Foods：果梗成分及其对葡萄酒品质的影响

果梗成分及其对葡萄酒品质的影响

期刊：Foods（4.6）

发表日期：2021年

 

研究摘要

果梗的使用可能为葡萄酒带来绿色香气和涩味，但也可以在一定程度上改善葡萄酒的芳香复杂性和新鲜度。目前使用果梗仍主要是在酒窖层面进行实验，很少有研究专门关注发酵和浸渍过程中从果梗中提取的化合物及其对葡萄汁和葡萄酒基质的潜在影响。本文总结了果梗的化学成分，清点了浸渍过程中可能释放的化合物，还调查了现有的研究。

 

研究背景

对于白葡萄酒酿造，通常在压榨过程中保留果梗以提高榨汁产量。由于接触时间短，从果梗中提取的化合物含量相对较低。在红葡萄酒酿造中，最初，在浸渍阶段保留了果梗，但在19世纪末出现了去梗的做法，以减少果梗的过度涩味和负面的强烈绿色味道。近年来，欧洲和其他国家的酿酒师对使用果梗表现出了兴趣。

在果梗组成中可以找到许多吸引人的化合物，如多酚，使它们在食品和医药行业中极具潜力。然而，这些酿酒技术并非适用于所有葡萄品种，也不适用于所有年份，然而缺乏科学数据，难以知道哪些果梗条件会导致葡萄酒质量的改善或恶化。

 

葡萄果梗

1. 形态学

果梗是葡萄串的骨架（图1）。果梗在转色期左右达到最终大小，对于每个葡萄品种，两个分支的数量、长度和距离各不相同。与其他形态学标准一起决定了束的紧凑性。果梗占葡萄串总重量的3%至7%，具体取决于葡萄品种、葡萄串上的葡萄数量及其卫生状况。

 

图1. 葡萄串和果梗形态

 

2. 一般组成

根据现有数据对果梗定量的估计如图2所示。

 

图2. 葡萄果梗的一般组成

 

2.1. 水

水是果梗的主要成分，占果梗重量的55%-80%。果梗含水量似乎取决于葡萄品种。然而，这些研究都没有考虑果梗的成熟度。

 

2.2. 纤维素和半纤维素

纤维素是果梗中最丰富的生物聚合物，其次是半纤维素（甘露聚糖、木葡聚糖、木聚糖）。纤维素含量范围为12%至38%（DM）（表1）。不同的值可能与分析程序（提取、分析和计算）的差异和/或葡萄品种之间的不同有关。

 

表1. 果梗的主要化学成分（以%DM表示）

 

2.3. 木质素

木质素含量为DM的13%-47%（表1），分析方法、葡萄品种或果梗成熟度会影响得出的木质素含量。

 

2.4. 蛋白质

果梗蛋白含量范围为5%-11%DM（FW 2-3%），平均为7%（表1）。值得注意的是，不同的研究提到了抗性蛋白的存在，即与木质素结合的蛋白质，这些蛋白质难以获得，这表明蛋白水平可能被低估。

 

2.5. 灰分

与蛋白质含量一样，不同研究报告的灰分含量相对一致，无论葡萄品种或产地如何，平均值均为6.9%DM（表1）。钾是葡萄果梗的主要矿物质元素。

 

2.6. 酸

果梗酸性成分是通过使用溴百里酚蓝反应测量果梗提取物的总酸度来估计的，其值范围为13.5-15.0 g/kg FW，或约占果梗总重量的1%-2%。在文献中没有发现有关酸类型进一步分析的信息。

 

2.7. 糖

果梗含糖量低，与葡萄浆果相比，果梗并不代表发酵的重要糖输入。

 

3. 多酚组成

3.1. 总酚类含量

葡萄果梗的总多酚含量范围很广。在白葡萄品种中为400-22900 mg GAE/100g DM，而在红葡萄品种中在348-38400 mg GAE/100 g DM之间。葡萄品种、年份、葡萄园定位以及海拔等均有影响。

 

表2. 白葡萄和红葡萄品种果梗总多酚含量（mg GAE/100g DM）

 

除了与葡萄及其生长条件有关的影响外，还强调了提取方法对同一葡萄品种中总多酚含量的影响：乙醇浓度是温度、固溶剂比和乙醇含量中最具决定性的参数。用于提取的果梗颗粒的大小也对总多酚含量有影响。进一步研究以开发标准化的提取方法可能有助于比较结果。

 

3.2. 非类黄酮化合物

 

图3. 葡萄和葡萄酒的非类黄酮和类黄酮多酚化合物

 

在葡萄果梗提取物中鉴定出不同的酚酸：咖啡酸，没食子酸，香豆酸，丁香酸，阿魏酸，原儿茶酸，反式肉桂酸和其他不明氢酸等（表3）。比较这些研究的值仍然很困难。果梗中的主要酚酸似乎是咖啡酸和没食子酸，单个酚酸浓度受葡萄品种、地理产地和年份的影响。

 

表3. 白葡萄和红葡萄品种中酚酸的定量（mg/kg DM）

 

3.3. 类黄酮化合物

类黄酮化合物具有相同的基本结构，由三个碳连接的两个芳香环形成：C6-C3-C6，不同结构如图 3 所示。葡萄和葡萄酒中最常见的类黄酮化合物是黄酮醇、黄烷醇、花青素及其衍生物。

不同的作者报告了这些化合物在各种白色和红色品种中的浓度值（表5）。据报道，槲皮素衍生物是主要的黄酮醇，其次是山奈酚衍生物。

 

表5. 不同葡萄果梗提取物中黄酮醇含量的定量（mg/kg DM）

 

黄烷醇和原花青素：通过HPLC-DAD或HPLC-MS技术测量果梗提取物中黄烷-3-醇和原花青素的谱，其中儿茶素、表儿茶素、原花青素二聚体B1和B3是主要化合物，其比例受葡萄品种、年份以及提取条件和分析方法影响。原花青素在植物中以不同聚合度存在，总原花青素含量可通过多种方法估计，不同葡萄品种的平均聚合度为4.6-10.2，表儿茶素是聚合原花青素的主要单位。

 

表6. 葡萄果梗提取物（ESI）中黄烷-3-醇和原花青素的鉴定

 

表7. 葡萄果梗提取物中不同黄烷-3-醇和原花青素的定量

 

表8. 葡萄果梗提取物总原花青素含量（mg/g DM）

 

原花青素似乎是果梗提取物中含量最高的多酚类型，总原花青素含量的高值表明聚合形式丰富，平均聚合度（mDP）的结果证实了这一点，所有研究的葡萄品种的平均聚合度（mDP）都高于4.6（表9）。

 

表9. 果梗聚合原花青素的平均聚合度（mDP）和结构组成

 

3.4. 多酚成分的影响

多酚化合物已被广泛研究，除了对葡萄酒颜色和结构的影响外，它们还可以影响不同的参数，例如涩味或抗氧化活性。

 

表10. 葡萄果梗提取物的抗氧化活性（ABTS和FRAP方法）

 

4. 芳香族组成

据报道，在酿酒过程中使用果梗可以为葡萄酒带来植物和绿色的香气。

 

表11. 葡萄果梗提取物中芳香族化合物的鉴定

 

酿酒过程中果梗的使用

 

1. 对酿酒过程的影响

技术影响：添加葡萄果梗或使用整串葡萄可使葡萄汁体积增加30%，对桶装和浸渍阶段有技术影响，且需要更高的加压能力。

对发酵的影响：葡萄果梗对酒精发酵和苹果酸-乳酸发酵（MLF）的影响在文献中描述较少，现有研究表明含果梗的葡萄汁发酵更快，可能是因为果梗结构允许更多氧气掺入，促进酵母增殖，且果梗可作为温度缓冲器，但不同添加量对发酵动力学的影响因研究而异，需要进一步研究。

 

2. 对主要葡萄酒化合物的影响

pH值和酸组成：添加葡萄果梗会使一些葡萄酒的pH值升高，但升高程度因品种和果梗接触时间而异（表12），可滴定酸度在一些品种中会降低，酒石酸浓度受果梗添加影响，且接触时间越长下降幅度越大，其他酸浓度也可能因分子相互作用而改变。

 

表12. 添加和不添加果梗的葡萄酒的pH值和酸性成分

 

灰分：添加葡萄果梗会使葡萄酒中钾、磷和钙等矿物质离子浓度增加，对镁、钠、铜和锌等元素也有一定影响，且受葡萄品种影响（表13）。

 

表13. 添加和不添加果梗的葡萄酒的矿物质成分（mg/L）

 

乙醇含量：一些研究表明添加葡萄果梗会使葡萄酒乙醇含量降低，可能是由于果梗的高含水量稀释作用以及果梗表面对乙醇分子的吸附，但并非所有研究都观察到明显的乙醇含量降低（表14）。

 

表14. 添加和不添加果梗的葡萄酒中的乙醇含量

 

3. 对多酚组成的影响

总酚类化合物：对于大多数葡萄品种，酿酒过程中加入葡萄果梗会使总酚含量增加，但Castelao品种无显著差异，增加程度与品种差异和浸渍时间有关（表15）。

 

表15. 添加和不添加果梗的葡萄酒中的总多酚化合物

 

非类黄酮化合物：葡萄果梗提取物中的一些非类黄酮化合物如羟基肉桂酸衍生物和酚酸在葡萄酒中的转移和存在未被彻底研究，现有研究表明葡萄酒的酚酸含量受果梗接触影响不显著（表16）。

 

表16. 果梗对葡萄酒酚酸成分的影响（mg/L）

 

类黄酮化合物：果梗接触对黄酮或黄烷酮含量的影响尚未有报道，对黄酮醇含量有显著降低作用，对黄烷 - 3 - 醇和原花青素含量总体上有增加作用，但对原花青素平均聚合度影响不显著，对花青素含量有降低作用，且与果梗接触时间成正比（表17）。

 

表17. 酿酒过程中果梗对总原花青素含量的影响

 

表18. 酿酒过程中果梗对黄烷-3-醇单体和聚合物组成的影响

 

表19. 酿酒过程中果梗对总花青素含量的影响

 

一些作者通过HPLC分析研究了单个花青素的组成（表20）。花青素3-单葡萄糖苷是测试葡萄酒中的主要花青素，受果梗添加的影响最大，锦葵素-3-O-葡萄糖苷占该组分的50%以上。

 

表20. 酿酒过程中果梗对单体花青素含量（mg/L）的影响

 

4. 对葡萄酒感官特性和陈年潜力的影响

颜色：酿酒过程中使用葡萄果梗往往会降低颜色强度并增加色调，使葡萄酒颜色更红，但在一些情况下结果相反，其原因可能与稀释、pH值改变以及果梗对花青素的吸附有关，且果梗对颜色强度的影响在短时间浸渍中更重要。

 

表21. 果梗对葡萄酒颜色强度和色调的影响

 

香气和挥发性化合物：葡萄果梗对葡萄酒挥发性成分有影响，不同比例的果梗会影响一些化合物的浓度，如在一些葡萄酒中影响1-己醇和癸酸乙酯等，整串葡萄使用会使一些葡萄酒中的β-大马士革酮浓度增加，但感官分析结果不一。葡萄果梗还会影响葡萄酒中甲氧基吡嗪的含量，其含量在果梗接触的葡萄酒中较高。

 

表22. 果梗对葡萄酒样品中甲氧基吡嗪成分的影响

 

味道：使用葡萄果梗或整串葡萄酿造的葡萄酒在感官分析中显示果梗会增加涩味和苦味，同时一些研究表明果梗会增加葡萄酒的“新鲜度”，但具体原因尚不明确。

葡萄酒陈酿潜力和稳定性：葡萄果梗使用对葡萄酒陈酿有影响，不同研究表明在陈酿过程中花青素含量受影响情况不同，使用葡萄果梗可使花青素稳定性与对照葡萄酒相似，但黄烷-3-醇和原花青素稳定性更好，同时果梗使用对葡萄酒的色泽强度和其他一些成分也有影响。

 

表23. 从酿酒学的角度来看，使用果梗或整簇对葡萄酒的主要影响

 

研究意义

葡萄果梗的成分复杂，受多种因素影响，包括葡萄品种、年份、果梗成熟度以及提取方法等。葡萄果梗在酿酒过程中对葡萄酒质量有多方面的影响，其影响因多种因素而异，包括葡萄品种、果梗的状态、添加方式、添加时间和接触时间等。尽管葡萄果梗可能不包含新的特定化合物，但其某些分子的转移可能会引起葡萄酒平衡的变化，增加香气复杂性，且其高酚类化合物含量使其可能成为抗氧化剂和稳定剂的良好来源。

本文为进一步研究葡萄果梗在酿酒中的应用提供了理论基础，有助于更好地理解其对葡萄酒质量的影响机制。