不同干化形态的威代尔葡萄果实理化特性和挥发性物质比较

朱佳祺1,谢亚琼2,苏婷青3,李超4,张雪5,杨慧5,束超1,朱袁正鸿1,张军翔1,6*

1(宁夏大学 葡萄酒与园艺学院,宁夏 银川,750021)2(银川市西夏区贺兰山西路街道办事处农业综合服务中心,宁夏 银川,750021)3(宁夏君祥葡萄酒庄有限公司,宁夏 银川,750021)4(银川市河东生态园艺试验中心,宁夏 银川,750021)5(宁夏大学 生命科学学院,宁夏 银川,750021)6(葡萄与葡萄酒教育部工程研究中心,宁夏 银川,750021)

摘 要 该文利用贺兰山东麓产区威代尔葡萄生产干化型葡萄酒,针对该品种离体干化过程中果实形态分异现象,解析不同干化形态(正常果、褐色果、黑色果)的理化特征与挥发性物质差异,以期为工艺优化提供科学依据。采用离体干化的方法对葡萄进行干化,监测干化过程中理化指标的变化,并利用顶空固相微萃取气相色谱-质谱联用技术结合正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least-squares discrimination analysis,OPLS-DA)对挥发性物质进行鉴定。结果表明,果实离体干化15 d总糖含量达到390 g/L,基本达到干化型葡萄酒要求,可滴定酸含量上升25.06%,pH上升22.32%;百粒重减少50.34%,百粒体积减少47.51%,出汁率减少32.1%。干化结束后,形成正常、褐色和黑色3种形态果实,其失水程度依次上升,理化指标有显著差异,挥发性物质含量依次减少,脱水导致萜烯类物质含量锐减,其中香叶醇和月桂烯损失最显著。褐色果与黑色果的乙酸乙酯和苯甲醛特异性积累可作为干化酒风味调控的关键物质,适当的干化有利于香茅醇的积累。正常果主要呈现花香和果香,褐色果和黑色果主要呈现花香。整体香气强度:正常果>黑色果>褐色果,在OPLS-DA模型中共检测出9种变量投影重要性(variable importance plot,VIP)值>1的物质,可用于不同形态香气鉴别分析。综上所述,褐色与黑色果实对干化酒典型风格形成具有决定性作用,为建立基于表型分选的原料分级标准提供了理论支撑。

关键词 威代尔;干化;理化;挥发性物质;顶空固相微萃取

干化酒作为自然葡萄酒的重要分支有着悠久的历史,因其特有的风味、独特的香气、柔软甜润的口感而深受广大消费者的青睐。干化酒需要的酒精度及甜度完全来自于葡萄的本身[1],因此葡萄原料需要通过糖分浓缩来实现风味的提升。果实干化需要将处在成熟期的葡萄(糖分在290 g/L左右)采下放在阳光照射或阴凉通风处进行干化处理或采用专用的设备来加速风干,其逐渐脱水褐变,当糖分浓缩至400 g/L左右时进行酿造,其酒精度至少为16%vol[2]

葡萄干化过程中物理和化学性质发生改变,从而影响葡萄酒的发酵和感官特性[3]。葡萄干化过程中最明显的是糖含量增加,葡萄果实在高糖环境下,酵母代谢生成更多乙酸和酯类物质而影响酒的风味[4],具体表现为果味、甜味、烘烤味的增加[1]。干化过程中可滴定酸含量的变化因果实品种、干化时间和干化方式的影响而存在不同[5],当干化葡萄酒中糖酸平衡时,葡萄酒的口感更加协调[6]。同时,葡萄脱水影响葡萄中挥发性化合物和多酚的代谢和氧化。干化后的葡萄果实中挥发性化合物积累[7],非挥发性物质如总酚、单宁和花色苷含量均会有所提高[8]。干化过程中细胞结构的改变会使葡萄果实中一些非挥发性化合物前体积累并在发酵过程中转变为挥发性化合物从而改变葡萄酒的香气[9]。简而言之,适度干化直接或间接地改变了葡萄和葡萄酒的特性。

贺兰山东麓为温带半干旱气候,年累积日照时数平均为3 000~3 500 h;年降雨量较少, 一般在150~300 mm;昼夜温差大,有利于糖分的积累,不仅为酿酒葡萄的生长创造了得天独厚的条件,也有利于高品质酿酒葡萄的干化处理[10]。威代尔系白色葡萄品种,是白玉霓和白赛比尔的杂交后代[11],其果皮较厚,可抵御病原微生物入侵;干化过程中酸度稳定性较高,可有效平衡酒体糖酸比,同时对宁夏产区干旱气候及碱性土壤表现出显著环境适应性,适宜酿造干化葡萄酒。

不同的品种、干化方式使果实的理化指标和挥发性物质有着巨大的差异,导致酿造出来的葡萄酒品质各异。目前对于干化葡萄酒的研究主要集中于工艺优化与风干技术、微生物与发酵管理、化学成分与品质分析、风味与感官特性等方面。但是对于特定产区及品种的果实干化过程及干化后果实分异现象的研究较少,本文以贺兰山东麓产区‘威代尔’为研究对象,监测干化过程中果实理化指标的变化以及干化结束后的3种形态果实理化性质差异,并通过多技术联用解析干化结束后3种形态果实的挥发性物质差异,为干化型葡萄酒生产中风味的进一步调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

葡萄原料:2023年11月3日采自宁夏贺兰山东麓产区君祥酒庄的威代尔葡萄。

试剂:氢氧化钠溶液、酚酞指示剂、葡萄糖、次甲基蓝、五水硫酸铜、酒石酸钾钠(均为分析纯),国药集团化学试剂有限公司;交联聚乙烯吡咯烷酮(crosslinked polyvinylpyrrolidone, PVPP)、葡萄糖酸内酯,上海阿拉丁试剂有限公司;4-甲基-2-戊醇(色谱纯),日本TCI公司;香气标准品,美国Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

雷磁 pHS-3C pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司;ME104E电子天平,瑞士METTLE公司;手持糖度计,日本ATAGO公司;7890B气相色谱-7000D质谱仪、DB-WAX色谱柱(60 m×250 μm,0.25 μm),美国Agilent公司。

1.3 实验方法

1.3.1 原料干化方法

原料推迟采收至11月3日。由于葡萄冬季埋土,此时葡萄仍未能达到生产干化型葡萄酒的要求。将采收回来的威代尔葡萄经人工分选去除霉烂果和生青果后,放入通风冷凉的室外场地进行干化,直至葡萄原料的糖度基本达到生产干化型葡萄酒的要求(400 g/L左右)[2]

1.3.2 理化指标测定方法

从11月3日采用五点采样法开始每隔2 d对威代尔葡萄进行取样,采样时兼顾上、中、下部位的果粒,将果粒装入保鲜袋内,放入4 ℃的冰箱内,对采样地点进行标记,以便下一次采样。干化结束后,分别取正常果、黑褐色果和皱缩果果粒装入保鲜袋内,做好标记。从不同干化阶段保存的样品中取出100粒果粒测定其百粒重和百粒体积,另取100粒果粒进行压榨,测定其出汁率[12]、总糖[13]、可滴定酸[13]和pH值。干化结束后,用同样的方法分别测定3种形态果实的百粒重、百粒体积、出汁率、总糖、总酸含量、pH值。上述所有检测均重复3次。

1.3.3 挥发性香气成分测定方法

游离态全种类挥发性化合物提取:称取15 g用液氮打碎的葡萄果实粉末于离心管中,加入0.15 g PVPP和0.1 g葡萄糖酸内酯后混匀,在4 ℃冰箱中放置4 h后,在4 ℃、8 000 r/min的条件下离心10 min后取上清液,即得澄清葡萄汁[14]

顶空固相微萃取:称取1.5 g在105~110 ℃烘干的NaCl于20 mL的顶空瓶中,加入5 mL葡萄汁和10 μL 4-甲基-2-戊醇内标(1.008 3 g/L),将顶空瓶置于自动进样器中,转速400 r/min,50 ℃平衡 30 min,50 ℃萃取。

色谱条件:进样口温度230 ℃;升温程序:起始柱温50 ℃,保持1 min,3 ℃/min升至220 ℃,保持5 min;载气高纯氦气(纯度≥99.999%),流速1 mL/min,不分流进样。

质谱条件:电子轰击离子源;电子能量70 eV,传输线温度235 ℃,离子源温度230 ℃;Scan模式下质量(m/z)扫描范围为35~300。

挥发性香气成分的定性与定量分析:根据标样的色谱保留时间和质谱结果,对比NIST 17标准谱库,对香气物质进行定性分析,有标品的挥发性物质对照其标曲进行定量,没有标品的挥发性物质按相似化学结构的物质进行定量,随后计算香气活性值(odor activity value,OAV)[15]

参考奚晓军等[16]的方法,根据挥发性物质的香气描述将香气分为8个香列:植物类、花香类、果香类、脂肪类等,通过对应香系的活性香气成分的OAV累计值进行果实香气轮廓分析,当活性香气成分对应多个香味系列时,每个系列均获得该OAV。

1.4 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 27.0软件进行平均值和标准偏差的计算并进行ANOVA方差分析(P<0.05);采用Microsoft Excel 2019软件统计数据;采用OriginPro 2021软件绘制折线图;香气轮廓图和主成分分析图;采用SIMCA 2024软件完成数据分析及作图。

2 结果与分析

2.1 干化过程中威代尔葡萄果实理化指标的变化

图1-a~图1-c分别为干化过程中葡萄总糖含量、pH值及可滴定酸含量的变化,可以看到,干化从11月3日—11月18日(15 d),果实的总糖含量由于水分散失引发的浓缩效应[17]从285 g/L增加到390 g/L,基本达到了干化型葡萄酒要求[18]。可滴定酸含量上升了25.06%,但果实的pH值上升了22.32 %,pH并未随着可滴定酸含量的升高而降低,其原因可能是葡萄中的金属阳离子含量升高,盐类物质含量有所增加,能在一定程度上中和酸,使pH升高[19]。图1-d~图1-f分别给出了干化过程中葡萄百粒体积、百粒重及出汁率的变化,可以看到,从11月3日—11月18日,果实的百粒重、百粒体和出汁率的迅速下降直接反映了细胞损伤与水分蒸发的协同作用。百粒重由采收时的158.1 g,晾晒15 d后下降到78.2 g,减少了50.34%;百粒体积由采收时的162.6 mL,至晾晒结束下降到85.35 mL,减少了47.51%。果实出汁率呈现出先缓慢后迅速下降的趋势,从11月3日的82.45%下降至11月18日的55.97%,这与初期细胞膜部分保留保水功能,后期膜结构完全崩解有关[20],这种物理损伤虽促进糖分浓缩,但过度干化可能因汁液过度黏稠影响压榨效率[21],需通过分阶段调控干化强度平衡糖分获取与加工性能。

a-总糖;b-pH;c-可滴定酸;d-百粒体积;e-百粒重;f-出汁率

图1 干化过程中果实理化指标的变化
Fig.1 Changes in physical and chemical indicators of fruits during the drying process

2.2 干化结束后不同形态威代尔葡萄果实的理化指标分析

如图2所示,干化15 d结束后葡萄果实按颜色及失水程度不同分为正常果、褐色果以及黑色果,其中褐色果和黑色果占比较多。由表1可知,随着失水程度的加深,3种形态的百粒重和百粒体积有显著差异。果实的含糖量差异显著,黑色果的糖分质量浓度最高,达到397.74 g/L,其次是褐色果,达到333.25 g/L,最后正常果仅有287.33 g/L。黑色果的可滴定酸含量与正常果和褐色果差异显著,黑色果较高的可滴定酸意味着其在酿造过程中能够提供更多的酸,有助于保持葡萄酒的结构平衡。pH影响葡萄酒的稳定性和微生物活性。正常果的pH值为3.93,褐色果和黑色果的pH略高且无显著差异,但仍处于适宜葡萄酒生产的范围内。可以看出褐色果和黑色果是干化型酒糖分的主要贡献形态。

图2 干化结束后不同形态威代尔葡萄果实
Fig.2 After drying, different forms of Vidal grape fruits

表1 干化结束后不同形态威代尔葡萄果实的理化指标
Table 1 Physical and chemical indicators of Vidal grape fruits in different forms after drying

果实形态百粒重/g百粒体积/mL总糖含量/(g/L)可滴定酸含量/(g/L)pH值正常果125.36±2.07a148.07±1.07a287.33±8.08c7.00±0.02b3.93±0.08b褐色果86.30±1.05b92.67±8.31b333.25±11.27b7.19±0.11b4.07±0.01a黑色果45.26±1.83c60.00±7.62c397.74±10.00a11.37±0.17a4.09±0.02a

注:不同小写字母表示同列数据差异显著(P<0.05)。

2.3 不同形态威代尔葡萄果实挥发性物质分析

葡萄干化过程中果实生理代谢受到干预,表2给出了不同果实形态下挥发性物质的种类及含量,可以看到,3种形态的威代尔葡萄果实的挥发性物质主要分为醇、醛酮、酯和萜烯四大类。其中正常果果实中的挥发性物质种类为42种,褐色果果实中的挥发性物质种类为41种,黑色果果实中的挥发性物质种类为43种。正常果的挥发性物质含量最高,且显著高于其他2种果实,黑色果的挥发性物质含量最低,其原因可能是果实表皮破裂,挥发性物质的氧化与微生物的代谢降低了挥发性物质的含量[22]

3种形态果实醇类种类差异不大,正常果的醇类总量最高,达到3 773.13 μg/L,褐色果为1 532.09 μg/L,黑色果最低,为956.94 μg/L,这说明随着干化程度加深,醇类总量减少。正常果果实中正己醇的含量最高,占其总醇的69.7%。褐色果中6-甲基-3-庚醇的含量显著高于其他2种果实,这种物质为葡萄酒带来油脂的味道,可提升葡萄酒的复杂度。3-甲基-3-丁烯-1-醇和反式-2-辛烯-1-醇只在褐色果和黑色果中检测出来,这赋予了果实更多的水果香气;庚醇只在正常果中有检出,含量为224.63 μg/L;具有花蜜味的2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇仅在褐色果中检测到;这些醇类物质可以为葡萄贡献水果味、青香和花香味[23]

酯类物质是葡萄果实的重要组成成分,这些物质可以产生令人愉快的香气[24]。如表2所示,正常果的酯类总量最低为154.67 μg/L,褐色果最高为218.68 μg/L,黑色果次之为209.39 μg/L。挥发性物质种类方面,褐色果有7种,黑色果6种,正常果4种。葡萄干化过程中一些美拉德反应等非酶褐变反应产生一些挥发性的酯类物,同时酯化反应的持续进行以及酯类物质相对稳定不易随水分挥发而散失的特性,导致褐色果酯类物质相对浓度较高[25]。随着干化程度的加剧,酯类物质种类及总量增加,但黑色果可能因进一步氧化或挥发导致总量略低于褐色果。乙酸乙酯、乙酸己酯和辛酸乙酯是3种形态下共有的酯类物质。乙酸丁酯、正己酸乙酯、正己酸乙酯和乙酸异戊酯并未在正常果中检出,黑色果和褐色果中乙酸乙酯的含量显著高于正常果;甲酸辛酯只在褐色果中有检出,己酸-1,5-二甲基-1-乙烯基-4-己烯酯只在正常果中存在。

表2 干化结束后不同形态威代尔葡萄果实的挥发性物质含量及种类 单位:μg/L
Table 2 The content and types of volatile substances in different forms of Vidal grape fruits after drying

挥发性物质正常果褐色果黑色果乙酸乙酯63.87±0.06c101.42±0.16b132.99±0.26a己酸-1,5-二甲基-1-乙烯基-4-己烯酯75.43±0.01a ND ND乙酸己酯4.89±0.09a4.26±0.19b3.82±0.28c辛酸乙酯10.48±0.05b12.47±0.08a3.87±0.05c甲酸辛酯ND40.10±0.007aND酯类 乙酸丁酯ND4.44±0.01b4.64±0.06a正己酸乙酯ND49.26±0.13a43.29±0.26b乙酸异戊酯ND6.74±0.18b20.78±0.02a酯类挥发性物质总量154.67±0.20c218.68±0.75a209.39±0.93b酯类挥发性物质种类/种476正丁醇30.47±0.01a13.67±0.05c14.16±0.10b异戊醇90.28±0.44a11.47±0.09c27.54±0.10b1-戊醇37.01±0.04a4.53±0.18b4.66±0.07b3-甲基-3-丁烯-1-醇ND4.54±0.19b501.45±0.57a2-庚醇33.55±0.46a9.01±0.60b6.91±0.03c正己醇2 630.38±0.81a16.46±0.08c31.36±0.02b(E)-3-己烯-1-醇205.98±0.05a3.52±0.03c5.16±0.18b6-甲基-3-庚醇19.71±0.25b1 314.44±7.09aND顺-2-己烯-1-醇20.07±0.01a12.32±0.02b7.47±0.07c醇类 1-辛烯-3-醇151.94±0.75bND183.61±0.11a庚醇224.63±0.17aNDND(±)-6-甲基-5-庚烯基-2-醇43.56±1.73a4.74±0.28c15.68±0.05b2-乙基己醇73.44±0.14a4.20±0.40c21.75±0.25b1-辛醇61.18±0.60aND15.93±0.01b2,6,8-三甲基-4-壬醇5.93±4.31aNDND反式-2-辛烯-1-醇ND2.24±0.12b14.51±0.04a2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇ND112.63±0.22aND1-壬醇17.07±0.33aND11.50±0.10b苄醇47.57±4.53a12.87±0.37c25.07±0.26b苯乙醇80.23±0.56a5.44±0.05c70.19±0.62b醇类挥发性物质总量3 773.13±15.25a1 532.09±9.80b956.94±2.57c醇类挥发性物质种类/种171516仲辛酮ND 5.27±0.05b 7.06±0.03a5-甲基-3-庚酮ND4.58±0.49a5.06±0.08a2-己酮9.07±0.34c13.66±0.02b14.09±0.06a异戊醛ND41.50±0.10a37.99±0.04b己醛1 701.91±8.86a ND563.49±1.20b庚醛ND32.14±0.26b33.34±0.24a反式-2-癸烯醛9.18±0.49aNDND甲基庚烯酮12.51±0.18b15.50±0.01a ND2,6,8-三甲基-4-壬酮88.61±0.72a ND ND反-2-辛烯醛ND16.71±0.03b26.70±0.99a醛类 壬醛ND17.36±0.44a17.66±0.13a2-己烯醛534.84±0.04a150.97±0.25c156.88±0.48b苯乙醛30.69±0.81c46.02±1.18a34.22±0.03b正辛醛13.07±0.49a ND0.03±0.03b2-甲基苯甲醛ND7.55±0.16a7.75±0.10a苯甲醛ND101.29±0.13a104.07±0.10a癸醛9.94±0.02aNDND3-甲基苯甲醛12.62±0.91a ND ND醛酮类挥发性物质总量2 422.45±12.87a452.53±3.10c977.77±57.91b醛酮类挥发性物质种类/种1012132,4-二甲基-1-庚烯11.36±0.10b 16.17±0.13a 9.82±0.04c月桂烯62.74±0.37a12.27±0.05b9.50±0.04c萜烯类2-甲基-5-(1-甲基乙基)-1,3-环己二烯7.09±0.17aNDND右旋萜二烯65.38±0.26a ND ND左旋-β-蒎烯8.66±0.71aNDND橙花醇43.28±0.25a18.45±0.14b4.61±0.57c

续表2

挥发性物质正常果褐色果黑色果香叶醇157.87±2.60a24.86±0.88c48.84±0.44b里那醇36.58±0.71aND2.28±0.01b(R)-(+)-β-香茅醇24.62±0.54b166.25±0.94a4.53±0.85c玫瑰醚39.56±0.13a26.46±0.18b29.10±2.36b异丙基乙烯基醚4.09±0.24a15.51±0.68a15.28±0.04a萜烯类挥发性物质总量461.23±6.09a279.97±3.02b123.96±4.35c萜烯类挥发性物质种类/种1178总计 6 811.47±34.40a(42种) 2 483.26±16.65b(41种) 2 268.06±65.76c(43种)

注:ND为未检出;不同小写字母表示同行数据差异显著(P<0.05)(下同)。

正常果中醛类总量最高为2 422.45 μg/L,褐色果醛类总量锐减至452.53 μg/L,较正常果减少81.3%,但种类增至12种,黑色果醛类总量回升至977.77 μg/L,较褐色果增加116%,种类13种,其种类的增加可能是因为多酚氧化酶催化酚类氧化生成醌类,进一步转化为醛酮类物质[22]。己醛、反-2-辛烯醛、2-己烯醛、苯乙醛和苯甲醛是3种形态的果实中含量较高的醛酮类物质,其中己醛含量最高,在正常果中和黑色果中的含量分别为1 701.91 μg/L和563.49 μg/L,在褐色果中未检测出己醛,但褐色果中苯乙醛的含量分别是其他2种形态果实的1.5倍和1.3倍;反式-2-癸烯醛仅存在于正常果中;正是因为2-己烯醛和苯甲醛的存在,使得葡萄中具有杏仁的香气。

萜烯类物质主要以结合态的形式存在于果实表皮中,随着干化程度加剧,威代尔葡萄果实中萜烯类物质种类和含量减少。3种形态果实中萜烯类物质含量分别为461.23、279.97和123.96 μg/L,其中黑色果含量仅为正常果的26.9%。具体组分中,月桂烯含量从正常果的62.74 μg/L降至黑色果的9.50 μg/L,香叶醇从正常果的157.87 μg/L降至黑色果的48.84 μg/L,而里那醇在黑色果中仅保留正常果的6.2%。此外,右旋萜二烯和左旋-β-蒎烯等仅在正常果中检出。这表明干化过程中萜烯类物质因氧化[24]、挥发或糖苷酶活性抑制而显著流失[22],导致褐色果和黑色果的花香类物质减少,但褐色果中香茅醇含量显著高于其他2种形态的果实,可以看出适当的干化有利于香茅醇的积累。

2.4 不同形态威代尔葡萄香气OAV分析

OAV是挥发性物质对果实香味贡献的衡量标准,OAV>1表示该化合物直接贡献香气;0.1[26]。本文中3种形态的威代尔葡萄共检测出挥发性物质57种,根据各物质的阈值计算得到OAV,其中OAV>1的挥发性化合物有12种,0.1R)-(+)-β-香茅醇和玫瑰醚在褐色果和黑色果中的OAV较高,是威代尔葡萄香气的主要贡献成分。虽然3种形态下的葡萄果实主要由醇类物质和醛酮类物质组成,但是其OAV贡献率是由萜烯类物质构成。结果表明果实特征香味的呈现与挥发性物质的组成与含量有关,更与OAV有关。

表3 干化结束后不同形态果实的OAV
Table 3 OAV content of fruits with different morphologies after drying

挥发性物质阈值/(μg/L)[27]OAV正常果褐色果黑色果气味特征[28]乙酸己酯450.11±0.01a<0.1<0.11,6辛酸乙酯55.24±0.03b6.23±0.04a1.94±0.03c5正己酸乙酯14ND3.52±0.01a3.09±0.02b1正己醇8 0000.33±0.01a<0.1<0.12,6反式-2-癸烯醛0.08114.80±6.18aNDND1反-2-辛烯醛3ND5.57±0.01b8.90±0.33a3壬醛1ND17.36±0.43a17.66±0.13a6,5苯乙醛47.67±0.20c11.51±0.29a8.67±0.19b4正辛醛0.718.68±0.71aND ND 1,4苯甲醛350ND0.29±0.01b0.30±0.01a5癸醛100.99±0.01aND ND 1,3,4月桂烯361.74±0.01a0.34±0.01b0.26±0.01c6香叶醇403.05±0.3a0.62±0.044c1.22±0.19b1,3里那醇1802.44±0.05aND 0.15±0.002b3(R)-(+)-β-香茅醇400.62±0.01b4.16±0.23b0.11±0.2a2,3玫瑰醚0.2197.79±0.66a132.29±0.92b145.48±11.78b3

注:气味特征1为水果味;2为植物味;3为花香味;4为脂肪味、奶油味;5为干果味;6为香料味;7为甜香味;8为溶剂味。

主成分分析(principal components analysis,PCA)是一种常用的数据降维方法,将数据的主要特征进行线性分析并保留在几个不相关的主成分中[26]。PCA中累计贡献率越大,主成分越能更好地反映各个指标的信息。从图3可以看出,PC1的贡献率为88.0%,PC2的贡献率为10.9%,其累计贡献率为98.9%,3种不同形态果实下的挥发性物质差距明显。3种形态下的果实在位置上可以明显区分,正常果位于PC1和PC2的正半轴,褐色果位于PC1的负半轴,PC2的正半轴,黑色果位于PC1和PC2的负半轴。从主成分载荷图可以看出,挥发性化合物乙酸己酯、月桂烯等位于第一主成分的正方向,这些化合物对第一主成分具有正响应,为葡萄果实带来果香、花香和香料香;苯乙醛、正己酸乙酯、辛酸乙酯对第二主成分有正响应,为葡萄果实带来奶油香、果香和花香。

图3 干化结束后不同形态果实OAV的PCA图
Fig.3 PCA plot of OAV of fruits with different morphologies after drying

2.5 不同形态威代尔葡萄香气轮廓图分析

OAV是评价化合物能否被感知的重要指标,不同挥发性物质之间相互影响,拮抗作用使得低OAV的挥发性物质被覆盖而协同作用则使低OAV的挥发性物质被感知,因此在香气轮廓分析时需要对所有0.1黑色果>褐色果;对于脂肪味、溶剂味、香料味和干果味,3种形态下的果实表现极低。

图4 干化结束后不同形态果实香气轮廓图
Fig.4 Aroma contour map of fruits with different shapes after drying

2.6 不同形态威代尔葡萄香气差异分析

为进一步研究不同形态威代尔葡萄的香气差异,以57个共有香气组分作为自变量,不同形态作为因变量,通过正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least-squares discrimination analysis,OPLS-DA),可以实现3种形态的有效区分。本次分析中的自变量拟合指数(R2x)为0.963,因变量拟合指数(R2y)为0.912,模型预测指数(Q2)为0.996,R2Q2超过0.5,表示模型拟合结果可接受。由得分图(图5-a)可知,不同形态的样品分别处于椭圆的不同区域,每组样品内的重复样品较为密集,表明皱缩程度不同对葡萄风味组分具有明显的差异,并且样品组内的重复性好。经过200次置换检验,如图5-b所示,Q2回归线在纵坐标的截距小于0,Q2最右侧的点高于左侧的点说明模型不存在过拟合,模型验证有效,认为该结果可用于不同形态香气鉴别分析。OPLS-DA模型中的变量投影重要性(variable importance plot,VIP)值可以反映各挥发性化合物的差异贡献度,VIP值越大表明差异贡献程度越大[29],当VIP值>1时可认为是重要差异化合物。如图5-c所示,在OPLS-DA模型中共检测出9种VIP值>1的物质,分别是:正己醇(14)、6-甲基-3-庚醇(16)、己醛(33)、3-甲基-3-丁烯-1-醇(12)、2-己烯醛(40)、1-辛烯-3-醇(18)、(R)-(+)-β-香茅醇(55)、庚醇(19)和(E)-3-己烯-1-醇(15),其中1-辛烯-3-醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇在黑色果中的含量显著高于正常果和褐色果,6-甲基-3-庚醇和(R)-(+)-β-香茅醇在褐色果中的含量显著高于正常果和黑色果,正己醇、(E)-3-己烯-1-醇、庚醇、己醛和2-己烯醛在正常果中的含量显著高于褐色果和黑色果。由此可知,不同形态果实的高含量差异物是以醇类、萜烯类和醛酮类化合物为主,说明这三类化合物对不同形态果实的香气特征影响较大。这与上述的香气种类及含量分析结果一致,进一步验证了模型的可靠性。

a-得分图;b-交叉验证模型;c-VIP值图

图5 干化结束后不同形态果实挥发性物质OPLS-DA分析图
Fig.5 OPLS-DA analysis chart of volatile compounds in fruits of different shapes after drying

3 结论与讨论

葡萄干化时间视天气情况而定,干化时间一般持续7~15 d,干化时间过长会导致原酒中挥发酸含量较高。本实验中威代尔葡萄在贺兰山东麓11月气候条件下历经15 d的干化,葡萄的含糖量达到近400 g/L。干化的实质是葡萄果实从有氧呼吸转变为无氧呼吸[30],果实中的自由水在内外蒸汽压的作用下向细胞外转移的过程[20],葡萄本身成熟度不同、果实大小及结构的区别、光照及温度的差异、微生物的影响和空气流通状况的不同等都会造成果实不同程度的失水皱缩。干化结束后,黑色果和褐色果占较大比例,是干化型葡萄酒原料最主要的部分。干化过程中气温降低,葡萄自然结冰,破坏了果皮细胞[20],内部的水分逐渐蒸发,伴随着游离水分流失,百粒重和百粒体积、出汁率减少。葡萄自然干化过程中多酚氧化酶与酚类化合物相互分离,表皮细胞破裂引起酚类化合物的氧化[31],脱水后的葡萄浆果中高浓度单糖化合物促进了美拉德反应产物类黑精的形成,进而导致葡萄浆果颜色的褐变[24]。在葡萄干化过程中,还原糖与氨基酸等物质发生美拉德反应,糖苷中的糖基部分也可能参与其中,消耗部分糖苷,使得糖苷含量减少,同时果实中的糖含量增加[32]。葡萄果实可滴定酸含量的变化不仅取决于浓缩效应,也受葡萄品种、脱水程度和脱水方式等因素的影响,干化处理提高了果实的可滴定酸含量[20]。干化过程发生的芬顿反应,酒石酸氧化为乙醛酸使得pH升高[24]

以固相微萃取的方法测定不同形态下葡萄的挥发性物质差异。3种形态威代尔葡萄的挥发性物质在定性数量上有显著差异,正常果挥发性物质总量显著高于其他2种形态的果实。黑色果和褐色果贡献了更多的酯类物质,使干化酒具有特殊的香气。黑色果和褐色果中萜烯类物质的含量显著低于正常果,其中香叶醇和月桂烯损失最大,其原因可能是葡萄干化时,大量水分散失使得糖苷的稳定性受到影响,葡萄中的结合态单帖类糖苷难以水解或酶解[20],以及果实糖积累到最大值之前,游离单萜含量下降[24]。研究表明,干化过程中褐色果与黑色果的乙酸乙酯含量及苯甲醛含量呈现特异性积累,其动态变化与多酚氧化酶活性升高[26]及美拉德反应中间体(如醛酮类)生成显著相关,可作为干化酒花香与杏仁香风味调控的关键靶标物质;同时,适度干化促使香茅醇含量显著提升。通过OAV分析结果可知,正常果主要呈现花香和果香,而褐色果与黑色果则主要呈现出花香。在整体香气强度方面,由强到弱依次为正常果>黑色果>褐色果。褐色果和黑色果相较于正常果香气强度较低,可能是因为葡萄表皮破裂,自然条件下的风吹日晒、真菌毒素污染、鸟类昆虫捕食和果皮微生物的影响,通过在室内建立精准的控温控湿设备可有效改善。另外,在OPLS-DA模型中,共检测出9种VIP值>1的物质,这些物质可用于对不同形态果实的香气鉴别分析。由于葡萄干化是一个自然的过程,葡萄内部的代谢活动仍在进行,某些香气前体物质转化为其他非香气物质,或者香气物质自身发生化学变化,还需进一步研究。随后可设计多因素实验,建立果实形态分异与干化参数的量化关系模型,制定基于表型分选的原料分级工艺标准。

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Comparison of physicochemical properties and volatile compounds in Vidal grapes under different drying morphologies

ZHU Jiaqi1, XIE Yaqiong2, SU Tingqing3, LI Chao4, ZHANG Xue5, YANG Hui5, SHU Chao1, ZHU Yuanzhenghong1, ZHANG Junxiang1,6*

1(College of Wine and Horticulture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)2(Agricultural Comprehensive Service Center, West Helan Mountain Road Sub-district Office, Xixia District, Yinchuan 750021, China)3(Ningxia Junxiang Wine Estate Co., Ltd., Yinchuan 750021, China)4(Hedong Ecological Horticulture Experiment Center, Yinchuan 750021, China)5(College of Life Sciences, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)6(Engineering Research Center of Grape and Wine (Ministry of Education), Yinchuan 750021, China)

ABSTRACT Utilizing Vidal grapes from the eastern foot of the Helan Mountains for producing dry-type wine, the study focused on the differentiation in fruit morphology during the ex-csitu dehydration process of this variety.It analyzed the physicochemical characteristics and volatile compound differences among various dehydration morphologies (normal, brown, and black fruits) to provide a scientific basis for process optimization.Grapes were dehydrated ex-csitu while monitoring changes in physicochemical indices.Volatile compounds were identified using headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry and orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA).Results showed that after 15 days of ex-csitu dehydration, total sugar content reached 390 g/L, nearly meeting the requirements for dry-type wine, while titratable acidity and pH rise by 25.06% and 22.32%, respectively.Concurrently, the weight of 100 berries decreased by 50.34%, their volume by 47.51%, and juice yield by 32.1%.Upon completion of dehydration, three distinct fruit morphologies form, including normal, brown, and black, with water loss increasing in that order.Significant differences were observed in physicochemical indices, and the content of volatile compounds decreased sequentially.Dehydration caused a dramatic reduction in terpenoids, with particularly pronounced losses of geraniol and laurene.The specific accumulation of ethyl acetate and benzaldehyde in brown and black fruits may serve as key factors in modulating the flavor of the dehydrated wine, whereas moderate dehydration favors the accumulation of citronellol.Normal fruits predominantly exhibit floral and fruity aromas, while brown and black fruits mainly present floral notes.Overall aroma intensity ranks as normal fruits>black fruits>brown fruits, and the OPLS-DA model identifies nine compounds with variable importance plot (VIP)>1 that aid in differentiating the aroma profiles of the various morphologies.In summary, brown and black fruits play a decisive role in the formation of the typical style of dried wine, which provides theoretical support for the establishment of raw material grading standards based on phenotypic sorting.

Key words Vidal; drying; physicochemical; volatile substances; headspace solid-phase microextraction

第一作者:硕士研究生(张军翔教授为通信作者,E-mail:zhangjunxiang@126.com)

基金项目:宁夏回族自治区重点研发计划项目(2023BCF01029)

收稿日期:2025-02-18,改回日期:2025-05-09

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042414

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