金屬離子及酚酸添加對(duì)模擬葡萄酒溶液輔色作用的影響

顏色是紅葡萄酒主要的感官特征之一，是葡萄酒質(zhì)量控制的關(guān)鍵參數(shù)，影響著產(chǎn)品的品質(zhì)和消費(fèi)者的評(píng)價(jià)[1]?；ㄉ兆鳛榧t葡萄酒顏色的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量和組成直接影響著紅葡萄酒的色澤特點(diǎn)及顏色穩(wěn)定性[2]。然而花色苷不穩(wěn)定，易受多種因素影響(溫度、光線(xiàn)、pH、溶劑和氧化劑等)，從而使紅葡萄酒的顏色發(fā)生改變甚至失色，進(jìn)而影響其質(zhì)量[3]。研究發(fā)現(xiàn)，輔色作用作為一種綠色、自然、安全的食品增色方法，不僅可對(duì)新鮮紅葡萄酒顏色有積極影響，對(duì)陳年葡萄酒的色澤也有一定貢獻(xiàn)[4]。因此，輔色作用越來(lái)越多地被科研人員關(guān)注，目前已成為葡萄酒化學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[5-7]。

常見(jiàn)的輔色作用可分為分子內(nèi)輔色、分子間輔色和自聚合作用。此外，葡萄酒中存在的一些金屬離子也可與部分花色苷通過(guò)絡(luò)合形式來(lái)穩(wěn)定葡萄酒的顏色(金屬離子輔色)[8]。多見(jiàn)報(bào)道的金屬離子有Sn2+、Cu2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Mg2+和K+等[9]。CZIBULYA等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在紅葡萄酒中添加K+和Ca2+可提高其顏色的熱穩(wěn)定性，且K+還可以提高溶液體系的顏色強(qiáng)度。而利用不同金屬離子處理刺葡萄皮色素溶液后發(fā)現(xiàn)，Ca2+、Zn2+、Al3+和Fe3+等產(chǎn)生的作用效果存在明顯的不同，其中Ca2+、Zn2+和Al3+等的輔色效果隨離子濃度的升高逐漸增強(qiáng)，而Fe3+則會(huì)使色素溶液產(chǎn)生黑褐色沉淀，失去花色苷的特性[10-11]。

輔色效果不僅與參與的輔色因子種類(lèi)有關(guān)，也受反應(yīng)溶液基質(zhì)效應(yīng)的影響，例如溶液pH、乙醇含量、反應(yīng)體系溫度[8]、以及其他基質(zhì)物質(zhì)[12]等。與僅添加羥基肉桂酸的處理相比，Al3+的添加會(huì)使其與花色苷之間的相互作用增強(qiáng)，使色素溶液呈現(xiàn)更明顯的藍(lán)-紫色色澤[13]。Al3+和Fe3+不僅可使紫薯花色苷提取液在近中性的條件下(pH=6.0～8.5)呈現(xiàn)藍(lán)-紫色特征，還可減緩體系中因咖啡酸氧化造成的色素降解[14]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，在花色苷溶液中添加Fe2+可增加鞣花酸與花色苷配合物的穩(wěn)定性，但其三價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)(Fe3+)卻可與鞣花酸形成配合物，從而導(dǎo)致鞣花酸的輔色效果降低[15]。

雖然目前對(duì)葡萄酒輔色作用的研究已有一定數(shù)量的報(bào)道，但多數(shù)文獻(xiàn)集中在酚類(lèi)輔色物質(zhì)方面，對(duì)涉及金屬離子的輔色研究目前還很有限[7-8]，特別是有關(guān)金屬離子和酚類(lèi)物質(zhì)共同參與的輔色反應(yīng)更是鮮有報(bào)道。考慮到真實(shí)葡萄酒溶液中基質(zhì)物質(zhì)的復(fù)雜性，本試驗(yàn)擬采用紫外-可見(jiàn)分光光度法和CIELab顏色空間法，測(cè)定和分析K+、Mg2+和Al3+等葡萄酒中常見(jiàn)金屬元素在不同濃度及不同酚酸(香草酸和原兒茶酸)條件下的輔色效果，以期為金屬輔色化作用在葡萄酒顏色品質(zhì)方面的研究提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

花青素-3-O-葡萄糖苷(葡萄酒中常見(jiàn)的單體花色苷及自然界中最主要的花色苷之一，純度≥95%)，上海源葉生物科技有限公司；氯化鉀(純度≥99.99%)、氯化鎂六水合物(純度99.99%)、氯化鋁六水合物(純度99%)，上海麥克林生化科技有限公司；氯化鈉、酒石酸(分析純)，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；氫氧化鈉(分析純)、無(wú)水乙醇(色譜純)，煙臺(tái)市雙雙化工有限公司。

T9CS 雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；PHS-3E pH計(jì)，上海雷磁有限責(zé)任公司；DKT-100干式恒溫器，杭州米歐儀器有限公司；渦旋混合/振蕩器，美國(guó)Scientific Industries公司；F-100S 超聲波清洗機(jī)，深圳福洋科技集團(tuán)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 模擬葡萄酒溶液配制

模擬葡萄酒溶液：酒石酸(5 g/L)，12%vol乙醇，加入氯化鈉調(diào)整離子強(qiáng)度至0.2 mol/L，用強(qiáng)酸強(qiáng)堿調(diào)整pH為3.6，置于容量瓶保存?zhèn)溆肹16]。

1.2.2 不同金屬離子對(duì)花色苷顏色的影響

準(zhǔn)確稱(chēng)取花青素-3-O-葡萄糖苷0.009 7 g于100 mL容量瓶，并用上述配制的模擬葡萄酒溶液進(jìn)行溶解定容，使其濃度為0.2 mmol/L。用同樣的方法溶解輔色素氯化鉀、氯化鎂、氯化鋁(濃度均為0.2、1.0、10.0、20.0 mmol/L)，與花色苷溶液各1 mL等體積混合，得到花色苷/輔色素摩爾濃度比為1∶0、1∶1、1∶5、1∶50、1∶100 的模擬酒溶液。將混合液置在恒溫器中20 ℃下避光反應(yīng)30 min后測(cè)定，以純凈水作為空白。

1.2.3 添加酚酸對(duì)不同金屬離子輔色的影響

不同濃度酚酸溶液配制：用配制的模擬葡萄酒溶液(100 mL)溶解花青素-3-O-葡萄糖苷(0.013 6 g)，使其濃度為0.3 mmol/L，使用同樣的方法對(duì)3種金屬離子輔色素和香草酸及原兒茶酸進(jìn)行溶解(0.3、1.5、7.5、15、30 mmol/L)，使用花色苷、金屬離子、酚酸溶液各1 mL加入離心管，配制成花色苷/酚酸/金屬離子摩爾比為1∶0∶0、1∶25∶0、1∶25∶1、1∶25∶5、1∶25∶50、1∶25∶100的模擬葡萄酒溶液，將混合液置于恒溫器中20 ℃下避光反應(yīng)30 min后測(cè)定，以純凈水作為空白。

同理，按照上述方法配制花色苷/金屬離子/酚酸摩爾比為1∶0∶0、1∶25∶0、1∶25∶1、1∶25∶5、1∶25∶50、1∶25∶100 的模擬酒溶液，將混合液置于恒溫器中20 ℃ 下避光反應(yīng)30 min后測(cè)定，以純凈水作為空白。

1.3 輔色效應(yīng)的測(cè)定

通過(guò)比較最大吸收波長(zhǎng)下吸光值增加的百分比M以及最大吸光值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λmax的偏移估計(jì)輔色作用產(chǎn)生的增色效應(yīng)(M)和紅移效應(yīng)(Δλ)[17],如公式(1)、公式(2)所示。

(1)

Δλ=λ-λmax

(2)

式中：A、A0分別為515 nm處添加輔色素的模擬酒溶液與對(duì)照組吸光度值；λ為偏移后的最大吸收波長(zhǎng)。

1.4 CIELab顏色評(píng)估

使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，以純凈水作為空白，在2 mm路徑比色皿中進(jìn)行400～700 nm的全波長(zhǎng)掃描，掃描間隔為1 nm。計(jì)算相應(yīng)的透光率，再依據(jù)GB/T 7921—2008 均勻色空間和色差公式，在D65和10°的觀(guān)察條件下，計(jì)算CIE 1976(L* a* b*)色空間的顏色參數(shù)和ΔE)，并計(jì)算亮度，色度和色調(diào)對(duì)總色差的相對(duì)貢獻(xiàn)ΔL、ΔC、ΔH[17]，計(jì)算方法如公式(3)～公式(7)所示。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Office Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 2018繪圖，IBM SPSS Statistics 25對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用Duncan’s多重比較在置信區(qū)0.05下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 K+、Mg2+和Al3+等金屬離子的輔色效果

2.1.1 金屬離子對(duì)模擬葡萄酒輔色作用的影響

一般來(lái)說(shuō)，輔色作用的特征主要是增色(M)和(或)紅移(Δλ)變化[4]。由表1數(shù)據(jù)可知，隨著金屬離子溶度的增加，模擬葡萄酒溶液表現(xiàn)出明顯的增色變化，其中Al3+的作用效果最強(qiáng)(M=3.48%～23.24%)，其次為Mg2+(M=0.86%～8.58%)，而K+的效果相對(duì)較弱(M=0.09%～0.12%)。特別是在摩爾比為1∶100時(shí)，Al3+的增色強(qiáng)度是初始時(shí)(1∶1，摩爾濃度比，下同)的6.68倍，相比同濃度的K+和Mg2+，較后者高出99.48%和63.08%，呈現(xiàn)Al3+>Mg2+>K+的趨勢(shì)，表現(xiàn)出較高價(jià)態(tài)的金屬輔色因子可能具有較好作用效果的現(xiàn)象。這一結(jié)果與LI等[18]的研究發(fā)現(xiàn)相似，推測(cè)可能與高價(jià)態(tài)金屬離子易與花色苷B環(huán)上的游離羥基結(jié)合有關(guān)[19]。而比較添加處理產(chǎn)生的紅移量發(fā)現(xiàn)，Al3+處理可使模擬葡萄酒溶液產(chǎn)生明顯的紅移變化(Δλ=3～7 nm)，而K+和Mg2+處理后卻未表現(xiàn)出紅移現(xiàn)象(Δλ=0 nm)，這也在一定程度上進(jìn)一步印證了上述結(jié)果所表現(xiàn)出的輔色效果趨勢(shì)。

表1 金屬離子對(duì)模擬葡萄酒增色(M)和紅移效應(yīng)(Δλ)的影響
Table 1 The hyperchromic effect (M) and bathochromic shift (Δλ) of different metal ions on simulated wine solution

注：不同小寫(xiě)字母代表同一離子不同摩爾比之間存在顯著差異(表3、表4同)，不同大寫(xiě)字母代表同一摩爾比不同離子間存在顯著差異(P<0.05)

2.1.2 金屬離子對(duì)模擬葡萄酒CIELab顏色參數(shù)的影響

由表2數(shù)據(jù)結(jié)果可知，添加供試金屬離子對(duì)模擬葡萄酒溶液的呈色也產(chǎn)生積極影響。例如，同未添加的對(duì)照溶液相比分別為94.30、12.47、-0.58、12.48、-0.05 a.u.)，隨著金屬離子濃度的增加，Al3+和Mg2+處理可明顯降低溶液的L*值(94.30～91.02 a.u.和94.30～93.80 a.u.)和b*值(-0.58～4.03 a.u.和-0.05～-0.25 a.u.)，并使溶液的a*和增加(12.47～15.59 a.u.和12.47～13.63 a.u.，12.84～16.11 a.u.和12.84～13.64 a.u.)。一般而言，L*值的降低是由增色效應(yīng)導(dǎo)致，而b*值的改變則主要與溶液的紅移變化有關(guān)[17]。因此通過(guò)計(jì)算CIELab參數(shù)可知，添加Al3+和Mg2+的溶液顯示出較為明顯的暗紫紅色特征。但由表2數(shù)據(jù)也可看到，對(duì)于前期輔色效果較差的K+而言，所表現(xiàn)出的顏色變化卻相對(duì)有限，與對(duì)照溶液相比，L*、a*和b*值的變化幅度均較小(分別為-0.07～0.01、0.09～0.14、-0.03～0.05 a.u.)，且和h*也無(wú)明顯變化(P<0.05)。相比于A(yíng)l3+和Mg2+，K+處理樣品在最高濃度時(shí)(1∶100)的L*、b*和a*值分別是前者的103.60%和100.48%、96.64%和13.15%、92.53%和80.88%。

利用顏色色差參數(shù)可以分辨不同樣品的顏色差別[3]。通過(guò)計(jì)算模擬葡萄酒溶液的發(fā)現(xiàn)，隨添加離子濃度的升高，樣品間的顏色差異也逐漸增大(K+、Mg2+和Al3+處理較對(duì)照分別提高了0.03～0.06、0.12～1.04、0.42～5.29 a.u.)，但不同金屬離子所產(chǎn)生的效果不同。例如，Al3+處理在濃度為1∶50時(shí)便可與對(duì)照表現(xiàn)出較為明顯的視覺(jué)差別但對(duì)Mg2+，其在1∶50濃度時(shí)的為0.95 a.u.，比前者低74.53%(P<0.05)，甚至當(dāng)Mg2+在最高處理濃度時(shí)(1∶100)，其也僅為1.25 a.u.，比Al3+處理低78.07%(P<0.05)。而對(duì)于輔色效果相對(duì)較差的K+，其與對(duì)照溶液形成的顏色差異更小(< 0.25 a.u.)。例如，K+在濃度1∶100時(shí)的分別是Al3+和Mg2+的4.21%和19.20%(P<0.05)。

為更全面地了解供試金屬離子的輔色作用與模擬葡萄酒顏色間的變化關(guān)系，對(duì)其由量變(ΔL+ΔC)和質(zhì)變(ΔH)因素所引起的色差(ΔE)貢獻(xiàn)情況進(jìn)行分析。結(jié)果顯示(圖1)，K+、Mg2+和Al3+處理所造成的ΔE變化主要與量變因素有關(guān)(ΔL+ΔC=73.61～99.77)，而質(zhì)變因素貢獻(xiàn)較小(ΔH=0.23%～26.81%)。同時(shí)，比較不同濃度處理的樣品發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬離子的添加濃度較低時(shí)(<1∶5)，色度變化(ΔC)在量變因素中的作用較高(>60.00%)，但隨著金屬離子添加濃度的增加，由于色調(diào)變化(ΔH)的逐漸增強(qiáng)，特別是Al3+處理，使得ΔH所占比例相應(yīng)提高，導(dǎo)致質(zhì)變對(duì)色差的貢獻(xiàn)由初始的3.68%升高至26.81%。

表2 金屬離子對(duì)模擬葡萄酒CIELab參數(shù)的影響
Table 2 The effect of different metal ions on CIELab parameters of simulated wine solution

注：α表示表中數(shù)據(jù)的單位為a.u.(下同)；同一行中不同小寫(xiě)字母表示同一離子不同摩爾比之間存在顯著差異，不同大寫(xiě)字母代表不同金屬離子存在顯著差異(表5同)(P<0.05)

a-K+；b-Mg2+；c-Al3+
圖1 金屬離子對(duì)模擬葡萄酒ΔE的影響
Fig.1 The effect of different metal ions on ΔE of simulated wine solution

2.2 酚酸添加對(duì)K+、Mg2+和Al3+等金屬離子輔色作用的影響

2.2.1 酚酸添加對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒輔色作用的影響

酚類(lèi)物質(zhì)是葡萄酒溶液中常見(jiàn)輔色因子，同時(shí)也是酒中重要的基質(zhì)組分[8]。因此在上文試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在模擬體系中添加固定濃度的酚酸(香草酸和原兒茶酸，其與花色苷的摩爾濃度比為1∶25)，以此來(lái)初步研究基質(zhì)中酚類(lèi)成分對(duì)金屬離子輔色效果的影響。比較表1和表3數(shù)據(jù)可知，對(duì)于含Al3+和K+的模擬葡萄酒溶液來(lái)說(shuō)，酚酸的加入可使原溶液的輔色效果進(jìn)一步增強(qiáng)(4.26%～10.70%和0.87%～27.85%)。而比較不同結(jié)構(gòu)的酚酸發(fā)現(xiàn)，香草酸和原兒茶酸所產(chǎn)生的效果有所區(qū)別。對(duì)于含Al3+和K+的溶液來(lái)說(shuō)，香草酸所產(chǎn)生的增色和紅移效果較同濃度的原兒茶酸高6.38%～65.01%和30.00%～66.67%。研究發(fā)現(xiàn)，酚酸化合物結(jié)構(gòu)中的取代基團(tuán)種類(lèi)和數(shù)量會(huì)影響其輔色能力的大小，當(dāng)酚環(huán)中羥基被甲氧基取代時(shí)，相同類(lèi)型酚酸的輔色作用效果會(huì)明顯提高[20-21]。因此，比較香草酸(3-甲氧基-4-羥基苯甲酸)和原兒茶酸(3, 4-二羥基苯甲酸)的化學(xué)結(jié)構(gòu)可知，香草酸的輔色能力要強(qiáng)于后者，這同樣也解釋了本試驗(yàn)所觀(guān)察到的結(jié)果。

與Al3+和K+的表現(xiàn)相異，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在含Mg2+的模擬葡萄酒溶液中加入酚酸后，并未產(chǎn)生類(lèi)似前者的現(xiàn)象。相反，當(dāng)Mg2+添加量<1∶50時(shí)，酚酸處理可使模擬葡萄酒的吸光值下降11.04%～22.19%，呈現(xiàn)出一定程度的“減色效應(yīng)”(即反輔色作用)[22]。不過(guò)值得注意的是，當(dāng)Mg2+濃度升至1∶100時(shí)，其溶液的吸光值會(huì)出現(xiàn)一定的回復(fù)現(xiàn)象(14.32%)。BOULTON[4]研究認(rèn)為，在復(fù)雜的溶液體系中，輔色現(xiàn)象是體系中各類(lèi)輔色因子競(jìng)爭(zhēng)平衡的結(jié)果。各輔色因子的濃度高低，以及與花色苷結(jié)合能力的強(qiáng)弱將決定反應(yīng)體系最終的輔色效果和觀(guān)察到的顏色特征。例如，在含花色苷-輔色因子的溶液體系中加入葡萄籽粗體物，會(huì)破壞已建立的輔色平衡，造成溶液體系光吸收值的降低，產(chǎn)生“反輔色作用”[20]。比較本試驗(yàn)中Mg2+和酚酸處理，我們認(rèn)為，酚酸的加入可能會(huì)破壞原本由Mg2+和花色苷所建立的輔色體系(推測(cè)酚酸與Mg2+可能會(huì)產(chǎn)生結(jié)合)，導(dǎo)致溶液體系增色效果的喪失。但當(dāng)Mg2+濃度超過(guò)一定數(shù)量后(即酚酸與Mg2+的結(jié)合達(dá)到飽和)，剩余的Mg2+會(huì)繼續(xù)與花色苷反應(yīng)，再次產(chǎn)生溶液吸光值的增加。不過(guò)相關(guān)的機(jī)制原因還需做進(jìn)一步的研究。

表3 酚酸添加對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒增色(M)和紅移效應(yīng)(Δλ)的影響
Table 3 The hyperchromic effect (M) and bathochromic shift (Δλ) of different phenolic acids on the pigment/metal ion simulated wine solution

注：不同大寫(xiě)字母代表同一摩爾比不同酚酸處理存在顯著差異(P<0.05)(表4同)

2.2.2 酚酸添加對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒CIELab顏色參數(shù)的影響

酚酸的加入對(duì)含金屬離子的模擬葡萄酒溶液呈色也會(huì)產(chǎn)生影響。比較表2和表4數(shù)據(jù)可知，添加酚酸后隨著離子摩爾濃度的升高，Al3+和K+處理溶液的L*值呈降低趨勢(shì)(下降0.22～1.84 a.u.和0.45～0.95 a.u)、a*和值均為上升變化(升高0.73～3.86 a.u.和1.10～1.83 a.u.，以及0.73～3.94 a.u.和1.09～1.83 a.u.)，使溶液呈現(xiàn)出深紅色特征，并最終使值提高(0.73～1.68 a.u.和0.58～3.85 a.u.)。同時(shí)，香草酸所產(chǎn)生的效果要優(yōu)于原兒茶酸，例如，在濃度為1∶25∶100(花色苷/酚酸/金屬離子)時(shí)，添加香草酸的Al3+處理溶液比使用原兒茶酸的樣品L*值低0.48 a.u.(P<0.05)，而a*和值高出0.51 a.u.和0.48 a.u.(P<0.05)。但對(duì)含Mg2+的模擬葡萄酒溶液我們?cè)囼?yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其濃度在<1∶50 mol/L時(shí)，酚酸的加入將導(dǎo)致L*的升高(0.04～0.10 a.u.)，以及a*和的降低(0.04～0.15 a.u.和0.03～0.23 a.u.)，表現(xiàn)出淡紅色狀態(tài)。同時(shí)，分析溶液的值發(fā)現(xiàn)，酚酸的添加可以增大金屬離子處理樣品的色差效果，與僅含金屬離子的模擬葡萄酒溶液相比，添加香草酸和原兒茶酸的樣品平均較原溶液分別提高了3.80和2.00倍。

分析圖2可知，添加酚酸并未改變金屬離子輔色所造成的顏色貢獻(xiàn)效果，仍然表現(xiàn)為量變因素(ΔL%+ΔC%>80%)大于質(zhì)變因素(ΔH%<20%)的特征，但在程度上有所差別。例如，酚酸處理使ΔL%的反應(yīng)效果由僅加入金屬離子時(shí)的2.24%～33.59%，變化為酚酸和金屬離子共同作用時(shí)的7.87%～26.62%。此外，不同的金屬離子與酚類(lèi)組合產(chǎn)生的效果也不相同，例如與僅添加Al3+的模擬葡萄酒體系相比，Al3+與香草酸共同處理的樣品，其量變因素對(duì)ΔE的貢獻(xiàn)較前者增加了1.86%～13.56%。而Al3+與原兒茶酸共同處理的溶液，卻表現(xiàn)出在低濃度時(shí)(花色苷/酚酸/金屬離子≤1∶25∶5)量變因素降低(較單獨(dú)使用Al3+的溶液降低10.34%～14.15%)，在高濃度時(shí)量變效果增加(較單獨(dú)使用Al3+的溶液提高8.48%～9.73%)的現(xiàn)象。但是對(duì)于Mg2+處理，添加酚酸將減弱量變對(duì)色差的作用效果(香草酸和原兒茶酸添加分別造成0.59%～2.03%和0.23%～3.59%的下降)。

表4 酚酸添加對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒CIELab顏色參數(shù)的影響
Table 4 The effect of different phenolic acids on CIELab parameters of the pigment/metal ion simulated wine solution

2.2.3 酚酸濃度對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒輔色作用的影響

為了明確酚酸在不同濃度水平下的作用，試驗(yàn)在固定金屬離子添加比例的基礎(chǔ)上(金屬離子與花色苷的摩爾濃度比為1∶25)繼續(xù)做進(jìn)一步的研究。由表5試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著酚酸濃度的增加，含Al3+模擬葡萄酒溶液所產(chǎn)生的增色效果逐漸增強(qiáng)(M=9.78%～53.99%)(P<0.05)。但是對(duì)含K+和Mg2+的模擬酒溶液，其光吸收值卻表現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢(shì)，這使得酚酸添加量在≤1∶25∶5(花色苷/金屬離子/酚酸)時(shí)將出現(xiàn)減色現(xiàn)象，特別當(dāng)濃度為1∶25∶1時(shí)，與僅添加金屬離子的樣品(花色苷/金屬離子/酚酸摩爾濃度比1∶25∶0)相比，前者的吸光度分別降低1.48%(香草酸/K+)和4.35%(香草酸/Mg2+)，0.72%(原兒茶酸/K+)和5.44%(原兒茶酸/Mg2+)。此外，隨著酚酸濃度的逐步升高，各樣品的紅移量也逐漸增大(Δλ=1～10 nm)，并在最高添加濃度時(shí)效果最強(qiáng)，這與先前的研究相似[8]。

a-K+添加香草酸；b-Mg2+添加香草酸；c-Al3+添加香草酸；d-K+添加原兒茶酸；e-Mg2+添加原兒茶酸；f-Al3+添加原兒茶酸
圖2 酚酸添加對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒ΔE的影響
Fig.2 The effect of different phenolic acids on ΔE of the pigment/metal ion simulated wine solution

表5 不同酚酸濃度對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒增色(M)和紅移效應(yīng)(Δλ)的影響
Table 5 The hyperchromic effect (M) and bathochromic shift (Δλ) of different phenolic acid concentrations on the pigment/metal ion simulated wine solution

2.2.4 酚酸濃度對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒CIELab顏色參數(shù)的影響

分析表6數(shù)據(jù)可知，相比于未添加任何輔色因子的模擬葡萄酒樣品(花色苷/金屬離子/酚酸摩爾濃度比1∶0∶0)而言，在含Al3+的模擬酒中改變酚酸的添加濃度，將使其L*和b*值降低(分別降低了1.43～4.26 a.u.和1.28～1.98 a.u.，P<0.05)，a*值增加(1.53～7.37%)。但是對(duì)于含Mg2+和K+的樣品卻只有在酚酸濃度>1∶25∶5(花色苷/金屬離子/酚酸)時(shí)才能產(chǎn)生類(lèi)似的效果(L*值和b*值降低0.57～2.51 a.u.和0.22～0.51 a.u.，a*值增加1.49～6.16 a.u.)。同時(shí)，與前述的結(jié)果相似，添加香草酸的溶液仍表現(xiàn)出較好的效果。例如，與添加原兒茶酸的金屬輔色溶液相比，香草酸處理樣品的顏色呈現(xiàn)出更深的紅-紫色狀態(tài)(其L*和b*值較原兒茶酸樣品分別降低了1.51%和6.73%，a*值升高了12.86%)。

表6 不同酚酸濃度對(duì)含金屬離子模擬葡萄酒CIELab顏色參數(shù)的影響
Table 6 The effect of different phenolic acid concentrations on CIELab parameters of the pigment/metal ion simulated wine solution

由圖3可知，隨酚酸濃度的增加，金屬離子處理的模擬葡萄酒顏色差別仍然以量變?yōu)橹?ΔL+ΔC=67.28%～99.76%)，但不同金屬離子和不同酚酸添加所形成的效果有所區(qū)別，其中隨酚酸濃度升高(花色苷/金屬離子/酚酸摩爾濃度比1∶25∶1～1∶25∶100)，K+和Al3+處理的量變作用逐漸增強(qiáng)(分別提高10.21%和30.31%，P<0.05)，而Mg2+處理樣品的量變貢獻(xiàn)卻變化有限(≤1.50%)。

3 討論

葡萄酒中一些金屬離子作為其基本組成成分，可通過(guò)絡(luò)合作用與部分花色苷結(jié)合，從而起到穩(wěn)定和保護(hù)葡萄酒顏色的作用[7]。研究表明，與二價(jià)離子Mg2+相比，F(xiàn)e3+、Ga3+和Al3+等三價(jià)金屬離子對(duì)花色苷的光譜特性和顏色特征的影響更加明顯，并且隨著價(jià)電子數(shù)的增加，花色苷溶液紅移的程度也顯著提高[19]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，花色苷與金屬離子可通過(guò)離子-偶極靜電相互作用達(dá)到穩(wěn)定[19,23]。通過(guò)選擇較高價(jià)態(tài)或是較多電荷的金屬離子，可增強(qiáng)花色苷與金屬離子的相互作用能力。例如，相比于Fe2+，F(xiàn)e3+由于最外層電子軌道只有1個(gè)電子占據(jù)，并呈高自旋狀態(tài)，這將更有利其與花色苷分子的結(jié)合[23]。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，某些多糖、蛋白和多酚類(lèi)物質(zhì)亦能夠與金屬離子作用，從而促進(jìn)和提升后者的輔色效果[24]。對(duì)照本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)添加酚酸后，Al3+和K+處理的模擬葡萄酒增色和紅移效果均有所增強(qiáng)，同樣對(duì)其CIELab顏色參數(shù)也產(chǎn)生積極影響。而對(duì)于輔色效果較好的Mg2+卻出現(xiàn)“反輔色作用”。ELHABIRI等[25]研究發(fā)現(xiàn)，兒茶素等酚類(lèi)物質(zhì)能與Fe3+形成穩(wěn)定的化合物，從而影響Fe3+與溶液中其他物質(zhì)的相互作用。因此，我們推測(cè)，酚酸和Mg2+之間可能會(huì)發(fā)生相互作用，從而減弱Mg2+的作用效果。但由于本試驗(yàn)所涉及的金屬離子和酚酸種類(lèi)相對(duì)較少，具體的反應(yīng)機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。

a-K+添加香草酸；b-Mg2+添加香草酸；c-Al3+添加香草酸；d-K+添加原幾茶酸；e-Mg2+添加原幾茶酸；f-Al3+添加原幾茶酸
圖3 不同酚酸濃度含金屬離子模擬葡萄酒ΔE的影響
Fig.3 The effect of different phenolic acid concentrations on ΔE of the pigment/metal ion simulated wine solution

4 結(jié)論

本試驗(yàn)采用紫外-分光光度法和CIELab顏色空間法，研究了K+、Mg2+和Al3+在不同濃度及添加酚酸條件下對(duì)模擬葡萄酒溶液產(chǎn)生的輔色效果，結(jié)果表明：

(1)隨金屬離子摩爾濃度增加，Al3+處理可使模擬葡萄酒溶液呈現(xiàn)明顯的增色和紅移效應(yīng)，Mg2+可使模擬酒產(chǎn)生增色效應(yīng)但不產(chǎn)生紅移效應(yīng)，K+處理未產(chǎn)生明顯的輔色效果。同時(shí)，Al3+和Mg2+處理均會(huì)明顯改善模擬酒的CIELab顏色參數(shù)，在相同摩爾濃度比下，3種離子的輔色效果表現(xiàn)為Al3+>Mg2+>K+的作用趨勢(shì)。進(jìn)一步分析顏色參數(shù)對(duì)ΔE的貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，ΔE變化主要與量變因素有關(guān)。

(2)在含花色苷-金屬離子的模擬葡萄酒中分別添加固定濃度的原兒茶酸和香草酸，與僅添加花色苷-金屬離子的模擬酒相比，添加酚酸可使K+和Al3+處理的模擬酒輔色效果有所增強(qiáng)，且香草酸的效果優(yōu)于原兒茶酸。而含Mg2+的模擬酒中的酚酸處理卻具有反輔色作用。

(3)在固定金屬離子摩爾濃度的模擬葡萄酒中添加不同濃度酚酸發(fā)現(xiàn)，較低濃度的酚酸會(huì)對(duì)3種離子的輔色效果及顏色參數(shù)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，但隨酚酸濃度升高，三者的輔色效果均有所提升，且Al3+的輔色效果優(yōu)于Mg2+和K+。