玛纳斯小产区4种干红葡萄酒颜色特征及花色苷组成的研究

张文昊1,武运1*,简东民1,党国芳2,陈卫林1,李宁1,陈新军2,黄文书1,王美琪1

1(新疆农业大学 食品科学与药学学院,新疆 乌鲁木齐,830052)2(新疆中信国安葡萄酒业有限公司,新疆 玛纳斯,832200)

摘 要 为探究天山北麓玛纳斯小产区干红葡萄酒的颜色及花色苷特征,采用CIElab颜色空间法结合高效液相色谱-串联三重四级杆质谱仪技术分别对玛纳斯小产区同一酿造技术的4个年份、4个品种共14款干红葡萄酒的颜色和花色苷物质组成进行鉴定分析,并进行相关性分析。结果表明,葡萄酒彩度a*值具有相同的变化趋势,品种是其主要的影响因素。色相b*值变化趋势基本一致,受陈酿时间影响最大,‘烟73’和‘美乐’存在颜色老化程度较大的问题,建立了14款干红葡萄酒的颜色特征图,酒样间颜色特征差异显著。在14款干红葡萄酒中均检测出15种单体花色苷物质,不同酒样单体花色苷组成比例和质量浓度显示出一定差异,主要受酿造年份、葡萄品种的影响。通过聚类分析分成6个类别。综上所述,颜色特征指标和单体花色苷组成及质量浓度反映在酒样的酿造年份、葡萄品种上均表现出一定的相关性。该文分析我国小产区多品种、多年份的干红葡萄酒颜色特征及与花色苷的相关关系,对了解该产区葡萄酒的颜色特性有一定的参考价值。

关键词 红葡萄酒;品种;年份;颜色特征;CIElab;花色苷

颜色是影响干红葡萄酒感官特性和内在质量的重要参数,对品尝者的感官偏好有重要影响[1]。通过对葡萄酒的颜色进行研究,可以对葡萄酒的品种特色认定、酿造工艺、酒龄及品质等方面信息的判断提供帮助[2-4]。酚类物质对于葡萄酒的颜色具有重要的贡献[5],而花色苷则是在葡萄酒酚类物质的研究中最为重要的存在,它是影响葡萄酒颜色的主要物质。HAN等[6]通过研究新酿‘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%。不同酿酒葡萄品种的遗传特性会影响其内部物质的组成,赋予葡萄酒品种特性[7]。孙树霖等[8]通过比较发现,在相同栽培条件下不同酿酒葡萄品种酚类含量不同。同时,受每年温度、光照、水分等气象因子不规律的变化以及陈酿时间的影响,使得葡萄酒也具有了相应的年份特征[9]。杨佳荟[10]的研究发现随着陈酿时间的延长,花色苷含量逐渐降低,而色度和色调大体上均呈现逐渐增加的趋势,且年轻酒样的紫色色调较为明显,而陈酿时间较长的酒样,其黄棕色色调会逐渐出现并加深。郑青[11]发现不同陈酿年份、葡萄品种和葡萄产地的葡萄酒原花青素含量和游离花青素含量存在较大差异,并且随着陈酿呈现出原花青素含量增加而游离花青素含量减少的趋势。目前关于颜色影响因素如葡萄品种、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的研究受到了较多关注,进而通过研究颜色影响因素来进行葡萄酒的区分鉴别是现阶段研究的热点。陶永胜等[12]从颜色角度分析花色苷化合物可以区分不同年份、品种与陈酿方式的红葡萄酒,尤其是区分不同年份的红葡萄酒效果更好。梁娜娜等[13]发现不同种类的花色苷影响不同的颜色参数,通过主成分分析可以区分不同葡萄酒品种与品系。GEAN[14]解析了干红葡萄酒多酚和挥发酸在中红外波段的映射关系,基于线性判别分析算法建立了干红葡萄酒的酒龄鉴别模型。研究葡萄酒的颜色及其花色苷的组成,对于葡萄酒的质量控制、产品风格鉴别、真伪辨别和葡萄酒品牌塑造具有重要实际应用价值,而且对于地区优质管控和生产有重要意义。

天山北麓玛纳斯小产区作为中国首个获得酿酒葡萄小产区认证的产区,近年来备受国内外的关注,发展潜力巨大,但是也面临着葡萄酒质量及风格同质化现象仍较为严重的问题,因此本试验选取天山北麓玛纳斯小产区同一酿造技术的4个垂直年份的‘赤霞珠’‘美乐’‘烟73’和两个垂直年份的‘马瑟兰’为试样进行研究,通过测定颜色特征指标和花色苷物质组成进行对比分析,为评估小产区主栽葡萄品种的颜色指标和花色苷物质特性,帮助完善建立产区葡萄酒颜色和多酚数据库提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本研究共选用14款红葡萄酒,年份囊括2019年至2022年,单酿型酒样品种为赤霞珠、烟73、美乐和马瑟兰,葡萄酒样品由中信国安葡萄酒业有限公司提供。

甲酸、甲醇、乙腈(均为色谱级),美国Thermo Fisher Scientific公司;花色苷标准品:二甲花翠素-3-O-葡萄糖,美国Sigma Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

1200系列高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪,美国Agilent公司;TU-1810紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;2 mL一次性使用无菌注射器,上海治宇医疗器械有限公司;0.45 μm一次性水性针式过滤器,海宁市郭店桃园医疗化工仪器厂。

1.3 实验方法

1.3.1 颜色指标

参照李运奎等[15]的方法,使用紫外可见分光光度计扫描酒样400~780 nm的吸收光谱,计算选用CIE1964 10 standard observer,iluuminant D65做标准,提取光谱中450、520、570、630 nm处的吸光值并校正到1 cm光程,计算出三色值XYZ值,继而得到酒样明暗程度(L*)、红/绿色品指数(a*)、黄/蓝色品指数(b*)、色彩饱和度和色调角

1.3.2 花色苷含量的测定

参照YANG等[16]的方法,酒样花色苷的检测采用HPLC-QqQ-MS进行测定。酒样经0.45 μm滤膜过滤后直接上样,所用色谱柱为Poroshell 120 EC-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm)。流动相A为V(水)∶V(乙腈)∶V(甲酸)=32∶4∶1;流动相B为V(水)∶V(乙腈)∶V(甲酸)=16∶20∶1;洗脱程序为:0~4 min,6%~15% B;4~13 min,15%~25% B;13~20 min,25%~50% B;20~35 min,50%~80% B;35~40 min,80%~100% B;40~45 min,100%~6% B。流速1.0 mL/min;进样量10 μL;柱温35 ℃;检测波长535 nm。质谱采用ESI离子源,正离子模式,喷雾电压6 kV,离子源温度170 ℃,干燥气温度330 ℃,流量14 L/h,雾化器压力38 psi,检测器为多反应监测模式。利用外标法定量,花色苷测定结果以二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷等价值表示(mg/L)。

1.4 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2016统计数据,利用SPSS 27.0软件中的单因素ANOVA和Duncan分析进行方差分析,当P<0.05时差异显著。利用Origin 2021软件绘图,利用Hiplot Pro软件进行相关性热图和聚类热图的分析制作。

2 结果与分析

2.1 干红葡萄酒的基本理化指标

酒样基本理化指标请见电子版增强出版附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035984),符合GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法标准》,均为合格的葡萄酒样品。

2.2 干红葡萄酒的颜色分析

L*值代表酒样的明暗程度。由图1-a可见,酒样明度随陈酿时间延长均呈现上升趋势。美乐的明度在4个年份均有较好的表现,色泽最亮;赤霞珠次之,且酒体的明度未随陈酿时间延长而产生明显变化,稳定性最佳。烟73明度值最低,尤其是2022年,色泽显著低于其他葡萄品种,为马瑟兰的65.04%。

a-L*值;b-a*值;c-b*

图1 干红葡萄酒CIElab颜色参数
Fig.1 CIElab color parameters for dry red wines

注:大写字母代表相同年份不同品种葡萄酒差异达到显著水平(P<0.05),小写字母代表相同品种不同年份葡萄酒差异达到显著水平(P<0.05)(下同)。

a*值代表酒样的红绿色程度。如图1-b所示,美乐、马瑟兰的a*值均随陈酿时间的减少呈上升趋势,这能为陈酿时间越短酒样颜色越红做出解释。马瑟兰在红色方面的表现最突出,均显著高于其他品种,烟73其次。值得注意的是,在其他品种的a*值都在升高时,烟73却随着年份陈酿时间的减少呈下降趋势,红色越来越少,这是可能由于烟73的颜色较深,年份越近,酒体越呈现出黑色,抑制了红色的表现所致。综合来看,相较于陈酿时间,影响葡萄酒a*值的主要因素是酿酒葡萄品种。

b*值代表酒样的黄蓝程度,如图1-c所示,供试酒样的b*值在4.882~21.632,酒体颜色中黄色分量较大,2019年的酒样值较高,2022年酒样的值较低,说明陈酿时间越长酒样黄色分量越多,这与李伟[17]的研究结果一致。酒样b*值由高到低依次为马瑟兰>烟73>赤霞珠>美乐,均呈现出极显著差异。通过研究发现,影响葡萄酒b*值的主要因素是陈酿时间。

色度a*值和b*值分量的综合反映,表示色饱和程度与颜色集中程度,色度值越大,色彩饱和度越高[18]。如图2所示,供试酒样中,烟73随陈酿时间延长,值越来越高,色彩饱和度呈现更好的状态。赤霞珠的值随着陈酿时间延长呈上升趋势,但上升幅度变化不大。而美乐的值随着陈酿时间的延长呈显著下降趋势。马瑟兰和烟73的酒体色度值较高,色彩饱和性较好;赤霞珠的色度在不同年份的变化不大,表现最为稳定;美乐的色饱和度显著低于其他品种;这种特征随陈酿时间延长表现的更为明显。

图2 干红葡萄酒色调值
Fig.2 The value of dry red wines

值表示的是色调角,反映色彩外观的总体倾向。通常红葡萄酒的色调角在0~90°,色调角越小葡萄酒的颜色则表现出越倾向于紫红色或宝石红色,色调角越大则更倾向于瓦红或砖红色[19]。如图3所示,供试酒样年份越近,值越低,越接近宝石红色。与其他年份相比较,2022年均呈现出较好的颜色品质。在2021年和2022年中,紫红色调从高到低依次为美乐>赤霞珠>马瑟兰>烟73,而在2019年和2020年中,赤霞珠和烟73的紫红色调品质显著好于美乐,说明美乐对于紫红色调的保持能力较差。

图3 干红葡萄色相值
Fig.3 The value of dry red wines

如图4所示,酒样间差异较大,说明品种及年份的差异会导致酒样间颜色的显著差异。

图4 干红葡萄酒色值
Fig.4 The value of dry red wines

对比来看,品种因素决定整体的色调,对葡萄酒颜色差异的贡献较大,而年份因素则是对于葡萄酒颜色的深浅、明暗有所影响。利用Color Tell软件在CIELab颜色空间内准确定位14款干红葡萄酒的L*a*b*,得出各酒样的特征颜色,也就是在自然白光、10°视角条件下观察到的葡萄酒颜色。通过视觉感知的相应属性来评价葡萄酒的颜色及其变化[19],用带有名称的圆斑表示各酒样,得到直观的陈酿变化过程颜色特征图,如图5所示。由葡萄酒的特征颜色图更能直观看出,年份较新的葡萄酒颜色较深,红色调较深;赤霞珠和马瑟兰整体呈紫红色调,色泽饱满,鲜艳浓郁;烟73颜色较深较暗,2022年份的甚至具有黑巧克力特征颜色;年份较近的美乐总体上为紫红色调且呈现出少许的黄色调,色彩饱和度较好;年份较久远的美乐特征颜色则表现出黄色色调贡献强,色彩饱和度中等,颜色略浅,微亮。

图5 干红葡萄酒特征颜色
Fig.5 Dry red wines feature color

2.3 干红葡萄酒中花色苷类物质的分析

花色苷是葡萄酒中最主要且最为丰富的呈色多酚类物质,它对于葡萄酒的颜色有着决定性作用[20]。通过检测分析,在供试酒样中均检测出了包括花青素类、花翠素类、二甲花翠素类、甲基花青素类和甲基花翠素类等15种单体花色苷物质,且均检测出了未酰基化、乙酰化和香豆酰化单葡萄糖苷,但是含量相差较大,见电子版增强出版附表2。有研究表明基因型由于不同品种间的差异,其花色苷的含量和组成不同,是花色苷类的生物合成相关基因的差异表达造成的[20-22]

在同年份不同品种的比较中,烟73的单体花色苷总量和各项单体花色苷质量浓度均位于前列,这也显示出它作为葡萄酒的主要调色品种优越性,它能在与其他葡萄品种共同混酿或者调配中表现出极好的增色能力;美乐除了2022年单体花色苷总量低于烟73,在其他年份的表现均较为良好。赤霞珠的单体花色苷含量相较其他3个品种均处于低位,在颜色表达上呈现出颜色最浅,与前人的研究结果一致[23]。在同品种不同年份的比较中,4个品种干红葡萄酒的单体花色苷含量均随陈酿时间的增加呈递减趋势,能够解释年份较近的葡萄酒具有较好的颜色品质表现[24]。其中,烟73和美乐的单体花色苷总量随陈酿时间的增加下降幅度较大,表明这两个品种的葡萄酒对于单体花色苷保持能力较差。

供试酒样不同类型单体花色苷比例见电子版增强出版附表3,整体来看,随着陈酿时间的变化不同类型单体花色苷比例变化不大,二甲花翠素类物质的比例都是最高的,而花青素类花色苷的相对含量最低,这可能是由于二甲花翠素是花色苷合成的终端产物的原因,也是欧亚种属的酿酒葡萄中含量最多的物质,这与文献报道一致[25]。对比中发现,二甲花翠素类花色苷所占比例存在显著性差异,马瑟兰和赤霞珠的二甲花翠素类花色苷所占比例均较高。烟73的花青素类、花翠素、甲基花青素和甲基花翠素花色苷所占比例显著高于美乐、赤霞珠和马瑟兰,而二甲花翠素类花色苷与其他3个品种相比所占百分比最少,利用此类花色苷所占的比例可以将烟73区分出来。赤霞珠的乙酰化类花色苷所占比例均为最高,这与文献报道一致[26]。另外,烟73、美乐和马瑟兰与赤霞珠的乙酰化类花色苷所占比例存在极显著的差异,在同品种间的对比中,乙酰类花色苷几乎不随着年份变化而产生变化,这表明乙酰化类花色苷可以作为区分葡萄品种的标志性花色苷,这与有关研究报道一致[25,27]。陈酿时间越短的葡萄酒中的香豆酰化类花色苷所占比例越高,其中烟73和马瑟兰显著高于其他两个品种,美乐随年份变化差异较大,这与上面lab转rgb制作的葡萄酒颜色特征色卡显示的结果一致。有研究报道了酰化的花色苷对颜色的贡献大于未酰化花色苷,香豆酰化的花色苷对颜色的贡献大于乙酰化花色苷,并且顺式香豆酰化花色苷的贡献大于其反式的贡献[1],这也与本研究的结果一致。

2.4 红葡萄酒颜色特征与酚类组成的相关性分析

通过Pearson相关系数运算,并经过双尾检验分析,分析表征颜色特征的参数酒龄,表征可见吸收光谱特征的A520(酒样在520 nm处的吸光值)和ΔA(酒样在520 nm与450 nm处吸光值之差)[15]与15种单体花色苷及总花色苷的相关性并绘制出相关性可视化热力图,通过热力图表现各组物质相关性大小如图6所示。深红色到白色代表正相关性,白色到深蓝色代表负相关性,颜色越深代表相关性程度越大。

图6 干红葡萄酒色泽与花色苷相关指标
Pearson相关性分析
Fig.6 Pearson correlation analysis of color and anthocyanin in dry red wines

注:**代表两种物质相关性极显著,P<0.01;*代表相关性显著,P<0.05。

由图6可知Dpg、Cyg、Png、Dp-ac与L*值显著负相关(P<0.05),含量越多,酒样明度越低;Mvg、Mv-ac、Mv-co、总花色苷与b*值呈极显著负相关(P<0.01),Ptg、Dp-co与b*值呈现显著负相关(P<0.05),同时,酒龄与b*值极显著正相关(P<0.01),说明酒龄越长,酒样的黄色色调越重;Mvg、Mv-ac、Mv-co、总花色苷与值呈极显著负相关(P<0.01),Ptg、Dp-co与值呈现显著负相关(P<0.05),含量越高,酒样的颜色越倾向于宝石红色。Pn-ac、酒龄与值呈极显著正相关(P<0.01),随着酒龄的延长或Pn-ac含量增加,酒样的颜色都会更倾向于砖红色;Ptg、Mvg、Mv-ac、Dp-co、Mv-co、总花色苷与酒龄呈极显著负相关(P<0.01),这与李伟等[28]的研究结果一致;Pt-ac、Cy-co、Pt-co、Pn-co与酒龄呈显著负相关(P<0.05),含量越多,说明酒龄越短。Pn-ac与酒龄呈极显著正相关(P<0.01),含量越高,酒龄越长,说明利用这些指标可以对葡萄酒的陈酿年份进行一定的划分;a*值与15种单体花色苷没有明显的相关性。

2.5 红葡萄酒颜色特征与花色苷相聚类热图分析

为更深入的探究干红葡萄酒颜色特征和花色苷组成之间的关系,进行热力图聚类分析,如图7所示。颜色深浅表示物质浓度大小,含量越大颜色越深(红色为上调,蓝色为下调)。

图7 干红葡萄酒色泽与花色苷相关指标聚类热图
Fig.7 Clustering heat map of color and anthocyanins related indicators in dry red wines

在图的左侧,展示了颜色特征数酒龄,表征可见吸收光谱特征的A520和ΔA与15种单体花色苷及总花色苷值的分层树状图聚类结果,主要分为两大类。第Ⅰ类为和酒龄等信息;第Ⅱ类为A、总花色苷以及其他14种单体花色苷。第Ⅰ类物质整体表现出随着酒龄增加而逐渐增加的特点,第Ⅱ类物质总体呈随着酒龄增加而逐渐下降的特点。图上部的分层树状图由不同年份的4个品种共14款葡萄酒组成,聚成6类:第Ⅰ类由赤霞珠2022、美乐2021、美乐2022、马瑟兰2022组成;第Ⅱ类由美乐2019、美乐2020组成;第Ⅲ类为烟73 2021、烟73 2019和烟73 2020组成;第Ⅳ类由赤霞珠2019、赤霞珠2020组成;第Ⅴ类由赤霞珠2021、马瑟兰2021组成。而烟73 2022的各项指标明显区别于其他各组,所以单独成一类。

综上所述,酒龄较小的酒样中,不同品种葡萄酒的颜色特征和花色苷物质会聚在一类,以年份特征为主进行聚类;而酒样酒龄越长,葡萄酒的颜色特征和酚类物质表现则会以品种因素为主导,酒龄相近的相同品种葡萄酒会聚在一类。说明在一定程度上,可以利用这些指标对葡萄酒的品种及陈酿年份进行划分。

3 结论

通过对玛纳斯小产区同一酿造技术的4个年份、4个品种共14款干红葡萄酒的颜色和花色苷物质组成进行鉴定分析。结果表明,随着陈酿时间的延长,干红葡萄酒的L*值总体上随陈酿时间呈增加趋势,a*值总体上呈下降趋势,b*值总体上呈上升趋势。不同品种在颜色上表现出极显著差异,烟73颜色表现出较小的L*值、较大的a*值、b*值,美乐具有较大的L*值和较小的值,赤霞珠具有最稳定的颜色陈酿特性,马瑟兰表现出较大的a*值、b*值。干红葡萄酒彩度a*值影响更大,a*值越大,则彩度越趋于饱和。色调角受陈酿时间影响最大,陈酿时间越长,色调角角度越大,颜色越偏砖红色;而根据lab转rgb制作的色卡也客观地反映了葡萄酒品种颜色外观特征,表明可以通过CIELab区分出干红葡萄酒的品种和年份差异。不同酒样单体花色苷组成比例和质量浓度显示出一定差异,主要受酿造年份、葡萄品种的影响,其中相较于品种,年份因素影响相对较大[29-30]

干红葡萄酒颜色特征参数与花色苷组成的相关性分析和聚类分析表明,Dpg、Cyg、Png、Dp-ac等游离花色苷与L*值呈显著负相关。二甲花翠素类花色苷、总花色苷与b*值呈极显著负相关。同时,酒龄与b*值极显著正相关,说明酒龄越长,酒样的黄色色调越重;Ptg、Mvg、Mv-ac、Dp-co、Mv-co和总花色苷与酒龄呈极显著负相关。Pt-ac、Cy-co、Pt-co、Pn-co、Pn-ac与酒龄呈极显著正相关,含量越高,酒龄越长。本研究为玛纳斯小产区干红葡萄酒品种识别和年份鉴别提供典型色泽数据支持。要想进一步获取玛纳斯小产区干红葡萄酒颜色特征及对颜色贡献的花色苷乃至酚类组成建立产区葡萄酒颜色数据库,打造出产区独特的质量风格特征,还需要后期大量采集不同年份和品种葡萄酒样品,并进行跟踪性实验。

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Color characteristics and anthocyanins composition of four dry red wines from Manasi region

ZHANG Wenhao1, WU Yun1*, JIAN Dongmin1, DANG Guofang2, CHEN Weilin1, LI Ning1, CHEN Xinjun2, HUANG Wenshu1, WANG Meiqi1

1(College of Food Science and Pharmacy, Xinjiang Agricultural University, Urmuqi 830052, China) 2(Xinjiang CITIC Guoan Wine Industry Co.Ltd., Manasi 832200, China)

ABSTRACT To investigate the color and anthocyanin characteristics of dry red wines from the Manasi appellation at the northern foot of Tianshan Mountain, the CIElab color space method combined with high performance liquid chromatography-tandem triple quadrupole mass spectrometry (HPLC-QqQ-MS) was used to identify and analyze the color and anthocyanin substance composition of 14 dry red wines from four vintages and four varieties of the same winemaking technology in the Manasi appellation, respectively.With that, an analysis in correlation was performed.The results show that wine colorimetric and a* values are similar with the same trend of change, and variety of wine is the main factor influencing them.The color and b* had the same trend, they were most affected by the aging time.‘Yan 73’ and ‘Merlot’ had the problem of color aging in a greater degree.Through establishing the color characteristics of the 14 dry red wines, the color characteristics were found out that they had significant differences among the wine samples.Fifteen monomeric anthocyanin substances were detected in all 14 dry red wines, whereas the composition ratio and mass concentration of monomeric anthocyanin were different to some extent among all the wine samples.It was mainly influenced by the vintage and the variety of grapes.They were divided into six categories by the method of cluster analysis.In conclusion, the color characteristic indexes and the monomeric anthocyanin composition with its mass concentration were reflected some relations in the vintage year and the variety of grapes the wine samples.This paper included an analysis of the relationship between color characteristics and anthocyanins in variety and wines were made in different years from one appellation in China.It is useful for understanding the color characteristics of the wines in the region.

Key words red wine;varieties;vintage;color feature;CIElab;anthocyanins

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035984

引用格式:张文昊,武运,简东民,等.玛纳斯小产区4种干红葡萄酒颜色特征及花色苷组成的研究[J].食品与发酵工业,2024,50(11):62-68.ZHANG Wenhao, WU Yun, JIAN Dongmin, et al.Color characteristics and anthocyanins composition of four dry red wines from Manasi region[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(11):62-68.

第一作者:硕士研究生(武运教授为通信作者,E-mail:wuyunster@sina.com)

基金项目:新疆维吾尔自治区重大科技专项(2022A02002-2);新疆维吾尔自治区区域协同创新专项(2022E02011)

收稿日期:2023-04-28,改回日期:2023-07-13