阿塔卡马超干旱荒漠产区Vitis vinifera cv. Tamarugal葡萄酒中游离态与糖苷结合态香气轮廓的年际变化与酿造工艺影响

《Fermentation》：Free and Glycosylated Aroma Profiles of Vitis vinifera cv. Tamarugal Wines from the Hyperarid Atacama Desert Across Vintages and Vinification Practices

　　

摘要：超干旱环境下的葡萄栽培代表了非传统葡萄酒产区的崭新前沿，极端气候条件可能与独特的葡萄和葡萄酒化学成分有关。本研究对产自智利阿塔卡马沙漠的四种由Vitis vinifera cv. Tamarugal酿造的葡萄酒进行了表征，重点分析了其挥发性有机化合物（VOC）组成，特别是游离态和糖苷结合态香气相关挥发物组分。研究人员采用固相萃取（SPE）结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，分析了四个生产年份（2019–2022年）、采用不同酿酒工艺获得的葡萄酒样品。游离态挥发物组分以脂质衍生化合物为主，包括脂肪酸衍生的醇类、酸类和酯类；而糖苷结合态组分则富含C13-降异戊二烯类（C13-norisoprenoids）以及苯系物/苯丙烷类前体物质，突显了可观的结合态挥发物库。研究人员应用主成分分析（PCA）和有监督的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等多元统计分析，探索挥发物组成的模式，并辅助可视化与样品区分相关的变量。观察到的组成差异与年份和酿造条件的共同影响有关，在本研究中无法从实验上将这些因素分离。本研究首次对阿塔卡马沙漠生产的葡萄酒中游离态和糖苷结合态挥发物谱进行了表征，有助于理解来自非传统超干旱葡萄栽培条件下的葡萄酒。

一、研究背景

葡萄酒的挥发性组成是其典型性和感官特性的重要组成部分，源自葡萄代谢产物、发酵转化以及陈化反应的整合。最终葡萄酒的挥发物谱不仅反映葡萄的生化组成，还受到可能影响挥发性有机化合物（VOC）及其前体积累、释放和转化的环境与技术条件的影响。在数百种已鉴定的葡萄与葡萄酒挥发物中，脂肪族和苯系醛醇、酯类、萜烯类、吡嗪类和硫醇类是最常与感官相关性关联的化学基团。重要的是，许多香气相关分子不仅来源于游离态挥发物组分，也来源于非挥发物库，尤其是糖苷结合态前体，这些前体可能在发酵过程中水解或在瓶陈期间逐步释放。因此，同时表征游离态和糖苷结合态组分，能够更全面地反映既有的挥发物组成以及结合态香气前体的储备。

近年来，消费者对具有独特感官特征和复杂挥发物组成的葡萄酒兴趣日益浓厚。除葡萄自身代谢外，酿酒策略也会影响挥发物组成，可能改变品种表达。浸皮工艺作为一种替代性酿酒方法，已被应用于白葡萄酒以增加化学复杂性。浸皮涉及葡萄固体与葡萄汁或葡萄酒的长时间接触，促进酚类化合物、挥发物前体及其他基质组分的提取。已有研究表明，区域“风土”（terroir）与葡萄和葡萄酒的挥发物组成差异相关，其中气候参数被认为是主要影响因素之一。然而，气候与挥发物组成之间的关系十分复杂，因为许多VOC及其前体相对不稳定且对环境条件敏感。

荒漠葡萄栽培已成为研究葡萄藤在极端气候条件下适应性与代谢可塑性的重要模型。升温趋势和增强的太阳辐射给传统葡萄栽培带来重大挑战，高温和强辐射可能加速糖分积累、降低酸度并增加氧化胁迫，从而潜在地改变与葡萄酒组成相关的代谢物。类胡萝卜素参与光保护并作为C₁₃-降异戊二烯的前体，对光照、热胁迫和干旱之间的平衡尤为敏感，这表明极端环境可能与独特的挥发物谱和前体组成相关。

位于阿塔卡马沙漠的Pampa del Tamarugal是全球最极端的葡萄栽培环境之一，以盐碱土壤、高太阳辐射和全年高温为特征。在此背景下，这一非传统葡萄酒产区为探索超干旱荒漠条件下的葡萄酒挥发物组成提供了独特机遇。本研究旨在表征Tamarugal葡萄酒的挥发物谱，同时考虑游离态和糖苷结合态组分，以提供在这些环境条件下生产的葡萄酒挥发物组成的首个详细参考。

二、研究人员开展的研究、结论及意义

研究人员对产自智利阿塔卡马沙漠Pampa del Tamarugal地区的Vitis vinifera cv. Tamarugal葡萄所酿造的四种葡萄酒（涵盖2019至2022四个年份，并采用不同酿酒工艺，包括直压干型、半甜型和浸皮发酵型）进行了系统的游离态与糖苷结合态挥发物谱分析。研究发现，游离态挥发物组分主要由脂肪酸衍生的醇、酸和酯等发酵相关化合物主导，而糖苷结合态组分则是一个庞大且化学多样化的葡萄源挥发物前体库，尤其富集C₁₃-降异戊二烯类和苯系物/苯丙烷类化合物。多元统计分析显示，葡萄酒样品的区分与年份和酿造条件的综合影响相关。该研究首次提供了超干旱荒漠产区葡萄酒中游离态和糖苷结合态挥发物谱的综合表征，为理解来自极端非传统葡萄栽培条件下的葡萄酒化学特征奠定了基础。

三、主要关键技术方法

1. 1.
   样品来源与制备：样品来自智利阿塔卡马沙漠Pampa del Tamarugal地区（20°25′ S, 69°20′ W）一个建于2013年的自有根Tamarugal葡萄园。分析了四个年份（2019–2022）的四种葡萄酒，每种酒有三个独立的发酵重复（1000 L不锈钢罐）。具体酿酒条件见表1，包括直压制酒和浸皮制酒工艺、酵母接种类型、营养添加情况等。
2. 2.
   挥发物提取：采用固相萃取（SPE）技术分别提取游离态和糖苷结合态香气组分。首先用C₁₈ SPE柱吸附稀释后的酒样，用二氯甲烷洗脱得到游离态挥发物。随后用甲醇洗脱保留在柱上的糖苷结合态前体，经酶解（使用CYTOLASE M102糖苷酶制剂）释放配基后，再次进行SPE纯化和二氯甲烷洗脱。
3. 3.
   仪器分析：使用配备HP-Innowax毛细管柱的Agilent 7890A气相色谱仪与Agilent 5975C四极杆质谱仪联用（GC-MS）进行分析。通过比对标准品、NIST 08质谱库及保留时间进行化合物初步鉴定。
4. 4.
   数据分析：对log₁₀转换并经帕累托标度化处理的数据进行无监督的主成分分析（PCA）和有监督的偏最小二乘判别分析（PLS-DA），以探索挥发物组成的模式和与样品区分相关的变量。变量重要性投影（VIP）得分用于指示变量对样品区分的相对贡献。

四、研究结果

3.1 游离态与糖苷结合态挥发物的总体特征

Tamarugal葡萄酒的挥发物组成在不同年份和酿造工艺间表现出显著差异。游离态挥发物总量约为25,000至44,000 μg L^-1，主要由脂肪酸衍生的醇、酸和酯，氨基酸衍生的发酵化合物以及苯系物构成。糖苷结合态组分总量约为3,400至5,000 μg L^-1，其化学结构截然不同，主要由C₁₃-降异戊二烯相关前体、苯系物/苯丙烷类化合物以及可测量的结合态单萜烯组成。这表明两个组分代表了葡萄酒挥发物组的化学分层。

3.2 游离态VOC组分分析

PCA显示，葡萄酒样品根据年份和酿造工艺明显分离。与样品区分相关的变量包括苹果酸二乙酯、辛酸乙酯、己酸和(Z)-3-己烯-1-醇等。游离态组分以脂肪酸代谢衍生化合物为主，如1-己醇、(Z)-3-己烯-1-醇、己酸、辛酸及其乙酯。氨基酸衍生化合物（如异戊醇和2-甲硫基噻吩）也占相当比例。苯系物如2-苯乙醇和乙酸β-苯乙酯含量丰富。2019年干型酒（T0_2019）和2020年半甜酒（T1_2020）的总游离挥发物浓度较高。2022年浸皮发酵酒（T3_2022）则以较高的苯系物（如苯甲醇、苯甲酸）和含氧单萜烯（如exo-2-羟基桉叶油素、环氧芳樟醇）为特征。

3.3 糖苷结合态组分分析

PCA显示，糖苷结合态组分的分离结构与游离态不同，样品分布主要与沿PC1的C₁₃-降异戊二烯类化合物变异以及沿PC2的苯系物和单萜烯衍生物变异相关。T3_2022和T0_2019在多变量空间中占据对比鲜明的位点。糖苷结合态组分主要由C₁₃-降异戊二烯衍生物主导，如vomifoliol和3-oxo-α-ionol是主要成分。单萜烯衍生化合物（如芳樟醇衍生物、香叶醇、α-松油醇）以及苯系物/苯丙烷类化合物（如2-苯乙醇和高香草醇）也是重要组分。T0_2019的总糖苷结合态浓度最高，其次是T3_2022。T3_2022的糖苷结合态苯系物和单萜烯相对贡献较高，而T0_2019则以C₁₃-降异戊二烯前体水平较高为特征。

五、讨论总结与结论翻译

讨论总结：

研究人员指出，四种Tamarugal葡萄酒的挥发物组成差异源于环境因素、发酵条件和工艺技术的相互作用。由于这些因素同时变化，无法区分各自贡献，因此结果应视为观察性而非因果性。游离态组分中脂质衍生化合物的优势与酵母代谢一致，其丰度和变异性受发酵条件（如氮源可用性）影响。然而，酯类化合物模式并非始终与营养补充相关，表明其形成受多因素综合影响。酵母来源（本土vs.商业菌株）也可能影响发酵衍生挥发物组成，如2021年自发发酵酒（T2_2021）的多变量空间独特位置体现了代谢多样性。与游离态相反，糖苷结合态组分结构稳定，主要由葡萄代谢衍生的C₁₃-降异戊二烯和苯系物/苯丙烷类组成，其稳定性表明该前体库更受葡萄生理和环境条件影响，而非短期技术干预。游离态与结合态之间的解耦现象与酵母酶解活性差异有关。超干旱环境的强辐射和高温可能影响葡萄次级代谢，促进糖苷结合态前体积累。尽管各年份间气候条件相对一致，但挥发物组成的显著差异更可能与发酵条件和酿造实践相关。浸皮工艺（如T3_2022）与苯系物和含氧单萜烯的提取增加有关。研究人员强调，未进行感官评价，因此香气描述仅为文献注释，不代表实际感知。

研究结论翻译：

本研究首次对超干旱条件下栽培的Vitis vinifera cv. Tamarugal葡萄酒中的游离态和糖苷结合态挥发物组分进行了综合表征。结果显示了一种双重挥发物结构：游离态组分主要与发酵相关化合物有关，而糖苷结合态组分构成了一个庞大且化学多样的葡萄源挥发物前体库。发酵衍生化合物，特别是脂肪酸衍生的醇、酸和酯，主导了游离态挥发物谱，并与葡萄酒间的区分相关，反映了发酵条件、酵母代谢和年份特定因素的综合影响。相比之下，结合态组分始终富含C₁₃-降异戊二烯类和苯系物/苯丙烷类化合物，突显了一个不直接反映在游离态组分中的可观糖苷结合态挥发物前体库。观察到的游离态与结合态组分之间的解耦现象与挥发物组成、前体可得性和发酵相关转化之间的关联一致，而非结合态与游离态化合物之间的直接对应关系。酿造条件，包括发酵策略和浸皮，也与前体提取和挥发物组成的差异相关。这些发现为未来在极端和非传统葡萄栽培环境下整合化学表征、感官评价和陈化动态的研究奠定了基础。