三个产地‘赤霞珠’葡萄果实风味物质差异性研究

杨洋，张亚红*，李鹏，胡泽军，张晓丽

（宁夏大学农学院，宁夏银川 750021）

近些年来，随着我国葡萄产业快速发展，其产业规模已超过西欧传统葡萄主产国而名列前茅，是我国栽培区域最广的落叶果树[1]。中国是葡萄的起源中心之一，葡萄栽培与葡萄酒酿造已有千年历史。如今，我国葡萄与葡萄酒产业伴随着“一带一路”战略正迅速崛起[2]，逐步形成东北、京津冀、山东、新疆、贺兰山东麓等优质酿酒葡萄原料产区。葡萄浆果的风味物质与产地密切相关，在品种、树龄、栽培管理方式一致条件下，酿酒葡萄产区的气候、地形、土壤等风土条件是影响果实风味物质及葡萄酒风格与典型性的重要因素[3]，其中气候影响最大。众所周知，新疆产地葡萄成熟期昼夜温差大，果实含糖量高，但白天高温使酸发育不良，香气和着色都受到不利影响。而山东产地昼夜温差小，糖度低，亦对葡萄酒风格不利。宁夏酿酒葡萄产地的昼夜温差介于新疆和山东产地之间，因此研究三个产地间酿酒葡萄浆果风味物质的差异性，可以从另一方面解释温度对酿酒葡萄品质的影响。

研究发现，葡萄果实中花色苷组成和比例受品种和产地的影响，且产地环境因素的影响大于品系自身特性的影响[4]。崔日宝等[5]对河西走廊不同产地‘赤霞珠’的研究也得到了相似的结论。这是因为产地环境因素会影响花色苷的合成与积累，从而使葡萄果实的花色苷组成具有地域差异。研究发现，山地葡萄果实含糖量、含酸量和单宁含量均高于平地，且海拔越高，差异越大[6]，这可能与温度及土壤水分有关。温度对酿酒葡萄果实含糖量的升高及含酸量的降低均有促进作用[7]，白天气温高导致酸含量降低，糖酸比例不协调，会使所酿出来的葡萄酒品质下降[8]。光照对葡萄果实中单宁含量影响最大，其次是总花色苷含量[9]。葡萄果实成熟度对产地降水量较为敏感，降水过多会造成果皮多酚类物质含量下降[10]。葡萄果实的风味物质主要有甜味、酸味和香味[11]，香气物质主要存在于果皮中，而冷凉环境有助于香气物质的积累[12]。光照会影响葡萄果实的代谢产物，若紫外照射减少，降异戊二烯类物质含量会降低[13]。

‘赤霞珠’是世界范围栽培最广泛的酿酒葡萄品种，也是我国栽培面积最大的品种，因此在我国葡萄酒产品中具有不可替代的位置。新疆、山东和宁夏是我国主要的葡萄酒产区，气候、土壤等环境条件差异显著，因此生产中应根据风味物质的产生规律采取与之相适应的栽培管理模式，从而酿造出具有鲜明地域风格的葡萄酒产品，推动我国葡萄酒产业的建康发展。因此，本试验通过3个产地‘赤霞珠’葡萄果实风味物质的比较研究，以期为酿酒葡萄选择最佳的栽培地区，生产高品质葡萄浆果及酿造具有产地风格特征的葡萄酒提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集及产地概况

2019年9月底至10月初在新疆石河子市北泉镇、山东蓬莱市刘家沟镇、宁夏银川市西夏区（以下分别简称新疆、山东、宁夏），采集大面积种植的7～8年生酿酒葡萄‘赤霞珠’样品，着重考虑各地栽培管理、生长年限、架式等的一致性。在‘赤霞珠’果实收获期，根据各产地果实可溶性固形物及果实种子颜色确定成熟度。取样时按照随机摘取及具有涵盖代表性的原则于每个产地整穗采样约4 kg。葡萄果实长途运输中采用干冰冷藏。样品到达实验室后，每产地分别从果穗上、中、下3个部位随机剪取果粒300粒，每产地3个生物学重复。并于当日用果实鲜样测定粒质量、pH和可滴定酸等相关理化指标，其余样品液氮冷冻打磨存于﹣80 ℃冰箱，用于测定可溶性糖、单宁、花色苷、挥发性香气物质等。

新疆产地位于东经8 4°5 8′～8 6°2 4′，北纬43°26′～45°20′，平均海拔450 m左右，年平均气温7～8 ℃，年降水量为125.0～207.7 mm，无霜期为168～171 d，大于10 ℃的活动积温为3570～3729 ℃，年日照时数为2721～2818 h；土壤多系沙壤土、沙质土、灰漠土；日照充沛，气温日较差大，属于典型温带大陆性干旱气候。山东产地位于东经119°34′～121°57′，北纬36°16′～38°23′，海拔在100～300 m，年平均降水量600～800 mm，年平均气温11.9 ℃，年平均日照时数2826 h，无霜期平均210 d以上；土壤以花岗岩风化形成的沙壤土为主；雨水适中、气候温和，属温带季风气候。宁夏产地位于北纬38°08′～38°53′，东经105°49′～106°18′，海拔在1010～1150 m，年平均气温8.5 ℃左右，全年平均气温较差为13.1 ℃，年平均日照时数3000 h左右，年平均降水量200 mm左右，无霜期170 d左右；土壤为灰钙土、灰褐土及灌淤土；光照充足，昼夜温差大，属于中温带干旱气候区。

1.2 实验试剂及仪器

氯化钠、醋酸钠、碳酸钠、浓盐酸、氯化钾、甲醇、蒽酮，国药集团化学试剂有限公司；邻苯二酚、单宁酸、福林-酚试剂、福林-丹尼斯试剂，无锡耐思生物科技有限公司；C5-C30烷烃标准品均为色谱纯，美国Sigma-Aldrich公司；

FA-1004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；5804R低温冷冻离心机，德国Eppendorf公司；UV 757紫外可见分光光度计，上海佑科仪器仪表有限公司；Agilent 6890N-5975B气质联用仪，美国安捷伦公司；100 μL PDMS固相微萃取针，美国Supelco公司。

1.3 葡萄果实理化指标的测定

采用手持糖量计测定可溶性固形物；酸碱滴定法测定可滴定酸含量[14]；可溶性糖测定采用蒽酮硫酸比色法[15]；总酚的测定采用福林酚法[16]，单宁的测定采用福林-丹尼斯法[17]；花色苷的测定用pH示差法[18]。参考杨夫臣等[19]的方法测定类黄酮的含量。

挥发性香气成分的测定采用顶空固相微萃取方法提取，运用气相色谱与质谱联用技术（G a s Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析，参照杨晓帆[20]的方法并稍加修改。前处理：称取适量液氮打磨样品置于顶空瓶中，加3 g氯化钠，密封，于80 ℃下水浴平衡30 min，用固相微萃取针萃取30 min，待萃取结束后，萃取针在进样口解吸5 min。色谱柱：HP-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）；分流比：不分流；载气流速：1.0 mL/min；进样口温度：250 ℃；扫描方式：全扫描；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：180 ℃；升温程序为起始温度：45 ℃，保持3 min，以5 ℃/min的速率升至200 ℃，保持6 min，再以30 ℃/min的速率升250℃，保持4 min。采集到的质谱图利用NIST谱库进行检索，鉴定样品中的挥发性成分，并利用峰面积归一化法分析各成分的相对含量。

1.4 数据处理

试验数据的整理、汇总和初步分析在WPS 2019中完成，进一步釆用Origin 2018软件进行显著性方差分析、主成分分析（PCA）及偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）。

2 结果分析

2.1 三个产地‘赤霞珠’果实中糖、酸含量

由表1所知，不同产地成熟时果实中的糖、酸含量存在差异。三个产地的果实粒质量在显著差异，且表现为宁夏＞山东＞新疆；果实中可溶性糖含量新疆显著高于宁夏约14.1%，而宁夏与山东没有显著差异。三个产地果实可滴定酸含量之间均有显著差异，且呈现宁夏最高，新疆次之，山东最低。糖酸比是浆果成熟度的一项度量标准，即可溶性糖与可滴定酸的比值。三个产区的糖酸比之间有显著差异，新疆成熟度最高，山东次之，宁夏最低。

2.2 三个产地‘赤霞珠’果实中酚类物质

如表2所示，三个产地单宁和总酚的含量均存在显著性差异，且表现为山东最高，宁夏次之，新疆最低。山东的单宁和总酚含量较宁夏分别高出5%和12.6%。新疆的单宁和总酚含量较宁夏分别低了10%和12.4%。三个产地间果实花色苷含量均存在显著差异，且新疆较宁夏高12.9%，山东较宁夏银川低13.7%。三个产地果实中的类黄酮含量没有差异。

表1 三个产地‘赤霞珠’葡萄果实中糖、酸含量Table 1 Contents of sugar and acid of 'Cabernet Sauvignon' berries from different production regions

表2 三个产地‘赤霞珠’葡萄果实中酚类物质含量Table 2 Content of phenolic substance of 'Cabernet Sauvignon' berries from different production regions/(mg/g)

2.3 三个产地果实成熟时挥发性香气物质比较

如表3所示，果实成熟时，不同产地果实中均检测到醛类、酮类、萜烯类、醇类、酯类等挥发性成分，新疆、山东和宁夏分别有43、43、44种。醛类是果实挥发性组分的主要成分，山东的醛类化合物总的相对含量均高于新疆和宁夏，且山东醛类化合物种类数最多，新疆最少；香气物质中的萜烯类和脂类化合物的相对含量占比较小，但其嗅觉感官阈值很低，对果实感官特性影响很大。山东的萜烯类化合物的相对含量高于新疆和宁夏，而新疆的脂类化合物的相对含量和种类数均高于山东和宁夏，而宁夏的醇类化合物相对含量最高。

如表4所示，三个产地果实中检测到的共有挥发性物质为11种，其中4种为醛类物质。具有青草香味的反式-2-己烯醛和乙醛的相对含量是主要成分。在共有挥发性物质中，新疆、山东和宁夏果实中醛类物质总的相对含量分别为52.6%、48.5%和48.7%。带有混合香气且嗅觉阈值较低（2 ng/L）的β-大马士酮，在山东果实中的相对含量均高于新疆和宁夏，分别约是新疆和宁夏的1.7倍和3.4倍。

图1显示，成熟时三个产地果实共有挥发性物质PCA和PLS-DA结果。PCA结果发现，PCA1和PCA2的贡献率分别为63.23%和36.58%，累积贡献率达到99.81%，能够反映果实挥发性物质的总体状态。三个产地的果实样品可以被明显分开，PCA1将山东和宁夏区分开，分别位于正半轴与负半轴；而新疆位于PCA2的正半轴，山东和宁夏位于负半轴。苯甲醛、1-辛醇和1-3二羟基丙酮对PCA1的影响最强；壬醛、反式-2-己烯醛和1-辛烯-3-醇对PCA2影响较强；因此三个产地间果实挥发性香气物质有显著差异。PLS-DA结果发现，三个产地果实中反式-2-己烯醛、苯乙醇、壬醛、5-羟基糠醛和1-辛烯-3-醇的差异最大，其得分均大于1.0，而其它成分得分均在1.0以下。新疆的反式-2-己烯醛、5-羟基糠醛和1-辛烯-3-醇的相对含量最高，山东的苯乙醇含量最高，而宁夏的壬醛含量大于新疆和山东。

表3 三个产地‘赤霞珠’葡萄果实挥发性物质种类及含量Table 3 Content of volatile substance and kinds of 'Cabernet Sauvignon' berries from different production regions

表 4 三个产地‘赤霞珠’葡萄果实中共有挥发性物质的含量Table 4 Content of common volatile substance of 'Cabernet Sauvignon' berries from different production regions

图1 三个产地‘赤霞珠’果实共有挥发性物质PCA和PLS-DA分析Figure 1 PCA and PLS-DA in the common volatile compounds of 'Cabernet Sauvignon' berries from different production regions

3 讨论与结论

影响葡萄果实风味物质的主要因素包括品种特性、生态因素和栽培管理方式等[21]。国内外许多学者已经证实不同产地同一品种葡萄果实品质具有地域特征性[5,22]。本文分析比较的‘赤霞珠’果实采集，三个不同产地，它们处于不同生态区，气象条件与土壤状况均不同。试验结果发现，三个产地果实粒质量有显著差异，且宁夏最大，新疆最小，这可能是产地降水、光照等因素影响果实的大小。果实中可溶性糖、蔗糖和花色苷含量，均表现为新疆显著高于宁夏和山东，这可能是产地昼夜温差大，会促进总糖的积累，有利于葡萄果实着色；果实中可滴定酸含量则是宁夏最高，山东最低，可能与高温会加速降解果实内苹果酸有关。因为在葡萄成熟过程中，新疆白天温度高，山东昼夜温度均很高。温度对花青素和黄酮醇的浓度影响很大，但对果实单宁的积累没有影响[23-24]。王秀琴等[25]研究认为，相同品种在不同产地酚类物质含量差异性显著。本试验发现，三个产地果实中单宁和总酚含量有显著差异，且表现为山东最高，新疆最低，这可能与成熟季节不同产地除温度外的其它环境因子有关，不同微气候会使葡萄果实产生不同的、微妙的风味差异。

葡萄芳香物质受产地的影响很大，因此不同生态区的葡萄与葡萄酒都具有独特的地域特征。本研究发现，三个产地检测出的总挥发性物质种类数大致相同，但不同产地香气组成有明显差异。研究发现，冷凉地区葡萄果实中C6醛含量的积累更高[12]。而本试验发现，山东果实中醛类化合物种类数和相对含量均高于新疆和宁夏，可能与温度之外其他环境因素有关。也有研究发现，同一品种不同产地果实中萜烯类物质的组成比较接近[26]。本试验中虽然三个产地萜烯类物质组成差异不大，山东果实萜烯类化合物总的相对含量明显高于新疆和宁夏，可能是因为温暖地块果实中含有更高的单萜类物质[12]。萜烯类和酯类化合物在果实中的含量很小，但其感官阈值都很低，二者均会赋予果实品种香气特征。试验发现新疆，酯类化合物相对含量最高，而宁夏醇类化合物相对含量最高。可见，不同产地的环境因素对酿酒葡萄果实挥发性物质的影响是十分复杂的。

本试验结果表明，三个产地间果实糖、酸含量和粒质量均存在显著差异，含糖量为新疆最高，可滴定酸含量和粒质量均为宁夏最高，三个产地间果实酚类物质均存在显著差异，果实中单宁和总酚含量均表现为山东最高，而花色苷含量则为新疆最高，山东最低；三个产地果实中检测出的挥发性物质组成差异明显。山东果实中醛类和萜烯类化合物种类数和相对含量最高，新疆果实中酯类化合物的种类数和相对含量最高，而宁夏果实中醇类化合物种类数和相对含量最高。因此，不同产地的风土条件及地域性决定同一酿酒葡萄品种果实风味物质的差异性。