行间覆盖砂石对赤霞珠果实品质及香气物质的影响

杨 洋 ， 张亚红 ，， 李光宗 ， 杨新宇 ， 张小虎

（1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2.宁夏大学葡萄酒学院，宁夏银川 750021）

酿酒葡萄品种因其适应能力强，是世界上栽培规模较高的果树。经过长期发展，我国已逐步形成新疆、京津冀、山东、贺兰山东麓等优质酿酒葡萄产区，各产区气候、土壤条件差异明显，产品各具特色。葡萄品质主要由品种决定，但其生物合成还受到气候因素、土壤条件、植物激素等调控[1]。温度是影响葡萄品质的重要环境因子，研究发现，温度对酿酒葡萄含糖量的升高及含酸量的降低均有促进作用[2]。在夏季高温地区，葡萄果实的糖度高，但酸发育不好，香气和着色都受到不利影响[3]。葡萄中花色苷的含量在20℃时会显著提高，而30℃时花色苷的积累几乎停止[4]，但花青素在高温下的最终浓度主要取决于其合成和降解之间的平衡。昼夜温差对葡萄可溶性固形物、固酸比的形成具有抑制作用，对总酸的形成有促进作用[5]。在酿酒葡萄成熟期，昼夜温差增大有利于葡萄果实花色苷的积累，含糖量和品质指标均会提高[6]。近年来，国内外科研工作者开展了很多昼夜温度变化对葡萄品质影响试验，多数研究是在气候室内进行[7-8]，少数是对葡萄果实局部进行温度调控研究[9]，田间试验较少。目前，田间温度调控措施主要有搭建温室或开顶室[10]、土壤电加热[11]、红外线反射和辐射[12-13]等。温室或开顶室设计简单，无须耗电，但会影响风速、湿度、CO2浓度等；土壤加热可精确控制土温，但会影响土壤湿度和气体扩散，而且地上部分增温不明显；红外线反射运行成本低，但反射帘布会影响雨水及风速；红外线辐射能较准确输入热量及模拟气温变化，但耗电较多，加热面积有限。

本试验在大田环境条件下，利用砂石白天吸热快、比热大、夜晚降温快的自然属性，以及覆盖砂石成本低易操作等特点，通过葡萄植株行间覆盖砂石，以行间清耕为对照，研究行间覆盖砂石对赤霞珠果实品质和香气物质的影响，为利用调控微环境生产高品质葡萄浆果、酿造风格独特的葡萄酒提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2019 年7 月至2019 年9 月在宁夏银川市宁夏大学葡萄酒学院葡萄种植园进行。银川地处宁夏平原中部，年平均气温8.5 ℃左右，年平均日照时数2 800～3 000 h，平均年降水量200 mm 左右，干燥少雨，光照充足，昼夜温差大，属于中带干旱气候区。葡萄种植园土壤含砾石、沙粒，以淡灰钙土为主。

以7 年生欧亚种葡萄赤霞珠（Cabernet Sauvignon）为试验材料。栽培方式为南北行向，植株“厂”字形整形修剪，株行距0.5 m×3.0 m，常规管理。

1.2 试验设计

于果实转色前15 d 开始在葡萄植株行间覆盖砂石（Cover gravel，CG），以行间清耕为对照（Contrast check，CK），计 2 个处理；每个处理选择相邻 3 行葡萄藤，每行25 株，每小区面积约125 m2；在葡萄藤下地表均匀覆盖直径3 cm 左右形状不规则的青灰色破碎河卵砂，覆盖厚度5 cm 左右，统一田间管理。在每个处理小区内均匀设置3 组温湿度记录仪，布置在叶幕层垂直高度0.4 m（果实附近）处，并在每个小区葡萄根东侧20 cm 处，把土壤温度记录仪探头分别埋入地面下10 cm 和30 cm 处，测定土层温度。在处理期间选择典型晴天，用手持光照仪测定CG 和CK 反射光的日变化，试验共处理40 d。

1.3 果实品质指标测定

于赤霞珠浆果转色后第5 d 开始采样，间隔10 d，共采6 次。随机摘取葡萄果穗适量，兼顾阴、阳面，叶幕层内外果穗，并且采样过程中不得撕破或蹭破果粒果皮，采完立即放入冰盒带回实验室，用剪刀剪下所有健康果粒后混匀，随机分装成2 份。鲜样用于测定果实可滴定酸；另一份样品用液氮快速冷冻后放入-80 ℃冰箱备用。

采用手持糖量计测定可溶性固形物；酸碱滴定法测定可滴定酸含量；可溶性糖测定采用蒽酮硫酸比色法[14]；葡萄果实总酚的测定采用福林酚法[15]，单宁的测定采用用福－丹尼斯法[16]；花色苷用pH 示差法测定[17]。

挥发性香气成分的测定采用顶空固相微萃取方法提取，运用气相色谱与质谱联用技术（GC-MS）分析，参照杨晓帆[18]的方法并稍加修改；前处理：称取适量液氮打磨样品置于顶空瓶中，加3 g 氯化钠，密封，于80 ℃下水浴平衡30 min，用固相微萃取针萃取30 min，待萃取结束后，萃取针在进样口解吸5 min。30 m x0.25 mm x0.25 μm 色谱柱；扫描方式：Full Scan；升温程序：起始温度：45 ℃，保持 3 min，以 5 ℃/min的速率升至 200 ℃，保持 6 min，再以 30 ℃/min 的速率升至250 ℃，保持4 min。采集到的质谱图利用NIST 谱库进行检索，鉴定样品中的挥发性成分，并利用峰面积归一化法分析各成分的相对含量。

1.4 数据统计分析

数据的整理、汇总和初步分析制表在WPS2019中完成，进一步釆用Origin2018 版进行t 检验、方差分析及绘图。

2 结果分析

2.1 覆盖砂石环境特征综合效应分析

如表 1，统计试验期间（35 d）CG 与 CK 处理的温度、湿度物理量平均值，及典型晴天反射光日变化，利用成对平均数比较[19]，进行t 检验，在P=0.05水平下验证其显著性，若P 值小于0.05，则显著，反之则不显著。如表1 可知，CG 显著提高了白天叶幕层温度，显著降低了土层温度；两处理间夜间叶幕层温度和相对湿度表现不显著；选择典型晴天测定CG与CK 的地面反射光，没有表现出显著差异，这可能与选择的砂石颜色是青灰色有关，并没有大幅度引起地面反射光的变化。

表1 覆盖砂石环境特征综合效应统计检验

2.2 不同处理果实糖酸积累比较

由表2 可知，果实转色后，CG 和CK 可溶性糖含量均呈现上升趋势，初期上升幅度大，且二者含量CG 始终显著高于CK；可滴定酸含量在初期迅速下降，之后呈缓慢下降趋势，于果实成熟期下降到最小值，且可滴定酸含量CG 始终显著高于CK。成熟期，可溶性糖和可滴定酸含量CG 较CK 分别提高了12.2%和18.1%。果实中糖酸比即成熟系数是浆果成熟度的一项生理指标，两个处理成熟系数的大小在果实转色后交替变化，最终CK 成熟系数高于CG。

2.3 不同处理果实酚类物质比较

2.3.1 单宁和总酚 图1 为果实转色后两个处理果实单宁和总酚含量的变化。从图中可以看出，转色至成熟期两个处理单宁和总酚含量呈下降趋势；果实转色后，CG 的单宁含量始终大于CK，果实成熟时，CG 较CK 的单宁含量提高了22.3%；果实总酚含量则表现为CG 大于CK，但差值是由大逐渐减小再增大的波动状态。果实成熟时，总酚含量CG 较CK 提高了7.4%。

2.3.2 花色苷和类黄酮 花色苷在葡萄果实中是逐渐积累的。由图2 可以看出，从转色后至成熟时，两种处理果实花色苷含量均呈上升趋势，且CG 始终大于CK。在25~35 d 时，CG 果实花色苷含量上升幅度迅速增大，成熟时CG 较CK 花色苷含量提高了23.3%。两种处理的类黄酮含量呈波动上升趋势，在5~35 d，两种处理间没有显著差异；在35~55 d 均出现先下降后上升趋势，并达到最大值，最终表现为类黄酮含量CG 较CK 提高了12.7%。

2.4 不同处理果实挥发性香气物质比较

果实成熟时，两个处理中均检测醛酮类、萜烯类、酯类、醇类及其他类挥发性成分。如图3 所示，醛酮类果实挥发性组分的主要成分，占各处理样品总量的65%以上。CG 的醛酮类和萜烯类化合物总的相对含量较CK 分别增高了10.7%和60.6%；但CG的脂类化合物和醇类化合物较CK 减少，分别减少了25.6%和45.6%；香气物质中的萜烯类和脂类化合物相对含量占比均较小，但味觉阈值低，在果实风味物质中占据着重要的作用。其他类物质如羧酸、烷类等对果实香气物质的影响很小。

表2 不同处理果实糖酸含量变化

图1 不同处理果实单宁和总酚含量的变化

图2 不同处理果实花色苷和类黄酮含量的变化

由表3 可知，CG 和CK 检测到的挥发性物质分别为45 种和44 种，共有成分为11 种，且两个处理间的相对含量有着明显的差异。含有青草香味的反式-2-己烯醛在共有香气物质中占比最大，CG 中的反式-2-己烯醛较CK 高66.2%；CK 中的壬醛和苯乙醇的相对含量较CG 均高1 倍左右，但占总量比例较小；CG 中的苯甲醛、1-辛醇和β-大马士酮的相对含量均高于CK，其中带有混合香气且嗅觉阈值很低（2 ng/L）的β-大马士酮最为明显，相对含量较CK 增加约3.6 倍。醛类和萜烯类物质的相对含量增大，会提高果实感官品质。

3 讨论

本试验中，较CK 而言，CG 处理对空气湿度、反射光日变化没有影响，但显著增高了白天葡萄叶幕温度，导致温度日较差变大；砂石阻挡了地面与太阳辐射的直接接触，使得CG 的土壤温度显著低于CK。可见，CG 处理改变了葡萄植株微域温度环境。

图3 不同处理果实各类香气化合物占比

表3 不同处理果实共有挥发性物质比较

本文分析了行间覆盖砂石与葡萄成熟过程中浆果品质的关系。研究发现，成熟期白天温度较高而夜间温度较低，可使葡萄果实着色良好，含糖量和品质都有提高，但温度过高会加速苹果酸的分解[20-21]。本试验发现，在果实转色后至成熟期，CG 果实中可溶性糖和可滴定酸始终大于CK，CG 加快了糖的积累，减缓了酸的降解。但CG 处理引起的白天升温并没有加速酸的分解，可能与升温幅度有关。酿酒葡萄果实成熟期间单宁和总酚的含量是逐渐下降的，且气温日较差增大，有利于单宁含量的增加[22]。而花色苷含量与成熟过程中较大的昼夜温差呈正相关关系[23]。这与本试验的结果一致，果实转色后，单宁和总酚整体呈下降趋势，而花色苷和类黄酮整体呈上升趋势，成熟期在果实中均为CG 高于CK。可能与CG 处理提高了白天温度，增大了日较差，从而改变了植物光合产物积累与呼吸消耗的平衡，因而为果实二次代谢物的合成提供了不同含量的必备物质。同时CG 处理降低土壤温度也有一定影响，葡萄根系最适生长温度为15~25 ℃[24]，土壤温度始终处于最适生长温度范围内，一定程度会增加葡萄根系的活力。

本试验发现，行间覆盖砂石改变了成熟时赤霞珠果实中挥发性香气成分的种类及醛酮类、萜烯类、脂类和醇类化合物在挥发性香气成分中所占的相对比例。不同果实的香气种类、浓度和质量不一样，构成了葡萄酒不同的风格特征和典型性。研究发现，冷凉气候对碳六化合物合成有一定的促进作用[25]，而高温不利于香气的形成[26]。本试验结果发现，与CK相比，CG 增加了醛酮类和萜烯类化合物总的相对含量，但CG 的脂类化合物和醇类化合物较CK 有所减少。在共有化合物中，CG 果实中醛酮类反式-2-己烯醛、己醛含量均高于CK。CG 果实中带有混合香气的萜烯类β-大马士酮高于CK，虽然香气物质中的萜烯类相对含量占比均较小，但味觉阈值低，对葡萄酒的感官特性影响很大[27]。冷凉环境有助于葡萄果实香气物质的合成，但短暂的高温同样会提高葡萄的品质[28]，因为温暖地区具有更高的萜类物质[29]。目前，关于温度对果实挥发性香气物质影响的研究较少，需进一步去研究探讨。

4 结论

本试验研究结果表明，在果实转色至成熟期，行间覆盖砂石增高了白天叶幕温度，增大了气温日较差，降低了土层温度，因此提高了可溶性糖、花色苷和类黄酮的积累速率，减缓了总酸、单宁、总酚的降解速率，表现为成熟时较对照都有显著提高。行间覆盖砂石对成熟时果实香气种类数量影响不显著，但对香气组成有明显影响；与对照相比，行间覆盖砂石增加了醛酮类和萜烯类化合物总的相对含量，但脂类化合物和醇类化合物较对照有所减少。由此可见，行间覆盖砂石可以通过改变微域环境提高赤霞珠葡萄果实品质。