石河子产区三个地块的‘赤霞珠’葡萄成熟期间品质的变化

南立军，绍玲莉，李雅善*，崔长伟，宁娜，黄静，张瑛莉，徐成东*

（1. 楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南楚雄 675000；2. 昆明理工大学云南省食品安全研究院，云南昆明650550；3. 楚雄师范学院数学与统计学院，云南楚雄 675000；4. 新疆西域明珠葡萄酒有限公司，新疆石河子 832000）

石河子产区处于天山北麓中段，准葛尔盆地南缘（北纬43°30'～45°40'，东经85°00'～86°30'），是种植葡萄的“黄金地带”，成为了近几年新疆重点打造的核心产区[1]。石河子产区属于典型的中温带干旱荒漠性气候，较大的昼夜温差使这里的葡萄积累了丰富的糖分和色素，冬天需要埋土防寒，因此特殊的气候环境减少了病虫害发生[1]。

‘赤霞珠’适宜在炎热的沙质土中生长，充足的光照和较大的温差赋予了‘赤霞珠’较高含量的色素、单宁以及糖分，石河子产区以沙壤土、沙质土、灰漠土、灌淤土为主，气候炎热，夏季最高气温可达42 ℃，正符合其土壤和气候需求，因此，‘赤霞珠’成为了石河子产区优质的酿酒品种[2-3]，为酿造高品质的葡萄酒提供了优质原料[4]。而不同的土壤条件和管理方式能够生产出不同品质的葡萄，因此研究石河子产区不同地块‘赤霞珠’葡萄转色至成熟期间品质的变化非常重要。

‘赤霞珠’葡萄浆果转色后糖含量迅速增加，酸快速降低，而花色苷含量逐渐增加[5]。国内外有较多关于‘赤霞珠’果实从成熟度、酚类物质、糖、酸以及单宁等方面的研究。目前对于石河子地区‘赤霞珠’葡萄的研究主要有不同树形、架式以及内生真菌对果实品质的影响。石河子产区气候、光、热、土壤、水等优越性有力减少了病虫害的发生和农药使用量，满足了‘赤霞珠’葡萄的自然生长条件，糖分和单宁含量都较高，综合性状优良并且常量稳定[6]。

石河子产区‘赤霞珠’种植面积广泛，其品质和适应性都比较高[6]，是酿造优质葡萄酒的必要原料，所以对于‘赤霞珠’葡萄品质变化的研究很有必要。转色至成熟期间是葡萄养分和风味物质积累的关键时期；不同地块土壤特性不一样，对葡萄风味物质的积累效果不一样。因此，本课题通过采集石河子产区这三个地块的转色至成熟期间‘赤霞珠’葡萄。在修剪、灌溉等统一管理的前提下，通过测定样品中的糖、酸、pH、单宁、花色苷、色度、总酚，比较三个地块的从转色到成熟期间果实品质的变化及其差异，探讨土壤含沙量以及不同农户管理对于‘赤霞珠’品质的影响，以期为石河子产区‘赤霞珠’葡萄的合理种植和采收提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验场地选取新疆西域明珠葡萄酒业有限公司优质园区的三个地块，每个地块13.33 hm2，5-1地块为100%的沙壤土结构，土壤通气、排水及保水保肥性良好，夏季辐射强。散热和吸热效果一致，地面辐射到葡萄表面的光热均一一致，有利于葡萄根系生长。5-2和5-3地块的土壤结构有较大差异。5-3土壤结构除了含有20%沙壤土，还含有80%粘壤土，此土壤的特点是透气性差，保温性好，易积水，根部易窒息，促进嫌气微生物活动，毒害根系，干旱时又易板结，对葡萄根系、地上部生长和果实品质均为不利（吸热和散热都不均匀）。5-2土壤含有70%沙壤土，30%粘壤土，即就沙壤土比例由高到低而言，5-1＞5-2＞5-3，粘壤土比例由高到低为5-3＞5-2＞5-1。都采用由南向北的篱架栽培，统一修剪和灌溉，树形为单蔓倾斜45°短稍修剪。在转色至成熟期间，2017/08/23、08/28、09/02、09/07和2018/08/23、08/28、09/02、09/07早上8点至10点采收一次葡萄样品。采集的样品立即置于冰箱中冷冻储藏。分别于2017年10月和2018年10月测定。试验结果取两年测定结果的平均值，每年设置三次重复。

1.2 仪器

冰箱（BCD-416KZ58型，TCL集团股份有限公司）、电子天平（Quinti×224-1CN型，上海上天精密仪器有限公司）、分光光度计（UV-5500型，上海元析仪器有限公司）、酸度计（PB-10型，赛多利斯科学仪器有限公司）

1.3 方法

用酸度计测定pH值；斐林试剂滴定法测定总糖含量；NaOH标准溶液滴定法（以酒石酸计）测定总酸含量；用分光光度计分别在420 nm、520 nm、620 nm下测OD值测定色度；pH示差法测定花色苷含量；福林-肖卡试剂比色法测定总酚含量；高锰酸钾氧化法测定单宁含量。用Excel 处理试验数据。

2 结果与分析

2.1 pH值和总酸

浆果pH值会随着成熟度的提高而增加，适宜pH值在3.00～3.60，高pH值会增加微生物的相对活性，降低花色苷的显色能力和游离SO2的有效量，并降低葡萄酒的陈酿潜力[5]。由图1可知，三个地块的pH都呈上升趋势，5-3上升趋势最明显，从最低上升至最高，5-2始终处于中等水平，5-1变化趋势较平缓，从最高缓慢上升至最低，这与地块的土壤结构有关。三个地块土壤结构的差异导致了地表面的光和热反射到葡萄表面的效果不一样，进而导致了葡萄白天和夜间吸热的效果不一样，葡萄成熟水平不一致，最终引起了pH的差异。9月7日pH值偏高，这与葡萄品种自身的特性有关，与土壤结构、管理人员技术水平和管理措施无关。同一时间不同地块的‘赤霞珠’葡萄pH相差0.02～0.15，随‘赤霞珠’浆果成熟度的增加，5-3上升趋势最明显，增加最多，这除了与土壤结构有关，与田间管理措施也有很大关系。5-3土壤的沙壤土最少，粘壤土最多，至9月7日，高温期已过，气温明显下降，沙壤土散热快，不保温，粘壤土较温凉，保温效果好，土壤升温慢，葡萄接受的热量降低，导致pH上升加快；相反，5-1土壤的沙壤土最多，粘壤土最少，土壤散热快，葡萄接受的热量多，整个生长期葡萄pH上升较快，所以，三个地块的‘赤霞珠’葡萄果实的pH的变化趋势为5-3＞5-2＞5-1。

图1 三个地块‘赤霞珠’pH的变化Figure 1 Changes of pH on 'Cabernet Sauvignon' in three plots

‘赤霞珠’葡萄浆果成熟过程中，总酸含量的变化趋势与总糖含量的变化趋势相反。进入转色期以后，果实的糖含量和酸含量变化迅速，随着糖含量的增加，酸含量下降[6]。由图2可知，整个成熟期间，5-1总酸呈现较低水平，5-2总酸由最低上升到最高，再降低到中等水平，5-3在整个成熟期间都相对较高，这与土壤结构有直接关系。沙壤土有利于促进葡萄的快速成熟，加速葡萄酸度降低的速度。三个地块总酸的高低顺序为5-1＜5-2＜5-3（图2）。至9月7日，5-1总酸由7.7 g/L降至5.3 g/L，5-2总酸由7.5 g/L降至5.9 g/L，5-3总酸由8.6 g/L降至6.0 g/L，5-1‘赤霞珠’的总酸偏低。有研究认为，酿酒葡萄的适宜酸度应保持在6～10 g/L，酸过低会乏味，过高会粗硬[7]。总体来说，总酸含量的变化情况是：5-3＞5-2＞5-1。

图2 三个地块‘赤霞珠’总酸的变化Figure 2 Changes of total phenol on 'Cabernet Sauvignon' in three plots

2.2 总糖

进入转色期后，葡萄浆果的糖含量呈上升趋势，总糖是重要的品质指标，是色素和风味物质的基础[8]。本试验得到相似的结果（图3）。

图3 三个地块‘赤霞珠’总糖的变化Figure 3 Changes of total sugar on 'Cabernet Sauvignon' in three plots

总糖积累呈现上升趋势。5-1总糖尽管呈现上升趋势，但是始终最低，上升速度相对比较平缓；5-2总糖由8月23日的较低水平开始上升至最高水平，上升最明显；5-3总糖由8月23日的最高水平开始上升至中间水平，上升相对比较平缓。这个变化趋势与常规趋势有明显的差异，表明沙壤土多少都不合适葡萄总糖的积累，适宜的砂壤土含量对葡萄的生长才是有利的。沙壤土多，粘壤土少，土壤蓄水量太少，容易产生干旱胁迫作用，尤其是这个时期气温下降，光合作用和蒸腾作用降低，产生的干旱产物糖的总量较少，延迟了叶片中的总糖向果实中的运输；沙壤土少，粘土多，土壤存蓄大量的水分，氧化还原电位高，根系容易产生毒害现象，影响树体和果实之间养分的运输和光合作用，也会延迟果实成熟[9]。5-2地块的土壤特点介于两者之间，养分运输较通畅，所以总糖积累最快、最多。随着浆果成熟度的增加，三个地块的总糖含量不断上升，5-2上升趋势最明显，5-3上升最小，且与5-1几乎呈现平行上升趋势。总体而言，总糖的变化趋势为5-2＞5-3＞5-1。

2.3 花色苷

花色苷是葡萄酒的主要呈色物质，其含量决定果实色度和葡萄酒色调，花色苷可以衡量浆果的成熟度[10]。由图4可看出，三个地块‘赤霞珠’浆果的花色苷总体呈现上升趋势。8月23日至8月28日是葡萄果皮花色苷快速积累的关键时期。5-1和5-3地块葡萄果皮花色苷的积累呈现平行的变化趋势，先迅速上升后变得平缓，随着果实的成熟最终维持在一个较高水平，表明花色苷的积累与土壤结构没有直接的关系，这是地块的土壤特征和管理措施共同作用的结果；5-2地块葡萄果皮的花色苷处于较高的水平，8月28日之前快速上升，8月28日至9月2日有轻微下降，之后又快速上升趋势。这与当时葡萄叶幕的分布和果实接收到的光照有很大关系。9月2日以后光线照射到葡萄表面的角度和葡萄的叶幕一致，也就是葡萄充分接受了光线的照射，所以，9月2日以后花色苷开始快速积累。由图4可知，8月28日后花色苷的变化较小，趋势变得平缓。5-2花色苷含量高于5-1和5-3，而5-1和5-3相差仅在1.36～8.4 mg/100mL，表明5-2地块最适合花色苷的积累，5-1和5-3两个地块葡萄果皮花色苷的积累水平一致。总而言之，花色苷含量的积累特点为5-2＞5-1＞5-3。

图4 三个地块‘赤霞珠’花色苷的变化Figure 4 Changes of anthocyanin on 'Cabernet Sauvignon' in three plots

图5 三个地块‘赤霞珠’果皮色度的变化Figure 5 Change of skin chroma on 'Cabernet Sauvignon' in three plots

2.4 色度

一般来说，色度会随着果实成熟度的增加而上升，能够直接从感官上反映果实的成熟情况[8]。由图5可知，随着果实的成熟，三个地块葡萄果皮的色度发生了明显的变化。5-1地块葡萄果皮的色度在转色初期平缓上升，这与土壤结构有关。5-1土质含有较多的沙壤土成分，吸热和散热能力较强；葡萄中花色苷的含量在20 ℃时会显著提高，而30 ℃时花色苷的积累几乎停止[11]。温度过低或过高都会引起红葡萄找色不良，花色苷合成的适宜温度在17～26 ℃，同时花色苷的积累与曝光量呈正相关，但是强度曝光的果实反而会因为果实温度升高导致花色苷浓度下降[12-13]，因此导致此时期色度（花色苷、单宁等）积累较慢；成熟期平缓下降，主要是此期气温下降，加上降雨，稀释了葡萄的色度，导致色度降低；只在转色过程中（8月28日至9月2日）出现快速上升趋势，与此时的气候有关。5-2和5-3的色度在8月28日之前平行上升。5-2地块葡萄果皮的色度呈现直线上升趋势，主要是该地块适宜比例的土壤结构和土壤吸热和散热性好，导致了葡萄周围的光照和热量均在葡萄花色苷积累的适宜范围内，从而有利于葡萄果皮均匀的进行光合作用和物资运输，以及合理的修剪树型有利于葡萄均匀的接受光照；5-3地块葡萄果皮的色度在转色初期和成熟期都呈现缓慢上升趋势，而在转色过程中没有明显变化，除了与上升因素有关外，主要原因之一是这个时期是葡萄第二次生长期，天气晴朗加速了葡萄叶片、新梢的生长和果实的膨大，降低了葡萄果皮花色苷等色素类物质的积累比例和速度，导致了平缓的积累。综合分析，三个地块葡萄果皮色度的变化情况为5-2＞5-1＞5-3。

2.5 总酚

由图6可知，总体上，三个地块的‘赤霞珠’葡萄果皮的总酚含量呈现上升趋势。5-1总酚含量呈现缓慢平稳上升趋势，但是低于5-2和5-3，表明沙质土壤不利于总酚的积累，主要是沙质土壤反光较强，散发的热量较多，抑制了总酚的积累。8月28日之前，5-2和5-3总酚积累一致，主要是这个时期的一次降雨降低了这两种土壤中的沙壤土的反光强度和葡萄周围的温度，同时降雨降低了这两种土壤中粘土的温度，从而抑制了总酚的积累，使这两种土壤中总酚的积累效果一样；之后，两者总酚含量开始发生明显变化，5-3总酚含量变化趋势与5-1一样平稳上升，但是低于5-2，表明5-1和5-3都能平稳积累总酚，只是两者积累的水平不一致，5-2总酚含量至9月2日之后，加速上升，在9月7日上升至最高，表明石河子产区‘赤霞珠’葡萄果皮总酚积累的最佳时期始于9月2日（接近采收期）。总体上，果皮中总酚含量的变化趋势为5-2高于5-1和5-3。

图6 三个地块‘赤霞珠’果皮总酚的变化Figure 6 Changes of berry peel total phenol on 'Cabernet Sauvignon' in three plots

图7 三个地块‘赤霞珠’果皮单宁含量的变化Figure 7 Changes of berry peel tannin content on 'Cabernet Sauvignon' in three plots

2.6 单宁

葡萄酒中高浓度的单宁来自于葡萄皮，葡萄浆果的颜色和品质间接影响葡萄酒的颜色、单宁和品质等[14]，因此‘赤霞珠’浆果的品质对于葡萄酒品质至关重要。如图7，总体上‘赤霞珠’葡萄果皮中的单宁含量呈现上升趋势。5-1地块葡萄果皮中的单宁含量处于较低的积累水平（8月28日之前稳定积累），表明沙壤土地积累单宁的能力有限。5-2和5-3地块葡萄果皮中的单宁含量变化趋势和水平基本一致，表明混合土壤适合葡萄果皮中单宁的积累，但是两者的单宁水平有一定差异，这是土壤中沙壤土和粘壤土所占比例不同的体现。5-2地块葡萄果皮中的单宁含量呈现先上升再轻微下降，最后上升的趋势。上升的趋势与土壤结构有关，5-2地块含有较多的沙壤土和部分粘壤土，提高了单宁含量的积累。5-3地块‘赤霞珠’葡萄果皮中的单宁含量呈现缓慢上升（比5-2上升缓慢）的趋势，主要是5-3地块含有较多的粘土和部分沙壤土。因此，单宁的积累需要混合土壤的作用，沙质土壤为主的土壤更合适单宁的积累，这与Sradnick等[15]和宋建强等[16]的研究结果一致。至9月7日，单宁含量达到较高水平。总体上，‘赤霞珠’葡萄果皮单宁含量的变化趋势为5-2＞5-3＞5-1。

3 讨论与结论

通过测定三个地块的‘赤霞珠’葡萄浆果相关指标，发现随着果实成熟度的提高，地块间各指标的变化规律有明显差异。进入转色期后葡萄浆果糖含量呈上升趋势，花色苷含量先升高后降低；但浆果完全成熟时，花色苷含量比开始转色时高。葡萄酒中的高浓度单宁来自于葡萄皮，葡萄果皮的颜色和品质间接影响葡萄酒的颜色和品质，浆果的成熟情况决定葡萄酒品质[17-18]。通过对比‘赤霞珠’葡萄的各成熟度指标可以判断其浆果品质。试验发现，随着葡萄的成熟，pH、总酸、总糖、色度、花色苷、总酚、单宁含量都会增加，随着总糖含量的不断升高，总酸含量则持续下降。降低的气温抑制了这些指标的升高。对比各项指标发现，总酸含量的变化趋势为5-3＞5-2＞5-1，总糖含量5-2＞5-3＞5-1，5-1地块总糖和总酸都是相对较低的，表明高浓度的沙质土壤不合适总糖和总酸的积累，混合土壤是最佳的选择，不同结构的土壤比例对葡萄果实糖酸积累的影响有差异。除此之外，管理措施也是一个重要因素。9月2日，‘赤霞珠’葡萄的pH以及总酸已经达到了较适宜的值，浆果已经达到适宜采收期。色度变化趋势为5-2＞5-1＞5-3，花色苷含量变化趋势为5-2＞5-1＞5-3，总酚含量变化趋势为5-2＞5-3＞5-1，单宁含量变化趋势为5-2＞5-3＞5-1。总体分析认为，5-2地块的‘赤霞珠’葡萄品质优于5-1和5-3。浆果中的酚类物质、单宁、花色苷的含量及种类决定葡萄酒的色调、香气和酒体，是葡萄酒品质的重要标志。‘赤霞珠’适宜在炎热的沙质土中生长，石河子产区5-1、5-2、5-3三个地块均为适宜‘赤霞珠’葡萄生长的沙壤土，5-1地块土壤含沙量高于5-2、5-3地块的情况下，‘赤霞珠’葡萄的理化指标存在着明显的差异，5-2地块的‘赤霞珠’葡萄单宁、花色苷、总酚、总糖等均高于5-1和5-3，说明含沙量对于‘赤霞珠’葡萄浆果品质有重要影响，并不是含沙量越高越好，不同的指标需要不同的土壤结构；5-2、5-3由不同农户管理，测定的理化指标存在显著差异，5-2地块的葡萄的总糖、单宁、总酚、花色苷含量均高于5-3，表明不同管理人员或者人为因素也会影响葡萄品质。要获得优质葡萄原料，除了土壤条件外，人为的田间管理措施也是一个重要因素。

通过比较各理化指标的差异性，在土壤含沙量不同的情况下，综合各项指标得出结论，5-1和5-3葡萄的品质存在轻微差异，5-2浆果品质略优于5-1，说明土壤含沙量影响‘赤霞珠’葡萄的品质，并不是含沙量越高越好，需要配合适宜比例的粘壤土。5-2品质更好，适宜的土质是获得优质葡萄原料的重要途径。

砂壤土至采收期，总酸和pH由高到低的排列顺序为5-3＞5-2＞5-1，色度和花色苷的积累特点为5-2＞5-1＞5-3，果实总糖、果皮总酚和单宁的变化趋势均为5-2＞5-3＞5-1。因此，5-2有利于‘赤霞珠’葡萄果实特征物质（色度、花色苷、总糖、总酚和单宁）的积累，5-3有利于总酸和pH的积累。土壤含沙量对‘赤霞珠’葡萄成熟期间的品质改善有重要影响。