不同产区陈酿干红葡萄酒花色苷与颜色相关性分析

2022-04-02 05:14吴璐璐范舒悦张煜李运奎
中外葡萄与葡萄酒 2022年2期
关键词:红葡萄酒花色单体

吴璐璐,范舒悦,张煜,李运奎,2*

(1. 西北农林科技大学葡萄酒学院,陕西杨凌 712100;2. 西北农林科技大学宁夏贺兰山东麓葡萄酒试验示范站,宁夏闽宁 750104)

颜色是葡萄酒感官质量和内在质量的重要组成部分,能够最直观地反映出葡萄酒的类型、品质、贮存性甚至营养价值等信息,颜色纯正、亮丽、稳定的葡萄酒会更加受到消费者青睐[1-2]。在葡萄酒酿造工艺优化、过程质量控制、感官品评分析、产区和品种特色认定等方面,颜色都发挥着不可忽视的作用。目前,关于葡萄酒颜色主要集中在影响因素研究[3-7]、颜色特征表征与评价研究[8-11]、颜色基础物质分析研究[12]和颜色演化规律研究[13-14]等方面。尤其是颜色影响因素的研究受到了较多关注,如葡萄品种、栽培与管理措施、原料成熟度状况、酿造工艺、陈酿条件、花色苷与无色多酚等关键成分、pH等。

花色苷(anthocyanin)是红葡萄酒颜色的物质基础,Han等人[15]采用主成分回归分析法研究了新酿‘赤霞珠’葡萄酒中花色苷与颜色的关系,发现参与分析的花色苷可以解释葡萄酒红色的64.56%~81.57%,其他研究者也得到了类似的结论[16]。一般来说,以上因素对红葡萄酒呈色的影响都需通过影响花色苷的组成、含量或存在形式等才能实现[17-18]。在欧亚种年轻红葡萄酒中,花色苷主要以单体形式存在,包括5种基本花色苷(非酰化花色苷):花翠素-3-O-葡萄糖苷(delphinidin-3-O-glucoside,Dnd-G)、花青素-3-O-葡萄糖苷(cyanidin-3-O-glucoside,Cnd-G)、甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷(petunidin-3-O-glucoside, Ptnd-G)、甲基花青素-3-O-葡萄糖苷(peonidin-3-O-glucoside, Pnd-G)和二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷(malvidin-3-O-glucoside, Mvd-G),及其与乙酸、香豆酸、咖啡酸和阿魏酸等形成的酰化花色苷[12-13]。通常年轻红葡萄酒中基本花色苷含量略高于酰化花色苷,聚合花色苷含量很低[13],Cnd-G和Pnd-G主要贡献橘黄色色调,Dnd-G、Ptnd-G和Mvd-G主要贡献紫红色色调,酰化花色苷对颜色的贡献可能大于非酰化花色苷[12]。随着陈酿的进行,单体花色苷倾向于与乙醛、丙酮、咖啡酸等酸类、4-乙烯基儿茶酚等酚类、以及黄烷醇类物质反应,生成结构更复杂、活性更低、更稳定的聚合花色苷(如吡喃花色苷)[14]。聚合花色苷的生成使酒体颜色更稳定,但黄色色调却占据更大比例,因为吡喃花色苷主要贡献橙红或橘黄色调,其他聚合花色苷贡献橙黄、紫红或蓝色色调[12]。可见,深入研究红葡萄酒的颜色特征及其与花色苷种类和含量的关系,对生产具有更高颜色品质的红葡萄酒意义重大。

目前对国内红葡萄酒颜色特征及花色苷影响的研究报道较少。相关报道往往只涉及少数产区[19],并以研究年轻红葡萄酒为主[8,13,20]。本研究选取国内10个产区(子产区)的陈酿‘赤霞珠’干红葡萄酒,及山东产区的陈酿‘赤霞珠’‘蛇龙珠’‘品丽珠’和‘美乐’干红葡萄酒,采用红葡萄酒颜色特征的直观表征法[21]和相关统计分析方法,分析我国多产区、多品种的陈酿红葡萄酒颜色特征及与花色苷的相关关系,以期为相关研究和生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

以云南、新疆、甘肃、宁夏、河北、陕西和山东产区共10款‘赤霞珠’干红葡萄酒。具体产地:1#-云南迪庆;2#-新疆和硕;3#-甘肃嘉峪关;4#-宁夏玉泉营;5#-河北昌黎;6#-河北沙城;7#-陕西咸阳;8#-山东烟台;9#-甘肃武威;10#-新疆五家渠;11#~13#为山东产区‘蛇龙珠’‘品丽珠’和‘美乐’干红葡萄酒。所有酒样均为2015年份压榨,不锈钢罐储存。

酒石酸钾钠、硫酸铜、葡萄糖、氢氧化钠、碘、碘化钾、氯化钾、盐酸、三水醋酸钠、醋酸、硫酸、淀粉、邻苯二甲酸氢钾、酚酞与亚甲基蓝等药品均为分析纯,由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。乙腈、甲醇、甲酸购自广州市金华大化学试剂有限公司,均为色谱纯。标准样品Mvd-G购自Sigma公司。实验用水为去离子水。

1.2 仪器与设备

日本岛津公司UV-1750紫外可见分光光度计、LC-10Avp高效液相色谱仪;芯硅谷一次性无菌针式过滤器及0.45 μm微孔滤膜由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。

1.3 方法

去离子水做参比,将葡萄酒样品经0.45 μm滤膜过滤后,采用2 mm光程玻璃比色皿,用UV-1750紫外可见分光光度计扫描酒样在可见光区400~780 nm内的吸收光谱,间隔1 nm,每酒样重复3次。CIELAB参数计算选用10°观察者视场,D65标准白光源[8,22],将吸收光谱中450、520、570、630 nm波长处的吸光度值校正到1 cm光程后,参考文献21中的方法计算参数L*、a*、b*、和hab。采用红葡萄酒颜色特征的直观表征法表征供试酒样颜色特征[21]。首先,在CIELAB颜色空间中,取L*=60,构建二维高清彩度平面(a*=0~60,b*=0~60),将供试酒样的a*和b*参数投影到该平面上,得到酒样颜色的彩度分布图。其次,根据L*值,在一维的明度图上标记出各供试酒样,得到酒样颜色明度分布情况。最后,综合考虑L*、a*和b*三个参数对颜色的贡献,在明度图上将各酒样渲染上相应的颜色,即得到酒样的特征颜色图,表征在自然观察条件下酒体所呈现的颜色。

采用pH示差法(化学法)测定总花色苷含量,方法详见文献8。采用高效液相色谱(HPLC)法测定总花色苷和单体花色苷组成与含量[23]。以Mvd-G标准样品绘制标准曲线:y=61370x-20641,其中y为峰面积,x为标准溶液质量浓度,R2=0.9999。根据文献得出Dnd-G、Cnd-G、Ptnd-G、Pnd-G和Mvd-G5种基本花色苷;甲基花青素-3-O-乙酰葡萄糖苷(peonidin-3-O-(6-O-acetyl)-glucoside,Pnd-AG)、二甲花翠素-3-O-乙酰葡萄糖苷(malvidin-3-O-(6-O-acetyl)-glucoside,Mvd-AG)、甲基花青素-3-O-咖啡酰葡萄糖苷(peonidin-3-O-(6-O-caffeoуl)-glucoside,Pnd-CG)和二甲花翠素-3-O-咖啡酰葡萄糖苷(malvidin-3-O-(6-O-caffeoyl)-glucoside,Mvd-CG)4种酰化花色苷的出峰顺序,定性确定该9种单体花色苷,并进一步根据标准曲线方程对各花色苷含量进行定量分析。相关色谱条件及详细方法参考文献23。

1.4 数据处理

使用OriginPro 8、IBM SPSS Statistics 22以及Fireworks 8完成吸收光谱绘制、数据统计分析、高清CIELAB色空间彩度和明度分布图以及葡萄酒特征颜色图绘制。

2 结果与分析

2.1 颜色特征分析

基于CIELAB色空间与可见吸收光谱,前期提出了采用彩度分布图、明度分布图和特征颜色图对红葡萄酒颜色特征进行直观表征[21]。将各酒样的a*和b*参数投影到L*=60平面上即得彩度分布图(图1左),各投影点(酒样编号放置处)的颜色即代表该酒样只考虑a*和b*参数,且L*=60时的颜色特征。彩度分布图清晰地呈现了各酒样a*和b*参数的相对大小,以及等参数的信息及彼此关系。各颜色投影点到原点的距离即为相应酒样的色度其所在直线与a*轴夹角即为色调hab,两颜色投影点间的距离代表该两种酒样颜色的总色差距离越大,总色差越大。在一维明度坐标轴上,依据L*大小排列酒样位置(以带编号的圆斑表示酒样),得到酒样颜色的明度分布图(图1右)。进一步综合考虑L*、a*和b*三参数对颜色的贡献,使各圆斑渲染上相应的颜色,即得各酒样的特征颜色图(图1右)。特征颜色表征酒样在自然观察条件下(自然白光、10°观察视角)酒体所呈现的宏观颜色;彩度分布和明度分布图则从正交的L*、a*和b*三因素剖析了宏观颜色的成因,尤其是颜色差异的来源。

图1 供试酒样CIELAB彩度分布图(左)、明度分布与特征颜色图(右)Figure 1 Colorfulness distribution (left), lightness distribution and feature color (right) of thirteen wine samples

由图1可见,供试酒样红色分量a*较大,最大与最小者分别为4#和10#酒样,但彼此间分布较集中,差异较小。黄色分量b*分布分散,酒样间差异较大,4#酒样的b*最大;10#酒样的b*最小。较大的b*差异导致了较大的色度和色调差异。4#酒样色度最高,色调角最大,呈橙红色,黄色色调贡献明显;10#酒样色度最低,色调角最小,呈明显的紫红色,黄色色调贡献弱。在不考虑明度差异的情况下,4#与10#酒样由于距离最远,总色差最大。1#~10#不同产区的酒样间特征颜色差异明显,a*差异较小,b*、差异都较大,说明产地因素及相关酿造工艺的差异导致了酒样间颜色的显著差异,且黄色色调对颜色的贡献很大。8#和11#~13#同产区不同品种酒样间特征颜色存在差异,a*差异较小,b*、差异都较大,说明品种因素及相关酿造工艺的差异导致了酒样间颜色的显著差异,且黄色色调对颜色的贡献很大。对比来看,产地因素对葡萄酒颜色差异的贡献可能大于品种因素。这也可以通过供试酒样可见吸收光谱加以印证,如图2。各吸收光谱曲线的总体趋势一致,升降幅度接近,且8#和11#~13#酒样分布较1#~10#酒样更集中。

图2 酒样在可见光区的吸收光谱图Figure 2 Visible absorption spectra of thirteen wine samples

2.2 花色苷组成与含量

如图3所示,化学法和HPLC法测定供试酒样总花色苷含量分别为17.9~154.2、22.7~114.0 mg·L-1。对各酒样来说,虽然两种方法测定的绝对含量存在差别,但酒样间相对含量大小趋势一致,4#酒样含量最低,10#酒样含量最高。

图3给出了HPLC法测定的总花色苷组成情况,包括Dnd-G、Cnd-G、Ptnd-G、Pnd-G、Mvd-G、Pnd-AG、Mvd-AG、Pnd-CG和Mvd-CG 9种单体花色苷总含量及其他酰化花色苷和聚合花色苷。9种单体花色苷含量在6.1~75.1 mg·L-1,4#酒样含量最低,10#酒样含量最高;9种单体花色苷占总花色苷含量的16.75%~65.88%,4#、8#和12#占比都较低,10#最高。另外,其他酰化花色苷和聚合花色苷含量在16.6~42.2 mg·L-1,占总花色苷的34.12%~83.25%,部分酒样甚至高于9种单体花色苷的含量。

图3 化学法(左)与HPLC法(右)测定的总花色苷含量Figure 3 Total anthocyanins content of thirteen wine samples by chemical analysis (left) and HPLC analysis (right)

9种单体花色苷的组成与含量见表1,各酒样分布轮廓基本一致,Mvd-G是含量最高的花色苷,占9种单体花色苷含量的40.66%~61.89%,占总花色苷含量(HPLC法)的6.77%~31.23%;Mvd-AG一般是含量最高的酰化花色苷,占9种单体花色苷含量的8.02%~23.77%。Dnd-G、Cnd-G、Ptnd-G、Pnd-G和Mvd-G 5种基本花色苷含量在4.33~51.67 mg·L-1,占9种单体花色苷含量的61.42%~84.32%,占总花色苷含量的10.21%~51.12%;其余4种酰化花色苷含量在1.70~23.39 mg·L-1,占9种单体花色苷含量的15.68%~38.58%,占总花色苷含量的6.42%~20.52%。

表1 供试酒样单体花色苷组成与含量Table 1 The content and composition of monomeric anthocyanins of thirteen wine samples mg·L-1

2.3 红葡萄酒花色苷与颜色特征的相关性

花色苷是红葡萄酒呈色的物质基础,为了探究供试酒样颜色特征与花色苷含量的关系,将表征颜色特征的参数和hab,表征可见吸收光谱特征的参数A520(酒样在520 nm处吸光度值,1 cm光程,下同)和ΔA(酒样在520 nm与450 nm处吸光度值之差)[21],与化学法和HPLC法测定的总花色苷含量、9种单体花色苷含量,及其他酰化和聚合花色苷含量进行Pearson相关分析,结果见表2。化学法测定的总花色苷含量与b*和hab在P≤0.05水平显著相关,与其他颜色参数未表现出显著相关性;HPLC法测定的总花色苷与5个颜色参数在P≤0.05水平都表现出相关性,且与b*和hab在P≤0.01水平呈极显著相关。总花色苷与可见吸收光谱的特征参数A520和ΔA也存在显著或极显著相关性。可见,总花色苷含量对供试酒样颜色影响重大,尤其对黄色色调b*和色调角hab影响更为明显。

表2 CIELAB参数、吸收光谱和花色苷含量的相关性分析①Table. 2 Pearson correlation analysis between CIELAB parameters, absorption spectra and anthocyanins of thirteen wine samples

将HPLC法测定的总花色苷拆分为两项:9种单体花色苷和其他花色苷(包括其他酰化和聚合花色苷),并分析其与颜色参数和可见吸收光谱参数间相关性。如表3所示,9种单体花色苷与hab显著相关,与ΔA极显著相关;其他花色苷则与5个颜色参数以及A520呈现显著或极显著相关。这说明9种单体花色苷对供试酒样呈色依然有影响,但较年轻红葡萄酒中弱[13,24-25];其他酰化花色苷和聚合花色苷则是供试酒样颜色的决定因素。

表3 CIELAB参数、吸收光谱和各单体花色苷含量的相关性分析Table 3 Pearson correlation analysis between CIELAB parameters, absorption spectra and monomeric anthocyanins

9种单体花色苷与颜色参数和可见吸收光谱参数间的Pearson相关分析表明,Dnd-G与所有颜色参数和可见吸收光谱参数无显著相关性;Cnd-G和Ptnd-G都只与ΔA显著相关;Pnd-G与L*、b*、显著相关,与hab和ΔA极显著相关;Mvd-G只与hab显著相关,与ΔA极显著相关;Pnd-AG与a*、b*、和hab显著相关,与ΔA极显著相关;Mvd-AG与b*、hab和ΔA显著相关;Pnd-CG与b*、hab、A520和ΔA显著相关;Mvd-CG与L*、b*、和ΔA显著相关,与hab和A520极显著相关。

3 讨论与结论

花色苷是干红葡萄酒中的重要多酚成分,与葡萄酒的呈色和口感等感官性质密切相关。在年轻干红葡萄酒中,花色苷主要以简单花色苷和酰化花色苷等单体形态存在,并对年轻干红葡萄酒的呈色产生重要贡献[25]。这些形态的花色苷化学性质活泼,易发生降解或聚合等转化,致使在陈酿过程中一方面花色苷含量明显降低,另一方面花色苷主要以聚合等形态存在,稳定性较高,对呈色产生持续贡献[12]。

对我国10个产区、4个品种共13款陈酿干红葡萄酒的花色苷组成分析表明,总花色苷含量为22.7~114.0 mg·L-1。总花色苷含量受产区和品种因素影响显著,新疆的两款酒样总花色苷含量最高,宁夏的一款酒样总花色苷含量最低。当然,这是葡萄原料质量与酿造工艺等环节和因素的综合作用结果,并不能简单反应某一方面因素的优劣。从花色苷组成来看,9种单体花色苷含量一般低于聚合花色苷含量,5种基本花色苷含量高于4种酰化花色苷含量,单体花色苷中Mvd-G的占比最大。不同产区和不同品种酒样间的趋势较一致。张世杰[23]等对来自我国不同产区、不同年份和不同品种的45款干红葡萄酒样品的花色苷组成与含量进行了分析,李伟[14]等分析了贺兰山东麓贺兰晴雪酒庄10个年份的‘赤霞珠’干红葡萄酒花色苷组成与含量,均得出了与本研究类似的结果。

本研究基于CIELAB色空间,采用红葡萄酒颜色可视化表征法[21],直观呈现了供试酒样的宏观颜色,并从L*、a*和b*三因素剖析颜色成因和差异的来源。结果显示,产地和品种都会对葡萄酒宏观呈色造成显著影响。从明暗程度来说,酒样间差异显著,其中宁夏玉泉营的酒样明度最高,新疆五家渠的酒样明度最低;从红色色调来说,供试酒样间差异较小;从黄色色调来说,酒样间差异显著,其中宁夏玉泉营的酒样黄色色调最重,新疆五家渠的酒样黄色色调最浅,山东产区的‘蛇龙珠’‘品丽珠’和‘美乐’三个品种间黄色色调差异很大。结合花色苷含量来看,红葡萄酒呈色品质与花色苷含量呈现出较好相关性,即花色苷含量越高,呈色质量越好(红色色调重,黄色色调浅)。这种相关性在其他研究中也得到了印证,如有报道发现游离花色苷含量在陈酿过程中迅速下降,其下降趋势与葡萄酒颜色“黄移”规律一致[14]。郭耀东[10]等发现总花色苷含量对红葡萄酒明亮度、红绿色调、黄蓝色调均有显著影响。Han等[19]发现呈现黄色色调的吡喃花色苷对4年酒龄的陈酿‘蛇龙珠’干红葡萄酒颜色贡献突出。从不同花色苷组成对酒样颜色的贡献来看,尽管Mvd-G和Mvd-AG是供试酒样中含量最高的基本花色苷和酰化花色苷,但对供试酒样颜色影响最大的基本花色苷是Pnd-G,影响最大的酰化花色苷是Mvd-CG和Pnd-AG。对比来看,4种酰化花色苷对供试酒样颜色影响较大,5种基本花色苷则只有Pnd-G影响较大,所以酰化花色苷对陈酿红葡萄酒颜色的贡献大于基本花色苷的贡献,这似乎与年轻红葡萄酒的情形相似[12,15]。郭耀东等[10]也发现,Pnd-G对明度和红色色调影响显著,Cnd-G则对红色色调影响显著。

综上,本研究主要结论为:(1)5年酒龄的陈酿型干红葡萄酒花色苷组成和含量与酒体呈色紧密相关。(2)酰化花色苷含量低于基本花色苷,但对颜色的贡献大于基本花色苷;二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷和二甲花翠素-3-O-乙酰葡萄糖苷是含量最高的单体花色苷,但甲基花青素-3-O-葡萄糖苷、二甲花翠素-3-O-咖啡酰葡萄糖苷和甲基花青素-3-O-乙酰葡萄糖苷是对酒体颜色影响最大的单体花色苷。(3)产区、品种等因素首先影响花色苷的组成与含量,进而影响酒样宏观呈色,且对黄色色调的影响大于对红色色调的影响。

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