引文格式

彭芷芯, 李梦杰, 谷亚坤, 等. 国产红葡萄酒抗氧化活性比较分析及其在品种鉴别中的应用[J]. 食品安全质量检测学报, 2026, 17(11): 51-58.

基金项目

国家自然科学基金项目(32371501, 32272409); 宁夏回族自治区重点研发计划重点项目(2026BEG02035)

 

作者团队介绍

    

通信作者：谷惠文，长江大学，教授，博士生导师，湖北省重大人才工程“楚天英才·青年拔尖人才”入选者，现任长江大学化学与环境工程学院副院长，兼任中国分析测试协会化学计量学与人工智能专业委员会委员、国际SCI期刊《Beverages》编委。主要从事食品安全与真实性检测及溯源、化学计量学与人工智能等方面的教学和科研工作。主持包括3项国家自然科学基金在内的10余项科研项目，以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文60余篇，其中3篇入选ESI高被引论文，获授权发达国家发明专利1件，申请获批计算机软件著作权1部，参编教材或专著3部。

 

    

第一作者：彭芷芯，武汉生物工程学院，助教，主要从事食品安全检测及食品真实性溯源。以第一作者或者共同第一作者身份发表5篇学术论文，参与国家自然科学基金项目3项。

 

国产红葡萄酒抗氧化活性比较分析及其在品种鉴别中的应用

彭芷芯, 李梦杰, 谷亚坤, 尹小丽, 谷惠文

导读

红葡萄酒作为我国葡萄酒产业的核心产品, 具有丰富的酚类、黄酮类等营养成分与醇厚独特的风味品质, 随着市场规模的增加, 已成为大众饮品中兼具营养与文化属性的代表性产品。不同品种的葡萄因遗传背景、生长环境以及酿造工艺的差异, 酿造出的葡萄酒在风味轮廓呈现显著区别, 这种品种特异性也成为消费者选购和企业定价的重要依据。但当前国产红葡萄酒市场仍存在诸多乱象, 除了存在同种葡萄酒产地信息掺假外, 同样存在不同品种标识不清、以低价值品种冒充高价值品种等问题, 给消费者选择和市场监管带来不便。因此亟需建立一种快速、准确的品种鉴别方法, 为市场监管与消费者权益保障提供技术支撑。

传统葡萄酒品种鉴别方法如DNA分子标记技术、稳定同位素比质谱技术等仪器分析方法, 虽然准确性高, 但是操作复杂、检测成本高, 难以满足大规模快速检测的实际需求。葡萄酒的品质与特性主要由其所含的化学成分决定, 这些成分在葡萄原料生长、采摘及后续酿酒发酵过程中逐步积累形成。其中, 酚类、类黄酮和氨基酸等, 不仅赋予葡萄酒独特的颜色和风味, 还使其具有良好的生理活性。抗氧化活性为红葡萄酒的核心功能特性之一, 与酚类、黄酮类化合物密切相关。大量体外和体内研究表明, 酚类化合物可以抑制活性氧(reactive oxygen species, ROS)的形成, 减少脂质过氧化, 并保护DNA免受氧化损伤。而黄酮类化合物由于其结构中存在多个羟基和共轭双键, 从而能够清除ROS和自由基, 保护细胞免受氧化损伤, 并且黄酮类化合物还可以通过激活细胞信号通路来调节抗氧化防御系统。同时, 研究表明这类物质的含量与组成受遗传背景及生长环境调控, 具有显著的品种特异性, 并且相关检测方法成熟, 因此抗氧化能力具有作为国产红葡萄酒品种鉴别特征指标的潜力。

化学法检测抗氧化活性指标是评估体外抗氧化能力常用且操作简便的方法之一。基于此, 本研究选取总酚含量(total phenolic content, TPC)、总黄酮含量(total flavonoid content, TFC)、铜离子还原能力(cupric ion reducing antioxidant capacity, CUPRAC)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH)自由基和2,2’-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐[2,2’-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) ammonium salt, ABTS]阳离子自由基清除能力5项核心抗氧化活性指标, 对比分析4个品种国产红葡萄酒共119个样品的抗氧化能力的差异, 并结合主成分分析(principal component analysis, PCA)、正交偏最小二乘-判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis, OPLS-DA)以及支持向量机(support vector machine, SVM)算法构建品种识别模型, 旨在验证抗氧化活性指标用于国产红葡萄酒品种鉴别的可行性, 为国产红葡萄酒产业的质量控制与品种溯源提供技术参考。

 

图文解析

表1  抗氧化活性指标测定标准曲线方程

Table 1  Standard curve equation for the determination of antioxidant activity index

 

 

注: *为差异显著(P<0.05), **为差异极显著(P<0.01),***为差异强极显著(P<0.001)。图2同。

图1  不同品种国产红葡萄酒的TPC以及TFC对比

Fig.1  Comparison of TPC and TFC in different varieties of Chinese red wine

 

表2  4个品种国产红葡萄酒与抗氧化活性指标的Pearson相关性系数

Table 2  Pearson correlation coefficients between 4 varieties of Chinese red wines and antioxidant activity indices

注: 表中数值为Pearson相关系数(r), 负号表示负相关, 正号表示正相关; 相关系数绝对值越接近1, 表明品种与对应抗氧化活性指标的线性关联程度越强。

 

图2  不同品种国产红葡萄酒的DPPH自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力以及CUPRAC对比

Fig.2  Comparison of DPPH radical scavenging capacity, ABTS+ radical scavenging capacity, and CUPRAC of Chinese red wines from different varieties

 

图3  4个品种国产红葡萄酒的PCA (A)及OPLS-DA (B)得分图

Fig.3  Score plots of PCA (A) and OPLS-DA (B) for 4 varieties of Chinese red wines

 

表3  4个品种国产红葡萄酒的PCA以及OPLS-DA模型统计学参数

 

Table 3  Evaluation parameters of PCA and OPLS-DA models for 4 varieties of Chinese red wines

注: -为未检出。

 

注: A. 等高线视图; B. 三维视图; C. SVM模型对训练集样本的实际类别标签与预测类别标签对比; D. SVM模型对测试集样本的实际类别标签与预测类别标签对比; E. 训练集与测试集的混淆矩阵图(Pin品种、Mer品种、Ger品种、Sau品种分别对应标签1、2、3、4)。

图4  网格搜索法优化SVM参数C和γ的结果及模型预测性能

Fig.4  Optimization results of SVM parameters C and γ via grid search method and model prediction performance

 

小结

本研究系统测定并对比分析了黑皮诺、梅鹿辄、蛇龙珠和赤霞珠4个品种国产红葡萄酒的TPC、TFC、CUPRAC、DPPH自由基清除能力及ABTS+自由基清除能力5项抗氧化活性指标, 并结合PCA、OPLS-DA与SVM算法, 构建了这4个红葡萄酒品种的识别模型。结果显示, 在不同品种的比较中, 4个品种国产红葡萄酒的综合抗氧化活性顺序为: 赤霞珠>梅鹿辄>蛇龙珠>黑皮诺, 并且不同品种红葡萄酒的抗氧化能力间存在不同程度的显著性差异。造成该差异主要归因于酚类物质作为抗氧化活性的核心贡献者, 其累积含量主要由葡萄品种决定。其中, 赤霞珠葡萄酒展现出最强的综合抗氧化能力, 是由于其苯丙烷代谢通路具备品种特异性高活性, 该通路作为酚类物质合成的核心途径, 其PAL、4CL、F3H等关键酶基因在果实发育关键期显著上调表达, 且这些基因的转录丰度与羟基肉桂酸、黄酮醇、花青素等酚类物质积累呈高度显著正相关。而黑皮诺品种的酚类物质累积量较少, 许多葡萄品种具有非常复杂的花青素谱, 包含多达20种不同的花青素, 但黑皮诺品种只有5种3-单葡萄糖苷花青素, 说明其抗氧化活性相较于其他品种而言较弱。

因此, 以4个不同葡萄酒品种的5项抗氧化活性指标之间的差异为基础, 开展PCA与OPLS-DA以实现对葡萄酒品种的分类。结果显示, PCA前两个主成分的累积方差解释率达81.93%, OPLS-DA模型的R²X_cum为0.952、R²Y_cum为0.424、Q²_cum为0.387, 两种模型的得分图均显示不同品种葡萄酒样本具有一定聚类特征, 表明抗氧化活性指标具备区分红葡萄酒品种的应用基础。为进一步验证该指标对葡萄酒品种鉴别的可行性, 采用SVM算法中径向基核函数构建品种识别模型, 结果显示模型最优参数组合为C=21.5443、γ=1.0000, 最佳交叉验证准确率达94.40%, 对训练集的识别准确率达100.00%, 对测试集的识别准确率为96.26%, 展现出良好的预测稳定性与泛化能力。

综上所述, 相比于全基因组重测序技术所存在的操作繁琐、品种覆盖单一及样本兼容性有限等不足, 本研究基于抗氧化活性差异结合SVM算法构建的鉴别模型能够实现对不同品种国产红葡萄酒的高效、精准区分。本研究对国产红葡萄酒的快速识别提供了一定参考思路, 但是不同品种国产红葡萄酒抗氧化能力差异的深层分子机理与代谢调控机制, 仍有待后续进一步深入探究。

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