均勻色空間下紅葡萄酒顏色量化分級研究

陳曉藝 張軍翔 王 宏（寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021）

顏色是葡萄酒最直接的感官指標，通過葡萄酒的顏色可以初步獲得葡萄酒的類型，如原料品種、釀造方法、酒的品質及酒齡等重要信息［1－4］。一瓶酒顏色的好壞將直接影響到對其質量的整體評價［5］。葡萄酒按顏色可分為白葡萄酒、桃紅葡萄酒和紅葡萄酒。紅葡萄酒顏色幾乎包含了所有紅色：寶石紅、胭脂紅、紫紅、棕紅、磚紅等［2］。

傳統的測定方法主要是通過測定葡萄酒在420，520，620nm處的吸光度，通過計算色度和色調兩個指標來描述葡萄酒的顏色特征，段長青等［6］對葡萄酒顏色的定量測定研究就是選用這種方法。這種測定不是均勻色空間，不能夠忠實重現人類肉眼看到的顏色，也無法達到葡萄酒顏色分類分級的要求。顏色空間的“均勻化”，意味著重現的顏色在用目視進行比較時與原顏色沒有區別，即使在不同光源觀測條件下也應該是完全一致的。如果存在著差別的話，應該采用一個量來表示人的色彩感覺差別，這個量可以用空間距離，也可以用數字表示，但是該量度值必須符合人的感覺［7］。表面顏色分級是指根據人類視覺特性將顏色相同或相近的物體分為同一等級的過程，具有很強的主觀特征，需要緊密結合人類視覺特征［8］。為了方便研究和使用顏色，國際照明委員會（CIE）已建立了十幾種顏色空間，如RGB、XYZ、HIS、LUV、LAB等［9］。其中CIE1976LAB（或L＊a＊b＊）系統是常用來描述人眼可見的所有顏色的最完備的均勻色彩模型，適用于一切光源色或物體色的表示與計算，現已被世界各國正式采納、并作為國際通用的測色標準［10］。

根據色度學（colorimetry）原理，色相、亮度和彩度是顏色的3個屬性。色相是由光的波長決定的；明度取決于光的振幅；彩度是色光分量與白光分量的比值，要完整地表達葡萄酒顏色的屬性，需要借助三維空間［11］。CIE1976LAB（或L＊a＊b＊）系統建立了一個均勻色度空間定量表示顏色的特征，參數a＊表示紅綠色程度，b＊表示黃藍色程度，L＊表示明暗程度，C＊表示彩度（純度或飽和度），H＊表示色相；顏色的彩度C＊和色相H＊由a＊、b＊值計算得出［12－15］。

國內外對葡萄酒顏色研究甚少，對紅葡萄酒顏色的定量分級更是缺乏。釀造師或品酒師一般通過個人的視覺和經驗來評估葡萄酒的顏色，帶有很大的主觀性，給葡萄酒的顏色評定帶來誤差。因此，本試驗擬通過對紅葡萄酒顏色參數進行直接測定計算，旨在研究一種細分紅葡萄酒顏色的方法，客觀地表征紅葡萄酒的顏色特征。將顏色的視覺特征具體量化，在CIEL＊a＊b＊均勻色空間下探究紅葡萄酒顏色定量分級的方法，并建立模型。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 葡萄酒樣品

葡萄酒樣品（共13個）：2012年份和2013年份，來自寧夏賀蘭山東麓產區。所有樣品全部經過傳統工藝釀造后瓶儲待測。

1.1.2 儀器與試劑

紫外—可見分光光度計：UV2450型，日本島津公司；

氯化鉀、鹽酸、三水醋酸鈉、醋酸：分析純，民生物化學試劑公司。

1.2 光譜分析法

根據文獻［10］獲得光譜分析檢測方法和CIEL＊a＊b＊均勻色空間相關參數的計算方法。

2 結果與分析

2.1 CIE L＊a＊b＊顏色參數

根據測定值計算13個酒樣的CIEL＊a＊b＊參數，結果見表1。序號1～10為2012年的葡萄酒樣品，序號11～13為2013年的葡萄酒樣品。由表1可知：亮度、彩度和色相數值差異顯著，有很好的類別區分度，因此可以認為，這3個變量對量化分級有貢獻。

表1 葡萄酒樣品CIE L＊a＊b＊參數值Table 1 CIE L＊a＊b＊parameter values

2.2 顏色的量化分析

2.2.1 色相的量化分析 色相H＊是指能夠比較確切地表示某種顏色色調的名稱。色彩的成分越多，其色相越不鮮明。色相從正橫坐標開始，以逆時針的方向偏轉，在（0°，360°）區域內變化（H＊負值則為逆時針角度）。H＊越接近0°表示顏色越靠近紅色，在色相圖中顏色的紅色色調從0°向90°過渡（圖1）。根據表1計算的數據：13號H＊最小為5.12°，9號最大為26.91°，即H＊集中在（0°，30°）區間，說明所測葡萄酒樣品均呈現紅色色調。故葡萄酒樣品顏色色相定量劃分見表2。

圖1 色相圖Figure 1 Hue circle

表2 葡萄酒的色相定量劃分Table 2 Quantitative hue classification of red wine

2.2.2 彩度C＊量化分析 彩度值C＊（即飽和度）是描述色彩離開相同明度中性灰色程度的色彩感覺屬性，是主觀心理量。彩度C＊在坐標中被體現為a＊和b＊的坐標點，在（0，60）區域內變化，越靠近原點顏色中性灰度越強烈，顏色表現越暗，反之顏色飽和程度越大顏色越鮮艷（圖2）。根據表1計算的數據：葡萄酒樣品的彩度集中在 （8.81，42.62）之間，所以設定區間為（0，50）。故葡萄酒樣品顏色彩度定量劃分見表3。

圖2 彩度圖Figure 2 Saturation（C＊）

表3 葡萄酒的飽和度定量劃分Table 3 Quantitative saturation classification of red wine

2.2.3 明度L＊量化分析 明度值L＊為顏色的亮度值，在（0，100）區域內變化L＊＝0指示黑色，L＊＝100指示白色，越靠近100表示越明亮（圖3）。根據表1計算的數據：葡萄酒樣品的明度都比較集中且數值較大，在 （60.75，93.4）之間，所以取（50，100）區間，參照中等、稍亮、較亮、亮、明亮分為5個等級，見表4。

2.3 建立CIE L＊a＊b＊下的模型

圖3 亮度圖Figure 3 Brightness（L＊）

量化后的等級與試驗數據分析見表5。由表5可知：2012年的10個樣品，L＊值相對較大，集中在L3＋（5個）、L4＋（4個）、L5＋（1個）；C＊集中 在分布在 C＋（1個）、C2＋（3個）、C3＋（6個）；H＊分布在 Rz（8個）和 Rb（2個）。2013年的3個樣品，L＊值相對較小集中在L2＋（2個）、L3＋（1個）；C＊集中在分布在 C4＋（2個）、C5＋（1個）；H＊分布在 Ry（2個）和 Rz（1個）。將這13種樣品按顏色新鮮度（紫紅色色調多，鮮艷，深）依次排列，被分為8級。其中2013年的酒樣在1～3級，2012年的在4～8級。

表4 葡萄酒的亮度定量劃分Table 4 Quantitative lightness classification of red wine

表5 葡萄酒樣品數據分析表Table 5 Data analysis table

將數據表現在CIEL＊a＊b＊色度圖的二維坐標中（圖4），以便將13種樣品的顏色信息直觀地表現出來。圖4中，菱形方框內10個點為2012年的10個樣品，三角形框圖內為2013年的3個樣品。每一個坐標點與原點連線的長度為彩度值，連線與＋a軸的角度為色相值。由圖4可知：這兩個年份的酒在色度圖中的分布各自集中，區域比較明顯。2012年的10個樣點分布靠近原點，而且大部分離＋a軸較遠即角度偏大；2013年的3個樣點分布靠近邊界，且比較靠近＋a軸即角度較小。說明，2012年的酒樣顏色呈現較為暗淡的胭脂紅或寶石紅，2013年的酒樣呈現鮮艷的紫紅色。

圖4 CIE L＊a＊b＊色度圖Figure 4 Chromaticity diagram of wine samples

3 結論與討論

本試驗對L＊、H＊和C＊分級結果如下：明度L＊，將L＊＝50作為起始值，每10個單位為一級，劃分為5級：L＋、L2＋、L3＋、L4＋、L5＋；色相H＊，將H＊＝0°作為起始值，每10°為一級劃分為3級：Ry、Rz、Rb；彩度C＊，將C＊＝0作為起始值，每10個單位為一級，劃分為5級：C＋、C2＋、C3＋、C4＋、C5＋；CIEL＊a＊b＊下 的 模 型 分 級 為：Ry CX（1－5）LX（1－5）、Rz CX（1－5）LX（1－5）、Rb CX（1－5）LX（1－5）。根據試驗結果得13個葡萄酒樣品由于年份不同顏色差異明顯。13種酒樣分布在Ry C5＋L2＋、Ry C4＋L3＋、Rz C4＋L2＋、Rz C3＋L3＋、Rz C3＋L4＋、Rz C2＋L4＋、Rb C2＋L4＋、Rb C＋L5＋8個分級。其中2012年份的10個樣品分布在 Rz C3＋L3＋、Rz C3＋L4＋、Rz C2＋L4＋、Rb C2＋L4＋、RbC＋L5＋5個分級；2013年份的3個樣品分布 Ry C5＋L2＋、Ry C4＋L3＋、Rz C4＋L2＋3個分級。

通過量化分級發現，2012年樣品級數為4～8級，級數靠后，色相偏離紅色多，彩度整體較低，亮度較大，視覺感受是缺乏鮮艷的暗淡且較為透亮的紅。2013年的樣品級數為1～3級，級數靠前，紅顏色調明顯且泛紫，彩度大，亮度低，視覺感受是鮮艷的深邃的紅。

新紅葡萄酒主要的呈色物質是單體花色苷色和少量的聚合色素［16］，單體花色苷一般呈紅色［17］。花色苷（ACY）與CIEL＊a＊b＊參數C＊顯著正相關，和L＊、H＊負相關［10］。在葡萄酒陳釀過程中單體花色苷逐漸形成新的色素物質，最主要的是聚合色素，而聚合色素呈磚紅色。有研究［18］認為葡萄酒的顏色在陳釀前6個月沒有顯著變化，可以看成“新酒期”。還有一些研究［19，20］認為紅葡萄酒最重要的顏色變化發生在陳釀的前兩年。隨著酒齡的增長，顏色由紅色轉變成橘紅色［21］。2013年的酒樣正處于陳釀期的前6個月正是“新酒期”，單體花色苷還沒有顯著的變化，因此，反映在顏色方面色調就更接近紅色，色彩的飽和度也越大，亮度也就會更低。而2012年的樣品新酒期已過，處于顏色變化最重要的兩年內，單體花色苷減少，聚合色素增多，所以酒的顏色相比2013年的新酒顏色暗沉。

根據相關的紅葡萄酒顏色的變化的理論，證實了13個紅葡萄酒樣品顏色分級結果的正確性。但是由于紅葡萄酒顏色呈色機理復雜，造成了紅葡萄酒顏色的多樣性和變化性。為了弄清楚賀蘭山東麓產區紅葡萄酒顏色的概況，后期還需收集更多不同年份、不同產地以及不同原料的葡萄酒樣品，以期建立更完善的紅葡萄酒顏色模型，為紅葡萄酒顏色分類提供更多理論依據。

1 Bell G A，Paton J E.Verbal cognitive strategy can influence odor judgment［J］.The Aroma Chology Review，2000（9）：3～9.

2 李華.葡萄酒品嘗學［J］.北京：科學出版社，2006：25～28.

3 Boulton R.The copigmentation of anthocyanins and its role in the color of red wine：a critical review［J］.American Journal of Enology and Viticulture，2001（8）：67～84.

4 Gonnet J F.Color effects of co－pigmentation of anthocyanins revisited：A calorimetric definition using the CIELAB scale［J］.Food Chemistry，1998，63（3）：409～415.

5 趙晨霞，王輝.酒精發酵工藝對干紅葡萄酒色度的影響［J］.食品與機械，2008，24（5）：28～30.

6 于慶泉，段長青.蛇龍珠葡萄酒釀造過程中顏色變化規律研究［J］.中國釀造，2006（11）：111～124.

7 胡成發.印刷色彩與色度學［M］.北京：印刷工業出版社，1993：163.

8 鐘克洪，丁明躍，周成平，等.基于均勻空間的顏色分級方法［J］.中國圖象圖形學報，2004，9（11）：1 277～1 281.

9 羅玉娟，李熙瑩，蔡志崗，等.采用均勻顏色空間的竹片分類研究［J］.計算機工程與應用，2010，46（16）：238～240.

10 王宏，陳曉藝，張軍翔.賀蘭山東麓年輕干紅葡萄酒的CIELab顏色空間特征研究［J］.食品科學，2014，35（9）：20～23.

11 劉玉山.寶石顏色的定量和指數化［J］.礦床地質，1996（S2）：43～45.

12 鄭元林，楊淑蕙，周世生，等.CIE1976LAB色差公式的均勻性研究［J］.包裝工程，2005，26（2）：48～49.

13 羅玉娟，李熙瑩，蔡志崗，等.采用均勻顏色空間的竹片分類研究［J］.計算機工程與應用，2010，46（16）：238～240.

14 Pérez－Magario S，González－SanjoséM L.Application of absorbance values used in wineries for estimating CIELAB parameters in red wines［J］.Food Chemistry，2003（81）：301～306.

15 陶永勝，張莉.不同種類紅葡萄酒CIELab參數與花色素苷化合物的相關分析［J］.中國農業科學，2010，43（20）：4 271～4 277.

16 Gómez－Plaza E，Gil－Muoz R，López－Roca J M，et al.Color and phenolic compounds of a young red wine.Influence of winemaking techniques，storage temperature，and length of storage time［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2000（48）：736～741.

17 Burn J，Mullen W，Landrault N.Variations in the profile and contend of anthocyanins in wines made from cabernet sauvignon and hybrid grape［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistey，2002（65）：4 096～4 102.

18 Inaki E，Francisco J P，Elortondo M A，et al.Sensory attribute evolution in bottled young red wines from Riojia Alavesa［J］.Eur Food Res Tecchnol，2009（228）：696～705.

19 Somers T C，Verette E.Phenoliccomposition of natural wine types in modern methods of plant analysis［J］.Wine Analysis，1988（48）：219～257.

20 Sierra R，Stacey S，Tom D B，et al.Chromatic characteristics and optically derived compositional descriptors of micro－oxygenated wines from vitis vinifera cv.merlot and cabernet sauvignon［J］.Food Bioprocess Technol，2008（76）：152～155.

21 劉學軍，殷涌光，朱暢，等.高壓脈沖電場對干紅葡萄酒色度的影響［J］.食品與機械，2007，23（3）：51～52.