JAFC封面论文！北京农学院葡萄与葡萄酒团队张欣珂副教授解析多辅色素共存下的葡萄酒呈色机制

发布时间：

2026-10-22

来源：

科学私享

导读

近日，北京农学院葡萄与葡萄酒团队张欣珂副教授在 Journal of Agricultural and Food Chemistry（JAFC）发表题为“Interactive Copigmentation in Multicopigment Systems: Mechanistic Insights from Thermodynamics and Molecular Simulation”的研究论文，相关成果入选该刊2026年10月7日第74卷第39期封面。北京农学院硕士研究生卫心月为论文第一作者，张欣珂副教授为通讯作者。

颜色是消费者感知红葡萄酒品质的重要依据。作为红葡萄酒的主要呈色物质，花色苷除了本身呈色外，其颜色还极大受到环境中其它分子的影响。然而，真实葡萄酒中往往有多种辅色素同时存在，单一组分表现出的增色能力，能否直接用于预测复杂体系的颜色变化，仍有待深入认识。当多种辅色素共同参与时，它们如何影响彼此的作用，又如何共同决定花色苷的颜色表达？

围绕这一问题，该研究以二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷（MvG）为花色苷模型，选取没食子酸、咖啡酸、儿茶素和槲皮素-3-O-葡萄糖苷四种代表性辅色素，将光谱测定、热力学分析、量子化学计算与分子动力学模拟相结合，从宏观呈色变化和微观分子相互作用两个层面，解析多辅色素体系中辅色效应加和与抑制现象并存的原因。

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成果介绍

解析多辅色素的叠加效应。研究首先通过测定花色苷表观水合平衡常数，评价单一辅色素对花色苷呈色形态的总体影响；随后，在固定一种辅色素的基础上逐步加入其它辅色素，考察新增组分的增色响应。该方法提供了一种在多元体系下评价花色苷形态的方法，为理解复杂体系中的颜色变化提供了互补视角。

辅色素的叠加可以提高花色苷红色烊阳离子的比例。根据实验测得的表观平衡常数计算，在pH 3.6时，MvG单独存在的红色花色苷烊阳离子比例为9.72%，加入不同辅色素组合后为10.89%—16.98%。其中，咖啡酸、儿茶素和槲皮素-3-O-葡萄糖苷共存时达到最高值，相较MvG单独存在提高约75%。

一种辅色素存在的情况下，另一辅色素的增色效应受到抑制。浓度梯度实验显示，相比相应的单一辅色素体系，另一种辅色素存在时，新增辅色素在520 nm处的相对吸光度响应斜率降低。即使辅色能力较强的槲皮素-3-O-葡萄糖苷，其响应也会受到没食子酸或儿茶素的影响，结果清晰表明了辅色素之间的拮抗作用，也直观对应了前人报导的“反辅色效应（anti-copigmentation effect）”。

热力学分析表明，辅色素竞争和辅色复合物重组可能共同影响该过程。不同辅色素共存会改变表观结合常数以及焓、熵变化。以没食子酸和槲皮素-3-O-葡萄糖苷为例，向较强辅色体系中加入较弱辅色素时，更有利的焓变化伴随着更大的熵损失；在相反的体系设置中，则呈现不同方向的焓熵补偿特征。这些结果提示，较强辅色素可能竞争与花色苷结合的机会，较弱辅色素也可能进一步参与已有复合物的缔合，从而改变整个体系的平衡。

量子化学计算为三元辅色复合物提供了可能的结构解释。研究获得了多种由一个花色苷与两个辅色素构成的优化构型，包括不同堆积方式和多层排列。在部分含槲皮素-3-O-葡萄糖苷的模型中，它与MvG形成较充分的接触，而没食子酸或咖啡酸更倾向于与其相邻排列。这些计算构型支持了“花色苷-辅色素-辅色素”三元复合物存在的可行性，也提示一种辅色素可能通过改变另一种辅色素接近花色苷的方式，影响其增色贡献。

分子动力学模拟进一步呈现了动态缔合及辅色素之间的直接作用。针对MvG、没食子酸和槲皮素-3-O-葡萄糖苷体系的模拟，显示了分子随时间发生缔合与解离的过程。其中，槲皮素-3-O-葡萄糖苷与MvG的关联较为持续，两种辅色素之间也存在氢键相互作用。模拟结果与竞争性缔合及三元复合物形成的解释相一致，表明除了花色苷与辅色素之间的作用，辅色素彼此之间的相互作用也可能参与影响体系的呈色表现。

研究为理解葡萄酒中的非线性颜色响应提供了机制依据。光谱、热力学与分子模拟结果共同提示，多辅色素参与的辅色作用涉及多种分子之间的动态平衡，最终呈色取决于组分种类、浓度及相互作用类型。这为葡萄酒颜色调控提供了新的思路。但需要指出的是，目前结论主要建立在模拟葡萄酒与计算体系之上，后续仍需在含有单宁、多糖等成分的真实葡萄酒中进一步验证，以评估其在实际酿造条件下的适用性。

图文赏析