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挥发性化合物是决定葡萄香气、品种典型性和感官品质的主要因素。本综述批判性地总结了当前关于葡萄品种挥发性化合物的知识，重点阐述了其结构多样性、生物合成来源、感官相关性及分析表征。所综述的证据表明，葡萄香气潜力是由品种依赖性代谢、前体物质可用性、浆果发育、环境条件
挥发性化合物是决定葡萄香气、品种典型性和感官品质的主要因素。本综述批判性地总结了当前关于葡萄品种挥发性化合物的知识，重点阐述了其结构多样性、生物合成来源、感官相关性及分析表征。所综述的证据表明，葡萄香气潜力是由品种依赖性代谢、前体物质可用性、浆果发育、环境条件以及葡萄栽培措施共同作用的结果。
萜烯类（terpenes）和C13-降异戊二烯类（C13-norisoprenoids）是品种香气的主要贡献者，因为它们赋予特征性感官特征，包括花香、果香和柑橘香调，这些特征构成了葡萄品种的香气特性和典型性。它们在葡萄浆果中的积累受特定生物合成途径的活性以及香气前体的形成与转化的调控，而这些过程可进一步受气候、葡萄园管理和果实成熟度的影响。因此，理解这些化合物的生化和环境调控机制，对于解读品种香气表达和提升葡萄风味品质至关重要。
提取和分析方法的进展改善了对复杂基质中葡萄挥发性谱和香气前体的表征。然而，样品制备、提取程序和定量方法之间的差异仍限制了研究间的可比性。因此，需要更强的方法协调统一，并结合生化、环境及组成数据，以更好地评估葡萄香气潜力，并支持改善葡萄和葡萄酒品质的策略。本综述为研究人员、葡萄种植者和酿酒师提供了科学基础，以帮助他们理解和管理葡萄品种挥发性组成。
1 引言
葡萄挥发性化合物强烈影响消费者偏好，因为它决定了葡萄酒感官品质和品种典型性的香气属性。萜烯类、C13-降异戊二烯类、硫醇类、甲氧基吡嗪类、醛类、酯类、苯系化合物和醇类等化合物赋予独特的感官特征，根据浓度和平衡，这些特征可能对消费者接受度产生正面或负面影响。因此，理解葡萄挥发性组成对于生产满足消费者期望和市场需求的红酒至关重要。
2 挥发性化合物
葡萄中的挥发性化合物可以以游离的香气活性分子或无色糖苷前体形式存在。糖苷形式由一个配基与一个糖分子连接构成。萜类化合物、C13-降异戊二烯类和芳香醇是配基的实例，单糖和二糖是糖类的实例。根据挥发性组成，酿酒葡萄品种通常分为中性品种和芳香品种，主要取决于游离形式香气化合物的水平。在非芳香葡萄品种中，许多挥发性化合物主要以糖苷结合的前体形式存在，可通过酸或酶水解释放挥发性配基，从而对葡萄酒的整体香气轮廓做出贡献。尽管游离和结合挥发性化合物之间的区分对理解葡萄香气潜力至关重要，但解释时应谨慎。当游离挥发性化合物浓度超过其气味阈值时可能直接贡献葡萄香气，而结合形式则代表一种香气储备库，可能在葡萄加工、发酵或陈酿过程中释放。然而，糖苷结合前体的存在并不一定意味着对最终葡萄酒香气成比例的贡献。其感官相关性取决于多种因素，包括酶解或酸解效率、酵母代谢、葡萄酒pH值、储存条件和基质相互作用。根据Cordonnier和Bayonove提出的分类，葡萄酒香气可分为四类：品种香气、发酵前香气、发酵香气和陈酿后香气。表1列出了葡萄中主要挥发性化合物家族，包括苯系化合物、硫醇类、脂肪族化合物和甲氧基吡嗪类。尽管葡萄含有多种不同化学类别的挥发性化合物，但并非所有化合物对品种香气贡献相同。其中，萜烯类和C13-降异戊二烯类由于其低气味阈值、强感官影响以及与葡萄品种特性的密切关联而尤为重要。
2.1 品种挥发性化合物
品种香气来源于葡萄内源代谢，并受品种、气候条件、土壤成分、葡萄栽培实践和葡萄园环境区域特征调节。葡萄品种相关的香气由果皮和果肉中存在的化合物贡献，主要呈现果香和花香。研究品种挥发性化合物可以区分葡萄品种、确定产地以及评估不同品种的酿酒适宜性。主要的品种挥发性化合物包括单萜和倍半萜，以及C13-降异戊二烯类，它们被认为是葡萄品种香气最重要的贡献群之一。品种香气的积累受基因型、浆果发育阶段、环境条件和栽培实践强烈调节。
2.1.1 单萜
单萜是由两个异戊二烯单元组成的C10化合物，贡献果香和花香。单萜在葡萄中常以低浓度存在，但许多具有低气味阈值，可通过游离或结合形式以及整个挥发基质的相互作用对品种香气做出显著贡献。单萜形成由香叶基二磷酸（GPP）从异戊烯基二磷酸（IPP）和二甲基烯丙基二磷酸（DMAPP）生成触发。随后GPP电离产生碳正离子中间体，可进行环化、氢迁移和重排反应。Ribéreau-Gayon等人指出，香叶醇和橙花醇在果皮中的含量高于葡萄汁，果皮中糖苷化和游离单萜水平高于汁液。在发酵过程中，酵母糖酵解活性和酸性环境导致糖苷化化合物水解，释放挥发性萜烯。单萜可基于与橙花醇、芳樟醇和香叶醇相关的结构分类。芳樟醇具有花香，橙花醇和香叶醇呈无色油状液体带有花香，香茅醇具有玫瑰和柑橘香气。此外还有月桂烯、柠檬醛、薄荷脑等众多单萜。
2.1.2 倍半萜
倍半萜是由三个异戊二烯单元形成的C15化合物，通过IPP与GPP反应生成法尼基焦磷酸（FPP）合成。倍半萜的环化通过烯丙基阳离子亲电加成发生。倍半萜通常仅以痕量存在，定量困难。它们可能来源于葡萄或在酿酒和陈酿过程中形成。部分倍半萜具有抗氧化、抗菌和抗炎活性。在Baga葡萄和葡萄酒中已观察到α-依兰烯和α-卡拉科烯。Rocha等人提出葡萄中倍半萜浓度与葡萄品种中倍半萜合酶有关。倍半萜与木香、花香、辛香、甜香和油脂香等香气描述符相关。K?nen和Wüst使用HS-SPME-GC×GC-TOFMS技术在德国Lemberger葡萄中鉴定出25种不同倍半萜。其他研究在葡萄牙种植的葡萄中检测到28种和24种倍半萜。
2.1.3 C13-降异戊二烯
C13-降异戊二烯通过类胡萝卜素裂解双加氧酶对C40类胡萝卜素的氧化酶促降解形成。在葡萄中主要以非挥发性糖苷形式存在。糖苷化的C13-降异戊二烯仅源自类胡萝卜素，类胡萝卜素骨架通过氧化裂解、主要裂解产物的酶促修饰以及随后的酸驱动反应三步形成香气化合物。常见检测到的C13-降异戊二烯包括β-紫罗兰酮、α-紫罗兰酮、β-大马士酮、1,1,6-三甲基-1,2-二氢萘（TDN）和葡萄酒螺烷，它们分别贡献煮熟苹果、花香和樟脑香。C13-降异戊二烯对非芳香葡萄品种酿造的葡萄酒香气做出重要贡献。Yuan和Qian在黑皮诺葡萄研究中发现，随果实成熟，β-胡萝卜素、叶黄素和新黄质浓度下降，而β-大马士酮、TDN和葡萄酒螺烷水平增加。
2.2 萜烯类化合物的生物合成
萜烯生物合成始于乙酰辅酶A，经系列反应生成甲羟戊酸，该化合物是异戊二烯单元IPP及其异构体DMAPP的前体。这两个异构体可通过MVA（甲羟戊酸）途径和质体中的MEP（甲基赤藓醇磷酸）途径获得。DMAPP和IPP的头尾缩合生成GPP，即单萜前体。在GPP中再引入一个C5单元产生FPP，即倍半萜前体。若添加FPP单元而非C5单元IPP，则形成三萜。要形成四萜，只需向二萜前体添加香叶基香叶基二磷酸（GGPP）单元。单萜的GPP二磷酸离去基团生成极不稳定的阳离子，随后通过化学反应消除，包括羟基化、双键形成和甲基迁移等，产生广泛的结构多样性。萜烯积累取决于基因型和成熟阶段以及农艺和环境因素。
2.3 降异戊二烯类的生物合成
C13-降异戊二烯的形成源于类胡萝卜素的酶促氧化以及光化学反应。在葡萄浆果中，许多C13-降异戊二烯源自糖苷连接的前体，特别是β-胡萝卜素和新黄质。酿酒过程中C13-降异戊二烯的形成也可能由葡萄中无味配基的重排产生。β-大马士酮的生物合成涉及所有烯类类胡萝卜素（如新黄质）的裂解，随后将所得醇衍生物糖苷化。β-紫罗兰酮和β-大马士酮的反应性归因于羰基官能团和共轭双键系统的存在，加成反应、氧化和缩合导致大量新化合物生成。它们的积累进一步受基因型、浆果发育和环境因素（特别是光暴露、温度、水分可用性和年份）调节。
2.4 影响葡萄品种挥发性组成的因素
当前和预计的气候趋势表明普遍变暖，降雨增加和极端温度事件更频繁，直接影响葡萄栽培。多种因素影响葡萄和葡萄酒中挥发性化合物的水平，包括基因型、环境条件、浆果成熟阶段、栽培实践、土壤特征、灌溉策略、采收成熟度、病害压力和采后处理。浆果成熟是挥发性组成的主要决定因素之一，但挥发性化合物在成熟过程中的演变不总是线性的，采收时间应同时考虑技术成熟度和香气成熟度。气候和温度在调节葡萄挥发性组成中发挥重要作用，但温度效应复杂，高温可能加速成熟并缩短香气前体积累时期。阳光暴露影响萜烯和C13-降异戊二烯的积累，但并非对所有的挥发性类别产生同等效果。水分状态影响挥发性组成，但中度水分亏缺可能改善簇暴露并增强某些品种挥发性化合物，而重度胁迫可能不利。海拔和葡萄园位置通过温度、太阳辐射、昼夜温差等间接影响。栽培实践如树冠管理、摘叶、灌溉和采收日期可改变浆果微气候。土壤条件通过水分和氮素状态间接影响，生物胁迫也会改变挥发性谱。总之，环境与栽培因素的综合作用取决于多重交互变量。
3 样品制备
葡萄挥发性化合物分析具有挑战性，因为葡萄是复杂基质，代谢物浓度范围宽，化学家族多样。样品制备对保证高效提取、富集和去除干扰至关重要。常用方法包括固相微萃取（SPME）、固相萃取（SPE）、搅拌棒吸附萃取（SBSE）、液-液萃取（LLE）、顶空法和蒸馏技术。近些年无溶剂快速方法受到关注。
3.1 固相萃取
SPE于20世纪70年代末引入，替代消耗大量溶剂的LLE。SPE中分析物在装有吸附材料的柱上富集和纯化，涉及四步：柱活化、样品上样、洗涤和洗脱。SPE广泛用于葡萄和葡萄酒香气化合物的分离、净化和富集，尤其适合同时研究游离和糖苷结合馏分。相比LLE，SPE使用较少有机溶剂，可处理大体积样品，并能在GC-MS分析前提高分析物浓度，适合低浓度化合物。SPE还能分离游离和糖苷结合前体。然而SPE性能强烈受吸附剂类型、柱活化、样品体积、洗脱溶剂、样品pH和基质组成影响，需进行回收率测定和使用内标。
3.2 固相微萃取
SPME由Arthur和Pawlinszyn于20世纪90年代初引入。SPME流程包括采集和分析物从纤维释放两个阶段。可采用顶空SPME（HS-SPME）或直接浸入SPME（DI-SPME）。HS-SPME纤维暴露在样品上方顶空，更好地保护涂层，广泛用于挥发性化合物。SPME工作流程包括五个操作：隔垫穿刺、纤维引入采样区、涂层捕集目标化合物、平衡后收回纤维、在进样口热解吸。HS-SPME简单、快速、无溶剂、易自动化，适合游离挥发性物质的轮廓分析和品种比较。然而HS-SPME基于平衡，分析性能依赖纤维涂层、萃取温度和时间、搅拌、盐浓度等条件优化。竞争吸附和纤维饱和可能影响定量，需谨慎解释结果。近年发展了冷纤维、SPME Arrow、针内、针捕集、管内和膜保护等装置，但只有部分成功应用于葡萄基质。
3.3 搅拌棒吸附萃取
SBSE由Baltussen等人于1999年首次描述，是包括萃取和解吸的两步过程。萃取时使用涂有吸附聚合物（通常为聚二甲基硅氧烷，PDMS）的Twister搅拌棒。可在浸入模式或顶空模式操作。解吸可通过热解吸（TD）或液体解吸（LD）进行。SBSE比SPME提供更高的吸附容量，对疏水性挥发物和半挥发性化合物具有良好的灵敏度。然而其选择性受PDMS涂层限制，极性化合物可能代表性不足。SBSE在葡萄酒中应用广泛，但在葡萄中应用有限。
4 分析技术
气相色谱（GC）是分离挥发性化合物最常用的技术之一。随着样品复杂性增加，一维GC受到共流出和分辨能力不足的限制。多维气相色谱（MDGC）通过耦合不同分离机理的两个色谱柱解决此问题，主要有中心切割GC（GC-GC或MDGC）和全二维气相色谱（GC×GC）两种构型。GC-GC中样品先在第一维非极性柱分离，选定的目标区段通过切换装置（阀、Dean开关或低温聚焦系统）转移到第二维不同极性柱进一步分离，适合目标研究。GC×GC中整个一维流出物由调制器连续传递到第二维，一维基于挥发性用非极性柱，二维用不同极性柱实现快速二次分离，正交组合大幅减少共流出并形成结构化二维色谱图。调制器是GC×GC的核心，可通过低温系统或基于流动的调制实现。GC×GC显著提高峰容量、选择性和灵敏度，能够详细表征葡萄等复杂基质。二维色谱图中化学家族化合物聚集在分离空间的不同区域，便于模式识别和多元数据分析。但GC×GC需要专门硬件、快速检测器、专用软件和经验丰富的操作者，数据处理繁杂。检测通常使用质谱（MS），GC-MS仍是目标常规分析首选。GC×GC-MS提供更大的峰容量，但仪器复杂性和数据处理要求高。两种技术互补，选择应考虑基质复杂性、灵敏度和研究目标。表2总结了文献中用于葡萄游离和结合挥发性化合物分析的代表性方法。没有单一分析方法能完整代表葡萄挥发性组成。SPE适用于选择性分离游离和结合馏分，但耗时。HS-SPME快速无溶剂，适合游离挥发物常规分析，但回收率和检测限强烈依赖条件。SBSE对非极性游离挥发物具有较高萃取能力和较低检测限。未来进展应聚焦新兴衍生技术，如新型吸附涂层、小型自动化萃取系统和高分辨质谱，并与数据处理和机器学习结合。
5 结论
当前葡萄挥发性化合物研究展示了高水平的分析进展，同时强调葡萄香气表达的固有复杂性。关键香气化合物对品种遗传、环境条件和栽培实践的强烈依赖，凸显了综合多学科研究框架的必要性。该领域仍存在重要空白，包括游离和糖苷结合香气化合物在多种品种和种植条件下的定量数据有限，化学组成与感官知觉的关系尚未充分阐明，方法学变异性阻碍研究比较。未来进展需要整合绿色自动化样品制备、高分辨色谱平台、稳健化学计量学工具和系统性感官验证。人工智能可能支持香气预测、品种识别和代谢组学数据整合。扩展可比数据集，特别是结合化合物数据，对制定适应气候变化的葡萄香气品质保持策略至关重要。总之，这些方法将促进对葡萄挥发性组成、品种特性和感知品质的更机制化和预测性理解。
