高寒荒漠区延后栽培葡萄品质分析

2021-01-20吴玉霞刘玉莲马朝玲毛娟杨江山王延秀常永义

食品与发酵工业 2021年1期

吴玉霞，刘玉莲，马朝玲，毛娟，杨江山，王延秀，常永义*

1(甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州, 730070) 2(兰州中检科测试技术有限公司，甘肃兰州, 730070)

武威市天祝县位于河西走廊东端，光照资源丰富、干旱少雨、昼夜温差大，果实糖分含量高、病虫害少，是建立无公害优质葡萄生产基地的优势地区[1-2]。近年来，随着国家一带一路政策的推行，甘肃省提出发展现代丝路寒旱农业，武威作为中国十大葡萄产区之一，葡萄产业是农业发展的核心。天祝县海拔高、气候冷凉，葡萄生产以日光温室延后栽培为主，利用天然冷资源，推迟果实采收期至翌年1～2月份，经济效益显著[3-4]。但该产区葡萄品种单一，以‘红地球’为主，同质化现象严重，不能满足消费者对多样化产品的需求，市场竞争力小。另外，温室重茬障碍突显，葡萄产量和品质逐年下降。为了重新赢得市场竞争力，实现葡萄产业可持续发展，引进葡萄新品种势在必行。当前大粒、无核及脆肉品种是葡萄发展的主流，为此从国内引进多个中晚熟品种，通过引种试验筛选出适应性好、品质优良的葡萄品种，为高寒荒漠区葡萄产业发展奠定基础。

品质评价是引种的先决条件，鲜食葡萄的品质主要从外观、内在营养与风味、功效成分等方面进行评价。外观品质包括果穗及果粒大小、形状、色泽等；内在品质主要包括糖、酸含量、香味物质、营养成分等；功效成分主要指酚类物质、白藜芦醇、抗氧化成分含量等[5-7]。HOLT等[8]研究发现，葡萄果实中酚类物质变化与自然因素(温度、降水、土壤湿度等)有关；SHIRAISHI等[9]认为成熟时葡萄果实以积累己糖为主，蔗糖的含量很低。糖代谢过程中果实的糖含量易受生态环境的影响，蔗糖和己糖对环境具有高度敏感性[10-11]。果实中酸的种类、含量及其变化因品种不同而异，KLIEWER等[12]对78个品种的分析结果表明，成熟葡萄中苹果酸和酒石酸的含量差异很大。可见，生态条件对葡萄品质有较大影响，引种后要结合当地生态地理环境对品质进行综合评价和鉴定。当前葡萄品质评价仍以外观及内在糖、酸含量的评价为主，而对糖、酸、功效成分等微量组分构成及含量的评价较少，对高寒地区葡萄品质的评价更鲜见报道。为此，本文以高寒荒漠区适应性表现较好的8个鲜食葡萄品种为研究对象，分析果实外观及常规内在品质，并针对主要风味物质(可溶性糖和有机酸)，建立高效液相色谱法进行定性和定量分析，基于主成分分析对8个品种进行综合品质评价，为高寒荒漠区设施延后栽培葡萄品种选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 种植区概况

引种葡萄栽植于天祝县华藏寺镇栗家庄村示范基地日光温室(102°83′N，36°65′E)，海拔2 300 m，属大陆性高原季风气候，年均气温2 ℃，年均降水量约350 mm，相对无霜期130 d。温室土壤为山地栗钙土，肥力状况如表1所示，土壤肥力属中等水平。

表1 温室耕层土壤养分含量Table 1 Soil nutrient content in tillage layer of solar greenhouse

1.2 试验材料与试剂

引种葡萄于2015年春季定植，2017年挂果，经初步筛选，选择适应性良好的8个品种为试验材料，见表2。采用日光温室延后栽培，单干双臂Y型架整枝，2017年5月初萌芽，花后15～20 d用2 000倍“红提大宝”膨大剂蘸穗处理1次，果实套白色纸浆袋保护，12月中旬至下旬陆续成熟。选择生长健壮的植株采集果样，每个品种随机采集5穗果样，果实采摘后当天用冰盒带回实验室，部分果样在5 ℃条件下冷藏，用于常规品质测定；另一部分在-25 ℃条件下冷冻储藏，用于糖酸组分测定。

表2 供试葡萄品种Table 2 Grape cultivars for test

果糖、葡萄糖、蔗糖、酒石酸、草酸、柠檬酸、苹果酸标准品(纯度99.8%)，上海源叶生物科技有限公司；甲醇、乙腈、磷酸，均为色谱纯，美国TEDIA试剂公司；其他药品均为国产分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 果实常规品质的测定

用1%天平称量葡萄穗重、单果质量；用数显游标卡尺测定果实纵径、横径，计算果形指数；观察果皮颜色，用品尝法描述果实口感风味，分别用+、++、+++表示风味等级。

可溶性固形物用PAL-1型测糖仪(日本爱拓)测定；Vc含量用2,6-二氯靛酚法测定；蛋白质含量用考马斯亮蓝法测定；果皮总花青素含量用pH示差法[13]测定；果皮类黄酮和总酚含量参照李杨昕[14]的方法测定。

1.3.2 高效液相色谱条件和糖酸组分及含量测定

制样：采用逐级升温解冻的方式，将样品从-25 ℃下取出，放置在-15 ℃条件下，1 h后取出，剥皮，将重复样品混合，用水果刀避开种子切割成小块混合于研钵中。在天平上精确称取果肉样品1 g，研磨转移至10 mL离心管中，摇匀，80 ℃超声提取1 h，12 000 r/min常温下离心15 min，取上清液用超纯水定容至100 mL，配成0.01 g/mL的样品提取液，用0.45 μm滤膜过滤2次，进行液相色谱分析，每个品种重复3次。

标准溶液的配制：分别制备果糖、葡萄糖、蔗糖 0.25、0.5、0.75、1、1.5、2.5 mg/mL的系列混合标准溶液， 0、0.0005、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1 mg/mL的系列酒石酸标准溶液和0、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.10、0.20 mg/mL的系列苹果酸、柠檬酸、草酸混合标准溶液。

可溶性糖测定色谱条件参照国家标准[15]：岛津LC-20A高效液相色谱仪，SIL-20A自动进样器，岛津RID-10A示差折光检测器，CTO-20A 柱温箱，ZORBAX NH2色谱柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，柱温40 ℃，流动相为V(乙腈)∶V(水)=7∶3，流速1.0 mL/min，进样量20 μL。

有机酸测定色谱条件参照国家标准[16]：岛津PDA紫外检测器，CTO-20A柱温箱，色谱柱为C18柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，柱温40 ℃，检测波长为210 nm，流动相为V(磷酸)∶V(0.1%甲醇水溶液)=2.5∶97.5，流速为0.5 mL/min，进样量20 μL。

各糖分和有机酸组分分别根据其保留时间来定性，通过峰面积定量。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2013进行基础数据整理和制图，用SPSS 19.0软件对试验数据做显著性检测(Duncan法)。葡萄酸甜度用甜度和糖酸比评价，分别按公式(1)[17]、(2)计算：

甜度=1×蔗糖含量+1.75×果糖含量+0.7×葡萄糖含量

(1)

糖酸比=总糖含量/总酸含量

(2)

2 结果与分析

2.1 果实常规品质分析

8个品种的外观表现如表3所示，红地球果穗最大，平均穗重达1.55 kg；瑞都香玉果穗小，果粒偏少，可能存在授粉不良的现象。紫地球单果质量最大，其次是红地球、瑞都香玉、户太8号，三者无显著差异；果实粒径的表现和单果质量基本一致，外观上紫地球、红地球、瑞都香玉、户太8号4个品种果粒大小相近，纵、横径均达到了大果要求。果形方面，紫甜无核果粒呈长椭圆形，紫地球果粒接近圆形，其他品种都为椭圆形。延后栽培葡萄果实发育的后期处于寒冬季节，夜温较低，纵径发育较横径快，果粒较长。果实色泽方面，受当地强紫外线的影响，除瑞都香玉外，其他品种果皮颜色普遍变深。口感风味方面，2个无核品种、红地球、玫瑰香口感最好，摩尔多瓦口感最淡，其他品种介于其中。

表3 果实感官品质Table 3 Sensory quality of berry

由表4可知，在高寒荒漠区延后栽培条件下，多数品种能保持较好的品质，可溶性固形物含量在18%以上，2个无核品种高达24%～25%，显著高于其他品种；Vc含量品种间差异也很明显，最低和最高含量相差1倍多。葡萄果实中，蛋白质含量较少，品种间无显著差异。果皮颜色的深浅与总花青素含量、类黄酮、总酚含量有密切关系，含量越高，果皮颜色越深。8个品种中，瑞都香玉为绿色品种，果皮色泽浅，果皮总花青素、类黄酮、总酚含量均最低，摩尔多瓦果皮总花青素含量最高，紫地球果皮类黄酮和总酚含量最高。

表4 果实内在品质Table 4 Intrinsic quality of berry

2.2 HPLC法测定糖组分和有机酸组分

水果中的糖和酸是果实品质的重要构成因素，糖、酸组分及其含量决定葡萄的风味及品质[18]。在最佳色谱条件下分别对糖酸混合标样进行分析，分别在15 min内实现了组分的分离，对3种糖和4种有机酸的质量浓度(x)和峰面积(y)进行拟合，得到标准曲线方程，如表5所示，相关系数均在0.999 7以上，有较好的线性关系。

表5 糖组分和有机酸组分标准曲线Table 5 Standard curves of sugar and organic acids

2.3 不同品种葡萄果实糖组分及含量分析

经检测，供试葡萄果实中的可溶性糖主要是果糖和葡萄糖，蔗糖未检出，不同品种葡萄果实中的糖组分含量见表6。果糖含量由大到小依次排序为：红宝石无核>红地球>玫瑰香>紫甜无核>户太8号>瑞都香玉>紫地球>摩尔多瓦，红宝石无核的果糖含量是摩尔多瓦的2倍，各品种间果糖含量差异较显著。成熟葡萄果实中的葡萄糖含量略低于果糖，但变化幅度没有果糖大。红宝石无核和红地球葡萄糖含量最高，两者无显著差异；紫地球、瑞都香玉、摩尔多瓦含量最低，三者差异不显著。供试葡萄品种果实总糖含量由大到小依次为：红宝石无核>红地球>玫瑰香>紫甜无核>户太8号>瑞都香玉>紫地球>摩尔多瓦，排序情况与果糖相同。

表6 葡萄果实中糖组分及其含量单位：mg/g

2.4 不同品种葡萄果实有机酸组分及含量分析

有机酸种类及其含量影响葡萄的酸味，是影响果品风味的主要因素。由表7可知，葡萄果实中含量最多的是酒石酸，其次是苹果酸，柠檬酸和草酸含量很少。供试品种中果实酒石酸含量最高的是摩尔多瓦，最低的是紫地球，前者是后者的2倍，除瑞都香玉和玫瑰香外，其他品种间均有显著差异。苹果酸含量变化幅度不大，紫地球、红宝石无核、户太8号、玫瑰香苹果酸含量较高。瑞都香玉柠檬酸含量最高，其次是户太8号，二者分别是红地球的11.28倍和8.91倍；紫地球、红宝石无核、紫甜无核、玫瑰香4个品种柠檬酸含量均较低。果实草酸含量最高的是红宝石无核，含量最低的是户太8号、摩尔多瓦和瑞都香玉。

葡萄果实有机酸总酸含量主要受酒石酸和苹果酸含量的影响，两者占总酸含量的80%以上。供试品种总酸含量在4.430～7.237 mg/g，由高到低依次为：摩尔多瓦>红宝石无核>瑞都香玉>红地球>户太8号>紫甜无核>玫瑰香>紫地球，除户太8号、瑞香玉和红地球3个品种间差异不显著外，其他品种间均有显著差异。

表7 葡萄果实中有机酸组分及其含量单位：mg/g

2.5 不同品种葡萄果实酸甜度分析

不同糖组分对果实甜度的贡献不同，果糖最甜，蔗糖次之，再次为葡萄糖[19]。由于不同品种糖组分及其含量不同，故其总糖反映不出综合甜味，而应用甜度值判断[20]。由表8可知，8个葡萄品种甜度值介于139.522～277.678，由高到低排序为：红宝石无核>红地球>玫瑰香>紫甜无核>户太8号>瑞都香玉>摩尔多瓦>紫地球。甜度值越大，风味更甜。

表8 葡萄果实的酸甜度Table 8 Sweet and sour flavor of berry

果实的风味除取决于糖、酸含量的绝对值外，还取决于糖、酸的配合即糖酸比，具有良好风味的果实大多为酸甜适度[21]。8个葡萄品种糖酸比介于15.918～34.688，最高值和最低值相差一倍多。红地球和玫瑰香果实糖酸比最高，两者无差异，其次是红宝石无核，3个品种糖酸比均在30以上，口感浓甜；摩尔多瓦和瑞都香玉糖酸比较低，口感明显偏酸。

2.6 不同品种果实品质性状的相关性分析

葡萄果实品质性状之间存在着密切的关系(表9)，部分果实外观品质、内在品质、糖酸品质指标之间存在显著或极显著相关关系。单果质量与果粒纵、横径间极显著正相关，与果形指数显著负相关；可溶性固形物、果糖、葡萄糖、总糖、糖酸比、甜度值间显著正相关；酒石酸与总酸含量显著正相关；果皮花青素、类黄酮、多酚含量间显著正相关。由于这些指标之间存在信息重叠，会导致综合评价结果不理想，需要进一步做主成分分析。

2.7 葡萄果实品质指标的主成分分析和品质综合评价

采用SPSS 19.0软件对上述品质指标进行数据标准化处理后做主成分分析，将品种间有显著差异的20个品质指标转化为5个独立的主成分，累计贡献率87.396%。如表10所示，第1主成分贡献率为37.400%，果糖、葡萄糖、总糖含量、甜度值有较高的荷载，主要反映了果实可溶性糖质量浓度；第2主成分贡献率为21.120%，穗重、单果质量、果粒横径有较高的荷载，主要反映了果实大小和果形等外观特性；第3主成分贡献率为12.566%，果皮花青素、类黄酮、总酚有较高的荷载，主要反映了果皮色素抗氧化活性物质的信息；第4和第5主成分贡献率分别为8.658%和7.652%，主要反映了果实有机酸各组分质量浓度。可选取这5个主成分作为葡萄各品种果实品质性状的综合评价指标。

由初始因子荷载矩阵及各主成分的特征值可根据公式(3)计算。得到的葡萄各品种果实品质性状相关矩阵的特征向量U1、U2、U3、U4、U5见表11。以特征向量为权重，与标准化的指标数据相乘，即可得到5个主成分的函数表达式如公式(4)所示。按公式(5)计算各品种果实品质性状得分值，根据得分高低进行品质排序，综合得分越高说明样品综合品质表现越好[22]。8个品种品质综合得分如表12所示，红宝石无核、红地球和玫瑰香浆果综合品质最好，位列前三，在高寒荒漠区延后栽培条件下品质表现最优。

(3)

(4)

F综合值=(F1×37.400%+F2×21.120%+F3×

12.566%+F4×8.658%+F5×7.652%)/87.396%

(5)

式中:X,因子荷载;U,特征向量;A,初始特征值；F,主成分;ZX,标准化后的数据。

3 结论与讨论

日光温室延后栽培是西北地区鲜食葡萄的主要栽培形式，但温室栽培环境日照时间短、光照较弱、空气湿度高、气体交换差，降低了设施果树的光合作用、抑制了碳水化合物的合成与转化，造成树体积累营养少，产量下降等[23-24]。延后栽培条件下，果实生育期延长，葡萄果实糖分积累较高[25]。本试验中，对8个品种在高寒荒漠区延后栽培条件下的品质表现分析发现，外观方面，红地球和紫地球保持了原有的大果特征，单果质量在10 g以上，供试品种果实果形指数均>1，果粒呈长椭圆形，受高原地区强紫外线的影响，除瑞都香玉外，其他品种果皮颜色均有明显加深。果实内在品质和活性成分方面，红宝石无核、紫甜无核、红地球可溶性固形物含量较高，平均含量在21%以上；果皮花青素、类黄酮、总酚含量变化趋势基本与果实色泽深浅相同，颜色越深，含量越高。糖酸品质方面，8个品种果实均未检出蔗糖，糖组分主要是果糖和葡萄糖，2种糖分含量相当，葡萄糖含量稍低于果糖；果实酒石酸含量是苹果酸的近2倍，柠檬酸和草酸含量极微。风味口感是果实品质的直观反映。果实的甜度与糖的种类有关，果糖风味最甜，约为1.75，蔗糖为1，葡萄糖为0.75[26-27]，8个品种中，红宝石无核口感最甜，其次为红地球，摩尔多瓦和紫地球甜度最淡；酸组分中，苹果酸的酸度弱于酒石酸，苹果酸清爽，酒石酸尖酸生硬，含量过高时会有明显的不舒适感[28]；糖酸比超过30，果实口感偏甜，糖酸比25～29，酸甜适口，而低于25则口感偏酸。本研究中，瑞都香玉和紫地球口感较淡，摩尔多瓦口感偏酸，其他品种果实风味均酸甜适口或偏甜。

为了科学评价葡萄的综合品质，通过主成分分析法提取了5个独立的主成分，以此为评价指标对供试葡萄品种进行综合品质排名。8个品种果实品质由高到低依次为红宝石无核、红地球、玫瑰香、紫甜无核、户太八号、紫地球、瑞都香玉、摩尔多瓦。延后栽培条件下葡萄生育期可延长60～110 d，果实发育中后期处于寒冬季节，温室内温度偏低，葡萄生长容易受到低温胁迫，一定程度上影响了果实品质代谢，致使同一品种果实外观及风味上与露地栽培存在较明显的差别。不同种植地在气候、土壤等方面存在着微环境的差异，也使得葡萄品质的表现不同[29-30]。