河西走廊不同产地‘赤霞珠’酿酒葡萄果实品质评价

李彦彪，马维峰，贾 进，牟德生，李生保，毛 娟*

(1 甘肃农业大学 园艺学院，兰州 730070；2 甘肃红桥庄园葡萄酒有限公司，甘肃张掖 734200；3 武威市林业科学研究院，甘肃武威 733000；4 甘肃依诺酒庄有限责任公司，甘肃武威 733000)

河西走廊地处北纬36～40°，具有生产酿酒葡萄的最佳水、土、光、热资源组合，是中国乃至全世界有机葡萄酒的优质产地之一[1]。该地区光照、水热系数、日温差、土壤质地等条件均优于法国波尔多葡萄产区[2]。因此，选择适宜的品种，采用相应栽培管理措施，便成为了甘肃发展酿酒葡萄产业的关键。‘赤霞珠’(VitisvinifreaL. cv. Cabernet Sauvignon)酿酒葡萄容易生长，具有良好的适应性，被誉为“红葡萄品种之王”，是世界上公认的优良酿酒品种[3]，因此，它便成为河西走廊地区大面积种植的优先选择品种。

优质葡萄酒的生产前提必须有品质优良的葡萄品种。在日常生活中，人们会从葡萄酒的外观、香气、口感等方面来评价酒品质的好坏，而酒的这些特质很大程度上是酿酒葡萄本身的各项理化指标的体现[4]。Li等[5]通过研究发现，葡萄酒和酿酒葡萄的理化指标之间有很强的相关性，因此酿酒葡萄的理化指标在一定程度上可以反映葡萄酒的质量。根据酿酒葡萄的理化指标对葡萄酒的质量进行评价，不仅可以消除异质性，而且更容易进行葡萄酒品质的评价[6]。因此，高品质的酿酒葡萄是酿造高质量葡萄酒的关键。葡萄浆果品质与产地密切相关，在品种、树龄、栽培管理方式一致的条件下，酿酒葡萄产区的气候、地形、土壤等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[7]。杨洋等[8]研究发现即使同一品种酿酒葡萄也会因产地和气候的不同，其品质也存在较大差异。河西走廊地区地形复杂，小气候环境繁多，果实品质差异较大，评价河西走廊地区‘赤霞珠’葡萄品质，确定其最优产地显得至关重要。

果实品质评价方法可以分为感官评价和品质指标评价。感官评价是个人通过视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉等对某种事物做出判断，受人为因素影响较大；而品质指标评价则比较客观，是通过对果实各种品质指标的测定综合评价果实的优劣。然而，酿酒葡萄品质指标多种多样，在生产中逐一测定分析并不现实，因此，需要对果实品质评价指标进行简化，从而快速准确确定果实品质的优劣。关于酿酒葡萄品质评价因子的选择，前人也做了相关研究，李治奇等[9]发现，酿酒葡萄红色品种品质评价时，单宁与固酸比权重高于其他指标，即单宁与固酸比是红色品种酿酒葡萄的核心指标；戴文渊等[10]报道，可滴定酸、总酚、单宁、花色苷、总糖、可溶性固形物这6个指标可作为河西走廊地区‘梅鹿辄’葡萄品质评价的简化指标；杨中等[11]对新疆19个酿酒葡萄品种果实测定得出，单果质量、果形指数、糖酸含量、出汁率、风味等指标能够反映酿酒葡萄果实加工品质的绝大部分信息；生产中通常选择可溶性固形物含量作为酿酒葡萄评价的指标。由此可以发现，酿酒葡萄品质评价主要核心指标的确定存在多种研究结果，国内外在酿酒葡萄与葡萄酒品质评价体系和评价方法方面未有统一的评价标准。而此前中国涉及河西走廊地区酿酒葡萄果实品质的研究较少，且河西走廊地区‘赤霞珠’葡萄果实品质评价指标模糊不清。

因此，为了明确河西走廊地区‘赤霞珠’葡萄果实品质评价的核心指标，建立‘赤霞珠’葡萄果实评价的数学模型。本试验以河西走廊6个不同产地的‘赤霞珠’葡萄为试验材料，对其品质指标进行测定，通过主成分分析和聚类分析筛选适宜的‘赤霞珠’葡萄果实品质评价指标，然后运用层次分析法确定指标的权重，最后综合各种指标构建科学合理、客观实用的‘赤霞珠’果实品质评价模型，从而为‘赤霞珠’葡萄品质评价提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料来源

2018年在各产地‘赤霞珠’酿酒葡萄适采成熟期，于河西走廊地区的武威市林业科学研究院(X1)、紫轩葡萄酒庄园(X2)、苏武山林场(X3)、莫高葡萄庄园(X4)、国风葡萄酒庄园(X5)和夏博岚葡萄酒庄(X6)进行采样。采样时，随机选取长势优良、无病虫害的‘赤霞珠’葡萄树10棵，在每棵葡萄树的阴面、阳面各取1串果穗，并分别从所采果穗的上、中、下3个部分随机选取120粒果实，将取得的果粒装袋置于-80 ℃的冷冻条件下保存，用于果实品质的测定，每项指标的测定各设3个生物学重复，各产地代号与具体信息见表1。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 果实基本品质指标可溶性固形物含量采用手持折光仪测定，可溶性糖含量参考张瑜[12]的方法测定；可滴定酸含量使用NaOH中和滴定法[13]测定；总酚与单宁含量分别使用Folin-Ciocalteu法[14]和Folin-Denis等[15]测定；Vc含量使用2，6-二氯酚靛酚滴定法[16]测定；固酸比和糖酸比分别为可溶性固形物、可溶性糖含量与对应的可滴定酸含量的比值。

1.2.2 果实糖组分含量使用高效液相色谱仪(美国Waters Acquity Arc)进行果实糖类组分及含量的测定，测定方法参照Bernardez等[17]和刘玉莲等[18]的方法并略作修改。

(1)样品提取方法 葡萄果肉加液氮研磨后准确称取0.5 g，移至10 mL离心管中，加入5 mL 80%乙醇，35 ℃下超声提取20 min、12 000 r/min下离心15 min，取上清液。重复提取2次，每次加80%乙醇2 mL，合并上清液，定容至10 mL。取上清液2 mL于真空离心浓缩仪中旋转蒸发(60 ℃)3 h至全干，用1 mL超纯水、1 mL乙腈复溶，过0.22 μm有机相微孔滤膜过滤，将滤液加入样品瓶中待测，每个品种进行3次平行试验。

(2)色谱条件 XBridge BEH Amide色谱柱(4.6×150 mm、2.5 μm)，流动相为75%乙腈+0.2%三乙胺+24.8%超纯水，流速为0.8 mL/min，检测波长为254 nm，柱温为40 ℃，进样量为10 μL，流动相使用前用0.22 μm有机滤膜过滤，超声脱气。

1.2.3 果实酸组分含量果实酸组分及含量的测定使用美国Waters Acquity Arc高效液相色谱仪进行，参照Liu[19]和郭燕等[20]的方法并加以改动。

(1)样品提取方法 准确称取葡萄果肉2.0 g，在低温条件下研磨至糊状，转移至10 mL离心管，加入5 mL超纯水，80 ℃水浴、超声提取15 min，冷却后在4 ℃、10 000 r/min下离心10 min，取上清液。残渣使用相同方法重复提取2次，每次加水2 mL，最后将上清液合并后转移至10mL容量瓶中并定容，溶液过0.22 μm微孔水相滤膜，加入样品瓶中待测。每个品种做3个平行试验。

表1 不同产地具体信息

(2)色谱条件 Atlantis T3column色谱柱(4.6 mm×150 mm，3 μm)，流动相为20 mmol/L NaH2PO4溶液(用H3PO4将pH调至2.7)，流速为0.50 mL/min，柱温为30 ℃，检测波长为210 nm，进样量为20 μL。

1.3 数据处理

使用Excel 2010进行数据统计；采用SPSS 23.0分析软件进行数据分析。

1.3.1 评价指标的筛选运用主成分分析确定核心评价指标的权重，然后根据聚类分析法选择适当数量的核心评价指标，最后结合主成分分析与相关性分析确定核心评价指标。

1.3.2 指标权重的确定基于层次分析法中的1-9比例标度法[21,22]，根据‘赤霞珠’葡萄果实品质指标的基本性质和不同指标对果实品质评价影响的重要程度构建判断矩阵，计算得到各个指标的权重。为了保证权重的准确性，需要对判断矩阵进行一致性检验。首先，计算得出所建立矩阵的最大特征根λmax，然后根据公式(1)、(2)计算得出所建立矩阵的随机一致性比率，当CR<0.10时，则认为判断矩阵具有较好的一致性，否则就需要对判断矩阵进行调整和修正，直到矩阵的一致性符合试验要求。RI为与n对应的平均随机一致性取值(n=4，RI=0.89)。

CI=(λmax-n)/(n-1)

(1)

CR=CI/RI

(2)

式中：CR为判断矩阵的随机一致性比率；n为判断矩阵的阶数；CI为判断矩阵的一般一致性指标；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标；λmax为矩阵最大的特征根。

1.3.3 核心指标的标准化处理

①初始化处理

X1=|1-X/X0|

(3)

式中：X1为各指标的初始化值；X为各指标实测值；X0理想指标值。

②正向化和归一化处理

X2=1-X1/X1max

(4)

式中：X2为各指标标准化后结果；X1为各指标的初始化值；X1max为各指标初始化值的最大值。

2 结果与分析

2.1 不同产地‘赤霞珠’葡萄果实基本品质指标比较

河西走廊‘赤霞珠’葡萄果实的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、总酚、单宁、Vc等品质指标在6个产地间均有显著差异(表2)。其中，X1地区的果实可滴定酸和单宁含量均最低，且可滴定酸含量与其他地区均差异显著；其果实糖酸比(可溶性糖含量/可滴定酸含量)与固酸比(可溶性固形物含量/可滴定酸含量)却最高，且与除X4以外的其他地区差异显著；其果实其余指标含量居中。X2地区果实可溶性固形物含量最高(23.67%)，并与除X5以外的其他地区有显著差异；其果实可溶性糖和可滴定酸含量处于较高水平，Vc含量、糖酸比和固酸比较低，而其总酚含量低于其余地区。X3地区的果实可溶性糖、可滴定酸、单宁含量在各产地中均最高，其单宁含量(8.42 mg/g)与其他地区相比差异显著，但其Vc含量却在各地区最低，且与X2之外的产地均差异显著。X4地区的果实Vc和总酚含量均最高，且Vc含量(0.16 mg/g)显著高于其他产地；其糖酸比和固酸比也均处于较高水平，而其可滴定酸和单宁含量均处于较低水平。X5地区的果实各品质指标均没有极限值，可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量均维持在一个较高的水平，固酸比与糖酸比在各产地之间均保持在中等水平。X6地区的果实可溶性固形物与可溶性糖含量均处于最低水平且均显著低于X2产地，单宁、糖酸比、固酸比也均处于较低水平，但总酚和Vc含量却处于较高水平且显著高于X2产地。

表2 不同产地‘赤霞珠’葡萄果实基本品质指标

2.2 不同产地‘赤霞珠’葡萄果实糖、酸组分含量的比较

‘赤霞珠’葡萄果实中最终共检测出糖类物质3种，酸类物质4种，分别为葡萄糖、果糖、蔗糖、草酸、酒石酸、苹果酸和柠檬酸(表3)。在糖组分中，各产地葡萄果实葡萄糖与果糖含量没有明显规律，但两者均明显高于蔗糖含量；在酸组分中，各产地葡萄果实均表现为酒石酸含量最高，苹果酸次之，柠檬酸与草酸含量较低且差异不明显。各类糖、酸物质含量在产地间相比较，葡萄糖含量以X2产地最高(99.13 mg/g)，并与其他产地之间具有显著差异；其次是X5产地；最低的是X6产地，且与其余产地差异显著。果糖含量以X3产地最高，但与X5产地相比差异不显著，但两者均显著高于其他产地；最低的是X6产地，且与其余产地差异显著。蔗糖含量以X6产地最高，但与X1、X4、X5产地均无显著差异，它们显著高于X2和X3产地，并以X3含量最低(4.05 mg/g)，而X3与X2之间没有显著差异。草酸含量各产地之间均保持在0.09～0.16 mg/g之间，X1含量最高，X2含量最低；酒石酸与苹果酸含量在产地间表现较为一致，均以X3产地最高，X6产地最低；柠檬酸含量各产地差异较大，含量最高的X5产地比含量最低的X1高112.5%，但X3、X4、X6产地均与X5产地无显著差异。

2.3 不同产地‘赤霞珠’葡萄各品质指标的相关性分析

‘赤霞珠’葡萄15种品质指标相关性分析结果(表4)显示，葡萄果实可溶性固形物含量与葡萄糖含量呈极显著正相关(0.980**)，与总酚含量呈显著负相关(-0.904*)；可溶性糖含量与果糖、酒石酸含量呈极显著正相关(0.951**、0.946**)，与蔗糖含量呈显著负相关(-0.847*)；可滴定酸含量与糖酸比、固酸比呈极显著负相关(-0.976**、-0.977**)，与Vc含量呈显著负相关(-0.893*)；总酚含量与葡萄糖含量呈显著负相关(-0.857*)；Vc含量与蔗糖含量呈极显著正相关(0.926**)；固酸比与糖酸比之间呈极显著正相关(0.993**)；果糖与酒石酸、苹果酸含量之间呈显著正相关(0.901*、0.844*)。

2.4 不同产地‘赤霞珠’葡萄各品质指标主成分分析

6个‘赤霞珠’葡萄样品15项品质指标的主成分分析结果(表5)显示，从15项品质指标中共提取出4个主成分，它们特征值分别为6.92、3.45、3.17和0.88。4个主成分的累计方差贡献率达到了96.10%，可以有效地反映出原始数据的大部分信息。第1主成分的方差贡献率为46.10%，主要代表性指标有可溶性糖、可滴定酸、单宁、Vc、果糖、蔗糖、酒石酸和苹果酸；第2主成分的方差贡献率达到了22.97%，主要代表性指标有可滴定酸、固酸比、糖酸比和草酸；第3主成分的方差贡献率达到了21.16%，主要代表性指标有可溶性固形物、总酚、单宁和葡萄糖；第4主成分的方差贡献率达到了5.86%，主要代表性指标有柠檬酸、蔗糖。

2.5 不同产地‘赤霞珠’葡萄各品质指标的聚类分析

通过SPSS 22.0的离差平方和法(Ward法)对15个品质指标进行聚类分析，根据主成分分析的结果，前4个主成分的累积方差贡献率达到96.10%，所以在聚类分析时可将指标聚为4类。结果(图1)显示，第1类聚集了Vc、草酸、柠檬酸、可滴定酸和苹果酸；第2类聚集了单宁、酒石酸和蔗糖；第3类代表了果糖和葡萄糖；、第4类代表可溶性糖、总酚、可溶性固形物、固酸比和糖酸比。先聚为一类的品质指标具有较强的相关性，为达到简化的目的，可选用其中1个指标代表其他指标。在第1类中，Vc在第一主成分中占有最高的向量值，且Vc与可滴定酸之间具有显著的相关性，所以选择Vc作为第1类指标的核心；在第2类中，单宁在第一、第三主成分中均有较高的向量值，所以选择单宁为第2类指标的核心；第3类中果糖与可溶性糖具有极显著的相关性，且与酒石酸、苹果酸具有显著的相关性，所以选择果糖作为第3类的代表性指标；在第4类中，固酸比在第一主成分中占比高于糖酸比，且第3类中筛选出的果糖已经能够反映‘赤霞珠’葡萄的糖含量，所以选择固酸比作为第4类的代表性指标。因此，结合葡萄果实各品种指标间的相关性和主成分分析的结果，最终选择Vc、单宁、果糖和固酸比4个因子来综合评价‘赤霞珠’葡萄的果实品质。

表3 不同产地‘赤霞珠’葡萄果实糖、酸的组分与含量

表5 不同产地‘赤霞珠’葡萄各品质指标主成分分析表

图1 不同产地‘赤霞珠’葡萄各品质指标的聚类分析Fig.1 Cluster analysis of quality indexes of Cabernet Sauvignon grapes from different regions

2.6 核心指标的权重确定

在充分分析4个品质指标对‘赤霞珠’酿酒葡萄果实品质影响的重要程度之后，运用比率标度法(表6)对每组指标的重要性进行评分，得到最终的得分判断矩阵(表7)。从表7可知，针对Vc、单宁、果糖、固酸比4项核心品质指标构建4阶判断矩阵进行AHP层次法研究(计算方法为和积法)，分析得到4项核心指标的特征向量分别为0.38、0.64、1.11和1.86，4项核心指标所对应的权重值分别为9.60%、16.11%、27.71%和46.58%。除此之外，通过特征向量计算得出最大特征根为4.03，然后利用最大特征根值计算得到CI值为0.01，4阶判断矩阵通过查表可得随机一致性RI值为0.89，通过CI值与RI值计算得到CR值为0.012(<0.10)，意味着本次研究判断矩阵满足一致性检验，计算所得权重具有一致性。由此可以得出，固酸比和果糖对‘赤霞珠’葡萄果实品质的影响较大，Vc和单宁的影响相对较小。

表6 元素重要程度比例标度

表7 判断矩阵及权重值

表8 核心指标数据标准化处理结果与品质得分

2.7 核心指标的标准化处理与果实品质得分

各品质指标特性之间有所差异，因此，进行果实品质评价时需要确定各核心指标的理想值，对原始数据进行标准化处理。Vc与单宁均为中性指标，取各产地测定指标的平均值作为“理想酿酒葡萄”的参考值；果糖为正向指标，在适宜范围内果糖含量越高，葡萄品质越好，因此，果糖取各产地测量值中的最大值作为“理想酿酒葡萄”的参考值；固酸比的选择参考汤兆星等[23]对‘赤霞珠’酿酒葡萄品质评价的研究结果，选定的值为39.40。将“理想酿酒葡萄”的各指标值作为参考序列，对各地区‘赤霞珠’葡萄4种核心指标进行标准化处理，结果如表8所示。根据标准化处理结果与层次分析所得权重建立‘赤霞珠’葡萄品质综合评价公式为：Y(综合得分)=0.0960×Vc含量的标准化值+0.1611×单宁含量的标准化值+0.2771×果糖含量的标准化值+0.4568×固酸比的标准化值。按照综合评价方程得出的各产地果实品质得分见表8，果实品质得分由高到低依次为X5>X2>X6>X3>X4>X1，即‘赤霞珠’葡萄品质以张掖市临泽县国风葡萄酒庄园最佳，其次是嘉峪关市机场路紫轩葡萄酒庄园。

3 讨 论

果实品质是由可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、单宁等多个方面共同组成的[24]，研究酿酒葡萄品质，酿酒葡萄品质评价因子的选择是最关键的一步[25]，确定合理的评价方法和代表因子是进行果实品质评价的基础。本研究分析了‘赤霞珠’葡萄成熟期果实可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量等15项品质指标，各个指标既相互独立且不同品质指标之间差异明显，因此不能简单采用单一指标对果实品质做出正确评判，需要将所有品质指标综合起来进行果实品质的评价。但是，直接利用所有指标进行评价会因指标信息的重复而使评价结果不准确，因此需要将多个单一品质指标转化为少数几个相互独立的新指标，在解释原始指标间关系的同时，简化果实品质评价的因子。本试验通过主成分分析，从成分矩阵中得出各个综合指标里单一品质指标的贡献率，从而大致确定了品质评价的核心指标；然后进行聚类分析[26]，从聚为一类的指标中选择一个重要指标来代表其他指标，接着通过品质指标的相关性分析[27]确定指标间的相互关系，筛选出高度相关的指标，最后综合分析结果，确定‘赤霞珠’葡萄果实品质评价的核心指标为Vc、单宁、果糖与固酸比。基于层次分析法[28]对确定的核心指标赋予权重，最后得出‘赤霞珠’葡萄品质评价的综合模型：Y(综合值)=0.0960×Vc含量的标准化值+0.1611×单宁含量的标准化值+0.2771×果糖含量的标准化值+0.4568×固酸比的标准化值。

酿酒葡萄果实风味物质的含量、组成及相互作用决定了葡萄酒的香气[29]，但是，酿酒葡萄的风味不是甜味和酸味的简单叠加，不仅仅取决于糖和酸的含量，同样也取决于糖和酸的种类及比例。‘赤霞珠’葡萄中的糖类物质主要是葡萄糖、果糖和蔗糖，三者的甜度值分别为0.7、1.75、和1.0[30]，果糖甜度值最高，说明果糖是‘赤霞珠’葡萄甜味程度的核心指标。王振龙等[4]通过主成分和聚类分析研究发现，糖、酸、单宁、色素、芳香物质是决定酿酒葡萄品质高低的重要因素。综合前人研究结果可以发现，可溶性固形物、可滴定酸、单宁和果糖可作为河西走廊地区酿酒葡萄品质评价的核心指标，而本试验进行品质评价时筛选出单宁、Vc、果糖、固酸比4项核心指标，与上述研究相比，研究分析方法不同，却均发现可溶性固形物、可滴定酸、单宁在河西走廊地区酿酒葡萄中均占有较高的比重，与前人所得结果表现一致。法洁琼等[31]对甘肃河西走廊产区‘梅鹿辄’、‘赤霞珠’和‘贵人香’三种酿酒葡萄品质比较发现，‘赤霞珠’在张掖地区的果实品质明显优于嘉峪关和武威地区，与本试验通过核心指标评价方程得出的结果相同，更加验证了此评价模型的准确性。说明本研究构建的‘赤霞珠’品质评价模型客观、合理，能够全面地反映‘赤霞珠’葡萄品质的优劣。

温度对酿酒葡萄果实含糖量的升高有促进作用[32]，嘉峪关产地葡萄成熟期昼夜温差大，果实糖含量高，但白天高温会使果实的香气和着色都受到不利影响，而武威市凉州区、民勤县产地昼夜温差小，果实糖含量低，同样不利于葡萄的生产；张掖市临泽县的昼夜温差介于嘉峪关和武威之间，因此，张掖地区‘赤霞珠’葡萄果实品质优于其他地区可能与产地温度有关。此外，气候因子对酿酒葡萄品质的影响多种多样[33]，本试验所选6个产地气候特征均不相同，土壤类型变化大，无法从果实品质来确定单一的最适宜的气候因子，因此，以后的研究可以通过评价结果来设计试验，从而确定适宜葡萄生长的环境，为酿酒葡萄的大面积种植提供理论基础，促进酿酒葡萄产业的发展。

4 结 论

本研究对来自河西走廊地区不同产地的‘赤霞珠’葡萄样品进行品质测定，发现不同产地间‘赤霞珠’葡萄的各项品质指标间均存在明显差异，综合分析得出，Vc、单宁、果糖、固酸比是该地区‘赤霞珠’葡萄品质评价的核心指标。通过层次分析法建立了‘赤霞珠’葡萄品质评价模型Y(综合值)=0.0960×Vc含量的标准化值+0.1611×单宁含量的标准化值+0.2771×果糖含量的标准化值+0.4568×固酸比的标准化值。评价结果显示，张掖市临泽县国风葡萄酒庄园的‘赤霞珠’葡萄综合品质最好。