葡萄酒中花色苷的研究進展

杜文華 劉忠義

（湘潭大學食品與生物工程系，湖南 湘潭 411105）

葡萄酒中花色苷的研究進展

杜文華 劉忠義

（湘潭大學食品與生物工程系，湖南 湘潭 411105）

花色苷是葡萄酒的主要呈色物質，同時也具有一定的生理活性功能。文章總結并簡述葡萄酒中花色苷的結構、含量變化、性質及穩定性因素、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、花等植物器官的細胞液中以糖苷的形式存在，從而使植物呈現出繽紛絢麗的色彩［1－2］。花色苷是花色素的糖苷。花色苷之所以能夠穩定的存在于細胞液中，是因為它能夠以多種方式避開水的攻擊和消除“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層細胞的液泡里。花色苷作為葡萄酒中主要呈色物質，在整個釀酒過程中，葡萄中的花色苷會因為醪液性質的變化而發生一定的變化。因此對葡萄酒中花色苷的研究對于葡萄酒生產工業具有重要意義。

1 花色苷結構

花色苷（基本結構見圖1）是花色素的糖苷，它們都有一個基本的C6－C3－C6骨架結構，即2－苯基－苯并吡喃陽離子（黃烊鹽）結構的衍生物。

常見的植物花色素有6種［5］，而在歐亞種葡萄中主要存在5種，它們的結構見表1［6］。半乳糖、葡萄糖、木糖等單糖及它們構成的雙糖和三糖是與花色素成苷的主要糖類。在花色素的糖苷中，最為常見的有：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穩定性和水溶性，而且當葡萄糖結合在3位上時，在葡萄糖的6位上常發生乙酰化、香豆酰化和少量的咖啡酰化反應，形成相應的酰基化花色苷，這些花色苷形成葡萄果實的紅色［1，6］。

圖1 花色素的基本結構Figure 1 Basical structure of anthocyanin

表1 葡萄果實中的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，其存在形態及含量的大小都將直接影響葡萄酒的色度、色調及穩定性［8］。在酸性環境中，B環上的取代基對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定性增強。由于糖苷化和酰化反應，一般都會使花色苷的顏色變紅。葡萄酒中的酚酸、類黃酮等多酚物質可以和花色苷形成氫鍵，構成輔色素作用，一般使葡萄酒呈現出一種藍紫色色調［6］。

2 花色苷含量的變化規律

2.1 葡萄漿果時期

葡萄漿果到轉色期時，花色苷開始出現，這一時期，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，花色苷的含量達到最大值（可達2g/kg），其中10%～15%為多聚體［1］。在對山葡萄果實發育過程中花色苷的含量變化的研究［9］也證實了這一點（見圖2），從花后2周到轉色期之前并未檢測出花色苷，一直到轉色期開始才慢慢有了花色苷類物質積累，但含量變化并不明顯，從果實20% 著色起其含量有了較為顯著的上升，并且這種上升趨勢一直持續到果實成熟，花色苷類物質的含量在果實成熟期最高可達到11.351mg/g·DW［9］。

圖2 山葡萄果實發育過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 浸漬過程

在浸漬過程中，通過浸漬，葡萄果皮中的部分花色苷被轉移到葡萄酒中，使得葡萄酒呈現出紫紅色［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，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、對乙烯基苯酚類物質發生反應，并與5位上的羥基形成一個新的吡喃環；葡萄酒中游離的花色苷A一方面通過水解為更小的分子Y和沉淀；另一方面則和單寧T生成結合態T－A分子，這種結合態花色苷具有較強的穩定性，使pH的變化以及添加SO2對葡萄酒的色澤的影響不大。通過陳釀過程，生成更為穩定的色素，葡萄酒的顏色由紫紅變為磚紅。同時，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，澀味也有所減少［1，10，11］。

花色苷還可與蛋白質、多糖、多肽等其它大分子物質反應。另外，隨著乙醇濃度的增加使花色苷的自結合和輔色素作用減弱，同時也降低了黃烷醇和槲皮素等其它酚類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、結合態花色苷和聚合態花色苷等3種形式存在［13］。在陳釀過程中，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物質反應，這些反應除了與其他多酚類物質的含量、性質有關外，還取決于陳釀的方式：木桶的有無，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程中形成的乙醛的多少［1］。

3 花色苷性質及穩定性因素

3.1 性質

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，大多數花色苷對熱都不穩定，且對光敏感［6］。

3.2 穩定性因素

3.2.1 pH的影響 pH的不同對花色苷的顏色和結構均會產生不同影響。

（1）pH對于花色苷顏色的影響：呈紅色，說明其處于酸性條件下；呈無色，說明處于中性、近中性條件下；呈藍色，說明其處于堿性條件下［14］。

（2）pH對于花色苷結構的影響：在pH值一定的水溶液中，花色苷以4種結構存在：花色烊陽離子、醌式堿、甲醇堿和查爾酮，并且它們之間達成平衡［14］（見圖3）。pH值變化對于非酰化和單酰化的花色苷的顏色影響較大，在pH值很低時（如pH＝1）溶液呈現最強的紅色；但隨著pH值的逐漸增大，其溶液的顏色在不斷的變化，當pH＝4～5時，花色苷會褪至無色；而pH＝6～7時，溶液又變成紫色或藍色；pH＝7～8時，花色苷則轉化為黃色的查爾酮［1，5］。但是，pH 值的變化對于具有兩個或兩個以上酰基花色苷的顏色影響不大，同時對于花色苷的穩定性影響因素也應考慮酰化部分的性質［16］。據報道［17］，當溶液pH＝2.9時，花色素的呈色強度比pH＝3.9時要大6倍。

3.2.2 SO2的影響 在葡萄酒釀造及儲藏過程中，加入到發酵基質的SO2，具有選擇、澄清、抗氧化、增酸、溶解等作用［18］。Mazza等［19］在對葡萄皮中的花色苷進行提取時發現在含有SO2的水溶液中有較好的提取效果。分析原因認為：① 可能是由于葡萄漿果中果皮細胞被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離子的花色苷發生可逆反應，生成無色不穩定的重亞硫酸花色素（見圖4）。當有乙醛存在時，該反應向逆方向進行，因為乙醛能和SO2反應生成相對穩定的乙醛亞硫酸加成物，促使不穩定化合物發生分解，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 當花色苷的B苯環上含有鄰位的羥基時，能與金屬離子發生絡合作用。這些金屬離子主要是Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Mg2＋、K＋、Sn2＋和 Al3＋等。它 們 能 起 到穩定花色苷的作用，從而穩定葡萄酒的顏色［22］。但是該反應也會帶來一定的負面效應，因為在穩定顏色的同時形成了可導致褪色的金屬－單寧絡合物，如花色苷與鐵反應也是導致紅葡萄酒鐵破敗病的原因之一。上述反應不易在酸性條件下形成，或者不完全［16，17］。

絡合作用除能穩定花色苷之外，還可用來判斷B－環上含有鄰位二羥基的花色苷，主要依據是向花色苷添加某種金屬離子，再檢測其最大吸收波長是否藍移，若藍移，則說明B－環上含有鄰位二羥基。如向溶液中加入Al2O3的醇溶液進行判定［23，24］。

3.2.4 溫度的影響 在葡萄酒釀造過程中，溫度是影響浸漬的重要因素之一。據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，因而將會影響葡萄酒顏色的深淺。此外，溫度還影響葡萄酒顏色的穩定性，因為溫度越高，花色苷和丹寧的浸出率越大，而且穩定性色素，即丹寧與花色苷的復合物（T－A）越容易形成。在葡萄酒釀造過程中，為了利用這一作用，Ribereau－Gayon［26］提出了“發酵后熱浸”的工藝。

3.2.5 容器的影響 用于葡萄酒發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］。

據調查［27］顯示，相對于新酒，有88%的受訪者更愿意選擇經過橡木桶陳釀的葡萄酒。這是因為經過橡木桶中陳釀的葡萄酒，口感柔和且具有協調的風味。在陳釀期間，葡萄酒中易于氧化的酚類物質和從橡木桶中浸出的一些化合物發生了復雜的化學反應［28］，如色素和單寧生成丹寧－色素復合物（T－A）等。這不僅增加了葡萄酒成分的復雜性和穩定性，而且使顏色也更加穩定［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 葡萄酒陳釀過程中乙醇與氧氣反應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，負面影響加強［29］。

通過在橡木桶中陳釀與在不銹鋼罐中陳釀的對比不難發現，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的色調，同時葡萄酒的肥碩感也因為多糖的介入而得到明顯的提高［29］。侯小歌等的研究［33］也表明，葡萄酒在使用橡木桶發酵比使用不銹鋼罐發酵擁有更濃的紅色和黃色色調以及更深的總色度。

4 花色苷呈色機理的研究

在陳釀過程中，新紅葡萄酒顏色由最初的紫紅色慢慢地轉變為橙紅色。這種顏色的轉變總的來說是由于原來的葡萄花色苷通過不同的反應轉變生成了新的色素，這些反應包括：氧化還原反應，與其他化合物如糖類、蛋白質、金屬離子和黃烷醇的絡合反應［34］。

輔助成色作用已經成為當今葡萄酒工藝學研究的一個重要領域。分子間的輔助成色是與紅葡萄的游離花色苷發生作用的，因為輔色素也經常在葡萄和酵母中被發現，這一點已經得到了證實［35，36］。分子內輔助成色作用、分子間輔助成色作用、自聚作用和金屬絡合作用是輔助成色作用發生的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生途徑［37］。另據報道［38］，在保護不被水分子親核性加成物導致顏色損失的方面，分子內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，而且還具有多種生理活性作用：① 它具有清除體內自由基及抗氧化作用，如花色素苷能夠保護人體紅血細胞不被氧化，因為它能減少人紅血細胞中活性氧（ROS）和高鐵血紅蛋白的產生，其中活性氧是人體內活性很高的一類自由基［39］；② 它還能預防心腦血管疾病等，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脈粥樣硬化的發生［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、重結晶法和高效液相色譜法等；花色苷鑒定方法有紫外－可見光譜法、紅外光譜法、花色素苷的水解分析法、質譜法、核磁共振波譜法、高效液相色譜、毛細管區帶電泳法等［2］。

7 結論與展望

花色苷是葡萄酒中主要呈色物質，花色苷性質及穩定性因素和呈色機理等受原料（品種、種植地、氣候以及種植條件等）、釀酒過程、葡萄酒溶液環境條件（如酸度、SO2濃度、溫度、金屬離子等）以及陳釀等的影響。同時葡萄酒中花色苷具有清除體內自由基及抗氧化作用，改善肝臟功能和預防心腦血管疾病等生理活性。因此有必要對葡萄酒中花色苷進行更深入細致的研究，如釀造水質的變化、釀造溫度（葡萄冰酒）對葡萄酒色澤的影響等。此外，對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的綜合利用。

1 李華，王華，袁春龍，等.葡萄酒化學［M］.北京：科學出版社，2005：106～110，118～121，243～243.

2 于東，陳桂星，方忠祥，等.花色苷提取、分離純化及鑒定的研究進展［J］.食品與發酵工業，2009，35（3）：127～133.

3 李 韜，張宏宇，呂玉璋.花色苷類色素的研究進展［J］.農業科技與裝備，2010（5）：23～26.

4 Nú1ez V，Monagas M，Gomez－Cordovés M C，et al.Vitis vinifera L.cv.Graciano grapes characterized by its anthocyanin profile［J］.Postharvest Biology and Technology，2004，31 （1）：69～79.

5 盧鈺，董現義，杜景平，等.花色苷研究進展［J］.山東農業大學學報（自然科學版），2004，35（2）：315～320.

6 于慶泉.蛇龍珠紅葡萄酒釀造過程中花色苷的變化規律研究［D］.北京：中國農業大學，2006.

7 劉鄰渭.食品化學［M］.北京：中國農業出版社，1998：109～129.

8 李華，康文懷，陶永勝，等.微氧處理對赤霞珠葡萄酒多酚及其品質的影響［J］.江蘇大學學報（自然科學版），2006，27（5）：401～404.

9 趙權，王軍，段長青.山葡萄果實發育過程中花色苷和非花色苷酚成分及其含量的變化［J］.植物生理學通訊，2010，46（1）：80～86.

10 A de Villiers，G Vanhoenacker，P Majek，et al.Determination of anthocyanins in wine by direct injection liquid chromatography－diode array detection－mass spectrometry and classification of wines using discriminant analysis［J］.Journal of Chromatography A，2004，1 054（1）：195～204.

11 彭得華.葡萄酒釀造技術文集［M］.北京：中國輕工業出版社，2005：196～202.

12 程國利.浸漬酶對蛇龍珠紅葡萄酒花色苷的影響［D］.北京：中國農業大學，2007.

13 陳繼峰.紅葡萄酒顏色研究［J］.釀酒科技，2008（5）：95～100.

14 劉麗媛，苑偉，劉延琳.紅葡萄酒中花色苷輔助成色作用的研究進展［J］.中國農業科學，2010，43（12）：2 518～2 526.

15 Rein M.Copigmentation reactions and color stability of berry anthocyanins［D］.Helsinki（Finland）：University of Helsinki，2005.

16 任玉林，李華，邴貴德，等.天然食用色素花色苷［J］.食品科學，1995，16（7）：22～27.

17 秦含章.葡萄酒分析化學［M］.北京：中國輕工出版社，1991：733～738.

18 李華，王華，袁春龍，等.葡萄酒工藝學［M］.北京：科學出版社，2007：131～140.

19 Mazza G，Miniaati E.Anthocyanins in fruits，vegetables and grains［M］.CRC Press：Boca Raton，F L，1993.

20 李華.現代葡萄酒工藝學［M］.西安：陜西人民出版社，1995：7，81～83，212～213.

21 張婧.添加單寧對NorTon葡萄酒中聚合色素形成的作用［D］.北京：中國農業大學，2007.

22 Wrolstad R E，Erlandson J A.Effect of metal ions on the color of strawberry puree［J］.Journal of Food Science，1973，38（3）：460～463.

23 Harborne J B.The chromatographic identification of anthocyanin pigments［J］.Journal of Chromatography A，1958 （1）：473～488.

24 郭耀東.葡萄皮花色苷提取純化技術及穩定性研究［D］.西安：西北農林科技大學，2008.

25 Budic－Leto I，Lovric T，Gajdos Kljusuric J，et al.Anthocyanin composition of the red wine Babic affected by maceration treatment.［J］.Eur.Food Res.Technol，2006，222（3－4）：397～402.

26 Ribereau－Gayon P，Ribereau－Gayon J.Red wine making with final hot maceration［J］.Comptes－Rendus des Seances de l‘Academie d’Agriculture de France，1980，66（2）：207～214.

27 Silvia Pérez－Magari1o，Miriam Ortega－Heras，Estela Cano－Mozo，et al.The influence of oak wood chips，micro－oxygenation treatment，and grape variety on colour，and anthocyanin and phenolic composition of red wines［J］.Journal of Food Composition and Analysis，2009，22（3）：204～211.

28 Fulcrand H，Due1as M，Salas E，et al.Phenolic reactions during winemaking and aging［J］.American Journal of Enology and Viticulture，2006，57（3）：289～297.

29 李華.橡木桶與葡萄酒［J］.中外葡萄與葡萄酒，2002（1）：49～53.

30 Sánchez－Iglesias M，Gonzáilez－SanjoséM L，Pérez－Magari1o S，et al.Effect of micro－oxygenation and wood type on the phenolic composition and color of an aged red wine［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2009，57（24）：11 498～11 509.

31 Mateus N，Pascual－Teresa S D，Rivas－Gonzalo J C，et al.Structural diversity of anthocyanin－derived pigments in port wine［J］.Food Chemistry，2002，76（3）：335～342.

32 Monagas M，Nú1ez V，BartoloméB，et al.Anthocyanin－derived pigments in Graciano，Tempranillo，and Cabernet Sauvignon wines produced in Spain［J］.American Journal of Enology and Viticulture，2003，54（3）：163～169.

33 侯小歌，于慶泉，嚴斌，等.發酵容器對赤霞珠干紅葡萄酒中花色苷的影響［J］.食品科學，2006，27（8）：154～158.

34 Nuno M，Joana O，Jo2o P，et al.A new vinylpyranoanthocyanin pigment occurring in aged red wine［J］.Food Chemistry，2006，97（4）：689～695.

35 Boulton R.The copigmentation of anthocyanins and its role in the color of red wine：a critical review［J］.American Journal of Enology and Viticulture，2001，52（2）：67～87.

36 Lambert S G.Copigmentation and its impact on the stabili－sation of red wine pigments［D］.Adelaide：Adelaide University，2002.

37 劉麗媛，苑偉，劉延琳.紅葡萄酒中花色苷輔助成色作用的研究進展［J］.中國農業科學，2010，43（12）：2 518～2 526.

38 Brouillard R，Chassaing S，Fougerousse A.Why are grape/fresh wine anthocyanins so simple and why is it that red wine color lasts so long［J］.Phytochemistry，2003，64（7）：1 179～1 186.

39 高堯來，溫其標，張福.葡萄酒中的多酚類物質及其保健功能［J］.食品與發酵工業，2002，28（8）：68～72.

40 李韜，張宏宇，呂玉璋.花色苷類色素的研究進展［J］.農業科技與裝備，2010（5）：23～26.

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

湖南省科技廳社會支持計劃（編號：2010Sk3054）

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

劉忠義

2011－03－01