馬小強，王有梁，潘藝波，陳紫彤，白衛(wèi)濱，孫建霞*

（1.廣東工業(yè)大學輕工化工學院，廣東省植物資源生物煉制重點實驗室，廣東 廣州 510006；2.暨南大學理工學院，食品安全與營養(yǎng)研究院，廣東 廣州 510632）

葡萄酒作為一種出色的多酚類化合物的來源[1]，在改善內皮依賴性血管張力、氧化應激和動脈粥樣硬化等方面具有良好的效果[2]，同時能夠預防血栓形成和心血管疾病等的產生?；ㄉ帐瞧咸丫浦兄饕姆宇惢衔镏?，在葡萄酒中的濃度最高，可達2 000 mg/L[3]?；ㄉ罩饕杂坞x花色苷的形式存在于新釀制的酒中。葡萄酒酒體中的游離花色苷主要為錦葵類色素；此外常見的還有矢車菊素、芍藥色素、飛燕草素和矮牽牛素等。葡萄酒花色苷不僅具有良好的生物活性[4-5]，而且影響葡萄酒酒體的感官品質[6-8]?；ㄉ赵谄咸丫频陌l(fā)酵和陳釀過程中對光、pH 值、溫度等環(huán)境因素非常敏感[9]，這導致花色苷在葡萄酒中易發(fā)生氧化和降解等反應；同時也會生成更穩(wěn)定的色素衍生物，主要為吡喃花色苷和其他聚合色素[10]。在陳釀過程中，由于花色苷結構的變化，葡萄酒的酒體顏色會從新酒的紫紅色逐漸轉變?yōu)榇u紅色[11-12]，顏色趨于穩(wěn)定，葡萄酒的生物活性也隨著酒體的成熟逐漸提升[8]。

顏色被認為是評估食物和飲料品質的重要指標之一。在某種程度上，葡萄酒的顏色可以反映酒的品質，因此消費者也傾向于選擇顏色較深的酒[13]。影響葡萄酒顏色的物質主要是酚類化合物，特別是花色苷及其衍生物。葡萄酒通過陳釀才能達到一定的酒齡，酒體的顏色隨著酒體中游離花色苷濃度的下降以及復雜的衍生色素濃度的增加逐漸穩(wěn)定。陳釀后的葡萄酒色澤飽滿，香味馥郁。同時，花色苷自身或與其他輔色素（特別是酚類化合物）也可以依靠自締合或分子內及分子間輔色作用，進一步增強其顏色表現力。輔色效應主要在新釀葡萄酒中起作用，顏色貢獻率大約為30%～50%，隨著陳釀過程的進行，輔色效應對葡萄酒酒體顏色的貢獻逐漸降低[14]，衍生色素對葡萄酒酒體顏色的貢獻會更大。

葡萄酒的傳統陳釀是一個緩慢耗時的過程，這無疑限制了企業(yè)的生產效益。為了解決這個問題，研究人員開始探究可以用于加速陳釀的化學和物理方法[15-16]。許多研究表明，超聲波可以用于酒類產品的催熟[17-18]。超聲波通過產生物理及化學效應影響葡萄酒的整體變化[19]，縮短葡萄酒陳釀時間[20]。張清安等[21]的研究發(fā)現超聲處理可以有效降低葡萄酒中高級醇的含量以及促進酒中揮發(fā)性酯類物質的形成。Ahmad 等[22]的研究發(fā)現超聲波處理過的新酒中總花色苷含量和單寧濃度與對照組相比存在顯著性差異，澀味減少，口感更順滑。Sánchez-Córdoba 等[23]研究發(fā)現在葡萄酒陳釀階段應用超聲波處理會致使高級醇的降解以及芳香強度的增加。Del Fresno 等[24]研究表明，超聲處理可以降低葡萄酒中原花青素的濃度和總色素含量。關于超聲波對葡萄酒品質的影響，目前大部分研究仍著眼于超聲催陳后葡萄酒酒體風味物質以及口感的變化，對色澤的影響研究還不夠深入。超聲波作為一種重要的非熱加工技術，除了有縮短陳釀時間的優(yōu)勢，還可以使處理過的葡萄酒的質量長時間保持在較高水平[20]。因此，探究超聲波對葡萄酒酒體色澤以及酒體中花色苷的影響非常必要。

本研究以新釀制的葡萄酒作為試驗材料，對其進行超聲波處理，分別探究超聲功率、超聲次數和超聲時間3 個因素對新酒色澤指標的影響。本文的研究有助于進一步明確超聲催陳對葡萄酒酒體色澤品質的影響，以期為改善葡萄酒品質，縮短葡萄酒釀造成本提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新釀葡萄酒（葡萄品種：美樂、歌海娜和佳麗釀）：廣州市百富酒業(yè)有限公司。

醋酸鈉、氯化鉀、偏重亞硫酸鉀、酒石酸氫鉀、乙醛（均為分析純）：天津市大茂化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

JY92-ⅡDN 超聲波細胞粉碎機：寧波新芝生物科技有限公司；UV 1800PC 紫外可見分光光度計：上海美譜達公司。

1.3 方法

1.3.1 超聲波催陳葡萄酒工藝

參照Li 等[25]的方法，略作修改。采用探頭式超聲波細胞粉碎機，變幅桿直徑為6 mm，處理頻率為20 kHz，超聲間隙為1 s/次，在室溫（25 ℃）下對葡萄酒樣品進行恒溫封閉式超聲處理。超聲波探頭浸入葡萄酒中，位于葡萄酒的中心，并確保每次超聲期間探頭底端距離樣品液面1 cm。在一定的超聲時間（10、20、30 min和40 min）、超聲功率（90、180、270 W 和360 W）和超聲次數（1、2 次和4 次，每次間隔時間為24 h）組合下對葡萄酒進行超聲處理。超聲處理結束后，將葡萄酒置于酒瓶，橡木塞封口并貯藏（25 ℃，避光），研究葡萄酒在超聲處理4 周內花色苷色澤指標的變化。每個試驗重復3 次。

1.3.2 葡萄酒中花色苷色澤指標測定

參照Li 等[25]和Somers 等[26-27]的研究，采用紫外可見分光光度計分析葡萄酒中相關色澤指標。

1.3.2.1 pH1.0 時葡萄酒色度（wine color due to pigments，WCP）

取1 mL 葡萄酒樣品用1 mol/L 鹽酸稀釋20 倍。置于暗處平衡30 min 后，用10 mm 比色皿測定樣品在520 nm 下的吸光值（A520nm）。以水為參比溶液，相同條件處理后測定吸光值。pH1.0 時葡萄酒色度（W1）計算公式如下。

W1=A520nm×20

1.3.2.2 pH3.6 時葡萄酒色度（wine color，WC）

將50 μL 10%乙醛溶液加入5 mL 葡萄酒樣品中。置于暗處平衡45 min 后，用1 mm 比色皿測定樣品在520 nm 下的吸光值（Aacet）。以水為參比溶液，相同條件處理后測定吸光值。pH3.6 時葡萄酒色度（W2）計算公式如下。

W2=Aacet×10

1.3.2.3 抗SO2漂白的花色苷衍生物色度（color due to pigments derivatives resistant to SO2，CDR SO2）

將75 μL 20%焦亞硫酸鈉溶液加入5 mL 葡萄酒樣品中。置于暗處平衡10 min 后，用1 mm 比色皿測定樣品在520 nm 下的吸光值（ASO2）。以水為參比溶液，相同條件處理后測定吸光值?？筍O2漂白的花色苷衍生物色度（CSO2）計算公式如下。

CSO2=ASO2×10

1.3.2.4 輔色素引起的花色苷增色效應（copigmented anthocyanin，CA）

測量葡萄酒樣品的pH 值，再用氫氧化鈉溶液調節(jié)12%乙醇和5 g/L 酒石酸氫鉀溶液的混合溶液的pH 值到酒的pH 值；取添加了50 μL 10%乙醛的葡萄酒樣品1 mL，用19 mL 的12%乙醇和5 g/L 酒石酸氫鉀混合溶液進行稀釋，使葡萄酒中的輔色素-花色苷復合物解離。稀釋后用10 mm 比色皿測定樣品在520 nm下的吸光值（Anoncopig）。以水為參比溶液，相同條件處理后測定吸光值。輔色素引起的花色苷增色效應（CA）計算公式如下。

CA=W2-Anoncopig×20

1.3.2.5 葡萄酒中游離花色苷色度（free anthocyanins，FA）

采用pH 示差法測定葡萄酒中游離花色苷的含量。分別向待測樣品中加入pH 值為1.0 的0.025 mol/L氯化鉀緩沖液和pH 值為4.5 的0.4 mol/L 醋酸鈉緩沖液稀釋，放置在暗處平衡30 min。用10 mm 比色皿分別測量樣品在520 nm 和700 nm 的吸光值。樣品中花色苷的含量用錦葵素-3-葡萄糖苷作為標準物。葡萄酒中游離花色苷色度（FA）公式如下。

FA=[（A520nm-A700nm）pH1.0-（A520nm-A700nm）pH4.5]×10

1.3.2.6 葡萄酒化學酒齡（chemical age of wine，CAW）

化學酒齡表示花色苷衍生物的顏色占比，化學酒齡（CAW，%）計算公式如下。

1.4 數據處理

試驗數據采用Origin 2018 進行作圖，采用單因素方差分析（ANOVA）確定差異具有統計學意義（P＜0.05），結果用平均值±標準差表示。每組試驗重復3 次。

2 結果與分析

2.1 超聲功率對葡萄酒色澤的影響

2.1.1 超聲功率對葡萄酒WCP 和FA 的影響

WCP 主要由離子化的花色苷的種類和含量決定[28]，反映葡萄酒紅色色調的變化。通過調節(jié)酒體pH 值至1.0，將無色半縮酮花色苷和花色苷-亞硫酸氫鹽復合物轉化為相應的花色烊陽離子形式后測定葡萄酒的總色度值，包括游離花色苷以及部分花色苷衍生物[25]。FA值能夠反映葡萄酒中游離花色苷的含量。游離花色苷的結構因受到pH 值的影響而具有不同的結構形式[29]，利用pH 示差法測量樣品中的游離花色苷，快速且不受其他色素干擾[30]。不同超聲功率處理組葡萄酒的WCP值、FA 值在貯藏期的變化見圖1。

由圖1 可知，WCP 在陳釀早期階段與游離花色苷呈正相關。隨著陳釀過程的進行，FA 值（圖1B）在貯藏期內下降，說明游離花色苷含量降低。隨著FA 值的降低，各組的WCP 值（圖1A）在貯藏4 周內也呈現下降趨勢。WCP 的降低意味著花色苷衍生物的形成并不能補償游離花色苷的減少導致的色度值的降低。WCP 的變化可能原因有兩方面，一方面是貯藏期內受外界環(huán)境（溫度、光照和氧氣等）的影響，葡萄酒中游離花色苷的降解[31]；另一方面是游離花色苷經歷氧化、聚合和縮合反應，生成了各種花色苷衍生物，而這些衍生物在520 nm 的吸收很低甚至沒有吸收[32]。葡萄酒中的衍生色素如通過乙基連接的錦葵色素-3-O-葡萄糖苷-（表）兒茶素二聚體和錦葵色素-3-O-香豆酰葡萄糖苷-（表）兒茶素二聚體的λmax分別為543 nm 和540 nm，與錦葵色素-3-O-葡萄糖苷（λmax=520 nm）相比顯示出紅移效應[33]。而與錦葵色素-3-O-葡萄糖苷相比，Vitisin B在490 nm 具有最大吸收波長，從而導致酒體呈現陳酒的橙紅色外觀[34]。Pinotins、黃烷醇-吡喃花色苷和Vitisin A 這些花色苷衍生物會隨著酒齡的增大，比例不斷增加。而這些衍生物在紫外光譜中的最大吸收在504～518 nm，這意味著它們具有橙色或淡黃色的色調[35]。Remy-Tanneau 等[36]的研究表明，陳釀過程中錦葵色素-3-O-葡萄糖苷還可以通過C—C 鍵和醚鍵與（表）兒茶素聚合生成無色的二聚體，降低了酒體的總體色度。超聲處理在一定程度上可以提高酒體的總體顏色表現，如圖1A 所示，貯藏4 周后，超聲處理（90～360 W）與未經超聲處理的對照組相比，WCP 顯著增加（P＜0.05）。

2.1.2 超聲功率對葡萄酒WC 和CA 的影響

WC 是pH3.6 時葡萄酒在520 nm 處的吸光值，與花色苷和輔色素之間的輔色效應呈正相關[25]。研究表明WC 值與各花色苷及其衍生物的絕對含量有關，而與其相對含量無關[37]，即與質量濃度有關，而與質量百分比無關。

CA 主要反映輔色效應對色澤呈現的貢獻。相比陳酒，CA 對新酒顏色的貢獻更大，隨陳釀時間的延長而降低。這是因為葡萄酒陳釀過程中單寧含量會經歷一個解聚過程，黃烷醇含量逐漸增加，輔色效應也增加，但隨著陳釀的進行，花色苷衍生物逐漸生成，輔色效應也逐漸減弱。輔色素的存在提高了花色苷穩(wěn)定性，同時增強了花色苷在酒體中的顏色呈現，因此輔色效應能夠進一步促使WC 值增加[38]。不同超聲功率處理組葡萄酒WC、CA 在貯藏期的變化見圖2。

圖2 不同超聲功率處理組葡萄酒WC、CA 在貯藏期的變化Fig.2 The changes of WC and CA in wines of different ultrasonic power during storage

新酒中游離花色苷因為經歷了氧化、聚合和縮合等反應后含量一直在減少[39]，但游離花色苷逐漸轉化成其對應的衍生產物，因此總色素的絕對含量（質量濃度），包括游離花色苷和花色苷衍生產物一直在增加。由圖2 可知，葡萄酒的WC（圖2A）在貯藏過程中表現出上升趨勢。超聲明顯有利于促進游離花色苷的轉化，圖2B 表明270 W 和360 W 兩種超聲功率更有利于促進衍生色素和花色苷-輔色素復合物的生成，從而加速了新酒顏色趨于成熟。李杏華[40]推測超聲處理導致葡萄酒WC 增加的原因可能是超聲促進了酒體中花色苷與酚酸、黃烷醇等物質之間的輔色作用。

由圖2B 可知，反映輔色的CA 整體呈先升高后降低的趨勢，并且超聲對輔色效應具有促進作用，超聲功率為180 W 的試驗組和對照組相比，在貯藏初期便表現出顯著性差異（P＜0.05），隨著貯藏時間的延長，從第0 周的顯著增加轉變?yōu)轱@著減少（P＜0.05）。這表明一定功率的超聲處理所產生的空化效應在酒體中造成局部較高的溫度和壓力，促進了葡萄酒中的化合物之間的相互碰撞[41]，使得葡萄酒中的輔色素物質和游離花色苷在陳釀初期就形成復合物，這個過程中也會伴隨著單寧的加速解聚和兒茶素等單體含量的增加，這也是輔色效應進一步得到促進的原因。Celotti 等[42]試驗發(fā)現超聲波處理過的樣品中黃烷醇初始含量降低，而在儲藏過程中花色苷和單寧含量降低，黃烷醇和聚合色素含量增加，推測這可能是因為適當的超聲波處理后促進酚類化合物的解聚和重組。Masuzawa等[43]研究證實了隨著葡萄酒的成熟，超聲波會促進酚類化合物的聚合。Fu 等[44]利用在模型酒中添加兒茶素研究超聲對酚類化合物變化的影響，發(fā)現超聲對模型酒中Xanthylium 陽離子色素的產生起到了促進作用，Xanthylium 陽離子色素是通過羧甲基橋聯的兒茶素二聚體的氧化產物。而后期，伴隨著色素衍生物的生成，游離花色苷以及輔色素的含量降低，輔色效應隨即減弱。

2.1.3 超聲功率對葡萄酒CDR SO2和CAW 的影響

CDR SO2是反映花色苷衍生物的關鍵色度值，表征葡萄酒在陳釀期間的衍生物的生成以及顏色穩(wěn)定性。在發(fā)酵和陳釀過程中，SO2產生的亞硫酸根離子可與游離花色苷生成無色且不穩(wěn)定的花色苷-亞硫酸氫鹽復合物[45]。因此，游離的花色苷和一些花色苷衍生物很容易被SO2進攻從而被漂白。然而，部分碳環(huán)4 號位被占據的花色苷衍生物對SO2相對穩(wěn)定[46]。CDR SO2反映能夠抗SO2漂白的花色苷衍生物的色度值。葡萄酒的化學酒齡（CAW）反映花色苷衍生物對酒體顏色的貢獻率，是評價葡萄酒陳化的一個重要指標。一般陳釀時間越長，化學酒齡也越大。不同超聲功率處理組葡萄酒CDR SO2、CAW 在貯藏期的變化見圖3。

圖3 不同超聲功率處理組葡萄酒CDR SO2、CAW 在貯藏期的變化Fig.3 The changes of CDR SO2 and CAW in wines of different ultrasonic power during storage

從圖3 可知，在陳釀過程中，葡萄酒中的衍生色素含量逐漸增加，葡萄酒的CDR SO2和CAW 在4 周的貯藏期內整體均呈現上升趨勢。這歸因于花色苷轉化為更穩(wěn)定的抗SO2的衍生色素，這些色素可能是Vitisin A 以及黃烷醇-吡喃花色苷（A-v-F）等4 號位被占據的色素[35]。超聲會促進游離花色苷經歷氧化、聚合和縮合反應[25，32，46]。由圖3A 可知，選擇360 W 超聲處理葡萄酒并貯藏4 周后，葡萄酒的CDR SO2與未經超聲處理的對照組相比顯著提高（P＜0.05）。

2.2 超聲次數對葡萄酒色澤的影響

2.2.1 超聲次數對葡萄酒WCP 和FA 的影響

不同超聲次數處理組葡萄酒WCP、FA 在貯藏期的變化見圖4。

圖4 不同次數處理組葡萄酒WCP、FA 在貯藏期的變化Fig.4 The changes of WCP，FA in wines of different ultrasonic cycles during storage

研究表明，多次的超聲處理可以在陳釀初期顯著提高葡萄酒的色度，如圖4A 可知，在貯藏第0 周時，超聲處理2 次和4 次的樣品中WCP 值顯著高于未經超聲處理的對照組（P＜0.05）。

游離花色苷在自然陳釀中的減少歸因于氧化反應、降解、沉淀、花色苷-輔色素復合物的形成[47]，這也是導致葡萄酒顏色從新酒的紫紅色調變?yōu)殛愥勂咸丫铺赜械募t寶石色，再到磚紅色調的原因。多次超聲有利于游離花色苷的降解和轉化（圖4B），促進衍生色素的生成。

2.2.2 超聲次數對葡萄酒WC 和CA 的影響

不同次數處理組葡萄酒WC、CA 在貯藏期的變化見圖5。

圖5 不同次數處理組葡萄酒WC、CA 在貯藏期的變化Fig.5 The changes of WC and CA in wines of different ultrasonic cycles during storage

由圖5A 可知，超聲處理2 次和4 次的葡萄酒的WC 在4 周的貯藏期內，相比于未經處理的對照組均有所提高（P＜0.05）。Li 等[25]的研究中發(fā)現，改變超聲處理次數（1～3 次）對藍莓酒的色調T 值和色度CD 值的影響有限，而超聲處理4 次則可以顯著提高T 值。而超聲次數的改變對葡萄酒的CA（圖5B）無影響。

2.2.3 超聲次數對葡萄酒CDR SO2和CAW 的影響

在陳釀初期，葡萄酒呈現紫紅色調主要歸因于游離花色苷以及某些衍生物如黃烷醇-花色苷和乙基連接的花色苷-黃烷醇[35]；而隨著葡萄酒陳釀的進行，花色苷、黃烷醇-花色苷和通過乙基連接的花色苷-黃烷醇的相對比例降低，Pinotins、黃烷醇-吡喃花色苷（Av-F）和Vitisin A 相對含量逐漸占據優(yōu)勢，使得酒體呈紅寶石色調；后期伴隨著游離花色苷的降解和轉化，酒體逐漸呈現出磚紅色。葡萄酒酒體中衍生色素的增加也被認為是葡萄酒品質提升，色澤穩(wěn)定的表現[48]。不同超聲次數對葡萄酒CDR SO2、CAW 在貯藏期的變化的影響見圖6。

圖6 不同次數處理組葡萄酒CDR SO2、CAW 在貯藏期的變化Fig.6 The changes of CDR SO2 and CAW in wines of different ultrasonic cycles during storage

如圖6A 所示，葡萄酒CDR SO2隨著陳釀時間的延長而增加。和對照組相比，貯藏4 周后超聲處理試驗組的CDR SO2均顯著增加（P＜0.05），其中處理4次的葡萄酒增加最顯著。由圖6B 可知，超聲4 次同樣可以顯著提高葡萄酒的化學酒齡CAW，推測超聲次數的增加促進了葡萄酒陳釀過程中游離花色苷的衍生化。由此表明，超聲處理次數的增加對衍生色素的生成起到了增效作用。

2.3 超聲時間對葡萄酒色澤的影響

通常超聲會導致花色苷降解，這主要是因為超聲波產生的溫度、壓力或固體和液體界面之間的聲空化效應以及由微流和沖擊產生的剪切力導致的[49]。過長的超聲處理過程中溫度的升高也可能會促進自由基的增加，這些自由基通過開環(huán)和形成查爾酮形式參與了花色苷的降解[50]。Cao 等[49]研究表明較長時間的超聲處理可以導致楊梅汁中花色苷的降解。Fulcrand 等[51]的研究表明較長時間的超聲處理可以促進紅葡萄汁中花色苷的降解。Li 等[25]在對藍莓酒的研究中發(fā)現過長的超聲處理并不會造成酒體中花色苷的過度降解。Natolino 等[52]在對葡萄酒進行90%的振幅和10 min 的超聲處理后，葡萄酒最高溫度達到48°C，并未發(fā)現降解現象。Fulcrand 等[51]認為降解程度會因花色苷結構的不同而具有特異性?；ㄉ赵诔曁幚磉^程中的降解是具有特異性的[53-54]。超聲處理時間同樣可以對葡萄酒的色澤產生影響。超聲時間對葡萄酒色澤的影響如圖7 所示。

圖7 不同超聲時間處理組葡萄酒在貯藏期的變化Fig.7 The changes in wines of different ultrasonic time during storage

選擇合適的超聲時間可以促進酒體中衍生色素和花色苷-輔色素復合物的生成。從圖7C 可知，當超聲時間為20 min 時，超聲處理組的WC 和對照組相比具有顯著性差異（P＜0.05），表明20 min 的超聲處理使得酒體中花色苷及其衍生物的絕對含量高于對照組。圖7E 顯示，貯藏4 周后，10～30 min 的超聲處理和對照組相比，酒體的CDR SO2均顯著性增加（P＜0.05），且以20 min 為最顯著。Sun 等[46]的研究表明超聲處理可以加速花色苷向衍生色素轉化。而從圖7d 可以看出，隨著貯藏期的延長，在第4 周時，超聲處理20～40 min的葡萄酒的CA 已經顯著高于對照組（P＜0.05），表明一定的超聲時間的處理有利于葡萄酒陳釀早期輔色效應的增強。

3 結論

陳釀期間，因游離花色苷的降解和衍生色素的生成，葡萄酒酒體顏色會從新酒的紫紅色逐漸轉變?yōu)榇u紅色。葡萄酒的色澤指標能夠簡單、直觀的反映花色苷及其衍生色素的相互轉化情況。本試驗發(fā)現，適當的超聲波處理（超聲時間20 min、超聲功率180 W、超聲4次）可以加速游離花色苷的降解和轉化，促進酒體中花色苷衍生物的生成從而增大葡萄酒的化學酒齡。此外，適當的超聲處理能提高葡萄酒的色度值，促使葡萄酒從紫紅色色調向著磚紅色色調轉變?？偟膩碚f，超聲波作為一種非熱加工技術有利于提高葡萄酒在陳釀過程中的色澤品質，進一步縮短陳釀時間。