不同單株負載量與調虧灌溉對赤霞珠葡萄酒品質及顏色的影響

張小月，戚金生，劉曉燕，沙拉瓦提，李學文*

（1.新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆瑞峰葡萄酒莊有限責任公司，新疆和碩 841200）

果皮顏色對判斷果實質量有重要作用，它是由不同呈色物質共同作用的，使果皮呈現不同顏色[1]。在赤霞珠葡萄的成熟過程中，葉綠素迅速分解，花青素積累，果皮逐漸變紅。研究發現果實發育成熟過程中可溶性固形物的含量與花色苷基因的表達有關聯[2]。酚類物質是葡萄酒中不揮發性風味物質的重要組成，與葡萄酒的品質密切相關，主要體現在顏色、口感、收斂性、澄清度、穩定性及功能性等方面[3]。花色苷是葡萄酒中主要的呈色物質，通過與單寧結合發生輔色作用來保護葡萄酒的顏色，提高葡萄酒在陳釀過程中顏色的穩定性[4-5]，花色苷含量與葡萄的種類、季節、產量、灌溉等都有關系[6]。

關于負載量對葡萄果實和葡萄酒品質影響的研究，早在20世紀中期就普遍開始了，為了增加葡萄酒的風味，酒莊莊主們紛紛降低釀酒葡萄果實的負載量[7]。負載量直接影響葡萄的產量及果實品質，合理的負載量是葡萄樹獲得高產、穩產、優質的重要措施。高負載量會加劇葡萄果樹養分的消耗，葡萄果實糖分積累變緩，導致葡萄酒品質變差[3]；過分疏除果穗會導致葡萄營養生長與生殖生長的失衡，光合產物流向發生改變，導致樹體瘋長，損害樹體[8]。通過調控負載量等工措施能夠影響葡萄花色苷的生物合成[9-10]。負載量的調節使樹體的透風性和透光性得到較大改善，光合利用率上升，果實糖分的積累得到有效提升，因此果實的著色有明顯的變化。調虧灌溉（regulated deficit irrigation，RDI）是指在作物生長發育某些階段（主要是營養生長階段）主動施加一定的水分脅迫，促使作物光合產物的分配向人們需要的組織器官傾斜，以提高其經濟產量的節水灌溉技術。20世紀70年代由澳大利亞科學家在研究桃樹和梨樹的過程中首次提出[11]。調虧灌溉可以限制葡萄植株很多不必要的營養生長，使卷須脫落，新梢停止生長[12]，調虧灌溉在輕度或中度時，提高葡萄漿果品質、維持產量、有效提高水分利用率。在經過調虧灌溉后的植株會獲得相應的補償效應，但是過度的調虧灌溉會造成葡萄植株不可逆的傷害[13]。

本實驗以新疆和碩產區釀酒葡萄赤霞珠（Cabernet Sauvignon）為原料，采用人工疏穗減少果穗的數量調整樹體負載量，采用調虧灌溉控制水分脅迫，減少灌溉時間給予葡萄植株適當的水分，使葡萄利用充沛的光合源及水分生長發育，提高葡萄品質。考察不同處理對葡萄酒酚類物質含量、色澤及品質的影響，為提升新疆和碩產區釀酒葡萄赤霞珠色澤品質提供一定數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 試驗原料

選用新疆和碩縣瑞峰酒莊（86.84°E，42.23°N）釀酒葡萄赤霞珠為原材料，定植于2001年，南北行向，株行距3.5 m×0.6 m，架勢為多主蔓扇形，樹勢一致，土肥水管理與酒莊種植園保持一致。

1.1.2 化學試劑

蘆丁（純度≥95%）：上海奧克化學有限公司；一水合沒食子酸（純度≥98%）：湖北倍思電子材料有限公司；福林酚（純度≥98%）：西亞化學科技（山東）有限公司；甲醇、無水乙醇、無水碳酸鈉、十水合碳酸鈉、單寧酸、磷酸、氫氧化鈉、氯化鉀、濃鹽酸（均為分析純）：南京化學試劑股份有限公司；硫酸銅（分析純）：天津市光復科技發展有限公司；酒石酸鉀鈉、無水葡萄糖、鎢酸鈉（均為分析純）：天津市致遠化學試劑有限公司；磷鉬酸、亞硝酸鈉、三氯化鋁、冰合醋酸鈉（均為分析純）：廣州市恒欣化工有限公司；偏重亞硫酸鉀（分析純）：煙臺帝伯仕啤酒技術有限公司；果膠酶（3萬U/g）：南寧東恒華道生物科技有限責任公司；釀酒酵母、乳酸菌：法國諾盟集團；單寧（食品級）：上海康禧食品飲料有限公司；酒石酸（分析純）：法國LAFFORT公司。

1.2 儀器與設備

PL303型電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；TU-1810型紫外分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋：常州隆和儀器制造有限公司；F3單道移液槍：濟南歐萊博科學儀器有限公司；FL-2A遠紅外-封閉電爐：上海力辰儀器科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 負載量和調虧灌溉試驗處理

對照（CK）組：不疏穗（＞30穗/株），正常灌溉時長6.0 h。

負載量處理組：葡萄開花坐果后通過人工疏穗處理，控制植株達到4種不同單株負載量處理：C1（20穗/株）、C2（25穗/株）、C3（30穗/株）。

調虧灌溉處理組：R1（70%正常灌溉時長，4.2 h）、R2（80%正常灌溉時長，4.8 h）、R3（90%正常灌溉時長，5.4 h）。調虧灌溉處理每7 d灌溉1次，解除水分脅迫后恢復正常供水至成熟。

選取生長發育基本一致的葡萄樹，各選取18株，重復3次，共計378株。直至葡萄果實完全成熟后采收，釀酒待用。

1.3.2 赤霞珠干紅葡萄酒的制備

赤霞珠葡萄果實成熟后各處理隨機采收20 kg，參照岳泰新等[14]干紅葡萄酒小容器釀造法進行釀造。采收的赤霞珠葡萄經過分選除梗后手工破碎，與5 g/100 L的SO2（偏重亞硫酸鉀）一起裝入20 L的玻璃罐，加入3 g/100 L的果膠酶，24 h后接入活化好的酵母（20 g/100 L），進行酒精發酵，發酵溫度控制在25～28 ℃。酒精發酵過程中每6 h進行1次循環，測1次比重，連續2 d比重不再下降視為酒精發酵結束。用干凈的紗布分離皮渣，接乳酸菌進入蘋果酸-乳酸發酵，溫度控制在18～20 ℃，蘋果酸-乳酸發酵結束后，添加SO2（30 mg/L）終止發酵，分離，倒罐，低溫貯藏，得到干紅葡萄酒，待測。

1.3.3 葡萄酒的顏色及品質分析

酒精度、總酸、揮發酸、殘糖、干浸出物、色度及色調等測定參照國標GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》；總酚含量（以沒食子酸計）測定參照Folin-Ciocalteu比色法[15]；單寧含量（以單寧酸計）測定參照福林丹尼斯法[16]；花色苷含量測定采用pH示差法[17]；類黃酮含量（以蘆丁計）測定采用PDINANDO J等[18]的方法；葡萄酒CIELab顏色參數測定參照陳曉藝[19]的方法。

1.3.4 主成分分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）是通過變量變換的方法把相關的變量變為互不相關的綜合指標變量，從而實現對數據集的降維，使得問題得以簡化。以葡萄酒的基本理化指標、酚類物質含量和顏色為評價因子，采用主成分分析法，綜合評價不同處理間葡萄酒品質的差異。

1.3.5 數據處理

運用Excel 2010處理數據、SPSS18.0進行數據分析、Origin 8.5進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對赤霞珠干紅葡萄酒理化指標的影響

不同處理組對赤霞珠干紅葡萄酒理化指標的影響見表1。由表1可知，供試酒樣的理化指標均符合國標GB 15037—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》要求，均為合格的干紅葡萄酒產品。與對照（CK）組相比，負載量（疏穗）處理殘糖含量分別下降了4.80%、1.55%、7.44%；調虧灌溉處理殘糖含量分別減少了0.77%、1.55%、8.26%。結果表明，負載量處理與調虧灌溉處理均對殘糖含量有影響。譚立杭[20]指出，新疆產區相比其他地區還原糖含量高，可能是新疆晝夜溫差較大的氣候特點及釀造工藝而造成的。李磊[21]研究表明，調虧灌溉處理能顯著增加葡萄果實的含糖量，發酵過程中果實中糖分不能完全向酒精度轉化，轉化越多，殘糖含量就越少。R3處理的酒樣總酸含量顯著高于其他處理組（P＜0.05），R1處理與CK組無顯著差異（P＞0.05），其余處理則顯著低于CK組（P＜0.05），這可能是不同處理使得葡萄果實可滴定酸含量存在差異、或者是發酵過程中各種生物化學反應導致的提取率不同[22]。C3處理的酒樣酒精度顯著高于CK組（P＜0.05）。綜合來看，C2、R3處理組理化指標較好。

表1 不同處理對赤霞珠干紅葡萄酒理化指標的影響Table 1 Effects of different treatment on physicochemical indexes of Cabernet Sauvignon dry red wine

2.2 不同處理對赤霞珠干紅葡萄酒酚類物質的影響

不同處理對赤霞珠干紅葡萄酒酚類物質的影響見圖1。由圖1a可知，不同疏穗處理酒樣的總酚含量均顯著大于CK組（P＜0.05），其中C2處理酒樣總酚含量最高，為843.40 g/L，這可能是因為疏穗處理造成果樹負載降低，進而增加了多酚的底物合成[23]。除R3處理，R1、R2處理酒樣均與CK組呈顯著性差異（P＜0.05），R1處理酒樣總酚含量較高，達791.36 g/L，且隨著調虧程度的增加，總酚含量呈現持續上升的趨勢。

由圖1b可知，疏穗處理酒樣中單寧含量均低于CK組，除C1處理與CK組存在顯著差異，其余處理含量雖稍低于CK組，但差異并不顯著（P＞0.05），說明單寧含量受疏穗處理的影響不大，這與劉勝[24]的研究結果相似。調虧灌溉處理酒樣單寧含量為R3＞R1＞R2＞CK，其中R3處理酒樣單寧含量最高，為1.95 g/L，表明適當的調虧灌溉對葡萄酒中單寧含量有提升作用，增強葡萄酒的收斂口感。因為調虧灌溉有利于大分子聚合色素與牛血清蛋白共沉淀作用，形成更有利于感知收斂性的縮合單寧，這與趙益梅等[5]的研究結果相似。

圖1 不同處理對赤霞珠干紅葡萄酒酚類物質的影響Fig.1 Effects of different treatment on phenols of Cabernet Sauvignon dry red wine

由圖1c可知，不同處理對酒樣中花色苷含量影響顯著（P＜0.05）。隨著疏穗程度的增大，酒樣中花色苷含量先增大后降低，且疏穗處理的酒樣與CK組相比均有顯著差異（P＜0.05），其中C2處理酒樣含量最大，為500.55 mg/g，說明疏穗處理對于提升葡萄酒中花色苷含量有顯著影響（P＜0.05），C1、C3處理含量降低或許是產量的降低使得葡萄酒中不易被浸提出的酰化花色苷含量隨之減小，因此產量改變了單體花色苷種類結構，進而影響到釀酒過程中的浸漬效率[25]；花色苷含量隨調虧程度則呈上升、下降、上升的趨勢，可能是輕度調虧灌溉增加了葡萄果實的花色苷、糖以及脫落酸的含量，同時脫落酸和糖含量的增加會刺激糖類運輸以及花色苷合成途徑中轉錄因子的表達，從而加快花色苷生物合成，促進花色苷的積累，進而在葡萄酒的釀造過程中通過浸漬進入到酒樣中[5]。

由圖1d可知，不同處理酒樣的類黃酮含量范圍為70.22～100.78 mg/L，其中C1處理酒樣的類黃酮含量顯著大于其余疏穗處理（P＜0.05），較CK組增加了23.98 mg/L；R1處理酒樣的類黃酮含量顯著大于其余調虧灌溉處理（P＜0.05），較CK組增加了30.56 mg/L，其余處理間含量雖略有差異，但均差異不顯著（P＞0.05）。這與ROBY G等[26]研究結果相似，調虧灌溉處理使葡萄果皮變厚，而果皮是類黃酮物質合成的主要組織，因此適當的調虧灌溉處理能增加葡萄果實類黃酮含量，葡萄酒中類黃酮含量差異可能是葡萄細胞被破壞時會釋放出與類黃酮質量相關的化合物，它們進入果汁后與其他物質或本身能夠發生作用，使得果實中的類黃酮不能完全轉化到葡萄酒中[27]。

綜合來看，C2處理與R1處理的葡萄酒酚類物質含量更高。

2.3 不同處理對赤霞珠干紅葡萄酒顏色的影響

CIELab顏色系統可以反映大多數葡萄品種的顏色[28]，其中L*值表示明亮度；a*值表示紅/綠色調；b*值表示黃/藍色調。不同處理對赤霞珠干紅葡萄酒色澤指標的影響見表2。由表2可知，各處理酒樣的L*值整體偏高，其中CK和C1酒樣L*值最高，且無顯著性差異（P＞0.05），除C1處理，其余處理酒樣L*值均顯著低于CK組（P＜0.05）；調虧灌溉處理的酒樣結果表明，酒樣L*值均顯著低于CK組（P＜0.05），酒樣顏色由深至淺依次為C2、R1、C3、R2、R3、C1、CK。對比不同處理，C2處理酒體更暗淡，色澤更深，其次是R1處理。a*值＞0則酒體顏色為紅色系，a*值＜0，則酒體顏色為綠色色調，a*值越大顏色越趨于紅色[29]。通過對不同處理酒樣a*值的分析發現，各處理酒樣a*值均＞0，不同處理酒樣所得的a*值分別比CK組高1.49%、34.15%、27.56%、21.28%、15.85%、8.18%，說明不同處理過的葡萄酒較未處理的葡萄酒更能加強葡萄酒的紅色色調，顏色更紅。當b*值＞0時，表示酒體為黃色色調，當b*值＜0時，表示酒的顏色為藍色色調[30]。不同處理對b*值有較大的影響，且b*值總體偏小，依次為C2、CK、C3、C1；R1、CK、R2、R3，C2與R1處理的b*值顯著高于其他處理酒樣（P＜0.05），雖然其他酒樣間存在差異，但相差不大，對葡萄酒外觀基本沒有影響。

表2 不同處理赤霞珠干紅葡萄酒色澤指標的影響Table 2 Effects of different treatment on color indexes of Cabernet Sauvignon dry red wine

C*ab表示色差飽和度。由表2可知，隨著疏穗程度、調虧灌溉程度的增大，C*ab值呈上升的趨勢。C2、C3處理酒樣的C*ab值分別比CK組高27.49%、21.05%，R1、R2、R3處理酒樣的C*ab值分別比CK組高8.21%、15.72%、21.05%，說明疏穗處理與調虧灌溉處理均能顯著影響葡萄酒的C*ab值（P＜0.05）。Hab表示色彩角，Hab值越小表示酒體越接近紫紅色或寶石紅色。不同酒樣的Hab值總體偏小，C1、C3、R2、R3處理酒樣的Hab值均顯著低于CK組，其中R1酒樣Hab值最小，說明不同處理對提升酒樣外觀，使酒樣色澤更佳有促進作用，而在R1處理下更有利于釀造出色澤品質較好的葡萄酒。ΔE*ab表示總色差，反映了L*值、a*值、b*值的綜合色差值。ΔE*ab值＞2.7時人眼就能辨別出差異[31]。C2、C3處理總色差ΔE*ab較CK處理差異較大，說明當品種、土壤、釀造工藝等條件一致時，受疏穗程度的影響，葡萄酒的顏色差異顯著（P＜0.05）；R2、R3處理的酒樣有明顯的色差（ΔEab*＞2.7），具有相對較好的顏色表現。

色度代表著對葡萄酒顏色深淺的感知[32]。與CK組相比，不同疏穗處理使色度值分別提高了14.00%、33.40%、51.52%；不同調虧灌溉處理使色度值分別提高了10.27%、55.78%、28.22%。其中，R2與C3處理色度值最高，且差異不顯著（P＞0.05），酒體顏色最深。色調是葡萄酒中黃色與紅色的比值[33]，色調越低則酒體顏色越紅，反之則黃色越明顯[34]，各處理組的色調在0.63～0.75之間，與對照相比，各處理分別下降了4.17%～19.05%。證明不同負載量處理組與調虧灌溉處理組均有效降低了葡萄酒的色調值，增加了紅色調。

綜合來看，適宜的負載量與調虧灌溉葡萄酒顏色較好的分別是C3、R1處理。

2.4 赤霞珠葡萄酒中品質指標及顏色指標的主成分分析

為了綜合評價不同負載量處理與調虧灌溉處理對赤霞珠干紅葡萄酒品質及顏色的影響，對不同處理酒樣的17個指標（理化指標、酚類物質指標及顏色指標）進行主成分分析，結果見表3、圖2及圖3。由表3可知，疏穗處理與調虧灌溉處理各提取出3個主成分，累積方差貢獻率分別為88.344%、85.987%（累積方差貢獻率＞85%）。說明提取出的主成分能夠全面反映不同處理酒樣的品質。

圖3 不同調虧灌溉處理赤霞珠干紅葡萄酒各指標的載荷圖（a）及樣品分布圖（b）Fig.3 Various indicators load diagram (a) and sample distribution diagram (b) of Cabernet Sauvignon dry red wine treated with different regulated deficit irrigation treatment

表3 不同處理赤霞珠干紅葡萄酒品質及顏色品質主成分分析Table 3 Principal components analysis of the quality and color quality of Cabernet Sauvignon dry red wine with different treatments

圖2 不同負載量處理赤霞珠干紅葡萄酒各指標的載荷圖（a）及樣品分布圖（b）Fig.2 Various indicators load diagram (a) and sample distribution diagram (b) of Cabernet Sauvignon dry red wine with different loading treatment

由圖2a可知，不同負載量酒樣在三維空間處于不同的象限，與C1、CK處理相比，總酚、色度、C*ab、ΔEab*等成分在C2、C3處理酒樣上體現較好，提高酒體色度，改善葡萄酒色澤品質。由圖2b可知，基于17個指標的主成分分析能夠較好區分不同負載量處理的酒樣。

由圖3a可知，色調、Hab、花色苷、總酚等物質在主成分三維空間中的位置與R1處理在同一象限，表明R1處理的酒樣在這些色澤含量上相較于其余處理上更突出。由圖3b可知，基于17個指標的主成分分析能夠較好區分不同調虧灌溉處理的酒樣。

2.5 赤霞珠葡萄酒品質評價

從葡萄酒的17個品質及顏色指標中，各提取出3個主成分，以F值（綜合得分值）大小標準對不同處理葡萄酒品質進行綜合評判，當F值＞0時，說明葡萄酒的整體品質在平均水平之上[35]。F值越高，證明綜合得分越高，葡萄酒的品質越好。不同處理對赤霞珠葡萄酒品質的綜合評價見表4。由表4可知，按照不同處理對赤霞珠葡萄酒品質的綜合得分值的大小可以確定不同處理葡萄酒的排名情況。結果表明，C2處理對葡萄酒酚類物質品質與色澤品質的影響最好，其次是R1處理。

表4 不同處理對赤霞珠葡萄酒品質的綜合評價Table 4 Comprehensive evaluation of Cabernet Sauvignon wine quality with different treatment

3 結論

本研究以赤霞珠葡萄為原料，開花坐果后分別設置不同的疏穗處理和調虧灌溉處理。通過對赤霞珠葡萄酒中非揮發性物質分析發現，與CK組相比，負載量處理組酒樣總酸含量降低；疏穗處理中C2處理對總酚和花色苷的含量有所提升。與CK組相比，R3處理殘糖含量降低，R2總酸含量降低。調虧灌溉處理中R1處理有利于提高葡萄酒中酚類物質含量。疏穗處理與調虧灌溉處理均能對葡萄酒酒體的紅色調起到不同程度的提升，其中C2與R1較優。說明疏穗處理與調虧灌溉處理對新疆和碩產區釀造高色澤品質的葡萄酒有促進作用，得到最適的負載量與調虧灌溉的程度，分別為單株留果量為25穗/株；調虧灌溉時長為4.2 h。但這并非絕對條件，它還與氣候因素等條件密切相關。