釀酒葡萄成熟期間果實(shí)質(zhì)地特性和花色苷含量變化

劉 旭，楊 麗，張芳芳，張振文*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西省 葡萄與葡萄酒工程中心，陜西 楊凌 712100）

釀酒葡萄成熟期間果實(shí)質(zhì)地特性和花色苷含量變化

劉 旭，楊 麗，張芳芳，張振文*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西省 葡萄與葡萄酒工程中心，陜西 楊凌 712100）

研究釀酒葡萄果實(shí)成熟期間質(zhì)地特性和花色苷含量的變化規(guī)律，以釀酒葡萄赤霞珠（Vitis vinifera L.）為研究對(duì)象，采用物性分析儀對(duì)其果皮機(jī)械特性和果實(shí)質(zhì)構(gòu)多面特性進(jìn)行分析，并測(cè)定了果皮中總花色苷和9種花色苷組分的含量，以及花色苷可提取率。研究表明：赤霞珠葡萄果實(shí)成熟期間果皮中總花色苷和可提取花色苷含量逐漸增加，至轉(zhuǎn)色后第6周達(dá)到最高，分別為880.29 mg/kg和841.38 mg/kg。果實(shí)成熟期間果皮厚度逐漸增加，并與花色苷含量呈極顯著正相關(guān)（R2=0.568），與花色苷可提取率呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=—0.475）。表征果皮硬度的參數(shù)楊氏模量（Esk）與花色苷含量呈極顯著正相關(guān)（R2=0.581），與花色苷可提取率呈顯著負(fù)相關(guān)（R2=—0.609）。果實(shí)質(zhì)構(gòu)多面分析各參數(shù)與果皮花色苷含量和可提取率之間均無(wú)相關(guān)性。

釀酒葡萄；質(zhì)地特性；花色苷

花色苷是葡萄與葡萄酒中一類(lèi)重要的酚類(lèi)化合物，主要存在于葡萄漿果表皮下3～4 層細(xì)胞的液泡中[1]，對(duì)葡萄酒的顏色深淺和色調(diào)至關(guān)重要[2]。葡萄果實(shí)轉(zhuǎn)色后花色苷開(kāi)始迅速積累，并于果實(shí)成熟時(shí)含量達(dá)到最高[3]。此時(shí)花色苷的組分、含量以及提取率很大程度上決定了其在酒中的含量和葡萄酒的相關(guān)品質(zhì)[4]。研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果實(shí)轉(zhuǎn)色后其質(zhì)地特性不斷發(fā)生變化[5]，并與果皮細(xì)胞壁組分、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、組織膨壓的變化[6]，以及果膠酶主導(dǎo)的果皮細(xì)胞壁降解等有關(guān)[7-9]。另外，在葡萄浸漬發(fā)酵階段果皮中花色苷的釋放能力也與果實(shí)質(zhì)地特性密切相關(guān)[10-11]。

質(zhì)地特性是葡萄果實(shí)的重要物理特性之一，國(guó)內(nèi)外自20世紀(jì)80年代開(kāi)始在鮮食葡萄的成熟進(jìn)程、采后生理等方面開(kāi)展了相關(guān)研究[12-13]，并側(cè)重于建立果實(shí)硬度變化與糖含量變化之間的關(guān)系，從而用于預(yù)測(cè)果實(shí)成熟過(guò)程中糖含量[14]和貯藏過(guò)程中果實(shí)硬度的變化[15-16]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)釀酒葡萄成熟期間果實(shí)質(zhì)地特性的變化規(guī)律及其與花色苷含量變化的關(guān)系還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究。國(guó)外的相關(guān)研究也主要集中于果實(shí)質(zhì)地特性的品種差異，并發(fā)現(xiàn)葡萄果皮的機(jī)械特性和漿果的質(zhì)地特性是葡萄品種的重要特征之一，特別是果實(shí)硬度、咀嚼性、黏附性以及果皮硬度能較好地區(qū)分不同品種[17]，并且在不同的產(chǎn)地和氣候條件下表現(xiàn)出一定的差異。

由于釀酒葡萄的花色苷主要存在于果皮中，在果實(shí)成熟期間含量不斷增加，并伴隨著果皮硬度和厚度以及漿果質(zhì)地特性的相應(yīng)變化。因此，二者之間可能存在一定的相關(guān)性。本實(shí)驗(yàn)以紅色釀酒葡萄赤霞珠為材料，研究了果實(shí)成熟期間花色苷含量和質(zhì)地特性的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，并分析了二者之間的相關(guān)性，為下一步構(gòu)建釀酒葡萄果實(shí)中花色苷含量的快速檢測(cè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

赤霞珠果實(shí)采自陜西省涇陽(yáng)縣釀酒葡萄種植園，籬架栽培，單干單臂整形。2013年果實(shí)轉(zhuǎn)色1周后（weeks after veraison，WAV）開(kāi)始，每隔7 d采樣1次，共6 次。具體采用“Z”字形方法采樣：選擇有代表性的兩行葡萄樹(shù)，分別標(biāo)記每行的第7、14、21、28、35、42、49、56、63、70棵樹(shù)。第1次取樣為第1行的第7、21、35、49、63棵葡萄樹(shù)和第2行的第14、28、42、56、70棵葡萄樹(shù)，每株采集1 穗果，共計(jì)10 穗。為了兼顧植株?yáng)|西兩側(cè)的果穗，第1行均采集植株?yáng)|面的果穗，第2行采集植株西面的果穗。第2次取樣從第1行的第6棵植株和第2行的第13棵植株開(kāi)始，同上依次取樣。樣品迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，用剪刀逐粒剪下，并隨機(jī)分為3 份作為重復(fù)。

鹽酸、甲醇、氯化鈉、醋酸、醋酸鈉 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；乙腈、二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷 美國(guó)Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XTplus型物性分析儀 英國(guó)Stable Micro System公司；UV2450紫外分光光度計(jì)、LC-2010A高效液相色譜儀 日本Shimadzu公司。

1.3 方法

1.3.1 質(zhì)地特性測(cè)試

質(zhì)地特性測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示，由物性分析儀和計(jì)算機(jī)組成。物性分析儀搭載一個(gè)HDP/90和負(fù)載5 kg的平臺(tái)，工作頻率為400 Hz，質(zhì)地分析軟件為T(mén)exture Expert Exceed（version 2.54）。

圖 1 質(zhì)地特性測(cè)試系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of textural analysis system

質(zhì)地特性測(cè)試包括果皮機(jī)械特性和果實(shí)質(zhì)構(gòu)多面分析（texture profile analysis，TPA），經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定的測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表1。每次測(cè)試前進(jìn)行校準(zhǔn)力和距離的校正。

表 1 質(zhì)地特性測(cè)試參數(shù)Table 1 Operating conditions for determination of textural properties

具體測(cè)試方法為：每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取20 粒大小相近的漿果，測(cè)定果粒赤道線(xiàn)處的果皮硬度。本實(shí)驗(yàn)中分別用果皮穿刺力（Fsk）、果皮穿刺能量（Wsk）和楊氏模量（Esk）表征果皮硬度。測(cè)試結(jié)束后用刀片小心撕下0.25 cm2的果皮，并盡量去掉果皮上的果肉，然后置于物性?xún)x測(cè)試平臺(tái)上，防止果皮卷曲，測(cè)定果皮厚度。另從每個(gè)重復(fù)中隨機(jī)選取20 粒大小相近的漿果進(jìn)行質(zhì)構(gòu)多面分析。其表征參數(shù)為：硬度（berry hardness，BH）、凝聚性（berry cohesiveness，BCo）、黏附性（berry gumminess，BG）、彈性（berry springiness，BS）、咀嚼性（berry chewiness，BCh）和回復(fù)性（berry resilience，BR）。質(zhì)地特性測(cè)試的特征曲線(xiàn)如圖2所示。

圖 2 釀酒葡萄果實(shí)質(zhì)地分析典型曲線(xiàn)Fig.2 Typical TPA curves: grape skin hardness (a), grape skin thickness (b) and grape berry TPA (c)

1.3.2 花色苷含量的測(cè)定

對(duì)每個(gè)采樣時(shí)期的樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)多面分析后，將所有漿果（20 粒）的果皮小心撕下來(lái)用于花色苷含量測(cè)定?；ㄉ仗崛　⒖偦ㄉ蘸?、可提取花色苷含量以及花色苷組分含量的測(cè)定參考文獻(xiàn)[18]進(jìn)行，花色苷含量以二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷表示，單位為mg/kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤霞珠果實(shí)成熟期間果皮機(jī)械特性的變化

表征果皮硬度的參數(shù)Fsk定義為探針穿透果皮需要的力，而Wsk定義為探針穿透果皮所做的功，為穿刺力和穿刺距離的乘積，因此本實(shí)驗(yàn)中這兩個(gè)表征參數(shù)的變化規(guī)律相似。Esk用以表征果皮受力后形變的大小，其數(shù)值越大說(shuō)明果皮越不容易發(fā)生形變，即果皮越硬。

由圖3可見(jiàn)，赤霞珠果實(shí)成熟期間表征果皮硬度的參數(shù)Fsk和Wsk的變化規(guī)律相似，均在果實(shí)轉(zhuǎn)色后第2周（2 WAV）達(dá)到最高，分別為0.528 N和0.459 mJ。隨著果實(shí)的發(fā)育有所下降，5 WAV時(shí)達(dá)到最低值，分別為0.364 N和0.284 mJ，此時(shí)葡萄接近充分成熟，果皮進(jìn)一步變軟，硬度顯著降低。但是，兩個(gè)參數(shù)在技術(shù)成熟度時(shí)即6 WAV顯著上升（P≤0.05），這與當(dāng)年果實(shí)成熟后期連續(xù)的高溫干旱有關(guān)，造成果粒不同程度的脫水，甚至部分果粒出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象，因此其Fsk和Wsk值在6 WAV時(shí)有所增加。這與在Mondeuse[19]、Nebbiolo[20]葡萄上的研究結(jié)果一致。而表征果皮硬度的參數(shù)Esk在果實(shí)轉(zhuǎn)色后總體上表現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢(shì)，在6 WAV時(shí)達(dá)到最低值，為0.481 N/mm。葡萄果實(shí)轉(zhuǎn)色后果皮逐漸變軟，但果皮厚度逐漸增加，果皮硬度參數(shù)Fsk和Wsk既和穿刺果皮所需要力的大小有關(guān)，同時(shí)受果皮厚度影響。而Esk則表現(xiàn)為穿刺單位厚度的果皮所需要的力，排除了厚度的影響。

由圖3b可以看出，果實(shí)轉(zhuǎn)色后隨著葡萄的發(fā)育其果皮厚度逐漸增加，在技術(shù)成熟度時(shí)（6 WAV）達(dá)到最大，為249 μm。這與轉(zhuǎn)色后果皮細(xì)胞體積和細(xì)胞間的間隙增加，以及胞內(nèi)物質(zhì)如花色苷等的含量急劇增加有關(guān)[21]。

圖 3 赤霞珠葡萄成熟期間果皮機(jī)械特性的變化Fig.3 Changes in mechanical properties of CS grape skin during ripening: hardness (a) and thickness (b)

2.2 赤霞珠果實(shí)成熟期間質(zhì)構(gòu)多面分析特性的變化

圖 4 赤霞珠葡萄成熟期間漿果質(zhì)構(gòu)多面分析參數(shù)的變化Fig.4 Changes in textural profi le analysis parameters of CS grape during maturation

由圖4可見(jiàn)，6 個(gè)表征參數(shù)可以近似地分為兩組，其中葡萄BS、BCo和BR這3 個(gè)參數(shù)在成熟期間的變化較為平緩，特別是果實(shí)BCo在成熟期間沒(méi)有顯著變化。BCo反映的是咀嚼葡萄果肉時(shí)果肉抵抗牙齒咀嚼破壞而表現(xiàn)出的內(nèi)部結(jié)合力，反映了果肉組織細(xì)胞間結(jié)合力的大小。BS指樣品經(jīng)過(guò)第1次壓縮以后能夠再恢復(fù)的程度。BR則指表示樣品在第1次壓縮過(guò)程中回彈的能力。在釀酒葡萄上，上述3 個(gè)參數(shù)與果實(shí)除梗破碎后汁液的浸出效率和發(fā)酵結(jié)束后的壓榨效率密切相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)條件下葡萄漿果BS、BCo和BR的動(dòng)態(tài)變化較為平緩說(shuō)明赤霞珠葡萄在成熟期間果肉組織的完整性比較穩(wěn)定，成熟后期果實(shí)軟化進(jìn)程較為緩慢，有利于葡萄原料的采收和實(shí)現(xiàn)機(jī)械采收。

但是，由圖4可以看出果實(shí)轉(zhuǎn)色后BH、BG和BCh的變化較為復(fù)雜。其中BH隨著果實(shí)的成熟而逐漸降低，直至6 WAV時(shí)降到最低值，為4.24 N。BG和BCh分別在2 WAV達(dá)到最大值，分別為3.79 N和2.75 mJ，果實(shí)成熟前變化較小。果實(shí)BH反映的是葡萄整個(gè)漿果在外力作用下發(fā)生形變所需要的屈服力大小。BG用于描述半固態(tài)測(cè)試樣品的黏性特性。BCh為牙齒咀嚼果實(shí)樣品時(shí)需要的能量，綜合反映了果實(shí)對(duì)咀嚼的抵抗能力。研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果實(shí)轉(zhuǎn)色后果皮中多種細(xì)胞壁降解酶（如果膠酯酶、多聚半乳糖醛酸酶及β-半乳糖苷酶等）促使細(xì)胞壁物質(zhì)降解引起細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)變化，而果肉中的原果膠在果膠酶的作用下分解為果膠，細(xì)胞間失去黏結(jié)作用，使果實(shí)細(xì)胞組織變得松弛，從而果實(shí)的硬度和堅(jiān)實(shí)度下降[22-23]。

2.3 赤霞珠葡萄成熟期間花色苷含量的變化

紅葡萄酒中的花色苷含量取決于葡萄漿果中花色苷的總量及可提取率。赤霞珠果實(shí)成熟期間果皮中花色苷含量的變化如表2所示。

表 2 赤霞珠葡萄成熟期間果皮中花色苷含量和可提取率的變化Table 2 Changes in anthocyanins content and extractability in CS grape skin during maturation

由表2可以看出，葡萄轉(zhuǎn)色后隨著果實(shí)的發(fā)育果皮中的總花色苷含量和可提取花色苷含量均顯著增加（P≤0.05），并在技術(shù)成熟度時(shí)（6 WAV）達(dá)到最大值，分別為880.29 mg/kg和841.38 mg/kg。而在轉(zhuǎn)色后第1周果皮中的難提取花色苷含量最大，為88.78 mg/kg，然后顯著降低，但轉(zhuǎn)色后2周至果實(shí)成熟時(shí)果皮中難提取花色苷的含量變化較小，差異不顯著。由表2還可以看出，赤霞珠葡萄果實(shí)轉(zhuǎn)色后不同發(fā)育階段果皮中的大部分花色苷均可被提取出來(lái)，其可提取率在整個(gè)成熟期間呈上升趨勢(shì)，尤其是在2 WAV時(shí)顯著上升（P≤0.05），此后各個(gè)時(shí)期間的差異不顯著，并保持在95%左右。紅色釀酒葡萄轉(zhuǎn)色后隨著果實(shí)的發(fā)育果皮中的細(xì)胞壁降解酶含量也逐漸增加，果皮逐漸變軟，位于果皮細(xì)胞液泡中的花色苷能更加容易地被浸提出來(lái)。

2.4 赤霞珠果實(shí)成熟期間花色苷特性的變化

表 3 赤霞珠葡萄成熟期間果皮中9 種花色苷組分含量的變化Table 3 Changes in the contents of 9 anthocyanins components in of CS grape skin during maturation

由表3可以看出，葡萄果實(shí)的不同成熟階段，在檢測(cè)的9種主要花色苷中含量最多的是二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷和二甲花翠素-3-O-（6-O-乙酰）葡萄糖苷。其中，二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷的含量在2 WAV時(shí)顯著增加，但隨后變化規(guī)律不明顯，這與果皮中不同花色苷組分的合成途徑和相互轉(zhuǎn)化有關(guān)。在技術(shù)成熟度時(shí)（6 WAV）二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷含量達(dá)到最高，為281.36 mg/kg，占總花色苷含量的37.67%；其次是二甲花翠素-3-O-（6-O-乙酰）葡萄糖苷，果實(shí)成熟期間其含量變化規(guī)律和二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷相似。在6 WAV時(shí)達(dá)到最高，為186.44 mg/kg，占總花色苷含量的24.96%。上述兩種花色苷組分的含量構(gòu)成了赤霞珠葡萄果皮中花色苷的主要部分，在果實(shí)成熟期間占花色苷總量的59.97%～73.74%，這與在紅色釀酒葡萄Syrah[24]和 Tempranillo[25]上的研究結(jié)果一致。

2.5 赤霞珠果實(shí)成熟期間質(zhì)地特性與花色苷含量的相關(guān)性

表 4 赤霞珠葡萄成熟期間質(zhì)地特性與花色苷含量的相關(guān)性Table 4 Correlation between textural parameters and anthocyanins contents of CS grape during maturation

由表4可以看出，表征果皮硬度的兩個(gè)參數(shù)Fsk和Wsk與質(zhì)構(gòu)多面分析的各參數(shù)及果皮中花色苷含量間沒(méi)有相關(guān)性。但是當(dāng)用Esk表征果皮硬度時(shí)其與果實(shí)BH、BG、BCh均呈顯著或極顯著正相關(guān)（R2為0.781、0.681、0.657）。另外，Esk與果皮總花色苷含量呈顯著正相關(guān)（P≤0.05），而與花色苷可提取率呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)（P≤0.05）。Esk值越大，表示穿過(guò)單位厚度的果皮需要的力越大，該參數(shù)既考慮了穿刺所需要的力，同時(shí)考慮了穿刺距離。另外，本實(shí)驗(yàn)條件下果皮厚度與總花色苷含量呈極顯著正相關(guān)（R2=0.568），表明隨著赤霞珠葡萄果實(shí)的逐步成熟，其果皮逐漸加厚，果皮細(xì)胞液泡中的花色苷總量逐漸增加。TPA各參數(shù)與果皮花色苷含量和提取率之間沒(méi)有相關(guān)性。因?yàn)門(mén)PA表征的是整個(gè)漿果水平的質(zhì)地特點(diǎn)，與果皮和果肉特性，以及種子的數(shù)量和大小等均有關(guān)[26]。

在本實(shí)驗(yàn)條件下赤霞珠葡萄果實(shí)BH與BCh呈較好的正相關(guān)性（R2=0.960），而與BCo呈負(fù)相關(guān)，這說(shuō)明葡萄果實(shí)BH越大，BCh越強(qiáng)，二者均能反映果實(shí)的致密度及堅(jiān)實(shí)度。此外，果實(shí)BH與BG也呈極顯著的正相關(guān)性（P≤0.01）。果實(shí)BCh與BH、BG則呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性（R2為0.960、0.993），這說(shuō)明葡萄果實(shí)BCh越強(qiáng)，果實(shí)彈性越好，BG也越強(qiáng)。

3 結(jié) 論

1）釀酒葡萄赤霞珠果實(shí)成熟期間總花色苷和可提取花色苷含量逐漸增加，至轉(zhuǎn)色后第6周（6 WAV）達(dá)到最大，分別為880.29 mg/kg和841.38 mg/kg。2）赤霞珠葡萄果實(shí)成熟期間果皮厚度逐漸增加，并與其花色苷含量呈極顯著正相關(guān)（R2=0.568，P≤0.01），與可提取率呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=—0.475，P≤0.01）。表征果皮硬度的3個(gè)參數(shù)中Esk與花色苷含量呈極顯著正相關(guān)（R2=0.581，P≤0.01），與花色苷可提取率呈顯著負(fù)相關(guān)（R2=—0.609，P≤0.05）。其他兩個(gè)硬度參數(shù)Fsk和Wsk與花色苷含量和可提取率之間無(wú)相關(guān)性。3）質(zhì)構(gòu)多面分析各參數(shù)與果皮花色苷含量和可提取率之間均無(wú)相關(guān)性。

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Changes in Textural Properties and Anthocyanins Content of Wine Grape during Maturation

LIU Xu, YANG Li, ZHANG Fangfang, ZHANG Zhenwen*
(Shaanxi Engineering Research Center for Viti-Viniculture, College of Enology, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

The changes in textural properties and anthocyanins content of Cabernet Sauvignon (Vitis vinifera L.) grapes were determined during maturation in the present study. The mechanical properties of grape skins and texture profile analysis (TPA) of berries were detected with a texture analyzer. Furthermore, the total anthocyanins content, the contents of 9 anthocyanins components and the extraction rate of anthocyanins in grape skin were determined at different maturity stages by spectrophotometry and high performance liquid chromatography (HPLC). The results showed that the contents of total and extractable anthocyanins in the skins of Cabernet Sauvignon grapes gradually increased after veraison, reaching the maximum level (880.29 and 841.38 mg/kg berry, respectively) at 6 weeks after veraison (WAV). The skin thickness increased during maturation and was signifi cantly positively correlated with the anthocyanins content in skin (R2= 0.568). However, the skin thickness showed an extremely negative correlation with the extraction rate of anthocyanins (R2= - 0.475). One of the skin hardness parameters, Young’s modulus (Esk) was found to be positively correlated with the anthocyanins content in skin (R2= 0.581), and to be negatively correlated with the extraction rate of anthocyanins (R2= - 0.609). However, no statistical relationship was found among the TPA parameters, the anthocyanins content and the extraction rate of anthocyanins in skin.

wine grape; textural properties; anthocyanins

S663.1

A

1002-6630（2015）02-0105-05

10.7506/spkx1002-6630-201502020

2014-04-04

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（QN2011099）；國(guó)家葡萄產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系釀酒葡萄栽培崗位子項(xiàng)目（CARS-30-02A）；

西北農(nóng)林科技大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（XNY2013-60）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD31B07）；

陜西省農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目（2014K01-08-01）

劉旭（1980—），男，講師，博士，研究方向?yàn)槠咸压麑?shí)生理與質(zhì)量控制。E-mail：liuxu@nwsuaf.edu.cn

*通信作者：張振文（1960—），男，教授，碩士，研究方向?yàn)槠咸言耘嗌砼c生態(tài)。E-mail：zhangzhw60@nwsuaf.edu.cn