增施中微量元素對釀酒葡萄和葡萄酒品質的改善效應

高陸旭， 王 銳， 李 磊， 孫 權

(寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021)

寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄產區地理位置優越，氣候、土壤特征突出，特別適宜生產優質釀酒葡萄原料。但是在堿性石灰性土壤條件下，土壤有機質較為貧瘠，礦質營養元素有效性較低，中微量營養元素虧缺[1]。加上盲目地追求經濟產量，人為投入大量氮磷鉀肥而忽視了中微肥的配施，從而導致釀酒葡萄出現明顯的缺素癥狀，嚴重抑制釀酒葡萄向高產、優質方向的提升[2]。營養狀況是釀酒葡萄栽植生長的基礎和關鍵，充足的養分供應是實現葡萄高產及提高葡萄酒品質的重要保證。因此，改變傳統施肥模式，合理施用中微量元素是改善釀酒葡萄品質的關鍵措施。中微量營養元素能提高葉片的葉綠素含量，增強光合作用，增強樹勢，提高坐果率、單果質量以及產量，促進果實著色、早熟，提高含糖量，改善果實品質[3]。鈣(Ca)元素主要促進植株根系以及葉片的生長發育，可通過控制外部介質使植株的生理處于平衡，提升果實風味，增強抗病性。鎂(Mg)元素可以促進植物對磷的吸收，有利于提升果實糖分含量。在干旱區沙質強堿性土壤中，Ca元素可以減輕鈉離子(Na+)的毒害，促進植物體內銨的轉化，從而調節其pH值[4-6]。鋅(Zn)元素參與生長素的合成，影響釀酒葡萄可溶性固形物含量，在施用氮磷鉀的基礎上配施微量元素Zn能夠促進糖酸比的提高[7-8]。硼(B)元素可促進花粉粒的萌發和子房的發育，主要參與植物體內糖的合成以及運輸，在植物糖代謝中起到重要作用，并且有利于根的生長及愈傷組織形成，提高果實品質[9]。劉昌嶺等通過在大澤山葡萄產地中試驗，認為鉀(K)與B元素最有利于葡萄產量與品質的提高[10]。鐵(Fe)元素影響葉綠素構成，參與植物光合作用，有利于植物干物質積累，從而提升釀酒葡萄可溶性糖含量。本試驗在前人有關中微量元素對葡萄產量及品質影響的研究基礎上，進一步探討中微量元素在釀酒葡萄及葡萄酒上的應用效果，為提高賀蘭山東麓產區釀酒葡萄和葡萄酒品質及促進區域化經濟發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2016年4—10月在寧夏玉泉營南大灘試驗基地東北—西南方向進行，該區域位于38°14′ 21″N，106°01′ 38″E，屬中溫帶干旱氣候區，無霜期160～170 d，年降水量 198 mm 左右，光照資源豐富，氣候年較差平均為 31.5 ℃，日較差平均為13.6 ℃，有利于有機物質的合成和積累，適宜優質葡萄生長。土壤剖面(0～20、20～40、40～60、60～80 cm)具體理化性質參見表1。

1.2 試驗設計

本試驗采用多因素隨機區組設計，共設6個處理，3次重復，采用水肥一體化管理，具體設計見表2。全生育期施肥采用文丘里施肥器，于萌芽期、花期、膨大期和果實著色期隨水供給作物。灌溉定額為5 250 m3/hm2，根據田間持水量的50%～80%酌情滴灌。

表1 風沙土土壤基本理化性質

表2 試驗養分設計

1.3 釀酒葡萄及釀造葡萄酒品質測定

1.3.1 釀酒葡萄品質測定 在釀酒葡萄生育期間，每個小區選取長勢一致的30株，掛牌作標記，收獲時在標記植株中部選1個果穗，每次取樣時在果穗的上中下部各取1個果粒，共90粒。用攪拌機打成勻漿后測定品質。單寧、花色苷、總酚含量在液氮中保存24 h后再進行測定，用手持糖量計測定釀酒葡萄可溶性固形物含量；用NaOH滴定法測定總酸含量(以酒石酸計)；用斐林試劑滴定法測定還原糖含量(以葡萄糖計)；用福林-丹尼斯法測定單寧含量(以單寧酸計)；用pH值示差法測定花色苷含量(以二甲花翠素-3-葡萄糖苷計)；用福林-肖卡法測定總酚含量(以沒食子酸計)[11-13]。

1.3.2 釀造葡萄酒品質測定 葡萄成熟時在預期選定的植株上篩選摘取5 kg釀酒葡萄果實，剪掉梗并擠壓破皮后，倒入2.5 L發酵罐內，并添加20 mg/L 果膠酶，50 mg/L 偏重亞硫酸鉀。在25～30 ℃下進行發酵，3周后發酵完成，將葡萄酒與葡萄皮渣分離，過濾澄清后裝瓶即可。釀造葡萄酒pH值用pH計測定，隨后采用比重法測其乙醇度；采用密度瓶法測葡萄酒干浸出物；用分光光度計法測色度；用斐林試劑熱滴定法測定還原糖含量；用氫氧化鈉標準溶液滴定法測定可滴定酸含量；用福林酚法測定總酚含量；用福林-丹尼斯法測定單寧含量；用pH值示差法測定花色苷含量(以矢車菊色素-3-葡萄糖苷計)[14-15]。

1.4 數據分析

采用Excel 2003軟件進行試驗數據整理和作圖，用SPSS 17.0軟件進行統計分析，并對相關指標進行顯著性檢驗，顯著性水平為0.05，n=5。

2 結果與分析

2.1 中微量元素對釀酒葡萄糖、酸含量的影響

由表3可知，除了Ca元素外，其他中微量元素對釀酒葡萄可溶性固形物含量影響不顯著，增施Ca元素的果實可溶性固形物含量與CK相比，提高了8.0%，可溶性固形物含量是對釀酒葡萄總糖含量的反映，而糖分含量決定釀造葡萄酒的乙醇度。中微量元素可顯著增加還原性糖含量，其中B元素效果最為顯著，相比CK增加了24.7%，除增施Zn、Fe、Mg元素外，其他處理間還原性糖含量均存在顯著差異。中微量元素均能降低釀酒葡萄果實的酸度，且降低趨勢明顯，釀酒葡萄酸度決定著釀造葡萄酒的口味，增施Ca、B元素效果最佳，可滴定酸含量降幅分別為17.5%、20.6%。增施B元素后糖酸比達到了40.81，適當的糖酸比可以提高釀造葡萄酒的風味，顯著提高葡萄酒品質。

2.2 中微量元素對釀酒葡萄總酚、花色苷、單寧含量的影響

由表4可知，增施中微肥均能顯著提高釀酒葡萄果實中的總酚含量，施用Ca、Mg、Zn、B、Fe元素處理的釀酒葡萄果實總酚含量分別比CK提高29.4%、21.7%、36.4%、47.9%、25.9%，其中B元素處理的總酚含量可達到13.18 mg/g，顯著高于其他處理，說明B元素對總酚含量的累積效果最佳。Zn元素處理的果實花色苷含量比對照提高44.4%； 增施Fe元素處理下花色苷含量最高，達到7.6 mg/g，比CK提高111.1%，說明Fe元素能顯著提高釀酒葡萄果實中花色苷含量；增施Ca、B元素處理的花色苷含量則降低，增施Ca元素處理比CK降低11.1%，增施B元素處理比CK降低16.7%。單寧含量的變化與總酚含量的變化高度相關，增施中微肥可顯著提高葡萄果實中單寧的含量，其中增施Ca、Mg、Zn、Fe元素處理間的單寧含量差異不顯著，增施B元素相比其他處理效果最為明顯，比CK提高了34.8%。

表3 中微量元素對釀酒葡萄糖、酸含量的影響

注：同列數據后標有不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下表同。

表4 中微量元素對釀酒葡萄總酚、花色苷、單寧含量的影響

2.3 中微量元素對釀造葡萄酒基本理化性質的影響

由表5可知，中微量元素對釀造葡萄酒的pH值影響不大，其中增施Ca元素處理的釀造葡萄酒pH值略提高，增施Mg、Zn、B元素，降低了葡萄酒pH值，而增施Fe元素提高了釀造葡萄酒pH值。除增施Ca肥處理外其他處理所釀造葡萄酒乙醇度相比CK略有降低，但總體變化不大，差值基本保持在0.38～0.53百分點之間，而增施Ca元素處理乙醇度高于CK處理0.5%。增施Ca元素處理殘糖含量較其他處理最高，為 3.93 g/L，低于4 g/L，屬干型葡萄酒。5個處理干浸出物含量總體表現與乙醇度相反，Zn、B元素處理干浸出物含量較高，分別比CK增加21.6%、33.8%。各處理釀造葡萄酒總酸含量相比CK均有所降低，其中B元素處理總酸含量最低，比CK降低21.4%。

表5 中微量元素對釀造葡萄酒基本理化性質的影響

2.4 中微量元素對釀造葡萄酒總酚、花色苷、單寧含量的影響

由表6可知，增施中微量元素處理可顯著提高所釀造葡萄酒總酚含量，其中增施Ca、Mg、Zn、B元素處理釀造葡萄酒總酚含量較高，增施Ca元素處理總酚含量比CK處理增加 90.9%，相比增施Fe元素處理增加38.0%。增施中微量元素對釀造葡萄酒花色苷含量影響顯著，增施Zn、Fe元素處理的花色苷含量相比對照增幅較高，分別提高150.0%、175.0%，其中增施Fe元素處理的花色苷含量最高，相比增施Ca、Mg元素分別提高83.3%、69.2%。單寧為多酚類物質，對葡萄酒的口感產生一定的影響，增施中微肥可顯著促進單寧含量的積累，其中增施Ca、B、Fe元素處理間花色苷含量差異不顯著，增施Zn元素單寧含量最高，達到14.35g/L，比對照增加 40.3%。葡萄酒的色度體現了葡萄酒外觀質量，總體與花色苷含量呈正比關系。

表6 中微量元素對釀造葡萄酒總酚、花色苷、單寧含量的影響

3 討論

糖、酸、單寧、色素和芳香物質是決定釀酒葡萄品質高低的重要因素，可溶性固形物是對釀酒葡萄總糖的反映[16]。增施Ca元素可以提高果實硬度和可溶性固形物含量[17-19]。本研究結果顯示，增施Ca元素的釀酒葡萄可溶性固形物含量相比對照增加8.0%，這與前人的研究結果一致，說明硝酸鈣可以改善土壤中的鈣氮比(Ca/N)關系，提高Ca2+的利用率，加強果實的糖代謝，同時降低果實酸度，提高釀造葡萄酒乙醇度。

適當的糖酸比是判斷葡萄果實是否成熟的重要指標，趙冰等研究表明，增施Mg元素后，番茄內單寧、維生素C等物質轉化率降低，可滴定酸含量減少，果實中的糖酸比提高[20]。本研究表明增施Mg元素釀酒葡萄的總糖含量增加，釀造葡萄酒色度增加，表明Mg元素可以加強植物的光合作用，促進光合產物向蛋白質的轉化，從而促進果實的色素形成，為提高釀酒葡萄品質打好物質基礎。郭曉月等研究表明，增施B元素能改善植株各器官有機物的供應狀況，促進植物生長發育，加速植物體內糖的合成與運轉，使可溶性糖含量提高，極顯著地提高果實品質[21]。本研究發現，增施B元素可顯著提高釀酒葡萄還原糖含量，相比CK增加了24.7%。增施B元素處理的釀酒葡萄總酚、單寧含量與其他處理相比均最高，明顯降低葡萄酒中總酸含量，提升了口感。

花色苷是釀酒葡萄與葡萄酒中一種重要的酚類化合物，主要存在于釀酒葡萄漿果中，能清晰地表現葡萄酒的質量和色調[22]。Hardie等研究表明，增施中微量元素提高花色苷含量[23-24]，而本研究表明，增施Fe肥釀酒葡萄花色苷含量與對照相比增加111.1%，這與前人研究結果基本一致，分析原因是Fe元素通過與乙二胺四乙酸(EDTA)螯合，提高了植物對Fe的吸收和利用，促進葉綠素合成，促進光合作用，將更多的營養物質積累在果實中[25]。Zn是植物體許多酶的組分和活化劑，在植物的代謝過程中發揮重要作用，本試驗增施Zn元素提高了釀酒葡萄花色苷含量，相比CK增加了44.4%，增施Fe元素處理下花色苷含量最高，為7.6 mg/g，增施Zn元素處理比增施Fe元素處理的花色苷含量低，這與耿慧的研究結果一致[26]。

釀酒葡萄的優劣決定了葡萄酒的質量，中微量元素通過葡萄的根系對土壤中水分以及養分進行吸收而進入果實中，最終體現在酒中[27-29]。中微量元素對葡萄酒pH值影響不大，基本保持在3.54～3.69之間，符合葡萄酒釀造標準。增施Ca元素處理下葡萄酒乙醇度較高，同時提高了酒中總酚含量，對葡萄酒的顏色、氧化水平等特征有一定的作用，此外，總酚含量的提升，增強了葡萄酒香氣。增施B元素有助于降低葡萄酒總酸含量，改善風味，優化口感。增施Fe元素的葡萄明顯提高葡萄酒色度、花色苷含量，有助于促進葡萄酒酒體清亮透明。可見，增施的中微量元素參與植株整個生理代謝，能將有效的光合產物以及營養物質輸送至果實器官，通過合理的釀造技術即可釀造優質的葡萄酒。

4 結論

在相同基礎水肥條件下，增施Ca元素可提升釀酒葡萄可溶性固形物含量，提高葡萄酒乙醇度以及總酚含量；增施B元素可顯著提高釀酒葡萄糖酸比、總酚含量、單寧含量；增施Zn元素葡萄酒單寧含量最高；增施Fe元素對提升釀酒葡萄以及葡萄酒品質有顯著效果，可促進釀酒葡萄花色苷積累，明顯提高葡萄酒色度、花色苷含量。