国产橡木与欧美橡木主要成分的差异分析

李兰晓，李记明，赵 虎，姜文广，于 英，沈志毅

(烟台张裕集团有限公司技术中心，山东烟台264000)

国产橡木与欧美橡木主要成分的差异分析

李兰晓，李记明，赵 虎，姜文广，于 英，沈志毅

(烟台张裕集团有限公司技术中心，山东烟台264000)

对蒙古栎和辽东栎两种国产橡木中影响葡萄酒陈酿的主要成分进行分析，并与法国的无柄橡和美国白橡进行对比。结果表明，蒙古栎中鞣花单宁、总酚、反式橡木内酯以及鞣花酸和没食子酸的含量与美国橡木较为接近，且顺反橡木内酯之间的比值也与美国橡木近似，但顺式橡木内酯的含量显著低于美国橡木，而与法国橡木接近；而辽东栎无论是鞣花单宁和总酚的含量，还是顺反橡木内酯以及低分子酚类化合物的含量，在所测试的4种橡木中，均表现为最低，且与法国和美国橡木相比具有显著差异。因此，从橡木用于葡萄酒陈酿的潜力来看，蒙古栎是更适合开发国产橡木桶的树种。

橡木； 品种； 糅花单宁； 总酚； 橡木内酯； 低分子酚类

橡树属于壳斗科（Fagaceae）栎属（Quercus L.）植物。世界上有300多种栎属植物，但适宜制作葡萄酒和白兰地陈酿用橡木桶的仅有几种，主要包括产自欧洲的无柄橡（Quercus petraea）和有柄橡（Quercus robur）以及产自美洲的美洲白橡（Quercus alba）。由于品种特性和生长环境不同，不同品种的橡木在形态、成分以及性质方面都具有一定差异，如橡木的生长高度、纹理的粗细、密度、木材产出率以及橡木中各种化合物的种类和含量等。一般来讲，有柄橡生长快，纹理较粗，导管和空洞较少，木材中富含易溶于水的酚类化合物，而芳香化合物含量低，一般用来制作白兰地橡木桶；无柄橡的生长速率较慢，纹理较细，木材中含有的酚类化合物与挥发性香气化合物相对较为平衡；美洲白橡的特点是导管富含侵填体，含有较多的橡木内酯和挥发性香气化合物，而不挥发的鞣花单宁含量相对较低[1，2]。正是由于不同品种橡木在成分以及结构方面的差异，导致不同品种橡木处理的葡萄酒风味也不同。随着经验的积累及科技的进步，人们已经能够比较精确地了解不同类型的橡木及其特性。不同品种的橡木确实存在一定差别，甚至同一森林不同树体之间的差异也非常大[3]，因此，在制作橡木桶时，需要对橡木的品种和产地进行综合考虑。

近年来，随着国际葡萄酒市场的不断发展，葡萄酒行业对橡木资源的需求也越来越大。为了开发新的橡木资源，国外学者对欧洲不同地区，包括法国、西班牙、罗马尼亚、俄罗斯等不同国家和品种的橡木开展了深入研究。研究表明[4-6]，橡木的品种、产地以及木桶制作过程中的风干及烘烤工艺均会对橡木的成分产生影响，其中，烘烤对橡木成分的影响最大，而品种、产地以及风干等因素对橡木中的成分也具有较大影响，尤其是对于橡木中最重要的挥发性化合物橡木内酯而言，不同品种橡木中橡木内酯的含量具有较为明显的差异。一般来讲，美洲白橡含有较多的顺式橡木内酯，而法国橡木则是反式橡木内酯含量较多，而且美国橡木中顺反橡木内酯含量的比值通常大于5，而法国橡木中顺反橡木内酯含量的比值一般低于2[7]。由于顺式橡木内酯（Cis-oaklactone）的阈值仅为60μg/L，可使葡萄酒产生较为强烈的橡木和椰子气味，而反式橡木内酯阈值为370μg/L，对葡萄酒感官的影响相对较小，因此，采用法国橡木和美国橡木陈酿的葡萄酒，在感官方面也有明显差异[8]。

我国是栎属植物的主要分布区域之一，有50多种栎属植物，主要树种有蒙古栎、辽东栎、麻栎以及槲栎等。这些栎属植物与欧美橡木的结构和成分具有相似性，国内已有多家以国产橡木为原料生产橡木制品的企业。但由于品种特性以及土壤、气候等生长环境不同，国产橡木与国外橡木还存在差别[9]，但对于国产橡木在制桶潜力方面的研究资料尚不多见。因此，本研究对蒙古栎和辽东栎两种国产橡木的成分进行研究，并与法国的无柄橡及美洲白橡进行对比，以分析国产橡木用于制作橡木桶的可能性和潜力，为拓展橡木资源提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

材料：法国橡木片和美国橡木片，规格为3mm×15mm× 3mm左右的不规则片状，橡木品种分别为无柄橡和美洲白橡，由法国纳达利橡木桶公司提供；蒙古栎和辽东栎橡木片由烟台神马橡木制品有限公司提供，大小与法国橡木和美国橡木相同。每个品种选择5份相同批次的橡木片进行检测。

试剂及耗材：无水乙醇、酒石酸、酒石酸氢钾、无水硫酸钠、氯化钠为分析纯试剂，二氯甲烷、γ-己内酯、3,4-二甲基苯酚、顺式橡木内酯、反式橡木内酯、丁香酚、鞣花酸、没食子酸、香草酸、丁香酸、阿魏酸、香草醛、丁香醛、松柏醛、芥子醛均为色谱纯，购自上海国药集团。

仪器设备：QP2010 Plus气相色谱质谱联用仪，日本岛津公司；RE-52A旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂；SHB-3型循环水多用真空泵，郑州杜甫仪器厂；DC-12型氮吹仪，上海安谱科学仪器有限公司；1100型高效液相色谱仪（二极管阵列检测器），美国Agilent公司；Lambd950紫外可见分光光度计，美国PE公司；JKAPG-50高速万能粉碎机，上海精科公司；FE20K型pH计，瑞士梅特勒公司；ML104型电子天平，瑞士梅特勒公司。

1.2 橡木提取液的制备[10]

橡木片粉碎后过20目筛，准确称取5 g橡木粉末，置于250m L模拟酒溶液中（12%vol乙醇，0.7 g/L酒石酸，1.11 g/L酒石酸氢钾），20℃避光浸泡15 d，每天定时摇瓶1次，然后用布氏漏斗过滤，滤液置于4℃冰箱中待测。

1.3 总酚含量的测定[11]

采用分光光度法，将橡木提取液用蒸馏水稀释10倍，用1mm的比色皿，测定提取液在280 nm波长的吸光度。总酚含量以橡木提取液的吸光度表示。

1.4 鞣花单宁含量的测定[12]

取0.5m L橡木提取液，在氮吹和室温条件下，加入2 m L 0.1mol/L的亚硝酸溶液，反应15min后在600 nm波长测定蓝色溶液的吸光值，以鞣花单宁做标准曲线计算橡木中鞣花单宁的含量。

1.5 挥发性化合物含量的测定[10]

1.5.1 挥发性化合物的提取

准确取50m L橡木提取液，添加100μL以95%vol乙醇配制的内标物γ-己内酯和3,4-二甲基苯酚溶液（浓度分别为2mg/m L、20mg/L），加NaCl至饱和，用二氯甲烷液液萃取3次，每次15m L。萃取结束后合并有机相，用无水硫酸钠干燥，然后用真空旋转蒸发仪，30℃条件下将有机相浓缩至1m L，再用氮吹仪吹至500μL，置于4℃冰箱，供GC-MS分析。

1.5.2 GC-MS分析

色谱条件：SUPELCOWAX（30m×0.25mm×0.25μm），进样口温度为230℃，检测器温度290℃；载气为氦气，流速为1.1m L/m in；进样量为1μL，分流比30∶1，升温程序为：初温45℃，以3℃/m in升至230℃，保持25min，然后以10℃/m in升至270℃，保持21m in。

质谱条件：EI电离源，电子轰击能量为70 eV，离子源温度为230℃；扫描范围为35～350 amu。

1.6 低分子酚类化合物含量的测定[13]

1.6.1 样品处理

准确称取1 g橡木粉末，加入100m L甲醇水溶液（1∶1）室温条件下振荡提取24 h，布氏过滤器过滤后，40℃以下真空旋转去除甲醇，水相分别用20m L乙醚和乙酸乙酯萃取3次，合并乙醚和乙酸乙酯相，加20 g无水硫酸钠，40℃旋蒸，用甲醇水(1∶1)定容至1m L。置于4℃冰箱，供HPLC分析。

1.6.2 HPLC-DAD检测低分子酚类的方法

色谱柱：C18HypersylODS色谱柱（200mm×4.0mm，5μm）以及相同材料的预柱（4mm×4mm）；柱温30℃；进样量20μL；流动相A为0.1%磷酸水溶液，流动相B为0.1%磷酸甲醇溶液。洗脱程序：100%流动相A至85%（20m in），75%（30m in），50%（50m in），0%（70m in）。流速：1m L/min。检测波长：280 nm。根据样品的出峰保留时间比对对照品的保留时间，确定样品中单体酚类物质的组成；根据保留时间及特征吸收色谱与标准品对照定性，用外标法定量。

2 结果与分析

2.1 橡木品种对鞣花单宁含量的影响

鞣花单宁是橡木中的主要单宁，是影响橡木桶贮葡萄酒质量的重要因素之一[14]。研究表明，橡木中的鞣花单宁比葡萄酒中的类黄酮酚更容易氧化，它缓慢而有规律的耗氧为葡萄酒的橡木桶贮存提供微氧化环境，可促进单宁和花色素苷的缩合反应，有利于增加葡萄酒颜色、提高颜色的稳定性、减轻红葡萄酒的涩味并保护葡萄酒被过度氧化[15]。不同品种橡木鞣花单宁含量见图1。从图1可知，法国橡木中鞣花单宁含量最高，达63.8mg/g± 11.4mg/g，且显著高于其他品种橡木；辽东栎中鞣花单宁含量最低，其含量仅为5.6mg/g±1.2mg/g，不足法国橡木中鞣花单宁含量的1/10。而美国橡木和蒙古栎，鞣花单宁含量较为相近，其含量分别为23.5mg/g±7.1mg/g和22.6mg/g±6.7mg/g，相当于法国橡木中鞣花单宁含量的1/3左右。

图1 橡木品种对糅花单宁含量的影响

2.2 橡木品种对总酚含量的影响

利用酚类物质在光波长280 nm下被吸收的特性，对橡木提取物中的总酚含量进行测定，结果见图2。从图2可以看出，与鞣花单宁含量的变化规律相似，法国橡木的总酚含量在所测试的4种橡木中最高，且与其他品种橡木有显著差异；其次是蒙古栎和美国橡木，其总酚含量相近，约为法国橡木的一半左右，而辽东栎在4种橡木中总酚含量最低，其含量仅为法国橡木总酚含量的1/4到1/3。

图2 橡木品种对总酚含量的影响

2.3 橡木品种对挥发性化合物的影响

橡木内酯是原橡木中最重要的挥发性化合物之一，是使葡萄酒产生橡木、椰子等怡人香气的主要化合物，因此其含量常作为判断橡木香气潜力的依据[16]，并将顺反橡木内酯之间的比值，作为区分法国橡木和美国橡木的主要指标[7，17]。不同品种橡木中顺反橡木内酯的含量见表1。从表1可以看出，法国橡木和美国橡木中顺反橡木内酯的含量及二者之间的比例具有显著差异，美国橡木中顺式橡木内酯含量显著高于法国橡木，而对于反式橡木内酯来说，则是法国橡木显著高于美国橡木。法国橡木中顺反橡木内酯含量之间的比值仅为0.9±0.3，美国橡木则为7.0±1.3。而对于2种国产橡木来讲，蒙古栎中顺式橡木内酯含量为22.6μg/g±6.2μg/g，反式橡木内酯含量为4.4μg/g±0.5μg/g，分别与法国橡木中顺式橡木内酯和美国橡木中反式橡木内酯的含量无显著差异。而辽东栎在所测试的4种橡木中，顺式和反式橡木内酯含量均为最低，且与法国橡木和美国橡木均具有显著差异。蒙古栎和辽东栎中顺反橡木内酯之间的比值分别为6.6± 1.5和8.1±1.0，与美国橡木较为接近，但与法国橡木具有显著差异。

丁香酚是原橡木中另一种重要的挥发性化合物[18]，可赋予葡萄酒烟熏、香料和丁香等气味，并且其含量在橡木的风干和烘烤过程中变化较小，因此，丁香酚的含量也是判断橡木香气潜力的依据之一[19]。由表1可知，在所测试的4种橡木中，蒙古栎中丁香酚含量最高，为6.2μg/g，其次是美国橡木和法国橡木，但这3种橡木之间，丁香酚的含量无显著差异。而辽东栎在所测试的4种橡木中，丁香酚含量最低，仅为2.4μg/g±0.5μg/g，且与其他3种橡木相比有显著差异。

表1 不同品种橡木中挥发性成分的含量 (μg/g)

表2 不同品种橡木中低分子酚类化合物的含量 (mg/kg)

2.4 橡木品种对低分子酚类化合物的影响

橡木中的水解单宁可降解产生鞣花酸、没食子酸，木质素也可降解产生香草醛、松柏醛等酚醛类化合物，并氧化产生相应的酚酸。这些低分子酚类化合物对葡萄酒的颜色、香气和口感均具有重要影响[20]。从表2可以看出，鞣花酸和没食子酸是橡木中含量最多的2种酚酸类化合物，其含量占低分子酚类化合物总量的84%～91%，其中，鞣花酸的含量占低分子酚类化合物总量的65%～75%。在所测试的4种橡木中，法国橡木中鞣花酸含量显著高于其他3种橡木，而辽东栎鞣花酸含量最低，且与其他3种橡木均具有显著差异。由于鞣花酸是由鞣花单宁水解产生的，因此，4种橡木中鞣花酸含量的差异，反映了不同品种橡木中鞣花单宁含量的差异。

没食子酸在4种橡木中的含量变化规律与鞣花酸相似，法国橡木中的含量最高，辽东栎含量最低，而美国橡木和蒙古栎中，没食子酸含量无显著差异。

香草酸、丁香酸以及香草醛和丁香醛等酚酸和酚醛化合物的含量，在不同品种橡木之间也表现出一定差异，但其含量在低分子酚类化合物中所占比例较少，含量较多的丁香醛在低分子酚类化合物中所占比例也仅有2.1%～5.7%，而其他酚醛和酚酸化合物所占比例更低，这主要是由于丁香醛和香草醛等酚醛化合物及相应的酚酸化合物，主要是由木质素在热降解过程中产生的，而在原橡木中含量相对较少[21]。

对于低分子酚类化合物总量来说，由于鞣花酸和没食子酸占到低分子酚类化合物总量的80%以上，因此，4种橡木的鞣花酸和没食子酸的变化规律一致。法国橡木中低分子酚类化合物的含量显著高于其他品种橡木，而蒙古栎和美国橡木低分子酚类化合物的含量较为相近，而辽东栎中低分子酚类化合物含量最低。

3 结论

通过对法国橡木、美国橡木以及蒙古栎和辽东栎这4种橡木的主要指标进行测定，结果表明，蒙古栎中的鞣花单宁、总酚含量、反式橡木内酯和鞣花酸以及没食子酸的含量与美国橡木较为接近，且顺反橡木内酯之间的比值为6.6±1.5，也与美国橡木近似，丁香酚含量略高于其他品种，但与法国橡木和美国橡木相比并没有显著差异，而顺式橡木内酯的含量显著低于美国橡木，但与法国橡木接近；而辽东栎无论是鞣花单宁和总酚的含量，还是顺反橡木内酯以及鞣花酸和没食子酸的含量，在所测试的4种橡木中，均表现为最低，且与法国和美国橡木相比，大多具有差异显著。因此，从橡木用于葡萄酒陈酿的潜力来看，蒙古栎与欧美橡木相比表现出自己独特的特点，是更适合开发国产橡木桶的树种，而辽东栎的开发潜力不大。因此，将以蒙古栎进行后续研究。

[1] 李记明.橡木桶葡萄酒的摇篮[M].北京：中国轻工业出版社, 2010.

[2] 张会宁.干红葡萄酒在橡木桶陈酿过程中质量变化的研究[D].西安：西北农林科技大学,2014.

[3] Doussot F,De Jeso B,Quideau S,etal.Extractivescontent in cooperageoak wood during naturalseasoning and toasting; Influence of tree species,geographic location,and single-tree effects[J].JAgr Food Chem,2002,50(21)：5955-5961.

[4]Diaz-maroto M C,Guchu E,Castro-vazquez L,etal.Aromaactive compoundsofAmerican,French,Hungarian and Russian oakwoods,studied by GC-MSand GC-O[J].Flavour and Fragrance Journal,2008,23(2)：93-98.

[5] Chira K,Teissedre P-L.Chem icaland sensory evaluation of w inematured in oak barrel:effectof oak species involved and toasting process[J].European Food Research and Technology, 2015,240(3)：533-547.

[6] Fernandez D SB,Cadahia E,DelÁlamo M,etal.Effectof size,seasoning and toasting in the volatile compounds in toasted oak wood and in a red w ine treated w ith them[J].Anal Chim Acta,2010,660(1-2)：211-220.

[7]WaterhouseA L,Towey JP.Oak lactone isomer ratio distinguishesbetweenw ine fermented in American and French oak barrels[J].JAgr Food Chem,1994,42(9)：1971-1974.

[8] 尹建邦,张辉,孙建平,等.沙城产区橡木桶陈酿赤霞珠葡萄酒中橡木香气成分的研究[J].中外葡萄与葡萄酒,2011(5)：30-32.

[9] 田宝荣,袁猛,袁晓林,等.气质联用法测定分析不同地域橡木屑的香气成分[J].中外葡萄与葡萄酒,2016(3)：18-21.

[10] De Simon B F,Cadahia E,Muino I,etal.Volatile composition of toasted oak chipsand stavesand of redw ineagedw ith them[J].Am JEnolViticult,2010,61(2)：157-165.

[11] ChatonnetP,Dubourdieu D.Comparative study of the characteristicsof Americanwhiteoak(Quercusalba)and European oak(Quercuspetraea and Q.robur)for production of barrelsused in barrelaging ofw ines[J].Am JEnolViticult, 1998,49(1)：79-85.

[12] 张永军,武予清,郭予元,等.植物单宁的几种常用定量测定方法[C]//中国植物保护学会全国会员代表大会暨21世纪植物保护发展战略学术研讨会,2001.

[13] Fernandez D SB,Conde E,Cadahia E,etal.Low-molecularweightphenolic compounds inwoodsof Spanish,French and American oak[J].Holzforschung,1999,53(2)：147-150.

[14] Puech JL,Feuillat F,Mosedale JR.The tanninsof oak heartwood:Structure,properties,and their influence onw ine flavor[J].American Journalof Enology and Viticulture,1999, 50(4)：469-478.

[15] 陈勇,易勇波,肖利民,等.橡木中的鞣花单宁对葡萄酒质量的影响[J].酿酒科技,2005(3)：71-74.

[16] Cadahia E,Fernandez D SB,Jalocha J.Volatile compounds in Spanish,French,and American oak woodsafternatural seasoning and toasting[J].Journalof Agriculturaland Food Chemistry,2003,51(20)：5923-5932.

[17] Perez-prieto L J,Lopez-roca JM,Martinez-cutillasA,etal. Maturingw ines in oak barrels.Effectsoforigin,volume,and ageof thebarrelon thew ine volatile composition[J].Journal of Agriculturaland Food Chem istry,2002,50(11)：3272-3276.

[18] Doussot F,Pardon P,Dedier J,etal.Individual,speciesand geographic origin influenceon cooperageoak extractible content(Quercus robur L.and Quercuspetraea Liebl.)[J]. Analusis,2000,28(10)：960-965.

[19] Sefton M A,Francis IL,Pocock K F,etal.The influenceof naturalseasoning on the concentrationsof eugenol,vanillin, and cis-and trans-β-methyl-γ-octalactone extracted from French and American oakwood[J].SciencesDesA liments, 1993,96(9)：13629-13643.

[20] Zhang B,Cai J,Duan CQ,etal.A review of polyphenolics in oakwoods[J].International JournalofMolecular Sciences, 2015,16(4)：6978-7013.

[21]Cadahia E,Munoz L,Garcíavallejo M C,etal.Changes in low molecularweightphenolic compounds in Spanish,French, and American oak woods during naturalseasoning and toasting[J].Journalof Agriculturaland Food Chem istry,2001, 49(4)：1790-1798.

Difference in M ain Compositionsbetween Domestic and European/American Oak

LILanxiao,LIJim ing,ZHAO Hu,JIANGWenguang,YU Ying and SHEN Zhiyi
(Technology Centerof Zhangyu Group Co.Ltd.,Yantai,Shandong 264000,China)

Themain compositionsof Quercusmongolica and Quercus liaotungensis were determined and then compared w ith Quercuspetraea from French and Quercus alba from America.The results showed that,the contentof ellagitannin,total phenol,trans-oak lactone,ellagic acid and gallic acid in Quercusmongolica were close to American oak,and the ratio between cis/trans-oak lactonewasalso sim ilar to Quercus alba, however,the content of cis-oak lactonewas significantly lower than American oak and close to French oak.The contentof ellagitannin,total phenol,cis and trans-oak lactone and low-molecular-weightphenolic compounds such as ellagic acid and gallic acid in Quercus liaotungensis were the lowest in the four kinds of oak,and it had a significant difference w ith French/America oak.Accordingly,Quercusmongolica was more suitable for producing oak barrels.

oak;variety;ellagitannin;totalphenol;oak lactone,low-molecular-weightphenolic compounds

TS262.6；TS261.4

A

1001-9286（2016）12-0052-04

10.13746/j.njkj.2016256

山东省泰山学者领军人才项目；烟台市科技发展计划项目（2013NC054）。

2016-08-18

李兰晓（1982-），男，工程师，研究方向为葡萄与葡萄酒，E-mail：lilanxiao123456@163.com。

李记明（1966-），男，研究员，研究方向为葡萄酒酿造技术，E-mail：zyljm@163.com。

优先数字出版时间：2016-11-04；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161104.1433.007.htm l。