化工儀器網
技術文章
氣質聯(lián)用系統(tǒng)對美國產赤霞珠葡萄酒進行揮發(fā)物分析
閱讀：617 發(fā)布時間：2022-5-19摘要：本實驗以 Agilent 5975 系列 GC/MSD 系統(tǒng)為基礎，使用選擇性離子監(jiān)測 (SIM)/SCAN數據同步采集檢測模式測定葡萄酒中的 61 種揮發(fā)性化合物，開發(fā)出一種半定量的自動化頂空固相微萃取 (HS-SPME) 氣相色譜/質譜 (GC/MS) 方法。通過此方法對美國市售的24 種赤霞珠干紅葡萄酒和混釀葡萄酒進行了分析。將葡萄酒分析結果與描述性的感官評定相對比，開發(fā)一種快速的靶向分析方法，使其能夠對一些芳香性感官特性進行預測。此項工作可幫助美國葡萄酒行業(yè)定義現(xiàn)有的赤霞珠葡萄酒風格，并確定需要進一步市場開發(fā)的區(qū)域。
前言目前，人們對于采用化學分析方法研究葡萄酒感官特性的做法越來越感興趣。飛行時間 (TOF) 質譜聯(lián)用綜合型氣相色譜后，可分析成千上萬種化合物。但是，并非所有的化合物都會對葡萄酒的感官特性產生必然影響，還需進行強大而復雜的統(tǒng)計分析，將這些復雜的化學組分與表現(xiàn)出的感官特性聯(lián)系起來。對特定化合物的靶向分析可以為評估葡萄酒中各種揮發(fā)性化合物提供一種快速的替代方法，將這些化合物與感官描述語相關聯(lián)。在單四極桿質量選擇檢測器 (MSD) 上采用 SIM/SCAN 數據同步采集不僅可以快速獲得用于分析物確證的全掃描譜圖，還可對目標化合物進行高靈敏度、高選擇性的定量和檢測。本應用簡報將介紹一項已發(fā)表的研究，該研究使用 HS-SPME 和5975 系列 GC/MSD 系統(tǒng)成功開發(fā)出一種針對美國赤霞珠葡萄酒和混釀葡萄酒的分析方法，可以對葡萄酒的多項重要感官描述語進行預測 [1]。以前曾有報道將 SIM/SCAN 數據同步采集用于分析葡萄酒的揮發(fā)物 [2,3]，但將 SIM/SCAN 數據同步采集用于鑒定可能使葡萄酒產生芳香氣味的揮發(fā)性化合物，這還是第一次。實驗最終從不同葡萄酒中一共鑒定出 55 種截然不同的揮發(fā)性有機物。統(tǒng)計分析將這些化合物與 7 種香氣和 12 種味道和口感特性進行關聯(lián)，不同葡萄酒所得分析結果也截然不同。
實驗部分葡萄酒研究所用的全部葡萄酒均購買自市場，且產自美國本土。研究共采用 24 種赤霞珠干紅葡萄酒和混釀葡萄酒（至少含有 56% 的赤霞珠），其中 19 種來自加州，5 種來自華盛頓。標樣根據以前的報道 [4,5]，本研究共涵蓋 61 種目標化合物。這些化合物中，有 58 種由參比化合物分析進行確證，見之前的文獻報道[1]。將被測化合物的保留時間和譜圖與認證標樣進行匹配。儀器此分析方法采用 Agilent 5975 系列 GC/MSD 系統(tǒng)聯(lián)用 Agilent6890 GC（配置有 Gerstel MPS2 自動進樣器）開發(fā)而得。氣相色譜和質譜的運行條件見表 1。SIM 參數中所用的離子和每個化合物的保留時間可參見上文所述的已出版研究文獻 [1]。實驗還使用與文獻相同的氣相色譜、色譜柱和自動進樣器（聯(lián)用 Agilent7000B 三重四極桿氣質聯(lián)用系統(tǒng)）對 2-異丁基-3-甲氧基吡嗪(MIBP) 進行了分析 [1]。樣品前處理將葡萄酒樣品（10 mL，未經稀釋）移取到 20 mL 圓底棕色玻璃頂空瓶中，每個頂空瓶中裝有 3 g (± 0.02) NaCl。迅速將頂空樣品瓶放入儀器，進行分析。使用 2 cm 二乙烯基苯/Carboxen/聚二甲硅氧烷（DVB/CAR/PDMS，Supelco），23號 SPME 纖維頭進行采樣。將樣品置于 30 °C 條件下溫熱，以 500 rpm 的速度攪拌 5 min，再插入纖維頭，在 30 °C 下以 250 rpm 的速度攪拌30 min。所有樣品平行 3 份按隨機的順序，載入儀器后在 18 個小時內完成分析。
感官評定所有葡萄酒都按隨機均衡的原則排列，每種一式三份，接受 11 位經過事先篩選和培訓（如文獻所述 [1]）的感官評審員的評審。最終，評估了 20 種香氣特性和 14 種味道和口感特性。每種特性的程度由一條以“低"和“高"進行標記的 15 cm 的非結構化直線標度進行評估，少數特性除外，這部分特性采用其他相反的形容詞對進行描述。
數據分析對于半定量靶性分析方法，采用相對于內標物（2-十一酮）的提取離子峰面積對色譜峰進行定量。使用 GC/MS/MS 測定 MIBP時，實驗采用標準曲線，由 MIBP 相對于內標物 (2H3MIBP) 的相對響應計算 MIBP 的絕對濃度。
本實驗采用方差分析法 (ANOVA) 對化學數據進行分析，通過偽混合模型測試確定葡萄酒和重復數對實驗的影響，以均方差（葡萄酒*重復數）作為誤差。對于感官描述語分析，實驗采用偽混合模型測試對葡萄酒、重復數以及評審員的影響進行雙因素方差分析，以包含葡萄酒的交互作用項的均方差作為誤差。通過多個兩兩相關分析和偏最小二乘回歸 (PLSR) 分析建立化學性質與感官數據之間的關系，通過 PLS2 將化學數據設為 x 變量（預測變量），感官描述數據設為 y 變量 [1]。使用單個的感官特性（y 變量）和化學數據（x 變量）進一步生成 PLS1 模型系列。
結果與討論關聯(lián)化學和感官數據采用偏最小二乘回歸法 (PLSR) 對研究中涉及的 24 種赤霞珠葡萄酒和混釀葡萄酒的標準化重要化學和感官數據進行分析 [1]，結果見圖 1。前兩個主成分 (PC) 對化學數據（x 變量）和感官數據（y 變量）的貢獻分別占 38% 和 46%。第三個主成分對化學和感官數據的貢獻分別為 7% 和 10%（數據未示出）。本模型通過改良型氣相色譜方法對赤霞珠葡萄酒和混釀葡萄酒中的 56 種化合物進行了測定，其中有 36 種對感官特性 (PLS2) 有顯著 (p < 0.05) 影響，如這些化合物在圖 1A 中相對于曲線的位置所示。為了更深層地探索化合物與感官特性之間的關系，我們對每個感官特性又進行了 PLS1 回歸分析?；瘜W組分與香氣所測得的揮發(fā)性化合物可能會與很多感官描述語有關例如，二乙酰和乙偶姻均會產生奶油糖果的香氣（圖 1A）。這兩種化合物會使食品和葡萄酒具有黃油的味道。已知化合物 4-乙基苯酚與 4-乙基愈創(chuàng)木酚會使葡萄酒產生類似于皮革或馬鞍的味道，它們與本研究涉及的 a-柏木烯一起，會釋放出稗草的氣味（圖 1A）。2-異丁基-3-甲氧基吡嗪 (MIBP) 具有柿子椒的氣味，與植物香氣呈正相關。PLS2 分析顯示（圖 1A），多種酯類（如，乙酸己酯和 2-苯基乙酸乙酯）、萜烯類（如，芳樟醇和 b-香茅醇）以及降異戊二烯化合物（如，b-突厥烯酮和 a-紫羅蘭酮）均和漿果及鮮果香氣有關。
化合物與味道和口感相關本研究發(fā)現(xiàn)大量的揮發(fā)性化合物與味道和口感相關（圖 1，表 3），但這只代表它們之間存在相關性而非因果關系。計分圖（圖 1B）中的赤霞珠干紅葡萄酒和混釀葡萄酒采用代碼按所測酒精濃度從低 (W1 = 12.4% v/v) 到最高 (W24 = 15.9% v/v) 的順序進行標識。模型中葡萄酒的主要差異為酒精濃度的不同（圖 1B），這說明酒精濃度可能會間接地區(qū)分載荷圖中的化合物和感官特性（圖 1A）。因此，模型中有大量重要的化合物會對味道和口感產生影響，如在高度數酒中濃度較高的酯類，高級醇類，單萜類，降異戊二烯類，內酯類和酚類，與之相關的感官特性在高度數酒中也較突出，如苦味，澀味，粘度，辛辣度，粗糙和燒灼感。酒精度的重要性酒精濃度較低的葡萄酒（以較低的代碼表示）位于圖 1B 中的左側，而酒精濃度較高的葡萄酒則位于圖右側。PC1 圖中左側為氣味更偏重于果香和口感更甜的葡萄酒樣品，相比之下，右側則為酒味更濃，口感更苦澀的葡萄酒樣品（圖 1A）。低度葡萄酒 W1-7(12.4–13.8% v/v) 通常味道更甜，果香和奶香更濃，口感更絲滑。相反，圖右側的高度數葡萄酒 W8-24 (13.9–15.9% v/v)（圖 2）通常更苦澀，木香味更重，整體氣味更濃烈，酒精味重，并伴有辛辣，粗糙和燒灼感。位于圖中右下象限的一組葡萄酒，包括W9、W12-13、W16-22 和 W24，密集成一簇，說明這些葡萄酒具有相似的化學和感官特性，盡管酒精濃度范圍為 14.3–15.9% v/v。
其他感官特性還有一些感官特性不能很好地通過 PLSR 建模關聯(lián)，可能是由于目前開發(fā)的氣相色譜方法未能檢測到相關的化合物，其中有一類含硫揮發(fā)性化合物就沒有被檢出。由于它們具有易揮發(fā)性，因此分析這些化合物往往需要特定的氣相色譜柱和/或特定的檢測器 [1]。有研究表明這些化合物影響著赤霞珠葡萄酒的品種特性。將來的工作包括擴大和調整 HS-SPME/GC/MS 方法的分析范圍，將其他已知影響葡萄酒感官特性的重要揮發(fā)性化合物都包括在內。相反地，研究還發(fā)現(xiàn)，許多檢出的化合物對葡萄酒沒有任何感官的重要影響。這可能是因為其含量低于感官閾值，或者其在葡萄酒產生的感官特性無法被清晰準確地描述出來；也可能是混合作用的結果，揮發(fā)物之間的協(xié)同或者掩蔽作用使個體化合物的感官效應難以顯現(xiàn)。
結論本研究開發(fā)了一種測定葡萄酒中大量揮發(fā)性化合物的靶向快速分析方法。此方法可以對一系列重要的感官描述語進行預測，無需繁瑣的樣品前處理或者使用更加昂貴的儀器（即，多維 GC或者 TOF MS）。該方法使用 HS-SPME/GC/MS 技術，采用SIM/SCAN 數據同步采集檢測法，在優(yōu)化靈敏度的同時有效提高了目標分析物的選擇性。本研究通過此方法，發(fā)現(xiàn)美國市售的赤霞珠干紅葡萄酒和混釀葡萄酒在化學性質和感官屬性上存在差異，部分原因是由于酒精含量不同造成了直接和間接的影響。