宮鵬飛,李蔚,孫永蓉,史肖,牛見明,韓舜愈*

1(甘肅農業(yè)大學 食品科學與工程學院,甘肅 蘭州,730070) 2(甘肅省葡萄與葡萄酒工程學重點實驗室,甘肅 蘭州,730070) 3(甘肅省葡萄與葡萄酒產業(yè)技術研發(fā)中心,甘肅 蘭州,730070)

酚類化合物是植物代謝過程中重要的次生代謝產物。目前發(fā)現(xiàn)的天然酚類化合物有8 000余種,其中黃酮類化合物占50%以上,但在不同種類植物的不同部位,其分布、組成與含量存在著很大差異[1-2]。葡萄的酚類化合物主要存在于種子(60%～70%)和果皮(28%～35%)中,在果肉中含量較少(<10%)[3-4]。葡萄和葡萄酒的酚類物質主要分為花色苷酚和非花色苷酚(酚酸、黃酮醇類、黃烷醇類和芪類)2種[5]。花色苷酚是葡萄和葡萄酒顏色的主要承擔者,非花色苷酚可以作為輔色劑與其他多酚化合物結合,可增強紅葡萄酒的色度及其顏色穩(wěn)定性[6]。同時它對葡萄酒的苦味、收斂性、澄清度、貯藏壽命和生物化學穩(wěn)定性等也有重要作用[7]。

茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)作為一種重要的細胞調節(jié)因子,參與了種子萌發(fā)、根生長、育性、果實成熟和衰老等發(fā)育過程以及對生物和非生物脅迫的防御反應[8]。研究發(fā)現(xiàn),MeJA處理后茉莉酸生物合成和次生代謝相關基因的表達上調[8]。近幾年,MeJA也逐漸開始應用于釀酒葡萄,研究發(fā)現(xiàn)外源MeJA處理可以改善葡萄芳香化合物的品質,促進漿果中酚類化合物的積累[9-10]。因此,為了解決河西走廊釀酒葡萄產區(qū)葡萄酒存在的問題,如色澤較淺、顏色不穩(wěn)定和老化速度快等問題,本試驗以釀酒葡萄‘黑比諾’和‘馬瑟蘭’為原料,通過在轉色初期對其進行MeJA噴施處理,待成熟后采收并進行釀酒試驗,分析葡萄酒中酚類化合物的變化,為利用MeJA提高葡萄酒的品質提供技術支撐和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料

‘黑比諾’和‘馬瑟蘭’葡萄原料來自于甘肅省武威市林業(yè)研究院葡萄基地。

1.1.2 試劑

茉莉酸甲酯(分析純),Sigma公司；二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷(≥98.0%),Miragen公司；甲酸和乙酸(色譜級),Thermo Scientific公司；乙腈和甲醇(色譜級),Merck公司；水,廣州屈臣氏食品飲料有限公司；酚酸類(水楊酸、香草酸等)、黃酮醇類(柚皮素、槲皮素、楊梅素、蘆丁等)、黃烷醇類(表兒茶素、兒茶素、原花青素B1等)以及白藜蘆醇38種非花色苷標準品,百靈威科技有限公司和上海阿拉丁生物科技股份有限公司。

1.1.3 主要儀器

1290-6460型超高效液相色譜-質譜聯(lián)用儀,安捷倫科技有限公司；Genesis 10 S型紫外-可見分光光度儀,Thermo Scientific公司；RE-6000A旋轉蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間處理

2種葡萄品種均選取6行生長良好和生長狀況基本相同的葡萄植株,每行選擇15株,處理組和對照組均做3個重復。選擇時去除田間邊緣的植株,盡可能避免邊緣差異的影響。

MeJA采用體積分數(shù)1%的乙醇溶解后,加入體積分數(shù)0.1%的吐溫-80乳化,用蒸餾水定容配制成濃度為10 mmol/L。對照組為相同濃度的乙醇和吐溫-80的水溶液[11]。在轉色初期對葡萄果樹進行噴施處理,將配制好的藥液均勻噴施于葡萄葉面和葉背及果實,至藥液欲滴為止,每株大約200 mL[11]。

1.2.2 干紅葡萄酒釀造工藝

原料分選→除梗破碎→添加果膠酶和SO2→低溫浸漬→接種酵母→酒精發(fā)酵→酒精發(fā)酵結束→皮渣分離→接種乳酸菌→蘋乳發(fā)酵→蘋乳發(fā)酵結束→取樣保存。

葡萄原料經篩選、除梗破碎后,將每個處理的葡萄分裝在3個20 L的不銹鋼罐中,共12罐。添加60 mg/L SO2和2 g/L果膠酶,4 ℃浸漬3 d后,加入活化后的紅佳釀酵母進行酒精發(fā)酵,每天手動搖罐3次。還原糖的含量低于4 g/L時終止酒精發(fā)酵,之后去除皮渣,重新裝入5 L棕色罐后,加入0.02 g/L乳酸菌進行蘋乳發(fā)酵,結束后加入60 mg/L SO2,取樣保存。

1.2.3 理化指標的測定

總酸、揮發(fā)酸、pH和酒度參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》進行測定[12]。

總酚：采用Folin-Ciocalteu方法進行測定[13]。

總花色苷：參照翦祎等[14]的方法,采用pH示差法進行測定。

1.2.4 花色苷多酚的測定

參照陳欣然等[15]優(yōu)化的方法。采用1290-6460型HPLC-MS/MS進行檢測。色譜柱：Poroshell 120 EC-C18(150 mm× 2.1 mm，2.7 μm)；流動相A：V甲酸∶V水=0.2∶100，流動相B：V甲酸∶V甲醇∶V乙腈=0.2∶50∶50；梯度洗脫程序：0～27 min 90%A～10%B，27～28 min 44%A～56%B，28～33 min 90%A～10%B；柱溫：30℃。

1.2.5 非花色苷多酚的測定

參照PORTU等[16]優(yōu)化的方法。采用1290-6460型HPLC-MS/MS 進行檢測。色譜柱：Zorbax SBC-18(150 mm×2.1 mm，3.5 μm)；流動相A：V水∶V醋酸=0.2∶100，流動相B：純乙腈；柱溫：30℃；進樣量10 μL；流速：0.2 mL/min；梯度洗脫程序: 0～5 min 2%A～7%B，5～45 min 7%A～30%B，45～46 min 30%A～65%B；46～47 min 65%A～95%B，47～50 min 95%A～2%B；平衡時間：3min。ESI離子源負離子模式下,離子源溫度350 ℃,霧化氣壓力為30 psi；干燥氣流速為10 mL/min；干燥氣溫度350 ℃；離子掃描范圍m/z50～1 500。通過樣品圖譜信息與保留時間和譜庫相應物質信息對比判定進行定性。通過外標法對非花色苷多酚的含量進行定量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Office Excel 2010軟件對樣本(n=3)所得數(shù)據(jù)進行基本處理,并利用Origin 9.1軟件進行制圖。采用IBM SPSS Statistics 19.0分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異分析(Duncan法,P<0.05)和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒基本理化指標的影響

2種葡萄酒的基本理化指標見表1?？傮w上,MeJA處理后2種酒樣總酸、揮發(fā)酸、酒度均無顯著差異(P>0.05),且符合國標對于干紅葡萄酒的規(guī)定。MeJA處理后,黑比諾和馬瑟蘭酒樣中總酚的含量分別提高了0.10和0.93 g/L,總花色苷的含量分別提高了100.40和51.66 mg/L,且2種酒樣中總酚和總花色苷均具有顯著差異(P<0.05)。

表1 葡萄酒的基本理化指標Table 1 Basic physical and chemical indicators of wines

花色苷酚是葡萄酒中主要的呈色物質,并且研究發(fā)現(xiàn)葡萄酒花色苷與CIELab色值中L*、b*和H*ab值呈負相關,與a*和C*ab值呈正相關,花色苷能夠解釋新葡萄酒紅色(a*)的64.56%～81.57%[17],因此其含量的增加對紅葡萄酒的顏色具有重要影響。

2.2 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中花色苷酚的影響

2.2.1 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中單體花色苷的影響

由表2可知,2種酒樣中共檢測出5種單體花色苷,且大部分研究也顯示歐亞種葡萄中只存在5種單體花色苷及其衍生物,而花葵素-3-O-葡萄糖苷及其衍生物基本未檢測到[15]。MeJA處理后,黑比諾和馬瑟蘭酒樣中5種單體花色苷的總含量分別上升了23.46%和4.64%,但無顯著差異(P>0.05)。除了黑比諾酒樣中甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷的含量顯著升高(P<0.05),其他單體花色苷的含量無明顯差異。

表2 葡萄酒中花色苷酚的含量 單位：mg/L

續(xù)表2

2.2.2 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中?；ㄉ辗拥挠绊?/p>

乙酰、香豆酰、咖啡酰和阿魏酰等酰化基團可以和平面吡喃核的π-鍵堆疊或共軛進一步修飾花色苷的糖分子,保護花色苷的有色結構,形成較穩(wěn)定的?；ㄉ誟18-19]。MeJA處理后,馬瑟蘭酒樣中乙?；?、咖啡酰化、香豆?；ㄉ盏目偤糠謩e提高了11.03%、40.00%和29.10%,其中咖啡酰化和香豆?；ㄉ盏暮匡@著提高(P<0.05)。5種乙?；ㄉ盏亩谆ù渌匾阴；?3-O-葡萄糖苷的含量最高,MeJA處理后其含量提高了12.00%。酒樣中僅檢測出了2種咖啡?；突ㄉ?經MeJA處理后酒樣中二甲基花翠素咖啡酰化-3-O-葡萄糖苷的含量明顯提高?？傮w上,處理組和對照組酒樣中8種香豆酰化花色苷均無明顯差異,但其總含量顯著升高(P<0.05)。

2.2.3 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中其他花色苷酚的影響

在紅葡萄酒發(fā)酵和陳釀過程中,單體花色苷及其相應的?；ㄉ胀ㄟ^各種反應進一步形成吡喃型花色苷,具有更強的穩(wěn)定性[20-21]。此外,還有一類聚合花色苷,是花色苷通過縮合或加成一些黃烷醇類物質形成的產物[22]。MeJA處理后,2種酒樣中其他類花色苷的總含量分別提高了7.95%和171%,并且2種酒樣中其含量均存在顯著差異(P<0.05),這一結果也能夠解釋前文中單體花色苷和乙?；ㄉ盏暮孔兓〉脑?。

2.2.4 基于主成分和熱圖分析茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中花色苷酚的影響

為了更清楚地分析MeJA處理對葡萄酒花色苷酚的影響,選擇含量大于0.01 mg/L的花色苷酚進行主成分分析(圖1-a和1-c)?；谔卣髦荡笥?進行公因子提取,得到了黑比諾酒樣中PC1(68.95%)和PC2(15.01%)累計方差達到83.96%,馬瑟蘭酒樣中PC1(51.49%)和PC2(25.43%)累計方差達到76.92%,能夠解釋原始變異的多數(shù)信息。從圖1-a可以看出,黑比諾酒樣大部分花色苷酚位于PC1正半軸,包括A1、A3和A5等單體花色苷酚,而PC1負半軸僅有A4和A28這2種花色苷。從圖1-c可知,馬瑟蘭酒樣中PC1負半軸僅有A36和A27這2種花色苷,其余花色苷酚位于PC1正半軸,包括5種單體花色苷和?；ㄉ铡４送?2種葡萄酒處理組和對照組明顯區(qū)分開,表明MeJA處理后黑比諾和馬瑟蘭酒樣中花色苷含量具有差異。

黑比諾酒樣：a-主成分分析；b-熱圖分析；馬瑟蘭酒樣：c-主成分分析；d-熱圖分析圖1 兩種葡萄酒中花色苷酚的主成分分析和熱圖分析Fig.1 Principal component analysis and heat map analysis of anthocyanins in two wines

通過熱圖進一步聚類分析MeJA處理后2種酒樣中花色苷酚的差異。由圖1-b可知,黑比諾酒樣中花色苷酚分為Ⅰ類(A1-A37)、Ⅱ類(A2-A26)和Ⅲ類(A4-A28),其中處理組酒樣Ⅰ類和Ⅱ類高于對照組,僅A4和A28低于對照組,表明MeJA處理能夠提高黑比諾酒樣中花色苷酚的含量。由圖1-d可知,馬瑟蘭酒樣中花色苷酚分為Ⅰ類(A8-A44)、Ⅱ類(A26-A27)和Ⅲ類(A19-A9),其中處理組酒樣中Ⅰ類和Ⅱ類花色苷酚明顯高于對照,而處理組僅A26和A27低于對照組,表明MeJA處理后馬瑟蘭酒樣中花色苷酚的含量升高。

2.3 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中非花色苷酚的影響

MeJA處理對不同類型非花色苷酚的含量影響不同,且不同品種葡萄酒中非花色苷酚的種類存在差異。2個品種的酒樣中共檢測出35種非花色苷酚,包括13種酚酸類、14種黃酮醇類、7種黃烷醇類和1種芪類?！诒戎Z’葡萄酒中共檢測出30種非花色苷酚,MeJA處理后總含量提高了9.52%。‘馬瑟蘭’葡萄酒中共檢測出35種非花色苷酚,但總含量無明顯差異。

2.3.1 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中酚酸類的影響

在葡萄酒中酚酸類物質有助于葡萄酒顏色的穩(wěn)定和防止氧化,對葡萄酒的色澤起重要作用[23]。由表3可知,黑比諾和馬瑟蘭酒樣中分別檢測出了12種和13種酚酸類化合物。MeJA處理后,黑比諾和馬瑟蘭酒樣中酚酸的總含量分別提高了41.86%和46.60%。

表3 葡萄酒中酚酸類化合物的含量 單位：mg/L

黑比諾酒樣中沒食子酸、咖啡酸、沒食子酸乙酯和丁香酸的含量大于1 mg/L,MeJA處理后前3者的含量分別提高了94.49%、45.15%和26.55%,而丁香酸的含量降低了34.59%。馬瑟蘭酒樣中香草酸、沒食子酸、咖啡酸、丁香酸和沒食子酸乙酯的含量大于1 mg/L,前4種化合物的含量分別提高了189.60%、47.30%、8.43%和77.66%,而沒食子酸乙酯的含量降低了6.55%,但無明顯差異。綜上,MeJA處理后2種酒樣中沒食子酸和咖啡酸的含量均提高,且沒食子酸的含量具有顯著差異(P<0.05)。

2.3.2 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中黃酮醇類的影響

黃酮醇類作為一種重要的輔色物質,多以糖苷或結合態(tài)形式存在,而極少數(shù)以游離態(tài)形式存在,具有多方面生物活性[24]。由表4可知,黑比諾和馬瑟蘭酒樣中分別檢測出了11種和14種黃酮醇類。MeJA處理后,黑比諾酒樣中黃酮醇類化合物的總含量降低了5.14%,而馬瑟蘭酒樣中其總含量增加了64.41%,且具有顯著差異(P<0.05)。黑比諾酒樣中大于1 mg/L的黃酮醇類化合物有落新婦苷、金絲桃苷、二氫槲皮素和槲皮苷。經MeJA處理后,上述4種化合物的分別降低了2.71%、9.97%、10.59%和26.92%,但僅落新婦苷和槲皮苷的含量具有顯著差異(P<0.05)。MeJA處理后,馬瑟蘭酒樣中黃酮醇類的含量均有不同程度的提高。對照組酒樣中金絲桃苷的含量高于1 mg/L,而處理組酒樣中楊梅素、落新婦苷和金絲桃苷均高于1 mg/L,其中金絲桃苷的含量提升了92.09%。

表4 葡萄酒中黃酮醇類化合物的含量 單位：mg/L

2.3.3 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中黃烷醇類化合物的影響

在葡萄酒中,黃烷-3-醇類的單體是提供苦味的重要物質,對葡萄酒口感有很大影響[25]。由表5可知,黑比諾和馬瑟蘭酒樣中分別檢測出了6種和7種黃烷醇類化合物。MeJA處理后,黑比諾酒樣中其總含量提高了9.73%,而馬瑟蘭酒樣中其總含量降低了8.24%,但2種酒樣均無顯著差異(P>0.05)。2種酒樣中兒茶素的含量最高,其次為表兒茶素和原花青素B1。

表5 葡萄酒中黃烷醇類化合物的含量 單位：mg/L

MeJA處理后,在黑比諾酒樣中上述3種化合物的含量增高,分別提高了5.64%、10.34%和31.21%,而馬瑟蘭酒樣中這3種化合物的含量降低,分別降低了8.84%、8.50%和15.16%。但馬瑟蘭酒樣中EG的含量顯著提高了77.66%(P<0.05)。

2.3.4 茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中白藜蘆醇的影響

不同品種的葡萄及其不同組織中白藜蘆醇的含量存在差異,主要存在于葡萄果皮和葉子中,果肉中含量極少,新鮮葡萄果皮中大約含有60～90 mg/g[26]。由圖2可知,MeJA處理后2種葡萄酒中白藜蘆醇的含量分別提高了23.88%和241.66%,且均表現(xiàn)出了顯著差異(P<0.05)。

圖2 葡萄酒中白藜蘆醇的含量Fig.2 The content of resveratrol in wines

2.3.5 基于主成分和熱圖分析茉莉酸甲酯處理對葡萄酒中非花色苷酚的影響

選擇含量高于0.01 mg/L的非花色苷酚類進行了主成分分析(圖3-a和3-c)。基于特征值大于1進行公因子提取,得到了黑比諾酒樣中PCI(69.16%)和PC2(19.12%)的累積方差貢獻率達到88.28%,馬瑟蘭酒樣中PCI(58.02%)和PC2(29.71%)的累積方差貢獻率達到87.73%。黑比諾酒樣的主成分分析發(fā)現(xiàn)(圖3-a),PC1正半軸主要反映了B4、B9、D1、D2和E1等酚酸類、黃烷醇類和白藜蘆醇,PC1負半軸主要反映了C6、C15、C12等黃酮醇類。從圖3-a還可以看出,對照組和處理組明顯被區(qū)分開,對照組在PC1負半軸表現(xiàn)出高的載荷系數(shù),處理組在PC1正半軸表現(xiàn)出高的載荷系數(shù),表明MeJA處理提高了黑比諾酒樣中白藜蘆醇、酚酸類和黃烷醇類的含量。馬瑟蘭酒樣的主成分分析發(fā)現(xiàn)(圖3-c),PC1正半軸主要反映了E1、B4、B8、C11和C8等白藜蘆醇、酚酸類和黃酮醇類,PC1負半軸主要反映了D1、D2和D7等黃烷醇類。此外,對照組與處理組也被明顯區(qū)分開,表明了MeJA處理提高了馬瑟蘭酒樣中白藜蘆醇、酚酸類和黃酮醇類的含量。

葡萄酒中的非花色酚類化合物多種多樣,為進一步分析MeJA處理后其含量的變化,利用熱圖進行聚類分析。由圖3-b可知,黑比諾酒樣中非花色苷酚被分為Ⅰ類(B7-C15)和Ⅱ類(D2-D6),其中Ⅰ類主要是黃酮醇類,Ⅱ兩類主要是酚酸類和黃烷醇類。結果顯示,處理組酒樣中黃酮醇類的含量低于對照,酚酸類和黃烷醇類的含量高于對照組。由圖3-d可知,馬瑟蘭酒樣中非花色苷酚被分為Ⅰ類(C8-D3)、Ⅱ類(B12-C15)和Ⅲ類(B1-D4),Ⅰ類主要是酚酸類,Ⅱ類主要是黃烷醇類,Ⅲ類主要是黃酮醇類。結果顯示,處理組酒樣中酚酸類和黃酮醇類的含量高于對照,黃烷醇類的含量低于對照組。

黑比諾酒樣：a-主成分分析；b-熱圖分析；馬瑟蘭酒樣：c-主成分分析；d-熱圖分析圖3 兩種葡萄酒中非花色苷酚化合物的主成分分析和熱圖分析Fig.3 Principal component analysis and heat map analysis of non-anthocyanin phenols in two wines

3 討論與結論

本試驗發(fā)現(xiàn)MeJA處理后2種葡萄酒中總酸、揮發(fā)酸和酒精含量均無顯著變化,但總酚和總花色苷含量顯著提高。與趙婉珍[27]研究發(fā)現(xiàn)MeJA處理后‘美樂’干紅葡萄酒的酒精度和總酸含量無明顯差異,總酚的含量顯著增加的結果相似。也有文獻報道,MeJA處理后‘丹魄’葡萄酒中發(fā)現(xiàn)酒精度、總酸和揮發(fā)酸含量無明顯差異,花色苷的含量增加[28]。

酚類化合物能夠通過輔色作用增強葡萄酒的顏色[27]。因此,通過MeJA處理提高葡萄酒中的酚類的含量,能夠改善發(fā)酵結束時葡萄酒的色澤品質。本試驗結果表明,MeJA處理后2種葡萄酒中5種單體花色苷無顯著變化,但馬瑟蘭酒樣中香豆?；约芭c其他化合物加成形成的花色苷含量顯著增加,這個結果可能是由于進行了蘋乳發(fā)酵,使花色苷發(fā)生了轉化。有研究表明,在葡萄酒進行酒精發(fā)酵和蘋乳發(fā)酵過程中5種單體花色苷的變化趨勢不同,酒精發(fā)酵和蘋乳發(fā)酵前期5種單體花色苷的含量逐漸增加,而在蘋乳發(fā)酵后期它們的含量降低[29]。PORTU等[16]也發(fā)現(xiàn)MeJA處理后葡萄酒經過蘋果酸-乳酸發(fā)酵后,5種單體花色苷之間無明顯差異。本研究發(fā)現(xiàn)2種葡萄酒中酚酸類和白藜蘆醇的含量均顯著提高,但黑比諾酒樣黃酮醇類的含量降低,黃烷醇類的含量升高；馬瑟蘭酒樣黃酮醇類的含量升高,黃烷醇類的含量降低。造成這種現(xiàn)象的原因可能是葡萄品種和釀造工藝的差異,也可能是在發(fā)酵過程中葡萄酒非花色苷酚通過加成、轉化和聚合作用形成了其他化合物。但也有學者研究發(fā)現(xiàn)MeJA處理增加了葡萄酒中黃烷醇的含量,并且黃酮醇類和芪類物質的含量顯著增加[30]。因此,MeJA處理對葡萄和葡萄酒黃烷醇和黃酮醇類化合物的影響還有待進一步研究,還需要研究葡萄酒釀造過程中黃烷醇和黃酮醇類化合物的變化規(guī)律及其作用機制。