成熟期降水对碣石山产区‘马瑟兰’果实品质的影响

孟宪宸，崔彦志，李星宇，张秀玲，马振伟，柴菊华,3*

（1. 河北科技师范学院食品科技学院，河北昌黎 066600；2. 朗格斯酒庄（秦皇岛）有限公司，河北昌黎 066600；3. 河北省葡萄酒产业技术研究院，河北昌黎 066600）

葡萄的成熟度是影响葡萄酒质量的重要因素之一[1]。生产上要求农艺师和酿酒师能够准确判断果实的最佳成熟度，以确定适宜的采收期。葡萄的成熟度往往具有区域、品种、年份和加工方向等差异性，难以形成统一标准。近年来，国内研究者[2-5]针对宁夏青铜峡、陕西杨凌、新疆楼兰、内蒙古乌海等产区的‘赤霞珠’‘美乐’‘黑比诺’‘西拉’等葡萄品种，建立了包含果汁糖酸指标和皮籽多酚指标的成熟度控制体系，尤其多酚成熟度在红色酿酒品种成熟期判定和采收期预测中显示出越来越多的重要性。

‘马瑟兰’原产于法国南部，2001年引入中国，在我国主要葡萄酒产区均表现了良好的丰产性、抗病性和耐热性，所酿红葡萄酒颜色鲜艳，果香浓郁，口感细腻，深受消费者喜爱，被誉为中国葡萄酒的“明日之星”[6]，近年来发展势头迅猛。碣石山产区是我国干红葡萄酒主产区之一，位于我国东部环渤海湾葡萄酒产区，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年均降水量614 mm，适宜优质酿酒葡萄的生产[7]。2005年该区的朗格斯酒庄率先引入‘马瑟兰’葡萄，通过多年的观察，该品种表现出良好的栽培和酿酒潜力，目前已成为该区主栽品种之一[8]。但是，若要全面准确评价‘马瑟兰’的栽培和酿酒特性，果实成熟期过度降雨等突发灾害性天气对果实品质指标的影响应受到更多的关注。

本试验跟踪了15年的成熟期降水量，以碣石山产区‘马瑟兰’葡萄为试材，并选择多雨的2021年，探究果实成熟期糖酸指标和多酚指标的变化特点，以期建立多雨年份‘马瑟兰’成熟度指标体系，为‘马瑟兰’葡萄适期采收提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验于2021年在河北秦皇岛碣石山产区朗格斯酒庄进行，以2011年定植的‘马瑟兰’为试材，南北行向，单篱架式，株行距0.9 m×2.3 m，倾斜水平龙干形。全年不灌溉，栽培管理水平中上，亩产控制在500 kg左右。

所用试剂均为分析纯。没食子酸纯度≥98%，天津市光复精细化工研究所生产；三氯化铝、醋酸钠、冰醋酸、六水合三氯化铁十二甲基硫酸钠（SDS）、三乙醇胺（TEA）、甲醇、亚硝酸钠，天津科密欧化学试剂有限公司生产；牛血清蛋白纯度≥98%、焦亚硫酸钠，酷尔生物实验室提供；芦丁、儿茶素纯度≥98%，天津和龙科技有限公司生产。

1.2 仪器与设备

THZ-C-1单层恒温摇床：苏州培英实验设备有限公司；T6新悦可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；pHS-3C pH计：上海精密科学仪器有限公司；PAL-1糖度计：日本爱拓中国分公司；MS3漩涡混合器：日本艾卡仪器设备有限公司；H1750R高速冷冻离心机：湖南湘仪仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 降雨量数据来源及降雨等级划分方法

2007—2021年共15个年份葡萄成熟期8—10月的降雨量数据由朗格斯酒庄酿酒葡萄小气候站中心提供，通过该站客户端软件直接获取数据记录。

降雨等级划分（按24 h内降雨量）规则为[9]：小雨：0.1～9.9 mm；中雨：10～24.9 mm；大雨：25～49.9 mm；暴雨：50～99.9 mm；大暴雨：100～249.9 mm；特大暴雨：≥250 mm。

1.3.2 果实采样方法

参考张世杰的Z字型取样法[10]。随机选择葡萄园中间相邻2行长势一致的植株，掐头去尾，待葡萄转色完全后进行果实取样。8月19日进行第1次采样，之后间隔7 d采样1次，分别于8月26日、9月2日、9月9日、9月16日、9月23日进行采样；当葡萄糖含量在190 g·L-1以上时，采样间隔时间为4～5 d，分别于9月28日、10月2日、10月7日采样。样品采集后运回实验室，﹣40 ℃冰箱贮藏待用。

1.3.3 果实糖酸指标测定

参照王华[11]的方法，可溶性固形物采用糖度计测定；还原糖含量采用直接滴定法；pH值采用pH计法；总酸含量采用直接滴定法。所有指标均重复测定3次。

1.3.4 葡萄皮籽多酚的提取与检测

多酚提取与检测采用苏鹏飞等[12-14]的方法；pH示差法测定花色苷含量；单宁含量采用蛋白-单宁沉淀法，果实皮籽单宁标准曲线为y=1.9867x－0.0106，R2=0.999；总酚的测定均采用福林-酚法进行，果实皮籽总酚标准曲线为y=1.2577x－0.0128，R2=0.998；直接显色法测定类黄酮含量，果实皮籽类黄酮标准曲线方程为y=1.5736x＋0.0171，R2=0.9974；p-DMACA-盐酸法测定黄烷醇含量，果实皮籽黄烷醇标准曲线为y=2.5968x＋0.0046，R2=0.9985。

1.4 数据处理

采用Excel 2016和SPSS 27.0进行统计学分析并作图。

2 结果与分析

2.1 碣石山产区‘马瑟兰’果实成熟期降水

图1表示了2007—2021年8—10月葡萄果实成熟期的降雨量。由图1看出，15个年份中出现5个多雨年份，分别为2012、2016、2018、2020、2021年，其成熟期降雨量均超多年降雨量平均值的一半，因此碣石山产区多雨年份的出现具有一定频率。2021年果实采样期间，共发生14次＞0.5 mm的降雨，累计降雨量286.5 mm。其中小雨7次，中雨4次，大雨2次，大暴雨1次。9月20日单日降水量达到116.1 mm，造成葡萄园积水，对葡萄果实的成熟有明显影响。

图1 2007—2021年8—10月份降雨量对比Figure 1 Comparison of precipitation from August to October in 2007-2021

2.2 ‘马瑟兰’葡萄糖酸指标的变化

一般酿酒葡萄浆果可溶性固形物含量与还原糖在成熟过程中呈现不断上升趋势[4]。表1反应了采样期内随着果实的成熟，可溶性固形物含量由转色完成后第一次采样的16.23%增长到末次采样的23.10%，还原糖含量由155.42 g·L-1增加到225.02 g·L-1，成熟中后期的单次116.1 mm强降雨延缓了可溶性固形物的积累，同时引起还原糖的小幅回落，可见果实成熟期多雨水，尤其是强降雨会明显限制糖分积累，影响成熟进程。

表1 不同采样期‘马瑟兰’葡萄糖酸指标Table 1 Sugar and acid indexes of 'Marselan' grapes from different sampling time

正常年景情况下，葡萄果实在转色后的成熟过程中，含酸量会持续下降，pH则缓慢上升[15]。由表1可以看出，多雨年份的‘马瑟兰’葡萄随着成熟进程，总酸含量不断下降，由转色刚完成时的10.7 g·L-1降至10月7日的5.35 g·L-1，降幅达50%，而且在果实成熟的初期阶段，总酸下降较快，降幅较大。尽管强降雨并未引起总酸含量增加，但却使pH显著升高，9月23日达到最高pH（3.42），其后迅速下降，直至10月2日降为3.29。另一方面，pH的下降存在延迟响应现象，且下降效应维持时间较长，达两周之久。

受葡萄成熟过程中糖分积累与有机酸含量下降的综合影响，糖酸比总体表现了逐渐上升的趋势。表1反应了成熟初期糖酸比的上升较为快速，中期相对和缓，成熟后期再有一个明显的上升。强降雨延缓了糖酸比的升高，且这一效应同样具有延迟响应的特点。

2.3 ‘马瑟兰’葡萄多酚指标的变化

2.3.1 花色苷

花色苷是红色葡萄和红葡萄酒中最重要的颜色来源，不同于其它的多酚，花色苷仅存在于果皮中且在果实转色期开始合成[16]，在果实成熟过程中果皮的红色越来越深。图2显示，在‘马瑟兰’葡萄成熟过程中花色苷含量不断增加，由8月19日的3.1 mg·g-1逐步升高到9月28日的最大值9.3 mg·g-1，之后明显下降到10月2日的8.18 mg·g-1，最后又恢复到10月7日9.02 mg·g-1的较高水平。可以看出，9月20日的强降雨显著降低了花色苷的积累，而且这一效应表达延迟近10 d，响应较慢，但恢复较快。

图2 ‘马瑟兰’葡萄转色后果皮中花色苷含量的变化Figure 2 Changes of anthocyanins in pericarp of'Marselan' grapes after coloration

2.3.2 单宁和总酚

葡萄总酚包含了非类黄酮和类黄酮多酚。单宁在类黄酮多酚中占据特殊地位，它是形成红葡萄酒味感和酒体结构的重要成分，也具有稳定红葡萄酒颜色的作用[17]。图3A表明，‘马瑟兰’葡萄皮单宁和籽单宁在果实成熟过程中均呈现了整体上升势态，前期积累较为平缓，9月下旬后显著增加，其中皮单宁由9月23日的1.28 mg·g-1上升至9月28日的2.68 mg·g-1，其后保持稳定；而籽单宁由9月23日的3.71 mg·g-1持续跃变上升至10月7日的20.28 mg·g-1。可见成熟期的强降雨抑制了皮单宁的积累，同时引起籽单宁的急剧增加。

图3 ‘马瑟兰’葡萄转色后单宁和总酚含量的变化Figure 3 Changes of tannins and total phenols of'Marselan' grapes after veraison

由图3B可以看出，皮总酚首先在果实成熟过程中持续上升，由转色后第一次采样的9.19 mg·g-1达到9月28日的高峰22.66 mg·g-1，强降雨12 d后呈下降趋势；而籽总酚含量前期平稳，9月中旬明显上升，于9月16日达到最大值29.79 mg·g-1，强降雨后含量迅速下降至9月23日的21.98 mg·g-1，之后稳定维持在这一较低水平。因此，籽总酚的含量对于强降雨的响应最快，且在成熟过程中总体呈下降趋势。

综合来看，在果实成熟过程中皮总酚和皮单宁表现出先上升后稍微回落或保持稳定的状态，但籽总酚与籽单宁并没有呈现这种较为一致的变化趋势，籽总酚与籽单宁含量始终高于果皮。

2.3.3 类黄酮和黄烷醇

类黄酮是具有C6-C3-C6特征骨架且C4位为酮基的一类化合物，包括了花色苷、黄酮醇、黄烷醇及缩合单宁[18]。在红葡萄酒中类黄酮占据了酚类物质中的绝大部分比例，除花色苷外，这些酚类物质在葡萄坐果后不久就大量合成[19]。试验中类黄酮随果实成熟进程仍不断积累（图4A），籽类黄酮含量达到峰值的时间较早，由8月19日的33.66 mg·g-1稳步累积到9月9日的最高值52.07 mg·g-1，之后快速下降到9月23日的36.43 mg·g-1，后期含量不再发生明显变化；皮类黄酮前期平缓波动，9月中旬后开始上升，直到9月28日才达到积累高峰24.79 mg·g-1，之后开始下降，显然降雨引起了葡萄皮和籽的类黄酮含量下降。

图4 ‘马瑟兰’葡萄转色后类黄酮（A）和黄烷醇（B）含量的变化Figure 4 Changes of flavonoids (A) and flavanols (B) in 'Marselan' grapes after coloration

黄烷醇是形成单宁的最小单体酚，在葡萄成熟过程中逐步聚合成分子量越来越大的单宁[17]。图4B表明皮黄烷醇含量在果实成熟过程中波动累积上升，于9月28日达到最大值17.23 mg·g-1，然后急剧下降至10月2日的3.64 mg·g-1，随后略有回升，并在末期采样中保持了较低的含量7.08 mg·g-1；籽黄烷醇呈持续下降趋势，由初次采样的42.25 mg·g-1连续下降到10月2日的最低点23.20 mg·g-1，之后反转回升。可见9月20日的强降雨不仅显著抑制了籽黄烷醇含量的下降，也使皮黄烷醇的合成积累严重受阻，且响应时间远比糖、酸、pH等理化指标晚得多。

图4还显示了皮类黄酮与皮黄烷醇具有相似的变化趋势，而籽类黄酮与籽黄烷醇则是完全不同的变化曲线。成熟过程中葡萄籽中的类黄酮与黄烷醇含量始终高于葡萄皮。

2.4 各指标相关性分析

对5个糖酸指标和9个多酚指标进行相关性分析，多数指标间具有显著或极显著相关关系（表2）。如花色苷与可溶性固形物、还原糖、糖酸比呈极显著正相关，与总酸呈极显著负相关关系，皮单宁与皮花色苷、皮总酚、皮类黄酮、皮黄烷醇都呈极显著正相关，籽黄烷醇与总酸、籽总酚呈极显著正相关，与其他指标几乎都呈显著或极显著负相关关系（籽类黄酮除外）。

表2 不同采样期‘马瑟兰’果实指标的相关性Table 2 Correlation of indexes of 'Marselan' grape from different sampling time

2.5 葡萄成熟度指标的主成分分析与最适采收期

经KMO检验和Bartlett球形检验，得出KMO值为0.768，Bartlett值显著，表明成熟度指标间存在共线性关系，适合进行主成分分析。将‘马瑟兰’葡萄所测各种指标数值分别构成原始数据矩阵，计算特征值和方差贡献率。依据累计贡献率＞85%的原则，提取3个主成分，能够全面反映不同采收期葡萄果实的品质（表3）。

表3 ‘马瑟兰’主成分方差解释Table 3 'Marselan' principal component variance explained

由表4可知，主成分1载荷较大的指标包括皮花色苷、可溶性固形物、皮总酚、籽黄烷醇、糖酸比、皮类黄酮、还原糖、皮单宁、pH、总酸，其中皮花色苷载荷最大，考虑到皮花色苷与其它载荷较大的指标间均存在显著相关性，故筛选皮花色苷作为一级指标。主成分2载荷较大的指标只有籽类黄酮，选作二级指标。主成分3中各指标载荷较小，选载荷绝对值最大的皮黄烷醇作为三级指标。

表4 ‘马瑟兰’葡萄主成分矩阵Table 4 'Marselan' grape composition matrix

由SPSS 27.0软件得到‘马瑟兰’葡萄不同采样期相对应的主成分系数矩阵，以此构建函数方程式，各主成分的特征值作为权重数，对各自的F1、F2、F3进行加权计算，可得综合值F函数方程，以不同采样期的F值大小为标准对‘马瑟兰’果实品质进行综合评判，确定2021年‘马瑟兰’的最适采收期为9月28日（表5），即作为当年‘马瑟兰’葡萄的成熟日期。

表5 不同采样期葡萄品质的综合评价Table 5 Comprehensive evaluation of grape quality in different sampling time

3 讨论

酿酒葡萄的果实品质直接决定着葡萄酒的质量和陈年潜力，反映果实品质的糖度、酸度、糖酸比、pH值及单宁、花色苷等多酚物质的含量是葡萄成熟度的重要指标[4]。在葡萄正常成熟过程中糖酸等理化指标的变化规律已经较为明确，但成熟期大量降水或涝渍条件下，尤其对红葡萄酒具有特别意义的来自果皮和种子中多酚物质的变化，仍然没有一致的意见。马艳儿等[20]比较了不同年份‘赤霞珠’的果实品质，发现成熟期强降雨年份果实可溶性固形物、还原糖、糖酸比和pH都大大低于正常年份，而总酸含量有所升高，同时果皮总酚、花色苷、单宁、类黄酮及黄烷醇含量下降，与本研究结果基本一致，只是降雨前后可溶性固形物与总酸变化不大，这可能是由于葡萄品种不同或年际间其它气象因子的差异造成[21]。胡宏远等[22]采用模拟淹水的方法研究了酿酒葡萄在淹水处理3～48 h内的品质表现，认为果实可溶性固形物、花色苷前期升高，中期下降，后期恢复，总酸的变化与之相反。姜琳琳[23]的试验也发现了类似的趋势，这与本研究结果有较大差异，可能由于产区土壤基础含水量不同，也可能与试验设计的时间段有关[24]。本试验也支持了杨豫等[25]关于单宁相较于糖、酸、pH等理化指标响应更晚的观点。

由于多酚物质对红葡萄酒的重要性，研究者开展了葡萄成熟过程中多酚含量变化的研究，更多的结果显示果皮多酚呈总体上升的趋势[26-28]。苏鹏飞等[13]认为，果皮花色苷、总酚、单宁、类黄酮和黄烷醇含量持续增加，成熟后期稍有下降或保持稳定，我们的结果基本支持了这一观点。但是受强降雨影响，5个多酚指标在9月28日达到最大值之后，除皮单宁保持稳定外，其他指标均出现明显回落。但也有人观察到单宁呈现持续下降或波动下降的趋势[29-31]，多酚测定结果波动较大[32]，产区或年份之间的差异或是引起这一现象的部分原因[33]。对葡萄籽多酚的研究更少一些，现有的报道说明葡萄籽中的多种酚类物质在成熟过程中的含量很不一致[32]，这也可能与品种、产区、年份以及多酚提取和测定方法的不同有关。本研究显示了籽总酚和籽类黄酮均在9月中旬上升到高点，之后受降雨影响迅速下降到初期水平并保持到最后，籽黄烷醇则持续下降，降雨后稍有上升，籽单宁前期基本无变化，9月20日强降雨后引起大幅升高。关于籽单宁雨后急剧升高的原因目前还不清楚，一个可能的解释是强降雨引起黄烷醇大量合成的同时迅速缩合为收敛性较强的低聚单宁[34]。

一般认为葡萄果皮中多酚物质的含量达到最大值而葡萄籽中的多酚物质含量较低时就达到了该品种的最佳多酚成熟度[35]，本试验年份的葡萄皮多种酚类物质的含量最高点都出现在9月28日，这个时间点也是雨后籽总酚、籽黄烷醇等多酚剧变前后的低点，因此，本年度合适的采收期应为9月28日，这与主成分分析的结果相一致。碣石山产区葡萄成熟期多雨年份的出现具有一定的频率，本研究为该产区合理确定采收期提供一种理论方法，但由于每年的降雨量和降雨分布会有很大不同，利用这一结果进行成熟期预测仍然具有一定的局限性，应该结合实际降雨情况及品质指标的测定结果去判定。另外，本研究没有涉及香气成分以及与红葡萄酒辅色素化密切相关的黄酮醇和非类黄酮酚，这些也是酿酒葡萄非常重要的品质指标[36]，以后应加强这方面的研究。

4 结论

果实成熟期降水对碣石山产区‘马瑟兰’葡萄果实品质具有明显影响，延缓可溶性固形物含量和糖酸比的上升，降低还原糖含量和pH值，果实基本理化指标对降水的响应延迟3～8 d，pH下降效应维持两周以上；葡萄果皮花色苷、总酚、单宁、类黄酮和黄烷醇在果实成熟期内具有基本一致的变化趋势，前期升高，降水显著降低多酚含量或抑制其不再升高（皮单宁）；葡萄籽多酚含量的变化差异性较大；多酚指标对降雨的响应普遍较晚，除籽总酚和籽类黄酮外，其他多酚指标的响应时间均延后8～15 d。

通过对5个糖酸指标和9个多酚指标的主成分分析得出，碣石山产区多雨年份‘马瑟兰’葡萄成熟度控制的一二三级指标分别为皮花色苷、籽黄酮和籽单宁，其含量应依次达到9.3、38.88、7.85 mg·g-1时，果实品质最佳，确定当年的成熟采收期为9月28日，比正常年份提前10～15 d。