河西走廊張掖產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄果實品質(zhì)評價與香氣特征分析

李彥彪，張菲菲，馬維峰，曾寶珍，張 弛，馬宗桓，毛 娟

（甘肅農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，甘肅 蘭州 730070）

河西走廊地區(qū)氣候條件獨特，干燥少雨、積溫高、日照長，適合釀酒葡萄生長，已成為中國釀酒葡萄栽培的主要區(qū)域之一[1]，該地區(qū)釀酒葡萄產(chǎn)量逐年增長，卻普遍存在著葡萄果實品質(zhì)不高[2]和香氣組分不確定等問題，因此，對該地區(qū)葡萄果實品質(zhì)與香氣組分進行評價和研究具有重要的現(xiàn)實意義。主成分分析是通過降維的處理[3]，將多個指標通過線性變換選出個數(shù)較少的綜合指標的分析方法，該方法消除了指標間的信息重疊現(xiàn)象，解決了人為確定權(quán)重的問題，是進行果實品質(zhì)評價的快捷有效方法之一[4]。

果實品質(zhì)可以分為果實外在品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)。葡萄果實外在品質(zhì)指標主要包括果實縱橫徑、單粒質(zhì)量等指標，其內(nèi)在品質(zhì)指標主要包括糖、酸、總酚等指標。各個品質(zhì)指標之間既彼此獨立，又具有一定的聯(lián)系[5-6]。糖酸組分決定了葡萄果實的口感，酚類物質(zhì)在葡萄酒味道與顏色的形成中具有十分關鍵的作用[7]，單寧能夠聚合并穩(wěn)定色素物質(zhì)，決定了葡萄酒的口感味道[8]。香氣是葡萄果實的標志性品質(zhì)特征之一，并直接影響著栽培者與消費者對果實的客觀評價[9]，不同品質(zhì)果實特有的香氣物質(zhì)往往是其風味品質(zhì)的關鍵組成部分[10]。 然而，有關葡萄品質(zhì)評價主要指標的研究卻存在多種結(jié)果。鄧婷婷等[11]提出，脆度、總酸含量、花色苷含量、總酚含量可以作為評價葡萄品質(zhì)的核心指標，他們通過主成分分析得出了品質(zhì)評價的方程和評分。李雪等[12]發(fā)現(xiàn)，果實風味、單果質(zhì)量、硬度、出汁率、糖酸比均可當作衡量葡萄品質(zhì)的參數(shù)。沈甜等[13]認為，固酸比和糖酸比均可作為葡萄品質(zhì)評價的主要指標，且內(nèi)在品質(zhì)指標對其品質(zhì)評價結(jié)果的影響程度高于其外在品質(zhì)指標。張強等[14]研究得出，葡萄果實的品質(zhì)可以其可溶性固形物、總糖、白藜蘆醇、總酚這4 個指標來評價。崔文娟[15]在山東省煙臺市對張裕公司不同園區(qū)的‘蛇龍珠’葡萄果實進行評價時發(fā)現(xiàn)，地域條件對葡萄果實香氣物質(zhì)的形成有重要影響。

為了進一步開展釀酒葡萄品質(zhì)的評價研究，確定河西走廊地區(qū)釀酒葡萄品質(zhì)的評價體系，科學檢測其香氣組分與含量，推動當?shù)蒯劸破咸旬a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，本研究以甘肅省張掖市高臺縣祁連葡萄莊園的5 種釀酒葡萄品種為試材，通過測定果實糖酸比等10 項果實主要品質(zhì)指標和香氣組分，利用主成分分析法，對5 個釀酒葡萄品種的果實品質(zhì)與香氣物質(zhì)含量進行了綜合評價，構(gòu)建了張掖地區(qū)釀酒葡萄果實品質(zhì)的評價體系，為張掖地區(qū)優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄品種的選擇及種植地域的合理規(guī)劃提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗在祁連葡萄酒莊園進行，試驗地位于甘肅省河西走廊張掖市高臺縣南華鎮(zhèn)（東經(jīng) 98°57′27″—100°06′42″、北 緯39°03′50″—39°59′52″）， 平均海拔1 444 m，年平均氣溫8.1 ℃，年降水量約112.3 mm。供試的釀酒品種分別為‘賽美容’ ‘蛇龍珠’‘貴人香’‘美樂’‘威代爾’，以0.8 m×3.0 m 的種植密度在南北行向種植。在試驗過程中，按照葡萄生產(chǎn)管理日歷進行抹芽、綁縛、去卷須、除草等常規(guī)管理操作。

1.2 取樣方法

葡萄成熟時，隨機選取各品種長勢優(yōu)良、無病蟲害的果樹30 棵，在每棵葡萄樹的陰陽兩面各取1 串果穗，共60 穗，分別從所采果穗的上、中、下3 個部分各隨機選取90 粒果實，將采得的果粒裝袋置于-80 ℃的冷凍條件下保存，用于果實品質(zhì)的測定，每項指標的測定各設3 個生物學重復。

1.3 測定指標與測定方法

1.3.1 果實外觀品質(zhì)指標的測定

在各個品種中隨機抽取果粒50 粒，使用電子天平稱量，取其平均值即為果實的單粒質(zhì)量。使用游標卡尺測定果實的縱徑和橫徑，然后以果實的縱徑除以相對應的橫徑計算果形指數(shù)。

1.3.2 果實內(nèi)在品質(zhì)指標的測定

隨機選擇20 粒葡萄榨汁，用pH 計（雷磁，PHS-3E 型）測定果汁的pH 值；用手持折光儀測定可溶性固形物含量，用蒽酮比色法[16]測定可溶性糖含量，用NaOH 中和滴定法[17]測定可滴定酸含量，以可溶性糖含量與其對應可滴定酸含量的比值為糖酸比，采用Folin 丹尼斯法[18]測定單寧含量，采用Folin 酚法[19]測定總酚含量。

1.3.3 果實香氣成分的測定

使用美國Thermo Scientific 1310-ISQ 氣相色譜質(zhì)譜儀進行香氣成分分析，參照Wang 等[20]]的方法（加以改進）進行測定。取各品種洗凈晾干的葡萄果實100 g，去除果梗和葡萄籽，用小型榨汁機打碎。加入PVPP 1 g 和D-葡萄糖酸內(nèi)酯0.5 g， 于4 ℃下超聲提取30 min，然后以8 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心10 min，取上層葡萄汁以備用。將10 mL的葡萄汁加入20 mL 的進樣小瓶中，然后依次加入氯化鈉2.4 g、磁力攪拌轉(zhuǎn)子和50 μL 的內(nèi)標物2-辛醇（88.2 mg/L），用硅膠隔墊蓋緊，將DVB/CAR/PDMS 纖維萃取頭置于40 ℃下萃取30 min，結(jié)束后進行GC-MS 進樣分析，每個品種設3 個平行試驗。

氣相質(zhì)譜條件：進樣量為1.0 μL，進樣口溫度為240 ℃，溫度程序為40 ℃、持續(xù)2 min，在 3 ℃/min 時升至210 ℃，在5 ℃/min 時升至250 ℃， 并保持5 min。質(zhì)量檢測器中電子沖擊電壓為 70 eV，掃描范圍為35 ～350 m/z。最后參考標準NIST 和Wiley 數(shù)據(jù)庫中的質(zhì)譜檢索比對來鑒別檢測出的化合物。

香氣各組分的含量(μg/g)=[各組分的峰面積/ 內(nèi)標的峰面積×內(nèi)標物濃度(mg/L)×50 μL]/樣品量(g)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，計算均值和標準差；采用SPSS 23.0 分析軟件進行顯著性（Duncan，P＜0.05）分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實品質(zhì)指標的測定結(jié)果

對葡萄果實的基本品質(zhì)指標進行了測定，結(jié)果見表1。表1 表明，在果實成熟階段，果實的單粒質(zhì)量，‘賽美容’最高，達到了2.37 g，顯著高于‘貴人香’‘美樂’‘蛇龍珠’；各葡萄品種的果形指數(shù)都接近于1.1，各品種間無顯著差異；葡萄中的可溶性固形物含量，‘威代爾’的為23.43%，顯著低于其余4 個品種；‘美樂’的可溶性糖含量達到了25.50%，顯著高于其余4 個品種，但其可滴定酸含量又顯著低于其余4 個品種；從糖酸比來看，‘美樂’＞‘蛇龍珠’＞‘威代爾’＞‘賽美容’＞‘貴人香’；果汁的pH 值，5 個品種為3.3 ～3.6，其中，‘蛇龍珠’果汁的pH 值最高，達到了3.51；‘美樂’中的Vc 含量達到了0.13 mg/g，與‘威代爾’相比，兩者間無顯著性差異，但兩者均顯著高于其余3 個品種；‘蛇龍珠’中總酚和單寧的含量分別達到了39.25與12.45 mg/g，兩者均顯著高于‘威代爾’‘賽美容’‘貴人香’。

2.2 果實品質(zhì)指標的主成分分析

對表1 數(shù)據(jù)進行主成分分析，結(jié)果見表2 ～3。從10 項果實基本品質(zhì)指標中提取出貢獻率大于1的主成分3 個，分別為F1、F2、F3，其特征值分別為5.30、2.61、1.10，貢獻率分別達到52.98%、26.05%、11.01%，3 個主成分的累計貢獻率達到了90.04%，可以反映原有10 項果實品質(zhì)指標的主要信息。其中，主成分F1的主要代表性指標有糖酸比、單寧、可滴定酸；主成分F2的主要代表性指標分別為果形指數(shù)和果汁pH 值；主成分F3的代表性指標分別為單粒質(zhì)量與Vc 含量；以各個主成分的貢獻率為權(quán)重，構(gòu)建的釀酒葡萄果實品質(zhì)綜合評價方程為F品質(zhì)=0.53×F1＋0.26×F2＋0.11×F3，以此方程可計算得出5 個品種釀酒葡萄果實品質(zhì)的綜合評分（表3），按其得分由高到低依次是‘美樂’＞‘蛇龍珠’＞‘威代爾’＞‘貴人香’＞‘賽美容’?？梢?，‘美樂’的品質(zhì)最好，可在當?shù)卮罅ν茝V種植。

2.3 果實香氣組分的差異分析

2.3.1 香氣組分的種類及含量

5 個品種釀酒葡萄果實中香氣物質(zhì)的組分和含量見表4。從表4 中可以發(fā)現(xiàn)，檢測中一共發(fā)現(xiàn)有34 種香氣成分，其中醇類和醛類物質(zhì)的種類最多，均為9 種，而酚類與酮類物質(zhì)的種類最少，只有 2 種。而在各品種香氣物質(zhì)的組成中，‘賽美容’的香氣組分種類最多，達到了32 種；其次為‘貴人香’，共檢測出26 種香氣物質(zhì)；‘蛇龍珠’‘威代爾’‘美樂’香氣物質(zhì)的種類數(shù)依次減少，分別為22、21、20 種。不同品種釀酒葡萄所共有的香氣物質(zhì)有12 種，分別是正己醇、反式-2-已烯-1-醇，正己醛、2-已烯醛、苯甲醛、2-甲基苯甲醛、2,4-二甲基苯甲醛，2,4-二叔丁基酚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，十四烷、三十一烷，2,6-二甲基-2,5-庚二烯-4-酮；其中，醇類有2 種，醛類有5 種，酚類和烷烴類物質(zhì)各有2 種，酮類物質(zhì)1 種。此外，從表4 中可以看出，釀酒葡萄果實香氣組分中還存在著同分異構(gòu)體，比如2,4-二甲基苯甲醛與對甲基苯甲醛。

表1 5 個品種釀酒葡萄果實品質(zhì)的測定結(jié)果?Table 1 Determination result of fruit quality of five wine grape varieties

表2 果實品質(zhì)主成分的特征值與貢獻率Table 2 Eigenvalues and contribution rates of principal components of fruit quality

表3 果實品質(zhì)主成分的得分和排名Table 3 Scores and ranking of principal components of fruit quality

由表4 可知，‘威代爾’果實中高含量的香氣組分依次是2-已烯醛（21.92 μg/kg）、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（16.00 μg/kg）、香葉醇（14.04 μg/kg）和三十一烷（12.13 μg/kg），這幾個組分的含量之和占該品種所有香氣成分總含量的67.65%；‘蛇龍珠’果實中高含量的香氣組 分 依次 為2- 已烯醛（14 469.25 μg/kg）、三十一烷（2 459.65 μg/kg）、反式-2-已烯-1-醇 （1 950.92 μg/kg）和正己醛（1 714.69 μg/kg），這幾個組分的含量之和占該品種所有香氣成分總含量的75.27%；‘賽美容’的各香氣組分中，含量排在前3 位的組分分別是2-已烯醛（102.71 μg/kg）、 三十一烷（27.80 μg/kg）和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（20.27 μg/kg），這3 個組分的含量之和占該品種所有香氣成分總含量的66.49%；‘美樂’的各香氣組分中，含量排在前3 位的組分依次為2-已烯醛（37.80 μg/kg）、三十一烷（15.04 μg/kg）和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（13.93 μg/kg），這3 個 組分的含量之和占該品種所有香氣成分總含量的62.73%；‘貴人香’的各香氣組分中，含量排在前3 位的組分依次為2-已烯醛（10 431.11 μg/kg）、 反式-2-已烯-1-醇（2 286.38 μg/kg）和正己醛 （1 809.70 μg/kg），這3 個組分的含量之和占該品種所有香氣成分總含量的68.93%。由上述數(shù)據(jù)可以看出，2-已烯醛是這5 種釀酒葡萄品種中含量較高且穩(wěn)定存在的香氣成分，此組分可能是釀酒葡萄果實香氣物質(zhì)的關鍵組成成分。

表4 5 個品種釀酒葡萄果實中香氣物質(zhì)的組分和含量Table 4 Components and their contents in fruit aroma substances from five wine grape varieties

2.3.2 香氣物質(zhì)的相對含量

5 個品種釀酒葡萄果實中各類香氣物質(zhì)的相對含量見表5。由表5 可知，5 個品種釀酒葡萄果實中的香氣物質(zhì)均以醛類為主，其含量占其香氣物質(zhì)總含量的40.32%～67.06%，由此可以得出，醛類物質(zhì)是釀酒葡萄果實香氣特征的主要物質(zhì)；5 個 品種中，‘蛇龍珠’的醛類成分含量最高，‘威代爾’的最低。其次是酚類物質(zhì)，各品種果實中酚類的組分和含量跟醛類大致相反，5 個品種果實中酚類物質(zhì)含量的高低順序為‘威代爾’＞‘美樂’＞‘賽美容’＞‘貴人香’＞‘蛇龍珠’，‘威代爾’中酚類化合物的含量甚至達到了‘蛇龍珠’的3 倍以上。醇類物質(zhì)，‘威代爾’的含量最高，達到了19.53%；‘美樂’的含量最低，只有4.91%。烷烴類物質(zhì)，其含量占其香氣物質(zhì)總含量的3.87%～16.37%；‘貴人香’的含量最低，‘美 樂’的含量最高。釀酒葡萄果實中酮類物質(zhì)的含量較少，其中‘威代爾’的酮類物質(zhì)含量占其所有香氣物質(zhì)總含量的2.51%，為5 個品種中的最高者。此外，烯烴類和酯類的香氣物質(zhì)在5 種釀酒葡萄果實中的含量均較低，其含量均在1%以下。

2.4.香氣物質(zhì)的主成分分析

果實香氣的主成分分析結(jié)果見表6 ～7。從34 種香氣組分中提取出3 個主成分，其分別為 F1、F2和F3，其特征值分別為23.87、7.78 和1.77，其貢獻率分別達到70.21%、22.87%和5.22%，3 個主成分的累計貢獻率高于85%，可以較好地解釋原有變量的信息，能代表34 種香氣組分分析釀酒葡萄果實的風味特征。然后以主成分F1、F2和F3的貢獻率為權(quán)重，構(gòu)建了釀酒葡萄果實香氣風味的綜合評價模型，其為F香氣=0.70×F1+0.23×F2+0.05×F3，以此模型計算得出的5 個品種果實香氣風味的綜合評分見表7，5 個品種果實香氣風味的綜合排名由高到低依次是‘貴人香’＞ ‘蛇龍珠’＞‘賽美容’＞‘威代爾’＞‘美樂’，由此可見，‘貴人香’的風味更濃。

表5 5 個品種釀酒葡萄果實中各類香氣物質(zhì)的相對含量Table 5 Relative contents of various aroma substances in five varieties of wine grape fruits

表6 果實香氣主成分的特征值與貢獻率Table 6 Eigenvalues and contribution rates of principal components of fruit aroma

表7 果實香氣主成分的得分和排名Table 7 Scores and ranking of principal components of fruit aroma

3 討論與結(jié)論

3.1 釀酒葡萄果實品質(zhì)的評價

釀酒葡萄果實品質(zhì)的評價需要結(jié)合外觀、口感與評價模型[21]進行。于婷[22]提出，糖、酸、單寧均為釀酒葡萄果實品質(zhì)評價的關鍵指標。本研究通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，外在品質(zhì)、糖、酸、單寧、總酚都是綜合評價釀酒葡萄品質(zhì)的主要參考指標，說明影響釀酒葡萄果實品質(zhì)的性狀基本相同，這與劉春燕等[23]的研究結(jié)果相似。在釀酒葡萄果實品質(zhì)評價模型中，糖酸比[24]作為果實品質(zhì)判斷的直接參考標準，可以用來大致評價其品質(zhì)的優(yōu)劣，供試各品種葡萄果實的糖酸比由大到小分別是‘美樂’＞‘蛇龍珠’＞‘威代爾’＞‘貴人香’＞ ‘賽美容’；程大偉等[25]提出，葡萄果實中的可滴定酸含量，一等品質(zhì)的≤0.50%，二等品質(zhì)的≤ 0.55%，三等品質(zhì)的＞0.55%，按此標準評價可知，‘美樂’與‘蛇龍珠’的果實品質(zhì)均屬于一等，‘威代爾’‘貴人香’‘賽美容’的果實品質(zhì)均屬于三等。這一評價結(jié)果與主成分分析所得出的結(jié)果一致，說明本研究對釀酒葡萄果實品質(zhì)的評價結(jié)果具有較高的準確性。然而，以不同釀酒葡萄果實品質(zhì)評價模型評價的結(jié)果存在差異。白世踐等[26]發(fā)現(xiàn)，外觀品質(zhì)性狀對葡萄綜合品質(zhì)評價的影響較大；沈甜等[13]認為，葡萄內(nèi)在品質(zhì)指標在葡萄品質(zhì)評價中的占比高于外在品質(zhì)指標。根據(jù)本研究結(jié)果可以得出，在測定理化指標進行評價的同時結(jié)合實際感官評價，能夠提高果實品質(zhì)評價的準確性。此外，在對不同地域釀酒葡萄的果實品質(zhì)進行評價時，需要結(jié)合氣候、土壤、海拔等環(huán)境條件，因此，以后的研究可以在品質(zhì)指標的基礎上加入氣候因素進行評價，最終篩選出栽培區(qū)品質(zhì)最好的品種進行推廣種植，以推進釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.2 釀酒葡萄果實香氣物質(zhì)的組分分析

果實風味品質(zhì)同時受香氣組分含量和比例結(jié)構(gòu)的影響，尤其是組分構(gòu)成的變化對香氣品質(zhì)的形成更為重要[27]。研究中發(fā)現(xiàn)，從5 個品種釀酒葡萄果實中共檢測出34 種香氣化合物，從各類香氣化合物的含量來看，主要有醛類、酚類、醇類，這與胡博然等[28]對寧夏賀蘭山東麓地區(qū)的‘蛇龍珠’葡萄果實的香氣化合物的研究結(jié)果存在差異，他們發(fā)現(xiàn)，‘蛇龍珠’葡萄香氣物質(zhì)中醛類、羧酸類和酯類的占比最高。產(chǎn)生差異的原因也許是地域條件的不同，具體原因也需通過感官分析和試驗比對進行深入研究。香氣成分的構(gòu)成及分布能為感官質(zhì)量評價體系的構(gòu)建提供理論依據(jù)，然而，不同品種釀酒葡萄果實的香氣組分多且含量豐富，無論在組成種類、相對含量、所占比例還是特有成分等方面都存在較大差異。史星雲(yún)等[29]在對‘馬瑟蘭’香氣組分的研究中發(fā)現(xiàn)，醛類物質(zhì)是‘馬瑟蘭’果實中含量最高的香氣組成成分，其含量達到了‘馬瑟蘭’香氣物質(zhì)總含量的77.69%，其主要 包括反式-2-己烯醛和己醛；而蔣寶等[30]在對‘赤霞珠’等品種葡萄果實香氣物質(zhì)組成的研究中發(fā)現(xiàn)，在釀酒葡萄果實香氣成分醛類物質(zhì)的組成中，己醛和壬醛的含量占比最高，這一結(jié)果與史星雲(yún)等[29]研究的結(jié)果存在差異；但是，他們都發(fā)現(xiàn)，醛類化合物在釀酒葡萄果實香氣組分中的占比最大。研究中發(fā)現(xiàn)，果實香氣成分中醛類物質(zhì)的含量占所有香氣組分總含量的40.32%～67.06%，其中，2-己烯醛在香氣組分中的含量最高，這與魏志峰等[31]對‘陽光玫瑰’葡萄香氣組分的研究結(jié)果一致。通常認為，在果實中包含的多種揮發(fā)性化合物質(zhì)中，只有一種或幾種關鍵成分對果實品質(zhì)和風味的形成起著主要作用，結(jié)合他人和筆者的研究結(jié)果可以推測，2-己烯醛在多數(shù)釀酒葡萄的果實中均作為主要香氣組分存在，可能是釀酒葡萄最關鍵的特征香氣物質(zhì)之一。

綜上所述，河西走廊張掖地區(qū)釀酒葡萄品種間其果實品質(zhì)特征和香氣組分的差異均較大。其中‘美樂’的果實品質(zhì)表現(xiàn)最佳，該品種適宜于當?shù)卮竺娣e推廣種植；‘貴人香’香氣組分含量的綜合評分最高，該品種是河西走廊張掖產(chǎn)區(qū)果實風味最佳的優(yōu)良種質(zhì)資源。研究結(jié)果表明，外在品質(zhì)、糖、酸、單寧、總酚都是綜合評價釀酒葡萄品質(zhì)的主要性狀指標，醛類化合物是構(gòu)成釀酒葡萄果實香氣組分的主要物質(zhì)，而2-己烯醛可能是釀酒葡萄果實特征香氣的重要成分之一，這一研究結(jié)果可為張掖產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄種質(zhì)資源的篩選與保存提供參考依據(jù)。