葡萄酒中酚类物质的研究进展

回学宽，王艳丽，祝贺，杨涛，邢艳霞*

（1.山东农业工程学院食品科学与工程学院，特色农产品采后品控与综合利用实验室，山东济南 250100；2.中南林业科技大学，稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南长沙 410000；3.华泽集团有限公司，云南迪庆 674400）

葡萄酒是以葡萄为原料酿造的一种果酒，酒中含有多种多酚类物质，如儿茶素、花青素、白藜芦醇、槲皮素等。多酚类物质具有抗氧化、抗衰老、抗炎症、抗癌等功效。按照酚类结构，可以将葡萄酒中的酚类主要分为水解单宁、缩合单宁、复杂单宁。不同酚类对葡萄酒品质及功能的贡献有显著差异，这些差异会在一定程度上影响消费者的购买选择。研究葡萄酒中分类的来源、种类以及其各自对品质或功能的贡献对生产中葡萄酒酚类控制以及葡萄酒市场的健康发展具有重大的指导意义。

1 葡萄酒中酚类物质的分类

K.Frendenberg[1]按照单宁的化学结构，将酚类分为水解单宁和缩合单宁，随后Haslam 将酚类相应的分为聚棓酸酯类（水解单宁及其化合物）和聚黄烷醇类（含缩合单宁及相关化合物）。聚棓酸酚类是指分子内具有酯键，属于C6-C1 型酚类，酸、热作用下不稳定，易于水解；聚黄烷醇类酚是黄烷醇聚合物，具有C6-C3-C6 结构，酸、热作用下不易水解。

1.1 水解单宁

水解单宁是单宁水解出来的产物，是指由棓酸或是棓酸衍生的酚羧酸与多元醇组成的酯在酸、碱和酶的作用下产生的多元醇和酚羧酸。水解单宁的主要类型包括儿茶素及鞣花酸，也叫联苯三酚酯和鞣花酸酯，因为含有酯键，它们被称为可水解的多酚[2]，葡萄酒中的水解单宁主要来自于橡木桶陈酿或酿酒过程中添加外源性酚类，也有少量来自于葡萄果皮或种子[3-4]。Kimura Y 等[5]发现在干燥的西梅果实中的提取物中有原花青素，可以进一步分解为儿茶素和表儿茶素，并且提取物表现出比绿原酸更强抗氧化活性。LEE YA 等[6]发现，原花青素对小鼠的糖尿病症状有一定的治疗作用。

1.2 缩合单宁

缩合单宁主要来源于葡萄种子和果皮，是黄烷-3-醇聚合物，通常是由一类黄烷-3-醇及黄烷-3，4-二醇结构单元通过C4→C8（或C4→C6）键缩合而形成的寡聚或多聚物[2，7]。少量缩合单宁来源于陈化过程中的橡木桶。

Pellegrini 等[8]认为，红酒中的酚类物质含量在橡木桶中存放，会从(1605.4±337.4) mg/L 增加到(2 057.3±524.0) mg/L，差异显著，这证实了橡木桶陈化对葡萄酒酚类含量的显著影响，同时也说明葡萄酒中酚类变化并不是单一不变，而是一个复杂的过程。但缩合单宁作为葡萄酒中的主要呈色物质，一般认为来源于葡萄原材料。缩合单宁根据其构成，又可以分为类黄酮物质（黄烷3 醇，flavonoids）、黄酮类物质（flavones）、花色苷类和黄烷醇类（flavanols，主要代表儿茶酚catechin）。类黄酮（Flavonoids）是植物重要的一类次生代谢产物，它以结合态（黄酮苷）或自由态（黄酮苷元）形式存在于水果、蔬菜、豆类和茶叶等许多食源性植物中。槲皮素（Quercetin）是最典型的类黄酮，其在C3 位羟基上结合糖分子即形成植物中普遍的成分-芸香苷（芦丁）。黄酮类化合物（flavonoids）是一类存在于自然界的、具有2-苯基色原酮（flavone）结构的化合物。它们分子中有一个酮式羰基，第一位上的氧原子具碱性，能与强酸成盐，其羟基衍生物多具黄色，故又称黄碱素或黄酮。花色苷是花色素糖苷化后的产物，具有C6-C3-C6 结构，属于类黄酮类物质，主要存在于酿酒葡萄（Vitis vinifera L.）的皮中和一些染色品种的果肉中。黄烷醇类物质是葡萄酒中最重要的成分之一，为葡萄酒提供苦味和收敛性的感官特征[9]。

2 酚类物质对葡萄酒风味品质的影响

2.1 对葡萄酒口感品质的影响

涩度、酸味和苦味是葡萄酒的三个重要口感品质。由于葡萄酒酚类与唾液蛋白反应，降低了唾液的润滑特性，造成口腔黏膜摩擦系数增加，引起涩感[10]，一般饮料中，酚类浓度大于7.5×10-4g/mL 时，会让人感到涩味，但酚类浓度小于3×10-4g/mL 时，会让人感到无味。苦味则是一种神经信号识别产生的味觉[11]。虽然对对味觉的感受能力因人而异，但实际上，人们对于涩味、苦味的爱好具有普遍性，苦涩味道对于产品的独特口感起到关键作用。

2.1.1 水解单宁对葡萄酒口感品质的影响

（1）没食子酸对葡萄酒口感品质的影响

没食子酸属于水解单宁。酚类涩味和苦味的原因及影响因素主要有酚类浓度、聚合度及化学结构。先前的研究认为酚类物质分子量在500 以上时才能沉淀蛋白，但实际上，儿茶素和棓酸的单体除了让人感到酸味外，也能够让人感到涩味[12]，但相比较而言，没食子酸为代表的水解单宁类对涩味影响小，有数据显示，没食子酸单体做感官试验时，10 g/L 以上的没食子酸才能感觉到涩感[13-14]。

葡萄的酚类物质主要存在于种子中。酚类在果梗中约占1%～3%，果皮中0.5%～2%，果核中3%～7%。粗略计算，酚类中，花色素占比10%，类黄酮类1.25%，儿茶素7.5%，黄烷醇低聚体12.5%，缩合单宁占比6.25%[15]。82%的儿茶素、73%的低聚原花色素存在于葡萄籽种，一般认为，酚类物质的涩味是随着酚类物质分子量而增加的（包括水解性单宁和缩合型单宁）。由于葡萄中的酚类物质最丰富，且高分子水解单宁主要存在于葡萄种子中，而在葡萄皮中浓度较小（葡萄皮中主要是高聚合度缩合单宁）。所以，用葡萄渣酿酒（种子含量高），涩味重[16]。

葡萄种子的缩合单宁浓度高且聚合度小。种子缩合单宁的聚合度，如儿茶酚或表儿茶酚的聚合度（DP2-17），小于葡萄皮中的儿茶酚聚合度，且种子中缩合单宁的浓度低[17-19]。数据显示，葡萄种子中的没食子酸聚合酚含量在13-29%之间，确实要显著性大于葡萄皮中的没食子酸聚合酚（3-6%）。多数研究把这种现象的机理归结为，种子中的没食子酸聚合酚浓度高(13-29%)，且聚合度低(DP2-17)，缩合单宁（儿茶酚等聚合酚）含量低。Vidal等也认为，涩味与复杂酚类中的没食子酸的聚合度与没食子酸浓度呈正相关[13，20]。Robichaud 等也发现，没食子酸增加可有效增加类黄酮酚的涩味及苦味，但是分子量比较大非类黄酮酚（以没食子酸为单体的酚）浓度增加时，复杂酚类的涩味比苦味更明显，这一现象在Vidal 等的研究中也得到证实[21]。所以，没食子酸聚合酚聚合度高时，没食子酸聚合酚的浓度的确要比其他酚类提高涩味要显著，但同时，当没食子酸聚合酚浓度高且聚合度低时，对苦味的贡献值要大于涩味。

（2）鞣花酸对葡萄酒口感品质的影响

酚类物质在植物中是组成木质素的基本单元。在植物生物质解构过程中（陈化过程中），酚类化合物作为木质素组分的降解产物释放到酒液中。陈化过程中会有水解单宁进入葡萄酒中，这些水解单宁包括鞣花酸为单体组成的水解单宁和没食子酸水解单宁[22-25]，橡树心材中还有含有水解单宁，主要为鞣花单宁，单体鞣花单宁主要包括vescalagin、castalagin、grandinin、roburin E。二聚体鞣花单宁主要包括robuin A、roburin B、roburin C、roburin D[26]。这些鞣花酸为单体组成的水解单宁也会影响葡萄酒的涩度，但涩味要比没食子酸单宁弱，但显著高于缩合单宁。

2.1.2 缩合单宁对葡萄酒口感品质的影响

（1）原花色素与花色素对葡萄酒口感品质的影响

Robichaud 等[4]的研究结果显示，缩合单宁中的原花色素（以儿茶酚等为单体的缩合单宁）也能够提供涩味和苦味，并且聚合物和单体均具有与水解单宁一致的特点，即聚合度越高、浓度越高，涩味越重；聚合度下降时，浓度与苦味呈显著性相关。

单独的花色素可以表现出纯苦味或纯涩味，但花色素聚合度较高时，确实表现出较强的涩味，但当聚原花色素聚合度达到7 时，涩味值达到最大，随着聚合度增大，酚类逐渐失去水溶性而丧失涩味。而低聚体的花青素（四聚体的矢车菊素）与其他酚类物质一起，增加了苦味，所以有些学者认为，葡萄酒的苦味随着酚类物质分子质量的增加而增加，他们还将原矢车菊素称为苦味刺激剂[4，24-28]。

（2）黄酮（flavones）对葡萄酒口感品质的影响

一些研究显示，黄酮类（黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇）物质对葡萄酒中的苦味有显著影响[32-33]。Drewnowski A 等发现黄酮类物质会使葡萄酒产生苦涩的味道[33]，Rudnitskaya A 等用电子鼻测定了包括7 个苦味葡萄酒在内的31 个葡萄酒样品，采用单因素方差分析评价了葡萄酒化学成分对苦味发生的影响。结果发现，苦味葡萄酒比非苦味葡萄酒含有更高浓度的酚类化合物（儿茶素、表儿茶素、没食子酸、咖啡酸和槲皮素）[34]。María-Pilar Sáenz-Navajas 等选取了5 款涩味有显著差异的葡萄酒进行研究，采用半制备型C18 -反相高效液相色谱法（C18-RP-HPLC）将提取液分离成9 个馏分，经冷冻干燥、加水和感官处理后，由专门训练的感官小组评估其口感属性和涩味，结果表明黄酮醇(flavonol) 羟基肉桂酸(hydroxycinnamic acid) 和苯甲酸(benzoic acid) 类物质与苦味正相关[35]。Gonzalo-Diago 等研究了葡萄酒中所含的低分子量化合物及其感官贡献之间的关系，发现黄酮醇类物质和儿茶素的含量、酒精度与苦味正相关[36]。尚未发现对葡萄酒其他品质的影响。

（3）黄烷醇对葡萄酒口感品质的影响

以儿茶酸为例，表儿茶酸比儿茶酸更苦。随着儿茶酸聚合度的增加，葡萄酒的苦味逐渐减少，涩味逐渐增加。儿茶酚单体比二聚体、三聚体苦，涩味则相反；4-6 聚合儿茶酚比4-8 连接儿茶酚更能使葡萄酒产生苦涩的味道[27，29，31，37-38]。Hufnagel 等[32]研究发现，通过HPLC 及主成分分析方法分析红酒内酚类物质，黄烷-3-醇类物质对涩味和苦味没有特别重要的意义，这与以前大部分研究内容研究相反。他还认为，一系列羟基苯甲酸乙酯和羟基肉桂酸乙酯被鉴定为葡萄酒中的苦味化合物。

2.2 对葡萄酒风味的影响

葡萄酒的风味和典型性是通过葡萄酒的气味决定的。目前葡萄酒中发现的香气物质有800 多种，这些物质范围从mg/L 到μg/L、ng/L[39-41]。通常认为，葡萄酒的典型香味物质主要来自葡萄品种，而其他因素如发酵产香或陈化过程中的香味主要起到辅助作用[42]。葡萄酒的品种香气，主要包括甲氧基吡嗪类、异戊二烯、萜烯类等，这些物质主要来源于果皮和果肉[43-44]。发酵中的产香，主要通过微生物代谢过程中的糖和氨基酸代谢产生副产物，包括高级醇、酯类、脂肪酸，酵母类型和发酵条件是影响发酵香气的主要原因。陈化过程中的香气主要是来源于橡木桶的浸提过程，包括丁香醛、香兰素（香草醛）等，香兰素具有香荚兰特征的香气以及浓郁的奶香，是橡木桶进入葡萄酒体中的主要酚类物质，Isabelle 等[45]的研究证实，随着陈化过程进行，葡萄酒中的香兰素（缩合单宁）为单体的酚类显著增加。

此外，葡萄酒中的香草醛（香草素）也来源于陈化过程，首先，木质素降解产生愈创木酚，愈创木酚与甲醛缩合生成香兰醇，最后转化为香草醛。所以葡萄酒陈化用的橡木桶一般要经过烘烤，这样可以加速橡木桶中木质素的分解及分解后衍生物（愈创木酚、香兰素等）向葡萄酒转移[46]。

2.3 对葡萄酒颜色的影响

颜色是葡萄酒一项非常重要的品质，有一些品酒师可以根据经验，判断葡萄酒的颜色品质，预测味觉和嗅觉特性[47]。这主要是因为，葡萄酒的颜色主要是通过酚类物质作用产生的，而不同类型的酚类颜色的差异是由于酚类的化学组成不同而产生的，这些不同的酚类成分及浓度，恰恰也能反映葡萄酒的口感及风味。

2.3.1 花色素对葡萄酒颜色的影响

从1984 年开始，Glories[48]就提出了花色素是直接决定葡萄酒颜色的物质，而原花色素或其它类黄酮物质能够决定颜色稳定性[49]，尤其是在葡萄酒陈化过程中起到显著性作用。葡萄酒的颜色受到陈化过程中的交联的显著性影响，天然花色素和其他色素在感官颜色感知时，起着非常重要的作用，比如黄色的色素，就是由于复杂的交联引起的（花色素与其他的无色类黄酮共价键作用，引起的颜色变化现象[50]）。Cavalcanti 等[51]的研究结果认为，copigmentation 可以保护花色素C2 位置的flavyliumion受到攻击，尤其是亲核水分子的破坏，增加copigementation 后缩合花色素的稳定性。另外，葡萄酒的花色素与非类黄酮类酚发生结合，且不同的非类黄酮类物质与花色素结合，copigmentation 效果不同。如Zhang Xin-Ke 等[54]的研究结果显示，加入没食子酸和鞣花酸单体的葡萄酒，花色素均与这些非类黄酮酚缩合，并且处理组颜色显著优于空白组，鞣花酸组显著优于没食子酸组。Zhang B 等[55]的研究也证实了这一点，并且Zhang 等模拟了malvidin-3-O-glucoside 花色素与羟基肉桂酸和羟基苯甲酸的作用模型，认为羟基肉桂酸具有更好的copigmentation 效果，且主要是因为羟基肉桂酸具有更大的平面结构（planar structures）[56-57]。鞣花酸与肉桂酸都是橡木桶中常见的酚类，这也是橡木桶显著作用于葡萄酒颜色品质的重要机理进展[52]。

2.3.2 类黄酮对葡萄酒颜色的影响

除了无色类黄酮外，呈色的类黄酮一般出现在黄酮、黄酮醇、异黄酮和双黄酮中，它们及其苷类多呈黄色。这些物质中的酚羟基数目和结合位置对呈色有显著影响，C3 位有羟基，一般为灰黄色，3’、4’位置上有羟基或甲氧基的黄酮类多呈深黄色，而且C3 加上3’、4’位置上有羟基可使颜色变得更深。呈色类黄酮与花色素结合时，随着类黄酮聚合度增加，copigmentation 颜色越稳定[51-53]。

3 葡萄酒中酚类物质对人体的影响

3.1 抗氧化功能

著名的“法国悖论”指出，红酒中的多酚类化合物具有良好的抗氧化效果，预防心脑血管疾病和癌症方面具有良好的效果。研究认为，苯环上任何一个氢被羟基取代即发生酚的抗氧化反应，葡萄酒中酚类的抗氧化能力主要与它们苯环上的氢被取代的容易程度有关。Schmatz等[58]研究葡萄酒对糖尿病人影响的动物试验证明，白藜芦醇、没食子酸、槲皮素等多酚通过抗氧化活性影响糖尿病指标的主要作用显著性为白藜芦醇＞槲皮素＞没食子酸，该试验研究的结论认为，原花色素类物质由于其较弱的夺氢能力，具有较高的抗氧化活性。Neschadin 等[62]通过化学诱导动态核极化法对葡萄酒酚类的抗氧化机制也进行了研究，测定了儿茶素、表没食子儿茶素、没食子酸、没食子儿茶素的抗氧化活性，认为水解单宁中，分子量越小，夺氢能力越强，即抗氧化能力越弱。

3.2 导致宿醉性头痛（hangover headache）

在英国，消费者一直认为，饮用葡萄酒[16-17]比威士忌更容易发生宿醉性头痛。也有些研究对比了红葡萄酒与白葡萄酒的作用性质，发现白葡萄酒致酒精性头痛的几率显著低于红葡萄酒[18-19]。他们发现，红葡萄酒是导致酒精性头痛概率高发的酒，除了本身含有的酒精，主要是由于葡萄酒中含量较高的类黄酮物质。也有研究认为，葡萄酒中的多酚（phenol，平均含量2 160 mg/L[20]）是导致宿醉性头痛的主因。Pattichis 等[60]的研究显示，类黄酮物质可以促使人体内5-羟色胺（5-HT）释放，而该物质是偏头痛人群中枢神经内的重要标记物，红葡萄酒中类黄酮含量302.4 mg/L（占总酚比14%），白葡萄酒含量约为80 mg/L（占总酚比25%）[22]。

相关研究显示，TRPV1 是宿醉性头痛的主要作用通道蛋白，葡萄酒中乙醇促进三叉神经末梢中的TRPV1 的表达或活性增加可能是酒精性头痛的开启第一步，接着由TRPV1 激活导致的Ca2+内流，进而刺激CGRP、SP 等神经肽物质的释放并传导致至大脑皮质引起痛觉。圣草酚（Eriodictyol）是TRPV1 通道蛋白的拮抗剂，具有降低宿醉性头痛的作用。而红酒、威士忌中常见的丁子香酚（Eugenol）则是TRPV1 的一种非选择性拮抗剂，丁子香酚可以通过抑制N-型钙离子通道，减少钙离子的内流而缓解宿醉性头痛[61]。这些研究还显示，作为原花色素中的两种主要酚类，红酒中的原花色素类物质具有较高的抑制宿醉性头痛的潜力。

4 小结

综上所述，葡萄酒酚类对葡萄酒的品质及功能影响显著。相关研究显示，葡萄酒酚类中的水解单宁（儿茶素、鞣花酸）对葡萄酒的涩感影响显著，但鞣花酸物质对涩味的影响显著低于儿茶素；风味中的主要物质来源于木质素降解后的缩合单宁中香草素；对颜色贡献最高的为原花色素，同时该物质于鞣花酸结合后较稳定。葡萄酒中的酚类具有较高的抗氧化性，尤其是原花色素类物质。但同时缩合单宁中的类黄酮类物质具有增加宿醉性头痛的风险，相比较而言，原花色素类物质则具有通过调控TRPV1 通道缓解宿醉性头痛的作用。本研究认为，从品质及功能的整体角度而言，葡萄酒酚类中的原花色素类物质具有较高的贡献。为了平衡涩味及颜色的稳定性，可于葡萄酒生产中控制以儿茶素为代表的水解单宁含量，提高涩味稍轻的鞣花酸比例。同时，可通过控制葡萄酒中类黄酮的比例，减少宿醉性头痛的发生几率。