橡木桶陈酿对‘赤霞珠’干红葡萄酒香气的影响

余俊燕，李存，兰义宾，段长青，吴广枫

（中国农业大学食品科学与营养工程学院/农业部葡萄酒加工重点实验室，北京 100083）

气候、土壤、葡萄品种、栽培模式、发酵工艺以及陈酿环境等因素共同作用对葡萄酒的香气产生影响[1-3]。近年来，国内外对葡萄酒香气的研究主要集中在风味物质的形成机理和影响因素上[4]。沙城产区主要包括河北省宣化区、涿鹿县、怀来县，拥有独特的优质葡萄生长的自然环境，可以生产出优质的‘赤霞珠’‘蛇龙珠’和‘品丽珠’葡萄酒[5]，该产区葡萄酒的特征香气也备受关注。侯敏[6]利用化学仪器分析和感官分析对沙城‘赤霞珠’干红葡萄酒进行研究，发现香草味、烘烤味、辛辣、水果、咖啡、奶油、李子干和动物气味等11个描述词可以用来描述沙城‘赤霞珠’干红葡萄酒的特征香气。商华[7]以沙城产区不同地块、不同桶龄的橡木桶搭配干红葡萄酒进行陈酿试验，结果表明，不同产地和桶龄的橡木桶进行合理搭配可以改善陈酿后干红葡萄酒的香气浓郁度和复杂度。

葡萄酒在橡木桶陈酿过程中，其品质会发生变化，酒体更加成熟，口感和色泽也能得到提升[8]。一方面是因为一系列和橡木相关的物质浸入酒中，能够增强葡萄酒的口感和香气的复杂性[9]。另一方面是由于橡木桶为葡萄酒提供了特殊的微氧环境，尤其是新橡木桶的桶壁具有良好的透气性，可以使外界的氧气通过板材缝隙渗入到葡萄酒中[10]。Aiken[11]指出，在橡木桶陈酿过程中，由于香草醛和丁香酚等挥发性酚类化合物的浸出，使经过橡木桶陈酿的葡萄酒具有显著的橡木香气、香草香以及香料香。尹建邦[12]对沙城产区‘赤霞珠’干红葡萄酒的橡木香气进行检测分析发现，橡木香气中顺式-橡木内酯、反式-橡木内酯、愈创木酚、丁香酚和香兰素的浓度均高于其感官阈值，其中顺式-橡木内酯具有最高的气味活性值（OAV），是葡萄酒中重要的橡木香气物质。

香气是衡量葡萄酒品质的重要标准之一。葡萄酒中香气物质的种类、组成比例、含量及各物质之间的平衡关系等因素使葡萄酒呈现出不同的风格特色[13]。因此，本文以长城桑干酒庄‘赤霞珠’干红葡萄酒为研究对象，通过对3种橡木桶进行陈酿试验，利用GC-MS技术，分析葡萄酒在不同橡木桶陈酿过程中香气物质的变化，并通过计算OAV值，对比其差异，研究葡萄酒陈酿12个月后的香气特点，并结合感官定量描述分析的方法，探究不同橡木桶陈酿对‘赤霞珠’干红葡萄酒香气的影响，从而为该酒庄实际生产过程中橡木桶的选择提供理论依据。

1. 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品选用中粮长城桑干酒庄2018年‘赤霞珠’干红葡萄酒。葡萄原料的成熟期为2018年10月中下旬，葡萄总糖含量为208 g·L-1、总酸为7.7 g·L-1。葡萄采收后在长城桑干酒庄进行除梗破碎，经过冷浸渍后进入酒精发酵及苹乳发酵阶段。发酵结束后，于2019年9月29日在中粮长城桑干酒庄的地下酒窖开始橡木桶陈酿试验。地下酒窖常年处于恒温恒湿状态，保证了相对稳定的温湿度变化，温度范围为10～18 ℃，湿度范围为60%～80%，酒窖内部的照明柔和，定期进行通风换气以保证酒窖空气新鲜。橡木桶分为艾米塔基（Ermitage，AM）、索利（Selection，SL）优选型、希尔宛（Signature，XW）3种桶型。试验中用于陈酿的橡木桶原料产自法国，橡木板材是无柄橡木和有柄橡木的混合板材，橡木板材经过24个月的天然晾晒，烘烤程度均为中度烘烤，体积均为225 L。为增加试验结果的准确性，取样时间点一致，均为入桶前及桶储12个月后进行取样，每次取样时每个桶均在中部位置利用虹吸方法吸取350 mL，取样结束后将样品放置于﹣20 ℃冰箱中进行保存。

色谱纯试剂甲醇、乙醇、二氯甲烷均购自北京蓝弋化工产品有限责任公司；分析纯试剂葡萄糖、酒石酸、氯化钠、氢氧化钠、无水硫酸钠均购自北京化学试剂公司。试验用水为娃哈哈纯净水。

1.2 仪器与设备

JY10002电子天平，上海舜宇恒平仪器有限公司；Agilent 7890 GC和Agilent 6890气相色谱仪、Agilent 5975B MS和Agilent 5975质谱仪均为美国安捷伦科技有限公司；固相微萃取装置，SPME美国Supelco公司；SG3200HBT超声波清洗机，上海冠特超声仪器有限公司；PB-10 pH仪，德国塞利多斯公司。

1.3 方法

1.3.1 顶空固相微萃取（HS-SPME）

参照兰义宾等[14]的方法：使用本实验室已经优化的顶空固相微萃取法-气相质谱（Headspace Solid-Phase Microextraction，HS-SPME）联用方法分析葡萄酒自身香气物质。GC条件：载气He（≥99.99%），流速为1 mL·min-1，自动进样，不分流模式，初始温度设置为50 ℃，保持1 min；然后3 ℃·min-1升温至220 ℃，保持3 min，然后10 ℃·min-1升温到240 ℃，保持5 min。MS条件：离子源和四极杆温度分别为230 ℃和150 ℃，电子电离模式为70 eV，采用全扫描模式，扫描范围为30～350 u[14]。香气物质的定性分析是依据每个物质的保留时间（RT）、保留指数（RI）及质谱信息与NIST 2011标准谱库的信息进行对比定性[15]。定量采用内标法，用4-甲基-2-戊醇内标物来校正仪器的响应状态，使用模拟酒溶液来配置标准曲线（2 g·L-1葡萄糖、7 g·L-1酒石酸、12%乙醇，用NaOH调节pH至3.3），用乙醇溶解已有的标准品物质，添加香气标准品母液，使用拟酒溶液连续稀释12个梯度，同样使用1.3.1的方法对香气物质进行分析并绘制标准曲线，将香气物质与内标的保留值之比代入标准曲线即可得到各个物质的浓度[16]。

1.3.2 液-液萃取（LLE）

称5 g硫酸铵于50 mL离心管中，依次加入20 mL酒样和10 μL混合内标（γ-己内酯、3,4-二甲基苯酚、邻-香草醛）后震荡摇匀。混匀后加入5 mL色谱级二氯甲烷，摇匀后震荡5 min，然后置于提前预冷好的离心机（4 ℃，10 000 r·min-1）中离心10 min。吸取下层二氯甲烷于20 mL的试管中，再加入5 mL二氯甲烷重复上述操作进行二次离心，向两次离心收集的二氯甲烷溶液中加入1.5 g无水硫酸钠，待酒滴被吸附后将上清液移至干净的离心管中，将所得上清液氮吹浓缩至1 mL左右，使用0.22 μm有机系微孔过滤膜过滤至2 mL进样小瓶，于﹣20℃冰箱贮藏，待分析[17]。

1.3.3 气相色谱与质谱联用（GC-MS）分析[17]

在本试验中，用于检测葡萄酒中橡木类香气物质采用的气相色谱是Agilent 7890，质谱为Agilent 5975B MS；毛细管柱采用的是Agilent 19091N-136：4432.67434 HP-INNOWax Polyethylene Glyco 260 ℃：60 m×250 μm ×0.25 μm。GC条件：≥99.99%的高纯氦气，流速为1 mL·min-1，选择不分流模式，自动进样，柱温初始温度为50 ℃，保温0 min；以7 ℃·min-1的速率升温至120 ℃，保温5 min，以2 ℃·min-1升温至200 ℃·min-1，保温0 min，然后以10 ℃·min-1达到目标温度240 ℃，保温20 min。MS条件：质谱电离方式为EI，离子源温度是230 ℃，质谱接口温度为150 ℃，电离能70 eV恒定，扫描范围为30～350 u。

1.3.4 橡木香气物质定性和定量分析

定性：将每个物质的RT、RI及质谱信息与本实验室基于GC-MS已建立的38种橡木香气物质标准谱库进行定性[17]。定量：配置模拟酒溶液（2 g·L-1葡萄糖、7 g·L-1酒石酸、使用NaOH调节pH至3.5），调整乙醇浓度为13%，加入香气标准品母液，连续稀释10个梯度。用相同的萃取条件和GC-MS条件对香气进行定性分析，并制作标准曲线对样品中的香气物质进行定量分析。利用MSD软件进行峰面积积分，标准曲线和样品都使用相应浓度的3种内标物质来校正仪器的响应状态（γ-己内酯校正橡木内酯类和呋喃类物质，邻-香草醛校正酚醛类物质，3,4-2甲基苯酚校正挥发性酚类物质）。

1.4 数据处理

IBM SPSS Statistics 21对数据进行单因素AVONA分析（Duncan检验，P＜0.05）；采用Origin 9.0绘制柱状图；使用SIMCA 14.1绘制正交偏最小二乘-判别分析图。

2 结果与分析

2.1 橡木桶陈酿对葡萄酒香气的影响

2018年份‘赤霞珠’干红葡萄酒样品中共检测到98种挥发性香气物质。其中通过顶空-固相微萃取法提取的香气物质共72种，主要是来自于葡萄果实或者发酵过程的香气物质，还有少数在陈酿过程中大量形成的香气物质，如乳酸乙酯（Ethyl lactate）、乳酸异戊酯（Isoamyl lactate）、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯（Ethyl 2-hydroxy-4-methylpentanoate）、丁二酸二乙酯（Diethyl succinate）等，这部分物质被称为葡萄酒自身香气物质。通过液-液萃取法提取的香气物质共26种，主要是与橡木桶陈酿密切相关的香气物质，包括挥发性酚类物质、酚醛类物质、呋喃类物质和内酯类物质，称为橡木香气物质。

2.2 偏最小二乘法判别分析

对‘赤霞珠’干红葡萄酒自身香气物质和橡木香气物质分别进行偏最小二乘法判别分析（PLS-DA），进一步挖掘陈酿过程中各样品中检测到的香气物质与橡木桶之间的关系，同时筛选出VIP（Variable Importance for the Projection）大于1的特征差异物质。

2.2.1 葡萄酒自身香气

由得分图1可知，AM、XW和SL均能被完全分开，主成分1可以将XW与AM和SL进行很好的区分，主成分2可以将AM与XW和SL进行区分，即说明3种橡木桶对‘赤霞珠’干红葡萄酒的自身香气物质造成了一定的差异。同时通过计算VIP值来衡量每种物质对3个橡木桶的分类并判别其影响强度和解释能力，从而辅助筛选特征香气物质（一般以VIP＞1.0作为筛选的标准）。由Loading Scatter Plot图1可知，乙酸异戊酯、月桂酸乙酯、壬酸乙酯、丁醇和2-乙基-1-己醇等11种物质可能是XW与AM和SL之间的差异特征物质；苯甲醛、辛酸、己醇、苯甲醇、乙酸乙酯和苯乙酸乙酯等12种物质可能是AM与XW和SL之间的差异特征物质；乳酸乙酯、己酸乙酯、异戊酸乙酯、辛酸乙酯、异戊醇、辛醇和苯乙醇等13种物质可能是SL与AM和XW之间的差异特征物质。

图1 2018年份不同橡木桶陈酿‘赤霞珠’干红葡萄酒自身香气物质的偏最小二乘法判别分析Figure 1 Discriminant analysis of aroma components of 'Cabernet Sauvignon' wine aged in different oak barrels in 2018

2.2.2 葡萄酒橡木香气

由得分图2可知，AM、XW和SL均能被完全分开，主成分1可以将XW、AM和SL进行很好的区分，主成分2可以将XW与AM和SL进行很好的区分，即说明3种橡木桶对‘赤霞珠’干红葡萄酒的橡木香气物质造成了一定的差异。由Loading Scatter Plot图2可知，VIP值＞1的物质有顺/反式橡木内酯、3-乙基苯酚和香草酸甲酯等7种物质可能是XW与AM和SL之间的差异特征物质；糠醛、5-甲基糠醛、乙酰呋喃、香草酸、4-乙基苯酚等7种物质可能是导致AM与XW和SL之间的差异特征物质。

图2 橡木桶陈酿‘赤霞珠’干红葡萄酒橡木香气物质的偏最小二乘法判别分析Figure 2 Discriminant analysis of aromatic substances in oak of 'Cabernet Sauvignon' wine aged in different oak barrel by partial least square method

2.3 OAV分析

OAV是香气成分的质量浓度与嗅觉阈值的比值，OAV值用于评估单一挥发性化合物对葡萄酒香气的潜在贡献[18-19]，或寻找某一葡萄酒香气的主要香气化合物或特征化合物[20-21]。OAV＞1表明这些物质的香气浓度要高于人类的阈值浓度，因此这些物质作为葡萄酒的主要香气物质，对葡萄酒的整体香气特性有着重要的贡献。OAV值越高，该物质的香气贡献越大。本研究对3种橡木桶陈酿‘赤霞珠’的OAV＞1的香气成分进行了分类和总结。

2.3.1 葡萄酒自身香气

葡萄酒OAV＞1的自身香气物质见表1。由表1可知，果香主要由4种脂肪酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和1种乙酸酯（乙酸异戊酯）产生。其中乳酸乙酯和辛酸乙酯的香气值存在显著性差异，并且SL桶这些物质的香气值明显高于AM桶和XW桶。由于酯类物质主要为葡萄酒贡献果香，因此可以进一步推断SL桶陈酿12个月后的‘赤霞珠’干红葡萄酒具有更浓郁的果香。花香主要由1种脂肪酸乙酯（辛酸乙酯）、1种羰基化合物（苯乙醛）和1种降异戊二烯（β-大马士酮）产生。其中SL桶和XW桶的香气值要显著的高于AM桶。SL桶和XW桶陈酿12个月后的‘赤霞珠’酒具有更浓郁的花香。植物味主要由1种高级醇（己醇）产生。XW桶的气味活性值显著低于SL桶和AM桶，推测陈酿12月后XW桶的‘赤霞珠’酒生青味降低。焦糖香主要是由1种高级醇（异戊醇）、1种羰基化合物（苯乙醛）和1种降异戊二烯类物质（β-大马士酮）产生。后两类物质在不同桶之间并不存在显著性差异，SL桶异戊醇的香气值显著高于其他两种桶。脂肪味主要由2种脂肪酸乙酯（乳酸乙酯、癸酸乙酯）和1种高级醇（异戊醇）产生。其中SL桶的香气值均显著的高于AM桶和XW桶。

表1 橡木桶陈酿12个月葡萄酒中主要香气物质（OAV＞1）的含量Table 1 Contents of main aroma compounds (OAV＞1) in wine aged in different oak barrels for 12 months μg·L-1

2.3.2 葡萄酒橡木香气

本研究将3个不同橡木桶陈酿‘赤霞珠’中橡木香气化合物OAV＞1的香气物质进行分类汇总见表2。由表2可知，焦糖香主要由1种酚醛类物质（香草醛）和1种挥发性酚类物质（丁香酚）产生。并且这两种物质在不同橡木桶之间都有显著性差异，AM桶香草醛的香气值明显比较高，XW桶丁香酚的香气值显著高于AM桶和SL桶。椰子味主要由2种橡木内酯（顺/反式橡木内酯）、1种酚醛类物质（香草醛）和1种挥发性酚类物质（丁香酚）产生。其中XW桶顺/反式橡木内酯的香气值均显著的高于AM桶和SL桶。香料味主要由2种挥发性酚类物质（丁香酚、4-乙烯基愈创木酚）产生。XW桶丁香酚和4-乙烯基愈创木酚的香气值均显著的高于AM桶和SL桶。烟熏味和皮革味主要是由1种挥发性酚（4-乙基愈创木酚）产生，AM桶4-乙基愈创木酚的香气值显著的高于SL桶和XW桶。

表2 不同橡木桶陈酿12个月葡萄酒中橡木香气物质（OAV＞1）的含量Table 2 Content of oak aroma compounds in wine aged in different oak barrel s for12 months μg·L-1

2.4 感官品评

由于感官品评成员之间在评价尺度、评价方向和评价位置等方面存在差异，不同品评成员对同一酒样的感官评价差异较大，从而不能真实反映酒样之间的差异。因此，感官数据的处理方法采用置信区间法对原始数据进行合理调整，有效降低品评成员之间的误差，真实反映酒样之间的客观差异。

为了能够直观的观察到不同橡木桶陈酿的‘赤霞珠’干红葡萄酒的香气感官差异，根据置信区间检验转换后的数据绘制雷达图，如图3。由图3可知，XW桶具有花香、中等强度的焦糖香、橡木桶陈酿带来的较为浓郁的木香、椰子香以及中等强度的香料味，带有一些果香，几乎闻不到脂肪味。AM桶具有烟熏味、焦糖味、中等强度的果香和木香。SL桶具有浓郁的果香、中等强度的脂肪味，带有一些香料味和花香。

图3 三个不同橡木桶‘赤霞珠’干红葡萄酒的香气轮廓图Figure 3 Aroma profiles of three different oak barrels of'Cabernet Sauvignon' wine

感官分析结果与仪器检测香气物质的结果基本一致，结合VIP和OAV值筛选出重点分析的香气物质可以进一步推测花香与辛酸乙酯含量密切相关，果香与脂肪酸乙酯类物质（己酸乙酯、乳酸乙酯、癸酸乙酯）的含量呈正相关，烟熏味与挥发性酚类物质密切相关，木香、椰子味与橡木内酯类物质（顺式-橡木内酯、反式-橡木内酯）密切相关。这些香气物质含量的差异导致了3种橡木桶‘赤霞珠’干红葡萄酒不同的香气特点。

3 讨论与结论

陈酿香源自橡木。橡木桶按产地主要分为美洲桶和欧洲桶；按纹理区分为细纹理、中纹理和粗纹理；按工艺区分为轻度烘烤、中度烘烤和重度烘烤。

橡木桶对于葡萄酒香气的贡献在于橡木自身具有的香气物质[22]。陈酿过程中，葡萄酒透过木质缝隙接触橡木桶内壁以下1～5 mm的风味物质层，吸收其中的风味物质。

橡木香在酒中的体现很大程度受橡木桶产地、纹理度和烘烤度影响[22]。从橡木本身来说，美洲橡木具备更多的芳香物前体，而适度烘烤则促进了橡木的纤维素、半纤维素、木质素等大分子物质的分解和香气物质的形成。对于成品桶来说，由于桶内具有的风味物质含量有限，同一个橡木桶对于葡萄酒风味的贡献会随着桶龄的增加逐渐减少。相比细纹理橡木桶而言，葡萄酒在陈酿过程中更容易渗透进入粗纹理橡木桶的风味物质层，获取其中的风味物质。王燕荣等[23]将‘赤霞珠’干红葡萄酒陈放于不同来源和不同烘烤程度的橡木桶陈酿，结果表明，‘赤霞珠’干红葡萄酒陈放在法国中度烘烤橡木桶的表现较好。

本研究通过对2018年‘赤霞珠’干红葡萄酒在不同橡木桶中陈酿12个月过程中香气物质含量的差异和变化趋势分析，利用偏最小二乘法判别分析来进一步验证陈酿过程中橡木桶对香气物质的影响以及利用VIP值筛选出特征差异物质，并计算OAV值结合特征差异物质进行重点分析，得出以下结论。

在陈酿过程中，不同橡木桶对同一原酒的香气有重要影响；对同一原酒使用不同橡木桶进行陈酿后各类香气物质均呈现显著性差异。在橡木桶陈酿过程中，就葡萄酒自身香气而言，大部分醇类、酯类、挥发性脂肪酸类物质的浓度呈现下降的趋势；就橡木香气物质而言，大部分橡木类物质整体上呈现上升的趋势；从OAV值的角度出发，发现AM桶呈现出突出的烟熏味和焦糖味；SL桶的花香、果香和脂肪味更为突出；XW桶表现出更加浓郁的橡木香、椰子味、香料香和花香。通过对VIP值和OAV值进行计算，筛选出顺式-橡木内酯、反式-橡木内酯、4-乙烯基愈创木酚、辛酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、己醇、异戊醇和辛酸等物质作为香气物质重点分析。

试验表明，使用希尔宛桶陈酿的葡萄酒中橡木香、椰子味和香料香突出，更加适合用来陈酿‘赤霞珠’葡萄酒。因此建议‘赤霞珠’干红葡萄酒陈酿时首选希尔宛桶中度烘烤木桶。