葡萄果实品质在很大程度上决定了葡萄酒质量,而决定果实品质的因素按照时空顺序又可以分为风土条件、葡萄品种、栽培管理和采收时机,其中风土与品种的契合度是原料品质展现程度的核心要素[1]。对于“旧世界”葡萄酒国家而言,经过长时间的自然和人工选择,已经形成稳定搭配,例如法国波尔多和勃艮第的主栽品种分别为赤霞珠、美乐和黑比诺、霞多丽。对于我国而言,各产区尚缺乏特质化品种,导致葡萄酒产品同质化现象严重,这已经成为阻碍产业高质量发展的瓶颈。近年来,聚焦酿酒葡萄引进种资源筛选的品种区域化问题一直是研究热点[2-5]。
酿酒葡萄果皮和种子含有丰富的多酚类物质,它们具备良好的风味活性和抗氧化能力,在破碎压榨和浸渍发酵过程中转移至酒液,对酒体感官品质和食品营养功能起到决定性作用[6]。因而,酿酒葡萄果实组织酚类物质组成和含量以及抗氧化活性已经成为衡量原料品质的核心评价指标[3]。黄河故道产区的葡萄酒产业发展可追溯至1954年,是新中国直接投资建设的首家葡萄酒厂,至今已有70年发展史。近5年来,域内葡萄酒生产类企业迎来快速发展期,相继扩大原料种植面积。和以往不同的是,此轮产能升级,企业对于与本地风土匹配度较高的特征化种质更为关注,目的在于生产更具竞争力的特征性葡萄酒产品。
根据笔者前期研究基础[7],相较于中晚熟品种,早熟红色酿酒葡萄品种更适合本地风土条件。基于此,本实验于2023年扩大该类种质筛选范围,以郑州果树所葡萄资源圃7个早熟红色酿酒葡萄品种采收期果实为实验材料,对30个果实品质指标进行检测分析,利用主成分和因子分析法进行综合评价;2024年以初选种质进行小容器葡萄酒酿造,检测分析18个酿酒特性和感官质量指标,以期为黄河故道发掘与本地风土因素契合度更高的红色酿酒葡萄品种。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
材料:根据2022年针对郑州果树所葡萄资源圃红色酿酒葡萄种质的熟性、长势、结实性和抗病性的综合调查结果,将以下7个早熟红色酿酒葡萄引进种作为实验种质:黑佳美(H)、1288/38(1)、切克拉赫(Q)、CH5(C)、郑果13号(Z)、泰纳特(T)和那洛莫尔(N)。
试剂:福林酚、甲基纤维素、DPPH、ABTS、2,4,6-三吡啶基三嗪[2,4,6-tris(2-pyridyl)-1,3,5-triazine,TPTZ]、新亚铜试剂盐酸盐一水合物、水溶性维生素E(trolox),上海源叶;焦亚硫酸钾、Lalvin R-HST商业酵母,法国拉曼;芦丁、没食子酸、儿茶素分析标准品,国药集团。
1.2 仪器与设备
K3 Touch +Wellwash酶标仪,美国赛默飞世尔科技公司;FreeZone® 4.5L台式冻干机,美国拉博科公司;3-30KS高速冷冻离心机,西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司;MS 3Basi涡旋振荡器,艾卡(广州)仪器设备有限公司;NGB1024氮吹仪,广州莱普斯仪器科技有限公司;AP224 W万分之一天平,日本岛津公司;FE28 pH计、ET 18滴定仪,瑞士梅特勒-托利多公司;TD-45数显糖度计,中国杭州托普仪器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 成熟度监控
2023年葡萄转色后,监控理化成熟度和病害状况,确定7个品种技术采收期:8月中上旬。
1.3.2 样品采集
在兼顾随机性和代表性前提下完成果实样品采集,2 h内运至实验室,-20 ℃冻存待用。
1.3.3 提取液制备
手动剥皮取种子,冻干磨粉,定量称取,以盐酸甲醇溶液超声提取4次合并上清液[3],-20 ℃冻存,用于测定酚类物质含量和抗氧化活性。
1.3.4 小容器酿造
2024年,原料采收后破碎除梗,导入10 L玻璃发酵罐,添加辅料(酶制剂和焦亚硫酸钾),接种商业活性干酵母,具体工艺参数参考相关文献[7],当残糖含量降至4 g/L以内,补硫分装,-20 ℃冻存待用。
1.3.5 果实和葡萄酒基础理化指标测定
果实化学指标(可溶性固形物、滴定酸和pH):分别采用数显糖度计、滴定仪和pH计测定;果实物理指标(果实横径、纵径和果形指数,单果粒质量、单果粒果皮质量和皮果质量比,单粒果实种子质量、单粒果实种子数、单粒种子质量、种果质量比):以数显游标卡尺测定果实横纵径并计算果形指数(纵径/横径),以万分之一天平测定单粒果质量,剥皮取种子后,称量单粒果实果皮质量和种子质量并记录种子数,同时计算皮果比和种果比;葡萄酒基础指标(酒精度、残糖、挥发酸、滴定酸和pH)、颜色指标(L:亮度;a∗:红绿;b∗:黄蓝;c∗:色彩饱和度)的检测参考陈黄曌等[7]的方法。
1.3.6 果实和葡萄酒酚类物质含量测定
果皮、种子和葡萄酒中的总酚(以没食子酸计)、总类黄酮(以芦丁计)、原花青素和总黄烷醇(以儿茶素计)和总花色苷(以花青素单糖苷计)分别采用福林-肖卡法、亚硝酸盐-氯化铝法、甲基纤维素法、香草醛-盐酸法和pH示差法测定[3],结果以mg等价物/g干重或mg等价物/L葡萄酒来表示。
1.3.7 果实和葡萄酒抗氧化活性指标测定
果皮、种子和葡萄酒DPPH自由基、ABTS阳离子自由基清除力和铜离子、铁离子还原力的测定参考陈黄曌等[8]方法。
1.3.8 葡萄酒感官评价
感官评价小组由10名专业品评人员组成,包括2名国家级品酒师、3名葡萄酒方向专业教师、2名酿酒工程专业实验员、3名法国CAFA(Centre d’Apprentissage des Fines Aromes)三级侍酒师。采用1轮盲评对葡萄酒样品从外观(澄清度、颜色)、香气(细腻度、协调性、浓郁度和复杂性)和口感(平衡度、结构感、延续性和余味)3个方面10个维度进行标度检验[9],最小打分单位为0.5分,采用去掉最高和最低分求均值的方法统计数据。
1.4 数据处理
使用Mircrosoft Excel 2021进行数据处理,结果表示为“平均值±标准差”;使用Origin 2021软件绘图;使用SPSS 20.0进行单因素方差、主成分和因子分析。
2 结果与分析
2.1 葡萄果实品质分析
2.1.1 理化指标
7个酿酒葡萄种质果实3个化学指标结果如表1所示。本实验中,黑佳美果实可溶性固形物含量显著高于其他品种(22.5 °Brix),1288/38、CH5和切克拉赫次之,均在20 °Brix左右,泰纳特和那洛莫尔居中(18.5～19.0 °Brix),郑果13号最低(17.8 °Brix)。供试品种果实滴定酸含量为3.40～5.35 g/L,1288/38和CH5果实滴定酸含量显著高于其他品种,均在5 g/L以上,那洛莫尔和郑果13号果实滴定酸含量同处最低水平(<4 g/L)。被试品种果实pH值为3.46(黑佳美和泰纳特)～3.99(那洛莫尔)。酿酒葡萄成熟期果实可溶性固形物含量一般为20 °Brix左右[8],如果不足往往需要补糖调整以满足酿造需求,但此操作不仅增加成本且过量添加还会影响酒体风味[10]。成熟期酿酒葡萄果实总酸含量一般为5～10 g/L[11],过低将导致酒体平淡无味,过高则会对酒体造成口感粗糙、难以入口的负面影响[12]。
表1 7个早熟酿酒葡萄成熟期果实理化指标
Table 1 Physicochemical characteristics of berries from seven early-ripening wine grape varieties at maturity
注:同一指标不同上标小写字母表示不同品种间存在显著差异(P <0.05)(下同)。
7个酿酒葡萄种质果实10个物理指标结果如表1所示。1288/38、黑佳美、切克拉赫果实的横、纵径分处最低和最高水平,分别达到12.99、13.12,13.38、13.54、17.19、19.07 mm。果形指数(纵径/横径)是判定果实形状的直观指标:CH5和切克拉赫数值最低(0.89和0.90),为椭圆形;剩余品种基本都在1左右,为近圆形。切克拉赫、1288/38、那洛莫尔的单果粒质量分处最高和最低水平,分别为3.53、1.16、1.43 g。黑佳美、切克拉赫、郑果13号的单粒果皮质量处于最高水平,分别为0.59、0.55、0.54 g,CH5单粒果皮质量显著低于其他品种,仅有0.24 g。各品种单粒果实种子质量(0.10～0.19 g)和单粒果实种子数(1.9～2.9个)无显著差异。郑果13号和那洛莫尔的单粒种子质量分处最高和最低水平,为0.08、0.04 g。黑佳美和1288/38果实皮果比和种果比均处于最高水平,分别达到39.39%、8.67% 和36.64%、9.56%。葡萄果粒越小,皮果比和种果比越大,单位质量酿造原料风味物质含量越高,酿造高品质葡萄酒的潜能越大[13]。
2.1.2 酚类物质含量与抗氧化活性
图1-a和图1-b分别展示了7个酿酒葡萄品种果皮和种子各类型酚类物质含量和抗氧化活性指标。根据图1可知,各种质果皮黄烷醇检出量均为痕量,花色苷仅在果皮中检出,种子总酚、总类黄酮、缩合单宁检出量和抗氧化活性检测值均高于果皮,其中黑佳美各指标数值与笔者前期研究结果是可比的[7]。
图1 7个早熟酿酒葡萄成熟期果实酚类物质含量与抗氧化活性
Fig.1 Phenolic content and antioxidant activity of berries from seven early-ripening wine grape varieties at maturity
注:同一指标不同小写字母表示不同品种间存在显著差异(P <0.05)(下同)。
a-果实(果皮/种子)酚类物质含量;b-果实(果皮/种子)抗氧化活性指标
在果皮酚类物质含量比较分析中,黑佳美果皮总酚(36.57 mg/g)、总类黄酮(10.07 mg/g)和缩合单宁含量(38.64 mg/g)显著高于其他品种;郑果13号果皮总花色苷含量(157.76 mg/g)处于最高水平,泰纳特次之,但仅有前者含量约1/3(58.25 mg/g),其他5个品种均在10 mg/g以下。在种子酚类物质含量比较分析中,1288/38种子总酚(71.36 mg/g)、缩合单宁(104.60 mg/g)和总黄烷醇含量(1.19 mg/g)显著高于其他品种,切克拉赫种子总类黄酮(37.08 mg/g)和总黄烷醇含量(1.19 mg/g)处于最高水平,但其种子缩合单宁含量仅为11.12 mg/g,远低于其他6个品种;黑佳美种子总酚含量(40.08 mg/g)和CH5种子总类黄酮含量(6.82 mg/g)、总黄烷醇含量(0.18 mg/g)均显著低于其他品种。
在果皮抗氧化能力比较分析中,切克拉赫和郑果13号的DPPH自由基清除力显著高于其他品种,含量分别为22.62、22.41 mg/g;黑佳美的ABTS阳离子自由基清除力(8.11 mg/g)、铜离子还原力(23.88 mg/g)和铁离子还原力(9.19 mg/g)显著高于其他品种;CH5的4个抗氧化活性指标均处于最低水平。在种子抗氧化能力比较分析中,1288/38的DPPH自由基清除力(22.13 mg/g)和ABTS阳离子自由基清除力(0.73 mg/g)、那洛莫尔的铜离子还原力(57.82 mg/g)、切克拉赫的ABTS阳离子自由基清除力(13.98 mg/g)和铁离子还原力(21.78 mg/g)分处最高水平;郑果13号的4种抗氧化活性指标均处于最低水平。
2.2 综合评价
2.2.1 主成分分析
主成分分析是一种利用降维技术将多个变量转化为主成分的统计方法,是最重要的降维方法之一[14]。本实验将已检测并经过标准化处理的30个酿酒葡萄果实品质指标进行主成分分析,如表2所示,PC1贡献率为33.161%,代表性指标为果实横径(0.953)、纵径(0.905),种果比(-0.882),滴定酸(-0.794),种子总酚(0.907)、总类黄酮(0.798)、总黄烷醇(0.874)、DPPH自由基清除力(0.709)、ABTS阳离子自由基清除力(0.911),铜离子还原力(0.744)、铁离子还原力(0.731),主要反映种子酚类物质含量和抗氧化指标;PC2贡献率为26.996%,累计贡献率为60.157%,代表性指标为单粒果皮质量(0.819)、果皮总酚(0.977)、总类黄酮(0.801)、缩合单宁(0.890)含量,果皮ABTS阳离子自由基清除力(0.965)、铜离子还原力(0.719)、铁离子还原力(0.970),主要反映果皮酚类物质含量和抗氧化指标;PC3贡献率为16.407%,累计贡献率达到76.564%,代表性指标为果形指数(0.901)、单果粒质量(-0.718)、单粒果实种子质量(-0.789),主要反映果实物理指标。
表2 旋转后因子载荷矩阵、特征值及贡献率
Table 2 Factor loading matrix and contribution rate after rotation
2.2.2 因子得分排名
在主成分分析基础上,以前3个主成分对应贡献率为权重,对7个早熟红色酿酒葡萄种质基于因子分析法的果实品质综合评价,结果如表3所示。切克拉赫、1288/38、那洛莫尔在因子1得分较高,分别达到1.156、1.012、0.993,证明上述品种种子酚类物质含量丰富且抗氧化活性较强;黑佳美在因子2中得分远高于其他品种,达到了1.706,证明其果皮酚类物质含量和抗氧化活性指标表现突出;那洛莫尔、黑佳美、1288/38、切克拉赫在因子3中的得分相近且均为正值,分别为0.503、0.438、0.416、0.307,证明4个品种的物理指标表现相对更优。7个早熟葡萄品种综合得分排名依次为那洛莫尔(0.503)、黑佳美(0.438)、1288/38(0.416)、切克拉赫(0.307)、郑果13号(-0.249)、泰纳特(-0.278)和CH5(-1.138),排名前四酿酒葡萄种质综合得分明显更高,可以作为优良种质资源予以开发利用。截止目前,该方法已经在果桑[15]、石榴[16]、柑橘[17]和软枣猕猴桃[18]等水果种质资源评价和优选中广泛使用。
表3 7个早熟红色酿酒葡萄成熟期果实品质指标因子分析得分及排名
Table 3 Factor analysis scores and rankings of fruit quality indicators at maturity for seven early-ripening red wine grape varieties
2.3 葡萄酒质量指标
为了进一步探索筛选种质酒体质量,2024年,以那洛莫尔、黑佳美、1288/38、切克拉赫采收期果实为酿造原料进行小容器葡萄酒酿造,检测酒样质量指标并进行感官评价。
2.3.1 葡萄酒基础指标
表4为4款葡萄酒的基础成分和颜色指标。根据表4基础成分数据可知,酒样残糖和挥发酸含量分别为1.84～3.77 g/L和0.21～0.33 g/L,符合GB/T 15037—2006《葡萄酒》干型酒规定(残糖<4 g/L)且无杂菌污染(挥发酸<1.3 g/L);所有酒样酒精体积分数处于同一水平,但1288/38和黑佳美略高(12%左右);1288/38和切克拉赫酒样滴定酸含量同处最高水平,分别为5.97、5.59 g/L,那洛莫尔次之(4.99 g/L),黑佳美最低(3.02 g/L);4款酒样pH值为3.09(1288/38)～3.62(那洛莫尔)。
表4 葡萄酒样品基础成分与颜色指标
Table 4 Basic compositions and color parameters of wine samples
颜色指标是葡萄酒最为直观的感官特征[19]。由表4酒样颜色指标可知,不同酒样色度存在显著差异。黑佳美酒样a∗、c∗、L 数值分处最高和最低水平,达到63.17、64.65、25.72,证明酒样整体偏向红色色调、色彩饱和度高且亮度最低,为高质量酒体颜色指标表征[20]。1288/38表现次之,相应指标数值分别为58.68、60.18、25.72,同时b∗值是唯一为负值的酒样(-9.89),证明相较于其他酒样,其蓝色色调更重。那洛莫尔和切克拉赫酒样L、b∗、c∗值较高而a∗值较低,证明酒样偏黄绿色调、饱和度低且亮度高。
2.3.2 葡萄酒酚类物质与抗氧化活性
红色酿酒葡萄果实中的多酚类化合物,兼具风味和活性物质双重身份,在浸渍发酵过程中,持续转移至酒液,对其感官特征和食品功能贡献较大[21]。由图2-a所示,1288/38酒样总酚(751.11 mg/L)、总类黄酮(303.67 mg/L)、缩合单宁(554.05 mg/L)、总黄烷醇(108.31 mg/L)含量、黑佳美酒样总花色苷含量(103.11 mg/L)均显著高于其他品种;切克拉赫酒样各活性物质含量(除花色苷外)在显著性分析上均处于第二层级;那洛莫尔酒样所有活性物质含量均处于最低水平。1288/38酒液在酚类物质含量上的显著优势,可能与其果实种子对应物质富集特征以及高种果比和小果粒密切相关。种子作为缩合单宁的主要来源[22],其高比例促使更多单宁在浸渍过程中溶出,而果粒越小单位体积酿造原料酚类物质浓度越高[3]。黑佳美酒样高花色苷含量则源于其果皮中花色苷高积累,这一特征可能受品种遗传背景和果皮细胞壁结构对色素释放效率影响的双重作用[23]。值得注意的是,尽管黑佳美果皮酚类物质含量较高,但其酒液相应物质含量未达预期,可能与浸渍时间不足导致果皮多酚提取不完全有关[8],但根本性因素在于酚类物质存在状态,其直接影响活性物质浸渍效率[21,24]。相反,1288/38种子酚类物质的高水溶特性(如黄烷醇),可能更易在发酵初期释放[25]。
图2 葡萄酒样品酚类物质含量与抗氧化能力
Fig.2 Phenolic contents and antioxidant capacity of wine samples
a-酒样酚类物质含量;b-酒样抗氧化活性指标
由图2-b所示,1288/38酒样的DPPH自由基、ABTS阳离子自由基清除力、铁离子还原力以及切克拉赫酒样ABTS阳离子自由基清除力均处于最高水平,分别达到1.19、0.73、0.71、0.73 mg/L;黑佳美酒样铜离子还原力显著高于其他品种,达到2.62 mg/L;那洛莫尔酒样4种抗氧化活性指标均处于中低水平。1288/38酒样在抗氧化指标上的优异表现,与其多酚类物质高含量不无关系。研究表明,中低聚合度单宁(如黄烷醇小分子)可能提供了关键活性单体,对自由基清除力贡献更大[26],这是实际检测结果是相符的。
2.3.3 葡萄酒感官评价
葡萄酒感官评价结果如图3所示。在外观指标比较分析中,各酒样澄清度均在7分左右,但颜色指标得分存在差异,黑佳美得分最高(7.8分)。花色苷作为葡萄酒中的主要呈色物质,其含量对酒体颜色呈现具有决定性作用[8]。黑佳美酒体外观颜色高评分与其高花色苷浓度关系密切,同时也和其颜色指标综合表现相吻合。1288/38次之(7.2分),切克拉赫、那洛莫尔酒样得分均不足7分,分别为6.7、6.9分。合计得分排序:黑佳美(14.7分) >1288/38(14.3分) >切克拉赫(13.7分) >那洛莫尔(13.6分)。在香气指标比较分析中,1288/38酒样四类二级指标得分均最高,其中细腻度和浓郁度得分均在7分以上,分别为7.6、7.3分。黑佳美酒样次之,得分为6.1～6.5分。切克拉赫和那洛莫尔酒样得分均为5.5～6分。合计得分排序:1288/38(27.9分) >黑佳美(25.1分) >那洛莫尔(23分) >切克拉赫(22.8分)。在味道口感比较分析中,1288/38四类二级指标得分均在7分以上,其中余味得分最高,达到7.9分。儿茶素类物质(缩合单宁和黄烷醇)对酒液苦味和涩感的形成存在直接关联[22],1288/38酒体丰富的结构感和延续性与其两类物质含量丰富密切相关。黑佳美酒样次之,得分为6.5～7分。切克拉赫和那洛莫尔酒样得分基本维持在6分上下。合计得分排序:1288/38(29.6分) >黑佳美(26.5分) >切克拉赫(23.2分) >那洛莫尔(23分)。各酒样感官评价总分排序:1288/38(71.8分) >黑佳美(66.3分) >切克拉赫(59.7分) >那洛莫尔(59.6分)。
图3 葡萄酒样品感官评价
Fig.3 Sensory evaluation of wine samples
a-二级评价指标得分;b-一级评价指标得分和总分
3 结论
基于笔者前期研究成果,旨在进一步深化黄河故道产区品种区域化工作,2023年本研究以域内7个早熟红色酿酒葡萄种质3大类(理化指标、酚类物质含量和抗氧化指标)30个果实品质指标进行检测分析并通过主成分分析法和因子分析排名进行科学系统的综合评价。结果表明,因子综合评分排名前四的品种(那洛莫尔、黑佳美、1288/38、切克拉赫)为优良种质资源予以进一步开发利用。2024年,以上述酿酒葡萄种质原料开展小容器葡萄酒酿造实验,对18个质量指标以及感官品质进行检测分析,结果表明1288/38酒液颜色偏红蓝色调且饱和度高,酒体活性物质含量丰富、抗氧化能力强,感官评价总分最高,适合在黄河故道产区进一步推广种植并酿造高品质特色干红葡萄酒。
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