增施中微量元素对酿酒葡萄和葡萄酒品质的改善效应

高陆旭， 王 锐， 李 磊， 孙 权

(宁夏大学农学院，宁夏银川 750021)

宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄产区地理位置优越，气候、土壤特征突出，特别适宜生产优质酿酒葡萄原料。但是在碱性石灰性土壤条件下，土壤有机质较为贫瘠，矿质营养元素有效性较低，中微量营养元素亏缺[1]。加上盲目地追求经济产量，人为投入大量氮磷钾肥而忽视了中微肥的配施，从而导致酿酒葡萄出现明显的缺素症状，严重抑制酿酒葡萄向高产、优质方向的提升[2]。营养状况是酿酒葡萄栽植生长的基础和关键，充足的养分供应是实现葡萄高产及提高葡萄酒品质的重要保证。因此，改变传统施肥模式，合理施用中微量元素是改善酿酒葡萄品质的关键措施。中微量营养元素能提高叶片的叶绿素含量，增强光合作用，增强树势，提高坐果率、单果质量以及产量，促进果实着色、早熟，提高含糖量，改善果实品质[3]。钙(Ca)元素主要促进植株根系以及叶片的生长发育，可通过控制外部介质使植株的生理处于平衡，提升果实风味，增强抗病性。镁(Mg)元素可以促进植物对磷的吸收，有利于提升果实糖分含量。在干旱区沙质强碱性土壤中，Ca元素可以减轻钠离子(Na+)的毒害，促进植物体内铵的转化，从而调节其pH值[4-6]。锌(Zn)元素参与生长素的合成，影响酿酒葡萄可溶性固形物含量，在施用氮磷钾的基础上配施微量元素Zn能够促进糖酸比的提高[7-8]。硼(B)元素可促进花粉粒的萌发和子房的发育，主要参与植物体内糖的合成以及运输，在植物糖代谢中起到重要作用，并且有利于根的生长及愈伤组织形成，提高果实品质[9]。刘昌岭等通过在大泽山葡萄产地中试验，认为钾(K)与B元素最有利于葡萄产量与品质的提高[10]。铁(Fe)元素影响叶绿素构成，参与植物光合作用，有利于植物干物质积累，从而提升酿酒葡萄可溶性糖含量。本试验在前人有关中微量元素对葡萄产量及品质影响的研究基础上，进一步探讨中微量元素在酿酒葡萄及葡萄酒上的应用效果，为提高贺兰山东麓产区酿酒葡萄和葡萄酒品质及促进区域化经济发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年4—10月在宁夏玉泉营南大滩试验基地东北—西南方向进行，该区域位于38°14′ 21″N，106°01′ 38″E，属中温带干旱气候区，无霜期160～170 d，年降水量 198 mm 左右，光照资源丰富，气候年较差平均为 31.5 ℃，日较差平均为13.6 ℃，有利于有机物质的合成和积累，适宜优质葡萄生长。土壤剖面(0～20、20～40、40～60、60～80 cm)具体理化性质参见表1。

1.2 试验设计

本试验采用多因素随机区组设计，共设6个处理，3次重复，采用水肥一体化管理，具体设计见表2。全生育期施肥采用文丘里施肥器，于萌芽期、花期、膨大期和果实着色期随水供给作物。灌溉定额为5 250 m3/hm2，根据田间持水量的50%～80%酌情滴灌。

表1 风沙土土壤基本理化性质

表2 试验养分设计

1.3 酿酒葡萄及酿造葡萄酒品质测定

1.3.1 酿酒葡萄品质测定 在酿酒葡萄生育期间，每个小区选取长势一致的30株，挂牌作标记，收获时在标记植株中部选1个果穗，每次取样时在果穗的上中下部各取1个果粒，共90粒。用搅拌机打成匀浆后测定品质。单宁、花色苷、总酚含量在液氮中保存24 h后再进行测定，用手持糖量计测定酿酒葡萄可溶性固形物含量；用NaOH滴定法测定总酸含量(以酒石酸计)；用斐林试剂滴定法测定还原糖含量(以葡萄糖计)；用福林-丹尼斯法测定单宁含量(以单宁酸计)；用pH值示差法测定花色苷含量(以二甲花翠素-3-葡萄糖苷计)；用福林-肖卡法测定总酚含量(以没食子酸计)[11-13]。

1.3.2 酿造葡萄酒品质测定 葡萄成熟时在预期选定的植株上筛选摘取5 kg酿酒葡萄果实，剪掉梗并挤压破皮后，倒入2.5 L发酵罐内，并添加20 mg/L 果胶酶，50 mg/L 偏重亚硫酸钾。在25～30 ℃下进行发酵，3周后发酵完成，将葡萄酒与葡萄皮渣分离，过滤澄清后装瓶即可。酿造葡萄酒pH值用pH计测定，随后采用比重法测其乙醇度；采用密度瓶法测葡萄酒干浸出物；用分光光度计法测色度；用斐林试剂热滴定法测定还原糖含量；用氢氧化钠标准溶液滴定法测定可滴定酸含量；用福林酚法测定总酚含量；用福林-丹尼斯法测定单宁含量；用pH值示差法测定花色苷含量(以矢车菊色素-3-葡萄糖苷计)[14-15]。

1.4 数据分析

采用Excel 2003软件进行试验数据整理和作图，用SPSS 17.0软件进行统计分析，并对相关指标进行显著性检验，显著性水平为0.05，n=5。

2 结果与分析

2.1 中微量元素对酿酒葡萄糖、酸含量的影响

由表3可知，除了Ca元素外，其他中微量元素对酿酒葡萄可溶性固形物含量影响不显著，增施Ca元素的果实可溶性固形物含量与CK相比，提高了8.0%，可溶性固形物含量是对酿酒葡萄总糖含量的反映，而糖分含量决定酿造葡萄酒的乙醇度。中微量元素可显著增加还原性糖含量，其中B元素效果最为显著，相比CK增加了24.7%，除增施Zn、Fe、Mg元素外，其他处理间还原性糖含量均存在显著差异。中微量元素均能降低酿酒葡萄果实的酸度，且降低趋势明显，酿酒葡萄酸度决定着酿造葡萄酒的口味，增施Ca、B元素效果最佳，可滴定酸含量降幅分别为17.5%、20.6%。增施B元素后糖酸比达到了40.81，适当的糖酸比可以提高酿造葡萄酒的风味，显著提高葡萄酒品质。

2.2 中微量元素对酿酒葡萄总酚、花色苷、单宁含量的影响

由表4可知，增施中微肥均能显著提高酿酒葡萄果实中的总酚含量，施用Ca、Mg、Zn、B、Fe元素处理的酿酒葡萄果实总酚含量分别比CK提高29.4%、21.7%、36.4%、47.9%、25.9%，其中B元素处理的总酚含量可达到13.18 mg/g，显著高于其他处理，说明B元素对总酚含量的累积效果最佳。Zn元素处理的果实花色苷含量比对照提高44.4%； 增施Fe元素处理下花色苷含量最高，达到7.6 mg/g，比CK提高111.1%，说明Fe元素能显著提高酿酒葡萄果实中花色苷含量；增施Ca、B元素处理的花色苷含量则降低，增施Ca元素处理比CK降低11.1%，增施B元素处理比CK降低16.7%。单宁含量的变化与总酚含量的变化高度相关，增施中微肥可显著提高葡萄果实中单宁的含量，其中增施Ca、Mg、Zn、Fe元素处理间的单宁含量差异不显著，增施B元素相比其他处理效果最为明显，比CK提高了34.8%。

表3 中微量元素对酿酒葡萄糖、酸含量的影响

注：同列数据后标有不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下表同。

表4 中微量元素对酿酒葡萄总酚、花色苷、单宁含量的影响

2.3 中微量元素对酿造葡萄酒基本理化性质的影响

由表5可知，中微量元素对酿造葡萄酒的pH值影响不大，其中增施Ca元素处理的酿造葡萄酒pH值略提高，增施Mg、Zn、B元素，降低了葡萄酒pH值，而增施Fe元素提高了酿造葡萄酒pH值。除增施Ca肥处理外其他处理所酿造葡萄酒乙醇度相比CK略有降低，但总体变化不大，差值基本保持在0.38～0.53百分点之间，而增施Ca元素处理乙醇度高于CK处理0.5%。增施Ca元素处理残糖含量较其他处理最高，为 3.93 g/L，低于4 g/L，属干型葡萄酒。5个处理干浸出物含量总体表现与乙醇度相反，Zn、B元素处理干浸出物含量较高，分别比CK增加21.6%、33.8%。各处理酿造葡萄酒总酸含量相比CK均有所降低，其中B元素处理总酸含量最低，比CK降低21.4%。

表5 中微量元素对酿造葡萄酒基本理化性质的影响

2.4 中微量元素对酿造葡萄酒总酚、花色苷、单宁含量的影响

由表6可知，增施中微量元素处理可显著提高所酿造葡萄酒总酚含量，其中增施Ca、Mg、Zn、B元素处理酿造葡萄酒总酚含量较高，增施Ca元素处理总酚含量比CK处理增加 90.9%，相比增施Fe元素处理增加38.0%。增施中微量元素对酿造葡萄酒花色苷含量影响显著，增施Zn、Fe元素处理的花色苷含量相比对照增幅较高，分别提高150.0%、175.0%，其中增施Fe元素处理的花色苷含量最高，相比增施Ca、Mg元素分别提高83.3%、69.2%。单宁为多酚类物质，对葡萄酒的口感产生一定的影响，增施中微肥可显著促进单宁含量的积累，其中增施Ca、B、Fe元素处理间花色苷含量差异不显著，增施Zn元素单宁含量最高，达到14.35g/L，比对照增加 40.3%。葡萄酒的色度体现了葡萄酒外观质量，总体与花色苷含量呈正比关系。

表6 中微量元素对酿造葡萄酒总酚、花色苷、单宁含量的影响

3 讨论

糖、酸、单宁、色素和芳香物质是决定酿酒葡萄品质高低的重要因素，可溶性固形物是对酿酒葡萄总糖的反映[16]。增施Ca元素可以提高果实硬度和可溶性固形物含量[17-19]。本研究结果显示，增施Ca元素的酿酒葡萄可溶性固形物含量相比对照增加8.0%，这与前人的研究结果一致，说明硝酸钙可以改善土壤中的钙氮比(Ca/N)关系，提高Ca2+的利用率，加强果实的糖代谢，同时降低果实酸度，提高酿造葡萄酒乙醇度。

适当的糖酸比是判断葡萄果实是否成熟的重要指标，赵冰等研究表明，增施Mg元素后，番茄内单宁、维生素C等物质转化率降低，可滴定酸含量减少，果实中的糖酸比提高[20]。本研究表明增施Mg元素酿酒葡萄的总糖含量增加，酿造葡萄酒色度增加，表明Mg元素可以加强植物的光合作用，促进光合产物向蛋白质的转化，从而促进果实的色素形成，为提高酿酒葡萄品质打好物质基础。郭晓月等研究表明，增施B元素能改善植株各器官有机物的供应状况，促进植物生长发育，加速植物体内糖的合成与运转，使可溶性糖含量提高，极显著地提高果实品质[21]。本研究发现，增施B元素可显著提高酿酒葡萄还原糖含量，相比CK增加了24.7%。增施B元素处理的酿酒葡萄总酚、单宁含量与其他处理相比均最高，明显降低葡萄酒中总酸含量，提升了口感。

花色苷是酿酒葡萄与葡萄酒中一种重要的酚类化合物，主要存在于酿酒葡萄浆果中，能清晰地表现葡萄酒的质量和色调[22]。Hardie等研究表明，增施中微量元素提高花色苷含量[23-24]，而本研究表明，增施Fe肥酿酒葡萄花色苷含量与对照相比增加111.1%，这与前人研究结果基本一致，分析原因是Fe元素通过与乙二胺四乙酸(EDTA)螯合，提高了植物对Fe的吸收和利用，促进叶绿素合成，促进光合作用，将更多的营养物质积累在果实中[25]。Zn是植物体许多酶的组分和活化剂，在植物的代谢过程中发挥重要作用，本试验增施Zn元素提高了酿酒葡萄花色苷含量，相比CK增加了44.4%，增施Fe元素处理下花色苷含量最高，为7.6 mg/g，增施Zn元素处理比增施Fe元素处理的花色苷含量低，这与耿慧的研究结果一致[26]。

酿酒葡萄的优劣决定了葡萄酒的质量，中微量元素通过葡萄的根系对土壤中水分以及养分进行吸收而进入果实中，最终体现在酒中[27-29]。中微量元素对葡萄酒pH值影响不大，基本保持在3.54～3.69之间，符合葡萄酒酿造标准。增施Ca元素处理下葡萄酒乙醇度较高，同时提高了酒中总酚含量，对葡萄酒的颜色、氧化水平等特征有一定的作用，此外，总酚含量的提升，增强了葡萄酒香气。增施B元素有助于降低葡萄酒总酸含量，改善风味，优化口感。增施Fe元素的葡萄明显提高葡萄酒色度、花色苷含量，有助于促进葡萄酒酒体清亮透明。可见，增施的中微量元素参与植株整个生理代谢，能将有效的光合产物以及营养物质输送至果实器官，通过合理的酿造技术即可酿造优质的葡萄酒。

4 结论

在相同基础水肥条件下，增施Ca元素可提升酿酒葡萄可溶性固形物含量，提高葡萄酒乙醇度以及总酚含量；增施B元素可显著提高酿酒葡萄糖酸比、总酚含量、单宁含量；增施Zn元素葡萄酒单宁含量最高；增施Fe元素对提升酿酒葡萄以及葡萄酒品质有显著效果，可促进酿酒葡萄花色苷积累，明显提高葡萄酒色度、花色苷含量。