胡錦霞,毛娟,李彥彪,馬維峰,馬宗桓
(甘肅農(nóng)業(yè)大學園藝學院,甘肅 蘭州 730070)
采收是葡萄田間生產(chǎn)中的最后一個環(huán)節(jié),適時采收直接關(guān)系到葡萄的果實品質(zhì)和經(jīng)濟效益。甘肅河西走廊地處N 36°~40°[1],屬于世界上最適于釀酒葡萄生產(chǎn)的緯度之一。武威市位于河西走廊東端,具有生產(chǎn)釀酒葡萄的最佳水、土、光、熱資源組合[2],因此研究該地區(qū)葡萄品質(zhì)對促進該產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及生產(chǎn)高品質(zhì)葡萄酒具有一定意義。
適時采收是得到優(yōu)質(zhì)葡萄的一個重要環(huán)節(jié),只有成熟度良好且成分均一的葡萄果實才能釀制出優(yōu)質(zhì)的葡萄酒[3]。在日常生活中,人們會從葡萄酒的外觀、香氣、口感等方面來評價葡萄酒品質(zhì)的好壞,而這些特質(zhì)很大程度上是葡萄本身的各項品質(zhì)指標的體現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn),葡萄酒和釀酒葡萄的品質(zhì)指標之間有很強的相關(guān)性,因此釀酒葡萄的品質(zhì)指標在一定程度上可以反映葡萄酒的質(zhì)量[4-5]。丁琦[6]、彭媛媛等[7]測定不同采收期果實品質(zhì)指標,發(fā)現(xiàn)pH、糖酸比、固酸比、可溶性糖、可溶性固形物等是影響釀酒葡萄采收期的主要因子。
葡萄的成熟度在一定程度上影響著果實中的香氣成分,進而影響葡萄酒的香氣。在葡萄酒中根據(jù)香氣物質(zhì)的來源,可將其香氣分為果香、發(fā)酵香和陳釀香3類,而葡萄酒的香氣主要取決于葡萄品種的香氣[8]。與發(fā)酵和陳釀香氣成分相比,葡萄果實中的香氣成分對葡萄酒的質(zhì)量起著決定性作用,果實中的香氣成分是隨著果實的成熟產(chǎn)生的[9]。在成熟過程中,香氣成分變化較大,通過了解香氣的組成,可以了解果實成熟度及品質(zhì)變化,方便果實的質(zhì)量控
制[10]。目前有關(guān)成熟度與香氣成分和果實品質(zhì)的關(guān)系,在藍莓[11]、蘋果[12]、芒果[13]、菠蘿[14]、歐李果[15]等水果上已有諸多報道。前人通常以果實還原糖含量、總酸含量以及糖酸比等常規(guī)品質(zhì)指標確定采收期,很少將采收期與香氣成分結(jié)合起來進行研究,本試驗以河西走廊武威產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄美樂(Vitis vinif?eraL.cv.Merlot)和馬瑟蘭(Vitis viniferacv.Marse‐lan)葡萄為試驗材料,通過測定不同采收期果實基本品質(zhì)指標和香氣成分,結(jié)合主成分分析和聚類分析進行綜合評價,為河西走廊武威產(chǎn)區(qū)美樂和馬瑟蘭葡萄最佳采收期的確定提供理論依據(jù)。
以甘肅依諾酒莊有限責任公司種植的美樂和馬瑟蘭葡萄為試驗材料。該基地葡萄采用單臂立架栽植,種植密度1.0 m×4.0 m,南北行向種植,整形方式為‘廠’字行,灌溉方式為滴灌。
從9月19日開始采樣,每隔3 d采樣一次,至10月5日采樣結(jié)束,采樣時間依次為T1(9月19日)、T2(9月23日)、T3(9月27日)、T4(10月1日)、T5(10月5日)。采樣時選擇‘Z’字型采樣法,分別在每顆葡萄樹陽面與陰面的上、中、下部隨機選取葡萄果穗,在每穗葡萄的上、中、下部隨機選取葡萄果粒,將每個品種選取的葡萄果?;靹?,帶回試驗室于-80℃冰箱中保存?zhèn)溆?。每項指標測定3次生物學重復。
1.2.1 基本理化指標的測定可溶性糖采用蒽酮比色法測定;可滴定酸采用NaOH中和滴定法測定;可溶性固形物使用手持折光儀測定[16];總酚采用福林-肖卡法測定[17];單寧采用Folin-Denis(福林丹尼斯)試劑顯色法測定[18];可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250染色法測定。
1.2.2 果實可溶性糖含量的測定果實的糖組分及含量使用美國Waters Acquity Arc高效液相色譜儀進行測定,測定方法參照徐理洲等[19]和李佳秀等[20]的方法并略作修改。色譜條件為XBridge BEH Amide色譜柱(4.6 mm×150 mm、2.5 μm),以75%乙腈+0.2%三乙胺+24.8%超純水作為流動相,流速設置為0.8 mL/min,進樣量為10 μL,以2414RI示差檢測器在254 nm的波長下檢測,柱溫為40℃。流動相使用前用0.22 μm有機濾膜過濾,超聲脫氣。
1.2.3 果實有機酸含量的測定果實酸組分及含量的測定使用美國Waters Acquity Arc高效液相色譜儀進行,參照段敏杰等[21]和張軍等[22]的方法并加以改動。色譜條件為XBridge BEH Amide色譜柱(4.6 mm×150 mm、3 μm),流動相為20 mmol/L NaH2PO4溶液(用H3PO4將pH調(diào)至2.7),流速為0.5 mL/min,進樣量為20 μL,以2498UV紫外檢測器檢測,檢測波長為210 nm、柱溫為30℃。流動相使用前用0.22 μm有機濾膜過濾,超聲脫氣。
1.2.4 香氣物質(zhì)的測定香氣提取借鑒王春梅等[23]和Wang等[24]的方法并作以修改。氣相色譜分離條件:以DB-WAX彈性石英毛細管柱(長20 m,內(nèi)徑0.18 mm,液膜厚度0.18 μm)作為色譜柱,以純度≥99.999%的高純氦氣作為載氣,流速設置為1.0 mL/min,以不分流進樣為進樣方式,進樣口溫度設置為250℃,解析5 min。升溫程序的初始溫度設置為40℃,持續(xù)2 min,以3℃/min速度升至210℃,再以5℃/min速度升至250℃,并保持5 min。
質(zhì)譜檢測條件:以電子電離(electro nionzation,EI)作為MS條件,傳輸線溫度設置為190℃,EI離子源溫度為230℃,70 eV的電子能量,350 V的光電倍增管電壓,掃描方式為全掃描,掃描質(zhì)量范圍為35~500 u。
香氣各組分的含量(μg/g)=(各組分的峰面積/內(nèi)標物峰面積×內(nèi)標物濃度(mg/L)×50 μL)/樣品量(g)
使用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和整理,運用SPSS 22.0對試驗數(shù)據(jù)進行主成分分析(PCA),采用Duncan新復極差法進行顯著性分析。
2.1.1 對美樂葡萄基本品質(zhì)指標的影響由表1可知,美樂葡萄果實的各類基本品質(zhì)指標在不同采樣期間存在顯著性差異(P<0.05)。從T1到T5時期,可溶性糖總體呈現(xiàn)不斷增加的趨勢,前期可溶性糖含量增速較快,后期增速放慢,含量逐漸趨于穩(wěn)定;可滴定酸含量總體呈下降的趨勢;果實可溶性固形物含量和糖酸比逐漸升高,在T5時期達到最大值,分別為26.55%和38.13,且5個時期中糖酸比均大于25;總酚和單寧含量緩慢升高,在T4時期開始下降,最大值為21.24 mg/g和6.74 mg/g;可溶性蛋白的含量變化較為穩(wěn)定,保持在0.20%~0.35%之間。
表1 不同采收期美樂葡萄的基本品質(zhì)指標Table 1 Basic quality index of Merlot grapes in different harvesting periods
從T1到T5時期,美樂葡萄果實中的糖組分有果糖、葡萄糖和蔗糖,果糖含量最高,其次是葡萄糖,蔗糖含量最小。在5個時期中,糖組分的含量呈先增加后減小的趨勢,在T4時期含量均達到最大值,此時果糖、葡萄糖和蔗糖含量分別為110.33、96.31、6.16 mg/g。果實中酒石酸和蘋果酸含量較多,而草酸、檸檬酸和抗壞血酸含量較少,在5個采收期中有機酸含量總體呈下降的趨勢,草酸和酒石酸含量在T4時期最小,分別為0.07 mg/g和3.05 mg/g,奎寧酸、蘋果酸和抗壞血酸含量在T5時期最小,分別為0.79、1.85、0.12 mg/g。
2.1.2 對馬瑟蘭葡萄的基本品質(zhì)指標的影響由表2可知,馬瑟蘭葡萄果實的各類品質(zhì)指標在不同采樣期間存在顯著性差異(P<0.05)。從T1到T5時期,可溶性糖和可溶性固形物含量呈現(xiàn)出先逐漸增加后保持穩(wěn)定的趨勢,在T4時期達到最大值(24.96%和25.30%),糖酸比逐漸增大,在T5時期達到最大值(38.35),總酚和單寧含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,最大值為21.58 mg/g和6.41 mg/g,可溶性蛋白的含量變化不大,均保持在0.21%~0.29%之間。
表2 不同采收期馬瑟蘭葡萄的基本品質(zhì)指標Table 2 Basic quality index of Marselan grapes in different harvesting periods
從T1到T5時期,馬瑟蘭葡萄果實中的糖組分有果糖、葡萄糖和蔗糖,果糖含量最高,其次是葡萄糖,蔗糖含量最小。在5個時期中,糖組分含量呈先增加后減小的趨勢,在T4時期含量均達到最大值,此時果糖、葡萄糖和蔗糖的含量分別為117.28、99.48、5.57 mg/g。馬瑟蘭果實中酒石酸和蘋果酸含量較多,而草酸、檸檬酸和抗壞血酸含量較少,在5個采收期中有機酸含量均呈下降的趨勢,草酸、酒石酸、奎寧酸和抗壞血酸含量在T4時期最小,分別為0.11、3.53、0.85、0.09 mg/g,而蘋果酸含量在T5時期最小,為1.38 mg/g。
由表3可看出,美樂和馬瑟蘭葡萄均提取出3個主成分,各個主成分的特征值均大于1。美樂葡萄的主成分1、主成分2、主成分3對方差的貢獻率分別為72.10%、17.53%和7.00%,馬瑟蘭葡萄的主成分1、主成分2、主成分3對方差的貢獻率分別為75.70%、13.77%和6.75%。主成分對方差的貢獻率越大,綜合信息的能力越強,可以看出3個主成分中主成分1綜合的信息較強,主要代表可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、總酚、單寧、果糖、葡萄糖和蘋果酸的信息。兩種釀酒葡萄的前3個主成分的累計方差貢獻率分別為96.62%和96.22%,說明釀酒葡萄美樂和馬瑟蘭葡萄的3個主成分總體上可以反映果實基本品質(zhì)指標的所有信息。
表3 不同采收時期美樂和馬瑟蘭葡萄的主成分方差分析Table 3 Principal component variance analysis of Merlot and Marselan grapes in different harvesting periods
對美樂和馬瑟蘭葡萄果實品質(zhì)進行綜合評價,得出果實品質(zhì)綜合評價方程,結(jié)果見表4。由表4可知,美樂和馬瑟蘭葡萄在T4時期綜合得分均最高,可看出在T4時期的葡萄果實品質(zhì)較好。
表4 美樂和馬瑟蘭葡萄的綜合評價Table 4 Comprehensive evaluation of Merlot and Marselan grapes
綜合得分=方差貢獻率1×FAC1+方差貢獻率2×FAC2+方差貢獻率3×FAC3
2.3.1 不同采收期美樂葡萄的香氣成分分析由表5可知,5個采收期中美樂共檢測出38種香氣物質(zhì),大致可以分為為醛類、醇類、酯類、酸類、酮類、酚類和其他類等7類。在T1、T2、T3、T4和T5時期分別檢測到30、31、29、30和29種香氣物質(zhì)。5個時期中,酯類、醛類和醇類含量所占的比例較大,T1時期中含量最高的酯類物質(zhì)是乙酸乙酯(28.67 μg/g),含量最高的醛類物質(zhì)是(E)-2-己烯醛(18.43 μg/g),含量最高的醇類物質(zhì)是(E)-2-己烯-1-醇(15.29 μg/g);T2時期中含量最高的酯類物質(zhì)是乙酸乙酯(36.61 μg/g),含量最高的醛類物質(zhì)是(E)-2-己烯醛(29.89 μg/g),含量最高的醇類物質(zhì)是3-甲基-3-庚醇(6.98 μg/g);T3時期中含量最高的酯類物質(zhì)是乙酸乙酯(57.69 μg/g),含量最高的醛類物質(zhì)是(E)-2-己烯醛(39.05 μg/g),含量最高的醇類物質(zhì)是橙花醇(10.84 μg/g);T4時期中含量最高的酯類物質(zhì)是乙酸乙酯(48.74 μg/g),含量最高的醛類物質(zhì)是(E)-2-己烯醛(53.96 μg/g),含量最高的醇類物質(zhì)是(E)-2-己烯-1-醇(32.05 μg/g);T5時期中含量最高的酯類物質(zhì)是乙酸乙酯(52.99 μg/g),含量最高的醛類物質(zhì)是(E)-2-己烯醛(50.98 μg/g),含量最高的醇類物質(zhì)是橙花醇(14.38 μg/g)。
表5 不同采收時期美樂葡萄的香氣成分分析Table 5 Analysis of aroma components of Merlot grapes in different harvest time
續(xù)表5 Continued table 5
續(xù)表5 Continued table 5
2.3.2 不同采收期馬瑟蘭葡萄的香氣成分分析由表6可知,5個采收期中馬瑟蘭葡萄共檢測出45種香氣物質(zhì),大致可以分為為醛類、醇類、酯類、酸類、酮類、酚類和其他類等7類。在T1、T2、T3、T4和T5時期分別檢測到31、35、39、43、39種香氣物質(zhì)。5個時期中,醛類和醇類含量所占的比例較大,含量最高的醛類物質(zhì)是正己醛,含量最高的醇類物質(zhì)是橙花醇,在T4時期含量最高,分別為50.56 μg/g和29.65 μg/g。對比5個時期香氣物質(zhì)種類和含量可以得出,隨著采收期的推遲,香氣物質(zhì)總含量總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,香氣成分中乙酰水楊酸甲酯和丙酮這兩種物質(zhì)賦予馬瑟蘭果實具有獨一無二的薄荷味。
表6 不同采收時期馬瑟蘭葡萄的香氣成分分析Table 6 Analysis of aroma components of Marselan grapes in different harvest time
續(xù)表6 Continued table 6
續(xù)表6 Continued table 6
由圖可1-A以看出,不同采收期美樂葡萄的香氣成分主要可以聚為5類。其中,第1類香氣成分(十八烷基乙烯基醚、硬脂酸乙酯和2,4-二叔丁基苯酚)在T2時期表現(xiàn)突出,說明這一類香氣成分呈先增加后減小的趨勢,D-甘露(型)庚酮糖在T1時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分呈逐漸減小的趨勢;第2類香氣成分中(乙酸、L-苯丙氨酸和1,3-二硬脂酸甘油酯)在T5時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量逐漸增加;第3類香氣成分,麥芽糖、橙花醇和正己醇等成分在T4時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量呈先增加后減小的趨勢;第4類香氣成分中一乙酸甘油酯,辛酸乙酯和苯甲醛等成分在T5時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量逐漸增加;第5類香氣成分中,2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚在T3時期表現(xiàn)突出,芳樟醇在T4時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量呈先增加后減小的趨勢。從5個時期來看,T3、T4和T53個時期的香氣種類豐富,含量表達量較高,和T1、T2時期差異較大。
由圖1-B可以看出,不同采收期馬瑟蘭葡萄的香氣可以聚為6類。其中,第1類香氣成分N-2-硝基苯亞磺酰基-L-亮氨酸在T1時期表現(xiàn)突出,說明這一類香氣成分呈逐漸減小的趨勢;第2類香氣成分中丙酮、4-氯苯甲醚、3,5-二叔丁基鄰苯二酚等,在T5時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量逐漸增加;第3類香氣成分中3-氯-4-氟硝基苯、棕櫚酸乙酯等在T5時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量逐漸增加;第4類香氣成分中,6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯甲醛、乙酰水楊酸甲酯等在T5時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量逐漸增加;第5類香氣成分中,D-甘露(型)庚酮糖、檸檬醛、棕櫚酸乙酯、正己醛等在T4時期表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量呈先增加后減小的趨勢;第6類香氣成分中橙花醇、二甲醚、(E)-2-己烯醛等在T4時期含量表現(xiàn)突出,說明這類香氣成分從T1到T5時期含量呈先增加后減小的趨勢。從5個時期來看,T4和T5兩個時期的香氣成分種類豐富,含量表達量較高,和T1、T2時期差異較大。
圖1 不同采收期美樂(A)和馬瑟蘭(B)葡萄香氣成分聚類熱圖Figure 1 Clustering heat map of the aroma components of grapes in different harvest periods of Merlot(A)and Marselan(B)
由表8可看出,美樂和馬瑟蘭葡萄的香氣物質(zhì)均提取出2個主成分,各主成分的特征值均大于1,累計方差貢獻率為87.99%和88.66%,說明兩種釀酒葡萄的2個主成分總體上可以反映7類香氣物質(zhì)的所有信息。
表8 不同采收期葡萄香氣成分的主成分方差分析Table 8 Principal component variance analysis of grape aroma substances in different harvest periods
由表9可知,美樂葡萄香氣成分在T4時期綜合得分最高,不同時期香氣物質(zhì)的綜合得分依次為T4>T5>T3>T2>T1,馬瑟蘭葡萄香氣成分在T5時期綜合得分最高,不同時期香氣物質(zhì)的綜合得分依次為T5>T4>T3>T2>T1。
表9 美樂和馬瑟蘭葡萄香氣成分的綜合評價Table 9 Comprehensive evaluation of aroma components of Merlot and Marselan grapes
本研究通過主成分分析得出可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、總酚、單寧、果糖、葡萄糖和蘋果酸等均為衡量果實品質(zhì)的主要指標,這與于婷等[25]提出糖、酸、單寧均為釀酒葡萄果實品質(zhì)評價的關(guān)鍵指標相似,說明影響釀酒葡萄果實品質(zhì)的指標基本相同。糖組分是影響葡萄果實品質(zhì)的重要指標之一,果實中糖組分絕大部分是果糖、葡萄糖和蔗糖[26]。不同品種間糖組分的含量存在較大差異,一些水果的可溶性糖以蔗糖含量最高,果糖含量最低,例如桃[27]、杏[28]、菠蘿[29]等;一些水果中可溶性糖以果糖含量最高,蔗糖含量最低,例如蘋果[30]、黑穗醋栗[31]等。本試驗結(jié)果中,美樂和馬瑟蘭2種葡萄糖組分有果糖、葡萄糖和蔗糖,主要以果糖和葡萄糖為主,在T4時期果糖和葡萄糖的含量達到最大值,在T5時期葡萄糖和果糖含量均有下降的趨勢,含量差距逐漸縮至果糖和葡萄糖的比值為1,這一結(jié)果與張強等[32]提出大多數(shù)成熟葡萄果實中葡萄糖和果糖含量約為1∶1相符合。有研究發(fā)現(xiàn)有葡萄糖含量較高的的品種,其葡萄糖與果糖的比例可達1.55∶1.00[33],這可能是品種與栽培環(huán)境不同引起的。
有機酸的組成與含量在一定程度上影響著葡萄果實的風味和品質(zhì)。葡萄果實中的酒石酸決定了葡萄酒的酸度值,從而影響著葡萄酒中微生物等一些物質(zhì)的相對穩(wěn)定性,并且還影響葡萄酒顏色的深淺和貯藏時間的長短[34]。蘋果酸是漿果中酸的主要成分,其含量影響葡萄的口味和品質(zhì)[35]。本試驗中,兩種釀酒葡萄有機酸主要以蘋果酸和酒石酸為主,從T1到T5時期,有機酸含量持續(xù)減少,T5時期達到最小值,此時酒石酸含量為3.5 mg/g左右,占有機酸總含量的57%~60%,蘋果酸含量為1.5 mg/g左右,占有機酸總含量的25%~32%,有機酸降低的可能原因有果實成熟過程中果實體積增大和水分含量增加所產(chǎn)生的稀釋作用、部分酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘?、部分被用于呼吸消耗等,這一結(jié)果與馬文婷等[36]的研究結(jié)果相似。
果實風味品質(zhì)同時受香氣成分含量影響。香氣成分是一種小分子揮發(fā)性化合物,主要是一些酶在果實發(fā)育后期將果實中蛋白質(zhì)、碳水化合物等分解后得到的[37],主要包括醛類、酯類、醇類、酸類等,這些物質(zhì)以一定比例存在,共同構(gòu)成葡萄特有的香氣[38]。本試驗檢測到的香氣成分中,醛類、醇類和酯類化合物的含量較多。從T1到T5時期,美樂與馬瑟蘭葡萄分別檢測出了38種和45種香氣成分,香氣成分的總含量總體呈先增加后減小的趨勢。醇類與醛類物質(zhì)含量呈先增加后減小的趨勢,并且在T4時期具有明顯的峰值,而此值可能與最佳采收期密切相關(guān)。酯類物質(zhì)賦予果實果香和花香,是葡萄酒香氣濃郁的主要因素[39],隨采收期推遲酯類含量呈逐漸增加的趨勢,在T5時期達到最大值。翟婉麗等[40]對楊凌地區(qū)媚麗葡萄采收期研究中發(fā)現(xiàn),隨采收期推遲,酯類物質(zhì)種類含量呈先增加后減小趨勢,醇類物質(zhì)種類含量均呈遞減趨勢。此結(jié)果與本研究結(jié)果不太一致,其原因可能與品種、采摘時間和采摘地的氣候等有關(guān)。
通常認為,在果實具有多種香氣成分,只有一種或幾種關(guān)鍵成分對果實品質(zhì)和風味的形成起主要作用。本試驗中,馬瑟蘭葡萄香氣成分中醛類物質(zhì)占41.45%~63.00%,美樂葡萄香氣成分中醛類物質(zhì)占26.57%~38.00%。蔣寶等[41]和魏志峰等[42]在對赤霞珠和陽光玫瑰葡萄香氣成分的研究中發(fā)現(xiàn),果實中醛類物質(zhì)是含量最高的香氣成分。醛類物質(zhì)在多數(shù)釀酒葡萄的果實中均作為主要香氣成分存在,可能是釀酒葡萄最關(guān)鍵的特征香氣物質(zhì)之一。從T1到T5時期馬瑟蘭葡萄中均檢測出(E)-2-己烯醛,且含量較高。史星雲(yún)等[43]在對馬瑟蘭香氣組分的研究中發(fā)現(xiàn),醛類物質(zhì)中(E)-2-己烯醛的含量占比較高,本試驗的結(jié)果與其研究結(jié)果一致,說明(E)-2-己烯醛是馬瑟蘭葡萄香氣成分中的主要物質(zhì)之一。
河西走廊武威產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄美樂的最適采收期在10月1日,馬瑟蘭的最適采收期在10月5日,在此時采收得到的葡萄果實品質(zhì)最好。