成熟期降水對碣石山產(chǎn)區(qū)‘馬瑟蘭’果實品質(zhì)的影響

孟憲宸，崔彥志，李星宇，張秀玲，馬振偉，柴菊華,3*

（1. 河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院，河北昌黎 066600；2. 朗格斯酒莊（秦皇島）有限公司，河北昌黎 066600；3. 河北省葡萄酒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北昌黎 066600）

葡萄的成熟度是影響葡萄酒質(zhì)量的重要因素之一[1]。生產(chǎn)上要求農(nóng)藝師和釀酒師能夠準確判斷果實的最佳成熟度，以確定適宜的采收期。葡萄的成熟度往往具有區(qū)域、品種、年份和加工方向等差異性，難以形成統(tǒng)一標準。近年來，國內(nèi)研究者[2-5]針對寧夏青銅峽、陜西楊凌、新疆樓蘭、內(nèi)蒙古烏海等產(chǎn)區(qū)的‘赤霞珠’‘美樂’‘黑比諾’‘西拉’等葡萄品種，建立了包含果汁糖酸指標和皮籽多酚指標的成熟度控制體系，尤其多酚成熟度在紅色釀酒品種成熟期判定和采收期預(yù)測中顯示出越來越多的重要性。

‘馬瑟蘭’原產(chǎn)于法國南部，2001年引入中國，在我國主要葡萄酒產(chǎn)區(qū)均表現(xiàn)了良好的豐產(chǎn)性、抗病性和耐熱性，所釀紅葡萄酒顏色鮮艷，果香濃郁，口感細膩，深受消費者喜愛，被譽為中國葡萄酒的“明日之星”[6]，近年來發(fā)展勢頭迅猛。碣石山產(chǎn)區(qū)是我國干紅葡萄酒主產(chǎn)區(qū)之一，位于我國東部環(huán)渤海灣葡萄酒產(chǎn)區(qū)，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量614 mm，適宜優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄的生產(chǎn)[7]。2005年該區(qū)的朗格斯酒莊率先引入‘馬瑟蘭’葡萄，通過多年的觀察，該品種表現(xiàn)出良好的栽培和釀酒潛力，目前已成為該區(qū)主栽品種之一[8]。但是，若要全面準確評價‘馬瑟蘭’的栽培和釀酒特性，果實成熟期過度降雨等突發(fā)災(zāi)害性天氣對果實品質(zhì)指標的影響應(yīng)受到更多的關(guān)注。

本試驗跟蹤了15年的成熟期降水量，以碣石山產(chǎn)區(qū)‘馬瑟蘭’葡萄為試材，并選擇多雨的2021年，探究果實成熟期糖酸指標和多酚指標的變化特點，以期建立多雨年份‘馬瑟蘭’成熟度指標體系，為‘馬瑟蘭’葡萄適期采收提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗于2021年在河北秦皇島碣石山產(chǎn)區(qū)朗格斯酒莊進行，以2011年定植的‘馬瑟蘭’為試材，南北行向，單籬架式，株行距0.9 m×2.3 m，傾斜水平龍干形。全年不灌溉，栽培管理水平中上，畝產(chǎn)控制在500 kg左右。

所用試劑均為分析純。沒食子酸純度≥98%，天津市光復(fù)精細化工研究所生產(chǎn)；三氯化鋁、醋酸鈉、冰醋酸、六水合三氯化鐵十二甲基硫酸鈉（SDS）、三乙醇胺（TEA）、甲醇、亞硝酸鈉，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；牛血清蛋白純度≥98%、焦亞硫酸鈉，酷爾生物實驗室提供；蘆丁、兒茶素純度≥98%，天津和龍科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 儀器與設(shè)備

THZ-C-1單層恒溫搖床：蘇州培英實驗設(shè)備有限公司；T6新悅可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；pHS-3C pH計：上海精密科學(xué)儀器有限公司；PAL-1糖度計：日本愛拓中國分公司；MS3漩渦混合器：日本艾卡儀器設(shè)備有限公司；H1750R高速冷凍離心機：湖南湘儀儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 降雨量數(shù)據(jù)來源及降雨等級劃分方法

2007—2021年共15個年份葡萄成熟期8—10月的降雨量數(shù)據(jù)由朗格斯酒莊釀酒葡萄小氣候站中心提供，通過該站客戶端軟件直接獲取數(shù)據(jù)記錄。

降雨等級劃分（按24 h內(nèi)降雨量）規(guī)則為[9]：小雨：0.1～9.9 mm；中雨：10～24.9 mm；大雨：25～49.9 mm；暴雨：50～99.9 mm；大暴雨：100～249.9 mm；特大暴雨：≥250 mm。

1.3.2 果實采樣方法

參考張世杰的Z字型取樣法[10]。隨機選擇葡萄園中間相鄰2行長勢一致的植株，掐頭去尾，待葡萄轉(zhuǎn)色完全后進行果實取樣。8月19日進行第1次采樣，之后間隔7 d采樣1次，分別于8月26日、9月2日、9月9日、9月16日、9月23日進行采樣；當葡萄糖含量在190 g·L-1以上時，采樣間隔時間為4～5 d，分別于9月28日、10月2日、10月7日采樣。樣品采集后運回實驗室，﹣40 ℃冰箱貯藏待用。

1.3.3 果實糖酸指標測定

參照王華[11]的方法，可溶性固形物采用糖度計測定；還原糖含量采用直接滴定法；pH值采用pH計法；總酸含量采用直接滴定法。所有指標均重復(fù)測定3次。

1.3.4 葡萄皮籽多酚的提取與檢測

多酚提取與檢測采用蘇鵬飛等[12-14]的方法；pH示差法測定花色苷含量；單寧含量采用蛋白-單寧沉淀法，果實皮籽單寧標準曲線為y=1.9867x－0.0106，R2=0.999；總酚的測定均采用福林-酚法進行，果實皮籽總酚標準曲線為y=1.2577x－0.0128，R2=0.998；直接顯色法測定類黃酮含量，果實皮籽類黃酮標準曲線方程為y=1.5736x＋0.0171，R2=0.9974；p-DMACA-鹽酸法測定黃烷醇含量，果實皮籽黃烷醇標準曲線為y=2.5968x＋0.0046，R2=0.9985。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 27.0進行統(tǒng)計學(xué)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 碣石山產(chǎn)區(qū)‘馬瑟蘭’果實成熟期降水

圖1表示了2007—2021年8—10月葡萄果實成熟期的降雨量。由圖1看出，15個年份中出現(xiàn)5個多雨年份，分別為2012、2016、2018、2020、2021年，其成熟期降雨量均超多年降雨量平均值的一半，因此碣石山產(chǎn)區(qū)多雨年份的出現(xiàn)具有一定頻率。2021年果實采樣期間，共發(fā)生14次＞0.5 mm的降雨，累計降雨量286.5 mm。其中小雨7次，中雨4次，大雨2次，大暴雨1次。9月20日單日降水量達到116.1 mm，造成葡萄園積水，對葡萄果實的成熟有明顯影響。

圖1 2007—2021年8—10月份降雨量對比Figure 1 Comparison of precipitation from August to October in 2007-2021

2.2 ‘馬瑟蘭’葡萄糖酸指標的變化

一般釀酒葡萄漿果可溶性固形物含量與還原糖在成熟過程中呈現(xiàn)不斷上升趨勢[4]。表1反應(yīng)了采樣期內(nèi)隨著果實的成熟，可溶性固形物含量由轉(zhuǎn)色完成后第一次采樣的16.23%增長到末次采樣的23.10%，還原糖含量由155.42 g·L-1增加到225.02 g·L-1，成熟中后期的單次116.1 mm強降雨延緩了可溶性固形物的積累，同時引起還原糖的小幅回落，可見果實成熟期多雨水，尤其是強降雨會明顯限制糖分積累，影響成熟進程。

表1 不同采樣期‘馬瑟蘭’葡萄糖酸指標Table 1 Sugar and acid indexes of 'Marselan' grapes from different sampling time

正常年景情況下，葡萄果實在轉(zhuǎn)色后的成熟過程中，含酸量會持續(xù)下降，pH則緩慢上升[15]。由表1可以看出，多雨年份的‘馬瑟蘭’葡萄隨著成熟進程，總酸含量不斷下降，由轉(zhuǎn)色剛完成時的10.7 g·L-1降至10月7日的5.35 g·L-1，降幅達50%，而且在果實成熟的初期階段，總酸下降較快，降幅較大。盡管強降雨并未引起總酸含量增加，但卻使pH顯著升高，9月23日達到最高pH（3.42），其后迅速下降，直至10月2日降為3.29。另一方面，pH的下降存在延遲響應(yīng)現(xiàn)象，且下降效應(yīng)維持時間較長，達兩周之久。

受葡萄成熟過程中糖分積累與有機酸含量下降的綜合影響，糖酸比總體表現(xiàn)了逐漸上升的趨勢。表1反應(yīng)了成熟初期糖酸比的上升較為快速，中期相對和緩，成熟后期再有一個明顯的上升。強降雨延緩了糖酸比的升高，且這一效應(yīng)同樣具有延遲響應(yīng)的特點。

2.3 ‘馬瑟蘭’葡萄多酚指標的變化

2.3.1 花色苷

花色苷是紅色葡萄和紅葡萄酒中最重要的顏色來源，不同于其它的多酚，花色苷僅存在于果皮中且在果實轉(zhuǎn)色期開始合成[16]，在果實成熟過程中果皮的紅色越來越深。圖2顯示，在‘馬瑟蘭’葡萄成熟過程中花色苷含量不斷增加，由8月19日的3.1 mg·g-1逐步升高到9月28日的最大值9.3 mg·g-1，之后明顯下降到10月2日的8.18 mg·g-1，最后又恢復(fù)到10月7日9.02 mg·g-1的較高水平。可以看出，9月20日的強降雨顯著降低了花色苷的積累，而且這一效應(yīng)表達延遲近10 d，響應(yīng)較慢，但恢復(fù)較快。

圖2 ‘馬瑟蘭’葡萄轉(zhuǎn)色后果皮中花色苷含量的變化Figure 2 Changes of anthocyanins in pericarp of'Marselan' grapes after coloration

2.3.2 單寧和總酚

葡萄總酚包含了非類黃酮和類黃酮多酚。單寧在類黃酮多酚中占據(jù)特殊地位，它是形成紅葡萄酒味感和酒體結(jié)構(gòu)的重要成分，也具有穩(wěn)定紅葡萄酒顏色的作用[17]。圖3A表明，‘馬瑟蘭’葡萄皮單寧和籽單寧在果實成熟過程中均呈現(xiàn)了整體上升勢態(tài)，前期積累較為平緩，9月下旬后顯著增加，其中皮單寧由9月23日的1.28 mg·g-1上升至9月28日的2.68 mg·g-1，其后保持穩(wěn)定；而籽單寧由9月23日的3.71 mg·g-1持續(xù)躍變上升至10月7日的20.28 mg·g-1。可見成熟期的強降雨抑制了皮單寧的積累，同時引起籽單寧的急劇增加。

圖3 ‘馬瑟蘭’葡萄轉(zhuǎn)色后單寧和總酚含量的變化Figure 3 Changes of tannins and total phenols of'Marselan' grapes after veraison

由圖3B可以看出，皮總酚首先在果實成熟過程中持續(xù)上升，由轉(zhuǎn)色后第一次采樣的9.19 mg·g-1達到9月28日的高峰22.66 mg·g-1，強降雨12 d后呈下降趨勢；而籽總酚含量前期平穩(wěn)，9月中旬明顯上升，于9月16日達到最大值29.79 mg·g-1，強降雨后含量迅速下降至9月23日的21.98 mg·g-1，之后穩(wěn)定維持在這一較低水平。因此，籽總酚的含量對于強降雨的響應(yīng)最快，且在成熟過程中總體呈下降趨勢。

綜合來看，在果實成熟過程中皮總酚和皮單寧表現(xiàn)出先上升后稍微回落或保持穩(wěn)定的狀態(tài)，但籽總酚與籽單寧并沒有呈現(xiàn)這種較為一致的變化趨勢，籽總酚與籽單寧含量始終高于果皮。

2.3.3 類黃酮和黃烷醇

類黃酮是具有C6-C3-C6特征骨架且C4位為酮基的一類化合物，包括了花色苷、黃酮醇、黃烷醇及縮合單寧[18]。在紅葡萄酒中類黃酮占據(jù)了酚類物質(zhì)中的絕大部分比例，除花色苷外，這些酚類物質(zhì)在葡萄坐果后不久就大量合成[19]。試驗中類黃酮隨果實成熟進程仍不斷積累（圖4A），籽類黃酮含量達到峰值的時間較早，由8月19日的33.66 mg·g-1穩(wěn)步累積到9月9日的最高值52.07 mg·g-1，之后快速下降到9月23日的36.43 mg·g-1，后期含量不再發(fā)生明顯變化；皮類黃酮前期平緩波動，9月中旬后開始上升，直到9月28日才達到積累高峰24.79 mg·g-1，之后開始下降，顯然降雨引起了葡萄皮和籽的類黃酮含量下降。

圖4 ‘馬瑟蘭’葡萄轉(zhuǎn)色后類黃酮（A）和黃烷醇（B）含量的變化Figure 4 Changes of flavonoids (A) and flavanols (B) in 'Marselan' grapes after coloration

黃烷醇是形成單寧的最小單體酚，在葡萄成熟過程中逐步聚合成分子量越來越大的單寧[17]。圖4B表明皮黃烷醇含量在果實成熟過程中波動累積上升，于9月28日達到最大值17.23 mg·g-1，然后急劇下降至10月2日的3.64 mg·g-1，隨后略有回升，并在末期采樣中保持了較低的含量7.08 mg·g-1；籽黃烷醇呈持續(xù)下降趨勢，由初次采樣的42.25 mg·g-1連續(xù)下降到10月2日的最低點23.20 mg·g-1，之后反轉(zhuǎn)回升。可見9月20日的強降雨不僅顯著抑制了籽黃烷醇含量的下降，也使皮黃烷醇的合成積累嚴重受阻，且響應(yīng)時間遠比糖、酸、pH等理化指標晚得多。

圖4還顯示了皮類黃酮與皮黃烷醇具有相似的變化趨勢，而籽類黃酮與籽黃烷醇則是完全不同的變化曲線。成熟過程中葡萄籽中的類黃酮與黃烷醇含量始終高于葡萄皮。

2.4 各指標相關(guān)性分析

對5個糖酸指標和9個多酚指標進行相關(guān)性分析，多數(shù)指標間具有顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系（表2）。如花色苷與可溶性固形物、還原糖、糖酸比呈極顯著正相關(guān)，與總酸呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，皮單寧與皮花色苷、皮總酚、皮類黃酮、皮黃烷醇都呈極顯著正相關(guān)，籽黃烷醇與總酸、籽總酚呈極顯著正相關(guān)，與其他指標幾乎都呈顯著或極顯著負相關(guān)關(guān)系（籽類黃酮除外）。

表2 不同采樣期‘馬瑟蘭’果實指標的相關(guān)性Table 2 Correlation of indexes of 'Marselan' grape from different sampling time

2.5 葡萄成熟度指標的主成分分析與最適采收期

經(jīng)KMO檢驗和Bartlett球形檢驗，得出KMO值為0.768，Bartlett值顯著，表明成熟度指標間存在共線性關(guān)系，適合進行主成分分析。將‘馬瑟蘭’葡萄所測各種指標數(shù)值分別構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣，計算特征值和方差貢獻率。依據(jù)累計貢獻率＞85%的原則，提取3個主成分，能夠全面反映不同采收期葡萄果實的品質(zhì)（表3）。

表3 ‘馬瑟蘭’主成分方差解釋Table 3 'Marselan' principal component variance explained

由表4可知，主成分1載荷較大的指標包括皮花色苷、可溶性固形物、皮總酚、籽黃烷醇、糖酸比、皮類黃酮、還原糖、皮單寧、pH、總酸，其中皮花色苷載荷最大，考慮到皮花色苷與其它載荷較大的指標間均存在顯著相關(guān)性，故篩選皮花色苷作為一級指標。主成分2載荷較大的指標只有籽類黃酮，選作二級指標。主成分3中各指標載荷較小，選載荷絕對值最大的皮黃烷醇作為三級指標。

表4 ‘馬瑟蘭’葡萄主成分矩陣Table 4 'Marselan' grape composition matrix

由SPSS 27.0軟件得到‘馬瑟蘭’葡萄不同采樣期相對應(yīng)的主成分系數(shù)矩陣，以此構(gòu)建函數(shù)方程式，各主成分的特征值作為權(quán)重數(shù)，對各自的F1、F2、F3進行加權(quán)計算，可得綜合值F函數(shù)方程，以不同采樣期的F值大小為標準對‘馬瑟蘭’果實品質(zhì)進行綜合評判，確定2021年‘馬瑟蘭’的最適采收期為9月28日（表5），即作為當年‘馬瑟蘭’葡萄的成熟日期。

表5 不同采樣期葡萄品質(zhì)的綜合評價Table 5 Comprehensive evaluation of grape quality in different sampling time

3 討論

釀酒葡萄的果實品質(zhì)直接決定著葡萄酒的質(zhì)量和陳年潛力，反映果實品質(zhì)的糖度、酸度、糖酸比、pH值及單寧、花色苷等多酚物質(zhì)的含量是葡萄成熟度的重要指標[4]。在葡萄正常成熟過程中糖酸等理化指標的變化規(guī)律已經(jīng)較為明確，但成熟期大量降水或澇漬條件下，尤其對紅葡萄酒具有特別意義的來自果皮和種子中多酚物質(zhì)的變化，仍然沒有一致的意見。馬艷兒等[20]比較了不同年份‘赤霞珠’的果實品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)成熟期強降雨年份果實可溶性固形物、還原糖、糖酸比和pH都大大低于正常年份，而總酸含量有所升高，同時果皮總酚、花色苷、單寧、類黃酮及黃烷醇含量下降，與本研究結(jié)果基本一致，只是降雨前后可溶性固形物與總酸變化不大，這可能是由于葡萄品種不同或年際間其它氣象因子的差異造成[21]。胡宏遠等[22]采用模擬淹水的方法研究了釀酒葡萄在淹水處理3～48 h內(nèi)的品質(zhì)表現(xiàn)，認為果實可溶性固形物、花色苷前期升高，中期下降，后期恢復(fù)，總酸的變化與之相反。姜琳琳[23]的試驗也發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢，這與本研究結(jié)果有較大差異，可能由于產(chǎn)區(qū)土壤基礎(chǔ)含水量不同，也可能與試驗設(shè)計的時間段有關(guān)[24]。本試驗也支持了楊豫等[25]關(guān)于單寧相較于糖、酸、pH等理化指標響應(yīng)更晚的觀點。

由于多酚物質(zhì)對紅葡萄酒的重要性，研究者開展了葡萄成熟過程中多酚含量變化的研究，更多的結(jié)果顯示果皮多酚呈總體上升的趨勢[26-28]。蘇鵬飛等[13]認為，果皮花色苷、總酚、單寧、類黃酮和黃烷醇含量持續(xù)增加，成熟后期稍有下降或保持穩(wěn)定，我們的結(jié)果基本支持了這一觀點。但是受強降雨影響，5個多酚指標在9月28日達到最大值之后，除皮單寧保持穩(wěn)定外，其他指標均出現(xiàn)明顯回落。但也有人觀察到單寧呈現(xiàn)持續(xù)下降或波動下降的趨勢[29-31]，多酚測定結(jié)果波動較大[32]，產(chǎn)區(qū)或年份之間的差異或是引起這一現(xiàn)象的部分原因[33]。對葡萄籽多酚的研究更少一些，現(xiàn)有的報道說明葡萄籽中的多種酚類物質(zhì)在成熟過程中的含量很不一致[32]，這也可能與品種、產(chǎn)區(qū)、年份以及多酚提取和測定方法的不同有關(guān)。本研究顯示了籽總酚和籽類黃酮均在9月中旬上升到高點，之后受降雨影響迅速下降到初期水平并保持到最后，籽黃烷醇則持續(xù)下降，降雨后稍有上升，籽單寧前期基本無變化，9月20日強降雨后引起大幅升高。關(guān)于籽單寧雨后急劇升高的原因目前還不清楚，一個可能的解釋是強降雨引起黃烷醇大量合成的同時迅速縮合為收斂性較強的低聚單寧[34]。

一般認為葡萄果皮中多酚物質(zhì)的含量達到最大值而葡萄籽中的多酚物質(zhì)含量較低時就達到了該品種的最佳多酚成熟度[35]，本試驗?zāi)攴莸钠咸哑ざ喾N酚類物質(zhì)的含量最高點都出現(xiàn)在9月28日，這個時間點也是雨后籽總酚、籽黃烷醇等多酚劇變前后的低點，因此，本年度合適的采收期應(yīng)為9月28日，這與主成分分析的結(jié)果相一致。碣石山產(chǎn)區(qū)葡萄成熟期多雨年份的出現(xiàn)具有一定的頻率，本研究為該產(chǎn)區(qū)合理確定采收期提供一種理論方法，但由于每年的降雨量和降雨分布會有很大不同，利用這一結(jié)果進行成熟期預(yù)測仍然具有一定的局限性，應(yīng)該結(jié)合實際降雨情況及品質(zhì)指標的測定結(jié)果去判定。另外，本研究沒有涉及香氣成分以及與紅葡萄酒輔色素化密切相關(guān)的黃酮醇和非類黃酮酚，這些也是釀酒葡萄非常重要的品質(zhì)指標[36]，以后應(yīng)加強這方面的研究。

4 結(jié)論

果實成熟期降水對碣石山產(chǎn)區(qū)‘馬瑟蘭’葡萄果實品質(zhì)具有明顯影響，延緩可溶性固形物含量和糖酸比的上升，降低還原糖含量和pH值，果實基本理化指標對降水的響應(yīng)延遲3～8 d，pH下降效應(yīng)維持兩周以上；葡萄果皮花色苷、總酚、單寧、類黃酮和黃烷醇在果實成熟期內(nèi)具有基本一致的變化趨勢，前期升高，降水顯著降低多酚含量或抑制其不再升高（皮單寧）；葡萄籽多酚含量的變化差異性較大；多酚指標對降雨的響應(yīng)普遍較晚，除籽總酚和籽類黃酮外，其他多酚指標的響應(yīng)時間均延后8～15 d。

通過對5個糖酸指標和9個多酚指標的主成分分析得出，碣石山產(chǎn)區(qū)多雨年份‘馬瑟蘭’葡萄成熟度控制的一二三級指標分別為皮花色苷、籽黃酮和籽單寧，其含量應(yīng)依次達到9.3、38.88、7.85 mg·g-1時，果實品質(zhì)最佳，確定當年的成熟采收期為9月28日，比正常年份提前10～15 d。