張 波，韓舜愈*，馬騰臻，祝 霞，李 敏

（甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院，甘肅省葡萄與葡萄酒工程學重點實驗室，甘肅 蘭州 730070）

葡萄酒因其悠久的歷史，特殊的釀造工藝、產地及品質的挑剔性早已成為全球重要的酒精性飲料之一。隨著社會經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，葡萄酒越來越多地被國內外消費者接受和認可，購買和飲用葡萄酒成為一種追求時尚和健康的選擇[1]。與此同時，人們對葡萄酒的品質也提出了新的要求。顏色作為紅葡萄酒重要的感官指標之一，不僅可以反映葡萄酒釀造的工藝水平，也是影響消費者評判葡萄酒質量的關鍵視覺因素[2]。盡管葡萄酒的歷史可以追溯到公元前5 500年[3]，但是直到20世紀下半葉，伴隨著多功能、高靈敏色譜和光譜技術的發(fā)展，人們才開始真正意義上對紅葡萄酒中呈色物質的種類和性質有了基本的認識和了解[4]，并在此基礎上進行系統(tǒng)而深入的研究。

花色苷類化合物是紅葡萄酒中主要的呈色物質。研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果皮中的花色苷類物質在發(fā)酵階段被浸漬進入酒體，并在整個葡萄酒的生產和貯藏環(huán)節(jié)中逐漸轉化形成以花色苷及其衍生物為主要類型的花色苷體系，其種類、狀態(tài)和含量決定了酒體的色澤特征和陳釀潛能[5]，而對紅葡萄酒中花色苷的研究也越來越多地引起了葡萄與葡萄酒產業(yè)科研人員的興趣與重視。因此，認識和了解紅葡萄酒中花色苷及其衍生物的結構類型特點，對研究紅酒在發(fā)酵和陳釀過程中的顏色變化及色澤穩(wěn)定性有著十分重要的意義。本文針對紅葡萄酒中花色苷的基本結構、衍生物的結構特征、形成途徑和理化性質等方面的研究現(xiàn)狀與趨勢進行論述，以期為葡萄酒中花色苷衍生物的結構研究提供有益參考和幫助。

1 紅葡萄酒中花色苷的基本結構

紅葡萄中的花色苷多存在于葡萄的果皮組織中，但在一些染色品種，如紫北塞、小北塞、煙73等的果肉細胞中也含有花色苷類成分[6-7]。此外，最新的研究顯示，在某些成熟的白色葡萄品種中也檢測到少量花色苷類物質[8]。新鮮紅葡萄酒中的花色苷質量濃度因品種和釀造工藝而有差異，通常在200～500 mg/L之間，有時個別紅酒的質量濃度還會達到2 000 mg/L以上[9]。在紅葡萄酒陳釀期間，游離態(tài)和聚合態(tài)的花色苷質量濃度會發(fā)生規(guī)律性的變化，使得紅葡萄酒的顏色逐漸由紫紅或寶石紅色向瓦紅或磚紅色轉變。

從化學結構上來看，花色苷主要是花色素和各種糖分子通過糖苷鍵結合形成的糖基衍生物。作為苷元的花色素，其基本結構為2-苯基-苯并吡喃，因其與類黃酮類物質具有相同的C6-C3-C6碳架結構和生物合成途徑，也被統(tǒng)稱為類黃酮類化合物。到目前為止，自然界中已經發(fā)現(xiàn)的花色素有23 種[10]，其中在葡萄及葡萄酒中鑒定出的有6 種，即花葵素、花青素、花翠素、3’-甲基花青素、3’-甲基花翠素和3’,5’-二甲基花翠素（圖1和表1）[11]。

自然條件下葡萄果實中游離態(tài)的花色素極其罕見，一般都與1 個或多個糖分子連接形成花色苷。按糖基位置和數(shù)量的不同，可將花色苷分為3-O-單糖類花色苷、3,5-O-雙糖類花色苷和3,7-O-雙糖類花色苷等。對于歐亞種釀酒葡萄來說，3’,5’-二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷及其衍生物則是其中主要的色素類型。Nagel等[12]利用高效液相色譜分析發(fā)現(xiàn)3’,5’-二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷含量在赤霞珠和美樂葡萄酒中約占總花色苷含量的42%左右，而在歌海娜中占總量的90%以上[13]。相比釀酒葡萄而言，美洲種葡萄（河岸葡萄、沙地葡萄）、山葡萄和圓葉葡萄中的3,5-O-雙葡萄糖苷則是其重要的顯色特征物質[14]。但是近期的研究表明，在某些歐亞種葡萄中也可檢測到3,5-O-雙葡萄糖類花色苷甚至3,7-O-雙葡萄糖類花色苷[15-16]。研究認為，糖分子可以增加花色素單體的化學穩(wěn)定性和水溶性，但并不影響花色素的呈色反應，其顏色差異主要取決于結構中B環(huán)R1和R2位的取代基團。一般認為，OH取代數(shù)目越多，花色苷越偏向于藍色色調，而OCH3數(shù)目越多，表現(xiàn)出的紅色特征越明顯[17]。

圖1 花色素結構[11]Fig.1 Structure of anthocyanidins[11]

表1 花色素結構[11]Table1 Structure of anthocyanidins[11]

花色苷的糖分子上可?；袡C酸分子基團，形成較為穩(wěn)定的?；ㄉ眨▓D2）。?；ǔＮ挥?-O-花色苷糖基的C6羥基處，但某些糖的C2、C3和C4羥基處也有發(fā)生酯化的酰化結構[18]。常見的具有?；鶊F的花色苷主要為羥基肉桂酸類化合物，如對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸和芥子酸；另外乙酸、草酸、丙二酸、蘋果酸、琥珀酸也是較為常見的?；肿覽19]；在釀酒葡萄中，乙酰、香豆酰和咖啡酰則是主要的?；鶊F[20]。正是由于分子中羥基數(shù)目、甲氧基化程度、糖分子種類和?；鶊F的性質、數(shù)量及位置的不同，才形成了數(shù)量眾多和不同性質的花色苷種類；而這些基本花色苷在隨后的發(fā)酵和陳釀過程中通過加成、環(huán)化或聚合等反應進一步形成了其他不同類型、不同顏色的花色苷類衍生物質[21]。

圖2 ?；ㄉ战Y構Fig.2 Structure of acylated anthocyanins

2 紅葡萄酒中花色苷衍生物

隨著陳釀的進行，干紅葡萄酒中游離的花色苷類物質與酒中的一些多酚化合物縮合，形成分子質量較大的花色苷類衍生物。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)4 種結構類型的花色苷（表2），主要包括吡喃型花色苷[22]、花色苷與黃烷醇直接連接形成的聚合花色苷（花色苷-黃烷醇（anthocyanin-flavanol，A-F）聚合物和黃烷醇-花色苷（flavanol-anthocyanin，F(xiàn)-A）聚合物）[23]、花色苷與酚類物質通過烷基基團連接形成的聚合花色苷（黃烷醇-烷基-花色苷（flavanol-alkyl-anthocyanin，F(xiàn)-alkyl-A）聚合物和花色苷-烷基-花色苷（anthocyanin-alkyl-anthocyanin polymer，A-alkyl-A）聚合物）[24]，以及花色苷與鞣花單寧形成的聚合類花色苷衍生物等[25]。

表2 紅葡萄酒中常見的花色苷衍生物Table2 Anthocyanin derivatives commonly found in red wine

2.1 吡喃型花色苷

在紅葡萄酒的研究過程中，人們除發(fā)現(xiàn)了常見的游離花色苷外，還從陳釀的干紅葡萄酒中檢測到幾類花色苷衍生物，這些新色素由于在C6-C3-C6的基礎上形成了一個吡喃環(huán)（D），因此被命名為吡喃型花色苷（圖3）。

研究發(fā)現(xiàn)，游離花色苷吡喃化后，相應的花色苷具有更強的顏色穩(wěn)定性。當pH值在1～5之間變化時，非吡喃化的游離花色苷色度可降低80%左右，而吡喃花色苷的色度卻沒有太大的波動[38]。自1996年Cameira-dos-Santos等[26]發(fā)現(xiàn)第一個吡喃型花色苷起，目前科研人員已在紅葡萄酒和葡萄皮渣中鑒定出7 種類型的吡喃花色苷化合物（圖4），分別是酚基吡喃型花色苷、Vitisins、乙烯基黃烷醇類吡喃型花色苷、Portisins、吡喃花色苷二聚體、Oxovitisins、丁二烯橋聯(lián)的吡喃型花色苷等[34,39-40]。這些新型色素物質是葡萄酒在發(fā)酵和陳釀過程中的主要花色苷[39]。

圖3 吡喃型花色苷基本結構Fig.3 Basic structure of pyranoanthocyanins

圖4 吡喃型花色苷結構[41]Fig.4 Structure of pyranoanthocyanins[41]

2.1.1 酚基吡喃型花色苷

Cameira-dos-Santos等[26]在過濾紅葡萄酒的微濾膜上分離出一種未知的花色苷，通過和已知游離花色苷相比，其分子質量大于后者，且可見吸收光譜發(fā)生了明顯的藍移變化。Fulcrand等[42]利用紫外-可見光譜、質譜和核磁共振對這種新物質進行了結構鑒定，證實了該物質是含有二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷或二甲基花翠素-3-O-（6-對香豆酰）-葡萄糖苷的吡喃衍生物，并推測這種新物質可能是肉桂酸脫羧酶作用形成的4-乙烯基酚在花色苷的C4和C5位環(huán)化加成的產物（圖4a）。隨后，Hayasaka等[43]在紅葡萄酒中又鑒定出4-乙烯基兒茶酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基芥子酸與二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷形成的酚基吡喃衍生物，大大豐富了該類型花色苷的種類。到目前為止，已從紅葡萄酒中鑒定出多種花色苷，組成這些花色苷的花色素包括花翠素、甲基花青素、甲基花翠素和二甲基花翠素；而組成這些花色苷的糖基分子分別是葡萄糖、6-乙酰-葡萄糖和6-對豆香酰-葡萄糖；這些花色素和糖基分子通過3-O-糖苷鍵組合形成不同種類的花色苷[44-45]。

研究發(fā)現(xiàn)，干紅葡萄酒中的酚基吡喃花色苷的含量在陳釀5～6 年后可達到峰值，相比于陳釀初期的新鮮干紅葡萄酒而言，其含量約為前者的10 倍左右[4]。酚基吡喃花色苷對亞油酸過氧化反應的抑制作用要明顯高于其原花色苷；對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的清除能力則與酚基吡喃花色苷的結構有關，例如通過二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷形成的酚基吡喃衍生物對DPPH自由基的清除能力要高于其母體，但是花青素-3-O-葡萄糖苷的酚基吡喃衍生物對自由基的清除能力明顯則低于原花色苷[46]。

圖5 酚基吡喃型花色苷形成途徑[47-48]Fig.5 Formation pathway of hydroxyphenol-pyranoanthocyanins[47-48]

關于酚基吡喃型花色苷的形成機制，Schwarz等[47]提出了另一種可能的形成途徑，他們認為紅酒體系中的咖啡酸分子可直接利用其C2親核部位和花色苷C4位結合形成碳正離子，并在C5羥基處環(huán)化形成吡喃環(huán)D，之后經過肉桂酸類分子取代、氧化脫羧形成該類型的花色苷分子。由于這一過程是在研究品樂（Pinotage）葡萄酒時發(fā)現(xiàn)的，因此通過這條途徑產生的酚基吡喃型花色苷又被稱為Piontins（圖5）[47-48]。

2.1.2 Vitisins

丙酮酸和乙醛是葡萄酒發(fā)酵過程中由酵母菌代謝產生的2 種常見的產物。這2 種物質會和游離花色苷作用，形成一類新的吡喃型色素——Vitisins，并產生明顯的藍移現(xiàn)象[4]。研究表明，在酸性環(huán)境下丙酮酸的烯醇式結構會與二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷的C4和C5部位環(huán)化加成形成Vitisin A（圖4b和圖6）[28]，并具有較高的水化作用常數(shù)（pKH1＝4.51±0.03、pKH2＝7.57±0.02）[49]、極大的色澤穩(wěn)定性[50]和很強的抗氧化能力[51]。

圖6 Vitisin A形成途徑[28]Fig.6 Formation pathway of vitisin A[28]

Vitisin A是陳釀1 年的Port酒中主要的花色苷類物質[52]，通常隨發(fā)酵的進行而產生，其生成受發(fā)酵體系的pH值、溫度、微生物菌種（酵母菌和乳酸菌）以及花色苷、丙酮酸和SO2濃度等[53-54]的影響。利用核磁共振技術發(fā)現(xiàn)，Vitisin A分子C10羧基中的質子很容易在反應過程中失去，使其呈陰離子形式，同時隨著pH值的逐漸升高，C7和C4’處羥基中的質子也會相繼轉移，導致花色苷分子出現(xiàn)醌式陰離子堿和醌式雙陰離子堿的結構狀態(tài)[55]。

相比Vitisin A而言，Vitisin B（圖4c）是目前從紅葡萄酒中分離出的結構最簡單的一種吡喃型花色苷，主要由乙醛與花色苷環(huán)化產生，其最大吸收波長在490 nm附近，在可見光譜中表現(xiàn)為明顯的橙黃色特征[38]。利用核磁共振和電噴霧質譜分析發(fā)現(xiàn)，Vitisin B分子離子峰的m/z為517，主要碎片離子（糖苷配基）的m/z為355，并且其雙電荷離子（m/2z）為259，表明該物質是具有雙電荷的吡喃花色苷化合物[56]。正是這種分子特性使得Vitisin B在pH值由低到高的變化過程中（pH 0～8），依次經歷了3 次質子轉移過程，其中具體的離子化常數(shù)（pKa1、pKa2、pKa3）已被核磁共振和紫外-可見光譜測定和證實[57-58]。

目前在干紅葡萄酒中已鑒定出花青素、花翠素、甲基花青素、甲基花翠素和二甲基花翠素的3-O-葡萄糖苷及其乙?；蛳愣辊；腣itisin A類型色素共計15 種[59-61]，而在紅葡萄酒中也發(fā)現(xiàn)有花翠素、甲基花青素、甲基花翠素和二甲基花翠素的3-O-葡萄糖苷，以及甲基花青素-3-O-（6-乙酰）-葡萄糖苷、二甲基花翠素-3-O-（6-對香豆酰）-葡萄糖苷等Vitisin B類型的花色苷[44,61]。He Jingren等[32]對陳釀3年的Port酒進行分析時檢測到一種特殊的Vitisins類物質，由于其D環(huán)結構中C10含有甲基基團，因此又被稱為甲基吡喃花色苷，其主要由游離花色苷和發(fā)酵過程中產生的乙酰乙酸環(huán)化形成，其合成途徑類似于Vitisin A的生成。與游離花色苷相比，甲基吡喃花色苷的最大可見吸收波長發(fā)生藍移，在溶液中呈現(xiàn)明顯的橙黃色色調（其最大可見吸收波長在478 nm左右），并具有較高的色澤穩(wěn)定性[62]。對此，Oliveira等[49]在測定了該類花色苷在不同pH值環(huán)境下相應的離子化常數(shù)值后認為，在較高電勢差（12.40）的情況下，甲基吡喃花色苷將脫去質子形成相應的甲烯基吡喃花色苷結構，新生成的物質由于增加了雙鍵的原因，對D環(huán)離域電子的平衡起到調節(jié)作用，因此表現(xiàn)出較強的顏色穩(wěn)定性。此外，酵母菌的其他代謝產物，如丙酮、乙偶姻、草酰乙酸和雙乙酰等也可與游離花色苷反應，形成類似的Vitisins化合物[41,43,63]。

由于Vitisins類型化合物在分子內形成了新的閉合環(huán)狀結構，其顏色特征和抗降解、抗氧化、抗SO2漂白等特性與常見的游離花色苷比較均有明顯的提高。例如Vitisin A在pH值近中性的環(huán)境下仍可表現(xiàn)出明顯的紅色色調[64]。采用電子自旋共振波譜法對Vitisin A的抗氧化活性進行測定，結果表明其對超氧陰離子自由基有很強的清除能力[65]。利用鐵離子還原法的實驗也同樣證實Vitisins類化合物有極高的抗氧化性，特別是由二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷形成的Vitisin A物質，其對DPPH自由基的清除能力要超過其前體物質和其他類型花色苷的Vitisin A衍生物[66]。另外，有研究還發(fā)現(xiàn)，Vitisin A能抑制人體內皮細胞上的腫瘤壞死因子的活性[67]，極大地拓展了Vitisins化合物在食品和醫(yī)藥領域的應用。

2.1.3 乙烯基黃烷醇類吡喃型花色苷

乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷（圖4d）是由二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷和乙烯基兒茶素、乙烯基表兒茶素以及乙烯基原花青素B2環(huán)化加成的產物[29]。其具體的反應過程包括：二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷和乙烯基黃烷醇分子內電荷的重排、黃烷醇分子在花色苷C4位的親核連接，以及兩分子通過氧化閉合形成最終的吡喃型分子（圖7）[68]。

圖7 乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷形成途徑[68]Fig.7 Formation pathway of vinylf l avanol-pyranoanthocyanins[68]

此外，Asenstorfer等[69]通過高效液相色譜-質譜聯(lián)用技術在葡萄酒及酒渣的提取物中也檢測出與上述物質相關的?；愃莆锖偷途埸S烷醇（2～4聚合體）類衍生物。同酚基吡喃花色苷一樣，乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷也有藍移現(xiàn)象，其最大光吸收峰在490～511 nm之間，顯示出黃化的顏色特征[29]。同時，通過研究結果還推測該類型的花色苷也具有同酚基吡喃花色苷相類似的合成機制[30,70]，而參與反應的乙烯基黃烷醇則可能來自黃烷醇-乙醇加成物的脫水反應或是由黃烷醇-乙基-黃烷醇寡聚體裂解產生[71-72]。He Jingren等[73]研究發(fā)現(xiàn)，紅葡萄酒的陳釀時間會影響乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷的含量，特別是對二聚化的乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷含量影響最為顯著；而增加乙烯基兒茶素、乙烯基表兒茶素等前體物的濃度也將會促進陳釀期間乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷含量的增加[74]。同時，研究還發(fā)現(xiàn)乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷還可發(fā)生分子內的輔色反應，使得其吸光度值在pH 3.6的紅酒體系下比pH 1.0時高出30%～50%[75]，這對維持酒體色澤起到重大的作用，并且由于形成了新的吡喃環(huán)，其對SO2的漂白也產生抗性。盡管乙烯基黃烷醇吡喃型花色苷具有極高的SO2抗性，但是不同種類的該物質受參與合成的黃烷醇基團影響，在顏色穩(wěn)定性方面仍有差異，其強弱排序為：兒茶素型吡喃花色苷＞原花青素型吡喃花色苷＞表兒茶素型吡喃花色苷[76]。

2.1.4 Portisins

Mateus等[70]從Port酒中分離得到由Vitisin A和乙烯基黃烷醇反應得到的花色苷衍生物，由于是從Port酒中首次發(fā)現(xiàn)，因此將其命名為Portisin A（圖4e）。Portisins A的最大光吸收峰在570 nm附近，結構中加成的乙烯基黃烷醇基團增大了D環(huán)離域電子的分布，使得其與游離花色苷相比，發(fā)生明顯的紅移，在酸性環(huán)境下呈現(xiàn)藍紫色特征[70]，并具有較高的摩爾消光系數(shù)（ε＝829 333 L/（mol·cm）），遠超于其前體物質Vitisin A（13 000 L/（mol·cm））和二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷（15 600 L/（mol·cm））[52,77]。通過核磁共振和電噴霧質譜分析，Mateus等[31]對Portisins A的合成機制進行了推測，認為烯醇化的乙烯基黃烷醇在Vitisin A的C10位處發(fā)生親核取代，經脫羧和氧化后，最終形成由乙烯基橋聯(lián)的Portisin A物質。相關的反應途徑如圖8所示[78]。

圖8 Portisins A形成途徑[78]Fig.8 Formation pathway of portisins A[78]

此外，從紅葡萄酒中還鑒定出由乙烯基酚或肉桂酸類化合物與Vitisin A形成的Portisins物質，考慮到該類化合物的最大可見吸收波長在533～540 nm之間，呈現(xiàn)紅紫色，并且在合成途徑上與Portisin A也有差異；因此，這類吡喃花色苷被稱為Portisin B（圖4f）[79]。研究發(fā)現(xiàn)，Portisins B型物質有特殊的理化性質，在凍結狀態(tài)下（酸性溶液中）顏色由紅到藍轉變，這可能是其電子或分子振動特性使其發(fā)生可逆的物理化學變化的結果[74]。但其分子結構中存在的乙烯基酚類物質由于未能完全保護花色苷的C2作用位點，使得Portisin B的抗SO2能力與A類型相比相對較弱[79]。而關于Portisin B的形成過程，研究推測可能是乙烯基酚或肉桂酸類化合物與Vitisin A分子C10位點的親核連接，通過脫羧及其脫去其他化學基團形成（圖9）[80]。

圖9 Portisin B形成途徑[80]Fig.9 Formation pathway of Portisin B[80]

目前，科研人員已從Port酒中鑒定出花翠素-3-O-葡萄糖苷、甲基花青素-3-O-葡萄糖苷、甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷和二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷，以及上述物質的乙?；Y構形成的Portisins類化合物。此外，還有利用甲基花青素-3-O-（6-對香豆酰）-葡萄糖苷和二甲基花翠素類-3-O-（6-對香豆酰）-葡萄糖苷合成Portisins型化合物的報道[31,81]。而比較各類型花色苷形成的Portisins化合物時發(fā)現(xiàn)，二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷形成的相應衍生物在抵抗水化反應和SO2漂白作用方面能力最強，并且在不同pH值溶液中均具有較高的色澤穩(wěn)定性[82]。同時，關于Portisins生物活性的研究顯示，Portisins不僅具有很強的DPPH自由基清除能力及還原鐵離子的能力，而且能抑制人乳腺癌細胞增殖[83-84]。

2.1.5 吡喃花色苷二聚體

近年來，研究人員從陳釀9 年的Port酒中分離到一類二聚化的吡喃花色苷（圖4g），其基本結構單元為吡喃型花色苷，通過次甲基或是甲基-次甲基-結構橋聯(lián)形成[33]。這種類型的二聚體化合物相比游離花色苷而言，有較高的可見光吸收波長（分別是676 nm和730 nm），反映出藍色色調特征。同時由于吡喃花色苷二聚體具有較低的溶解性，因此更容易在陳釀紅葡萄酒的酒腳中被檢測到[62]。研究認為，Vitisin A和B類花色苷衍生物可能作為吡喃花色苷二聚體的前體物質參與了該化合物的合成，其中甲基吡喃花色苷首先在其D環(huán)的C10處脫去質子，形成具有活性的亞甲基位點，并利用親核加成與Vitisin A的C10處羧基結合，通過脫甲酸反應后，形成由次甲基連接的吡喃花色苷二聚體。此外，甲基吡喃花色苷和Vitisin A通過π電子相互作用，形成“電子轉移復合體”，并進一步縮合、脫羧產生甲基連接的二聚體類物質[4]。而關于甲基-次甲基連接的吡喃花色苷二聚體，有研究認為，其可能主要是通過Vitisin A和乙基吡喃花色苷之間的電子轉移和縮合反應形成的[85]。具體的反應途徑如圖10所示[33]。

圖10 吡喃花色苷二聚體形成途徑[33]Fig.10 Formation pathway of pyranomalvidin-3-O-glucoside methine dimmer[33]

通過對吡喃花色苷二聚體紫外可見光譜的觀察發(fā)現(xiàn)，在pH 1.80～11.66的變化過程中，二聚化的吡喃花色苷化合物經歷了3次質子化反應過程。同時在pH 3.15～6.55范圍內，反應溶液的可見光譜還被觀測到有減色和藍移的變化；而當pH值提高時（pH 6.55～8.65），吡喃花色苷二聚體溶液的顏色則出現(xiàn)逆轉，表現(xiàn)出增色和紅移的特征[86]。

2.1.6 Oxovitisins

He Jingren等[34]在2010年于陳釀的紅葡萄酒中首次發(fā)現(xiàn)了一類新的吡喃花色苷衍生物，并命名為Oxovitisins（圖4h）。該物質在酸性條件下（pH 2）的最大可見吸收波長為373 nm，被認為是陳釀紅葡萄酒黃色色調的重要貢獻者之一。通過液相色譜-二極管陣列-串聯(lián)質譜以及1H和13C核磁共振對其進行結構鑒定，研究人員認為，Oxovitisins可能由Vitisin A經水合和氧化反應形成，其形成過程可能是吡喃花色苷合成的另一新的途徑[34]。其中反應體系內的水分子與Vitisin A的C10位點發(fā)生親核加成，形成半縮醛形式的Vitisins，隨后該中間物經脫羧、氧化和脫水步驟，生成具有吡喃酮結構的花色苷衍生物（圖11）；相比A類型的Vitisins，Vitisin B由于缺少C10處的反應基團而不參與相應的反應。同時，考慮到上述親核加成反應進程較為緩慢，所以由Vitisin A和水分子加成形成Vitisins的半縮醛結構被認為是整個反應過程中的關鍵步驟[34]。

圖11 Oxovitisins形成途徑[34]Fig.11 Formation pathway of oxovitisins[34]

圖13 聚合色素的形成途徑Fig.13 Formation pathway of anthocyanin polymers

由于Oxovitisins分子結構和光譜特征與黃酮類化合物相似，因此具有較強的抗氧化活性潛能，并可顯著抑制人腸癌細胞和乳腺癌細胞的增殖，在食品及醫(yī)藥行業(yè)具有十分廣闊的應用前景[87]。

2.1.7 丁二烯橋聯(lián)的吡喃型花色苷

丁二烯橋聯(lián)的吡喃型花色苷是在模擬紅葡萄酒的環(huán)境下，利用甲基吡喃花色苷和芥子醛為前體，人工合成的一種具有藍色色調的吡喃型花色苷（圖4i和圖12）[35]。通過對丁二烯橋聯(lián)的吡喃型花色苷性質的研究發(fā)現(xiàn)，這種新合成的色素具有類似Portisins的特點；同時其結構中存在的C7-OH、C4’-OH和C4’’-OH等脫質子位點使得該類色素在溶液中存在多種平衡形式，這又與Portisins類型的花色苷有一定的差別[79]。

圖12 丁二烯橋聯(lián)的吡喃型花色苷形成途徑[35]Fig.12 Formation pathway ofpyranomalvidin-3-O-glucosidebutadienylidene-sinapyl[35]

2.2 花色苷與黃烷醇直接連接形成的聚合類花色苷衍生物

目前，有關花色苷與黃烷醇直接連接形成聚合類花色苷衍生物的研究較少，雖然早在20世紀70年代就有關于它們結構的許多猜想和它們對紅葡萄酒顏色影響的報道，但直到1999年，Buelga等[36]利用液相色譜-電噴霧串聯(lián)質譜從紅葡萄酒中第一次檢測到參與反應的黃烷醇單體與花色苷分子以共價鍵結合形成的聚合物，并分析了該物質的結構特點。根據(jù)反應途徑，可大致將花色苷與黃烷醇直接連接形成的聚合類花色苷分為2 類：A-F型聚合物和F-A型聚合物[88]（圖13）。前一種主要是黃烷醇的C8或是C6親核部位同花色苷陽離子的C4親電部位結合，形成無色的黃烷烯類物質（圖13a），該物質可繼續(xù)被氧化形成有色的陽離子，并最終通過脫羧反應形成具有黃色色調的呫噸鎓分子（圖14）[89]。

圖14 呫噸鎓分子結構[89]Fig.14 Structure of xanthylium pigment[89]

此外，花色苷和黃烷醇還可以通過聚合形成雙環(huán)結構，例如形成無色的二甲基花翠素-3,5-O-二葡萄糖苷-（C2-O-C7，C4-C8）-兒茶素的A-F型聚合物[90]。F-A型（圖13b）聚合反應與A-F型聚合不同。F-A型聚合反應的主要過程是：原花青素分子在酸水解作用下形成碳正離子，之后此碳正離子作為親電基團與花色苷水合結構的C6或C8處結合形成無色的二聚體化合物，而所形成的二聚體化合物還可通過脫水反應轉變成為具有紅色色調的陽離子[91]。

隨著研究的進行，科研人員發(fā)現(xiàn)參與二聚化的花色苷和黃烷醇分子，不只局限于二甲基花翠素-3-O-葡萄糖苷和兒茶素，其他的花色苷分子，例如花青素、花翠素、甲基花青素和甲基花翠素的3-O-葡萄糖苷及酰化結構糖苷也可參與反應；黃烷醇分子中的表兒茶素、沒食子酸兒茶素和表沒食子酸兒茶素也是參與二聚化反應主要的合成前體[16,44]。一些研究還顯示，聚合度不是很高的原花青素也能參與反應形成聚合色素。目前已從陳釀的紅葡萄酒中檢測出該類型的8聚體類物質[92]。同時，花色苷-花色苷（A-A）或是黃烷醇-黃烷醇（F-F）等的類似聚合物在文獻中也有報道[93]。

Erika等[94]研究發(fā)現(xiàn)，花色苷和黃烷醇之間的反應特性與pH值有很大的相關性。在pH 2.0的環(huán)境條件下，表兒茶素-二甲花翠素葡萄糖苷可通過表沒食子酸兒茶素-（C4-C8）-表兒茶素二聚體與二甲基花翠素葡萄糖苷化合形成；但是隨著pH值的升高，二甲基花翠素葡萄糖苷和表兒茶素的降解速率加快，當pH 3.8時，F(xiàn)-A型聚合物很難在溶液中被檢測到，說明它們的形成過程受原花青素裂解反應速率的制約。然而，在相同的pH值環(huán)境下，二甲基花翠素葡萄糖苷與原花青素二聚體B2的沒食子酸酯卻可發(fā)生親核加成，生成A-F型聚合物。

2.3 花色苷與酚類物質通過烷基基團連接形成的聚合類花色苷衍生物

花色苷與酚類物質（如黃烷醇、花色苷）通過烷基基團連接的衍生物一般是由花色苷、酚類物質及小分子的醛類（如乙醛、丙醛等）反應形成的（圖13c、d）[37]。研究顯示，乙醛可以影響葡萄酒的色澤，這可能與乙醛和花色苷發(fā)生酸催化反應形成高分子質量的色素有關。模擬實驗證實，在乙醛的作用下，花色苷與黃酮類化合物的反應速率將會提高，進而引起顏色強度的增加和吸收波長的紅移，推測這可能是由花色苷和黃烷醇在C8位通過CH-CH3鍵形成衍生物而引起的。二甲基花翠素葡萄糖苷與兒茶素或表兒茶素形成的兩種衍生物在540 nm有最大吸收波長，并且由質譜測定其m/z＝809，推測這兩種衍生物可能為同分異構體結構[14,95]。

2.4 花色苷與鞣花單寧形成的聚合類花色苷衍生物

在酸性環(huán)境下，花色苷可以同部分鞣花單寧如櫟木單寧、栗木單寧等結合，形成所謂的“花色苷鞣花單寧”物質，具體的形成途徑如圖15所示[96]。由于該化合物相比游離的花色苷產生明顯的紅移，因此具有較深的紅紫色色調特點。目前，該類物質只在模擬的實驗環(huán)境下合成，尚未在干紅葡萄酒中檢測到，但是考慮鞣花單寧是橡木桶及其相關制品的主要酚類物質，因此這類化合物對紅葡萄酒的顏色衍化應受到關注和研究[25]。

圖15 花色苷鞣花單寧的形成途徑[96]Fig.15 Formation pathway of anthocyano-ellagitannin[96]

3 結 語

綜上所述，花色苷類物質作為紅葡萄酒顏色的物質基礎，對紅酒的顏色及其色澤穩(wěn)定性起著舉足輕重的作用。同時，伴隨著發(fā)酵和貯存陳釀的進行，花色苷類物質與酒中其他化合物形成的各種類型花色苷衍生物，對賦予酒體持久而穩(wěn)定的顏色也表現(xiàn)出積極的作用。明確花色苷類物質的結構特征、形成途徑、理化性質以及與酒體色澤的關系，對紅葡萄酒釀造工藝技術的提升具有重要意義?？v觀過去幾十年來紅葡萄酒花色苷的研究進展，科學家已在花色苷類物質的分離和鑒定、提取和純化等方面取得了一批突破性的成果[97]；在花色苷功能化并拓展其應用領域方面，花色苷因其天然的著色性使其成為國內外公認的優(yōu)良色素資源，在食品、化妝品、紡織、印染等領域已得到了直接的應用，展示出巨大的發(fā)展前景[98]。雖然花色苷衍生物在葡萄酒中的含量比較有限，但是其結構的穩(wěn)定特性使得它們對陳釀階段紅葡萄酒整體色澤的維持和展現(xiàn)起到十分重要的作用。而隨著生物發(fā)酵以及植物培養(yǎng)技術的發(fā)展，花色苷的體外培養(yǎng)生產也越來越多地得到研究與應用[99]。同時，在模擬環(huán)境下的新型花色苷類物質的合成也為花色苷家族的擴展與延伸提供了物質保障。發(fā)酵工藝、菌種等對紅葡萄酒中這些物質的形成具有極大的影響[100]。此外，花色苷作為生理活性因子，在抗氧化、抗腫瘤、抗癌及免疫治療中的應用也為疾病的治療提供了新的思路[101]，并隨著生物、化學等技術的發(fā)展，通過對花色苷類材料的不斷優(yōu)化和對原有花色苷類物質進行改性及功能化，可制備出更多理想的花色苷類制劑為人類生產、生活服務。因此，探究花色苷衍生物對紅酒品質的影響，以及相關衍生物的化學活性和演化機理將成為紅葡萄酒研究的一個主要方向。

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