微尺度葡萄园地块差异对‘赤霞珠’（Cabernet Sauvignon）葡萄酒酚类组成与色泽表达的影响

《Food Chemistry: X》：Micro-scale vineyard variation influences phenolic composition and color expression in ‘cabernet sauvignon’ wines

　　

色泽是红葡萄酒最重要的感官属性之一，深刻影响消费者感知、产品典型性与市场价值。除呈色功能外，部分天然色素具有潜在生物活性，而某些合成食用色素的相关毒理学担忧进一步提升了天然着色剂的关注度。在年轻红葡萄酒中，色泽主要由源自葡萄果皮的花色苷及其衍生物决定，这些物质在发酵过程中经历复杂转化，包括形成吡喃花色苷（pyranoanthocyanins）与聚合色素（polymeric pigments），从而有助于长期色泽稳定性与视觉吸引力。葡萄果实中花色苷的积累对温度和水分供应等环境与栽培因素高度敏感。其中，土壤质地、有机质、持水力与阳离子交换量影响尤为显著，因其调控树势、果粒大小与酚类生物合成。尽管花色苷是年轻红葡萄酒的主要色素，色泽发育还受与黄酮醇（flavonols）和黄烷-3-醇（flavan-3-ols）的辅色作用（co-pigmentation）以及吡喃花色苷等衍生色素形成的调节。因此，葡萄酒色泽的稳定性与色调不仅取决于酚类化合物的数量，还取决于其结构与反应活性。尽管风土研究已将土壤、坡度和气候与葡萄及葡萄酒酚类轮廓联系起来，但花色苷衍生色素的地块尺度变异仍表征不足，尤其是在中国。以往中国风土研究主要比较主要产区和官方划定子产区，而单一商业葡萄园内相邻地块间的酚类与色泽变异仍表征较少。虽然同一碣石山葡萄园的香气轮廓地块尺度差异已有报道，但酚类组成特别是花色苷衍生色素的相应变异仍不清楚。本研究比较了2020和2021两个年份四个相邻地块的‘赤霞珠’葡萄与葡萄酒，通过整合酚类轮廓分析、CIELAB色泽参数以及土壤与气候数据，评估了地块与年份相关的葡萄和葡萄酒酚类组成与色泽变异、色素类别与色泽属性之间的关联、候选酚类特征从浆果到葡萄酒的连续性，以及土壤性质与浆果酚类之间的探索性关系。该设计提供了葡萄园异质性如何反映于酚类与色泽轮廓的地块尺度评估。

一、研究背景与问题

色泽是红葡萄酒最重要的感官属性之一，影响消费者感知、产品典型性与市场价值。年轻红葡萄酒的色泽主要由葡萄果皮来源的花色苷（anthocyanins）及其衍生物决定，并在发酵过程中经复杂转化形成吡喃花色苷（pyranoanthocyanins）与聚合色素（polymeric pigments），从而贡献长期色泽稳定性。花色苷积累对环境与栽培因素（温度、光照、水分）高度敏感，其中土壤质地、有机质、持水力与阳离子交换量（CEC）通过调控树势、果粒大小与酚类生物合成发挥重要作用。色泽发育还受黄酮醇（flavonols）与黄烷-3-醇（flavan-3-ols）的辅色作用（co-pigmentation）及衍生色素形成的调节，因此色泽稳定性与色调不仅取决于酚类数量，也取决于其结构与反应活性。

已有风土研究将土壤、坡度与气候同葡萄与葡萄酒酚类轮廓相联系，但花色苷衍生色素的地块尺度变异表征不足，尤其在中国。以往中国风土研究多比较主要产区或官方子产区，单一商业葡萄园内相邻地块的酚类与色泽变异表征较少；同一碣石山葡萄园的香气地块尺度差异虽有报道，但酚类组成特别是花色苷衍生色素的相应变异仍不清楚。为此，研究人员在河北昌黎四个相邻‘赤霞珠’（Cabernet Sauvignon）商业地块（CS1–CS4，种植年份2001、2004、2006、2011年，同一缓坡约0.3%，不灌溉）开展2020与2021两个年份研究，整合酚类轮廓、CIELAB色泽参数与土壤气候数据，评估地块与年份相关的酚类组成和色泽变异、色素类别与色泽属性的关联、候选酚类特征从浆果到葡萄酒的连续性，以及土壤性质与浆果酚类的探索性关系。结论表明：葡萄酒色泽更多取决于色素组成而非总花色苷含量；地块特异的酚类模式可从葡萄经发酵延续至葡萄酒；土壤有机质与养分影响关键呈色相关化合物；稳定酚类化合物可指示跨年份的葡萄园来源。该研究为葡萄园微尺度异质性如何反映于酚类与色泽轮廓提供了地块尺度评估依据。

二、关键技术方法

研究以昌黎四个相邻商业地块为样本队列来源，每地块设三个空间独立生物学重复。葡萄果皮花色苷与黄烷-3-醇经溶剂提取后，采用高效液相色谱-串联三重四极杆质谱（HPLC-MS/MS）在多反应监测（MRM）模式下定量酚类化合物；葡萄酒经酒精发酵（AF）与苹果酸-乳酸发酵（MLF）后以同法分析酚类。色泽以分光光度计测定CIELAB参数L、a、b并计算色度（C_ab）与色调角（h_ab）。数据采用方差分析、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、偏最小二乘回归（PLSR）及共变网络分析。

三、研究结果

3.1 浆果与葡萄酒理化及色泽特性的地块依赖性变异：各年份地块间总可溶性固形物无显著差异，基本成熟度可比；葡萄酒色泽参数在地块与年份间的变异明显大于发酵阶段间。2020年酒样红色更深，2021年偏黄。2020年CS1与CS3的a与C_ab较高，CS2与CS4的L与h_ab较高；2021年CS3与CS4的a与C_ab较高，CS1与CS2的b与h_ab较高。

3.2 酚类组成与葡萄酒色泽属性的关系：PLSR显示a与C_ab总体与花色苷衍生色素相关，b与h_ab与黄酮醇关系更密切，L与多种花色苷衍生色素负相关。2020年CS1、CS3与总花色苷、vitisin A、vitisin B及A-e-F色素关联；2021年CS3、CS4以单体花色苷、吡喃花色苷与黄酮醇较高为特征。CS3在两个年份均表现较高a与C_ab。

3.3 浆果与葡萄酒中区分地块的酚类特征：两年均检出15种单体花色苷、8种黄酮醇与3种黄烷-3-醇，多数受年份、地块及交互作用显著影响。PLS-DA显示黄酮醇是地块分离的最重要贡献者，My-gal、Ka-gal与Qu-gluc在两年均为关键判别物。葡萄酒PLS-DA中，吡喃花色苷（Mv-vpol、Mv-vgol、MvA-vpol、MvC-vpol）在两年均与地块判别相关；2020年CS1与聚合色素、CS3与吡喃花色苷、CS4与酚酸分别关联。

3.4 浆果至葡萄酒酚类共变网络分析：2020年网络较复杂，以malvidin类花色苷为中心，B-Mv-glc与MvC-v(e)cat及Mv-aldehyde强正相关，B-Mv-ac-glc与AF、MLF阶段Mv-ac-glc连续关联；2021年网络较简单，主要由黄烷-3-醇与黄酮醇的跨阶段连续性构成。

3.5 土壤相关的葡萄酚类变异：两年结果总体一致，各土层有机质与总氮与Mv-glc正相关，EC与有机质、钾有效性正相关，Mv-ac-glc与有效磷正相关；土壤pH、电导率（EC）、CEC与浆果pH倾向与这些化合物负相关。

四、讨论与结论

讨论指出，葡萄酒色泽并非由单体花色苷浓度单独决定：2021年单体花色苷较高但色调更偏黄，同年CS1与CS2总花色苷相当而CS1的a更高、L更低。吡喃花色苷与聚合色素因结构稳定（吡喃环保护发色团、降低水化与SO₂漂白敏感性）对持久色泽贡献更大，2020年CS1（聚合色素）与CS3（吡喃花色苷）均呈较高a与C_ab，2021年聚合色素多低于检出限而CS3仍与吡喃花色苷关联并具最高C*_ab。总酚含量为综合指标，不能代表呈色活性色素的丰度；色素组成、聚合状态与辅色平衡的差异可在总酚相近时产生不同色泽特征。区分地块的酚类并非在酿造中均匀保留，共变网络显示部分化合物通过直接延续或可预测转化路径保持跨阶段连续性。研究同时指出统计关系不构成因果或中介证据。

研究结论：葡萄酒色泽更多依赖色素组成而非总花色苷含量；地块特异的酚类模式可从葡萄经发酵检测至葡萄酒；土壤有机质与养分影响关键呈色相关化合物；稳定酚类化合物可跨年份指示葡萄园来源。