第25卷第1期 2006年1月 食品与生物技术学报 Journal of Food Science and Bi0technO10gy V0I_25 No.1 Jan. 2006 文章编号:1673—1689(2006)01—0099—06 葡萄酒香气成分的气相色谱分析研究进展 李华, 陶永胜, 康文怀, 尹春丽 (西北农林科技大学葡萄酒学院,陕西杨凌712100) 构上分属 摘 要:葡萄酒中的香气成分复杂多样,大约有800多种香气物质。这些香气成分在结 (芳香酮) 不同的化学门类:醇、酯、有机酸、挥发性酚、萜烯醇、内酯、芳香酮等,含量从每升几纳克 成分非常 到几百毫克(一些醇类),具有不同的化学特性。因此,要定性定量分析葡萄酒中的香气 困难。作者综述了葡萄酒香气成分气相色谱分析方法的最新研究进展,并展望了今后葡 萄酒香气 成分的研宄方向。 关键词:葡萄酒;香气成分;气相色谱分析 中图分类号:TS 262。6 文献标识码:A Wine Aroma Analytical Investigation Progress on GC LI Hua。TAO Yong—sheng。KANG Wen—huai,YIN Chun—li (College of Enology.Northwest A&F University,Yangling 712100,China) Abstract:There are more than 800 flavor components in wine.These odorants belong to different chemical classes:alcohols,esters,volatile phenols,terpenols,lactones,aromatic ketones;their concentrations range from less than 1 ug/L(aroma ketones)to more than 100mg/L(some alcohols);and they have quite different chemical and physicochemical properties.Thus, identification and quantification of wine flavor components are difficult.The aim of the review iS tO present current wine aroma analytical investigation progress on GC,including extraction, isolation,chromatographic identification and quantification steps.Research emphases of the future wine aroma research are also provided. Key words;wine;aroma#GC 葡萄酒中的挥发性成分目前已知的约有800 多种,质量浓度从1/xg/L(紫罗兰酮)~100 mg/L (异戊醇)之间。这些复杂的成分在葡萄一葡萄汁 物,检测出一种或一组化合物,它们产生很特别的 或典型的香气[:l ]。如酵母菌合成的挥发性酚类; 萜烯类化合物产生的Muscat(玫瑰香气);去甲类异 戊=烯化合物产生的陈年霄司令葡萄酒中的火油 一葡萄酒一陈酿的整个过程中不断产生和变 化[1 ]。葡萄酒香气成分分析的常用方法是气相色 谱分析法。2o世纪9o年代,很多葡萄酒香气成分 研究着眼于鉴定某些葡萄酒中特征性香气的化合 收稿日期:2005—09—21 l修回日期;2005—10—20. 气味}一些氨基酚酮产生的美洲种葡萄的狐臭味, 一些内酯产生的雪莉酒的特征香气,而缩味浓品种 酒燥辣味是甲氧基吡嗪引起的。目前,葡萄酒香气 基金项目:国家自然科学基金项目(3057281). 作者简介:李华(1959一),男.重庆梁平人。教授,博士研究生导师. 维普资讯 http://www.cqvip.com
1OO 食 品 与 生 物技 术 学 报 第25卷 的研究重点是定性定量对葡萄酒整体香气有贡献 的化合物。除了分析一般的发酵香气外,还鉴定出 陈年葡萄酒中的一些微量的陈酿香气成分,如一些 呋哺酮衍生物、挥发性硫化合物、芳香硫醇等[1。 ̄¨]。 葡萄酒中的香气成分在结构上分属上百个门类,在 含量上从每升纳克到几百毫克,因此对它们准确的 定性和定量非常困难,尤其对于微量香气成分的分 析;需要开发新的分析方法。 1 分析样品的准备 GC分析样品大多是含有香气成分的有机溶液 (除了固相微萃取纤维和顶空进样针可以吸取含有 香气成分的气体外),因此首先要用有机溶剂浸提 葡萄酒中的香气成分或洗脱固体吸附剂上的香气 成分得到其有机溶液。为了排除其它成分对目标 香气成分的干扰,可以用加盐分层法、分馏或有机 溶剂洗脱杂质的方法优化提取步骤。 1.1 香气物质的提取步骤 葡萄酒香气的化学分析一般有以下步骤[15,16]。 1.1.1 葡萄酒香气物质的浸提 浸提葡萄酒香气 成分,准备GC分析样品的方法有液一液萃取、静态 顶空技术、动态顶空技术、分馏、固相萃取和固相微 萃取技术【l ” 引。常用的有机溶剂有二氯甲烷、乙 醇水溶液、氟里昂、乙醚一戊烷等 ——液一液萃取方法费用低,容易掌握,不需 要特别的辅助仪器,并且重现性好,但仅适合葡萄 酒中主要香气化合物的提取; ——静态顶空技术重现性好,对高挥发性化合 物分析很有用,但对低挥发性化合物的分析灵敏度 较低; ——动态顶空技术容易使某些香气成分分解 变化,引入外来物质l ——粗提液分馏方法可以将香气成分按分析 特点预分类收集,然后分别进行GC分析,但时间 长,易引入外来物质; ——固相萃取技术(SPE)和固相微萃取 (SPME)技术比上述方法先进,尤其是固相微萃取 技术直接提取香气,不需要GC分析样品的预处理, 一步操作就可以进行香气GC分析,缺点是香气成 分提取的选择性不强,分析的化合物范围窄[1 。固 相萃取技术(SPE)和固相微萃取(SPME)在微量香 气化合物的分析中常用[1 ∞ 。 1.1.2 香气成分浸提物的分馏 这一步骤可以根 据需要进行。为了排除其它物质对目标香气成分 的干扰,可以用分馏法收集分离特性相近的香气成 分。Ferreira,V.对歌海娜红葡萄酒中香气成分香 气特性评价研究就用正相HPLC柱分离得到29个 馏分,浓缩后,分别进行GC—MS分析[卯]。Ferreira, V.等还研究了反相HPLC半分馏技术对葡萄酒中 微量香气成分的提取分离效果口。 。Lopez,R.也 用HPLC分馏方法研究了梅尔诺、赤霞珠和歌海娜 新酒中的重要气味物质[13,24]。 1.1.3 香气物质的富集 为了进一步优化提取分 离步骤,将粗提液或含目标香气成分的馏分加盐分 层,再用有机溶剂萃取,萃取液浓缩至GC分析要 求。NaHCO 、Nail。PO4和(NH4)2S04是常用的 在有机相中富集香气成分的盐。对于含香气成分 有机溶液的浓缩,浓缩较大时使用微型浓缩仪,浓 缩较小时使用氮气流浓缩[11 。 捌。 1.1.4香气物质的GC分析将含有香气成分的 有机溶液样品注射入进样口,或直接将固相微萃取 纤维插入进样腔内,选择合适的GC—FID或GC-MS 分析参数,进行香气成分的定性和定量分析。 1.2香气物质的化学分析特点 葡萄酒中的香气成分因为化学结构不同,具有 不同的极性、溶解度、挥发性和酸碱性等。一些重 要的香气成分在葡萄酒中的含量非常低,要对它们 进行定量,就要提取物浓缩。由于很多香气成分不 稳定,接触空气容易氧化,遇热或在强pH值下.就 会分解形成外来物质[1引。因此要根据香气成分的 不同化学分析特点选择相应的分析方法[15,17,26]。 葡萄酒中香气成分根据其化学分析特点大体可以 分为以下3类: 1.2.1 易于提取、分离的化合物 质量浓度一般 大于0.1 mg/L,仅用一步液一液提取步骤,就可以 进行GC—FID定量分析。乙醛、高级醇及其乙酸 酯、脂肪酸及其乙醇酯是这组化合物的典型代 表[10,22,27 ̄29]。 1.2.2提取分离难度不太大的化舍物 质量浓度 在0.1 g/L~0.1 mg/L之间。需要较强的分离、 浓缩步骤,才能进行GC--MS分析。这组气味物质 含有挥发性酚类、一些内酯、香草醛衍生物、微量的 酯类、去甲类异戊二烯化合物(如 大马酮, 紫罗 兰酮)。该组化合物较为理想的分析方法是先加盐 分层,然后对有机相进行微萃取,遗憾的是此法较 为费时,对一些重要的极性化合物,如香草醛提取 效果不好[10 20,21,30,31]。 1.2.3很难提取分离的化合物 这组香味物质质 量浓度极低,一般小于0.1 t ̄g/L,色谱分离效果不 好,化学稳定性差。典型化合物有挥发性硫化合 维普资讯 http://www.cqvip.com
第1期 李华等:葡萄酒香气成分的气相色谱分析研究进展 101 物、醛类、烷基甲氧基吡嗪、呋喃醇、sotolon(4,5一二 甲基 3一羟基一2(5H)一呋哺酮)和一些芳香硫醇 栅。 较定性和与文献数据比较定性相结合的方 法 m 。 这组物质的分析需要开发特别的分离方法、检测方 法或者使用化学衍生物法 。 Ⅲ 。 3 香气物质的定量分析 被测香气成分的色谱峰面积或峰高是色谱法 定量的依据,现今的色谱数据处理系统在记录色谱 图的同时,可存储、打印出各种参数和数据处理的 结果,如色谱峰面积测定值、定量结果等。因为相 2香气物质的定性分析 葡萄酒香气成分气相色谱定性方法可分为两 种,保留值对比定性和与其它仪器联用定性。 2.1保留值对比定性 保留值对比定性是色谱法最常用的方法,它将 试样中组分的保留值与标准品在相同操作条件下 测得的保留值相比较,如果数值在允许的误差范围 之内,就可推定此组分可能是该物质。 利用保留时间定性是香气分析最常用的方法, 操作比较方便,但必须要有标准品,另外易受实验 条件的影响 m卵 。对于复杂的多组分分析常用 多柱分析法,即用两种或多种不同极性固定相的色 谱柱进行定性实验,以保证定性的可靠性0 u。葡 萄酒中高级醇、高级醇乙酸酯、脂肪酸、脂肪酸乙酯 等香气成分很容易找到标准品 而对于一些含硫 化合物、胺类物质、呋喃酮、橡木桶陈酿香气成分 等,标准品很难获得,可以通过文献中查得的目标 香气成分的保留值进行比较定性,但实验条件必须 与文献完全一致 卜‘ 。 利用保留指数定性的优点是它只与固定相种 类有关,不受其它实验条件的影响,很多化合物的 保留指数可从文献查到。保留指数系统的最大缺 点是作为标准物的正构烷烃为非极性物质,它们在 极性固定相上测定沸点较低的极性化合物的保留 数值时,要用沸点很高正构烷烃作为标准 物 。 Ⅲ]。 2.2与其它仪器联用定性 与其它仪器联用定性是最可靠的定性方法。 早期应用填充柱分离组分,冷阱收集测定红外光 谱、质谱和核磁共振谱等,即所谓“离线”(off-line) 联用的方法对组分定性。这种方式分离度不好,灵 敏度不高,操作麻烦。目前常用“在线”(on—line)联 用方式,用毛细管色谱柱与傅立叶红外仪联用(GC— FTIR)或质谱联用(Gc_MS)。这些联用仪器及其 使用技术已完全成熟,成为现代仪器分析的重要工 具。其中,毛细管气相色谱与质谱联用已成为葡萄 酒香气分析的重要手段,用香气成分的GC—MS数 据查找随机携带的Wiley和NIST谱库,进行定性 鉴定[1 “ 湖。为保证定性的准确性,葡萄酒香 气分析的很多研究常用联机定性、与标准品数据比 同量的不同香气成分在同一检测器中的响应并不 同,样品中各组分峰面积或峰高的相对百分数并不 等于样品中各组分的质量分数,因此实际香气成分 数据分析必须引入定量校正因子,经校正后的峰面 积或峰高才可定量地代表物质的量。测定结果的 可靠性与参数设定和定量方法的选择有关。 气相色谱定量计算方法主要有3种,即归一化 法(normalization method)、外标法(external stand— ard method)和内标法(internal standard method)。 3.1归一化法 归一化法的优点是方法简便,不用标准品即可 定量。缺点是要求样品中的所有组分,在一个分析 周期内都流出色谱柱,而且检测器都产生信号,给 出各自的峰面积,并且必须知道各组分的校正因 子,否则此法就不能使用。因而在实际应用中,归 一化法受到很大限制。在葡萄酒香气的定量分析 中,一般不使用归一化法,只在含有较少香气成分 的分馏馏分的分析中可以用[1“"一 。 。 3.2外标法 外标法用待测组分的纯品作标准品(亦称为对 照品),比较在相同条件下标准品与样品中待测组 分的色谱峰面积或峰高进行定量的方法称为外标 法 外标法常用“标准曲线法”。用目标香气成分 的标准品配制不同浓度的系列标准模拟酒溶液,同 时配制一个模拟酒样品溶液。在完全相同条件下, 以相同体积准确进样得到各自的色谱图n“如“ 3。 以标准溶液的浓度对其色谱峰面积(或峰高)绘制 标准曲线,或按最小二乘法进行线性回归得回归方 程,根据样品溶液的待测组分的信号,从标准曲线 查得或从回归方程计算其浓度,从而求出该组分在 试样中的含量。 外标法要求进样精密度好,仪器稳定。由于气 相色谱的进样精密度受到多种因素的影响。因此, 外标法在气相色谱中的使用,特别是在毛细管气相 色谱中,受到很大的限制[5 ]。 3.3内标法 内标法是在样品中再加入一种纯物质作内标 维普资讯 http://www.cqvip.com
102 食 品 与 生 物技术 学 报 第25卷 物,根据内标物与待测组分的定量校正因子,内标 物与样品的质量,求出样品中待测组分含量的一种 方法。 当不知定量校正因子时,可采用“内标对比 法”,它是内标法的一种应用。在葡萄酒香气成分 分析中,校正因子多是未知的,常用内标对比法进 行定量[1 卯]。先用待测组分i的纯品配制已知 浓度的对照品溶液,加入一定量的内标物 (相当于 对内标物的要求:1)纯度较高;2)不是试样中 的组分;3)在色谱中与各组分完全分离(R ≥1.5), 但其保留时间与被测组分的保留时间不要相差太 大;4)从样品前处理考虑,内标物与被测组分的理 测定相对校正因子);在同体积样品溶液中也加入 相同量的内标物,分别进样,由下式计算样品溶液 化性质最好相似,以保证有相近的提取率[37,38]。 中待测组分的含量。 内标法的优点:1)在一定进样量范围(线性范 /^ /A 、 ( )样品= ×(硼 )对JllI 围内),定量结果与进样量的精密度无关。2)与外 \2-1i/八 ,对照 标法一样,定量准确度与其它组分是否出峰无关。 同外标法一样,上述“内标对比法”也是标准曲 3)很适用于微量组分的分析,如微量葡萄酒香气活 线法的特例。若配制系列标准模拟酒溶液,加入相 性成分(即含量高于其阐值的成分)的分析。由于 同量的内标物,则可用标准溶液的浓度对组分峰面 微量组分与主要成分含量相差悬殊,无法用归一化 积与内标峰面积之比进行线性回归或绘制标准曲 法准确测定其含量,采用内标法很方便,增大进样 线;用标准曲线法进行含量测定。 量突出微量组分峰,测定该组分峰与内标峰面积之 比,即可求出微量组分的含量[14)Z8,40,43,56]。 4 小 结 内标法的缺点主要是不易找到合适的内标物。 葡萄酒中的香气成分复杂多样,从新酒到陈年 在气相色谱中,当无法得到较好内标物时,常用正 酒,香气成分又在不断变化。目前定性分析的挥发 构烷烃作内标物。在葡萄酒香气分析中,通常在一 性成分的数量有800多种,但用挥发性成分模拟酒 个分析周期内不是所有组分都能流出色谱峰(如难 的嗅觉测量和感官分析证明并非所有的挥发性成 挥发的组分);或检测器不能对每一个组分都产生 分都参与葡萄酒的香气构成。葡萄酒香气的个性和 信号;或只需测定混合物中某几个组分含量,这时 风格仅由其特有的一些成分或某些高气味活性的成 均可采用内标法。所以,内标法是葡萄酒香气气相 分决定,因此它们的香气成分中必然包含区分它们的 色谱分析中最常用的定量方法。葡萄酒香气分析 指纹性信息。有理由认为今后葡萄酒香气分析的重 中主要香气成分定量常用的内标物有4一甲基一2一戊 点是:1)开发新的方法发现葡萄酒中目前未能测定的 醇,2一辛醇,n一十二烷醇;微量香气成分定量常用l一 一些挥发性成分。2)进行定量分析对葡萄酒香气贡 庚醇、3一甲基一3一羟基一2一丁酮等作为内标;超微量香 献重要的一些挥发性成分。3)找出不同风格葡萄酒 气成分的定量时常用有代表性的GC—MS离子碎片 中能代表它们指纹信息的香气成分 定量 2l ・5。・54]。 参考文献: [1]李华.现代葡萄{酉工艺学[M].西安:陕西人民出版社,2000. [23李华.葡萄酒品尝学[M].北京:中国青年出版社.1992. [3]Chatonnet P,Dubourdieu D。Boidron J.et a1.Synthesis of volatile phenols by Saccharomyces cere ̄isiae in wines[J].J Sei Food Agrie,1993.62,191—202. [4]Chatonnet P,Dubourdieu D.Boidron J.et a1.The origin of ethylphenols in wines[J].J scl Food Agrlc,1992.60:165— 178. Is]Chatonnet P。Dubourdieu D,Boidron J.The influence of Brettanmyces dekkera sp.Yeast and lactic acid bacteria on the ethylphenol content of red wines[J].Am J Enol Vitic 1995,46:463~468. [6]Antondli A,Castellari L Zambonelli C.ct a1.Yeast influence on volatile composition of wines[J].J Agric Food Chem。 l999,47:l139一l144 [7]Revel G,Martin N。Pripis—Nicolau L.et a1.Contribution to the knowledge of MLF influence on wine aroma[J].J Agric Food Chela,1999。47。4003—4008. [8]Martin B.Etevant P x。Quere J.et a1.More clues about sensory impact of sotolon in some flor sherry wines[J].J Agrlc Food Chem。l992。40:475—478. [9]Tominaga T.Blanchard L,Darriet P,et a1.A powerful aromatic volatile thio1.2-furanmethanethiol,exhibiting roast cof— 维普资讯 http://www.cqvip.com
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