河西走廊张掖产区酿酒葡萄果实品质评价与香气特征分析

李彦彪，张菲菲，马维峰，曾宝珍，张 弛，马宗桓，毛 娟

（甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州 730070）

河西走廊地区气候条件独特，干燥少雨、积温高、日照长，适合酿酒葡萄生长，已成为中国酿酒葡萄栽培的主要区域之一[1]，该地区酿酒葡萄产量逐年增长，却普遍存在着葡萄果实品质不高[2]和香气组分不确定等问题，因此，对该地区葡萄果实品质与香气组分进行评价和研究具有重要的现实意义。主成分分析是通过降维的处理[3]，将多个指标通过线性变换选出个数较少的综合指标的分析方法，该方法消除了指标间的信息重叠现象，解决了人为确定权重的问题，是进行果实品质评价的快捷有效方法之一[4]。

果实品质可以分为果实外在品质和内在品质。葡萄果实外在品质指标主要包括果实纵横径、单粒质量等指标，其内在品质指标主要包括糖、酸、总酚等指标。各个品质指标之间既彼此独立，又具有一定的联系[5-6]。糖酸组分决定了葡萄果实的口感，酚类物质在葡萄酒味道与颜色的形成中具有十分关键的作用[7]，单宁能够聚合并稳定色素物质，决定了葡萄酒的口感味道[8]。香气是葡萄果实的标志性品质特征之一，并直接影响着栽培者与消费者对果实的客观评价[9]，不同品质果实特有的香气物质往往是其风味品质的关键组成部分[10]。 然而，有关葡萄品质评价主要指标的研究却存在多种结果。邓婷婷等[11]提出，脆度、总酸含量、花色苷含量、总酚含量可以作为评价葡萄品质的核心指标，他们通过主成分分析得出了品质评价的方程和评分。李雪等[12]发现，果实风味、单果质量、硬度、出汁率、糖酸比均可当作衡量葡萄品质的参数。沈甜等[13]认为，固酸比和糖酸比均可作为葡萄品质评价的主要指标，且内在品质指标对其品质评价结果的影响程度高于其外在品质指标。张强等[14]研究得出，葡萄果实的品质可以其可溶性固形物、总糖、白藜芦醇、总酚这4 个指标来评价。崔文娟[15]在山东省烟台市对张裕公司不同园区的‘蛇龙珠’葡萄果实进行评价时发现，地域条件对葡萄果实香气物质的形成有重要影响。

为了进一步开展酿酒葡萄品质的评价研究，确定河西走廊地区酿酒葡萄品质的评价体系，科学检测其香气组分与含量，推动当地酿酒葡萄产业的发展，本研究以甘肃省张掖市高台县祁连葡萄庄园的5 种酿酒葡萄品种为试材，通过测定果实糖酸比等10 项果实主要品质指标和香气组分，利用主成分分析法，对5 个酿酒葡萄品种的果实品质与香气物质含量进行了综合评价，构建了张掖地区酿酒葡萄果实品质的评价体系，为张掖地区优质酿酒葡萄品种的选择及种植地域的合理规划提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验在祁连葡萄酒庄园进行，试验地位于甘肃省河西走廊张掖市高台县南华镇（东经 98°57′27″—100°06′42″、北 纬39°03′50″—39°59′52″）， 平均海拔1 444 m，年平均气温8.1 ℃，年降水量约112.3 mm。供试的酿酒品种分别为‘赛美容’ ‘蛇龙珠’‘贵人香’‘美乐’‘威代尔’，以0.8 m×3.0 m 的种植密度在南北行向种植。在试验过程中，按照葡萄生产管理日历进行抹芽、绑缚、去卷须、除草等常规管理操作。

1.2 取样方法

葡萄成熟时，随机选取各品种长势优良、无病虫害的果树30 棵，在每棵葡萄树的阴阳两面各取1 串果穗，共60 穗，分别从所采果穗的上、中、下3 个部分各随机选取90 粒果实，将采得的果粒装袋置于-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。

1.3 测定指标与测定方法

1.3.1 果实外观品质指标的测定

在各个品种中随机抽取果粒50 粒，使用电子天平称量，取其平均值即为果实的单粒质量。使用游标卡尺测定果实的纵径和横径，然后以果实的纵径除以相对应的横径计算果形指数。

1.3.2 果实内在品质指标的测定

随机选择20 粒葡萄榨汁，用pH 计（雷磁，PHS-3E 型）测定果汁的pH 值；用手持折光仪测定可溶性固形物含量，用蒽酮比色法[16]测定可溶性糖含量，用NaOH 中和滴定法[17]测定可滴定酸含量，以可溶性糖含量与其对应可滴定酸含量的比值为糖酸比，采用Folin 丹尼斯法[18]测定单宁含量，采用Folin 酚法[19]测定总酚含量。

1.3.3 果实香气成分的测定

使用美国Thermo Scientific 1310-ISQ 气相色谱质谱仪进行香气成分分析，参照Wang 等[20]]的方法（加以改进）进行测定。取各品种洗净晾干的葡萄果实100 g，去除果梗和葡萄籽，用小型榨汁机打碎。加入PVPP 1 g 和D-葡萄糖酸内酯0.5 g， 于4 ℃下超声提取30 min，然后以8 000 r/min 的转速离心10 min，取上层葡萄汁以备用。将10 mL的葡萄汁加入20 mL 的进样小瓶中，然后依次加入氯化钠2.4 g、磁力搅拌转子和50 μL 的内标物2-辛醇（88.2 mg/L），用硅胶隔垫盖紧，将DVB/CAR/PDMS 纤维萃取头置于40 ℃下萃取30 min，结束后进行GC-MS 进样分析，每个品种设3 个平行试验。

气相质谱条件：进样量为1.0 μL，进样口温度为240 ℃，温度程序为40 ℃、持续2 min，在 3 ℃/min 时升至210 ℃，在5 ℃/min 时升至250 ℃， 并保持5 min。质量检测器中电子冲击电压为 70 eV，扫描范围为35 ～350 m/z。最后参考标准NIST 和Wiley 数据库中的质谱检索比对来鉴别检测出的化合物。

香气各组分的含量(μg/g)=[各组分的峰面积/ 内标的峰面积×内标物浓度(mg/L)×50 μL]/样品量(g)。

1.4 数据处理

使用Excel 2010 进行数据统计，计算均值和标准差；采用SPSS 23.0 分析软件进行显著性（Duncan，P＜0.05）分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 果实品质指标的测定结果

对葡萄果实的基本品质指标进行了测定，结果见表1。表1 表明，在果实成熟阶段，果实的单粒质量，‘赛美容’最高，达到了2.37 g，显著高于‘贵人香’‘美乐’‘蛇龙珠’；各葡萄品种的果形指数都接近于1.1，各品种间无显著差异；葡萄中的可溶性固形物含量，‘威代尔’的为23.43%，显著低于其余4 个品种；‘美乐’的可溶性糖含量达到了25.50%，显著高于其余4 个品种，但其可滴定酸含量又显著低于其余4 个品种；从糖酸比来看，‘美乐’＞‘蛇龙珠’＞‘威代尔’＞‘赛美容’＞‘贵人香’；果汁的pH 值，5 个品种为3.3 ～3.6，其中，‘蛇龙珠’果汁的pH 值最高，达到了3.51；‘美乐’中的Vc 含量达到了0.13 mg/g，与‘威代尔’相比，两者间无显著性差异，但两者均显著高于其余3 个品种；‘蛇龙珠’中总酚和单宁的含量分别达到了39.25与12.45 mg/g，两者均显著高于‘威代尔’‘赛美容’‘贵人香’。

2.2 果实品质指标的主成分分析

对表1 数据进行主成分分析，结果见表2 ～3。从10 项果实基本品质指标中提取出贡献率大于1的主成分3 个，分别为F1、F2、F3，其特征值分别为5.30、2.61、1.10，贡献率分别达到52.98%、26.05%、11.01%，3 个主成分的累计贡献率达到了90.04%，可以反映原有10 项果实品质指标的主要信息。其中，主成分F1的主要代表性指标有糖酸比、单宁、可滴定酸；主成分F2的主要代表性指标分别为果形指数和果汁pH 值；主成分F3的代表性指标分别为单粒质量与Vc 含量；以各个主成分的贡献率为权重，构建的酿酒葡萄果实品质综合评价方程为F品质=0.53×F1＋0.26×F2＋0.11×F3，以此方程可计算得出5 个品种酿酒葡萄果实品质的综合评分（表3），按其得分由高到低依次是‘美乐’＞‘蛇龙珠’＞‘威代尔’＞‘贵人香’＞‘赛美容’。可见，‘美乐’的品质最好，可在当地大力推广种植。

2.3 果实香气组分的差异分析

2.3.1 香气组分的种类及含量

5 个品种酿酒葡萄果实中香气物质的组分和含量见表4。从表4 中可以发现，检测中一共发现有34 种香气成分，其中醇类和醛类物质的种类最多，均为9 种，而酚类与酮类物质的种类最少，只有 2 种。而在各品种香气物质的组成中，‘赛美容’的香气组分种类最多，达到了32 种；其次为‘贵人香’，共检测出26 种香气物质；‘蛇龙珠’‘威代尔’‘美乐’香气物质的种类数依次减少，分别为22、21、20 种。不同品种酿酒葡萄所共有的香气物质有12 种，分别是正己醇、反式-2-已烯-1-醇，正己醛、2-已烯醛、苯甲醛、2-甲基苯甲醛、2,4-二甲基苯甲醛，2,4-二叔丁基酚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，十四烷、三十一烷，2,6-二甲基-2,5-庚二烯-4-酮；其中，醇类有2 种，醛类有5 种，酚类和烷烃类物质各有2 种，酮类物质1 种。此外，从表4 中可以看出，酿酒葡萄果实香气组分中还存在着同分异构体，比如2,4-二甲基苯甲醛与对甲基苯甲醛。

表1 5 个品种酿酒葡萄果实品质的测定结果†Table 1 Determination result of fruit quality of five wine grape varieties

表2 果实品质主成分的特征值与贡献率Table 2 Eigenvalues and contribution rates of principal components of fruit quality

表3 果实品质主成分的得分和排名Table 3 Scores and ranking of principal components of fruit quality

由表4 可知，‘威代尔’果实中高含量的香气组分依次是2-已烯醛（21.92 μg/kg）、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（16.00 μg/kg）、香叶醇（14.04 μg/kg）和三十一烷（12.13 μg/kg），这几个组分的含量之和占该品种所有香气成分总含量的67.65%；‘蛇龙珠’果实中高含量的香气组 分 依次 为2- 已烯醛（14 469.25 μg/kg）、三十一烷（2 459.65 μg/kg）、反式-2-已烯-1-醇 （1 950.92 μg/kg）和正己醛（1 714.69 μg/kg），这几个组分的含量之和占该品种所有香气成分总含量的75.27%；‘赛美容’的各香气组分中，含量排在前3 位的组分分别是2-已烯醛（102.71 μg/kg）、 三十一烷（27.80 μg/kg）和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（20.27 μg/kg），这3 个组分的含量之和占该品种所有香气成分总含量的66.49%；‘美乐’的各香气组分中，含量排在前3 位的组分依次为2-已烯醛（37.80 μg/kg）、三十一烷（15.04 μg/kg）和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（13.93 μg/kg），这3 个 组分的含量之和占该品种所有香气成分总含量的62.73%；‘贵人香’的各香气组分中，含量排在前3 位的组分依次为2-已烯醛（10 431.11 μg/kg）、 反式-2-已烯-1-醇（2 286.38 μg/kg）和正己醛 （1 809.70 μg/kg），这3 个组分的含量之和占该品种所有香气成分总含量的68.93%。由上述数据可以看出，2-已烯醛是这5 种酿酒葡萄品种中含量较高且稳定存在的香气成分，此组分可能是酿酒葡萄果实香气物质的关键组成成分。

表4 5 个品种酿酒葡萄果实中香气物质的组分和含量Table 4 Components and their contents in fruit aroma substances from five wine grape varieties

2.3.2 香气物质的相对含量

5 个品种酿酒葡萄果实中各类香气物质的相对含量见表5。由表5 可知，5 个品种酿酒葡萄果实中的香气物质均以醛类为主，其含量占其香气物质总含量的40.32%～67.06%，由此可以得出，醛类物质是酿酒葡萄果实香气特征的主要物质；5 个 品种中，‘蛇龙珠’的醛类成分含量最高，‘威代尔’的最低。其次是酚类物质，各品种果实中酚类的组分和含量跟醛类大致相反，5 个品种果实中酚类物质含量的高低顺序为‘威代尔’＞‘美乐’＞‘赛美容’＞‘贵人香’＞‘蛇龙珠’，‘威代尔’中酚类化合物的含量甚至达到了‘蛇龙珠’的3 倍以上。醇类物质，‘威代尔’的含量最高，达到了19.53%；‘美乐’的含量最低，只有4.91%。烷烃类物质，其含量占其香气物质总含量的3.87%～16.37%；‘贵人香’的含量最低，‘美 乐’的含量最高。酿酒葡萄果实中酮类物质的含量较少，其中‘威代尔’的酮类物质含量占其所有香气物质总含量的2.51%，为5 个品种中的最高者。此外，烯烃类和酯类的香气物质在5 种酿酒葡萄果实中的含量均较低，其含量均在1%以下。

2.4.香气物质的主成分分析

果实香气的主成分分析结果见表6 ～7。从34 种香气组分中提取出3 个主成分，其分别为 F1、F2和F3，其特征值分别为23.87、7.78 和1.77，其贡献率分别达到70.21%、22.87%和5.22%，3 个主成分的累计贡献率高于85%，可以较好地解释原有变量的信息，能代表34 种香气组分分析酿酒葡萄果实的风味特征。然后以主成分F1、F2和F3的贡献率为权重，构建了酿酒葡萄果实香气风味的综合评价模型，其为F香气=0.70×F1+0.23×F2+0.05×F3，以此模型计算得出的5 个品种果实香气风味的综合评分见表7，5 个品种果实香气风味的综合排名由高到低依次是‘贵人香’＞ ‘蛇龙珠’＞‘赛美容’＞‘威代尔’＞‘美乐’，由此可见，‘贵人香’的风味更浓。

表5 5 个品种酿酒葡萄果实中各类香气物质的相对含量Table 5 Relative contents of various aroma substances in five varieties of wine grape fruits

表6 果实香气主成分的特征值与贡献率Table 6 Eigenvalues and contribution rates of principal components of fruit aroma

表7 果实香气主成分的得分和排名Table 7 Scores and ranking of principal components of fruit aroma

3 讨论与结论

3.1 酿酒葡萄果实品质的评价

酿酒葡萄果实品质的评价需要结合外观、口感与评价模型[21]进行。于婷[22]提出，糖、酸、单宁均为酿酒葡萄果实品质评价的关键指标。本研究通过主成分分析发现，外在品质、糖、酸、单宁、总酚都是综合评价酿酒葡萄品质的主要参考指标，说明影响酿酒葡萄果实品质的性状基本相同，这与刘春燕等[23]的研究结果相似。在酿酒葡萄果实品质评价模型中，糖酸比[24]作为果实品质判断的直接参考标准，可以用来大致评价其品质的优劣，供试各品种葡萄果实的糖酸比由大到小分别是‘美乐’＞‘蛇龙珠’＞‘威代尔’＞‘贵人香’＞ ‘赛美容’；程大伟等[25]提出，葡萄果实中的可滴定酸含量，一等品质的≤0.50%，二等品质的≤ 0.55%，三等品质的＞0.55%，按此标准评价可知，‘美乐’与‘蛇龙珠’的果实品质均属于一等，‘威代尔’‘贵人香’‘赛美容’的果实品质均属于三等。这一评价结果与主成分分析所得出的结果一致，说明本研究对酿酒葡萄果实品质的评价结果具有较高的准确性。然而，以不同酿酒葡萄果实品质评价模型评价的结果存在差异。白世践等[26]发现，外观品质性状对葡萄综合品质评价的影响较大；沈甜等[13]认为，葡萄内在品质指标在葡萄品质评价中的占比高于外在品质指标。根据本研究结果可以得出，在测定理化指标进行评价的同时结合实际感官评价，能够提高果实品质评价的准确性。此外，在对不同地域酿酒葡萄的果实品质进行评价时，需要结合气候、土壤、海拔等环境条件，因此，以后的研究可以在品质指标的基础上加入气候因素进行评价，最终筛选出栽培区品质最好的品种进行推广种植，以推进酿酒葡萄产业的发展。

3.2 酿酒葡萄果实香气物质的组分分析

果实风味品质同时受香气组分含量和比例结构的影响，尤其是组分构成的变化对香气品质的形成更为重要[27]。研究中发现，从5 个品种酿酒葡萄果实中共检测出34 种香气化合物，从各类香气化合物的含量来看，主要有醛类、酚类、醇类，这与胡博然等[28]对宁夏贺兰山东麓地区的‘蛇龙珠’葡萄果实的香气化合物的研究结果存在差异，他们发现，‘蛇龙珠’葡萄香气物质中醛类、羧酸类和酯类的占比最高。产生差异的原因也许是地域条件的不同，具体原因也需通过感官分析和试验比对进行深入研究。香气成分的构成及分布能为感官质量评价体系的构建提供理论依据，然而，不同品种酿酒葡萄果实的香气组分多且含量丰富，无论在组成种类、相对含量、所占比例还是特有成分等方面都存在较大差异。史星雲等[29]在对‘马瑟兰’香气组分的研究中发现，醛类物质是‘马瑟兰’果实中含量最高的香气组成成分，其含量达到了‘马瑟兰’香气物质总含量的77.69%，其主要 包括反式-2-己烯醛和己醛；而蒋宝等[30]在对‘赤霞珠’等品种葡萄果实香气物质组成的研究中发现，在酿酒葡萄果实香气成分醛类物质的组成中，己醛和壬醛的含量占比最高，这一结果与史星雲等[29]研究的结果存在差异；但是，他们都发现，醛类化合物在酿酒葡萄果实香气组分中的占比最大。研究中发现，果实香气成分中醛类物质的含量占所有香气组分总含量的40.32%～67.06%，其中，2-己烯醛在香气组分中的含量最高，这与魏志峰等[31]对‘阳光玫瑰’葡萄香气组分的研究结果一致。通常认为，在果实中包含的多种挥发性化合物质中，只有一种或几种关键成分对果实品质和风味的形成起着主要作用，结合他人和笔者的研究结果可以推测，2-己烯醛在多数酿酒葡萄的果实中均作为主要香气组分存在，可能是酿酒葡萄最关键的特征香气物质之一。

综上所述，河西走廊张掖地区酿酒葡萄品种间其果实品质特征和香气组分的差异均较大。其中‘美乐’的果实品质表现最佳，该品种适宜于当地大面积推广种植；‘贵人香’香气组分含量的综合评分最高，该品种是河西走廊张掖产区果实风味最佳的优良种质资源。研究结果表明，外在品质、糖、酸、单宁、总酚都是综合评价酿酒葡萄品质的主要性状指标，醛类化合物是构成酿酒葡萄果实香气组分的主要物质，而2-己烯醛可能是酿酒葡萄果实特征香气的重要成分之一，这一研究结果可为张掖产区酿酒葡萄种质资源的筛选与保存提供参考依据。