒中的含量分别占总挥发性物质含量的90.00%、74.57%和96.51%。原酒与葡萄烈酒共同拥有的物质为25种,2种酒样的主要香气物质种类及含量差异较小,说明烈酒良好保留了原酒中的主要香气物质。原酒与低醇酒共同拥有的物质为31种,可见2种酒样的香气成分基本相同,只是各自具有独特香气的化合物以不同比例组合在一起,因此形成了酒样独特的有辨识度的芳香气味。

图4 三种酒样挥发性香气物质种类Venn图

Fig.4 Venn diagram of volatile aroma substances in wine samples

由表2和图4可知,梅洛干红葡萄原酒独有的化合物有3种,为3-乙基-4-甲基戊醇、琥珀酸异戊酯乙酯、3-乙基-3-甲基庚烷;梅洛低醇葡萄酒独有的化合物有6种,为丁内酯、丁二酸乙酯、十三烷、十六烷、二十一烷、4-乙基愈创木酚;葡萄烈酒独有的化合物有2种,为2,2-二甲基庚烷、N-乙基甲基丙烯胺。这些特有的化合物可能对3种酒样的特征香气起到修饰作用。

2.3 原酒、低醇葡萄酒及葡萄烈酒挥发性特征成分分析

葡萄酒风味物质多且成分复杂,仅通过简单的成分分析很难确定影响各组葡萄酒风味的关键物质,因此要进一步对葡萄酒挥发性成分进行主成分分析(principal components analysis, PCA)并确定特征成分。PCA主要指的是对多个变量展开转换和降维,将向量分析和矩阵分析结合起来,最大限度地体现出变量间的差别[14]。根据主成分选择标准,一般情况下会抽取累计贡献率>85.000%的主成分。如表3所示,3个样本中共提取了2个主成分,第一主成分(PCA1)贡献率66.136%,第二主成分(PCA2)贡献率33.864%,两者累计方差贡献率100.000%。

表3 主成分分析的特征值与贡献率

Table 3 Eigenvalue and contribution rate of principal component analysis

成分初始特征值提取载荷平方和总计方差百分比/%累积贡献率/%总计方差百分比/%累积贡献率/%129.76166.13666.13629.76166.13666.136215.23933.864100.00015.23933.864100.00033.883×10-308.629×10-30100.000

PCA空间分布图能更好的反应各指标之间的关系。以45种挥发性成分相对含量作为变量,运用 OringinLab软件进行PCA分析并绘制PCA空间分布图,如图5所示。3种酒样分别位于3个象限,且距离较远,各种挥发性物质的分布与品种形成一定聚类趋势。从载荷图中可以看出3种酒样中45种挥发性物质的相对含量情况,挥发性成分的箭头离样本越近,表明在这种样本中的相对含量越高。当挥发性物质在某一种类中相对含量远高于其他种类的物质,该物质可作为该种类的特征成分[15],原酒组位于第二象限,与正己醇、苯乙醇、琥珀酸异戊酯乙酯、四氢薰衣草醇距离较近,关联性较为紧密,赋予酒体果香、薰衣草香、玫瑰花香等香气特征;低醇酒组位于第四象限,乳酸乙酯、乳酸异戊酯、丁二酸乙酯、γ-丁内酯、3-甲硫基丙醇、苯甲醇、癸酸、4-乙基愈创木酚、2-乙基苯酚、苯并噻唑为低醇酒的挥发性特征物质,赋予酒体花果香、焦糖味、奶油味、烘烤味、香料味等香气特征;葡萄烈酒组位于第三象限,位于PC1和PC2的负半轴,乙酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、异丁醇、α-依兰烯、N-乙基甲基丙烯胺为葡萄烈酒的特征物质,赋予酒体热带水果香、脂肪味、花香等香气特征。

图5 三种酒样挥发性物质主成分分析载荷图

Fig.5 Load diagram for principal component analysis of volatile substances in three wine samples

2.4 结合ROAV法分析3种酒样关键香气物质

香气成分对酒体风味的贡献大小不仅看其含量高低,还要结合阈值进行评价[16]。ROAV可用于评估挥发性成分对酒体香气的贡献,其大小代表各挥发性成分对样品整体风味的贡献大小,具有量化香味的作用[17],GC-MS法结合ROAV法可快速筛选酒体关键香味化合物。ROAV值越大的成分对样品总体香气的影响越大,1≤ROAV≤100的成分为样品的关键香气成分,0.1≤ROAV<1的成分为对样品总体风味具有重要修饰作用的化合物[18]。根据查阅文献的感觉阈值计算ROAV值并分析酒样中挥发性成分对主体挥发性成分的贡献,发现梅洛干红葡萄原酒中风味贡献最大的物质是辛酸乙酯;低醇酒中苯乙醛和辛酸乙酯同为最大贡献风味物质;葡萄烈酒中风味贡献最大的物质是己酸乙酯。丁二酸单乙酯、α-依兰烯和苯并噻唑等物质虽未查阅到阈值,但其在酒体中含量较高,可为酒体带来一定特殊香气。

如表4所示,以1≤ROAV≤100为标准从3种酒样中共筛选出11种关键香气物质。原酒的关键香气物质共3种:乙酸异戊酯、己酸乙酯、苯乙醛,对酒体香气贡献较大,提供香蕉、菠萝、青苹果、草莓等水果香气及风信子花香香气,其中乙酸异戊酯为原酒独有香气成分,此外还有7种香气物质0.10≤ROAV<1.00,如异戊醇、乳酸异戊酯、癸酸乙酯等,这些物质可能对酒体香气起一定修饰作用。低醇酒的关键香气物质共8种:己酸乙酯、乳酸异戊酯、癸酸乙酯、苯乙醇乙酸酯、正己醇、正己酸、辛酸、4-乙基愈创木酚,对酒体香气贡献较大,提供苹果、菠萝、香蕉、草莓、梨等水果香气、薰衣草味、脂肪味、椰油味、奶酪味及甜而暖的香辛料和草药等香气,还有3种香气物质对酒体香气起一定修饰作用:3-甲硫基丙醇、苯乙醇、月桂酸异戊醇。葡萄烈酒的关键香气成分共3种:乙酸异戊酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯,对酒体香气贡献较大,提供香蕉、菠萝、苹果、梨等水果香气及脂肪味,还有6种香气物质对酒体香气起一定修饰作用,包括正己醇、乙酸乙酯、乳酸异戊酯等。3种酒样整体香气间的差异可能是关键香气成分、特有香气成分共同作用的结果。

表4 三种酒样挥发性香气成分的ROAV值及香气描述

Table 4 ROAV values and aroma descriptions of volatile aroma components in three wine samples

序号香气化合物阈值[19-23]ROAVDRWDAWGS香气描述[13,20-23]1异丁醇40 0000.000.000.01酒精味、甜味2异戊醇30 0000.130.000.07香蕉味、果香味3正己醇1 0000.001.290.27浆果味、薰衣草味、苹果味42,3-丁二醇150 0000.000.000.00黄油、奶酪味5辛醇8000.050.000.06蘑菇味、奶酪味、药草味63-甲硫基丙醇1 5000.030.200.02酱油味7苯甲醇900 0000.000.000.00花果香、烘烤味8苯乙醇10 0000.320.490.18玫瑰香、桔子花香9乙酸乙酯7 5000.020.010.16菠萝、清漆、香酯味10乙酸异戊酯301.730.001.42香蕉气味11己酸乙酯521.8530.18100.00菠萝、香蕉、青苹果、草莓香气12乳酸乙酯150 0000.000.020.00果香、奶油香13辛酸乙酯5100.00100.0065.36菠萝味、苹果味14dl-2-羟基己酸乙酯 ////番木瓜味15乳酸异戊酯2000.531.300.27奶油味16癸酸乙酯2000.822.594.69水果香、梨香、脂肪味17丁二酸二乙酯1 200 0000.000.000.00果香、青香、葡萄香气18苯乙醇乙酸酯2500.641.040.19甜蜜香味19丁二酸单乙酯////烟熏味20γ-丁内酯20 0000.000.010.00焦糖、奶酪、烤杏仁味21丁二酸乙基甲酯////有愉快气味22醋酸////刺激醋酸味23正己酸4200.792.740.05椰油味24辛酸1 0000.952.350.25奶酪味、涩味25癸酸15 0000.010.060.01香料味、烤烟叶味26月桂酸1 0000.070.110.00山楂香27十二烷////微有月桂油香28α-依兰烯////清鲜花香味29苯乙醛125.93109.470.00水果香、风信子花香304-乙基愈创木酚330.0028.420.00呈甜而暖的香辛料和草药似香气31四氢薰衣草醇////薰衣草香32苯并噻唑////香甜、烟熏、茴香油味

3 讨论

本研究基于渗透汽化膜分离技术分离梅洛干红葡萄酒制备低醇葡萄酒和葡萄烈酒,发现相较于原酒,低醇酒酒精度仅为1.66 %vol,挥发性香气成分中醇类物质相对含量降低了26.97%,酸类物质富集其相对含量升高了7%,葡萄烈酒良好保留了异戊醇、正己醇和苯乙醇等高级醇类物质,酸类相对含量降低了5.4%,乙酸乙酯相对含量增加了9.68%,中链脂肪酸乙酯相对含量显著增加。吕泽等[6]利用渗透汽化膜设备生产赤霞珠脱醇葡萄酒,发现脱醇酒样相比于原酒其挥发性物质中醇类物质含量减少194.37 mg/L,酸类含量有较高的提升,增加26.18 mg/L,这可能由于PDMS复合膜对葡萄酒中酸类透过率极低,对醇类物质透过率较高,导致绝大部分酸类进入低醇酒中,而醇类大幅减少,从而达到降醇分离酒精的目的;SUN等[3]在研究渗透蒸发法制备无醇葡萄酒和葡萄烈酒时同样发现,酸类在渗透蒸发过程中的富集因子均较低,可能原因是酸类物质的渗透分压高于化合物的平衡进料压力,其传质驱动力不足,渗透液中的高级醇含量有不同程度的增加,可能是由于高级醇与疏水膜的相互作用较强导致,乙酸乙酯是第一阶段渗透液中富集最多的物质,其次是丁酸乙酯、辛酸乙酯和己酸乙酯等中链脂肪酸乙酯,这与本研究的结果一致。

3种酒样共同拥有的化合物有22种,低醇葡萄酒与葡萄烈酒保留了大部分原酒的挥发性香气成分。低醇葡萄酒独有的化合物有6种,葡萄烈酒新增了2种化合物,这些特有化合物可能对3种酒样的特征香气起到修饰作用。低醇酒中新增丁二酸乙基甲酯和γ-丁内酯,这可能是由于利用渗透汽化膜分离技术进行脱醇过程中,醇类物质与酸类物质会发生反应,生成一些新的酯类物质,因此低醇酒样中会新增一些酯类物质[6]。低醇酒中新增的3.17%的4-乙基愈创木酚,是酒体特有的关键香气物质,赋予酒体甜而暖的香辛料及草药的香气。4-乙基愈创木酚会贡献饮料酒的水果香、甜香、花香以及烟熏味和橡胶臭,CHATONNET等[24]在葡萄酒中检测出4-乙基苯酚和4-乙基愈创木酚等香味成分,并表明这2种物质均在酒香酵母的催化下,通过乙烯基衍生物分解而来,感官阈值分别规定为605、11 μg/L。研究表明:葡萄酒中的4-乙基苯酚和4-乙基愈创木酚的总含量超过650 μg/L时,葡萄酒的风味效果显著降低,而只有当两者总质量浓度<400 μg/L时,才会受到消费者的偏爱[24-25]。低醇酒酒体中4-乙基愈创木酚含量极少(占总挥发性物质含量3.17%),因此不会对酒体风味产生负面影响。

醛类、醇类和酯类物质普遍具有强烈的气味特征,其香气阈值一般较低,可对酒体风味做出较大贡献[26]。本研究以ROAV>1为标准找出了6种酯类、2种酸类、1种醇类、1种醛类和1种酚类,分别为乙酸异戊酯、己酸乙酯、乳酸异戊酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、苯乙醇乙酸酯、正己醇、正己酸、辛酸和苯乙醛,以花果香气为主,推测这些物质是构成3种酒体香气最关键的物质组分。李红玉等[27]用2种非酿酒酵母与安琪酿酒酵母混菌发酵美乐葡萄酒和赤霞珠葡萄酒,以OAV>1筛选到美乐低醇酒香气的主要贡献成分为辛酸乙酯、正己酸乙酯、苯乙醇、辛酸等,果香和脂肪味为整体香气的主要贡献者;徐晴芳等[28]分析4种不同类型商业酵母酿造的玫瑰蜜低醇葡萄酒的香气物质时发现,苯乙醛、乙酸异戊酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、丁酸乙酯等物质对低醇葡萄酒香气具有重要贡献。

4 结论

本研究基于渗透汽化膜分离技术分离梅洛干红葡萄酒以制备梅洛低醇葡萄酒和葡萄烈酒,采用HS-SPME-GC-MS技术结合化学计量学方法分析3款酒样的香气组成。3种酒样共定性分析出45种挥发性物质,包括醇类10种、酯类15种、脂肪酸类5种、烃类9种、酚类2种、萜烯类1种、醛类1种和其他类2种。研究表明利用渗透汽化膜技术制备的低醇酒相比于原酒,脂肪酸乙酯类和脂肪酸类物质相对含量均有上升,丁二酸乙酯、乳酸乙酯、2-乙基苯酚、4-乙基愈创木酚和癸酸为低醇酒的主要特征香气物质,其关键香气物质包括己酸乙酯、乳酸异戊酯、癸酸乙酯、苯乙醇乙酸酯、正己醇、正己酸、辛酸和4-乙基愈创木酚这8种,为酒体提供了苹果、菠萝、香蕉、草莓、梨等水果香气、薰衣草味、脂肪味、椰油味、奶酪味及甜而暖的香辛料和草药等香气;制备的葡萄烈酒良好保留了异戊醇、正己醇和苯乙醇等醇类,而脂肪酸类含量较原酒大幅降低,这有效提升了烈酒口感的柔和度和酒香的醇和度,乙酸乙酯、癸酸乙酯和己酸乙酯为葡萄烈酒的主要特征香气物质,其关键香气成分包括乙酸异戊酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯等3种,为酒体提供香蕉、菠萝、苹果、梨等水果香气及脂肪味。该技术可良好解决葡萄酒产能过剩问题,在葡萄酒新产品的开发和生产中有较好的应用前景。

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Aroma composition analysis of low-alcohol wine and grape spirits based on membrane separation technology

WANG Meiqi1, WU Yun1*, TANG Xian1, CHEN Xinjun2*, LYU Ze1, DANG Guofang2, MA Wenrui1, LI Jinxue1

1(College of Food Science and Pharmacy, Xinjiang Agricultural University, Urmuqi 830052, China)2(Xinjiang Niya Wine Co.Ltd., Manasi 832200, China)

ABSTRACT The development of new wine provides an effective solution for wine overcapacity and the tendency of diversified drinking.In this paper, the low-alcohol wine and grape spirits were prepared via pervaporation membrane separation of Merlot dry red wine (original wine samples), followed by analysis of volatile aroma components with headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS).A total of 45 volatile substances were qualitatively analyzed from 3 wine samples with 10 alcohols, 15 esters, 5 acids, 9 hydrocarbons, 2 phenols, 1 aldehyde, 1 terpene, and 2 others, respectively.In total volatile substances of original wine samples, alcohols accounted for 55.21% of the total volatile substances, esters accounted for 30.23%, and acids accounted for 8.54%;however, alcohols accounted for only 28.24%, and acids 15.54% in low-alcohol wine.Grape spirits retained the higher alcohols and esters in the original wine, but acids only accounted for 3.14%.Additionally, the significant differences in volatile substances contents among original wine, low-alcohol wine, and grape spirits were further evaluated by principal component analysis (PCA).A total of 11 key aroma substances were elaborately identified by relative odor activity value (ROAV) in original wine samples (isoamyl acetate, ethyl caproate, and phenylacetaldehyde), low-alcohol wine (caprylic acid, n-hexanol, n-caproic acid, and 4-ethyl guaiacol), and grape spirits (ethyl decanoate and ethyl caprylic acid), respectively.These findings provide valuable data support for adoption and allocation of pervaporation membrane separation technology for new wine production.

Key words volatile aroma components;Merlot low-alcohol wine;grape spirits;pervaporation membrane separation technology

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039846

引用格式:王美琪,武运,唐弦,等.基于膜分离技术的低醇葡萄酒及葡萄烈酒香气成分分析[J].食品与发酵工业,2025,51(8):315-323.WANG Meiqi, WU Yun, TANG Xian, et al.Aroma composition analysis of low-alcohol wine and grape spirits based on membrane separation technology[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(8):315-323.

第一作者:硕士研究生(武运教授和陈新军高级工程师为共同通信作者,E-mail:wuyunster@sina.com;329886700@qq.com)

基金项目:新疆维吾尔自治区葡萄酒产业创新研究院项目(2024650005000023);新疆维吾尔自治区重大科技专项(2022A02002-2)

收稿日期:2023-05-11,改回日期:2023-07-22