葡萄酒中的酚类

葡萄酒作为国际流行的酒种之一，其本身含有各种有机和无机物质，营养丰富，适量饮用，可预防各种疾病，增强人体抵抗力，因此备受人们的喜爱［1-7］。而真正对葡萄酒保健功能的研究是始于1987年Richard提出的“法国悖论”，之后有很多学者对葡萄酒的成分进行了研究和分析，发现葡萄酒中含有大量的酚类物质，并且进一步研究发现，这些酚类物质具有抗氧化、抗癌、预防心血管疾病等生物活性功能。酚类物质是指分子结构中含有多酚官能团的物质，是葡萄生长过程中重要的次生代谢产物，对其生长发育起着重要的作用。葡萄果实中含有大量的酚类物质，主要分布在果皮、种子和果梗中，在果皮中的含量尤高。这些酚类物质在葡萄酒酿造过程中被浸渍到其中，使得葡萄酒中含有丰富的多酚类物质而具有很强的生理活性。目前研究发现，葡萄酒中的酚类化合物主要分以下4大类：单宁、花色苷、酚酸和黄酮类物质。酚类化合物是一类具有大而复杂基因的化合物。从化学上讲，酚是苯环（又称芳香环）上联有一个或多个羟基的化合物。多酚（polyphenols）是含有酚官能基团的物质，是构成植物固体部分的主要物质。按分子质量可分为单宁化合物（相对分子量500〜3000）和非单宁化合物（相对分子量V500或〉3000）。酚类物质是葡萄中重要的次生代谢产物，与葡萄的抗病性、采后生理、贮存、保鲜以及与葡萄汁（酒）的色泽、风味等品质指标密切相关。德、法等国在探讨酚类物质与葡萄酒的品质关系方面已经开展了大量工作，并取得了不少研究成果，国内对酚类物质的研究尚处于起步阶段。葡萄与葡萄酒中常见的酚类按其化学结构可分为两大类：类黄酮和非类黄酮。不同葡萄品种之间酚的含量及类型差异很大，相同品种葡萄及其酿制的葡萄酒中酚的构成及含量也会受地域、栽培条件、气候条件、成熟度，酿造工艺等多种因素的影响。葡萄的基本信息葡萄的形态结构葡萄属葡萄科植物葡萄的果实，为落叶藤本植物，是世界最古老的植物之一。葡萄原产于欧洲、西亚和北非一带。多数历史学家认为波斯（即今日伊朗）是最早酿造葡萄酒的国家。欧洲最早开始种植葡萄并进行葡萄酒酿造的国家是希腊。在我国长江流域以北各地均有产，主要产于新疆、甘肃、山西、河北、山东等地。茎蔓长达10〜20米。单叶，互生。花小，黄绿色，组成圆锥花序。浆果圆形或椭圆形，因品种不同，有白、青、红、褐、紫、黑等不同果色。果熟期8〜1月，中国栽培葡萄已有2000多年历史。葡萄品种很多，全世界约有上千种，总体上可以分为酿酒葡萄和食用葡萄两大类。世界栽培品系有欧洲品系（Europeangrape）及美洲品系（Foxgrape）两大系统，根据其原产地不同，分为东方品种群及欧洲品种群。我国栽培历史久远的“龙眼”、“无核白”、“牛奶”、“黑鸡心”等均属于东方品种群。“玫瑰香”、“加里娘”等属于欧洲品种群。鲜用或阴干备用。在果品中，葡萄的资历最老，有化石证明距今六百五十多万年前就已经有了葡萄。有的学者认为在23000万年前至6700万年前就有类似葡萄的植物。1.2葡萄的性状和成分及一般用途葡萄皮富含纤维素、果胶、单宁、色素。饲料果肉含有丰富的单宁，酿酒原料，富葡萄梗I含钾，有去酸作用。酿酒辅料厂富含水份、糖份、有机酸和矿物质,糖份是酒精发酵的主要成份，包括V葡萄糖和果糖，有机酸则以酒石酸、乳酸和柠檬酸三种为主，钾最为重要。果汁饮料、酿酒、V葡萄籽』富含单宁和油脂,葡萄中的多酚类含量葡萄中含有大量以多酚类为主的酚类化合物,其含量会随葡萄品种、栽培、场所以及气候等的不同而异（表1）。红葡萄的酚含量平均为5631mg/kg,比白葡萄的酚含量要高得多。大部分的酚存在于果皮和种子,红葡萄中比例为63%和3%,而白葡萄中为71%和23%,果汁中存在大约为2%一5%左右。葡萄果皮中多酚主要为花色素类、黄酮以及白琴芦醇等,种子中主要为儿茶素类、懈皮昔、原花青素、单宁等,而果汁中除花色素外几乎不含其它的黄酮类,主要为一些非黄酮类型的酚酸类物质川。最近发现具有抗癌活性的白羹芦醇在果皮中含量比较多表1葡萄中的全酚含量（mg/Kgjelly,以没食子酸换算）组织白葡萄红葡萄果皮9041859压榨浆3541果汁176206种子27783525总计38935631葡萄中的多酚物质的分类非类黄酮酚酸类化合物（phenolicacids）这类化合物具有一个苯核，多为对羟基苯甲和对羟基苯丙烯酸（肉桂酸）的衍生物。主要有对羟基苯甲酸、香草酸、咖啡酸和香豆酸4种，此外还有没食子酸、原儿茶酸、阿魏酸、绿原酸、芥子酸等。葡萄浆果中20%〜25%的酚酸都以游离态的形式存在。在葡萄酒中，酚酸可与花色素和酒石酸相结合。这些物质结构较简单，主要贮存在葡萄细胞中的液泡中，破碎时容易被浸出。含量最高的是羟基肉桂酸的衍生物，一般与糖、有机酸以及各种醇以酯化形式存在。葡萄品种成熟条件不同，葡萄浆果中酚酸的总量和游离态酚酸的比例也不相同。类黄酮黄酮类化合物是自然界存在的酚类化合物的最大类别之一。而且大部分单宁也是由黄酮类化合物转变来的。黄酮类化合物的母核总是由15个碳原子组成它们排列成C6-C3-C6的构型。也就是说，两个芳香环由一个成环或不成环的c3单元联结起来。这三个环分别标为A、B、C。葡萄酒中最常见的类黄酮物质有黄酮醇，儿茶素，红葡萄酒中还有花色苷等［1］。类黄酮主要来自于葡萄皮，葡萄籽及果梗，在红葡萄酒中占多酚物质的85%以上，在白葡萄酒中含量一般不超过总酚的20%，因此类黄酮对红葡萄酒的影响要远远大于对白葡萄酒的作用。3.2.1黄酮醇类化合物(flavonols)分子结构中含有“黄烷构架”。这类化合物存在于所有葡萄品种的浆果中，但在葡萄酒中含量很少。它们对白葡萄酒颜色作用不大，在红葡萄酒中主要以糖苷形式存在［1,2］。在空气中久置，易氧化，生成褐色沉淀物。(见图1黄酮醇类化化合物)o黄酮醇类化合物结构儿茶酸类化合物(catechuicacid)儿茶酸是黄酮类化合物中重要的一类，是食物中黄酮类化合物的重要来源葡萄果实中含儿茶酸最多的是种子［1,3］。这是一类黄烷-3-醇羟基取代衍生物，其母核含有2-苯基苯并吡喃环结构，称为黄烷-3-醇，主要有儿茶素，表儿茶素，培茶素，原矢车菊啶等(见图2黄烷-3-醇结构式)黄烷-3-醇结构式花色素原(anthocyanogen)(1)花色素(anthocyanidin)和花色苷(anthocyanin)这是一类黄烷-3,4-二醇羟基取代衍生物，其母核也含有2-苯基苯并吡喃环结构，称为黄烷-3,4-二醇(见图3花色素原结构式)。花色素原结构式花色素“花色素”是一类水溶性植物色素，主要存在于红色品种的植物细胞中，构成植物及其果实的美丽色彩。目前，已知结构的花色素及其衍生物种类有250多种［4］。在葡萄浆果中，花色素在转色期出现，主要是单体化合物，即游离花色素。在成熟过程中，其含量不断增加，并且单体间进行聚合。葡萄浆果的色素只存在于果皮中。花色素母核也具有2-苯基苯并吡喃环结构，在这个母核上因B环上羟基和甲氧基位置的不同，葡萄中的花色素(花色啶)可分为五类［5］。其中以锦葵素(二甲酰花翠素)为主，也是最为稳定的，花翠素是最不稳定Flora(1978)研究发现，优质葡萄酒颜色与鲜果皮中的二甲花翠素含量有直接关系［6］。花色素蓝色随羟基数目的增加而加深；红色则随甲基化数目的增多而增强。这些羟基和金属离子螯合后，发生色泽变化。有铁离子存在时，会增强紫色调。花色苷花色素在自然界中常以糖苷形式存在，称为“花色苷”。相应的，花色苷也有5种。花色苷B环上邻二羟基对酶和非酶氧化特别敏感。除虫漆酶(Laecase)外，大多数多酚氧化酶(Polyphenoloxidase，P0)只催化邻二羟基位点，因此锦葵苷和芍药苷因其无邻二羟基而最抗氧化性。在绝大多数葡萄中，锦葵苷—最红的花色苷—含量最高，所以新红葡萄酒的红色主要来自于锦葵苷。糖残基增加了花色素的化学稳定性和水溶性。不同花色苷之间的比例对葡萄酒色度和颜色稳定性有显著影响。而葡萄品种与栽培条件都会影响到葡萄中每种花色苷的含量及比例。花色苷根据花色啶分子上连接的糖分子的数目又可分为单葡萄糖和双葡萄糖花色苷，其中后者比前者更稳定，也更容易发生褐变，从而影响葡萄酒的色调[1]。欧亚种葡萄只产生单葡萄糖花色苷，其与美洲种的第一代杂交种产生单或双葡萄糖花色苷。3.2.3.2.1花色苷特性花色苷的结构不稳定，易受物理、化学因素的影响而变，从而影响显色效应。花色苷颜色随pH值而变化不同的pH对花色苷色泽深浅有显著影响。在新葡萄酒中，花色苷主要以5种分子状态的动态平衡形式存在。酸性条件下为红色的盐形式，近中性时为无色的假碱（不稳定，易形成查耳酮），碱性条件下则为蓝色的醌式（见图3葡萄酒中花色苷不存在形式间的平衡）。花色苷可被多酚氧化酶分解破坏源于葡萄的多酚氧化酶稳定性差，并且只能氧化少数多酚物质，而由灰霉菌产生的多酚氧化酶（漆酶），其稳定性强，可氧化葡萄中几乎所有多酚物质。使用发霉的葡萄酿造的酒，一旦接触空气，会很容易变色和发生混浊沉淀，我们称之为“棕色破败病”。葡萄酒中的铁，铜含量越高，温度高于20°C，这一现象越严重。因此，破碎葡萄时，应去除发霉的葡萄，或者加热或者增加二氧化硫的用量。Fe3+可以催化多酚氧化，含铁离子高的葡萄汁和葡萄酒一经接触空气会很快褐变。花色苷在贮酒期间会进行缓慢的聚合反应，生成红色的聚合体这种聚合体pH变化很少改变它的色调，SO2也难以使其褪色。这是葡萄酒经老熟之后色调改变的原因之一。亚硫酸根离子能和花色苷缩合成无色化合物葡萄酒中加入亚硫酸后，解离出来的hso3-与花色苷发生缩合反应而使葡萄酒色泽变浅（见图4花色苷与亚硫酸根离子的反应）。此反应是可逆的，随着葡萄酒中亚硫酸的挥发消失，褪去的颜色又会逐步恢复。花色苷中，侧边芳香环的邻位上带有两个羟基的花色苷（如：3-甲酰花翠素，花青素，花翠素的葡萄糖苷）对酶和非酶氧化特别敏感。花色苷可与单宁、酒石酸、糖等相结合形成复杂的花色素-单宁化合物，颜色不再受介质变化的影响，有助于稳定红葡萄酒颜色。原花色素原花色素是色素的隐色化合物，通过聚合作用可以形成色素。在葡萄浆果或葡萄酒中主要形成单宁。原花色素可以分为两类：一类是黄烷-3,4-二醇的单体衍生物，称为白花色素（leucoanthocyanidin）,如白花青素，白花翠素等。它们在有氧和酸性条件下能转化成相应的花色素。另一类是由2个或2个以上的黄烷-3-醇缩合而成的前花色素。葡萄中原花色苷主要以单体形式存在，在葡萄酒中聚合成缩合单宁，在含量上占主导地位。3.3单宁化合物（tannin）及其特性单宁（tannin）是一类特殊的酚类化合物，是由一些非常活跃的基本分子通过缩合或聚合作用形成的。由于都具有鞣革能力，类黄酮和非类黄酮的聚合物统称为单宁。根据单宁的单体分子及其单体分子之间的结构可分为水解性单宁和聚合性单宁。水解性单宁（缩合性单宁condensedtannin）这类单宁的单体分子之间通过酯键相连，在单宁水解酶或酸、碱的催化下水解为构成其分子的单体。这类单宁呈淡黄色，具有最大收敛性，比聚合性单宁涩的多。按单体的不同，水解性单宁有可分为五倍子单宁和鞣花单宁。五倍子单宁是一种双没食子酰基葡萄糖（糖和没食子酰基之间以酯键相连）。这类单宁一般来源于橡木桶。它既可在某种条件下由于单体的反复缩合而成为大分子，也会由于水解而产生对葡萄酒风味产生良好影响的小分子物质。聚合性单宁（polymerizedtannin）这类单宁是黄烷-3，4-二醇的4位碳原子与另一黄烷分子6或8位上的碳原子之间进行非氧化缩合形成共价键，由此形成二聚、三聚体，经过反复聚合而形成多聚体。这种聚合单宁，呈黄橙色，收敛性小于水解性单宁。水解单宁的收敛性与其所含疏水基多少有直接的关系，缩合单宁则与其聚合程度有关，所以往往前者的收敛性大于后者。单宁的特性与蛋白质或其它聚合体（如多糖）结合单宁与蛋白质的结合是其最重要的特征。单宁与水溶性蛋白质结合，使其沉淀出来，如对唾液蛋白的结合达到一定程度时，令人产生涩味的感觉；对不溶于水的蛋白质，如对胶原纤维的结合，则使其化学稳定性、物理稳定性增加，起到鞣制作用。单宁与蛋白质结合的能力称之为收敛性或涩性。单宁分子太小，不足以键合蛋白质，而太大，也很难与蛋白质的活性部位结合，因此只有当单宁的分子量在500〜3000之间时，才足以与蛋白质键合形成较稳定的复合体。葡萄酒中的单宁分子绝大多数是在这个范围内，它可以使葡萄酒具有醇厚的特点。与花色苷分子缩合成单宁花色苷缩合物保证了贮酒过程中葡萄酒颜色的稳定性。这种结合态的花色苷，pH变化和添加二氧化硫，色调变化不明显。而且在相同pH条件下，结合态的花色苷的呈色分子比例要高于游离态的花色苷。此外，单宁与花色苷结合会增加乙醛的生成量。乙醛与花色苷反应生成易与儿茶酚和原花色啶相结合的复合物，如此限制了花色苷的氧化和SO2脱色，有助于稳定红葡萄酒颜色。酒精中比在纯水中溶解度大温度越高，其溶解度也越大。因此，热浸提发酵或带皮发酵，可促使单宁进入葡萄酒，同时促进单宁与色素及多糖的结合，这些复合物是优质红葡萄酒必需的。单宁易氧化因此，在氧化条件下可延迟其它物质氧化，有利于葡萄酒成熟和醇香的形成。与铁发生反应形成不溶性化合物由于单宁易与铁发生反应形成不溶性化合物，引发葡萄酒“铁破败病”。引发葡萄酒“铁破败病”。多酚类物质在葡萄酒中的作用赋予葡萄酒颜色作为葡萄酒色泽的赋予者，花色苷对红葡萄酒的影响较大，对白葡萄酒的颜色影响不太显著。葡萄中花色素的含量和比例与葡萄品种及生长条件有关，不同花色素间的比例又对葡萄酒的色度与颜色稳定性起显著影响作用。在大多数葡萄中，锦葵苷含量最高，新的红葡萄酒中的红色主要就是来自锦葵苷，影响这两种性质的原因取决于花色素卩环的羟基化形式的程度大小，随着花色素卩环羟基数目的增加，葡萄酒蓝色逐渐加深，但随着花色素卩环上甲基化程度的增强，葡萄酒的颜色则逐渐变为深红色。除葡萄自身花色素含量造成葡萄酒颜色的差异外，发酵过程对葡萄酒后期颜色也有一定的影响。由于花色苷本身的不稳定性，发酵初期花色苷分子易水解成花色素，与此同时，类黄酮物质单宁等也会从葡萄皮、梗及籽中浸出，延长发酵醪皮渣的接触时间，这些物质开始与游离的花色苷和花色素发生聚合反应［7］。发酵结束时约有25%的花色苷与单宁聚合，一年内聚合量上升至40%之后，聚合缓慢进行几年后聚合量到达100%。此外，乙醇和糖都能与花色苷反应，增强颜色，游离花色苷还可以与多糖和肽反应。随着红葡萄酒的老熟，逐渐呈现出黄、黄红、棕黄、红和紫的颜色。绝大多数聚合体带有棕色色调，因此红葡萄酒会慢慢呈现出砖色，随着时间的推移，光密度值降低，这可能是由于游离花色苷降解的缘故，但最可能的原因是色素聚合物的缓慢生成与沉淀［8］。4.2滋味与口感作为葡萄酒中含有多酚物质的主要成分，单宁对葡萄酒的滋味与口感有显著影响，其种类和含量的不同会形成不同的涩度和硬度，进而形成了葡萄酒的特有风味。小分子缩合单宁既苦又涩，饮酒时，葡萄酒中的小分子缩合单宁与口腔唾液中引起收敛感的糖蛋白结合［9］，从而赋予葡萄酒独特的口感，大分子单宁因不能与唾液蛋白结合对葡萄酒的滋味没有影响。花色苷本身对红葡萄酒滋味几乎没有影响，但与单宁物质发生聚合则有助于单宁保留在葡萄酒中，使葡萄酒涩味感更明显和持久。除葡萄中本身所含有的多酚物质对葡萄酒的影响外，葡萄酒的贮存容器橡木桶也对其滋味有重要影响［10］，例如：从橡木中浸出的水解单宁，因其本身比缩合单宁要涩的多，从而增加葡萄酒的涩味，对葡萄酒的涩味与苦味有重要作用；同时从橡木中浸出的肉桂醛和苯甲醛的衍生物可以使葡萄酒中苦味增加。4.3气味葡萄酒的气味主要来自于葡萄酒中的挥发性酚类物质。氨茴酸甲酯是某些葡萄品种香的重要组成部分，一些挥发酚如2-苯乙醇、香兰素和姜油酮在某些葡萄原料中以结合态存在，一经酶解或酸解后变为游离态物质，则会对葡萄酒感官具有显著影响，例如大麻素有香草素的气味，2-苯乙醇有玫瑰的香气［11］。4.4抗氧化作用葡萄酒具有很强的抗氧化性，其抗氧化性主要来源于葡萄酒中的酚类物质，葡萄酒酿造过程中酚类物质的氧化分为酶促氧化和非酶促氧化。葡萄浆中早期反应主要是酶促氧化，这一过程促进葡萄浆易氧化的酚类物质聚合或早期沉淀［12］，其后非酶氧化成为主要氧化形式。葡萄酒在陈酿过程中其抗氧化性一直处于动态变化［13-14］，能够继续吸氧［15］，提高酚类物质的抗氧化能力，抑制不良氧化反应。其他作用除上述作用外，葡萄酒酚类物质还对某些肠内感染有抑制作用，对体内微生物有一定的抑制作用［17］；其单宁物质还可以用来沉淀白葡萄酒中胶体蛋白，具有澄清作用；类黄酮类物质白藜芦醇具有抗癌、抗肿瘤、抗血小板凝集、调节脂质代谢和雌激素、保护心脏等作用，且不会对细胞产生毒害，对正常细胞起到保护效果［16］。小结经过国内外多年的研究，葡萄果实、果梗、酵母代谢以及橡木桶葡萄酒中的酚类物质，作为一大类复杂的具有抗氧化性的物质，主要参与形成葡萄酒的味道、骨架、结构和颜色等，对红葡萄酒的特征和质量尤其重要，对白葡萄酒也有重要意义，但含量很低。酚及其相关化合物可以显著影响葡萄酒的外观、滋味、口感、香气以及微生物稳定性。作为葡萄酒的“骨架成分”，酚类物质不仅赋予了葡萄酒特殊的滋味和气味，同时也使葡萄酒具有了多种生理生化活性，对人体的健康起到重要作用。随着对葡萄酒酚类物质研究的深入，其对人体健康的作用机理逐渐清晰，这大大推动了人们饮用葡萄酒的热情，反过来也对葡萄酒工业的发展起到促进作用，但目前对葡萄酒酚类物质仍有部分活性功能不太明确，例如抗菌作用，这就需要进一步的研究探讨。因此，酚类物质的性质和结构对葡萄酒更多方面的研究还需进一步的建立、完善和应用