葡萄酒中花色苷的研究进展

杜文华 刘忠义

（湘潭大学食品与生物工程系，湖南 湘潭 411105）

葡萄酒中花色苷的研究进展

杜文华 刘忠义

（湘潭大学食品与生物工程系，湖南 湘潭 411105）

花色苷是葡萄酒的主要呈色物质，同时也具有一定的生理活性功能。文章总结并简述葡萄酒中花色苷的结构、含量变化、性质及稳定性因素、成色作用的途径、生理活性功能、纯化鉴定方法，以期为葡萄酒中花色苷的研究提供参考。

葡萄酒；花色苷；稳定性；生理活性；呈色作用；纯化鉴定

花色素又名花青素，于根、茎、叶、花等植物器官的细胞液中以糖苷的形式存在，从而使植物呈现出缤纷绚丽的色彩［1－2］。花色苷是花色素的糖苷。花色苷之所以能够稳定的存在于细胞液中，是因为它能够以多种方式避开水的攻击和消除“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，主要存在于葡萄浆果的果皮中。在红葡萄浆果中，花色苷在最靠近表皮的3～4层细胞的液泡里。花色苷作为葡萄酒中主要呈色物质，在整个酿酒过程中，葡萄中的花色苷会因为醪液性质的变化而发生一定的变化。因此对葡萄酒中花色苷的研究对于葡萄酒生产工业具有重要意义。

1 花色苷结构

花色苷（基本结构见图1）是花色素的糖苷，它们都有一个基本的C6－C3－C6骨架结构，即2－苯基－苯并吡喃阳离子（黄烊盐）结构的衍生物。

常见的植物花色素有6种［5］，而在欧亚种葡萄中主要存在5种，它们的结构见表1［6］。半乳糖、葡萄糖、木糖等单糖及它们构成的双糖和三糖是与花色素成苷的主要糖类。在花色素的糖苷中，最为常见的有：3－单糖苷、3，5－二糖苷和3，7－二糖苷等［7］。糖不仅可以增加花色素的化学稳定性和水溶性，而且当葡萄糖结合在3位上时，在葡萄糖的6位上常发生乙酰化、香豆酰化和少量的咖啡酰化反应，形成相应的酰基化花色苷，这些花色苷形成葡萄果实的红色［1，6］。

图1 花色素的基本结构Figure 1 Basical structure of anthocyanin

表1 葡萄果实中的5种花色素［6］Table 1 Five anthocyanins from the grape fruit

花色苷作为葡萄酒中的主要呈色物质，其存在形态及含量的大小都将直接影响葡萄酒的色度、色调及稳定性［8］。在酸性环境中，B环上的取代基对花色苷的颜色具有很大的影响。不同的取代基，其颜色变化不同，如增加羟基其颜色变红，增加甲氧基其颜色变紫且稳定性增强。由于糖苷化和酰化反应，一般都会使花色苷的颜色变红。葡萄酒中的酚酸、类黄酮等多酚物质可以和花色苷形成氢键，构成辅色素作用，一般使葡萄酒呈现出一种蓝紫色色调［6］。

2 花色苷含量的变化规律

2.1 葡萄浆果时期

葡萄浆果到转色期时，花色苷开始出现，这一时期，主要为单体化合物（即游离花色苷）。在随着葡萄的不断成熟，其含量也逐渐提高，并且有了单体间的聚合。在葡萄成熟后，花色苷的含量达到最大值（可达2g/kg），其中10%～15%为多聚体［1］。在对山葡萄果实发育过程中花色苷的含量变化的研究［9］也证实了这一点（见图2），从花后2周到转色期之前并未检测出花色苷，一直到转色期开始才慢慢有了花色苷类物质积累，但含量变化并不明显，从果实20% 着色起其含量有了较为显著的上升，并且这种上升趋势一直持续到果实成熟，花色苷类物质的含量在果实成熟期最高可达到11.351mg/g·DW［9］。

图2 山葡萄果实发育过程中总花色苷含量的变化［9］Figure 2 The changes of shan grapes in fruit development process

2.2 浸渍过程

在浸渍过程中，通过浸渍，葡萄果皮中的部分花色苷被转移到葡萄酒中，使得葡萄酒呈现出紫红色［10］。

2.3 陈酿阶段

在陈酿阶段，由于与葡萄酒中的其他成分反应，使得游离花色苷含量迅速下降，以后逐渐变缓。如花色苷4位上容易与丙酮酸、乙醛、对乙烯基苯酚类物质发生反应，并与5位上的羟基形成一个新的吡喃环；葡萄酒中游离的花色苷A一方面通过水解为更小的分子Y和沉淀；另一方面则和单宁T生成结合态T－A分子，这种结合态花色苷具有较强的稳定性，使pH的变化以及添加SO2对葡萄酒的色泽的影响不大。通过陈酿过程，生成更为稳定的色素，葡萄酒的颜色由紫红变为砖红。同时，由于单宁的软化，单宁的苦涩味和粗糙感逐渐降低，使口味感变得更加圆润，涩味也有所减少［1，10，11］。

花色苷还可与蛋白质、多糖、多肽等其它大分子物质反应。另外，随着乙醇浓度的增加使花色苷的自结合和辅色素作用减弱，同时也降低了黄烷醇和槲皮素等其它酚类的溶解度以及酒的颜色［12］。

在葡萄酒中，花色苷主要以游离花色苷、结合态花色苷和聚合态花色苷等3种形式存在［13］。在陈酿过程中，由于聚合花色苷含量逐步上升，而游离花色苷含量在下降，因此聚合花色苷取代游离花色苷成为红葡萄酒颜色的主要形式；此外，花色苷还能与其它的多酚类物质反应，这些反应除了与其他多酚类物质的含量、性质有关外，还取决于陈酿的方式：木桶的有无，酒窖的温度、湿度，酒体的透气状况等［12］，特别是氧化还原电位和陈酿过程中形成的乙醛的多少［1］。

3 花色苷性质及稳定性因素

3.1 性质

花色苷溶于水和乙醇、甲醇和柠檬酸等极性溶剂，不溶于苯、甲苯、氯仿和石油醚等非极性溶剂，能被活性炭吸附，与醋酸铅试剂沉淀，大多数花色苷对热都不稳定，且对光敏感［6］。

3.2 稳定性因素

3.2.1 pH的影响 pH的不同对花色苷的颜色和结构均会产生不同影响。

（1）pH对于花色苷颜色的影响：呈红色，说明其处于酸性条件下；呈无色，说明处于中性、近中性条件下；呈蓝色，说明其处于碱性条件下［14］。

（2）pH对于花色苷结构的影响：在pH值一定的水溶液中，花色苷以4种结构存在：花色烊阳离子、醌式碱、甲醇碱和查尔酮，并且它们之间达成平衡［14］（见图3）。pH值变化对于非酰化和单酰化的花色苷的颜色影响较大，在pH值很低时（如pH＝1）溶液呈现最强的红色；但随着pH值的逐渐增大，其溶液的颜色在不断的变化，当pH＝4～5时，花色苷会褪至无色；而pH＝6～7时，溶液又变成紫色或蓝色；pH＝7～8时，花色苷则转化为黄色的查尔酮［1，5］。但是，pH 值的变化对于具有两个或两个以上酰基花色苷的颜色影响不大，同时对于花色苷的稳定性影响因素也应考虑酰化部分的性质［16］。据报道［17］，当溶液pH＝2.9时，花色素的呈色强度比pH＝3.9时要大6倍。

3.2.2 SO2的影响 在葡萄酒酿造及储藏过程中，加入到发酵基质的SO2，具有选择、澄清、抗氧化、增酸、溶解等作用［18］。Mazza等［19］在对葡萄皮中的花色苷进行提取时发现在含有SO2的水溶液中有较好的提取效果。分析原因认为：① 可能是由于葡萄浆果中果皮细胞被SO2破坏；② 可能是由于氧化酶被SO2破坏或其活性被SO2抑制了。前者有利于色素的提取，后者可保护色素不被氧化［20］。

在pH＝3.2的水溶液中，SO2与水形成亚硫酸离子，亚硫酸离子与使葡萄酒中呈红色的花色烊阳离子的花色苷发生可逆反应，生成无色不稳定的重亚硫酸花色素（见图4）。当有乙醛存在时，该反应向逆方向进行，因为乙醛能和SO2反应生成相对稳定的乙醛亚硫酸加成物，促使不稳定化合物发生分解，释放出

研究［21］表明，随着SO2添加量的提高，葡萄酒中存在的大部分花色苷都会褪色，而且颜色的损失随SO2添加量的增大而增大。

3.2.3 金属离子的影响 当花色苷的B苯环上含有邻位的羟基时，能与金属离子发生络合作用。这些金属离子主要是Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Mg2＋、K＋、Sn2＋和 Al3＋等。它 们 能 起 到稳定花色苷的作用，从而稳定葡萄酒的颜色［22］。但是该反应也会带来一定的负面效应，因为在稳定颜色的同时形成了可导致褪色的金属－单宁络合物，如花色苷与铁反应也是导致红葡萄酒铁破败病的原因之一。上述反应不易在酸性条件下形成，或者不完全［16，17］。

络合作用除能稳定花色苷之外，还可用来判断B－环上含有邻位二羟基的花色苷，主要依据是向花色苷添加某种金属离子，再检测其最大吸收波长是否蓝移，若蓝移，则说明B－环上含有邻位二羟基。如向溶液中加入Al2O3的醇溶液进行判定［23，24］。

3.2.4 温度的影响 在葡萄酒酿造过程中，温度是影响浸渍的重要因素之一。据Budic－Leto等的研究［25］表明，不同的浸渍温度可选择性地浸出不同的花色素，因而将会影响葡萄酒颜色的深浅。此外，温度还影响葡萄酒颜色的稳定性，因为温度越高，花色苷和丹宁的浸出率越大，而且稳定性色素，即丹宁与花色苷的复合物（T－A）越容易形成。在葡萄酒酿造过程中，为了利用这一作用，Ribereau－Gayon［26］提出了“发酵后热浸”的工艺。

3.2.5 容器的影响 用于葡萄酒发酵和贮酒的容器有橡木桶、钢筋混凝土池、碳钢罐、玻璃钢罐和不锈钢罐等［12］。

据调查［27］显示，相对于新酒，有88%的受访者更愿意选择经过橡木桶陈酿的葡萄酒。这是因为经过橡木桶中陈酿的葡萄酒，口感柔和且具有协调的风味。在陈酿期间，葡萄酒中易于氧化的酚类物质和从橡木桶中浸出的一些化合物发生了复杂的化学反应［28］，如色素和单宁生成丹宁－色素复合物（T－A）等。这不仅增加了葡萄酒成分的复杂性和稳定性，而且使颜色也更加稳定［29］。橡木桶也可以为陈酿中的葡萄酒提供微量的氧气［30］，这对于葡萄酒的陈酿具有重要作用：① 少量氧气有利于吡喃花色苷的形成；② 葡萄酒陈酿过程中乙醇与氧气反应生成的乙醛参与一些聚合色素的形成［31，32］。但随着橡木桶使用年限的增加，橡木桶中的丹宁成分以及供氧能力逐步下降，橡木桶给予葡萄酒的有利影响降低，负面影响加强［29］。

通过在橡木桶中陈酿与在不锈钢罐中陈酿的对比不难发现，在橡木桶中陈酿的葡萄酒具有更浓的颜色、更深的色度以及更强的色调，同时葡萄酒的肥硕感也因为多糖的介入而得到明显的提高［29］。侯小歌等的研究［33］也表明，葡萄酒在使用橡木桶发酵比使用不锈钢罐发酵拥有更浓的红色和黄色色调以及更深的总色度。

4 花色苷呈色机理的研究

在陈酿过程中，新红葡萄酒颜色由最初的紫红色慢慢地转变为橙红色。这种颜色的转变总的来说是由于原来的葡萄花色苷通过不同的反应转变生成了新的色素，这些反应包括：氧化还原反应，与其他化合物如糖类、蛋白质、金属离子和黄烷醇的络合反应［34］。

辅助成色作用已经成为当今葡萄酒工艺学研究的一个重要领域。分子间的辅助成色是与红葡萄的游离花色苷发生作用的，因为辅色素也经常在葡萄和酵母中被发现，这一点已经得到了证实［35，36］。分子内辅助成色作用、分子间辅助成色作用、自聚作用和金属络合作用是辅助成色作用发生的4种途径，其中前两种途径是葡萄酒中最重要的辅助成色作用的发生途径［37］。另据报道［38］，在保护不被水分子亲核性加成物导致颜色损失的方面，分子内的辅助成色比分子间的作用更为有效。

5 花色苷生理活性作用

葡萄酒中的花色苷不仅是葡萄酒的主要呈色物质，而且还具有多种生理活性作用：① 它具有清除体内自由基及抗氧化作用，如花色素苷能够保护人体红血细胞不被氧化，因为它能减少人红血细胞中活性氧（ROS）和高铁血红蛋白的产生，其中活性氧是人体内活性很高的一类自由基［39］；② 它还能预防心脑血管疾病等，如：花色苷能明显抑制低密度脂蛋白的氧化和血小板聚集，从而有助于防止冠心病以及动脉粥样硬化的发生［39，40］。

6 花色苷的分析方法

花色苷纯化的主要方法有柱层析法、膜分离法、重结晶法和高效液相色谱法等；花色苷鉴定方法有紫外－可见光谱法、红外光谱法、花色素苷的水解分析法、质谱法、核磁共振波谱法、高效液相色谱、毛细管区带电泳法等［2］。

7 结论与展望

花色苷是葡萄酒中主要呈色物质，花色苷性质及稳定性因素和呈色机理等受原料（品种、种植地、气候以及种植条件等）、酿酒过程、葡萄酒溶液环境条件（如酸度、SO2浓度、温度、金属离子等）以及陈酿等的影响。同时葡萄酒中花色苷具有清除体内自由基及抗氧化作用，改善肝脏功能和预防心脑血管疾病等生理活性。因此有必要对葡萄酒中花色苷进行更深入细致的研究，如酿造水质的变化、酿造温度（葡萄冰酒）对葡萄酒色泽的影响等。此外，对葡萄和葡萄酒中原花色苷及其变化也有必要研究。今后的研究还应该深入涉及葡萄酒工厂酿酒皮渣中花色素等生理活性物质的综合利用。

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Research progress on anthocyanin of wine

DUWen－huaLIU 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

湖南省科技厅社会支持计划（编号：2010Sk3054）

杜文华（1986－），男，湘潭大学在读硕士研究生。E－mail：duwenhua1111＠126.com

刘忠义

2011－03－01