行間覆蓋砂石對赤霞珠果實品質及香氣物質的影響

楊 洋 ， 張亞紅 ，， 李光宗 ， 楊新宇 ， 張小虎

（1.寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021；2.寧夏大學葡萄酒學院，寧夏銀川 750021）

釀酒葡萄品種因其適應能力強，是世界上栽培規模較高的果樹。經過長期發展，我國已逐步形成新疆、京津冀、山東、賀蘭山東麓等優質釀酒葡萄產區，各產區氣候、土壤條件差異明顯，產品各具特色。葡萄品質主要由品種決定，但其生物合成還受到氣候因素、土壤條件、植物激素等調控[1]。溫度是影響葡萄品質的重要環境因子，研究發現，溫度對釀酒葡萄含糖量的升高及含酸量的降低均有促進作用[2]。在夏季高溫地區，葡萄果實的糖度高，但酸發育不好，香氣和著色都受到不利影響[3]。葡萄中花色苷的含量在20℃時會顯著提高，而30℃時花色苷的積累幾乎停止[4]，但花青素在高溫下的最終濃度主要取決于其合成和降解之間的平衡。晝夜溫差對葡萄可溶性固形物、固酸比的形成具有抑制作用，對總酸的形成有促進作用[5]。在釀酒葡萄成熟期，晝夜溫差增大有利于葡萄果實花色苷的積累，含糖量和品質指標均會提高[6]。近年來，國內外科研工作者開展了很多晝夜溫度變化對葡萄品質影響試驗，多數研究是在氣候室內進行[7-8]，少數是對葡萄果實局部進行溫度調控研究[9]，田間試驗較少。目前，田間溫度調控措施主要有搭建溫室或開頂室[10]、土壤電加熱[11]、紅外線反射和輻射[12-13]等。溫室或開頂室設計簡單，無須耗電，但會影響風速、濕度、CO2濃度等；土壤加熱可精確控制土溫，但會影響土壤濕度和氣體擴散，而且地上部分增溫不明顯；紅外線反射運行成本低，但反射簾布會影響雨水及風速；紅外線輻射能較準確輸入熱量及模擬氣溫變化，但耗電較多，加熱面積有限。

本試驗在大田環境條件下，利用砂石白天吸熱快、比熱大、夜晚降溫快的自然屬性，以及覆蓋砂石成本低易操作等特點，通過葡萄植株行間覆蓋砂石，以行間清耕為對照，研究行間覆蓋砂石對赤霞珠果實品質和香氣物質的影響，為利用調控微環境生產高品質葡萄漿果、釀造風格獨特的葡萄酒提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2019 年7 月至2019 年9 月在寧夏銀川市寧夏大學葡萄酒學院葡萄種植園進行。銀川地處寧夏平原中部，年平均氣溫8.5 ℃左右，年平均日照時數2 800～3 000 h，平均年降水量200 mm 左右，干燥少雨，光照充足，晝夜溫差大，屬于中帶干旱氣候區。葡萄種植園土壤含礫石、沙粒，以淡灰鈣土為主。

以7 年生歐亞種葡萄赤霞珠（Cabernet Sauvignon）為試驗材料。栽培方式為南北行向，植株“廠”字形整形修剪，株行距0.5 m×3.0 m，常規管理。

1.2 試驗設計

于果實轉色前15 d 開始在葡萄植株行間覆蓋砂石（Cover gravel，CG），以行間清耕為對照（Contrast check，CK），計 2 個處理；每個處理選擇相鄰 3 行葡萄藤，每行25 株，每小區面積約125 m2；在葡萄藤下地表均勻覆蓋直徑3 cm 左右形狀不規則的青灰色破碎河卵砂，覆蓋厚度5 cm 左右，統一田間管理。在每個處理小區內均勻設置3 組溫濕度記錄儀，布置在葉幕層垂直高度0.4 m（果實附近）處，并在每個小區葡萄根東側20 cm 處，把土壤溫度記錄儀探頭分別埋入地面下10 cm 和30 cm 處，測定土層溫度。在處理期間選擇典型晴天，用手持光照儀測定CG 和CK 反射光的日變化，試驗共處理40 d。

1.3 果實品質指標測定

于赤霞珠漿果轉色后第5 d 開始采樣，間隔10 d，共采6 次。隨機摘取葡萄果穗適量，兼顧陰、陽面，葉幕層內外果穗，并且采樣過程中不得撕破或蹭破果粒果皮，采完立即放入冰盒帶回實驗室，用剪刀剪下所有健康果粒后混勻，隨機分裝成2 份。鮮樣用于測定果實可滴定酸；另一份樣品用液氮快速冷凍后放入-80 ℃冰箱備用。

采用手持糖量計測定可溶性固形物；酸堿滴定法測定可滴定酸含量；可溶性糖測定采用蒽酮硫酸比色法[14]；葡萄果實總酚的測定采用福林酚法[15]，單寧的測定采用用福－丹尼斯法[16]；花色苷用pH 示差法測定[17]。

揮發性香氣成分的測定采用頂空固相微萃取方法提取，運用氣相色譜與質譜聯用技術（GC-MS）分析，參照楊曉帆[18]的方法并稍加修改；前處理：稱取適量液氮打磨樣品置于頂空瓶中，加3 g 氯化鈉，密封，于80 ℃下水浴平衡30 min，用固相微萃取針萃取30 min，待萃取結束后，萃取針在進樣口解吸5 min。30 m x0.25 mm x0.25 μm 色譜柱；掃描方式：Full Scan；升溫程序：起始溫度：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。采集到的質譜圖利用NIST 譜庫進行檢索，鑒定樣品中的揮發性成分，并利用峰面積歸一化法分析各成分的相對含量。

1.4 數據統計分析

數據的整理、匯總和初步分析制表在WPS2019中完成，進一步釆用Origin2018 版進行t 檢驗、方差分析及繪圖。

2 結果分析

2.1 覆蓋砂石環境特征綜合效應分析

如表 1，統計試驗期間（35 d）CG 與 CK 處理的溫度、濕度物理量平均值，及典型晴天反射光日變化，利用成對平均數比較[19]，進行t 檢驗，在P=0.05水平下驗證其顯著性，若P 值小于0.05，則顯著，反之則不顯著。如表1 可知，CG 顯著提高了白天葉幕層溫度，顯著降低了土層溫度；兩處理間夜間葉幕層溫度和相對濕度表現不顯著；選擇典型晴天測定CG與CK 的地面反射光，沒有表現出顯著差異，這可能與選擇的砂石顏色是青灰色有關，并沒有大幅度引起地面反射光的變化。

表1 覆蓋砂石環境特征綜合效應統計檢驗

2.2 不同處理果實糖酸積累比較

由表2 可知，果實轉色后，CG 和CK 可溶性糖含量均呈現上升趨勢，初期上升幅度大，且二者含量CG 始終顯著高于CK；可滴定酸含量在初期迅速下降，之后呈緩慢下降趨勢，于果實成熟期下降到最小值，且可滴定酸含量CG 始終顯著高于CK。成熟期，可溶性糖和可滴定酸含量CG 較CK 分別提高了12.2%和18.1%。果實中糖酸比即成熟系數是漿果成熟度的一項生理指標，兩個處理成熟系數的大小在果實轉色后交替變化，最終CK 成熟系數高于CG。

2.3 不同處理果實酚類物質比較

2.3.1 單寧和總酚 圖1 為果實轉色后兩個處理果實單寧和總酚含量的變化。從圖中可以看出，轉色至成熟期兩個處理單寧和總酚含量呈下降趨勢；果實轉色后，CG 的單寧含量始終大于CK，果實成熟時，CG 較CK 的單寧含量提高了22.3%；果實總酚含量則表現為CG 大于CK，但差值是由大逐漸減小再增大的波動狀態。果實成熟時，總酚含量CG 較CK 提高了7.4%。

2.3.2 花色苷和類黃酮 花色苷在葡萄果實中是逐漸積累的。由圖2 可以看出，從轉色后至成熟時，兩種處理果實花色苷含量均呈上升趨勢，且CG 始終大于CK。在25~35 d 時，CG 果實花色苷含量上升幅度迅速增大，成熟時CG 較CK 花色苷含量提高了23.3%。兩種處理的類黃酮含量呈波動上升趨勢，在5~35 d，兩種處理間沒有顯著差異；在35~55 d 均出現先下降后上升趨勢，并達到最大值，最終表現為類黃酮含量CG 較CK 提高了12.7%。

2.4 不同處理果實揮發性香氣物質比較

果實成熟時，兩個處理中均檢測醛酮類、萜烯類、酯類、醇類及其他類揮發性成分。如圖3 所示，醛酮類果實揮發性組分的主要成分，占各處理樣品總量的65%以上。CG 的醛酮類和萜烯類化合物總的相對含量較CK 分別增高了10.7%和60.6%；但CG的脂類化合物和醇類化合物較CK 減少，分別減少了25.6%和45.6%；香氣物質中的萜烯類和脂類化合物相對含量占比均較小，但味覺閾值低，在果實風味物質中占據著重要的作用。其他類物質如羧酸、烷類等對果實香氣物質的影響很小。

表2 不同處理果實糖酸含量變化

圖1 不同處理果實單寧和總酚含量的變化

圖2 不同處理果實花色苷和類黃酮含量的變化

由表3 可知，CG 和CK 檢測到的揮發性物質分別為45 種和44 種，共有成分為11 種，且兩個處理間的相對含量有著明顯的差異。含有青草香味的反式-2-己烯醛在共有香氣物質中占比最大，CG 中的反式-2-己烯醛較CK 高66.2%；CK 中的壬醛和苯乙醇的相對含量較CG 均高1 倍左右，但占總量比例較小；CG 中的苯甲醛、1-辛醇和β-大馬士酮的相對含量均高于CK，其中帶有混合香氣且嗅覺閾值很低（2 ng/L）的β-大馬士酮最為明顯，相對含量較CK 增加約3.6 倍。醛類和萜烯類物質的相對含量增大，會提高果實感官品質。

3 討論

本試驗中，較CK 而言，CG 處理對空氣濕度、反射光日變化沒有影響，但顯著增高了白天葡萄葉幕溫度，導致溫度日較差變大；砂石阻擋了地面與太陽輻射的直接接觸，使得CG 的土壤溫度顯著低于CK。可見，CG 處理改變了葡萄植株微域溫度環境。

圖3 不同處理果實各類香氣化合物占比

表3 不同處理果實共有揮發性物質比較

本文分析了行間覆蓋砂石與葡萄成熟過程中漿果品質的關系。研究發現，成熟期白天溫度較高而夜間溫度較低，可使葡萄果實著色良好，含糖量和品質都有提高，但溫度過高會加速蘋果酸的分解[20-21]。本試驗發現，在果實轉色后至成熟期，CG 果實中可溶性糖和可滴定酸始終大于CK，CG 加快了糖的積累，減緩了酸的降解。但CG 處理引起的白天升溫并沒有加速酸的分解，可能與升溫幅度有關。釀酒葡萄果實成熟期間單寧和總酚的含量是逐漸下降的，且氣溫日較差增大，有利于單寧含量的增加[22]。而花色苷含量與成熟過程中較大的晝夜溫差呈正相關關系[23]。這與本試驗的結果一致，果實轉色后，單寧和總酚整體呈下降趨勢，而花色苷和類黃酮整體呈上升趨勢，成熟期在果實中均為CG 高于CK。可能與CG 處理提高了白天溫度，增大了日較差，從而改變了植物光合產物積累與呼吸消耗的平衡，因而為果實二次代謝物的合成提供了不同含量的必備物質。同時CG 處理降低土壤溫度也有一定影響，葡萄根系最適生長溫度為15~25 ℃[24]，土壤溫度始終處于最適生長溫度范圍內，一定程度會增加葡萄根系的活力。

本試驗發現，行間覆蓋砂石改變了成熟時赤霞珠果實中揮發性香氣成分的種類及醛酮類、萜烯類、脂類和醇類化合物在揮發性香氣成分中所占的相對比例。不同果實的香氣種類、濃度和質量不一樣，構成了葡萄酒不同的風格特征和典型性。研究發現，冷涼氣候對碳六化合物合成有一定的促進作用[25]，而高溫不利于香氣的形成[26]。本試驗結果發現，與CK相比，CG 增加了醛酮類和萜烯類化合物總的相對含量，但CG 的脂類化合物和醇類化合物較CK 有所減少。在共有化合物中，CG 果實中醛酮類反式-2-己烯醛、己醛含量均高于CK。CG 果實中帶有混合香氣的萜烯類β-大馬士酮高于CK，雖然香氣物質中的萜烯類相對含量占比均較小，但味覺閾值低，對葡萄酒的感官特性影響很大[27]。冷涼環境有助于葡萄果實香氣物質的合成，但短暫的高溫同樣會提高葡萄的品質[28]，因為溫暖地區具有更高的萜類物質[29]。目前，關于溫度對果實揮發性香氣物質影響的研究較少，需進一步去研究探討。

4 結論

本試驗研究結果表明，在果實轉色至成熟期，行間覆蓋砂石增高了白天葉幕溫度，增大了氣溫日較差，降低了土層溫度，因此提高了可溶性糖、花色苷和類黃酮的積累速率，減緩了總酸、單寧、總酚的降解速率，表現為成熟時較對照都有顯著提高。行間覆蓋砂石對成熟時果實香氣種類數量影響不顯著，但對香氣組成有明顯影響；與對照相比，行間覆蓋砂石增加了醛酮類和萜烯類化合物總的相對含量，但脂類化合物和醇類化合物較對照有所減少。由此可見，行間覆蓋砂石可以通過改變微域環境提高赤霞珠葡萄果實品質。