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    葡萄酒中花色苷的研究進(jìn)展

    2011-12-27 08:51:14杜文華劉忠義
    食品與機(jī)械 2011年4期
    關(guān)鍵詞:花色素橡木花色

    杜文華 劉忠義

    (湘潭大學(xué)食品與生物工程系,湖南 湘潭 411105)

    葡萄酒中花色苷的研究進(jìn)展

    杜文華 劉忠義

    (湘潭大學(xué)食品與生物工程系,湖南 湘潭 411105)

    花色苷是葡萄酒的主要呈色物質(zhì),同時(shí)也具有一定的生理活性功能。文章總結(jié)并簡(jiǎn)述葡萄酒中花色苷的結(jié)構(gòu)、含量變化、性質(zhì)及穩(wěn)定性因素、成色作用的途徑、生理活性功能、純化鑒定方法,以期為葡萄酒中花色苷的研究提供參考。

    葡萄酒;花色苷;穩(wěn)定性;生理活性;呈色作用;純化鑒定

    花色素又名花青素,于根、莖、葉、花等植物器官的細(xì)胞液中以糖苷的形式存在,從而使植物呈現(xiàn)出繽紛絢麗的色彩[1-2]。花色苷是花色素的糖苷?;ㄉ罩阅軌蚍€(wěn)定的存在于細(xì)胞液中,是因?yàn)樗軌蛞远喾N方式避開(kāi)水的攻擊和消除“水合-去水合平衡”,如自聚、吸附、晶化等方式[3]。有研究[4]指出,葡萄中的花色苷,主要存在于葡萄漿果的果皮中。在紅葡萄漿果中,花色苷在最靠近表皮的3~4層細(xì)胞的液泡里?;ㄉ兆鳛槠咸丫浦兄饕噬镔|(zhì),在整個(gè)釀酒過(guò)程中,葡萄中的花色苷會(huì)因?yàn)轷惨盒再|(zhì)的變化而發(fā)生一定的變化。因此對(duì)葡萄酒中花色苷的研究對(duì)于葡萄酒生產(chǎn)工業(yè)具有重要意義。

    1 花色苷結(jié)構(gòu)

    花色苷(基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1)是花色素的糖苷,它們都有一個(gè)基本的C6-C3-C6骨架結(jié)構(gòu),即2-苯基-苯并吡喃陽(yáng)離子(黃烊鹽)結(jié)構(gòu)的衍生物。

    常見(jiàn)的植物花色素有6種[5],而在歐亞種葡萄中主要存在5種,它們的結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1[6]。半乳糖、葡萄糖、木糖等單糖及它們構(gòu)成的雙糖和三糖是與花色素成苷的主要糖類(lèi)。在花色素的糖苷中,最為常見(jiàn)的有:3-單糖苷、3,5-二糖苷和3,7-二糖苷等[7]。糖不僅可以增加花色素的化學(xué)穩(wěn)定性和水溶性,而且當(dāng)葡萄糖結(jié)合在3位上時(shí),在葡萄糖的6位上常發(fā)生乙酰化、香豆?;蜕倭康目Х弱;磻?yīng),形成相應(yīng)的?;ㄉ眨@些花色苷形成葡萄果實(shí)的紅色[1,6]。

    圖1 花色素的基本結(jié)構(gòu)Figure 1 Basical structure of anthocyanin

    表1 葡萄果實(shí)中的5種花色素[6]Table 1 Five anthocyanins from the grape fruit

    花色苷作為葡萄酒中的主要呈色物質(zhì),其存在形態(tài)及含量的大小都將直接影響葡萄酒的色度、色調(diào)及穩(wěn)定性[8]。在酸性環(huán)境中,B環(huán)上的取代基對(duì)花色苷的顏色具有很大的影響。不同的取代基,其顏色變化不同,如增加羥基其顏色變紅,增加甲氧基其顏色變紫且穩(wěn)定性增強(qiáng)。由于糖苷化和?;磻?yīng),一般都會(huì)使花色苷的顏色變紅。葡萄酒中的酚酸、類(lèi)黃酮等多酚物質(zhì)可以和花色苷形成氫鍵,構(gòu)成輔色素作用,一般使葡萄酒呈現(xiàn)出一種藍(lán)紫色色調(diào)[6]。

    2 花色苷含量的變化規(guī)律

    2.1 葡萄漿果時(shí)期

    葡萄漿果到轉(zhuǎn)色期時(shí),花色苷開(kāi)始出現(xiàn),這一時(shí)期,主要為單體化合物(即游離花色苷)。在隨著葡萄的不斷成熟,其含量也逐漸提高,并且有了單體間的聚合。在葡萄成熟后,花色苷的含量達(dá)到最大值(可達(dá)2g/kg),其中10%~15%為多聚體[1]。在對(duì)山葡萄果實(shí)發(fā)育過(guò)程中花色苷的含量變化的研究[9]也證實(shí)了這一點(diǎn)(見(jiàn)圖2),從花后2周到轉(zhuǎn)色期之前并未檢測(cè)出花色苷,一直到轉(zhuǎn)色期開(kāi)始才慢慢有了花色苷類(lèi)物質(zhì)積累,但含量變化并不明顯,從果實(shí)20% 著色起其含量有了較為顯著的上升,并且這種上升趨勢(shì)一直持續(xù)到果實(shí)成熟,花色苷類(lèi)物質(zhì)的含量在果實(shí)成熟期最高可達(dá)到11.351mg/g·DW[9]。

    圖2 山葡萄果實(shí)發(fā)育過(guò)程中總花色苷含量的變化[9]Figure 2 The changes of shan grapes in fruit development process

    2.2 浸漬過(guò)程

    在浸漬過(guò)程中,通過(guò)浸漬,葡萄果皮中的部分花色苷被轉(zhuǎn)移到葡萄酒中,使得葡萄酒呈現(xiàn)出紫紅色[10]。

    2.3 陳釀階段

    在陳釀階段,由于與葡萄酒中的其他成分反應(yīng),使得游離花色苷含量迅速下降,以后逐漸變緩。如花色苷4位上容易與丙酮酸、乙醛、對(duì)乙烯基苯酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),并與5位上的羥基形成一個(gè)新的吡喃環(huán);葡萄酒中游離的花色苷A一方面通過(guò)水解為更小的分子Y和沉淀;另一方面則和單寧T生成結(jié)合態(tài)T-A分子,這種結(jié)合態(tài)花色苷具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,使pH的變化以及添加SO2對(duì)葡萄酒的色澤的影響不大。通過(guò)陳釀過(guò)程,生成更為穩(wěn)定的色素,葡萄酒的顏色由紫紅變?yōu)榇u紅。同時(shí),由于單寧的軟化,單寧的苦澀味和粗糙感逐漸降低,使口味感變得更加圓潤(rùn),澀味也有所減少[1,10,11]。

    花色苷還可與蛋白質(zhì)、多糖、多肽等其它大分子物質(zhì)反應(yīng)。另外,隨著乙醇濃度的增加使花色苷的自結(jié)合和輔色素作用減弱,同時(shí)也降低了黃烷醇和槲皮素等其它酚類(lèi)的溶解度以及酒的顏色[12]。

    在葡萄酒中,花色苷主要以游離花色苷、結(jié)合態(tài)花色苷和聚合態(tài)花色苷等3種形式存在[13]。在陳釀過(guò)程中,由于聚合花色苷含量逐步上升,而游離花色苷含量在下降,因此聚合花色苷取代游離花色苷成為紅葡萄酒顏色的主要形式;此外,花色苷還能與其它的多酚類(lèi)物質(zhì)反應(yīng),這些反應(yīng)除了與其他多酚類(lèi)物質(zhì)的含量、性質(zhì)有關(guān)外,還取決于陳釀的方式:木桶的有無(wú),酒窖的溫度、濕度,酒體的透氣狀況等[12],特別是氧化還原電位和陳釀過(guò)程中形成的乙醛的多少[1]。

    3 花色苷性質(zhì)及穩(wěn)定性因素

    3.1 性質(zhì)

    花色苷溶于水和乙醇、甲醇和檸檬酸等極性溶劑,不溶于苯、甲苯、氯仿和石油醚等非極性溶劑,能被活性炭吸附,與醋酸鉛試劑沉淀,大多數(shù)花色苷對(duì)熱都不穩(wěn)定,且對(duì)光敏感[6]。

    3.2 穩(wěn)定性因素

    3.2.1 pH的影響 pH的不同對(duì)花色苷的顏色和結(jié)構(gòu)均會(huì)產(chǎn)生不同影響。

    (1)pH對(duì)于花色苷顏色的影響:呈紅色,說(shuō)明其處于酸性條件下;呈無(wú)色,說(shuō)明處于中性、近中性條件下;呈藍(lán)色,說(shuō)明其處于堿性條件下[14]。

    (2)pH對(duì)于花色苷結(jié)構(gòu)的影響:在pH值一定的水溶液中,花色苷以4種結(jié)構(gòu)存在:花色烊陽(yáng)離子、醌式堿、甲醇?jí)A和查爾酮,并且它們之間達(dá)成平衡[14](見(jiàn)圖3)。pH值變化對(duì)于非酰化和單?;幕ㄉ盏念伾绊戄^大,在pH值很低時(shí)(如pH=1)溶液呈現(xiàn)最強(qiáng)的紅色;但隨著pH值的逐漸增大,其溶液的顏色在不斷的變化,當(dāng)pH=4~5時(shí),花色苷會(huì)褪至無(wú)色;而pH=6~7時(shí),溶液又變成紫色或藍(lán)色;pH=7~8時(shí),花色苷則轉(zhuǎn)化為黃色的查爾酮[1,5]。但是,pH 值的變化對(duì)于具有兩個(gè)或兩個(gè)以上?;ㄉ盏念伾绊懖淮螅瑫r(shí)對(duì)于花色苷的穩(wěn)定性影響因素也應(yīng)考慮?;糠值男再|(zhì)[16]。據(jù)報(bào)道[17],當(dāng)溶液pH=2.9時(shí),花色素的呈色強(qiáng)度比pH=3.9時(shí)要大6倍。

    3.2.2 SO2的影響 在葡萄酒釀造及儲(chǔ)藏過(guò)程中,加入到發(fā)酵基質(zhì)的SO2,具有選擇、澄清、抗氧化、增酸、溶解等作用[18]。Mazza等[19]在對(duì)葡萄皮中的花色苷進(jìn)行提取時(shí)發(fā)現(xiàn)在含有SO2的水溶液中有較好的提取效果。分析原因認(rèn)為:① 可能是由于葡萄漿果中果皮細(xì)胞被SO2破壞;② 可能是由于氧化酶被SO2破壞或其活性被SO2抑制了。前者有利于色素的提取,后者可保護(hù)色素不被氧化[20]。

    在pH=3.2的水溶液中,SO2與水形成亞硫酸離子,亞硫酸離子與使葡萄酒中呈紅色的花色烊陽(yáng)離子的花色苷發(fā)生可逆反應(yīng),生成無(wú)色不穩(wěn)定的重亞硫酸花色素(見(jiàn)圖4)。當(dāng)有乙醛存在時(shí),該反應(yīng)向逆方向進(jìn)行,因?yàn)橐胰┠芎蚐O2反應(yīng)生成相對(duì)穩(wěn)定的乙醛亞硫酸加成物,促使不穩(wěn)定化合物發(fā)生分解,釋放出

    研究[21]表明,隨著SO2添加量的提高,葡萄酒中存在的大部分花色苷都會(huì)褪色,而且顏色的損失隨SO2添加量的增大而增大。

    3.2.3 金屬離子的影響 當(dāng)花色苷的B苯環(huán)上含有鄰位的羥基時(shí),能與金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用。這些金屬離子主要是Fe2+、Fe3+、Cu2+、Mg2+、K+、Sn2+和 Al3+等。它 們 能 起 到穩(wěn)定花色苷的作用,從而穩(wěn)定葡萄酒的顏色[22]。但是該反應(yīng)也會(huì)帶來(lái)一定的負(fù)面效應(yīng),因?yàn)樵诜€(wěn)定顏色的同時(shí)形成了可導(dǎo)致褪色的金屬-單寧絡(luò)合物,如花色苷與鐵反應(yīng)也是導(dǎo)致紅葡萄酒鐵破敗病的原因之一。上述反應(yīng)不易在酸性條件下形成,或者不完全[16,17]。

    絡(luò)合作用除能穩(wěn)定花色苷之外,還可用來(lái)判斷B-環(huán)上含有鄰位二羥基的花色苷,主要依據(jù)是向花色苷添加某種金屬離子,再檢測(cè)其最大吸收波長(zhǎng)是否藍(lán)移,若藍(lán)移,則說(shuō)明B-環(huán)上含有鄰位二羥基。如向溶液中加入Al2O3的醇溶液進(jìn)行判定[23,24]。

    3.2.4 溫度的影響 在葡萄酒釀造過(guò)程中,溫度是影響浸漬的重要因素之一。據(jù)Budic-Leto等的研究[25]表明,不同的浸漬溫度可選擇性地浸出不同的花色素,因而將會(huì)影響葡萄酒顏色的深淺。此外,溫度還影響葡萄酒顏色的穩(wěn)定性,因?yàn)闇囟仍礁撸ㄉ蘸偷幍慕雎试酱?,而且穩(wěn)定性色素,即丹寧與花色苷的復(fù)合物(T-A)越容易形成。在葡萄酒釀造過(guò)程中,為了利用這一作用,Ribereau-Gayon[26]提出了“發(fā)酵后熱浸”的工藝。

    3.2.5 容器的影響 用于葡萄酒發(fā)酵和貯酒的容器有橡木桶、鋼筋混凝土池、碳鋼罐、玻璃鋼罐和不銹鋼罐等[12]。

    據(jù)調(diào)查[27]顯示,相對(duì)于新酒,有88%的受訪者更愿意選擇經(jīng)過(guò)橡木桶陳釀的葡萄酒。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)橡木桶中陳釀的葡萄酒,口感柔和且具有協(xié)調(diào)的風(fēng)味。在陳釀期間,葡萄酒中易于氧化的酚類(lèi)物質(zhì)和從橡木桶中浸出的一些化合物發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)[28],如色素和單寧生成丹寧-色素復(fù)合物(T-A)等。這不僅增加了葡萄酒成分的復(fù)雜性和穩(wěn)定性,而且使顏色也更加穩(wěn)定[29]。橡木桶也可以為陳釀中的葡萄酒提供微量的氧氣[30],這對(duì)于葡萄酒的陳釀具有重要作用:① 少量氧氣有利于吡喃花色苷的形成;② 葡萄酒陳釀過(guò)程中乙醇與氧氣反應(yīng)生成的乙醛參與一些聚合色素的形成[31,32]。但隨著橡木桶使用年限的增加,橡木桶中的丹寧成分以及供氧能力逐步下降,橡木桶給予葡萄酒的有利影響降低,負(fù)面影響加強(qiáng)[29]。

    通過(guò)在橡木桶中陳釀與在不銹鋼罐中陳釀的對(duì)比不難發(fā)現(xiàn),在橡木桶中陳釀的葡萄酒具有更濃的顏色、更深的色度以及更強(qiáng)的色調(diào),同時(shí)葡萄酒的肥碩感也因?yàn)槎嗵堑慕槿攵玫矫黠@的提高[29]。侯小歌等的研究[33]也表明,葡萄酒在使用橡木桶發(fā)酵比使用不銹鋼罐發(fā)酵擁有更濃的紅色和黃色色調(diào)以及更深的總色度。

    4 花色苷呈色機(jī)理的研究

    在陳釀過(guò)程中,新紅葡萄酒顏色由最初的紫紅色慢慢地轉(zhuǎn)變?yōu)槌燃t色。這種顏色的轉(zhuǎn)變總的來(lái)說(shuō)是由于原來(lái)的葡萄花色苷通過(guò)不同的反應(yīng)轉(zhuǎn)變生成了新的色素,這些反應(yīng)包括:氧化還原反應(yīng),與其他化合物如糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、金屬離子和黃烷醇的絡(luò)合反應(yīng)[34]。

    輔助成色作用已經(jīng)成為當(dāng)今葡萄酒工藝學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。分子間的輔助成色是與紅葡萄的游離花色苷發(fā)生作用的,因?yàn)檩o色素也經(jīng)常在葡萄和酵母中被發(fā)現(xiàn),這一點(diǎn)已經(jīng)得到了證實(shí)[35,36]。分子內(nèi)輔助成色作用、分子間輔助成色作用、自聚作用和金屬絡(luò)合作用是輔助成色作用發(fā)生的4種途徑,其中前兩種途徑是葡萄酒中最重要的輔助成色作用的發(fā)生途徑[37]。另?yè)?jù)報(bào)道[38],在保護(hù)不被水分子親核性加成物導(dǎo)致顏色損失的方面,分子內(nèi)的輔助成色比分子間的作用更為有效。

    5 花色苷生理活性作用

    葡萄酒中的花色苷不僅是葡萄酒的主要呈色物質(zhì),而且還具有多種生理活性作用:① 它具有清除體內(nèi)自由基及抗氧化作用,如花色素苷能夠保護(hù)人體紅血細(xì)胞不被氧化,因?yàn)樗軠p少人紅血細(xì)胞中活性氧(ROS)和高鐵血紅蛋白的產(chǎn)生,其中活性氧是人體內(nèi)活性很高的一類(lèi)自由基[39];② 它還能預(yù)防心腦血管疾病等,如:花色苷能明顯抑制低密度脂蛋白的氧化和血小板聚集,從而有助于防止冠心病以及動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[39,40]。

    6 花色苷的分析方法

    花色苷純化的主要方法有柱層析法、膜分離法、重結(jié)晶法和高效液相色譜法等;花色苷鑒定方法有紫外-可見(jiàn)光譜法、紅外光譜法、花色素苷的水解分析法、質(zhì)譜法、核磁共振波譜法、高效液相色譜、毛細(xì)管區(qū)帶電泳法等[2]。

    7 結(jié)論與展望

    花色苷是葡萄酒中主要呈色物質(zhì),花色苷性質(zhì)及穩(wěn)定性因素和呈色機(jī)理等受原料(品種、種植地、氣候以及種植條件等)、釀酒過(guò)程、葡萄酒溶液環(huán)境條件(如酸度、SO2濃度、溫度、金屬離子等)以及陳釀等的影響。同時(shí)葡萄酒中花色苷具有清除體內(nèi)自由基及抗氧化作用,改善肝臟功能和預(yù)防心腦血管疾病等生理活性。因此有必要對(duì)葡萄酒中花色苷進(jìn)行更深入細(xì)致的研究,如釀造水質(zhì)的變化、釀造溫度(葡萄冰酒)對(duì)葡萄酒色澤的影響等。此外,對(duì)葡萄和葡萄酒中原花色苷及其變化也有必要研究。今后的研究還應(yīng)該深入涉及葡萄酒工廠釀酒皮渣中花色素等生理活性物質(zhì)的綜合利用。

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    Research progress on anthocyanin of wine

    DUWen-h(huán)uaLIU Zhong-yi

    (Department of Food and Biological Technology,Xiangtan University,Xiangtan,Hunan411105,China)

    Anthocyanins is the main coloring matter in wine,it have a certain function in physiological activity.Reviewed the anthocyanins'structure,contents change,character,stability factors,color formation,physiological activities and purified identification methods.It would provide reference for the research of anthocyanin in wine.

    grape wine;anthocyanins;stability;physiological activities;color formation;purified identification

    10.3969 /j.issn.1003-5788.2011.04.049

    湖南省科技廳社會(huì)支持計(jì)劃(編號(hào):2010Sk3054)

    杜文華(1986-),男,湘潭大學(xué)在讀碩士研究生。E-mail:duwenhua1111@126.com

    劉忠義

    2011-03-01

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