塞浦路斯单一品种Maratheftiko红葡萄酒（2019-2024）理化、酚类、抗氧化、色度与挥发性化合物的多变量特征分析

《Beverages》：Multivariate Characterization of Maratheftiko Wines (2019–2024): Physicochemical, Phenolic, Antioxidant, Chromatic and Volatile Profiles Artemis Toulaki, Dimitrios Kalompatsios, Martha Mantiniotou, Vassilis Athanasiadis, Kosmas Roufas and Stavros I. Lalas

这篇研究对塞浦路斯本土单一品种红葡萄酒Maratheftiko在2019-2024六个年份中挥发性与非挥发性化合物的演变进行了全面剖析。研究发现，酒精含量和挥发酸度保持稳定，酸度和苹果酸是区分年份的关键因素。特别是2024年份，其总多酚、单宁、类黄酮和花青素含量均显著高于其他年份，赋予了其卓越的抗氧化能力。该年份深绯红的色泽可归因于丰富的花青素（如malvidin-3-O-glucoside）含量。相反，最新年份（2024）呈现出高多酚与低挥发性化合物的反比关系，表明其陈化过程尚未达到理想水平。相关性分析（Pearson’s r）和主成分分析（PCA）进一步确认了2024年份作为一个“异常”年份，因其显著提升的酚类和抗氧化特性而与其他年份明显区分。

　　

引言

葡萄栽培是全球许多国家农业食品经济的重要部门，目前存在大量的Vitis vinifera品种，用于生产种类繁多的葡萄酒。葡萄品种的选择在酿酒中至关重要，因为它决定了最终产品的风格和质量。葡萄酒质量由酒精浓度、糖含量、pH、酸度以及挥发性与非挥发性分子的组成等多种理化特性共同决定，这些因素影响着葡萄酒的感官特性、稳定性和成熟潜力，进而影响其市场价值。葡萄中含有多重具有强大抗氧化能力的生物活性化合物，尤其是多酚类物质，已被证实与心血管保护、抗炎和潜在的抗癌活性等众多健康益处相关。挥发性与非挥发性分子的演变受多种参数影响，包括葡萄在葡萄园中的位置和陈酿过程，后者通常在橡木桶中进行，持续时间从六个月到两年不等，对最终产品的质地、颜色、风味和多酚谱有显著影响。陈酿过程中发生的化学反应导致了感官品质和化学成分的转变，包括花青素和单宁的缩合与氧化，以及从木材到葡萄酒的分子迁移，这些分子与葡萄酒中已有的芳香萜类化合物和多酚相互作用，形成了葡萄酒丰富的风味和香气。

Maratheftiko是一种本土塞浦路斯红葡萄酒品种，本研究旨在对2019-2024年间该单一品种葡萄酒进行综合分析，涵盖多个年份，并解决此前研究中对Maratheftiko葡萄酒随时间变化的挥发性与非挥发性化合物（包括相关性分析）的关注不足的问题。

材料与方法

2.1 化学品与溶剂

研究使用了来自不同供应商的高纯度试剂，包括Labkem的乙腈、Sigma-Aldrich的氯化铝、铁(III)氯化物、TPTZ、DPPH、HPLC级化学品等，以及Panreac Co.的Folin–Ciocalteu试剂、乙醇和没食子酸。

2.2 Maratheftiko葡萄酒样品

2.2.1 葡萄栽培详情

研究使用的葡萄酒来自塞浦路斯利马索尔一个0.51公顷的单一品种（Maratheftiko）葡萄园，海拔795米。该葡萄园采用旱作、高脚杯式（goblet-style）栽培系统，产量极低（<1吨/公顷），这反映了特定高海拔、旱作葡萄园系统的影响。所有年份的葡萄园管理保持一致，包括不进行灌溉。葡萄成熟参数见表2。

2.2.2 酿造过程

所有年份的酿造过程相似，包括手工采收、去梗、72小时10–12°C的冷浸渍、长达10天的冷浸渍过程。使用商业酿酒酵母（Vitilevure^?SYRAH Yseo Saccharomyces cerevisiae）在受控的、逐渐升高的温度下（12°C至25°C）进行发酵。通过添加Actiferm补充酵母可同化氮（YAN）。使用偏亚硫酸氢钠（60 g/吨）作为防腐剂。使用来自Aspergillus niger的果胶裂解酶（LAFASE^?HE GRAND CRU）以增强葡萄酒的澄清度、稳定性和色素提取。苹果酸-乳酸发酵（MLF）在所有年份中都是自发且不完全的。所有葡萄酒均在225升法国橡木桶中陈酿12个月，使用不同新旧程度的橡木桶（新桶20%，一年桶30%，两年桶50%），之后混合装瓶。

2.2.3 Maratheftiko葡萄酒

所有葡萄酒均用天然软木塞装瓶，在14°C和70%湿度下储存。所有样品均在2025年11月开瓶后立即进行分析，以确保它们处于相同的酿酒阶段（发酵后、MLF后、桶陈后），仅瓶储时间不同（2019-2023年份为5至1年，2024年份为1个月）。使用国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）的标准方法测定技术属性。

2.3 仪器与软件

使用分光光度计、高效液相色谱仪（HPLC）、顶空-固相微萃取（HS-SPME）与气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）以及色度计进行分析。数据处理使用IBM SPSS Statistics和JMP^?Pro 16软件。

2.4 生物活性化合物测定

采用多种标准方法测定总多酚（TPC，Folin–Ciocalteu法）、总类黄酮（TFC，铝螯合法）、总花青素（TAC）、总单宁（TTC，香草醛法）以及通过HPLC定量单个多酚（如咖啡酸衍生物、儿茶素、槲皮素衍生物、花青素等）。

2.5 抗氧化能力测定

采用铁还原抗氧化能力（FRAP）法和DPPH自由基清除法测定葡萄酒的抗氧化能力，结果以抗坏血酸当量（AAE）表示。

2.6 挥发性化合物测定

采用HS-SPME/GC-MS法测定挥发性化合物，使用DVB/CAR/PDMS纤维萃取，以2-辛醇为内标。化合物通过质谱库（相似度≥80%）进行鉴定，结果以2-辛醇当量表示。

2.7 颜色分析

使用L^*a^*b^*色度系统测量葡萄酒的颜色坐标，包括亮度（L^*）、红绿色度（a^*）、黄蓝色度（b^*）、色度（C_ab^*）和色调角（h_ab^o）。同时提供HEX颜色代码。

2.8 统计处理

所有测定结果均以三次独立技术重复的平均值±标准差（SD）表示。使用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey’s HSD事后检验评估年份间的统计学显著性（p< 0.05）。使用主成分分析（PCA）和多变量相关性分析（MCA）来可视化理化、酚类、抗氧化、色度和挥发性参数之间的关系。

结果与讨论

3.1 理化特性

年份对Maratheftiko葡萄酒的理化特性有显著影响。酒精浓度（13–15% v/v）和挥发性酸度（0.51–0.58 g 乙酸/L）在所有年份中保持稳定，表明发酵过程和微生物稳定性良好。总酸度随年份增加呈下降趋势，这与自发但不完全的苹果酸-乳酸发酵（MLF）以及残留苹果酸的存在一致。所有年份的pH值均较低（2.77–3.19），这可能与葡萄园的低降水量、酒石酸的高稳定性、较小的葡萄果实尺寸以及强烈的昼夜温差有关。2024年份表现出最高的总酸度和苹果酸含量，成为区分年份的主要因素。这些低pH值与之前关于Maratheftiko的研究一致，归因于高海拔、水分限制条件下的栽培。

3.2 酚类与抗氧化特性

酚类物质和抗氧化能力显示出显著的年份效应。2024年份在所有生物活性化合物指标上均表现突出：总多酚（TPC）高达3877.86 mg GAE/L，总单宁（TTC）为688.43 mg CtE/L，总类黄酮（TFC）为506.90 mg RtE/L，总花青素（TAC）为413.74 mg CyE/L。相应地，其抗氧化能力也最高，FRAP值为44.60 mmol AAE/L，DPPH值为29.91 mmol AAE/L。相比之下，2019-2023年份的这些数值普遍较低。这些结果凸显了2024年份的酚类物质富集程度，这很可能与当年的葡萄成熟度和环境条件（如水分胁迫）有关，水分胁迫上调了次生代谢物（如花青素和单宁）的生物合成。

3.3 色度参数

葡萄酒的颜色也随年份发生显著变化。2019-2023年份的葡萄酒呈现一致的、饱和度较高的红紫色（a^*值高，h_ab^o约5-14°）。而2024年份则颜色更深、饱和度降低，呈现蓝紫色调（a^*值降至5.6，b^*值为负，h_ab^o为336°）。这种颜色转变与2024年份异常高的花青素浓度，特别是丰富的malvidin-3-O-glucoside（21.62 mg/L）直接相关。色度（C_ab^*）从之前年份的19-24急剧下降至6.4，进一步证实了2024年份颜色鲜艳度的降低。

3.4 非色素与色素多酚分析

HPLC分析揭示了非色素多酚（如儿茶素、咖啡酸衍生物、槲皮素糖苷）和色素多酚（花青素）的详细组成。非色素多酚总量在不同年份间波动（135-283 mg/L）。色素多酚，特别是花青素，在2019-2020年份含量可忽略不计，在2021-2023年份略有增加，而在2024年份急剧上升，总色素含量达38 mg/L，其中malvidin-3-O-glucoside及其酰化衍生物占主导。这再次证实了2024年份的酚类物质富集主要是由花青素驱动，从而深刻影响了其颜色和生物活性。

3.5 挥发性化合物

挥发性化合物的分析显示，2024年份的总挥发性化合物浓度相对较低。Pearson相关性分析揭示了一个重要的模式：总多酚浓度与挥发性化合物总浓度之间存在显著的负相关关系（r = -0.62, p< 0.05）。这表明，在2024年份，极高的多酚含量可能抑制了挥发性芳香物质的生成或积累，也可能反映了其陈化过程尚未达到最佳状态，因为通常随着陈酿时间的延长，多酚会发生聚合和沉淀，而挥发性物质会更加融合与显现。

3.6 多变量分析

主成分分析（PCA）进一步强调了2024年份的独特性。在由主要理化、酚类和挥发性参数构成的PCA图中，2024年份明显与其他所有年份（2019-2023）分离，主要归因于其极高的酚类化合物和抗氧化指标。而2019-2023年份在图中聚集相对紧密，表明它们之间的组成相似性更高。这一多变量分析直观地证实了2024年份是一个成分构成上的“异常值”或“突出年份”。

结论

本研究通过对塞浦路斯Maratheftiko红葡萄酒连续六个年份（2019-2024）的系统分析，全面揭示了其理化特性、酚类物质、抗氧化能力、颜色和挥发性化合物的演变规律。研究证实了强烈的“年份效应”，其中2024年份尤为突出，呈现出极高的多酚含量、单宁结构、花青素浓度和抗氧化活性，这为其带来了深浓的色泽和潜在的健康益处。然而，高多酚含量伴随着相对较低的挥发性化合物浓度，二者呈负相关，暗示其陈化过程可能尚未完成，香气复杂度和融合度有待进一步发展。这项研究不仅增进了对Maratheftiko这一特色品种的认识，也为葡萄酒生产者评估不同年份葡萄酒的陈年潜力和市场定位提供了科学依据，同时凸显了气候与栽培条件对葡萄酒最终化学组成和感官品质的深远影响。