有机酸在模拟葡萄酒中增强协同收敛性的机制:来自有机酸-酚类-蛋白质三者相互作用的见解

时间:2026年1月24日
来源:Food Chemistry

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本研究通过模拟葡萄酒系统,利用物理化学分析及感官评价,探讨了四种有机酸与三种多酚提取物的协同效应机制,发现酒石酸通过促进游离多酚释放和改变蛋白质结构显著增强单宁感知,且橡木多酚与有机酸协同作用效果更佳,揭示了有机酸调控多酚-蛋白质相互作用的新机制。

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刘艳|姜向杰|张世清|赵庆豪|赵月凡|赵婉蓉|彭世毅|杜国荣|肖园|赵鹏涛|王晓宇
陕西师范大学食品工程与营养科学学院,中国陕西省西安市西长安大道620号,邮编710119

摘要

有机酸(OAs)是葡萄酒中的重要成分,被广泛认为对葡萄酒的收敛性感知至关重要。本研究通过模拟葡萄酒系统,利用物理化学分析(HPLC-MS、SDS-PAGE、浊度测量、荧光猝灭实验、CD光谱和FTIR)和感官评估方法,研究了四种有机酸(酒石酸、苹果酸、柠檬酸和乳酸)与三种多酚提取物(橡木多酚、绿茶多酚和葡萄籽多酚)之间的协同作用。研究结果表明,有机酸通过促进多酚的释放和改变蛋白质结构来增强葡萄酒的收敛性。其中,酒石酸的收敛性增强作用优于其他三种有机酸,因为它能暴露更多的蛋白质结合位点。此外,橡木多酚与有机酸的协同作用比其他两种多酚更强,从而提升了葡萄酒的收敛性感知。这些发现揭示了有机酸与多酚在模拟葡萄酒系统中的相互作用机制,为优化真实葡萄酒的收敛性提供了新的策略。

引言

收敛性是评价葡萄酒质量的重要指标,表现为口腔中的紧致、粗糙和干燥感。目前普遍接受的收敛性机制是由于单宁与唾液蛋白相互作用导致口腔黏膜润滑性降低和摩擦增加(Baxter, Lilley, Haslam, & Williamson, 1997; Fontoin, Saucier, Teissedre, & Glories, 2008)。然而,单宁并非唯一影响葡萄酒收敛性的化合物(Rinaldi, Gambuti, Moine-Ledoux, & Moio, 2010; Riou, Vernhet, Doco, & Moutounet, 2002; Weilack, Mehren, Schieber, & Weber, 2023),葡萄酒中的其他成分如有机酸也被认为对收敛性有贡献(Callemien & Collin, 2010; Obreque-Slier, Peña-Neira, & López-Solís, 2012)。根据赵等人的研究(2023),有机酸增强收敛性的机制有两种可能:一是形成蛋白质-多酚-有机酸的三级复合物,二是由于pH值下降导致唾液层流动性增加。葡萄酒中有机酸的类型和浓度因原料和发酵工艺的不同而有所差异,从而导致不同的感官特性(Ju et al., 2023)。鉴于有机酸对收敛性的影响及其作用机制尚不明确,全面了解不同有机酸对收敛性的影响对于更好地理解葡萄酒之间的收敛性差异至关重要。
先前的研究表明,有机酸通过降低pH值来增强收敛性。对此机制有多种解释:在较低pH值下,蛋白质分子可能更加伸展(N端和C端区域之间的静电排斥作用增强),同时脯氨酸残基的可及性增加(Yan & Bennick, 1995);随着pH值下降,单宁的溶解度降低,促进单宁的自聚集,形成更多的单宁-蛋白质复合物沉淀(Callemien & Collin, 2010)。Fontoin等人(2008)从分子角度解释了低pH值导致收敛性增强的现象,认为这可能与未解离的多酚基团增多有关,这些多酚基团可以与蛋白质形成氢键。近年来,研究还发现酒石酸不仅通过降低pH值影响收敛性,还直接参与蛋白质-多酚的结合反应,通过改变疏水键和氢键来扩展蛋白质结构(Tian et al., 2024; Zhao et al., 2023)。目前关于有机酸对收敛性的直接影响的研究较少,其调控机制尚未完全阐明。
酒石酸(TA)、苹果酸(MA)、柠檬酸(CA)和乳酸(LA)是葡萄酒中的主要有机酸,它们通常与葡萄酒的酸度和收敛性感知相关(Chai et al., 2018)。感官分析和体外实验已证实这些化合物具有不同的酸度特征(Shi, Pu, Zhou, & Zhang, 2022; Zhen, Lange, & Crestini, 2021)。例如,苹果酸具有很强的酸性,感官评价者将其味道描述为“辛辣”;而乳酸的酸性较弱(Chidi, Bauer, & Rossouw, 2018)。酸度与酸的解离能力有关。葡萄酒中常见有机酸的解离常数排序为:酒石酸 > 柠檬酸 > 苹果酸 > 乳酸 > 醋酸(Ganzevles & Kroeze, 1987)。尽管许多研究探讨了有机酸与收敛性感知的关系,但大多数实验仅使用一种有机酸来调节pH值和酸浓度(Fontoin et al., 2008; Zhao et al., 2023),这与葡萄酒中的实际情况不同。实际上,具有不同化学结构和解离常数的有机酸可能在调节收敛性方面发挥不同的作用(CoSeteng, McLellan, & Downing, 1989)。然而,关于不同有机酸如何影响收敛性的研究较为罕见。
单宁被认为是导致收敛性的主要化合物,其结构是影响收敛性强弱的重要因素(Cheng et al., 2023)。单宁结构多样,可分为可水解单宁和缩合单宁(也称为原花青素)。可水解单宁由多元醇通过酯键与至少一种没食子酸(单宁酸)或鞣花酸(鞣花单宁)结合形成(Dababi, Gimello, Elaloui, & Brosse, 2020);橡木单宁(OP)是葡萄酒中主要的可水解单宁,其浓度与收敛性密切相关。缩合单宁由黄烷-3-醇单元聚合而成,根据聚合程度分为寡聚物和聚合物(García-Estévez, Ramos-Pineda, & Escribano-Ballón, 2018)。GSP和GTP富含原花青素和黄烷-3-醇,它们都对收敛性有直接影响(Cheng et al., 2023; Ma et al., 2014)。其中,GSP含有58%的原花青素,且聚合度较高(Beres et al., 2017),因此具有更高的唾液蛋白反应性和收敛性强度。Cheng等人(2023)也发现GSP的收敛性强度高于GTP。此外,没食子酰化程度的增加(%G)会增强收敛性(Sun, Leandro, Ricardo da Silva, & Spranger, 1998),这是因为没食子酰基团能与蛋白质形成氢键,从而加强和稳定单宁与蛋白质的相互作用。由于单宁结构的复杂性和多样性,有机酸对葡萄酒收敛性的影响也可能因单宁类型而异。
在葡萄酒环境中,基质化合物之间可能产生协同或拮抗作用,从而影响葡萄酒的感官品质。在之前的研究中,当有机酸与单宁共存时,观察到有机酸在增强收敛性方面的协同效应。一些研究者还指出,当葡萄酒中有机酸含量较高时,唾液沉淀作用更为明显(Rinaldi, Gambuti and Moio, 2012a, Rinaldi, Gambuti and Moio, 2012b)。然而,这些化合物之间的分子机制尚不完全清楚。
本研究旨在探讨四种选定有机酸与结构不同的多酚提取物(PPs)共同作用于收敛性感知的潜在机制。通过物理化学分析(HPLC-MS、SDS-PAGE和FTIR等)和感官评估,预测了含有不同有机酸和多酚混合物的模拟葡萄酒的口感感受。从有机酸的种类以及多酚的结构和聚合度角度讨论了这种协同机制。本研究为有机酸和多酚引起的酸度-收敛性协同效应提供了新的见解,有助于理解与葡萄酒收敛性相关的有机酸因素,为葡萄酒行业通过调控有机酸和多酚来开发高品质葡萄酒提供有价值的信息。

化学物质和试剂

本实验使用的原材料——橡木片、葡萄籽和绿茶——分别从天津诺盟有限公司、康德瑞旗旗舰店(在线平台)和西安CR Vanguard超市购买。四种有机酸(酒石酸、苹果酸、柠檬酸和乳酸)由西安晶博公司提供。实验所需的Folin-Ciocalteau试剂、牛血清白蛋白(BSA)、p-二甲氨基肉桂醛(DMACA)和Coomassie Brilliant Blue(R250)以及(+)-儿茶素标准品也由西安晶博公司提供。

三种多酚提取物中酚类化合物的特性

表1列出了三种多酚提取物的酚含量、亚单位组成和其他结构信息。橡木单宁(OP)和葡萄籽多酚(GTP)的总酚含量相似(分别为395.71 mg GAE/g和427.86 mg GAE/g),而葡萄籽多酚(GSP)的总酚含量较低(242.14 mg GAE/g)。不同多酚类型导致负责收敛性感知的化合物有所差异。在黄烷-3-醇方面,GTP中的含量为359.35 mg GAE/g,而葡萄籽多酚中的含量为179.05 mg GAE/g。

结论

本研究通过模拟葡萄酒系统得出的结果表明,四种有机酸对收敛性具有协同作用。我们发现有机酸可以增加特定黄烷-3-醇单体或结合鞣花单酚在酚类化合物中的含量,具体受多酚的来源和化学组成影响;同时还会改变原花青素的分布、蛋白质的功能基团和结构,进而影响收敛性。

作者贡献声明

刘艳:撰写初稿、进行实验、数据整理。 姜向杰:撰写、审稿和编辑。 张世清:数据可视化、监督。 赵庆豪:撰写、审稿和编辑。 赵月凡:数据可视化、监督。 赵婉蓉:数据可视化、监督。 彭世毅:撰写、审稿和编辑。 杜国荣:项目管理。 肖园:验证、监督、资源协调、项目管理。 赵鹏涛:撰写、审稿和编辑、资源协调、项目管理。

伦理声明

本研究招募了10名志愿者(4名男性和6名女性,年龄在22至44岁之间),来自陕西师范大学的酿酒师、工作人员和研究生。所有志愿者都具有超过200小时的果汁风味评估经验。所有志愿者均了解实验为自愿参与,并完全遵守“1975年赫尔辛基宣言”。实验前已获得书面知情同意。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金(32202075)和自治区重点研发项目(2024B04012)的支持。
本研究还得到了中国国家自然科学基金(32202075)和农业农村部苹果产业系统项目(CAR-27)的支持。图形摘要部分借鉴了Servier Medical Art(http://smart.servier.com/)和Pixabay(http://www.pixabay.com)的资源,这些资源基于知识共享许可协议使用。

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