加工研究室酿酒微生物岗位

刘延琳 秦义 宋育阳

　　香气是葡萄酒感官质量的重要指标之一，可分为品种香气、发酵香气和陈酿香气；品种香气又称为一类香气，来源于葡萄浆果中的芳香性物质，对葡萄酒的质量和产区特色起着重要的作用（PascalRibéreau-Gayon et al 2006）。品种香气的呈味物质主要有单萜类、C13-降异戊二烯衍生物、甲氧基吡嗪、硫醇等物质（Mar Vilanovaet al 2007;Pascal Ribéreau-Gayon etal 2006）；它们在葡萄酒中有其各自的感官特征，是葡萄酒香气复杂性的重要因素之一。本文通过论述上述几种物质的性质、合成及其影响因素，阐明它们在酿酒葡萄中的代谢积累规律，从而为生产中增加浆果中香气物质的含量、提高香气质量、酿造优质葡萄酒提供理论依据。

　　1　品种香气概述

　　葡萄酒香气是由数百种挥发性物质组成，浓度从数mg/L到几ng/L，甚至更少。品种香气（反应特定的品种、气候和土壤）是决定葡萄酒种差异及其典型性的主要成分。这些物质的感官作用取决于浓度、类型和感官阈值。一些物质虽然含量以ng/L计，但对香气的表现起着重要的作用，另一些虽然含量很高，但所起的作用却很小。因此，“品种香气”不是简单的指每一种葡萄品种具有特定的香气成分。事实上，在同一家族的许多品种的葡萄醪和葡萄酒及其他水果和植物中，存在着同样的香味化合物及其前体物。单品种酒香气的独特性是由于各种化合物的组成及浓度的不确定变化的结果（Ribereau-Gayon et al 2006）。

　　对欧洲葡萄的香气化合物，研究最详细的是萜类化合物。这些香气化合物是玫瑰香葡萄及其酒的典型香气，它们也以游离和无味的糖甙态形式存在于弱香型(simpleflavoured)品种中，但浓度很低。

　　降异戊二烯是一种广义的萜烯类，是类胡箩卜素的化学和酶解物。它们也以糖甙前体物的形式存在。甲氧基吡嗪在赤霞珠等品种中表现出青草型的香气。这些化合物在葡萄中以游离态形式存在，没有鉴定出前体物。硫醇参与某些葡萄品种香气，尤其是长相思。这些化合物在葡萄中以S-半胱氨酸（S-cys）结合的形式存在（Ribereau-Gayonet al 2006; Mendes-Pinto,2009; M.V.Moreno-Arribas et al,2009）

　　2　品种香气的呈味物质

　　2.1　单萜类物质

　　各种萜类广泛存在于葡萄植株及浆果中，但作为香气物质的主要是单萜和倍半萜(Roubelakis-Angelakis 2009)。对葡萄酒香气有重要影响的单萜主要有芳樟醇、香叶醇、香茅醇、橙花醇、脱氢芳樟醇、α-松油醇等，它们主要存在于果皮中(Ronald J.Clarke et al2004)。

　　葡萄浆果中的单萜主要以三种形式存在。（1）游离态：主要是芳樟醇、香叶醇、橙花醇，以及与吡喃、呋喃结合的芳樟醇氧化物。但是，对葡萄汁的不同处理和气候等因素的影响，也可能出现其他的游离态单萜。（2）聚合态：包括多羟基化形式和游离多聚体形式。这些化合物对葡萄及葡萄酒香气没有直接的贡献，但有些可以分解产生挥发性物质，影响葡萄酒的香气。（3）糖苷结合态：葡萄浆果中大部分单萜以这种形式存在。它们对香气也没有直接的贡献，但是在相关酶（糖苷酶、β-D-葡糖苷酶）的作用或酸性条件下可以释放出单萜，从而影响葡萄酒的香气(Mateo et al 2000; Moreno-Arribas etal 2009)。

　　葡萄可以通过两种不同的途径--甲羟戊酸（MVA）途径、甲基磷酸赤藓糖（MEP）途径合成单萜(Roubelakis-Angelakis 2009)。两种途径有不同的合成前体物质、酶类和细胞定位。甲羟戊酸合成途径由美国科学家Konrad Bloch发现，合成起始物质是乙酰CoA，乙酰CoA通过一系列的生化反应合成二甲烯丙基焦磷酸（DMAPP），再由二甲烯丙基焦磷酸合成单萜。这一过程定位于葡萄的细胞质中。在葡萄中，除了甲羟戊酸途径外，还存在甲基磷酸赤藓糖途径合成异戊二烯焦磷酸，植物中大部分类异戊二烯化合物，包括单萜如柠檬烯等都是通过甲基磷酸赤藓糖途径合成的。

　　这一过程定位于质体中，丙酮酸和3-磷酸甘油醛是其合成的起点。在一些Al s a t i a n 和德国葡萄（ 琼瑶浆、灰比诺、雷司令、Auxerrois、Scheurebe、米勒-吐尔高等）的“玫瑰香”香气中，单萜类化合物起着重要的作用。然而，单萜类在这些葡萄酒的品种香气中只起部分作用，而不能解释所有的细微差别。单萜也给予Viognier、Albarino、和Muscadelle的“玫瑰香型”的典型性。用弱香味的葡萄（长相思、西拉、赤霞珠、品丽珠、梅鹿特等）酿造的葡萄酒，单萜的浓度通常低于感觉阈值。一些霞多丽株系具玫瑰香的典型特征，由于不断进行的对株系的无性选择使得它们的葡萄酒品种香气降低(P.Ribereau-Gayon et al 2006)。

　　2.2　C13-降异戊二烯类化合物

　　C13降异戊二烯衍生物是由类胡萝卜素及含40个碳原子的萜的氧化型降解产生的，主要以非挥发性前体物的形式存在于葡萄中（类胡萝卜素和葡萄糖甙）。这些物质降解产生9、10、11、或13碳原子的衍生物，其中含13个碳原子的C13降异戊二烯衍生物具特殊的香味特性。它们普遍存在于烟草，也存在于葡萄中（Schreier et al 1976;Seftonet al 1989;Winterhalter 1993）。在酸性介质中，许多香味不浓的氧化C13降异戊二烯可以通过化学调节产生有味的β-大马士酮。C13-降异戊二烯主要以非挥发性前体物的形式存在于葡萄中（类胡萝卜素和葡萄糖甙）（Skouroumounis et al1992；Winterhalter 1993）。

　　ß-大马士酮（ß-damascenone）具有复杂的花香、热带水果和煮苹果香气，在水中感官阈值很低（2 n g /L） ， 在酒精溶液中较低（45ng/L），红葡萄酒中，它的可接受阈值是5000ng/L。它最早在雷司令、施埃博(Scheurebe)葡萄汁和玫瑰香葡萄中被鉴定出（Schreieret al 1976；Etievant et al 1983），但很可能存在于所有的葡萄品种中（Baumes et al 1986;Sefton et al1993）。白葡萄酒和红葡萄酒中，ß-大马士酮的浓度变化很大。其在红葡萄酒中的浓度比白葡萄酒中的高，在玫瑰香自然甜型酒含量尤其高。在赤霞珠、梅鹿特和品丽珠葡萄酒中平均浓度变化不大。

　　ß-芹菜酮（ß-ionone）具有典型的紫罗兰香味，在水中和稀酒精溶液中的感觉阈值分别为7ng/L和800ng/L，在葡萄酒中的辨别阈值是1.5μg/L。和ß-大马士酮一样，它存在于所有的葡萄品种中。ß-芹菜酮对白葡萄酒香气的贡献可以忽略。但在红葡萄酒香气中起着显著的作用，它比ß-大马士酮的浓度变化更大，葡萄品种并不是造成这些差异的主要因素。

　　在葡萄酒中鉴定出的其他的氧化C1 3 - 降异戊二烯， 由于它们的感官阈值相当高，对葡萄酒的影响可以忽略。在衍生物中，最重要的是TDN（1，1，6-三甲基-1,2-二羟基萘1，1，6-trimethyl-1,2-dihydronaphtalene），具典型的汽油味。在陈酿雷司令葡萄酒中，这种汽油味起重要的作用。通常，TDN在葡萄和新酒中没有，但是，在瓶内陈酿过程中出现，浓度达200μg/L，而它的感觉阈值为20μg/L。瓶贮过程中形成的vitispirane，使葡萄酒的带有樟脑气味的感官缺陷(Ribereau-Gayon et al2006)。

　　2.3　甲氧基吡嗪

　　甲氧基吡嗪是由氨基酸代谢产生的含氮杂环化合物。2-甲氧基-3-异丙基吡嗪、2-甲氧基-3-sec-丁基吡嗪、2-甲氧基-3-异丙基吡嗪，具有青椒（Green pepper）、芦笋（Asparagus）、甚至泥土味（Earthy tones）。这些香味浓郁的化合物在水中具极低的感觉阈值（以每升ng计）。许多植物，包括青椒、豌豆及土豆均含有2-甲氧基-3-异戊基吡嗪。1975年，Bayonove et al首次在赤霞珠中鉴定出该物质。从那时起，在许多葡萄品种及其酒中鉴定出了（赤霞珠、品丽珠、梅鹿特、黑比诺、琼瑶浆、霞多丽、雷司令等）2-甲氧基-3-异戊基吡嗪和其他的吡嗪；在长相思、赤霞珠和品丽珠葡萄和葡萄酒中，这些化合物的浓度显著高于其辨别阈值，有时，梅鹿特也如此。这种甲氧基吡嗪的青草香气，常常是在葡萄不充分成熟时出现的，波尔多葡萄酒并不欣赏它。长相思和赤霞珠葡萄醪和葡萄酒中的的2-甲氧基-3-异丁基吡嗪浓度在0.5-50ng/L。在波尔多红葡萄酒中，该化合物的辨别阈值是15ng/L。2-甲氧基-3-异丁基吡嗪主要存在于赤霞珠葡萄的果皮上，因此，发酵过程中异丁基甲氧基吡嗪浓度增加，压榨酒比自流酒含量更高（Roujou de Boubee，1996）。在长相思和赤霞珠葡萄酒中，2-甲氧基-3-异丙基吡嗪和2-甲氧基-3-sec-丁基吡嗪总体上低于2-甲氧基-3-异丁基吡嗪的浓度，它们对滋味没有影响。

　　2.4　硫醇类化合物

　　硫醇类是一类含硫的化合物，具有特殊的香气。葡萄中硫醇类主要和半胱氨酸和谷胱甘肽结合在一起形成前体物质，在发酵和陈酿的过程中被释放出来。葡萄酒中主要的硫醇类物质有3-巯基己醇（3-MH）、3-巯基-3-甲基丁醇（3-MMB）、4-巯基4-甲基戊酮（4-MMP） 、 4-巯基4-甲基戊醇（4-MMPOH）、3-巯基乙酸己酯（3-MHA）等，它们对于长相思品种香气有特殊的作用。

　　3-巯基己醇（3-MH）有葡萄果实和西番莲果实芬芳的气味，感官阈值60ng/L。长相思葡萄酒中的含量为数百ng/L，也可达到数μg/L。4-巯基4-甲基戊醇（4-MMPOH）具柠檬的芬芳，葡萄酒中的浓度很少超过感官阈值（55ng/L），但在某些葡萄酒中可以达到 。3-巯基-3-甲基丁醇（3-MMB）有烹调的韭葱味。在葡萄酒中它很少达到1500ng/L的感观阈值。4-巯基-4-甲基戊酮（4MMP）和3-巯基己醇（3MH）在阿尔萨斯葡萄品种中有重要的作用。

　　3　品种香气的影响因素

　　3.1　糖苷酶的影响

　　葡萄酒中很多香气物质以糖苷的形式存在，糖苷酶可以水解糖苷键释放出香气物质，因此糖苷酶对葡萄酒的香气有重要的影响。在正常的酿酒条件下，内源性的糖苷酶对葡萄醪香气的发育作用有限。首先，这些酶的最适活性出现在pH5时，而在葡萄醪中活性很低；由于缺乏与某些糖苷配基的反应，葡萄糖甙酶不能水解第三位醇的糖甙；另外，葡萄醪的澄清抑制了某些糖甙酶的反应。

　　因此，应用外源酶增强香气潜力已经受到重视。这些酶以污染物活性存在于工业化果胶酶制品中。一些酶系统涉及到两相过程：首先，α-L鼠李糖酶、α-L-阿拉伯糖酶或β-D-芹菜糖酶裂解双糖；然后，β-D-葡萄糖甙酶释放相应有味的糖甙配基。由于真菌的β-葡萄糖苷酶能被葡萄糖抑制，所以，这些酶制品仅仅对干酒有效（Gunata et al 1993）。它们必然会使来源于“玫瑰香型”葡萄品种产生新酒香气。但是糖甙酶对于弱香型葡萄品种作用很小。

　　3.2　环境因素的影响

　　环境因素对葡萄酒的品种香气有重要的影响。其中研究最多的是对单萜类物质的影响。研究表明，光照、土壤、温度、水分等因素对单萜类物质的含量均有影响。Andrea Belancic等（1997）研究表明，50%光照处理的果实游离单萜含量最高，20%光照处理的果实含量最低，品种典型性最弱；单萜类物质中芳樟醇对光照最为敏感。McCarthy等（1985）研究表明尽管水分胁迫没有增加果实中单萜类物质的含量，却显著降低了结合态单萜的积累。T.Ji等（2008）研究表明在温度较高地区的玫瑰香型特征更显著。Elisabete Coelho等（2009）研究了不同土壤类型对Fernão-Pires (FP)和Baga(BG)葡萄起泡酒香气的影响，结果表明：在石灰性黏土中生长的葡萄酿制的葡萄酒总单萜物质含量最高。

　　另外，成熟过程中，葡萄的光照刺激了类胡萝卜素的分解，并伴随糖苷化C13-降异戊二烯衍生物含量的增加。因此，在雷司令果际区域的疏叶会产生较高浓度的糖甙化C13-降异戊二烯衍生物。土壤对梅鹿特、品丽珠和赤霞株葡萄酒中的甲氧基吡嗪的浓度有一定的影响。生长在灌溉良好，砾石土壤上的葡萄的甲氧基吡嗪浓度低，在石灰性或粘性土壤上，赤霞珠具有较高浓度的甲氧基吡嗪。

　　4　小结

　　目前对葡萄与葡萄酒中品种香气物质的研究已经取得了一系列的成果，对香气物质的合成、代谢和对葡萄及葡萄酒质量的影响有了更加深刻的认识。但仍有一些问题尚不清楚，如香气物质合成过程中某些具体的步骤，调控合成的某些酶的基因，环境因素对香气物质合成的影响机制等，有待于进一步的研究。