新疆吐鲁番产区‘美乐’葡萄成熟度指标体系研究

刘怡萱，袁春龙，2，常 远，许志良，刘秀海，宋青春

(1.西北农林科技大学 葡萄酒学院，陕西杨凌 712100；2.陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西杨凌 712100；3.吐鲁番楼兰酒庄股份有限公司，新疆鄯善 838201)

新疆地处中国西北内陆，以温带大陆性干旱气候为主，是国内最大的鲜食、酿酒葡萄栽培区[1]，具有丰富的水土热量资源，光照时间长，无霜期长，有效活动积温高，昼夜温差大，年均气温日较差为14～16 ℃，十分有利于酿酒葡萄的 生长。

高品质的葡萄原料是酿造优质葡萄酒的必备条件，葡萄果实的基本成分、多酚类化合物、芳香类物质等受到果实成熟度的影响，因此，葡萄酒质量与葡萄的成熟状况密切相关[2]。一般认为红色酿酒葡萄果实成熟度的判断方法有3种：技术成熟度[3]、酚成熟度[4]和香气成熟度[5]。在中国，一般靠糖、酸含量或糖酸比来监控葡萄的成熟度并确定采收期。梁艳英等[6]以技术成熟度(成熟度系数M值)初步确定杨凌地区‘赤霞珠’‘品丽珠’‘黑比诺’等几个红色酿酒品种的最佳采收期。但是，除了糖和酸外，酚类物质也对葡萄酒的品质、颜色、口感等有重要影响，研究发现，酚类物质决定葡萄及其加工产品的颜色、涩感、苦味、氧化性能等[7-8]。因此，在监控成熟度时有必要考虑酚类物质的含量。目前，已有研究对宁夏、甘肃、陕西等地的酿酒葡萄进行成熟度初步判定[9-13]，探讨与葡萄成熟度相关性较高的基本理化指标和多酚指标，初步建立了成熟度指标体系。新疆主要通过观测果实外观、检测糖酸等基本理化指标含量的变化、监测几种葡萄果实中酚类物质含量的积累特性来判断葡萄果实的生长情况及品质的最佳时期[14-18]，这些研究没有将所有的指标综合起来建立成熟度指标体系，从而缺乏一定的简便性、系统性。因此，急需一套科学、准确、系统、且具有一定可操作性的成熟度判定方法。

本试验基于以上理论基础、研究现状和新疆的实际生产情况，将对糖、酸及酚类物质等重要成熟度指标进行定期监控，建立以糖、总酸为主要指标，酚类物质为次级指标的综合性酿酒葡萄成熟度控制指标体系，为葡萄成熟度的监控及确定最佳采收期提供理论依据。这对获得优质葡萄原料和酿造优质产地葡萄酒具有重要现实意义[19]，并为其他产区成熟度控制指标体系的建立提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘美乐’葡萄(Merlot，ML)采自新疆吐鲁番楼兰酒庄葡萄种植基地(北纬42°56′，东径90°17′，暖温带大陆性干旱荒漠气候，全年日照时数 3 200 h，年积温5 300 ℃以上，无霜期达270 d，年平均气温14.4 ℃)。

牛血清蛋白，美国Amresco公司；没食子酸、儿茶素、芦丁，美国Sigma公司；三乙醇胺(TEA)，四川西陇化工有限公司；对二甲基肉桂醛(DMACA)，上海源叶生物科技有限公司；十二烷基硫酸钠(SDS)、福林酚，北京索莱宝科技有限公司；碳酸钠、氢氧化钠、氯化铝、甲醇、亚硝酸钠，天津市奥博化工有限公司。

1.2 仪器与设备

Cary-60紫外-可见分光光度计，安捷伦科技(中国)有限公司；立式恒温摇床，上海南荣实验室设备有限公司；PHS-3C 雷磁pH计，上海精密科学仪器有限公司；XW-80A 旋涡混合仪，海门市其林贝尔仪器制造公司；5417R 离心机，艾本德(中国)有限公司；HZ84-2 磁力搅拌机，北京中兴伟业仪器有限公司；HH-S6 电热恒温水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司。

1.3 方 法

1.3.1 采样方法 葡萄转色完成后开始采样，每7 d左右采1次样，共采样5次。采用5点取样法，在地块的中心点附近，4个角和中心点连线的中点附近，共5个点，标记10棵葡萄树，选取植株上、中、下部各2穗葡萄，兼顾阳面和阴面，每穗葡萄在上、中部各采2粒，下部采1粒，每次采样300粒左右，检测基本理化指标与酚类物质。

1.3.2 酿酒方法 酿酒所用葡萄采用“1.3.1”的五点取样法进行采样，每次采样时在每棵葡萄树的上、中、下部分别随机选取2穗葡萄，兼顾阳面和阴面，每次采10 kg左右，用10 L的玻璃发酵罐酿酒，酿酒步骤见图1。

图1 干红酿酒工艺流程

1.3.3 基本理化指标测定 参照王华[20]的分析方法，检测pH(pH计测定)、还原糖(斐林试剂法，结果以葡萄糖计)、总酸(酸碱滴定法，结果以酒石酸计)、挥发酸(结果以醋酸计)、酒度(密度瓶法)以及游离SO2(碘量法)。

1.3.4 葡萄果皮和葡萄籽中酚类物质的提取及测定 酚类物质的提取参照Stefano等[21]的方法，结合实际情况稍作调整。选取30粒葡萄果实，随机分成3组，每组10粒葡萄。剥离出葡萄果皮和葡萄籽，用滤纸去除表面果肉，称量，置于50 mL离心管(用黑胶带或锡箔纸包裹)，加入30 mL模拟酒缓冲液(φ=18% 乙醇、900 mg/L焦亚硫酸钠、7.5 g/L酒石酸配制摇匀，用1.5 mol/L NaOH将缓冲液pH调到3.20)，于 25 ℃，100 r/min摇床上充分浸提3 d，取上清液于-25 ℃冰箱中避光保存，用于测定酚类物质 含量。

葡萄果皮、籽及葡萄酒中的总酚测定参照Jayaprakasha等[22]的方法(福林-肖卡法，结果以没食子酸表示)；总花色苷的测定参照翦祎等[23]的方法(pH示差法，结果以锦葵色素-3-葡萄糖苷表示)；总类黄酮的测定参照Peinado等[24]的方法(结果以芦丁表示)；总单宁的测定参照胡立志等[25]的方法(蛋白沉淀法，结果以儿茶素表示)；总黄烷醇的测定参照Li等[26]的方法(p-DMACA-盐酸法，结果以儿茶素表示)，稍作 修改。

1.3.5 感官品评 成立10人感官品评小组(男性5人，女性5人，年龄为23～28岁，皆为葡萄酒学院硕士研究生)，对小组成员进行阈值测试(共2次，感官培训前后各1次)和感官培训(共16次，1周2次，共进行8周)，对不同采收时期酿造的葡萄酒进行感官评价，在外观(15分，其中颜色10分，澄清度5分)、香气(30分，其中纯正度6分，浓郁度8分，质量16分)、口感(44分，其中纯正度6分，浓郁度8分，持久性8分，质量22分)、整体平衡性(11分)四个方面进行打分(总分100分)，依据葡萄酒品尝评分表对数据进行分析和 整理。

1.4 数据统计与分析

运用Excel 2016和SPSS 23.0软件对数据进行汇总、分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 不同采收期葡萄基本理化指标分析

表1为不同采收期葡萄基本理化指标的变化，由表1可知，随采收时间的延长，所有指标的各个数据间均存在显著性差异(P<0.05)，‘美乐’葡萄的百粒质量呈现先增长，后下降，随后又继续增长的趋势，由(126.25±0.72)g增长到(148.24±0.45)g，后下降到(115.21±0.40)g，最后又增长到(130.93±0.28)g；pH和还原糖呈非线性增长，pH由3.42±0.01逐渐增长到3.75± 0.01，还原糖由(170.08±4.23)g/L逐渐增长到223.37±3.30 g/L；总酸含量逐渐减少，从(9.10±0.05)g/L逐渐减少为(5.66±0.04)g/L，在最后一次样品中的含量出现上升的趋势，增长到(6.92±0.04)g/L；糖酸比(M值)逐渐增大，由 18.69±0.36增长到37.88±0.17，最后一次样品中的含量出现下降的趋势，下降到 32.29±0.32。一般认为糖酸比大于或等于20时，酿造出的葡萄酒才是优质的[27]。从8月14日起，随后采收葡萄的糖酸比皆大于20，因此，选取8月21日、8月28日和9月3日这3个日期的果实酿制葡萄酒，检测酒样的基本理化指标和酚类物质含量，并对酒样进行感官品评。

表1 不同采收期‘美乐’(ML)的基本理化指标

2.2 不同采收期酿制葡萄酒基本理化指标分析

表2为3个时期酿制葡萄酒的基本理化指标。其中pH、总酸的变化趋势与葡萄的变化趋势相似，酒度与葡萄中还原糖的含量相符合，残糖符合干红葡萄酒酿制的范围，挥发酸和游离SO2的含量均符合国标要求。

表2 不同采收期酿造‘美乐’葡萄酒(MLW)常规理化指标分析

2.3 不同采收期葡萄中酚类物质含量变化分析

由图2-A可知，‘美乐’葡萄果皮中各个指标在不同采收期之间具有显著差异(P<0.05)，皮总酚、皮总黄烷醇、皮总单宁、皮总花色苷含量随采收时间的延长均呈先下降后上升再下降的趋势，皮总酚的变化最大，从8月7日的起始值(12.51±0.05)mg/g下降到8月14日的最小值(3.31±0.04)mg/g，随后又上升到8月28日的最大值(27.06±0.09)mg/g，最后9月3日的含量为(13.25±0.06)mg/g；皮总黄烷醇的变化次之，从8月7日的起始值(10.01±0.06)mg/g下降到8月14日的最小值(4.28±0.07)mg/g，随后又上升到8月28日的最大值(14.78±0.09)mg/g，最后9月3日的含量为(8.03±0.06)mg/g；皮总单宁的变化最小，从8月7日的起始值(3.10±0.05)mg/g下降到8月14日的最小值2.89±0.06 mg/g，随后又上升到8月21日的最大值(3.28±0.07)mg/g，最后9月3日的含量为(2.76±0.07)mg/g；皮总花色苷从8月7日的起始值(8.70±0.05)mg/g下降到8月14日的最小值(7.15±0.03)mg/g，随后又上升到8月28日的最大值(9.12±0.05)mg/g，最后9月3日的含量为(6.49±0.10)mg/g；皮总类黄酮呈先上升，最后一次采样下降的趋势，从8月7日的起始值(5.59±0.07)mg/g一直上升到8月28日的最大值(10.92±0.10)mg/g，最后9月3日的含量下降为(4.74±0.04)mg/g。皮总酚、皮总黄烷醇、皮总类黄酮、皮总花色苷均在8月28日时的含量达到最大，皮总单宁在8月21日时的含量最大，与8月28日的含量相差不大，仅为(0.26±0.02)mg/g。

同指标不同柱状图小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)。下同

由图2-B可知，‘美乐’葡萄籽中各个指标在不同采收期之间具有显著差异(P<0.05)，籽总酚、籽总类黄酮的含量呈先下降后上升再下降的趋势，籽总类黄酮的变化最大，从8月7日的起始值(92.57±0.08)mg/g下降到8月14日的最小值(70.40±0.17)mg/g，随后又上升到8月21日的最大值(129.40±0.15)mg/g，最后下降到9月3日的含量为(77.27±0.08)mg/g；籽总酚的变化次之，从8月7日的起始值(60.24±0.09)mg/g下降到8月14日的最小值(14.80±0.11)mg/g，随后又上升到8月28日的最大值(65.27±0.11)mg/g，最后9月3日的含量为(47.64±0.12)mg/g；籽总黄烷醇含量先上升，随后逐渐下降，从8月7日的起始值(22.96±0.08)mg/g上升到8月14日的最大值(23.02±0.15)mg/g，随后逐渐下降到9月3日的最小值(18.01±0.14)mg/g；籽总单宁含量呈先下降，随后逐渐上升的趋势，从8月7日的起始值(2.36± 0.03)mg/g下降到8月14日的最小值(2.25± 0.04)mg/g，随后逐渐上升到9月3日的最大值(2.83±0.08)mg/g。花色苷主要存在于果皮中，因此，葡萄籽中未检测。籽总黄烷醇、籽总类黄酮、籽总酚和籽总单宁分别在8月14日、8月21日、8月28日和9月3日含量最多。

2.4 不同采收期酿制葡萄酒中酚类物质含量变化分析

图3为不同采收期酿造的‘美乐’葡萄酒(MLW)中酚类物质含量的变化，MLW中各个指标存在显著差异(P<0.05)，总酚和总单宁呈逐渐上升趋势，9月3日含量最高，分别为(640.06±1.80)mg/L和(92.95±0.70)mg/L，8月21日含量最低，分别为(322.83±0.36)mg/L和(44.67±0.26)mg/L。总黄烷醇、总类黄酮和总花色苷变化趋势为先升后降，8月28日含量最高，分别为(283.53±0.98)mg/L、(1 775.53±1.27)mg/L和(49.56±1.04)mg/L，8月21日含量最低，分别为(184.96±0.66)mg/L、(855.33±0.31)mg/L和(26.37±0.11)mg/L。

图3 不同采收期‘美乐’葡萄酒(MLW)酚类物质含量

2.5 感官分析

由图4可知，MLW1澄清度8.7分，颜色4分，外观综合得分12.7；香气纯正度4.6分，香气浓郁度6.1分，香气质量13.2分，香气综合得分23.9；口感纯正度4.3分，口感浓郁度5.8分，口感持久性4.7分，口感质量18.4分，口感综合得分42.4；总体评价9.2分，总分79。MLW2澄清度9.5分，颜色4.7分，外观综合得分14.2；香气纯正度5.3分，香气浓郁度6.9分，香气质量15分，香气综合得分27.2；口感纯正度5.6分，口感浓郁度6.4分，口感持久性6.6分，口感质量 20.8分，口感综合得分27.2；总体评价10.6分，总分91.4。MLW3澄清度7.3分，颜色3分，外观综合得分10.3；香气纯正度4.2分，香气浓郁度6分，香气质量10.4分，香气综合得分20.6；口感纯正度3.9分，口感浓郁度5.4分，口感持久性4分，口感质量15.4分，口感综合得分36.7；总体评价8分，总分67.6。

图4 ‘美乐’葡萄酒(MLW)感官分析

MLW1和MLW3除香气浓郁度、口感纯正度、口感浓郁度之外的指标评分皆差距较大，其中MLW1所有指标的评分皆优于MLW3。MLW2在香气纯正度、口感持久性、口感质量上明显优于MLW1和MLW3，其他方面差距较小，但皆优于MLW1和MLW3。综合评分中的质量评价(有缺陷<65，合格≥65，好≥75，优≥85)中，MLWl达到好，MLW2达到优，MLW3达到合格。综合以上分析可得出感官品质表现为MLW2>MLW1>MLW3。

2.6 不同采收期葡萄果实多酚指标的相关性

由表3可知，‘美乐’葡萄不同采收期的a7(籽总黄烷醇)与a9(籽总单宁)、a10(pH)与a11(还原糖)呈极显著相关。a2(皮总黄烷醇)与a6(籽总酚)、a4(皮总单宁)与a8(籽总类黄酮)、a10(pH)与a12(总酸)呈显著相关。其余指标之间相关性不显著。

表3 不同采收期‘美乐’(ML)果实指标的相关性

2.7 ‘美乐’果实主成分分析及成熟度控制指标体系建立

对葡萄的基本理化指标与多酚指标进行筛选，葡萄果实中共选出12个指标(a1～a12)，葡萄酒中共选出8个指标(b1～b8分别表示总酚、总类黄酮、总黄烷醇、总单宁、总花色苷、pH、还原糖、总酸)。

PC1 = 0.891a1+0.778a2+0.565a3+ 0.088a4+0.337a5+0.617a6-0.638a7+0.418a8-0.632a9+0.875a10+0.777a11-0.940a12

(1)

PC2 = 0.435a1+0.338a2+0.574a3+ 0.908a4+0.890a5+0.165a6+0.742a7+0.687a8-0.705a9-0.378a10-0.506a11+0.107a12

(2)

PC3 =-0.074a1+0.517a2-0.237a3-0.254a4+0.293a5+0.750a6-0.009a7-0.402a8+0.286a9-0.297a10-0.372a11+0.224a12

(3)

PC1 = 0.999b1+0.987b2+0.987b3+ 0.999b4+0.986b5+0.995b6-0.608b7-0.880b8

(4)

‘美乐’果实共提取出3个主成分PC1、PC2和PC3，‘美乐’葡萄酒提取出1个主成分PC1。由表4可知，果实提取的3个主成分的贡献率分别为45.469%、35.041%和13.003%，累积贡献率为93.513%，葡萄酒的累积贡献率为 88.101%，根据主成分累计贡献率大于85%的原则，所提取的主成分均能够很好地概括所有原始数据。根据SPSS 23.0软件得出的相应得分系数表，可分别得出葡萄果实的3个主成分与12个指标之间的线性组合为公式(1)、(2)和(3)，葡萄酒的主成分与8个指标之间的线性组合为公式(4)。

表4 主成分方差解释

由公式(1)、(2)和(3)可知，在PC1中起主要作用的指标是a1(皮总酚)和a12(总酸)；在PC2中起主要作用的指标是a4(皮总单宁)和a5(皮总花色苷)；在PC3中起主要作用的指标是a2(皮总黄烷醇)和a6(籽总酚)，其中，a12、a4和a6对葡萄品质的影响最大。由公式(4)可知，在PC1中起主要作用的指标是b1(总酚)和b4(总单宁)。葡萄酒中的酚类物质来自于葡萄果实，因此，对葡萄和葡萄酒品质影响最大的理化指标为a12(总酸)，多酚指标为a4(皮总单宁)和a6(籽总酚)。同时，它们分别与a10(pH)、a8(籽总类黄酮)和a2(皮总黄烷醇)存在显著相关性，故a12、a4和a6可在一定程度上反映a10、a8和a2含量的变化。

2.8 不同采收期‘美乐’果实品质得分分析

结合公式(1)、(2)和(3)中各成分指标在3个主成分中对应的特征向量，利用公式(5)和(6)计算出不同成熟时期‘美乐’葡萄果实品质的综合 得分。

(5)

(6)

式(5)中Fi为各成分指标某一时期的3个主成分得分；X表示葡萄某一主成分指标的不同采收时期；ρi为该指标在3个主成分中对应的特征向量值。式(6)中F总为各成分指标某一时期的主成分综合得分；μi为各成分对应的贡献率，μ总为最大累积贡献率。

由表5可知，‘美乐’果实主成分的最佳品质出现在8月28日，第二品质出现在8月21日，第三品质出现在8月7日，第四品质为9月3日，第五品质为8月14日。因此，可认为8月28日前后‘美乐’葡萄品质相对最好。

表5 不同采收期‘美乐’果实主成分综合得分

3 讨论与结论

葡萄作为酿造葡萄酒的原料，与葡萄酒质量关系紧密，在成熟过程中，葡萄中的糖、酸、酚类物质、香气物质不断变化，葡萄品质也在不断变化。新疆作为中国九大酿酒葡萄产区之一，其葡萄及葡萄酒的品质对国内葡萄酒市场有着重要影响，因此，研究该产区酿酒葡萄的成熟情况，可为提高葡萄果实和葡萄酒品质及后续相关研究提供理论依据，具有一定现实意义。不同葡萄品种、产区、气候、栽培条件等因素都会影响采收时间，其中气候是一个很大的不确定因素，每年的气候都具有一定差别，即使是同一产地、同一品种，不同年份葡萄的成熟情况都可能不一样。本研究的结果只针对2018年新疆楼兰酒庄所种植的‘美乐’葡萄，为该地区2018年‘美乐’葡萄最佳采收期的确定提供理论参考。同时，本研究的研究方法和分析方法，也可为其他地区、年份和品种葡萄最佳采收期的确定提供方法参考。由于新疆当地的气候原因，高糖低酸是该产区葡萄及葡萄酒的一个显著特点，每年糖度很快就达到了酿酒要求，而酸度却经常不足，所以总酸是本研究重点关注的对象，本研究的结果与预期相一致，总酸是判定葡萄果实成熟度最重要的一级指标。

葡萄果实成熟过程中，8月14日及之后采收的葡萄果实糖酸比皆大于20，从技术成熟度上达到了可以酿酒的成熟状况，葡萄酒的各基本理化指标皆符合国家标准。葡萄果皮、籽、葡萄酒中酚类物质的总量皆在8月28日达到最高，感官分析结果显示8月28日酒样的感官品质最佳。

综合‘美乐’葡萄果实的技术成熟度、多酚成熟度、果实品质综合得分和葡萄酒的理化指标、酚类物质含量、感官分析结果可以确定8月28日前后的‘美乐’葡萄果实与葡萄酒品质最好。运用主成分分析筛选出一级指标总酸、二级指标皮总单宁和三级指标籽总酚作为评价新疆吐鲁番地区‘美乐’葡萄最佳采收期的指标体系。当3个指标在‘美乐’葡萄果实中的含量分别在5.66 g/L、3.02 mg/g、65.27 mg/g左右时，葡萄的成熟度最佳，利于生产更加优质的葡萄酒。因此，可在8月28日前后对‘美乐’葡萄进行采收。