行间种植马齿苋对玛纳斯‘小味儿多’葡萄和葡萄酒风味轮廓的影响

卢浩成，魏 巍，陈 武，李树德，成池芳，王 军，何 非*

（1 中国农业大学食品科学与营养工程学院葡萄与葡萄酒研究中心，北京 100083；2 农业农村部葡萄酒加工重点试验室，北京 100083；3 新疆中信国安葡萄酒业有限公司，新疆 玛纳斯 832200）

土壤管理是葡萄园田间管理系统中的重要一环,其管理的得当与否影响着葡萄浆果的品质。葡萄园行间生草作为具有潜力的田间栽培技术之一,受到研究者和农艺师的广泛关注。与传统的葡萄园清耕相比,覆盖与生草具有诸多优势。有调查显示,目前世界上许多地区的葡萄园都已采用生草,有些国家生草葡萄园的面积甚至占到总面积的95%[1]。纵观国内,伴随着葡萄产业的发展,葡萄园生草因其绿色友好、省时省力等优点,逐渐进入人们的视野。但由于我国幅员辽阔,不同产区自然条件差异较大,最适生草方法不尽相同。目前国内各产区正在结合当地气候及生产特点,逐步探索适宜于该产区的葡萄园生草方法。马齿苋是马齿苋科的一种一年生肉质草本植物,植株矮小,耐干旱,耐高温,且具有极高的食用价值与药用价值,是我国北方常见的一种药食同源的功能性野菜[2]。有研究表明,马齿苋含有黄酮、多糖、生物碱和色素等多种生物活性成分,具有抗炎、抑菌、降血糖、抗氧化等功效[3]。由于其耐干旱的生长特性,可以在新疆、宁夏等西北部半干旱地区自然生长,目前已经有多种果树的种植基地进行行间种植马齿苋的试验和实践[4]。

行间生草对酿酒葡萄的影响主要体现在树体生长和代谢产物的积累上。行间生草可以控制树体的营养生长,减少叶面积,降低果穗重量和修剪量[5]。Gontier 等[6]的研究表明,果园永久性生草虽然减弱葡萄的营养生长、降低产量,但却增加葡萄果实及葡萄汁中酚类物质的总含量。除酚类物质外,行间生草对酿酒葡萄的挥发性香气物质也有影响。惠竹梅等[7]在我国陕西杨凌地区进行的行间生草试验显示,行间生草可以显著提高葡萄酒中香气物质的总含量,以及乙酸乙酯、辛酸乙酯等乙酯和β-大马士酮等关键物质的含量。

关于行间生草处理对葡萄品质影响的报道较多,但很少有针对半干旱气候条件下生草处理对‘小味儿多’葡萄和葡萄酒影响的研究。新疆玛纳斯产区光照资源丰富,昼夜温差大,酿酒葡萄成熟充分且病虫害相对较少,近年来葡萄酒产业发展迅速。然而,该产区夏季光照过强、气温过高,使酿酒葡萄的成熟周期缩短,树体生长旺盛,容易造成叶幕郁闭,影响了果实中次级代谢产物、特别是风味物质的积累。因此,本研究利用行间生草技术,拟通过改变葡萄园的微环境,探究此技术对酿酒葡萄‘小味儿多’树体生长、果实品质和所酿葡萄酒风味轮廓的影响,以期为新疆玛纳斯产区葡萄园行间种植马齿苋技术提供一定的理论依据。

1 材料与方法

试验地位于新疆维吾尔族自治区玛纳斯县中信国安葡萄酒业有限公司自建基地 (N44°14′0′′,E86°14′39′′),于2019年进行田间试验。试验材料为2013年定植的自根苗‘小味儿多’葡萄。葡萄园株行距为1.0 m×3.0 m。整形方式为改良后的VSP(M-VSP,即“厂”字形),短枝修剪,叶幕高度为1.2 m,结果带位于地面上0.6 m。试验选用的行间生草品种为马齿苋(P.oleracea L.),于当年5月进行人工播种,定期对马齿苋进行刈割,使高度保持在15 cm 左右。对照组为传统的地面清耕管理方式,定期铲除行间杂草。每个处理选取连续3 行(长200 m 左右)长势一致的植株用于试验,处理间设置隔离行。

1.1 测定项目与方法

1.1.1 田间检测

叶面积 每个处理随机选取10 株葡萄树,每株随机选取5 个新梢,使用叶面积仪测定主梢和副梢上全部叶片的面积； 并调查每个架空葡萄树的新梢数量,统计葡萄树的数量,从而估测每株葡萄的总叶面积。

树体生长指标和产量估测 每个处理随机选取10 个果穗进行称重,计算每个果穗的平均重,并调查每延长米葡萄树的果穗量,从而估测产量。冬剪时,每个处理随机选取5 株葡萄树,将新梢剪下称重,计算每延长米的修剪量。

1.1.2 浆果样品采集和成分检测

监测果实的发育进程,在豌豆粒期、转色5%、转色100%、转色100%后10 d 及商业采收期,共5 个时间点进行样品的采集,以及可溶性固形物、糖、酸含量和pH 值的测定。采收期,除了对基本理化指标进行检测的浆果外,每个生物学重复另采集400 粒浆果,用冰盒保存,快速运回实验室,用液氮速冻,保存在-80 ℃冰箱中,用于后期相关指标的检测。

利用手持糖度计测定葡萄果汁中可溶性固形物含量；采用pH 计测定果汁pH 值；采用电位滴定法测定可滴定酸含量,结果以酒石酸含量计。

葡萄果实中酚类物质的提取按Downey等[8]和Liang等[9]方法进行。葡萄果实和葡萄酒类酚类物质的检测采用美国安捷伦1 200系列高效液相色谱仪,配备6 410三重串联四级杆质谱仪(QqQ)。所用色谱柱为Poroshell 120 EC-C18。具体检测方法参照已发表的文献[10]。花色苷及其衍生物含量以二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷为外标物。黄酮醇以槲皮素-3-O-葡萄糖苷为外标物,黄烷醇以(+)-儿茶素、(-)-表儿茶素、(-)-表棓儿茶素和(-)-表儿茶素没食子酸酯为外标物。

葡萄果实中香气物质的提取按照Lu 等[11]方法进行。检测采用顶空固相微萃取-气相质谱 (HSSPME-GC/MS)联用方法。采用美国安捷伦6890系列气相色谱仪,配备5973系列质谱。所用色谱柱为HPINNOWAX极性柱。气相及质谱参数设置参照Lu等[11]方法进行。香气物质的定性方法是将测得香气物质的参数与实验室已经建立的葡萄酒香气库中各种挥发性香气物质的保留指数及特征离子进行对比,然后根据各物质对应的标准曲线进行定量； 没有标准品的物质选择结构相似的物质采用半定量法定量。

1.1.3 小规模发酵和葡萄酒成分分析

当葡萄达到采收期时,进行小罐葡萄酒发酵试验。每个处理采摘葡萄30kg(每个生物学重复10 kg),人工去梗、破碎后入罐,同时加入10 mL 4% H2SO3和果胶酶0.2g,入罐24 h 后添加活化好的Lalvin D 254酵母,温度控制在24～26 ℃。早晚进行2 次压帽、搅匀,并测定其比重和温度。酒精发酵结束后,添加乳酸菌进行苹果酸-乳酸发酵。苹果酸-乳酸发酵结束后加入6 mL 6% H2SO3,装入750 mL 棕色波尔多瓶中,置于公司酒窖中待测。

葡萄酒酒精度、残糖、总酸、挥发酸、pH 值等测定参照GB/T 15038-2006 《葡萄酒、果酒通用分析方法》[12]。

葡萄酒的色值按照国际葡萄与葡萄酒组织(International vine and wine organization,OIV) 推荐的CIELAB 法进行测定,以蒸馏水作为参比,取离心后葡萄酒经0.22 μm 滤膜进行过滤,使用紫外分光光度计分别于波长440、530、600 mm 处测定吸光值并计算L*、a*和b*值[13]。

感官品评由中信国安酒厂内10 名专业酿酒师组成的品评小组进行。感官评价的指标参照中国食品工业协会葡萄酒果酒专家委员会提出的全球葡萄酒中国品鉴体系。分为颜色、香气、口感及综合评价等4 大模块,包括澄清度和色度、香气的浓郁度、优雅细腻度、复杂性与变化；酒体的结构协调性、醇厚感、单宁的质感及强度、层次变化、回味；以及总体评价,其中每项指标各10 分,满分共计100 分。

1.2 数据处理及统计分析

试验分析中所用的标准曲线、平均值和标准偏差计算等均通过Microsoft Excel 2016 软件进行分析； 单因素及双因素方差分析等通过SPSS 22.0(IBM,USA)进行。采用Origin 8.5(Origin Lab,USA)进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 浆果发育过程中的基本理化指标

行间生草处理对‘小味儿多’生长期间果实理化指标影响如图1所示。果实重量方面,与清耕(115.9g)相比,生草处理(130.8 g)在E-L 36(转色完成)时百粒重增加12.9%；在E-L 35(转色开始)和E-L 36(转色完成) 两个时期增加了果实可溶性固形物含量,降低了可滴定酸含量；在采收期时降低了果实的pH 值。而其他时期生草处理对其无显著影响。

图1 行间生草处理对‘小味儿多’果实理化指标的影响

2.2 树体生长状况

与对照相比,行间生草处理对‘小味儿多’树体生长指标的影响较小(表1),仅降低浆果中种子的数量。虽然生草处理减少了修剪量和产量,但影响并不显著。其他树体生长指标如新梢长度、新梢直径、主梢/副梢和总叶面积与处理间差异均较小。

表1 行间生草处理对‘小味儿多’产量及树体生长状况的影响

2.3 葡萄果实的酚类物质

对‘小味儿多’果皮各类花色苷和黄酮醇浓度的分析结果(图2)。行间生草处理显著增加‘小味儿多’二甲花翠素类花色苷的浓度(增加19.9 mg/kg),而其他四类花色苷浓度处理间差异较小。

图2 行间生草处理对‘小味儿多’果实花色苷和黄酮醇浓度的影响

黄酮醇方面,检测到的5 类黄酮醇中,生草处理显著降低葡萄中异鼠李素类物质的浓度 (降低3.05 mg/kg)。虽然生草处理中槲皮素类物质的浓度低于清耕处理,但并未达到显著水平。

黄烷-3-醇物质为葡萄酒提供苦味与收敛感,葡萄酒的黄烷-3-醇物质主要来自于酿酒葡萄的果皮与种子。黄烷-3-醇由起始单元、延伸单元及游离单元组成,无论在果皮还是种子中,延伸单元都是含量最高的一类。对‘小味儿多’果实中黄烷-3-醇进行检测与分析,结果如表2所示。果皮和种子中的黄烷醇类物质均未受到生草处理的显著影响。表明生草处理对果实中黄烷醇的影响可能要弱于花色苷和黄酮醇。

表2 行间生草处理对‘小味儿多’果皮和种子中各类黄烷醇类物质的影响

2.4 葡萄果实的香气物质

使用GC-MS 联用仪对‘小味儿多’果实中的香气物质检测,共检测到C6/C9 化合物、降异戊二烯类、萜烯类、醛酮类、醇类、脂肪酸类、酯类、苯类等8类香气物质,它们又可分为挥发性的游离态及不具有挥发性质的结合态两种,结果如图3所示。C6/C9化合物是果实香气当中含量最高的物质,约占总含量的90%。而该类香气物质主要包括己醛、己烯醛和己烯醇等,它们主要为葡萄及葡萄酒提供植物味。行间生草减少游离态与结合态该类物质的总含量,其中游离态达到显著水平。而对于同样重要的降异戊二烯类及萜烯类物质,生草处理并未对其总量产生影响。生草处理显著降低游离态醇类物质含量。同时还发现,行间生草处理降低结合态酯类物质的总含量。

图3 行间生草处理对‘小味儿多’葡萄各类香气物质浓度的影响

2.5 葡萄酒的基本理化指标和色度色调

生草处理对‘小味儿多’入罐葡萄汁和发酵完成后葡萄酒理化指标的影响如表3所示。各处理所酿的葡萄酒符合国标(GBT15038-2006)干红葡萄酒的要求[12]。生草处理并未影响入罐葡萄汁的可溶性固形物含量和发酵完成后酒的酒精度,这与之前浆果理化指标的分析相吻合。经过苹果酸-乳发酵后的葡萄酒中总酸的含量较入罐时可滴定酸含量下降幅度较大,表明‘小味儿多’葡萄的苹果酸含量占比较大。虽然生草处理的葡萄酒色度值(C*) 降低、亮度值(L*)增加、红-绿色度值(a*)与黄-蓝色值(b*)均有所降低,但均未达到显著水平。

表3 行间生草对‘小味儿多’入罐葡萄汁和发酵结束后葡萄酒基本理化指标和颜色参数的影响

2.6 葡萄酒的感官品评

进一步对葡萄酒的感官品质结果进行分析,如图4所示,行间生草处理的‘小味儿多’酒样总得分(86.6)高于清耕对照(83.8),尤其是在香气表现上。如优雅细腻度、浓郁度、复杂性与变化等香气品质的方面得分普遍高于对照。而在颜色与口感方面,生草处理和清耕得分接近。

图4 行间生草处理对‘小味儿多’葡萄酒感官评价的影响

3 讨论

通常情况下,行间生草会与葡萄竞争水分与营养,从而降低葡萄生长势与产量。但在本研究中,与对照相比,‘小味儿多’行间生草处理对树体生长指标的影响较小。虽然生草处理减少修剪量和产量,但影响并不显著。Gastón Gutiérrez-Gamboa[14]等在智利莫尔山谷连续5年的‘赤霞珠’行间生草处理结果显示,虽然行间作物竞争作用导致产量降低,但是葡萄的生长势提高。也有研究表明,行间生草处理在不同年份对于产量影响不同,第1年与传统清耕法相比增加了产量,但是第2年却并没有产生显著性影响[15]。因此,生草处理对葡萄树体生长的影响可能与当地的气候、气象特点相关。在新疆天山北麓产区,丰富的光照资源导致葡萄树体的生长势较为旺盛,因而生草处理带来的轻微水分胁迫可能不会对树体成长造成较为显著的影响。

行间生草除对葡萄生长产生影响外,还会对葡萄的可溶性固形物、滴定酸、pH值等理化指标有一定作用,而温度与光照是影响这些指标的重要因素。‘小味儿多’生草处理的果实可溶性固形物含量在EL35和E-L36时期高于对照,且在发育过程中出现可滴定酸降低的现象,可能与生草处理对葡萄树有轻微的水分胁迫作用,从而加快成熟进程有关,但这种差异到了成熟期逐渐缩小。有研究表明,发育延迟的浆果在成熟期会加快成熟进程,从而导致不同发育程度的浆果差异减小甚至消失,与本研究结果基本一致[16]。

生草处理对葡萄果实中花色苷浓度的提升与之前的有关报道一致[17]。造成这种现象的原因可能是行间生草处理降低了到达果际的地面反射光,从而降低果际带的温度,缓解高温胁迫；同时行间植物生长与葡萄根系竞争水分产生水分胁迫,从而有利于葡萄果皮的单体花色苷的合成,并抑制其分解[18]。但果实中花色苷浓度的提升并未出现在发酵完成后的葡萄酒中,这可能是由于葡萄酒发酵过程中花色苷发生复杂生化的反应,导致这种差异的消失,如一部分单体花色苷和辅色素会发生聚合反应。黄酮醇作为对环境胁迫的相应物质,可以吸收紫外线从而保护浆果免受损伤,所以在一定范围内光照强度的增加会促进黄酮醇类物质的积累[19]。生草处理会降低到达果际的地面反射光,从而降低浆果和发酵完成后葡萄酒中的黄酮醇类物质的浓度。

行间生草减少游离态与结合态该物质的总含量,且游离态达到显著水平。由于生青味会带给葡萄酒“不成熟”的感官感觉,因此它的减少可能有利于果实香气品质的改善[20]。通过感官评价分析,行间生草处理仅对葡萄酒的果香及花香具有一定的提高作用,这一点与生草处理葡萄酒中更高的香气优雅细腻度、浓郁度、复杂性与变化的得分相吻合,表明通过香气物质测定计算的香气值的差异能够反应在感官上。而在口感方面,对照和处理葡萄酒中的感官评分差异不大。

4 结论

本研究针对新疆玛纳斯产区的气候条件,对‘小味儿多’葡萄园进行行间生马齿苋试验,以期改善葡萄果实和葡萄酒的品质。对树体生长、酿酒葡萄果实和葡萄酒理化指标、类黄酮及香气物质等的全面分析表明,行间种植马齿苋在果实发育过程中加快浆果的成熟,对树体生长和生长势并未产生显著的影响。增加了葡萄果实中二甲花翠素类花色苷的浓度,但对黄酮醇浓度有不利影响。浆果中的C6/C9 类物质浓度在行间种植马齿苋处理中显著降低,但并未表现在发酵完成的葡萄酒中。提高了感官品评中葡萄酒香气指标的评分。总体而言,行间种植马齿苋处理并未对‘小味儿多’葡萄树体和浆果品质造成负面影响,且对其香气表现有利,因此,可以将行间种植马齿苋处理作为该产区‘小味儿多’葡萄园中的地面管理技术。