干红葡萄酒陈酿过程中花色苷衍变聚合机制研究

As one class of anthocyanin derivatives formed during red wine aging, polymeric anthocyanins play crucial roles in the changes of hue, as well as the enhancement of chroma and color stability. However, previous researches mainly focused on the separation and identification of polymeric anthocyanins in aged red wines, the exploration and structure analysis of new derivatives, and the confirmation of their synthesis pathway by using simulation solution. Until now, little is concerned about the mechanism of the derivation and polymerization of anthocyanins in the formation of stable derived pigments in actural wine aging system. Therefore, it is necessary to explore the structures, types and derivations of the main ploymeric anthocyanins in aged dry red wines of different stages from classical wine regions of China, and confirm those findings with actural wine aging system and simulation solution. This study will illuminate the chemical synthesis mechanism of polymerized anthocyanins, research the impression and regulation mechanism of enviroment conditions during aging on their formation, and verify the dose-effect relationship of different polymeric anthocyanins at various stages of red wine aging. It will improve the basic and applied research of color generation and stabilization regularity of red wines, and provide strong academic supports and practical technology for enhancing red wine color stabily, which could achieved by regulating anthocyanin derivation and polymerization with ecological cultivation and enological process technology.

聚合花色苷作为红葡萄酒陈酿过程形成的一类花色苷衍生物，对其色调转变、色度和稳定性增强起着决定性作用。然而当前一系列研究主要关注陈酿红葡萄酒中存在的聚合花色苷的分离纯化及鉴定、新型衍生产物的探索发现与结构分析、以及利用模拟溶液验证其形成途径等方面。对在真实葡萄酒陈酿体系中花色苷如何衍变聚合形成稳定衍生物的机理尚未见相关报道。因此，有必要通过梳理我国典型产区陈酿干红葡萄酒中主要聚合花色苷的结构、种类及其在陈酿不同阶段的衍变规律，并通过真实干红葡萄酒陈酿体系结合模拟溶液验证，阐明主要聚合花色苷衍变形成的化学机制，探明陈酿过程环境条件对其形成的作用效果与调控机理，明晰不同类型聚合花色苷在干红葡萄酒陈酿各时期的量效关系，以期提升红葡萄酒呈色机制与色泽变化稳定规律等领域的基础和应用研究，为实现生态栽培技术与酿造工艺方法调控红葡萄酒中花色苷的衍变聚合，增强其颜色稳定性提供强有力的理论支撑和实用技术。

聚合花色苷是干红葡萄酒中主要的呈色物质，尤其是在陈酿干红葡萄酒中，其组成和含量决定了葡萄酒的颜色感官品质。本项目揭示了干红葡萄酒中主要几类聚合花色苷的形成机制：（1）通过模拟合成聚合色素并对其质谱碎裂结构推断，建立了干红葡萄酒中主要聚合花色苷的质谱数据库，并通过高效液相色谱三重串联四极杆液质联用系统建立起了一套系统检测方法，可定性定量检测干红葡萄酒中37种主要的聚合花色苷；（2）揭示了干红葡萄酒中酚基型吡喃花色苷的形成机制，其形成路径为“亲核攻击-脱羧重排-成环氧化”，并且从每一步反应的反应速率常数的大小和中间产物的积累规律来看，氧化重排应为整个酚基型吡喃花色苷合成的决速步骤；（3）揭示了干红葡萄酒中花色苷-黄烷-3-醇聚合物的形成机制，发现干红葡萄酒中最主要的五种单体花色苷和表儿茶素在乙醛介导下形成的聚合产物的反应能垒有明显差异，且表儿茶素参与的聚合反应速率要显著高于儿茶素参与形成的聚合产物的速率，其反应能垒也要显著更低，儿茶素和表儿茶素的添加实验结果也验证了上述结论；（4）论证了辅色和聚合的关系，在不同辅色素参与酚基型吡喃吡喃花色苷的形成的第一步反应热动力学参数上的数值大小并无显著性差异，且反应过渡态的构象是垂直堆叠的构象，其已完全不同辅色复合物的“三明治”构象的π-π堆积结构；辅色素与色素的二面角呈约67度，且由于色素和辅色素分子的空间距离变长，维持辅色复合物稳定的氢键和范德华力半径也因此消失，此结果证伪了存在的近二十年“辅色是聚合第一步”的假设；（5）对不同陈酿干红样品的颜色和聚合花色苷物质的含量分析，结果表明随着酒龄增加，葡萄酒色度减小并向色调向黄色转化，其色度色调的变化与其中聚合色素的形成与含量有相关作用。本项目的研究结果揭示了干红葡萄酒中主要聚合花色苷的形成机理，为定向调控聚合花色苷的形成提供了理论依据。同时所提出的辅色作用和聚合作用的理论为葡萄酒生产过程中辅色素的选择提供了依据，为提升我国葡萄酒整体质量水平上起着关键作用。