‘蛇龙珠’(Vitisvinifera L.cv Cabernet Gernischet)是我国主要的优良红色酿酒葡萄品种之一[1],可酿造呈宝石红色葡萄酒,口感柔润爽口,其果香浓郁,品质上佳[2]。由于气候、管理和栽培措施等因素的影响,蛇龙珠葡萄容易感染卷叶、霉霜和灰霉病等病害,造成葡萄植株活力降低,光合作用下降,葡萄和葡萄酒中总酚、总类黄酮和花色苷等酚类物质含量降低,葡萄酒颜色变浅,香气品质降低[3]。研究发现,诱抗可降低病害对葡萄的感染,避免农残、调控植物防御反应,加强植物细胞壁防御化合物(病原相关蛋白和抗菌次生代谢物等)的积累[4]。通过调控葡萄次生代谢、改善果实品质、提高其酿酒质量的研究是目前葡萄酒研究的热点之一。

苯并噻二唑(benzothiadiazole, BTH)是一种植物信号分子水杨酸的功能类似物,通过苯丙烷代谢与植物受体相互作用,激活防御反应[4],提高对葡萄灰霉病的抗性,调控植物代谢酶(葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、莽草酸脱氢酶和苯丙氨酸解氨酶等),影响葡萄次生代谢产物合成,增强葡萄酚类化合物积累[5]。SALIFU等[6]和WANG等[7]研究发现,‘蛇龙珠’葡萄果实幼果、膨大和转色期喷施BTH可提高葡萄果实酚类物质(多酚、黄酮和花色苷等)含量,改善着色程度,增加果实香气化合物(萜烯、降异戊二烯和C6)浓度,提升葡萄果实香气品质,但BTH对葡萄果实的品质改善在葡萄酒中没有相应体现[8]。果实发育期间多次喷施BTH可提高果皮细胞壁代谢相关酶活性及相应基因的表达,促进木质素和羟脯氨酸糖蛋白的积累[4],增强葡萄细胞壁的厚度和强度[9]。葡萄果皮壁厚和强度增加会影响果皮中酚类物质的浸出,推测这可能是BTH处理果实酚类和香气物质提升未能在葡萄酒中得以体现的主要原因。

浸渍是生产过程中提升葡萄酒酚类含量和色泽品质的关键环节,浸渍条件优化可改善葡萄酒品质,避免葡萄酒风味和色泽品质不足等问题。研究发现,提高浸渍温度可破坏细胞壁,促进多酚释放,增加葡萄酒中的羟基肉桂酸的浓度,延长浸渍时间,葡萄酒中的单宁含量增加[10]。目前葡萄酒生产中常用浸渍工艺包括CO2浸渍、冷浸渍、微波浸渍、超声波浸渍和延长浸渍法等[11-12]。冷浸渍是目前葡萄酒生产中的常用方法,可以提高葡萄酒香气化合物的组分,但低温浸渍过程中果胶酶活性较低,酚类物质溶出减少[13]。基于BTH处理葡萄果皮细胞壁增厚和强度增加会阻碍果皮中多酚浸出的问题,优化浸渍工艺是探讨BTH诱抗能否提升葡萄酒品质的必要策略。试验蛇龙珠葡萄果实膨大、转色和成熟期分别喷施BTH(50 mg/L),采摘成熟葡萄,优化浸渍酶添加量、浸渍时间和浸渍温度,确定BTH处理蛇龙珠葡萄的浸渍工艺,比较常规浸渍和优化浸渍BTH处理葡萄醪的酚类物质含量、颜色品质和香气组成,探讨浸渍工艺优化和BTH处理对葡萄醪品质的影响。以期为BTH调控蛇龙珠葡萄酒品质的研究应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

葡萄原料:‘蛇龙珠’葡萄,自根苗,种植于武威凉州区皇台葡萄园,“厂”字形架式。参照文献[7]和实验室前期结果,于果实膨大(PD)、转色(ZS)和成熟期(CS)分别喷施50 mg/L BTH(含0.1%吐温80)处理(图1),以喷施清水(含0.1%吐温80)植株为对照(CK),于2022年9月24日采摘成熟葡萄(糖:220～230 g/L,酸:4.3～4.4 g/L)为后续试验原料。

葡萄醪:‘蛇龙珠’葡萄经粒选、除霉烂果和果梗、称取100 g手工捏碎,添加50 mg/L的偏重亚硫酸钾,按试验设计果胶复合酶、浸渍时间和温度梯度完成浸渍(图1),制备葡萄醪。

主要试剂:BTH,上海罗恩试剂;吐温80(分析纯),烟台市双化工有限公司;福林酚试剂,北京华科盛精细化工产品贸易有限公司;2-辛醇(色谱纯)、C6～C20烷烃标样(色谱纯),Sigma-Aldrich(上海)贸易有限公司;体积分数为2.5%戊二醛固定液,上海源叶生物科技有限公司;NaOH、Na2CO3、NaCl、甲醇和没食子酸等其他常规试剂(分析纯),天津市光复精细化工研究所。

1.2 仪器设备

JEM-1400FLASH透射电镜,日本电子(JEOL);60 m×2.5 mm×0.25 m DB-WAX色谱柱、Thermo Scientific 265079气相色谱-质谱联用仪、Genesis10S紫外-可见分光光度仪,美国Thermo Scientific公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS顶空固相微萃取,美国Surpelco公司。

1.3 试验方法

1.3.1 细胞壁结构

样品经体积分数为3%戊二醛和体积分数为1%四氧化锇再固定,丙酮逐级脱水,Epon812包埋、切片、甲苯胺蓝染色光学定位、超薄切片,醋酸铀和枸橼酸铅染色后经透射电镜观察。

1.3.2 浸渍工艺优化

单因素试验参照文献[14]设计酶添加梯度:15、20、25、30、35、40、45 mg/L;浸渍时间梯度:14、22、30、38、46、54、62、70 h;温度梯度:10、14、18、22、26 ℃;单因素试验固定因素分别设为,浸渍时间30 h,浸渍温度18 ℃,浸渍加酶量25 mg/L,以葡萄醪的总酚、总类黄酮和颜色为评价指标,筛选浸渍工艺参数。

响应面试验:单因素试验基础上,选取浸渍时间(A)、浸渍温度(B)、加酶量(C)3个因素,以多酚、黄酮和颜色的综合评分(4∶2∶4)为响应值,Design Expert13.0软件设计3因素3水平的响应面试验(表1)。

1.3.3 总酚、总类黄酮和颜色测定

参照魏世超[15]的方法,福林-肖卡试剂法测定总酚,结果以没食子酸计算;参照常甜甜[16]的方法,亚硝酸钠-氯化铝比色法测定总类黄酮,结果以芦丁计算;颜色参照王宏[17]和刘美月[18]的方法,CIELab法和CIE1931法经紫外-可见分光光度仪测定,计算各样品中的L*(明度)、a*(红绿)、b*(黄蓝)(色彩饱和度)和ΔE(色差)值。

1.3.4 香气化合物测定

参照王雨等[19]的方法并修改,利用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用仪测定;取5 mL葡萄醪于20 mL样品瓶加入1.00 g NaCl、10 μL内标(2-辛醇,800 ppm)及磁力转子,密封,40 ℃水浴磁力搅拌平衡30 min,插入活化后的SPME萃取头40 ℃顶空萃取30 min,230 ℃气相色谱进样口解析10 min,不分流进样;载气(高纯He),流速1 mL/min;升温程序:50 ℃(10 min),3 ℃/min升至180 ℃(6 min)。MS条件:电子轰击离子源(electron impact ionsource, EI);电子能量70 eV;连接杆温度180 ℃;离子源温度250 ℃;质谱扫描范围m/z 50～350。

NIST谱库检索结合相对保留指数(retention index, RI)定性。RI根据组分保留时间以及正构烷烃(C6～C21)在相同色谱条件下的保留时间计算,与NIST、Wiley质谱库RI对比,差值绝对值小于100的组分可定性为该化合物。内标半定量。

1.3.5 数据统计分析

利用使用Excel 2016软件统计,SPSS 25.0软件进行显著性分析(Duncan法,P<0.05),Origin 2021软件绘制统计、颜色与香气和弦图,Omicstudio绘制环形热图,Metaboanalyst分析偏最小二乘,Genescloud绘制交互冗余图。所有试验和指标检测设3组重复。

2 结果与分析

2.1 BTH处理对葡萄果皮细胞壁结构的影响

果实细胞壁的3 000倍透射电镜分析显示(图2),CK‘蛇龙珠’葡萄表皮呈多层、扁平、长方形,排列整齐致密,壁厚均匀,细胞膜结构完整,细胞壁和细胞膜紧密贴合,液泡体积较大,占细胞体积的90%以上(图2-a)。相较于CK(2.26 μm),PD(8.56 μm)处理果实细胞壁厚度增加了2.79倍,并伴有质壁分离和液泡膜破裂的现象,且观察到了叶绿体(图2-b);ZS(3.68 μm)处理果实细胞壁厚度增加了62.83%,表皮细胞呈多层扁平的长方形状,排列整齐致密,细胞壁厚度均匀,部分细胞出现质壁分离和细胞膜的破裂,导致细胞质丢失,并可观察到少量叶绿体和有色质体,且质体中含有脂滴(图2-c);CS(5.87 μm)处理果实细胞壁厚度增加了1.60倍,其他特征与ZS处理样相似(图2-d)。说明BTH处理可增加试验葡萄果实细胞壁厚度,导致质壁分离,破坏细胞膜,保留部分叶绿体,PD处理影响最显著。叶绿体是光合作用质体,合成的代谢物对于植物适应环境及抵抗病原体入侵是必不可缺的[20],BTH处理葡萄表皮细胞中有叶绿体的保留应该是果实抗性提高的一种表现。此外,BTH处理可提高果实木质素和羟脯氨酸糖蛋白含量[8],是其细胞壁厚度增加的主要原因。

2.2 浸渍工艺优化

2.2.1 单因素试验

总酚和总类黄酮是葡萄酒中主要的酚类物质,也是影响颜色丰富度的呈色物质,它对于葡萄酒的颜色有着决定性作用[21],ΔE为颜色色差值,ΔE越大则两者样品颜色差异越大,当色差值在6以上,视觉感受强烈[22]。试验‘蛇龙珠’葡萄醪的总酚、总类黄酮和ΔE随加酶量升高总体呈上升趋势,最终趋于稳定,当加酶量为35 mg/L时,葡萄醪的总酚和总类黄酮的含量和ΔE趋于稳定,分别为825.29、281.86、40.95 mg/L(图3-a)。随浸渍温度和时间增大,葡萄醪的总酚和总类黄酮的质量浓度和ΔE总体呈先上升后下降的单峰型变化,浸渍温度为22 ℃时达到峰点,分别为1 168.35、487.54、48.17 mg/L(图3-b)。浸渍46 h时,葡萄醪的总酚、总类黄酮含量和ΔE最高,分别为1 103.47、291.84、54.04 mg/L(图3-c)。

果胶酶可分解葡萄表皮细胞中的果胶,促进葡萄果皮的酚类物质溶出,增强葡萄醪色泽品质[23]。浸渍温度提高能够增加色素和酚类的溶解度,但浸渍温度过高会增强葡萄汁收敛性,导致葡萄酒涩感太强,总酚含量下降[24]。延长浸渍时间能够有效增加酚类物质浸出[25],但浸渍时间过长时,微量氧化作用会使游离花色素和单宁等酚类物质发生聚合反应生成沉淀,红色色调降低[26],总酚和总类黄酮含量降低,因此选取加酶量35 mg/L、浸渍温度22 ℃和浸渍时间46 h为响应面实验的基础水平。

2.2.2 响应面优化试验

‘蛇龙珠’葡萄醪浸渍工艺优化响应面试验结果(表2)、Design Expert13.0方差分析(表3)和多元回归分析确定‘蛇龙珠’葡萄醪浸渍工艺的二次多项回归模型为:

X=87.67+1.52A+3.36B+1.24C+2.12AB-0.29AC-1.77BC-13.55A2-11.68B2-9.24C2。其中F=345.42,模型极显著(P<0.01),且失拟误差为不显著模型拟合度较高,误差较小,可信度高,模型可以用于加酶量、浸渍时间和温度进行响应面试验分析。同时方差分析显示,模型的一次项A、B、C为显著(P<0.01),影响程度表现为B(浸渍温度)>A(浸渍时间)>C(加酶量),二次项A2、B2、C2为极显著(P<0.01);交互项AB极显著(P<0.01),BC显著(P<0.05),AC项不显著(图4)。说明浸渍温度和时间的交互影响较大(图4-a),浸渍时间和加酶量交互影响不显著(图4-b)。

响应面优化模型确定BTH处理‘蛇龙珠’葡萄的最佳浸渍工艺为:浸渍时间为46.27 h,浸渍温度为22.59 ℃,浸渍加酶量为35.57 mg/L,预测综合评分为87.99分。为验证该模型准确性,结合试验操作的便利要求,选取浸渍时间46 h,浸渍温度23 ℃、浸渍加酶量36 mg/L进行验证试验,所得试样综合评分为86.97分,与预测值接近,表明该模型优化得到的工艺条件可靠,具有可行性。

2.3 常规和优化浸渍葡萄醪的总酚、总类黄酮和颜色比较

为探讨优化浸渍工艺对BTH处理葡萄醪总酚、总类黄酮和颜色的影响,试验比较了优化和常规浸渍工艺[13]样品(果胶复合酶25 mg/L,20 ℃浸渍13 h)的总酚、总类黄酮和色泽(图5-a、图5-b)。CK组较常规浸渍BTH处理组葡萄醪的总酚(1.11～1.21倍)和总类黄酮(1.22～1.29倍)减少比例从高到低依次是PD>CS>ZS(图5-a),说明细胞壁厚度是影响酚类物质溶出的主要原因。有报道显示,BTH处理可有效促进果实生长发育期间苯丙烷代谢相关酶活性,包括苯丙氨酸解氨酶(phenylalaninammo nialyase, PAL)和4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase, 4CL)活性,提高多酚、类黄酮和木质素的积累,从而增强细胞壁厚度[27]。由此推测,BTH处理葡萄果实在常规浸渍中,由于葡萄果实细胞壁变厚,导致BTH处理葡萄醪中酚类物质浸出减少。

优化浸渍葡萄醪中PD、ZS和CS样品总酚分别较CK增加了24.67%、22.93%和23.98%,总类黄酮分别较CK显著(P<0.05)增加了33.75%、21.25%和27.75%(图5-b)。这一结果主要是由于BTH诱抗激活了葡萄果实中次级代谢的关键酶(花青素还原酶和无色花青素还原酶)和相关基因(VviPNLinNer1、VviTer和VviGT14)表达[28],导致果实酚类物质积累,进而提高葡萄醪酚类物质含量。试验结果与前人在‘蛇龙珠’葡萄果实转色后期施用BTH研究结果相似[7]。因此通过适当提高浸渍温度、加酶量和延长浸渍时间可使BTH处理对果实酚类物质的改善在葡萄醪中得以体现。

颜色是干红葡萄酒感官特性和内在品质的重要指标。通过CIElab颜色和色度值综合评价葡萄酒颜色(图5)。可代表样品的颜色饱和程度,色度值越高,表明色彩饱和度越强,同时也是a*和b*值的综合结果[22]。

通过CIE1931色度图分析常规浸渍葡萄醪CK组的整体紫红色品质强于BTH处理组(图5-e)。试验PD、ZS和CS处理葡萄醪L*值分别较CK组显著增强22.38%、16.22%和19.02%(P<0.05),a*值分别较CK组显著减少10.13%、6.56%和6.83%(P<0.05)(图5-c),表明常规浸渍BTH处理葡萄醪颜色的亮度较高,红色度降低,L*与a*呈负相关。试验葡萄醪样品b*值都为负,表明葡萄醪颜色中蓝色色调分量较大,黄色色调较小。CK组葡萄醪的值分别是PD、ZS和CS的11.60%、7.72%和9.87%倍,表明常规浸渍CK样品色彩饱和度较高,而BTH处理葡萄醪的色泽饱和度与集中程度较低。

经CIE1931色度图分析优化浸渍葡萄醪BTH处理组整体红色品质优于CK组(图5-f)。PD、ZS和CS处理葡萄醪的L*值分别较CK显著降低了13.44%、9.65%和11.64%,a*值则分别较CK显著增加13.03%、6.52%和10.36%(图5-d),表明优化工艺浸渍的BTH处理葡萄醪红色品质较高,颜色明度较低。各葡萄醪b*值均为负,说明葡萄醪颜色整体偏蓝色色调,这与郑志超[29]在冷浸渍中研究结果相似。PD、ZS和CS葡萄醪的值分别较CK组显著增加14.01%、7.67%和12.04%,说明优化工艺浸渍BTH处理葡萄醪的色彩饱和度较高。

酚类物质的含量对葡萄和葡萄酒颜色有显著影响,酚类物质增加会降低明度(L*)和黄色调(b*),提高红色色调(a*)[30]。RUIZ-GARCA等[4]研究表明,BTH处理葡萄果实可促进果皮木质素和羟脯氨酸糖蛋白的积累,增强细胞壁的厚度。此外,葡萄果皮中色素类物质主要由花色苷类化合物构成,浸出量决定酒体颜色[31],由此推测,BTH处理因促进羟脯氨酸糖蛋白积累,使果皮变厚,进而抑制了BTH处理葡萄醪花色苷类化合物的释放,减弱了葡萄醪红色色调,但通过优化浸渍时间、温度和加酶量可提高酚类物质(二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷)的浸出[32],改善葡萄醪的颜色品质,进而影响葡萄酒色泽质量。葡萄醪的蓝色色调分量较大,主要是由葡萄醪中黄烷醇类物质与花色苷具有辅色效应[33],导致葡萄醪中黄色调不明显[25]。因此适当延长浸渍时间、提高浸渍温度和加酶量可抑制葡萄醪中聚合色素的分解,使葡萄醪色彩饱和度提高。

综上,采前BTH处理会增加葡萄果皮壁厚度,阻碍果皮酚类和总类黄酮物质的浸出,降低葡萄醪酚类物质含量,进而影响葡萄酒的色泽,但通过优化浸渍工艺,可消除此影响。

2.4 BTH处理对葡萄醪香气构成和含量的影响

常规和优化浸渍葡萄醪的香气品质分析显示共有6大类香气化合物被定性定量,包括C6/C9、萜烯(terpenes)、芳香族(aromatic)、支链脂肪族(branched-chain aliphatic)、直链脂肪族(linear aliphatic)和降异戊二烯(norisopreneoids)(图6)。常规浸渍葡萄醪中,CK、PD、ZS和CS香气组分构成分别有44种(329.99 μg/L)、35种(269.74 μg/L)、32种(258.69 μg/L)和41种(245.80 μg/L),其中主要是C6/C9(正己醇、叶醇和1-壬醇)、芳香族(2,6-二叔丁基对甲酚和苯乙醇)和直链脂肪族(乙酸乙酯、乙酸甲酯和乙酸己酯等)的香气浓度较高,CK葡萄醪整体香气化合物浓度较高(图6-a、图6-c)。有研究发现,BTH处理葡萄酒样的香气品质未得到改善[8],可能是BTH处理阻碍了果实中C6/C9、芳香族和直链脂肪族族香气化合物向葡萄醪的溶出。

优化浸渍葡萄醪中,CK组定性定量香气组分有56种(327.12 μg/L)(图6-b、图6-d),PD和ZS较CK分别增加了7种,CS种类没有增加,但PD、ZS和CS样品香气总浓度分别较CK增加了63.32%、58.25%和61.16%(图6-b)。BTH处理对C6/C9、直链脂肪族和芳香族化合物浓度影响最大,其中主要是正己醇、反式-2-己烯-1-醇、乙酸乙酯、2-庚醇、乙酸正己酯、苯乙醇和乙酸苯乙酯的含量(图6-d),其次是支链脂肪族、萜烯和降异戊二烯(图6-b)。C6/C9和直链脂肪族化合物在葡萄果实中的来源主要是通过不饱和脂肪酸为前体的脂肪酸代谢途径,经相关酶(脂氢过氧化物裂解酶、脂氧合酶、醇脱氢酶和酰基转移酶)催化生成。WANG等[7]研究发现,嫁接苗‘蛇龙珠’葡萄在生长过程中喷施BTH可提高脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)、醇脱氢酶(alcoholdehydrogenase, ADH)和酰基转移酶(acyltransferase, AAT)活性,但会降低脂氢过氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase, HPL)活性,减少不饱和脂肪酸的积累,进而抑制C6化合物的积累,与本试验结果不一致,但本实验室前期检测发现,自根苗葡萄果实采前BTH处理提高了果实的C6化合物积累,与本试验优化工艺浸渍葡萄醪研究结果一致,这说明自根苗和嫁接苗对BTH处理的响应存在差异。此外,研究表明,采前通过BTH处理在苹果中促进LOX代谢活性,提高直链酯类化合物的释放[34],在‘霞多丽’葡萄中可提高降异戊二烯香气浓度[35],在‘莫纳斯特雷尔’葡萄中可提高萜烯类化合物含量[36],与本研究结果类似。因此,采前BTH处理可提高蛇龙珠葡萄果实的香气浓度,通过延长浸渍时间、提高浸渍温度和增加浸渍酶添加量可使BTH对果实香气品质的提升在葡萄酒中得以体现。

2.5 BTH处理葡萄醪综合品质的影响

BTH处理对葡萄醪综合品质的交互冗余分析(redundancy analysis, RDA)结果显示,常规浸渍葡萄醪中,CK与PD和CS分布于RDA1的正负半轴(图7-a),优化浸渍葡萄醪中CK与BTH处理组分布于RDA1正负半轴(图7-b),说明处理与对照之间存在差异。常规浸渍葡萄醪中,TP和TF与萜烯(terpenes)、直链脂肪族(linear aliphatic)、a*、C6/C9、芳香族降异戊二烯(norisopreneoids)和支链脂肪族(branched-chain aliphatic)呈正相关,与L*和b*呈负相关(图7-a),说明在常规浸渍中,CK葡萄醪酚类含量的升高,香气组分和颜色红色指标也相应提升,BTH处理组葡萄醪酚类含量的减少,其香气、红色色调和色彩饱和度降低,亮度增强,这是BTH导致葡萄果皮变厚的结果[9]。BTH处理果实果皮变厚,酚类物质不能充分浸出,BTH处理葡萄醪酚类含量减少,香气和色泽品质变差。但通过优化浸渍工艺,BTH处理葡萄醪品质显著提升,如图7-b所示,TP与降异戊二烯、支链脂肪族、芳香族直链脂肪族、萜烯和C6/C9呈正相关,TF与直链脂肪族、萜烯和C6/C9呈正相关,且TP和TF与BTH处理组位于RDA1的同一侧,表明BTH处理组香气组分浓度的增加和颜色品质的改善与总酚和总类黄酮含量变化有关。研究发现,酚类物质既是葡萄果皮中重要的次生代谢产物,还是影响葡萄酒色泽、口感和香气物质释放的关键因素,主要通过苯丙烷代谢和类黄酮代谢途径产生[37]。同时酚类物质的合成过程受结构基因、调节基因和植物激素等的调控[38],葡萄成熟过程中喷施BTH可调控葡萄果实基因的表达,促进果实酚类物质积累,提高果实品质,通过优化浸渍工艺,改善并影响葡萄醪和葡萄酒品质。总之,优化浸渍工艺可使BTH处理对葡萄果实色泽和香气品质的影响得以在葡萄醪和葡萄酒中体现。

为进一步识别样本特征,验证交互RDA的合理性,将BTH处理组和对照组的样品分别进行偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA),得分图显示,试验BTH处理和对照葡萄醪分散性很好(图7-c、图7-d),该模型表示对照和BTH处理葡萄醪之间存在差异,与前文RDA模型表达一致。为了确定BTH处理对蛇龙珠葡萄醪品质指标影响度,试验对常规和优化浸渍葡萄醪进行了变量投影重要度(variable importance in project, VIP)分析,常规和优化浸渍葡萄醪各指标的重要程度由渐变颜色显示,其中红色表示相对含量较高,蓝色表示相对含量低。VIP是PLS-DA模型变量的权重值,可用于衡量各组分积累差异对各组样本分类判别的影响强度和解释能力,同时VIP>1.0的变量为组间差异的主要成分。结果显示,常规浸渍葡萄醪中筛选出受影响最大的品质指标为颜色和香气组分,分别为b*、直链脂肪族、降异戊二烯和萜烯(图7-e),其中CK组的直链脂肪族、降异戊二烯和萜烯含量较高。优化工艺浸渍葡萄醪中,CK组香气浓度(直链脂肪族、萜烯和支链脂肪族)低于BTH处理样(图7-f)。说明BTH处理会阻碍葡萄香气物质的溶出,但通过优化浸渍工艺,延长浸渍时间、提高浸渍温度和增加浸渍酶添加量,促进葡萄醪中香气物质的溶出,提升葡萄醪香气品质,改善葡萄酒香气品质。PD和CS处理对葡萄醪香气品质提升效果最突出。

3 结论

果实膨大、转色和成熟期BTH处理葡萄的果皮细胞壁厚度分别较对照增加了2.79倍、62.83%和1.60倍,细胞壁厚度增加阻碍了果实酚类和香气物质向葡萄醪和葡萄酒溶出,影响葡萄醪酚类含量、颜色和香气品质,其中膨大期BTH处理影响最大。优化浸渍工艺,延长浸渍时间、提高浸渍温度和增加浸渍酶添加量会消除葡萄果实细胞壁厚度对酚类物质溶出的影响,使果实的良好品质在葡萄醪中得以体现。BTH处理葡萄醪优化浸渍工艺为:添加36 mg/L果胶复合酶23 ℃浸渍46 h。优化工艺浸渍葡萄醪,BTH处理样的总酚和总类黄酮含量显著(P<0.05)高于对照,PD、ZS和CS处理葡萄醪颜色的L*值显著(P<0.05)低于对照,a*值显著(P<0.05)高于对照,且色彩饱和度也强于对照,使BTH处理葡萄醪颜色品质明显提升。同时,香气构成分析显示,优化工艺浸渍葡萄醪,膨大、转色和成熟期BTH处理葡萄醪的香气总浓度分别较对照增加了63.32%、58.25%和61.16%。此外,交互冗余和PLS-DA显示,葡萄醪酚类含量升高,香气组分和红色指标也相应提升。优化浸渍工艺对直链脂肪族、萜烯和支链脂肪族香气化合物释放的影响最大。

参考文献

[1] ZHANG M, XU Q, DUAN C, et al.Comparative study of aromatic compounds in young red wines from cabernet sauvignon, cabernet franc, and cabernet gernischet varieties in China[J].Journal of Food Science, 2007, 72(5):C248-C252.

[2] 张敏, 梁国平, 王欣宇, 等.河西走廊张掖产区蛇龙珠葡萄果实最佳采收期的确定[J].甘肃农业大学学报, 2024, 59(2):90-97.ZHANG M, LIANG G P, WANG X Y, et al.Determination of the best harvest time of Cabernet Gernischet grape in Zhangye of Hexi Corridor[J].Journal of Gansu Agricultural University, 2024, 59(2):90-97.

[3] BURDZIEJ A, BELLÉE A, BODIN E, et al.Three types of elicitors induce grapevine resistance against downy mildew via common and specific immune responses[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2021, 69(6):1781-1795.

[4] RUIZ-GARCA Y, GMEZ-PLAZA E.Elicitors:A tool for improving fruit phenolic content[J].Agriculture, 2013, 3(1):33-52.

[5] JIANG Y M, SAM F E, LI J X, et al.Pre-harvest benzothiadiazole spraying promotes the cumulation of phenolic compounds in grapes[J].Foods, 2022, 11(21):3345.

[6] SALIFU R, JIANG Y M, BA L Z, et al.Influence of benzothiadiazole on the amino acids and aroma compositions of ‘Cabernet Gernischt’ grapes (Vitis vinifera L.)[J].Horticulturae, 2022, 8(9):812.

[7] WANG J F, HAN Y Q, CHEN C X, et al.Influence of benzothiadiazole on the accumulation and metabolism of C6 compounds in cabernet gernischt grapes (Vitis vinifera L.)[J].Foods, 2023, 12(19):3710.

[8] PALADINES-QUEZADA D F, MORENO-OLIVARES J D, FERNNDEZ-FERNNDEZ J I, et al.Elicitors and pre-fermentative cold maceration:Effects on polyphenol concentration in monastrell grapes and wines[J].Biomolecules, 2019, 9(11):671.

[9] 刘耀娜. 采前Stroby和BTH喷洒对厚皮甜瓜果实发育期细胞壁强化及采后软化的抑制[D].兰州:甘肃农业大学, 2017.LIU Y N.Preharvest multiple Stroby and BTH sprays strength cell wall of development and inhibite fruit softening of harvested muskmelon[D].Lanzhou:Gansu Agricultural University, 2017.

[10] WANG K T, LIAO Y X, CAO S F, et al.Effects of benzothiadiazole on disease resistance and soluble sugar accumulation in grape berries and its possible cellular mechanisms involved[J].Postharvest Biology and Technology, 2015, 102:51-60.

[11] MALIANIN M, DANILOVI B, STAMENKOVI STOJANOVI S, et al.Pre-fermentative cold maceration and native non-Saccharomyces yeasts as a tool to enhance aroma and sensory attributes of chardonnay wine[J].Horticulturae, 2022, 8(3):212.

[12] GULER A.Effects of different maceration techniques on the colour, polyphenols and antioxidant capacity of grape juice[J].Food Chemistry, 2023, 404:134603.

[13] 李震, 张乐宏, 崔旋旋, 等.不同浸渍工艺对夏黑葡萄醪理化指标及颜色的影响[J].中国酿造, 2020, 39(10):152-156.LI Z, ZHANG L H, CUI X X, et al.Effect of different maceration techniques on the physicochemical indexes and color of summer black grape[J].China Brewing, 2020, 39(10):152-156.

[14] ENER H, YILDIRIM H K.Influence of different maceration time and temperatures on total phenols, colour and sensory properties of Cabernet Sauvignon wines[J].Food Science and Technology International, 2013, 19(6):523-533.

[15] 魏世超. 不同生态区酿酒葡萄果实“生青味”相关物质差异的研究[D].杨凌:西北农林科技大学, 2021.WEI S C.Studying on the “Green Odor”-related compounds of wine grape berries in different ecological regions[D].Yangling:Northwest A&F University, 2021.

[16] 常甜甜. 干红葡萄酒中酚类物质和抗氧化性的研究[D].烟台:烟台大学, 2020.CHANG T T.Study on phenolic compounds and antioxidant capacity of dry wine[D].Yantai:Yantai University, 2020.

[17] 王宏. 宁夏干红葡萄酒陈酿过程中酚类物质及颜色的变化规律研究[D].银川:宁夏大学, 2015.WANG H.Evolution of phenolic components and color features for the dry red wines in Ningxia during wine aging period[D].Yinchuan:Ningxia University, 2015.

[18] 刘美月. 基于视锥感光响应曲线的色度量研究[D].鞍山:辽宁科技大学, 2022.LIU M Y.Research on chromaticity based on cone fundamentals[D].Anshan:University of Science and Technology, 2022.

[19] 王雨, 李霁昕, 李经纬, 等.采后苯并噻重氮处理对‘玉金香’甜瓜单萜类香气及其代谢关键酶的影响分析[J].食品科学, 2019, 40(5):214-221.WANG Y, LI J X, LI J W, et al.Effect of postharvest BTH treatment on aroma monoterpenes and key metabolic enzymes in ‘Yujinxiang’ melon[J].Food Science, 2019, 40(5):214-221.

[20] DANIELL H, LIN C S, YU M, et al.Chloroplast genomes:Diversity, evolution, and applications in genetic engineering[J].Genome Biology, 2016, 17(1):134.

[21] 高琛瑜, 董荣, 石淼, 等.赤霞珠葡萄酒颜色相关物质分析及可视化表征[J].食品与发酵工业, 2024, 50(12):127-135.GAO C Y, DONG R, SHI M, et al.Analysis and visualization of color-related substances in Cabernet Sauvignon wines[J].Food and Fermentation Industries, 2024, 50(12):127-135.

[22] 张文昊, 武运, 简东民, 等.玛纳斯小产区4种干红葡萄酒颜色特征及花色苷组成的研究[J].食品与发酵工业, 2024, 50(11):62-70.ZHANG W H, WU Y, JIAN D M, et al.Color characteristics and anthocyanins composition of four dry red wines from Manasi region[J].Food and Fermentation Industries, 2024, 50(11):62-70.

[23] 李丹, 沈才洪, 马懿, 等.夏黑葡萄花色苷的提取及抗氧化活性研究[J].应用化工, 2016, 45(8):1418-1423.LI D, SHEN C H, MA Y, et al.Study on the extraction and antioxidant activity of anthocyanins from summer black grape[J].Applied Chemical Industry, 2016, 45(8):1418-1423.

[24] 刘霞, 陈建军, 张军强, 等.马瑟兰桃红葡萄酒酿造工艺优化[J].河西学院学报, 2022, 38(5):8-15.LIU X, CHEN J J, ZHANG J Q, et al.Optimization of process technology of Marselan rose wine[J].Journal of Hexi University, 2022, 38(5):8-15.

[25] 周鹤, 张佳佳, 时蒙蒙, 等.冷浸渍时间和发酵温度对西拉桃红葡萄酒品质的影响[J].中国酿造, 2022, 41(6):178-183.ZHOU H, ZHANG J J, SHI M M, et al.Effect of cold maceration time and fermentation temperature on the quality of Syrah rosé wines[J].China Brewing, 2022, 41(6):178-183.

[26] 赵琦. 低温浸渍发酵工艺对葡萄酒酿酒品质及其代谢产物的影响[D].扬州:扬州大学, 2017.ZHAO Q.Effects of low temperature maceration fermentation process on wine quality and its metabolites[D].Yangzhou:Yangzhou University, 2017.

[27] 杨乾. BTH浸种和喷洒对厚皮甜瓜采后愈伤、果实贮藏和植株生长的影响[D].兰州:甘肃农业大学, 2020.YANG Q.Effect of seed soaked and sprayed with BTH on postharvest wound healing, fruit storage and plant growth of muskmelons[D].Lanzhou:Gansu Agricultural University, 2020.

[28] 胡妍芸, 李霁昕, 王雨, 等.采后苯并噻重氮处理对厚皮甜瓜细胞膜磷脂代谢的影响[J].食品科学, 2018, 39(15):165-173.HU Y Y, LI J X, WANG Y, et al.Effect of postharvest benzothiadiazole treatment on membrane phospholipid metabolism of thick-skinned muskmelon[J].Food Science, 2018, 39(15):165-173.

[29] 郑志超. 脉冲电场强化浸渍调控葡萄酒品质研究[D].广州:华南理工大学, 2020.ZHENG Z C.Research on pulsed electric field strengthening impregnation to control wine quality[D].Guangzhou:South China University of Technology, 2020.

[30] 黄小晶, 李阿波, 沈甜, 等.贺兰山东麓红葡萄酒颜色差异分析[J].食品与发酵工业, 2024, 50(10):180-186.HUANG X J, LI A B, SHEN T, et al.Color features analysis of red wines from eastern foot of Helan Mountain[J].Food and Fermentation Industries, 2024, 50(10):180-186.

[31] 张波, 韩舜愈, 马腾臻, 等.红葡萄酒中花色苷衍生物结构研究进展[J].食品科学, 2018, 39(5):284-295.ZHANG B, HAN S Y, MA T Z, et al.Progress in understanding structures of anthocyanins derivatives in red wines[J].Food Science, 2018, 39(5):284-295.

[32] 李运奎, 韩富亮, 张予林, 等.基于CIELAB色空间的红葡萄酒颜色直观表征[J].农业机械学报, 2017, 48(6):296-301.LI Y K, HAN F L, ZHANG Y L, et al.Visualization for representation of red wine color based on CIELAB color space[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(6):296-301.

[33] GMEZ-MGUEZ M, GONZLEZ-MANZANO S, TERESA ESCRIBANO-BAILN M, et al.Influence of different phenolic copigments on the color of malvidin 3-glucoside[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(15):5422-5429.

[34] GONG D, BI Y, ZHANG X M, et al.Benzothiadiazole treatment inhibits membrane lipid metabolism and straight-chain volatile compound release in Penicillium expansum-inoculated apple fruit[J].Postharvest Biology and Technology, 2021, 181:111671.

[35] 张祯. 采前BTH多次处理对‘霞多丽’葡萄降异戊二烯香气物质代谢的影响分析[D].兰州:甘肃农业大学, 2022.ZHANG Z.Effects analysis of pre-harvest BTH multiple treatment on norisoprenoids metabolism in ‘Chardonnay’ grapes[D].Lanzhou:Gansu Agricultural University, 2022.

[36] GMEZ-PLAZA E, MESTRE-ORTUO L, RUIZ-GARCA Y, et al.Effect of benzothiadiazole and methyl jasmonate on the volatile compound composition of Vitis vinifera L.monastrell grapes and wines[J].American Journal of Enology and Viticulture, 2012, 63(3):394-401.

[37] 冶楠, 张珍, 吕转转, 等.茉莉酸甲酯类生长调节剂对‘蛇龙珠’葡萄果实品质及脂氧合酶代谢途径的影响[J].食品科学, 2024, 45(8):248-256.YE N, ZHANG Z, LYU Z Z, et al.Effects of the plant growth regulator methyl jasmonate on fruit quality and lipoxygenase metabolic pathway of cabernet gernischt[J].Food Science, 2024, 45(8):248-256.

[38] 朱磊, 李新月, 胡禧熙, 等.葡萄花色苷的组成及生物合成研究进展[J].黑龙江八一农垦大学学报, 2021, 33(5):59-66.ZHU L, LI X Y, HU X X, et al.Research progress on composition and biosynthesis of grape anthocyanins[J].Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2021, 33(5):59-66.

Optimization of impregnation process of benzothiadiazole treatment ‘Cabernet Gernischt’ grapes and effect analysis of its grape mash quality

ZHAO Man, LI Min, GUAN Ruwen, WANG Kai, HAN Yuqi, WANG Jianfeng, LI Jixin, FENG Lidan, JIANG Yumei*

(College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Research and Development Center of Wine Industry in Gansu Province, Lanzhou 730070, China)

ABSTRACT To make the regulation results of benzothiadiazole (BTH) on grape quality reflected in wine, for this study, ‘Cabernet Gernischt’ grape was used as test material, and the cell wall changes of grape treated with BTH were observed.Optimized impregnation process, effects of impregnation, BTH treatment on phenolics, and color and aroma composition of grape mash were investigated.Results showed that compared with the control (CK), the cell wall thickness of grape skin in the BTH treatment of berry enlargement stage (PD), veraison (ZS), and ripening (CS) increased by 2.79 times, 62.83%, and 1.60 times, respectively, and the treatment at the enlargement stage had the greatest effect on the cell wall of the peel.The optimized impregnation process of BTH treated grapes was 36 mg/L pectin compound enzyme that impregnated at 23 ℃ for 46 h.The total phenols, flavonoids, aroma concentration, and color quality of BTH treated grape mash in the optimized impregnation process were higher than those of CK.Interactive RDA and PLS-DA analysis showed that the increase of aroma concentration and the improvement of color quality of BTH treated samples mainly depended on the variation total phenols and flavonoids.The optimized impregnation process had the greatest effect on the release of linear aliphatic, terpenes, and branched-chain aliphatic aroma compounds.In summary, BTH treatment can significantly improve the accumulation of phenolic substances in grape mash, the quality of color, and aroma, thereby improve the quality of wine.The research results can provide scientific theory and practical reference for the application and promotion of BTH in regulating the quality of Cabernet Gernischt wine.

Key words Cabernet Gernischt grape mash;benzothiadiazole(BTH);transmission electron microscope;optimization impregnation process;phenolic compounds;aroma composition

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039818

引用格式：赵曼,李敏,关茹文,等.苯并噻二唑诱抗‘蛇龙珠’葡萄浸渍工艺优化及其对葡萄醪品质的影响分析[J].食品与发酵工业,2025,51(11):123-133.ZHAO Man, LI Min, GUAN Ruwen, et al.Optimization of impregnation process of benzothiazole treatment ‘Cabernet Gernischt’ grapes and effect analysis of its grape mash quality[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(11):123-133.

第一作者：硕士研究生(蒋玉梅教授为通信作者,E-mail:jym316@gsau.edu.cn)

基金项目：国家自然科学基金地区基金项目(32060514)

收稿日期：2024-05-09,改回日期:2024-07-05