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冻融处理凉爽气候下生长的红葡萄品种可提高其种子单宁的提取率和氧化作用
期刊：Foodchemistry（6.）
发表时间：.05
研究背景
1.多酚是葡萄中最重要的次生代谢物，可影响与视觉，口感和理化指标相关的葡萄酒质量参数。其中，约20-55％的葡萄果实中的酚和60-70％的多酚均来自于种子。2.单宁的生物合成发生在果实生长的早期阶段，在葡萄转色期初期，糖和花色苷积累之前达到最高浓度。在转色期之后，葡萄果实逐渐成熟，种子中单宁和mDP的浓度则持续下降直至葡萄采收期。3.种子单宁在提高红酒的颜色强度和品种特性方面起着重要作用。但是，种子并不总是对葡萄酒质量产生积极影响。葡萄果皮中的单宁具有更高的平均聚合度（mDP），并且在成品酒中被视为涩味，葡萄籽中的单宁与之不同，种子中单宁的mDP较低，并且会引起葡萄酒的苦味。品鉴专家认为种子中的单体*烷-3-醇含量与葡萄酒品质负相关，当其处于较高的浓度可以赋予葡萄酒明显的苦味，同时掩盖重要的气味活性物质。4.在气候凉爽的葡萄栽培地区，由于品种的差异（果皮、中果皮差异），或者日积温不充足的季节，红葡萄品种的种子成熟晚于其他浆果成熟时间。因此，在未成熟的果实中，来自种子的单宁通常比果皮中的单宁更易提取，并且会对葡萄酒质量产生负面影响。采收时在“未成熟”的种子中可能包含较高浓度的苦味*烷3-醇化合物，在发酵过程中容易被提取，可能给葡萄酒带来不良的苦味。5.在凉爽的气候条件下，葡萄栽培中需要采取其他策略来提高葡萄单宁的质量。Rustioni等人在年研究了一种新的策略。该技术在美国密歇根州和意大利伦巴第的红葡萄品种中采用了种子“冻融”处理。在这项研究中，冷冻技术使得种子颜色加深，这可能是由于氧化反应引起的。本研究是对该研究的后续推进，目的是研究在凉爽气候的葡萄栽培地区种植的四个葡萄品种中种子褐变反应发生时种子单宁的化学变化。我们的假设是“冻融”处理会氧化邻二酚，从而导致浓度降低。
材料与方法
本研究选择了四个品种：赤霞珠（CS），赤霞珠（CF），梅洛（ML）和黑皮诺（PN）。每个品种分别在两个物候期进行采样，收集基部的果穗：转色期或V（T1–BBCH83）时期，果实的总可溶性固形物（TSS）处于约10°Brix，50％浆果开始转色；采收期或H（T2-BBCH89）时期，果实的总可溶性固形物（TSS）处于约20°Brix，50％浆果完全转色。对照处理组（CONTROL）立即分析90粒种子的颜色（2.3），化学物质（2.4）和微观参数（2.5）。而冷冻处理（FR20）包括将90颗种子线性排列在聚苯乙烯板上以提供均匀的冷冻条件，然后将其置于冰箱条件下（-20°C）过夜，之后进行3小时的除霜时间，使种子暴露在室温下。3小时后，分析种子的颜色（2.3），化学成分（2.4）和微观参数（2.5）。
结果
葡萄种子的成熟主要由于位于种皮中的*烷-3-醇的氧化，导致种皮逐渐变黑。随着种子的成熟，这些化合物向红酒中传递苦味的能力逐渐减弱。对于生长在寒冷气候条件下的红葡萄品种，较短的季节长度可能会阻碍这一过程，因此需要使用技术来人为地增强种子酚类物质氧化。这项工作是在先前的研究之后进行的，该研究通过“冻融”处理人为地使种子变黑，种子更加成熟。在这里，我们详细阐述了这一假设，以了解由于冻融处理而发生的化学变化。1.种皮变黑FR20处理引起种皮颜色的显著变化(Rustionietal.，)。L*(亮度)降低，表明种子变暗(图1)。在采收期时，FR20产生的变暗作用不明显，但L*(亮度)和h（色彩）在除梅洛以外的所有品种中都显著降低，而C*（色度）则没有差异。种子变暗和变红的现象显现为褐变效果。鉴于FR20诱导的这种种子颜色变化与从转色期到采收期的种子变暗的自然过程相似，我们将其归因于种子酚类物质的氧化。种子切片的显微镜检查显示，FR20导致角质层和内被膜之间的细胞层中的细胞群破裂（图2）。FR20明显破坏了细胞的液泡，因为图像显示了似乎已经坍塌的小细胞群（ox）。这些细胞的位置在角质层和内被膜之间，而种子单宁就存在于此处。2.种皮单宁提取增加为了了解FR20对种子酚类物质提取性的影响，作者对转色期和采收期两个阶段的单宁相互作用过程进行分析，对酚类物质进行了量化(图3)。研究发现，在转色期，黑比诺和赤霞珠组分1中的邻二酚含量在FR20的作用下降低。此外，在转色期时，品丽珠组分3中邻二酚含量也有同样的下降。相比之下，采收期时，冻融处理使组分1,2的FR20种子中邻二酚含量均显著增加。采收期时的FR20导致共价键单宁的增加，这种现象在除黑皮诺以外的其他葡萄品种中均显著。这种结果表明邻二酚的位置和键合强度以及它们与其他成分的键合强度决定了葡萄是否易氧化。3.单宁酸在各组分中的分布组分2在各品种中始终含有最高的单宁含量(补充图2)。比较FR20在各个馏分中的作用，从转色期到收获期，组分1中的单宁含量变化最大。这代表游离的，未结合的单宁是最易氧化的，因为-OH取代基不与其他分子相互作用（Hanlin，Hrmova，Harbertson和Downey，。总的来说，尽管只有黑皮诺和赤霞珠是显著的，但所有品种组分1分数的相对下降都可以满足组分2分数的增加（补充图2）。组分2中邻二酚的相对增加表明FR20释放的液泡单宁可能会部分氧化，但也会与它们首先接触的细胞物质形成新的氢键。考虑到负责氧化酚类的酶的位置靠近细胞壁，作者假设在融化过程中可以从空间上控制这种机制。4.种皮颜色与种子单宁浓度的相关性为了更好地理解种子颜色与酚类变化之间的关系，研究使用因子分析从比色计数据中创建了单色指数（CI）参数。利用该值将种子颜色与通过邻二酚和酸催化以及ORI（通过Pearson分析）定量的每个部分关联起来（图5）。结果表明，对于所有四个品种，只有组分1（EtOH）的邻二酚可以与CI一致相关。同时，第2、3组分中的单宁与CI之间的相关性在不同品种之间具有高度可变性。通过将比色法，化学和显微镜分析的数据统一起来，表明成熟期间葡萄种皮的褐变过程主要是由液泡单宁的氧化引起的。但是，不能排除其他非酶促褐变反应的发生。通过这些就可以确定在转色期和采收期时CI与邻二酚定量（EtOH）（图6A，B）之间的相关性。在检验时，在第一个参数的品种之间的趋势上观察到了明显的差异（图6A）。黑比诺和赤霞珠具有相似的相关性，而品丽珠和梅洛的相关性也很接近，但低于黑比诺和赤霞珠。收获时，所有参数均具有显著的相关性，但均呈负相关。5.种皮颜色与氧化反应性指数的相关性尽管邻二酚参数代表了可氧化化合物的浓度，但它并未提供有关酚类化合物氧化状态的完整描述。因此，来自每个品种的邻二酚（图3）和总酚（补充图1）数据在转色期和收获期时被用于建立氧化反应性指数（ORI，图4）来更研究氧化现象。该指数的降低应表明单宁发生较多的氧化反应，因为分子数值代表不参与氧化聚合的B环，而分母仅与酚类化合物的还原能力有关，与严格的特定分子结构或聚合反应无关。在转色期，除了赤霞珠的组分1以外，FR20中所有品种的ORI都降低了，而其组分2的ORI则没有变化（图4）。图2中黑皮诺存在这样的情况，反映出成熟时液泡中存在的可氧化单宁浓度较高（Kennedy，Matthews等，；Kennedy，Troup等，）。同时，只有梅洛在收获期时，组分1单宁含量显著增加，黑比诺在组分2中单宁含量显著增加，而梅乐在收获期组分2种单宁含量则较小。与大多数红色葡萄品种相比，黑皮诺在收获时的儿茶素浓度较高（Fuleki＆DaSilva，；Mattivi等，；Revilla等，）。此外，先前的研究表明，从转色期到收获期，黑皮诺不同于其他品种，它的单宁更不易被提取，这解释了为什么在转色期没有显著性的原因。相反，在转色期以及收获期时，FR20处理未影响组分2中的赤霞珠种子。赤霞珠种子具有较低的儿茶素和表儿茶素浓度，且mDP高于本实验中的其他品种。ORI是针对组分1和组分2进行计算的，并包含在Pearson的分析中（图5）。在图6C和D中，描述了CI和ORI之间的关系，但仅在三个品种（黑皮诺，梅洛，赤霞珠）上具有明显的相关性。在收获期时，只有梅洛具有显著的负相关性。这与图4A和B中观察到的差异是一致的。品丽珠没有变化，这表明该品种可能具有特殊的代谢或结构特征。单宁酸与细胞壁材料的键合性随着氢键位点的增加导致的没食子酸取代反应的增加而提升，这表明细胞壁结合的酚类化合物在接近转色期时氧化的能力降低，这可能解释了该品种在转色期到收获期期间组分2的变化。
讨论
总之，FR20通过破坏表皮和内被皮之间的细胞液泡而导致种子在转色期和收获期时产生了颜色的变化。这是通过种皮颜色与液泡中单宁的组分来确定的，这种技术有助于在酿酒过程中，对特定品种采取一定的方法来调节单宁浓度。如所预期的结果相同。FR20破坏液泡，增加了种子酚类的提取。但是，酚醛类物质氧化也发生了大量氧化反应，表明发生了氧化聚合现象。尽管本研究可能表明FR20具有提高单宁质量的能力，但仍应开展进一步的研究，以了解“冻融”处理是否能真正改善红酒的质量。
GrapeResearch
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