葡萄酒的香气是人们评价葡萄酒感官品质的主要指标之一，对消费者的购买决策起到决定性作用。葡萄酒香气分为三大类，分别为品种香、发酵香以及陈酿香，它们共同作用于葡萄酒使之表现出独特的风格。其中品种香在各香气种类都起到关键呈香作用[1]。黄土高原是我国一个快速发展的葡萄酒产区，目前研究表明，黄土高原葡萄酒具有较丰富的果香，特别是典型的山楂香气，丁酸乙酯、甲酸异戊酯和乙酸丁酯是黄土高原葡萄酒果香的关键化合物[2-3]。JIANG等[4]为了阐明赤霞珠、品丽珠和霞多丽品种在我国黄土高原地区葡萄酒的香气成分，对其当年葡萄酒的挥发性化合物进行了研究，发现醇类香气物质在3种葡萄酒中为最丰富的物质，其次是酯类香气物质，且根据其香气活力值(odor activity values，OAVs)，发现3种葡萄酒中共存在18种挥发性化合物浓度高于其阈值。VIANA等[5]对本地区3个葡萄品种挥发性化合物的评价显示，3个葡萄品种中酯类物质是最多的化合物，并在很大程度上具有果香味，且表明固相微萃取法是一种可重复、高灵敏、快速反应测定香气的技术，可用于区别不同品种化学生物标志物的技术。席艳茹等[6]对黄土高原2个小产区赤霞珠干红葡萄酒进行香气感官分析表明,在黄土高原2个小产区赤霞珠干红葡萄酒中分别检测出54种和55种对香气有贡献的化合物。葡萄品种是决定酿造葡萄酒品质的重要因素，同一品种在不同地域环境下表现的品质存在差异，研究和评价地区葡萄品种酿造葡萄酒香气组分具有重要的现实意义。KIM等[7]对11个酿酒品种红葡萄酒香气进行测定，发现在韩国万州地区不同品种葡萄酒主要呈香系列不同，根据这些研究结果，以期作为当地开发葡萄酒品种的选择标准。丁燕等[8]首次分析了蓬莱葡萄酒产区3个主栽白葡萄品种的香气物质组成及含量，表明3个白葡萄品种的香气种类及含量存在明显差异，且分析认为小芒森的香气最为丰富和复杂。卢浩成等[9]对玛纳斯产区4个酿酒葡萄品种香气分析发现，多姿桃品种的花香、果香、焦糖香及烘烤香最丰富，且化学味最重，马贝克品种花香果香和焦糖香优于司特本，且植物味要重于其他3个品种，综合评价多姿桃和马贝克是适于玛纳斯产区风土下酿造干红葡萄酒品种。目前，在葡萄酒中检测到的香气化合物主要包括醇类、酯类、酸类、醛酮类、萜烯类、烷烃类物质以及含硫、杂环化合物等[10]，不同品种的葡萄酒在不同产区香气物质种类及含量不同，研究产区葡萄酒中香气物质组分，对提升当地葡萄酒品质和影响力具有重要意义。本研究对黄土高原地区5个葡萄品种葡萄酒香气成分进行分析和比较，并根据香气活力值，分析具有活性的呈香物质，比较品种间葡萄酒香气差异，以期为黄土高原地区葡萄酒产业和酿酒葡萄品种优化提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
5个酿酒品种果实均采自山西农业大学果树研究所，试验地土质一致，株行距为0.8 m×2.5 m，修剪架势为倾斜式独龙蔓“厂字形”立架栽培，常规田间管理，采收果实充分成熟，无病害。
1.2 试验方法
1.2.1 葡萄果实酒精发酵
采用20 L玻璃罐小容器对5个葡萄品种进行单品种酒精发酵。将除梗破碎的葡萄中加入60 mg/L SO2后转入发酵瓶中，2 h后加30 mg/L的EV果胶酶于发酵瓶中。6 ℃低温冷浸渍2 d恢复常温后添加酿酒酵母200 g/t(安琪酵母CECA)，待发酵启动后，每天4次监测温度比重，并压酒帽，控制发酵温度为24 ℃左右，待比重降到0.993并保持不变后开始皮渣分离，进行2次倒罐后取澄清葡萄酒样进行试验。
1.2.2 葡萄酒常规理化指标测定
酒精度：酒精计法；pH：pH计法；可滴定酸：酸碱滴定法；残糖：斐林试剂滴定法；挥发酸：水蒸气带蒸馏法；干浸出物：密度瓶法[11]。
1.2.3 葡萄酒香气测定
15 mL的样品瓶中加入5 mL的酒样和磁力转子，用聚四氟乙烯隔垫密封，于50 ℃磁力搅拌器热平衡30 min，然后用50/30 μm PDMS/CAR/DVB固相微萃取头在40 ℃下顶空吸附30 min，最后将萃取头插入气相色谱进样口热解析8 min。
色谱条件：高纯氦气为载气，流速为1 mL/min，进样口温度为250 ℃，起始柱温50 ℃保持1 min，然后以3 ℃/min的速率升温至220 ℃，保持5 min。
质谱条件：280 ℃离子源温度，电离方式为EI，电离能为70 eV，质量扫描范围为20～350 amu。
挥发性香气物质的定性根据美国国家标准技术研究所标准谱库中的保留指数和质谱信息进行分析，对于已有标样的物质, 利用其对应的标准曲线定量，对没有标样的物质利用化学结构、官能团相似、碳原子数相近的标样香气物质的标准曲线定量。
1.3 数据分析
采用Excel 2016软件进行数据整理，利用Origin 2019进行柱形图的制作，通过SAS 9.0软件进行不同葡萄酒理化指标及香气含量显著性差异分析。
2 结果与分析
2.1 葡萄酒常规理化指标分析
5种干红葡萄酒的基本理化指标如表1所示，所有葡萄酒的酒精度介于11.30%～12.70%，且5种葡萄酒酒精度间差异不显著；美乐葡萄酒pH为3.58，显著低于品丽珠、马瑟兰和北冰红葡萄酒(P<0.05)。赤霞珠和美乐葡萄酒可滴定酸质量浓度较高，显著高于品丽珠和马瑟兰葡萄酒(P<0.05)；5种葡萄酒中残糖质量浓度均小于4.0 g/L，挥发酸质量浓度均小于0.34 g/L，且5种葡萄酒间挥发酸含量差异不显著。5种葡萄酒干浸出物质量浓度为20.19～21.65 g/L，且差异不显著。5种葡萄酒所有理化指标均符合国家关于干红葡萄酒理化标准的规定(GB 15037—2006)。
2.2 葡萄酒香气种类及含量分析
5种葡萄酒中鉴定出的各香气物质种类如表2所示。5种干红葡萄酒中共检测出106种香气成分，其中在赤霞珠葡萄酒和美乐葡萄酒中均检测出来89种香气成分，赤霞珠葡萄酒中酯类香气物质为37种，比其他4种葡萄酒种类丰富；美乐葡萄酒中醇类和烯烃类香气物质较其他葡萄酒丰富。品丽珠、马瑟兰和北冰红葡萄酒中香气种类数量差异较小，分别为77种、77种和78种。在5种葡萄酒中醛酮类、酸类和其他类香气物质种类数量差异较小。
表1 葡萄酒的常规理化指标
Table 1 The basic physical-chemical indexes of wines
葡萄酒酒精度/%pH可滴定酸/(g·L-1)残糖/(g·L-1)挥发酸/(g·L-1)干浸出物/(g·L-1)赤霞珠12.70a3.70ab6.36a1.80b0.33a20.33a美乐 11.30a3.58b7.42a3.25a0.26a21.65a品丽珠12.20a3.95a4.69c3.37a0.24a20.19a马瑟兰11.40a3.91a5.88b3.50a0.34a21.04a北冰红12.20a3.82a5.98ab3.82a0.21a20.92a
注：同行不同小写字母表示不同品种间差异显著(P<0.05)(下同)
表2 葡萄酒中香气种类数 单位：种
Table 2 Aroma types and proportions in wine
品种醇类酯类醛酮类烯烃类酸类其他类赤霞珠183771773美乐 213072164品丽珠192671573马瑟兰202471673北冰红21335973
5种葡萄酒的香气物种类含量如图1所示，不同品种葡萄酒中香气种类物质总含量存在显著差异。葡萄酒中的醇类主要来源于果实酒精发酵、氨基酸转化及亚麻酸降解物的氧化。醇类物质在美乐葡萄酒中含量最高，为651 819 μg/L，分别比赤霞珠葡萄酒高60.02%(P<0.05)，比品丽珠葡萄酒高1 344.43%(P<0.05)，比马瑟兰葡萄酒高127.25%(P<0.05)，比北冰红葡萄酒高224.34%(P<0.05)。酯类香气成分的种类最丰富，其中在美乐葡萄酒中总含量最高，显著高于其他4种葡萄酒，赤霞珠葡萄酒中酯类物质香气含量显著高于品丽珠、马瑟兰、北冰红葡萄酒。羰基化合物是葡萄酒香气的重要组成部分，虽然含量很低，但其有着极低的阈值，对葡萄酒香气的影响非常大。醛酮类化合物在5种葡萄酒中占香气总含量的0.13%～15.65%，其中在品丽珠葡萄酒中检测到醛酮类香气物质总含量显著高于其他4种葡萄酒。烯烃类化合物是葡萄果实自身携带的香气物质，在美乐葡萄酒中检测到烯烃类香气物质含量最高且显著高于其他4种葡萄酒。在赤霞珠葡萄酒中检测到酸类香气物质含量显著最高。葡萄酒中其他类香气物质总含量均低于3.5 μg/L，且差异不显著。
图1 葡萄酒中香气种类含量
Fig.1 Content of aroma components in wine
注：图中不同小写字母表示差异显著(下同)
2.3 葡萄酒中关键呈香物质分析
OAV是指某种挥发性香气物质在香气体系中的浓度与其在酒中嗅觉阈值的比值，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。对整体香气有影响的物质其质量浓度至少要达到其阈值的20%(OAV>0.2)[12]，如表3所示，葡萄酒中关键呈香物质在赤霞珠、美乐、品丽珠、马瑟兰、北冰红葡萄酒中共检测出37种，其中在美乐葡萄酒中检测到呈香物质最多，为31种，在其他4种葡萄酒中检测到呈香物质种类为 20～23种。在赤霞珠葡萄酒中检测到呈果香的乙酸乙酯OAV高于其他4种葡萄酒，在美乐葡萄酒中检测到呈花香的1-辛醇、2-苯乙醇、辛酸乙酯、里那醇、香茅醇、香叶醇物质OAV均高于其他4种葡萄酒。在5种葡萄酒中检测共有的呈香物质有9种，分别为1-辛烯-3-醇、2-壬醇、2-苯乙醇、乙酸乙酯、辛酸乙酯、丁酸、癸醛、香叶醇、β-大马士酮。在品丽珠和马瑟兰葡萄酒中均检测到超过阈值60倍具有青椒味的2-甲氧基-3-异丁基吡嗪。
2.4 葡萄酒中不同香气类别总OAV
葡萄酒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总和是阐述香气体系中不同呈香成分的有效手段，图2为5种葡萄酒中6类香气成分总OAV。各类香气中除马瑟兰葡萄酒外，其他葡萄酒均以水果香气最为突出，马瑟兰葡萄酒以生青味高于其他类香气。水果香OAVs在赤霞珠和美乐葡萄酒值较高，均显著高于其他3种葡萄酒。美乐葡萄酒花香OAVs为344.46，分别比赤霞珠、品丽珠、马瑟兰、北冰红高132.43%、352.63%、384.51%、102.35%(P<0.05)。脂肪香和干果香OAVs在美乐葡萄酒中均显著高于其他4种葡萄酒。品丽珠葡萄酒中化学香和生青味OAVs均最高，且均显著高于其他4种葡萄酒。北冰红葡萄酒中六类香气OAVs总和为611.10，高于马瑟兰葡萄酒，但低于其他3种葡萄酒。
表3 葡萄酒中关键呈香物质
Table 3 Characteristic difference in fruit aroma
香气化合物阈值/(μg·L-1)OAV气味描述赤霞珠美乐品丽珠马瑟兰北冰红1-丙醇306 0000.200.270.080.090.05成熟水果异丁醇40 0006.277.121.331.680.88生青异戊醇30 000nd18.626.175.714.39溶剂味己醇1 100nd8.41nd2.663.21青草味顺式-3-己烯醇4000.020.120.010.010.56青草味1-辛烯-3-醇11611.015.774.965.06蘑菇味2-壬醇0.17.7070.62.907.208.10植物味1-辛醇120nd0.59ndnd0.14茉莉、柠檬味3-甲硫基丙醇5000.086.390.060.060.54生土豆、蘑菇2-苯乙醇10 0009.649.721.521.731.16玫瑰、蜂蜜味乙酸乙酯7 50015.1511.352.292.701水果、漆味乙酸异戊酯30351.835.3467.41nd13.65香蕉、梨味丁酸乙酯20nd17.41ndnd3.94香蕉、菠萝味己酸乙酯14nd53.24ndnd18.41香蕉、青苹果乳酸乙酯150 0000.062.990.010.010.14菠萝、奶油味辛酸乙酯563.2278.7320.6521.5618.29花香、香蕉味癸酸乙酯2000.560.640.560.570.58水果、脂肪味乳酸异戊酯200nd1ndndnd奶油、坚果味辛酸异戊酯1250.080.290.080.080.11甜水果味丙酸8 1000.030.390.020.04<0.01果香、脂肪味异丁酸2 300<0.012.41ndnd0.26黄油、奶酪味丁酸17315.1115.8843.053.96奶酪、汗味异戊酸33.40.3463.890.290.2412.31泡菜味己酸4200.4112.470.260.473.78奶酪、脂肪味辛酸5000.201.460.200.200.57腐臭、奶酪味乙醛50024.642.26132.785.690.8生青、苹果为癸醛0.115.346.115.914.717.9肥皂、生青味苯乙醛137.62nd37.136.97nd紫丁香、蜂蜜D-柠檬烯100.070.430.060.060.17柠檬、柑橘顺式-玫瑰醚0.20.20nd0.150.30nd荔枝、玫瑰里那醇150.030.390.030.030.1玫瑰、百合花香茅醇1000.010.23<0.01<0.010.02玫瑰、丁香花香叶醇301.152.511.151.151.31玫瑰、天竺葵橙花醇3000.110.130.130.120.12紫罗兰、橙花β-大马士酮0.0532252115.20149.20花香、苹果味β-紫罗酮0.094.67nd4.564.67nd紫罗兰、玫瑰2-甲氧基-3-异丁基吡嗪0.002ndnd6060nd霉味、青椒味
注：nd表示未检测到
图2 葡萄酒中不同香气类别OAVs
Fig.2 OAVs of different aroma types in wine
3 结论与讨论
世界上任何一个葡萄酒产区的地域性都是无法复制的，由于海拔、气候、土壤等环境因子的差异，同一品种在不同地域下表现的酿酒品质也不同[13-14]，这种“风土”诠释着各产区葡萄酒的独特性[15]。利用气质联用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)、OAVs对西班牙原产地的葡萄酒香气特征进行了检测、描述和比较，发现有的产区葡萄酒蔬菜香气较为突出、有的产区葡萄酒化学香较为突出，表明不同产区具有典型的香气特征[16]。左俊伟等[17]对宁夏贺兰山东麓产区2种干白葡萄酒运用固相微萃取技术结合GS-MS,共检测出49种香气物质。本研究以黄土高原产区赤霞珠、美乐、品丽珠、马瑟兰、北冰红葡萄所酿的单品种葡萄酒为材料，通过GS-MS测定检测出106种香气成分，并表明一些关键呈香物质在品种间存在明显差异，体现了葡萄品种的特异性。JIANG等[18]对我国4个产区赤霞珠和美乐果实和葡萄酒香气进行检测，发现挥发性化合物受“风土”因子的影响显著，且均发现醇类香气物质在2个品种中含量最丰富，这与本研究中5种葡萄酒中醇类香气物质占比最高的结论一致。ROBINSON等[19]研究表明，乙醇浓度的增加显著降低了挥发性香气化合物的顶空浓度，且感官研究表明乙醇可以抑制葡萄酒中的水果香气，在本研究中5种酿酒葡萄酒精度均在11.3%～12.7%，且差异不显著，因而酒精度对葡萄酒香气的影响基本一致。对新疆地区10个酿酒品种香气分析，发现不同品种葡萄酒之间其呈香物质具有较大差异，赤霞珠葡萄酒在4个产区均以酯类为主要的呈香物质,不同产区的赤霞珠葡萄酒其呈香物质具有较大差异[20]。田欣等[21]对黄土高原地区5个小产区赤霞珠葡萄酒香气定性分析表明，5个小产区的葡萄酒定性到的香气化合物总数及各类别的数量则均差异不大。本研究中，同一地区不同品种间香气组分存在显著差异，且不同品种典型香气不同。李媛媛等[22]对宁夏贺兰山东麓5个不同子产区赤霞珠干红葡萄酒利用OAV确定其具有感官贡献的香气物质，发现具有花香和果香特征大马士酮在葡萄酒中香气贡献最为突出，这与本研究中黄土高原产区5种葡萄酒中β-大马士酮对花果香贡献较大的结论一致。萜烯类香气化合物在葡萄酒中一般为微量含量，但其香气阈值较低，对葡萄酒香气影响起关键作用。葡萄果实中的甲氧基吡嗪主要通过植物组织内氨基酸代谢产生[23]，vvomt1和vvomt2酶可以催化羟基吡嗪生成甲氧基吡嗪[24]，本研究中在品丽珠和马瑟兰葡萄酒中均检测到吡嗪类物质，且含量高于阈值，这可能与品种在地方的表现有关。
黄土高原产区不同品种葡萄酒香气组分均存在较大差异，其中赤霞珠葡萄酒主要呈水果香，美乐葡萄酒特征性香气为花香，是优良的香型酿酒葡萄品种，可为黄土高原产区酿酒葡萄推广及葡萄酒品质提升提供理论依据，为地区酿酒葡萄杂交选育香型酿酒葡萄后代提供材料依据。
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