葡萄酒作為一種歷史悠久且文化底蘊深厚的酒類飲品，其獨特風味和香氣特征長期以來吸引了國內外學者和消費者的廣泛關注。葡萄酒風味的復雜性來源于多種揮發性和非揮發性化合物的共同作用，其中具有極低嗅覺閾值的關鍵香氣化合物尤為重要，這類化合物通常以痕量形式存在，卻能對葡萄酒的整體感官特征產生決定性影響。其中的典型代表是葡萄酒內酯，它呈現出椰子、木質和甜香調，具有增強果香與甜感的作用，是葡萄酒中重要的香氣成分之一。

圖1 葡萄酒中的常見香味物質

一、葡萄酒內酯的發現

具有陳年潛力的葡萄酒經過一定時間的陳年之后，往往會產生一些葡萄酒內脂（Wine Lactone），最直觀的體驗就是我們在陳年紅葡萄酒中聞到的動物皮革、蘑菇、森林地表和野肉等香氣。那么，葡萄酒的陳年香氣到底是如何產生的呢？

有趣的是，葡萄酒內酯起初并不是從葡萄或葡萄酒中發現的，它最早是在樹袋熊（考拉）的尿液中被作為精油代謝產物發現的。數十年后，德國化學家Helmut Guth從葡萄酒中發現了這一香氣分子并將其命名為葡萄酒內酯（wine lactone）。不難發現，葡萄酒內酯分子中存在三個手性中心，因此理論上存在23 = 8種立體異構體。

為了確定其真實結構，Helmut Guth設計并合成了包含所有異構體的混合物，隨后借助手性氣相色譜技術將所有異構體逐一分離，進而確定了葡萄酒中普遍存在的嗅覺閾值最低、香氣效力最強的異構體是（3S, 3aS, 7aR）。此外，他還發現這些不同異構體在氣味閾值（人類能夠察覺到氣味的最低濃度）上也表現出顯著差異，例如（3S, 3aS, 7aR）異構體在空氣中的濃度僅為0.00001~0.00004 ng/L時就可以被感知到，而（3R, 3aR, 7aS）和（3R, 3aS, 7aR）異構體則需要在高于1000 ng/L的濃度下才能被感知。

圖2 葡萄酒內酯的所有立體異構體

二、葡萄酒內酯的化學合成

前文已經提到，為了驗證葡萄酒內酯的結構并深入理解其立體化學與香氣特性，Helmut Guth率先開展了針對葡萄酒內酯的化學合成研究。他以3-甲基-2-環己烯-1-酮（1）作為起始原料，在強堿LDA作用下對其羰基α-位去質子，然后再與2-碘丙酸甲酯（2）發生親核取代反應，從而構建葡萄酒內酯的核心碳骨架。隨后通過NaBH4還原、酯水解與酸化步驟可以獲得含有羧基和羥基的環化前體5。最后在縮合劑DCC作用下發生分子內酯化反應，成功合成了葡萄酒內酯的八種立體異構體混合物。[3]該研究首次從化學角度揭示了葡萄酒內酯的立體選擇性與香氣特性，為其作為關鍵香氣分子的研究提供了堅實證據。

圖3 Helmut Guth合成葡萄酒內酯的路線

雖然Helmut Guth首次報道了葡萄酒內酯的化學合成，為該分子的結構確認與異構體分離打下了基礎，但他的方法只能獲得立體異構體的混合物。為了解決這一局限，后續多位學者開展了針對葡萄酒內酯立體選擇性合成的研究，以便直接制備與天然產物構型一致且高對映純度的異構體。其中的代表性工作由Chavan等人在2001年報道，他們的核心步驟是利用FeCl3/NaI介導的碘內酯化反應（Iodolactonization）直接將γ, δ-不飽和酸轉化為具有目標相對構型的內酯骨架，隨后在堿性條件下消去鹵素得到環內雙鍵結構，進而生成高對映純的目標產物。

具體說來，他們以天然的(+)-異檸檬烯A為起始原料，首先對雙鍵進行硼氫化-氧化反應得到等比例混合的非對映異構體B，隨后利用Jones試劑將醇轉化為羧酸中間體C，接下來利用他們發展的碘內酯化反應高效構建了核心的內酯結構，以59%的產率生成60:40的非對映異構體D和E。幸運的是，兩種非對映異構體可以通過普通柱色譜進行分離。最后，在DBU的作用下消去鹵素就可以得到與天然葡萄酒內酯立體結構相同的產物。

圖4 葡萄酒內酯的立體選擇性合成

三、葡萄酒內酯的生物合成

雖然化學家早已通過化學方法在實驗室中實現了葡萄酒內酯的合成，然而它在自然界中的生物合成機制研究仍然不夠成熟，目前僅有一些重要的假說和初步證據。其中最具代表性的假說由Navrot和Duchêne等人在2017年所提出。[5]他們在葡萄果實中鑒定出一種細胞色素P450酶CYP76F14，它能夠將常見的單萜類代謝物芳樟醇（linalool）氧化生成(E)-8-羧基芳樟醇（8-carboxylinalool）。

更深入的化學和動力學研究表明，在葡萄酒釀造及陳釀過程中，(E)-8-羧基芳樟醇可在酸性條件下通過非酶促的內酯化環化反應緩慢轉化為葡萄酒內酯的主要天然異構體（3S, 3aS, 7aR）。基于上述實驗結果，作者提出了葡萄酒內酯可能的生成路徑：首先在葡萄果實發育階段由CYP76F14經多步催化過程逐漸形成前體(E)-8-羧基芳樟醇，隨后在釀造與儲藏階段通過化學驅動的酸催化環化步驟緩慢生成最終香氣分子。盡管這一路徑目前尚未在酶促水平上得到完全驗證，但它為解釋葡萄酒內酯在自然界中的來源提供了堅實的分子基礎，也為理解不同葡萄品種和酒體風味差異提供了新的研究思路。

圖5 葡萄酒內酯可能的生物合成路徑

結束語

葡萄酒內酯作為葡萄酒中極具代表性的關鍵香氣化合物，其獨特的嗅覺特性和極低的感知閾值使其在決定葡萄酒整體風味上發揮了不可替代的作用。從最初在非葡萄來源中被偶然發現，到通過全合成與手性拆分確證其結構，再到后續研究者不斷優化立體選擇性合成策略，人們對這一分子的化學理解已逐漸清晰。與此同時，近年來關于葡萄酒內酯在葡萄中的生物合成路徑的探索為揭示其天然來源提供了分子層面的解釋。

然而，目前關于其生物合成的酶學證據仍然有限，且其在不同葡萄品種、栽培條件及釀造工藝中的動態變化尚未完全厘清。值得期待的是，未來通過化學合成與生物合成研究的雙向推動，葡萄酒內酯有望在提升葡萄酒品質控制和風味調配以及香料化學等方面發揮重要作用。

參考資料

[1]王方, 王樹生. 葡萄酒中的香味物質的來源. 中外葡萄與葡萄酒, 2005, 5, 50–51.

[2]Southwell, I. A. Essential oil metabolism in the Koala. III. Novel urinary monoterpenoid lactones. Tetrahedron Lett. 1975, 24, 1885–1888 DOI: 10.1016/S0040-4039(00)72311-2

[3]Guth, H. Determination of the configuration of wine lactone. Helv. Chim. Acta 1996, 79, 1559?1571. DOI: 10.1002/hlca.19960790606

[4]Chavan, S. P.; Kharul, R. K.; Sharma, A. K.; Chavan, S. P. An efficient and simple synthesis of (?)-wine lactone. Tetrahedron: Asymmetry 2001, 12, 2985–2988. DOI: 10.1016/S0957-4166(01)00511-0

[5]Ilc, T.; Halter, D.; Miesch, L.; Lauvoisard, F.; Kriegshauser, L.; Ilg, A.; Baltenweck, R.; Hugueney, P.; Werck-Reichhart, D.; Duchêne, E.; Navrot, N. A grapevine cytochrome P450 generates the precursor of wine lactone, a key odorant in wine. New Phytol. 2017, 213, 264?274. DOI: 10.1111/nph.14139

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