黄河故道优良红色酿酒葡萄品种筛选及酿酒特性研究

陈黄曌,石曼曼,高露露,李玲,程安琪,李雅欣,常永瑶,潘春梅

(河南牧业经济学院 食品与生物工程学院,河南 郑州,450046)

2021年我国葡萄种植面积、葡萄酒产量和消费量,分别达到78.3万hm2(世界第3)、5.9×109L(世界第11)和10.5×109L(世界第6)[1]。虽然近年来我国酿酒葡萄与葡萄酒产业发展迅猛,但各产区主栽品种严重趋同且与环境因素联系不足的情况仍旧不可忽视。针对上述问题,国内主要从酿酒葡萄育种和引进种选育两方面入手并持续开展相关科研工作。在育种方向,2010—2020年,我国共培育出葡萄新品种124个,但酿酒葡萄新品种仅有17个,在实际生产中因缺乏配套栽培技术也未得到有效推广利用[2];相比之下,引种选育实用性更高,目前研究侧重点主要集中于引进种在引入地适应性的展现程度方面,主要涉及物候期、植物学性状、抗病性和果实基础理化指标的调查分析[3-6],但与果实品质和酿酒特性指标相关联的系统性研究比较缺乏[7-8]。

然而,以葡萄和葡萄酒酚类物质含量和抗氧化活性为核心的果实品质和酿酒特性指标才是红色酿酒葡萄品种选育的指示性指标[9-10]。首先,对于红色酿酒葡萄而言,果皮中富含以类黄酮类物质(花色苷、黄烷醇和缩合单宁等)为代表的多酚类物质,它们通过浸渍作用转移至发酵醪液,对于葡萄酒的感官价值(颜色和口感等)贡献极大[11]。其次,多酚类物质具有良好的抗氧化活性,长期饮用葡萄酒能够有效阻止心血管疾病、糖尿病和癌症的发生[12]。

现阶段,酿酒葡萄引进种选育工作主要开展于西部省份[3,5-8],黄河故道产区几乎是空白的,但该产区拥有的种质资源优势却是得天独厚的,产区内的中国农科院郑州果树所国家葡萄资源圃保存有超过1 400余份葡萄种质资源[13],能够有效提供最基础也是最核心的种质资源保障。基于上述分析,本试验于2020年葡萄果实成熟期普查了资源圃内酿酒葡萄区各品种的病害程度、结实性和果实成熟度,确定了8个表现优良的红色酿酒葡萄引进种(S.8746、卡尔曼希、黑后、黑多内、黑谢希、CH5、凯番西亚、Seyal Noir),并对上述引进种和参照品种(赤霞珠)的果实品质以及筛选品种和参照品种葡萄酒酿造特性指标进行检测分析,旨在筛选出与黄河故道产区风土因素更吻合的红色酿酒葡萄引进种,不仅能够为本土酿酒葡萄栽培发掘新的种质资源,还可以为引种推广种植并酿造高品质葡萄酒提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料分两部分:第一部分为2020年9月上旬在中国农业科学院郑州果树研究所葡萄种质资源圃采集的8个欧亚种红色酿酒葡萄引进种(S.8746、卡尔曼希、黑后、黑多内、黑谢希、CH5、凯番西亚、Seyal Noir)和参照品种(赤霞珠)的成熟期果实。

河北怀来产区是我国最早认定的优质葡萄酒原料生产基地,主栽品种为赤霞珠。次年第二部分试验材料除了以黑多内(筛选品种)葡萄和郑州本土赤霞珠葡萄经小容器发酵酿造的葡萄酒外,还增加了以河北怀来赤霞珠葡萄酿制的葡萄酒用于对比。

1.2 试剂与仪器

没食子酸、芦丁、儿茶素等标准品,美国Sigma公司;福林酚、甲基纤维素、3-[4-(二甲基氨基)苯基]-2-丙烯醛[4-(dimethylamino)cinnamaldehyde,p-DMACA]和DPPH、ABTS、2,4,6-三吡啶基三嗪[2,4,6Tri(2-pyridyl)-s-triazine,TPTZ]等核心试剂,上海源叶生物科技有限公司;小容器葡萄酒发酵使用的Lallzyme Ex果胶酶和Lalvin RC 212商业酿酒酵母,法国拉曼公司。

Evolution 220紫外可见分光光度计,美国ThermoFisher;ALPHA 1-2 LD plus 冷冻干燥机,德国Marin Christ;3-18KS台式高速冷冻离心机,德国SIGMA;ZDJ-4B自动电位滴定仪,中国LICHEN。

1.3 实验方法

1.3.1 制备果皮提取液

果实手动剥皮,冻干36 h,液氮保护下磨粉,参考CHEN等[14]的方法制备提取液,用于酚类物质含量和抗氧化活性指标的检测。

1.3.2 小容器葡萄酒发酵

将除梗破碎的葡萄醪导入10 L玻璃发酵罐,添加辅料(亚硫酸和Lallzyme Ex果胶酶)并接种活化后的活性干酵母(Lalvin RC 212商业酵母)[15]。酒精发酵过程中,发酵温度控制在(25±1) ℃并监控比重变化,当醪液比重连续2 d稳定在0.992～0.995且残糖回落至4 g/L以内,酒精发酵结束,皮渣分离,将原酒分装后-20 ℃冻存[16]。每品种3罐酿造重复。

1.3.3 基础理化指标测定

果实化学指标(可溶性固形物、滴定酸、pH值并计算固酸比)、物理指标(果实横径、纵径,单粒果重,单粒皮重并计算皮果比)和葡萄酒基础参数(残糖、滴定酸、酒精度和挥发酸)的测定分别参考江雨等[17]和LI等[18]的方法。

1.3.4 酚类物质含量测定

果皮和葡萄酒中的总酚、总类黄酮、缩合单宁、总黄烷醇和总花色苷含量测定分别采用福林-肖卡法、亚硝酸盐-氯化铝法、甲基纤维素法、香草醛-盐酸法和pH示差法,以紫外可见分光光度计在特定波长测定反应试液吸光值并代入标准方程[14-15]。各种物质含量均以各自等价物(总酚-没食子酸;总类黄酮-芦丁;原花青素和总黄烷醇-儿茶素;总花色苷-花青素单糖苷)衡量,果实和葡萄酒酚类物质含量结果分别以mg等价物/g果皮干重和mg等价物/L葡萄酒表示。

1.3.5 抗氧化活性指标测定

果皮和葡萄酒的DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率,羟自由基清除率和铜离子还原力测定参考CHENG等[12]和刘金串等[19]的方法。清除率以%表征,果实和葡萄酒的铜离子还原力分别以mg trolox/g果皮干重和μmol trolox/L葡萄酒表示。

1.3.6 果实颜色指标测定

将果汁离心过滤膜,利用紫外可见分光光度计,以蒸馏水为对照,分别检测420、520、620 nm处吸光值。果汁颜色指标包含A420、A520、A620、CI(饱和度)和T(色调),其中CI=A420+A520+A620,T=A420/A520[20]。

1.3.7 葡萄酒感官评价

感官评价打分表由外观、香气和口感3类一级评价指标组成,分别占比20%、40%和40%,各类一级指标下设置若干项二级评价指标,共计10项,总分100分[21]。由12名专业品评人员(4男8女,20～40岁)组成的感官评价小组对3款葡萄酒进行盲品打分,共进行3轮,每人每项二级指标评分以平均分计,之后统计一级指标得分和总分。

1.4 数据分析

试验数据以SPSS 20.0进行单因素方差分析(ANOVA),用Duncan法进行多重比较,P<0.05 表示差异达到显著水平,以Word 365和Origin 2018分别绘制三线表和柱形图。

2 结果与分析

2.1 果实品质指标

2.1.1 果实基础理化指标

由表1可知,卡尔曼希、黑后、黑谢希、凯番西亚和Seyal Noir果实横、纵径均大于对照赤霞珠果实,证明果实体积更大,其中卡尔曼希果实横、纵径处于最高水平,分别为17.51、17.13 mm;而黑多内、S.8746和CH5果实横、纵径均小于对照赤霞珠,果粒更小,前2个品种同处最低水平,分别为12.44、12.93 mm和12.78、12.40 mm。8个引进种中除了黑多内和S.8746 外,单粒果重均大于对照赤霞珠,其中卡尔曼希处于最高水平,达到3.06 g,比赤霞珠高111.03%,而S.8746果重最小,为1.33 g,是赤霞珠果重的91.72%。除CH5和黑后的单粒皮重与对照赤霞珠处于同一水平外(0.17～0.18 g),其他6个引进种单粒皮重均显著高于对照赤霞珠,Seyal Noir的单粒皮重处于最高水平,达到0.33 g,比对照赤霞珠果实高94.12%。黑多内和S.8746的皮果比显著高于对照赤霞珠(0.12),同为0.18,比赤霞珠高50.12%,其余引进种均低于赤霞珠,卡尔曼希最低,仅有0.07,是赤霞珠的41.67%。

表1 九种红色酿酒葡萄果实物理指标Table 1 Physical parameters of nine varieties of red grapevine berries

由表2可知,CH5果实可溶性固形物含量最高,为26.7 °Brix,处于20～25 °Brix的有5个品种,依次为:卡尔曼希(24.7 °Brix)>黑谢希(24.3 °Brix)>Seyal Noir(23.9 °Brix)>S.8746(22.7 °Brix)>黑多内(21.2 °Brix),20 °Brix以下的有3个品种,对照赤霞珠最低,仅有17.1 °Brix。S.8746、Seyal Noir、黑多内和卡尔曼希果实滴定酸含量均显著高于对照赤霞珠(4.3 g/L),S.8746最高,达到6.4 g/L,比赤霞珠高48.84%,剩余引进种果实滴定酸含量处于同水平且低于对照赤霞珠,均在3 g/L附近。Seyal Noir、黑多内和S.8746果实的pH显著低于对照赤霞珠,前者最低,为3.42;其余5个引进种果实pH均高于赤霞珠,除黑谢希外均达到显著水平,黑后和卡尔曼希果实pH显著高于其他3个品种,分别为4.38和4.35。Seyal Noir和赤霞珠果实固酸比同处最低水平,仅有3.8和3.9,其他引进种果实固酸比均高于对照赤霞珠,CH5果实固酸比最高,达到8.6,是赤霞珠的121.51%。

表2 九种红色酿酒葡萄果实化学指标Table 2 Chemical parameters of nine varieties of red grapevine berries

酿酒葡萄果实越小、皮果比越大,果实表面积体积比、果皮占比越大,单位体积葡萄原料酚类物质含量越高,酿造优质红葡萄酒潜力越大[22]。大多数成熟期酿酒葡萄果实可溶性固形物含量在20～25 °Brix,在此范围内随着果实可溶性固形物含量上升,酿酒酵母细胞膜因渗透势升高将逐步延迟酒精发酵启动,当可溶性固形物含量达到25～30 °Brix,酒精发酵提前终止的可能性大幅度上升[23]。黑多内果粒小、皮果比大,可溶性固形物含量适中,发酵效率更高。赤霞珠(参照品种)在黄河故道产区表现一般,果实可溶性固形物含量和固酸比均处于最低水平,成熟度欠佳。

2.1.2 果皮酚类物质含量

酿酒葡萄果皮中的类黄酮物质是酚类物质的主要组成部分,两者在果皮中的相对含量具有较大相关性[24]。由表3可知,黑多内、黑后、CH5和凯番西亚果皮中总酚和总类黄酮含量均显著高于对照赤霞珠,在4个品种中黑多内均处于最高水平,分别为103.17、21.92 mg/g,比赤霞珠高83.78%和102.92%。缩合单宁和黄烷醇同属儿茶素类物质,对葡萄酒苦涩感以及陈年能力影响较大[14]。黑多内、黑后、CH5、S.8746和凯番西亚果皮中缩合单宁含量均高于对照赤霞珠,前2个品种达到显著水平,黑多内处于最高水平,达到79.17 mg/g,比赤霞珠高127.54%。在不同品种果皮总黄烷醇含量对比分析中,仅有黑多内高于赤霞珠且达到显著水平(5.91 mg/g),比赤霞珠高72.45%。Seyal Noir果皮中总酚、总类黄酮、缩合单宁和总黄烷醇含量均显著低于对照赤霞珠和其他引进种。葡萄果皮中花色苷含量对葡萄酒的颜色呈现贡献最大[16],8个酿酒葡萄引进种果皮总花色苷含量均高于对照赤霞珠,除卡尔曼希外都达到显著水平,含量最高的品种为黑后(31.77 mg/g),其次是CH5(23.65 mg/g)、S.8746(22.68 mg/g)和黑多内(18.30 mg/g),剩余品种含量都在10 mg/g以内,赤霞珠含量最低,仅有1.72 mg/g。

表3 九种红色酿酒葡萄果皮酚类物质含量 单位:mg/g 果皮干重

黑多内葡萄果皮酚类物质含量丰富,这和黑多内果实高皮果比是相符的[9]。对照组赤霞珠葡萄果皮中各酚类物质含量与该产区前人研究结果是可比的[17],但赤霞珠作为晚熟品种,果实生长发育周期长,而黄河故道产区夏季降水较多,病害严重,采收时间早,导致果皮中酚类物质积累受限,尤其对于在果实转色后才开始合成积累的花色苷来说影响最大。

2.1.3 果实抗氧化活性指标

由表4可知,黑多内、黑后和S.8746果实DPPH清除率显著高于对照赤霞珠,黑多内处于最高水平,达到30.27%,比赤霞珠高87.86%,Seyal Noir处于最低水平,仅有7.74%,剩余品种DPPH自由基清除率分布在12%～17%,且各品种间差异不大。各品种果实ABTS阳离子自由基清除率存在较大差异,黑多内、黑谢希、CH5和凯番西亚显著高于对照赤霞珠,黑多内处于最高水平,达到67.34%,其他3个品种处于同一水平,分布在35%～39%,卡尔曼希和黑后同处最低水平,仅有6.02%和3.74%。有别于DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除率分析结果,凯番西亚的羟自由基清除率处于最高水平,达到22.85%,其次是对照赤霞珠(18.38%)和黑多内(16.18%),黑后最低,仅有9.74%,其他品种果实羟自由基清除率分布在10%～15%。黑多内、黑后、CH5和凯番西亚果实铜离子还原力均显著高于对照赤霞珠,黑多内处于最高水平,达到33.86 mg/g,比赤霞珠高69.52%,S.8746和卡尔曼希处于与赤霞珠处于同水平,Seyval Noir和卡尔曼希同处最低水平,分别为12.87 mg/g和14.34 mg/g。

表4 九种红色酿酒葡萄果实抗氧化活性Table 4 Antioxidant activity of nine varieties of red grapevine berries

抗氧化剂能够通过氧化自身而保护机体细胞免遭自由基中间体伤害,具有良好的食品营养价值,而葡萄果皮中的酚类物质是葡萄果实和葡萄酒中最主要的抗氧化剂来源[12]。黑多内葡萄更优的抗氧化活性表现和果皮中含量较高的酚类物质相关,这和针对地中海地区7种酿酒葡萄果皮植物化学活性成分与抗氧化活性关联分析结果是一致的[25]。

2.1.4 果实颜色指标

表5展示了9种红色酿酒葡萄果汁颜色指标。A420、A520、A620数值分别与果汁的黄色、红色和蓝色色调相关,对照组赤霞珠均处于最低水平,分别为0.43、0.66和0.10,而黑后、黑多内、CH5和S.8746三个波长吸光值均处于较高水平,尤其是A520,4个品种同处最高水平,证明它们的果汁颜色更偏红色色调,与之相符,上述品种果实CI值同样处于较高水平。果汁的高CI值和低T值与高品质葡萄酒存在较大关联[20],在4个品种中黑多内果汁T值最低。

表5 九种红色酿酒葡萄果汁颜色指标Table 5 Chromatic indexes of grape juices of nine red grapevine varieties

2.2 葡萄酒酿酒特性指标

2020年通过对黄河故道产区8个红色酿酒葡萄引进种和参照品种(赤霞珠)成熟期果实品质指标的比较分析,结果表明黑多内葡萄果粒小、皮果比高,果汁可溶性固形物含量适中且色彩饱和度高,果皮酚类物质含量和抗氧化活性指标均处于较高水平,具备酿造高品质葡萄酒的果实品质特征。在此基础上,2021年以郑州果树所黑多内葡萄、本土和河北怀来赤霞珠葡萄为原料进行小容器葡萄酒酿造,进一步比较3款葡萄酒酿酒特性指标。

2.2.1 葡萄酒基础指标

由表6可知,黑多内和河北怀来赤霞珠葡萄酒酒精体积分数和滴定酸分处高位,达到11.21%和4.97 g/L,河南郑州赤霞珠葡萄酒两指标均最低,仅有8.39%和2.19 g/L。3款葡萄酒残糖和挥发酸含量均符合GB 15037—2006《葡萄酒》理化要求,证明发酵过程控制严密,酒精发酵彻底且酒体健康状况良好。

表6 葡萄酒样品基础理化指标Table 6 General oenological parameters of wine samples

2.2.2 葡萄酒酚类物质和抗氧化活性指标

由图1可知,黑多内葡萄酒5种酚类物质(总酚、总类黄酮、缩合单宁、总黄烷醇和总花色苷)含量分别为1276.04、314.27、220.48、114.10、162.00 mg/L,比河南郑州赤霞珠葡萄酒高了150.53%、151.46%、15.73%、143.21%和392.17%,均达到显著水平;河北怀来赤霞珠葡萄酒各酚类物质含量与前人研究结果基本一致[26],总酚含量与黑多内葡萄酒相比略高但差异不显著,总类黄酮和总黄烷醇含量显著低于黑多内葡萄酒,分别是其含量的59.6%和84.0%,但河北怀来赤霞珠葡萄酒缩合单宁和总花色苷含量更高且达到显著水平,分别是黑多内葡萄酒含量的1.15倍和1.21倍。在抗氧化指标对比分析中,黑多内葡萄酒铜离子还原力在3款葡萄酒中处于最高水平,达到1 384.98 μmol trolox/L,分别是河北怀来和河南郑州赤霞珠葡萄酒的1.28倍和1.53倍。

图1 葡萄酒样品酚类物质含量和铜离子还原力Fig.1 Phenol contents and CUPRAC of wine samples注:同一指标不同小写字母表示不同品种间存在显著差异(P<0.05)。

2.2.3 葡萄酒感官评价

由表7可知,黑多内和河北怀来赤霞珠葡萄酒感官评价总分分别为77.08分和73.07分,而河南郑州赤霞珠葡萄酒整体表现不佳,总分仅有60.41分,处于最低水平。黑多内和河北怀来赤霞珠葡萄酒10项二级评价指标得分基本都在7分以上,前者果香突出、口感醇厚,其香气浓郁度、持续性(8.61分),口感延续性、层次感(8.23分)和口香品质、余味(8.52分)得分处于最高水平。本土赤霞珠葡萄酒澄清度得分略低(6.48分),可能和葡萄原料健康程度相关[27],酒体颜色整体偏桃红,呈现淡粉色,颜色评分处于最低水平,仅有5.04分,这和本土赤霞珠葡萄酒低花色苷含量相关;嗅觉感受单一,香气4项二级评价指标得分都在6分上下,均处于低水平,其中浓郁度、持续性得分最低,仅有5.66分;而低酒精度、低酸度和低酚类物质含量直接导致酒体口感寡淡[28],其中平衡度、协调性(5.64分)和口感品质、余味(5.88分)的感官评分均在6分以下。

表7 葡萄酒样品感官评价得分Table 7 Organoleptic evaluation scores of wine samples

3 结论

在针对黄河故道产区8种红色酿酒葡萄引进种果实品质指标对比分析中,黑多内表现最优:果粒小、皮果比高,含糖量适中,果皮总酚、总类黄酮、总黄烷醇和缩合单宁含量均处于最高水平,果实DPPH自由基、ABTS阳离子自由基清除率和铜离子还原力显著高于其他品种;在葡萄酒酿酒特性指标分析中,黑多内葡萄酒在酚类物质含量、抗氧化活性和感官质量上全面优于本土赤霞珠葡萄酒,与河北怀来赤霞珠葡萄酒相较,同样可比且部分指标(总类黄酮、总黄烷醇含量,铜离子还原力和感官质量)表现更优。黑多内作为在8个红色酿酒葡萄引进种中与黄河故道产区风土因素匹配度最高的品种,具备在当地推广种植并酿造优质干红葡萄酒的潜力。