太谷综合试验站

荀志丽 马小河 黄丽萍 王敏 刘晓婷 赵旗峰

 

  摘要：[目的]为了分析不同制汁葡萄品种果实品质及香气成分，筛选优良制汁品种。[方法]以国家种质资源圃太谷葡萄圃中6个制汁葡萄为试验材料，对其成熟期果实果粒大小、制汁率、可溶性固形物、可溶性糖、总酸、总酚、Vc含量以及香气成分和含量等指标进行测定分析。[结果]6个制汁葡萄品种单果粒重在2.57~4.18 g之间，出汁率在68%~75%之间；除总可溶性固形物无显著差异外，可溶性糖、总酸、总酚、Vc含量均有显著差异；6个制汁品种共检测出65种香气化合物，组成与含量各不相同，其中OAV（odor activity value）≥1的化合物有19种。主成分分析得出，柔丁香和外明红葡萄位于第一主成分的正半轴，白香蕉和黑虎香葡萄在第二主成分的正半轴；香气化合物芳樟醇、玫瑰醚、苯乙酸乙酯、庚醛、壬醛、苯乙醛、β-大马士酮、戊酸乙酯、月桂烯的贡献率较大；聚类分析显示，果实中香气化合物可分为四大类，依据香气成分进行归类，可将白香蕉、康拜尔早生、外明红、柔丁香等6个品种区分开。[结论]根据果实中可溶性糖、Vc、总酚含量以及果汁pH，底拉洼葡萄品质较好；根据香气化合物组成及含量， 6个品种被明显区分，柔丁香葡萄香气物质种类最丰富，萜烯类贡献率较高，黑虎香葡萄C13-降戊二烯贡献率最高，柔丁香和黑虎香两个葡萄品种的香味更特殊。

 

  关键词：制汁葡萄 品种 果实 香气 主成分

 

  葡萄作为世界第二大水果，除鲜食、酿酒、制干，还可以制汁，葡萄汁酸甜可口、营养丰富深受人们喜爱，一直被人们誉为“植物奶”。我国葡萄汁产业起步较晚，发展较缓慢，目前市场上的葡萄汁大部分以进口为主，2020年，我国进口葡萄汁的数量与金额分别达4.46万吨和7101.81万美元，分别占我国进口果蔬汁总量与总额的20.23%和20.56%。葡萄产业用于制汁的葡萄品种特性各异，不同品种表现出不同的风味和加工特性。近年来，随着人们生活品质的提高，不仅对葡萄汁产量的需求不断增加，对品质追求也越来越高，但我国制汁葡萄品种数量少，可作为优良亲本的品种更少，且生产品种单一，无法满足人们对高品质葡萄果汁的需求，适宜品种较少成为制约葡萄制汁产业发展的一个重要因素。香气作为衡量葡萄果实的一个重要品质指标，直接影响葡萄的风味和特性，因此，对制汁葡萄果实品质及香气进行研究对制汁品种选育及制汁产业发展具有重要意义。

 

  研究表明，不同品种果实香气成分有明显差异。谭伟等对酿酒葡萄‘赤霞珠’、‘梅鹿辄’、‘品丽珠’等5个不同营养系果实的香气研究显示，花香、果香、焦糖、植物香为其主要香气，但同样，4种香气在5个营养系果实中的贡献比例存在显著差异。夏弄玉等分析了三个酿酒葡萄品种及其营养系果实的香气成分，发现各品种及各营养系之间呈现香气的主要物质及含量各不同。孙磊等测定分析了早中熟鲜食葡萄5个品种及其亲本果实中香气成分单萜物质的含量，发现不同品种中单萜物质含量差异显著。牛早柱等对15个鲜食葡萄香气成分的分析结果同样表明不同葡萄品种其香气物质的组成及含量不同。

 

  关于葡萄香气的研究主要集中在酿酒葡萄，鲜食葡萄次之，而关于制汁葡萄香气的报道几乎没有。针对目前不同制汁品种果实品质，特别是果实香气方面研究的不足，本研究以国家葡萄种质资源圃太谷圃中保存的6个制汁葡萄品种为研究对象，对其果实品质，包括果粒大小、可溶性糖、总酚、Vc等指标，重点对其香气成分进行测定及分析，明确各品种香气成分存在的差异，为葡萄制汁品种选育及制汁产业发展提供一定的参考依据。

 

  1 材料和方法

 

  1.1 试验材料

 

  6个具有香味的制汁葡萄品种，白香蕉（BXJ）、柔丁香（RDX）、外明红（WMH）、底拉洼（DLW）、黑虎香（HHX）、康拜尔早生（KBEZS），6个品种均为欧美杂种，柔丁香原产地不详，其余4个品种原产地均为美国。6份材料采自国家葡萄种质资源圃太谷圃（37°23N，112°32E，海拔830 m，年均温10.6℃，无霜期160~180 d，年降水量400~600 mm），厂字形篱架整形，南北行向，株行距为1.2 m×3.0 m。取样时间为2021年6月-10月，分别于每份种质果实成熟期，随机采集葡萄树上果穗底部、中间和顶端长势良好的无病害浆果100粒，重复3次，一部分果实用来测定果实品质，另一部分果实液氮速冻，-80 ℃保存。

 

  1.2果 实基本理化指标测定

 

  用万分之一电子天平测量果粒质量；用游标卡尺随机测量每个品种15颗果粒的纵径、横径，计算其平均值；果实中可溶性固形物含量使用数显折光仪进行测定；可溶性糖含量采用蒽酮-H2SO4法测定；总酸含量用碱溶液滴定法测定；果实中维生素C（Vc）含量用钼蓝比色法[11]测定；果实中总酚含量采用福林-肖卡法测定。

 

  1.3 果实香气成分测定

 

  利用顶空固相微萃取气质联用技术测定果实挥发性物质。具体操作方法如下：果实去核，加Vc（50 mg·L-1）2ml，榨汁机匀浆，4 °C离心20 min，取上清6 mL并加1.5 g NaCl和5 μL内标（2-辛醇，155 mg·L-1）于20 mL空瓶中。提取完成后进行萃取，50°C条件下萃取40 min后将萃取头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS）插入GC口，进行热解析5 min。气相色谱为Thermo Trace 1300，质谱为Thermo Trace ISQ，毛细管柱为VF-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm），载气为高纯氦气，流速为每分钟1 mL·min-1。柱温箱的升温程序：40 °C保持5 min，接着以每分钟5 °C的速度升温至230 °C，保持5分钟；再以每分钟20 °C的速度升温至250 °C，保持5 min。

 

  1.4 数据处理

 

  结果中显示数值均为3次测定结果的平均值，采用 Excel2007和SPSS22.0进行统计分析，Duncan法进行差异显著性比较（P＜0.05）。利用质谱全离子扫描的图谱，依据已有标样的色谱保留时间和质谱信息、NIST2011标准谱库比对结果以及相关文献的参考对葡萄挥发性化合物进行定性；采用面积归一化法进行定量分析。利用Canoco5进行主成分分析，利用TBtools进行聚类分析。

 

  2 结果分析

 

  2.1 不同品种制汁葡萄的生物学特性

 

  表一所示为6个制汁葡萄果实的生物学特性，白香蕉、柔丁香为黄绿色，外明红为红色，底拉洼为紫红色，黑虎香、康拜尔早生为蓝黑色。6份制汁品种单果粒重在2.57~4.18g之间，从大到小依次为白香蕉＞康拜尔早生＞黑虎香＞柔丁香＞外明红＞底拉洼， pH范围在2.82~3.56，黑虎香、康拜尔早生、外明红pH值较低，显著低于其它三个品种。果粒出汁率在68%~75%之间，其中康拜尔早生出汁率较低，仅为68%。结果显示，6个制汁品种果实的果色、单果重等方面各不相同。

 

 

  2.2 不同品种葡萄果实的基本理化指标

 

  表二所示为6个制汁葡萄品种果实成熟时的总酸、可溶性糖等基本理化指标的测定值。由表可知，除可溶性固形物在6个不同品种果实中的含量无显著差异外，其他指标均有显著差异。总酸在黑虎香与康拜尔早生中含量最高，其次是白香蕉、柔丁香、外明红、底拉洼中含量最低。可溶性糖在柔丁香、外明红、底拉洼和黑虎香中的含量显著高于白香蕉和康拜尔早生。Vc在底拉洼中的含量最高，在白香蕉、柔丁香、黑虎香含量较低。总酚在康拜尔早生、外明红中含量较高，显著高于黄绿色品种白香蕉和柔丁香。

 

 

  2.3 不同品种葡萄果实的香气化合物成分分析

 

  2.3.1 香气化合物种类及数量分析

 

  如表三可知，在6个制汁葡萄品种中共检测出65种香气化合物，根据化学官能团分为C6化合物、醇类、酯类、醛类、酸类、萜烯类、酮类、C13-降异戊二烯类及芳香族含苯化合物。其中柔丁香葡萄果实中的香气化合物种类最多，有61种，且萜烯类化合物种类最多；其次为白香蕉葡萄，其果实中的香气化合物种类有58种，以酯类化合物为主；底拉洼葡萄品种果实中香气化合物种类最少，仅有41种。数据显示，香气化合物会因制汁葡萄品种差异而不同，但整体来看，不同制汁葡萄品种的香气化合物以酯类和萜烯类化合物为主。

 

 

  2.3.2 香气化合物组成及含量分析

 

  6个制汁葡萄品种，其成熟果实中香气化合物组成及含量如表四所示。康拜尔早生、白香蕉、底拉洼果实中C6化合物含量显著高于黑虎香、外明红、柔丁香。醇类化合物在6份葡萄品种中的含量高低依次为柔丁香、外明红、底拉洼、黑虎香、康拜尔早生、白香蕉，且品种间差异显著。酯类化合物在白香蕉中含量最高，为465.58 μg·L-1，显著高于在康拜尔早生、黑虎香及外明红中的含量，而在底拉洼果实中未检测出。萜烯类化合物在柔丁香中含量最高，为336.26 μg·L-1，显著高于外明红、黑虎香、白香蕉、底拉洼、康拜尔早生，分别是其3.42、4.41、4.89、4.90、13.91倍，其中黑虎香、白香蕉、底拉洼差异不显著。测定结果说明，香气化合物组成及含量在品种间差异显著。

 

 

  2.3.2 香气化合物含量及OAV贡献率分析

 

  由图1A可知，成熟期白香蕉与康拜尔早生葡萄品种的果实香气化合物主要为C6化合物及酯类物质。由图1B可知，成熟期康拜尔早生葡萄香气化合物的OAV贡献率同样以C6化合物及酯类物质为主，但白香蕉葡萄品种OAV贡献率却不同，其果实中除了C6化合物、酯类化合物外，C13-降异戊二烯类的OAV贡献率占30.65%。柔丁香葡萄品种中，果实主要香气化合物含量，其贡献率高低依次为C6化合物、萜烯类、酯类、醇类、芳香族化合物，但就OAV贡献率而言，萜烯类化合物高于C6化合物。外明红葡萄果实香气物质主要来自于C6化合物、萜烯类、芳香族含苯化合物及醇类化合物，但C13-降异戊二烯类、萜烯类、C6化合物的OAV贡献率较高，尤其是C13-降异戊二烯类OAV贡献率占58.17%。底拉洼葡萄品种香气化合物含量贡献率与OAV贡献率基本保持一致，主要由C6化合物与萜烯类化合物构成。黑虎香葡萄品种的香气化合物主要由C6化合物、酯类及萜烯类构成，但OAV贡献率与‘外明红’相似，C13-降异戊二烯类占84.68，为OAV最主要贡献化合物。

 

  结果显示，C6化合物虽然在6个制汁葡萄品种的总香气化合物含量的贡献率均较高，但其OAV贡献率却不尽相同。主要原因是不同香气化合物其香气阈值不同，OAV是香气化合物含量与其阈值的比值，因此有些香气化合物比如C13-降异戊二烯类的β-紫罗兰酮、β-大马士酮，阈值分别为0.007、0.002 μg·L-1，虽然含量较低，但由于其含量远远大于其阈值，最终导致较高的OAV值。而OAV值是挥发性化合物对果实香味贡献的衡量标准，因此果实特征香味的呈现不仅与香气化合物的组成与含量有关，更与OAV有关。

 

 

  2.3.3 香味OAV贡献率分析

 

  成熟期葡萄果实中不同挥发性物质香气属性的不同，使葡萄最终呈现出不同香味，这些特征香气主要有植物香、果香、花香、脂膏香。如图2所示为6份制汁葡萄品种的香味贡献率。白香蕉、柔丁香、黑虎香葡萄品种的主要香味为果香与花香，虽然图1和图2显示该三份葡萄品种的香气化合物含量及OAV贡献率不同，但其主要呈现香味相似，主要是因为同一种香气物质会呈现不同的香味，且同一香味可以由许多种香气物质组成。外明红的主要香味为花香与脂膏香；底拉洼的主要香味为植物香与花香，其中植物香占比65.88%；康拜尔早生主要香味为植物香与果香，其中植物香占比79.43%。

 

 

  2.3.4 香气化合物主成分分析

 

  本文6份制汁葡萄品种共检测出游离态香气化合物65种，根据各化合物的阈值计算得到其OAV值，其中OAV大于1的香气化合物有19种。为了比较6个制汁葡萄品种香气化合物的总体差异，对该19种香气化合物的OAV值进行主成分分析。从主成分得分图（图3A）可以看出PC1的贡献率为35.71，PC2的贡献率为56.67，其累计贡献率为92.38。品种间差异明显，白香蕉、柔丁香、外明红、康拜尔早生在位置上可以明显区分，柔丁香和外明红位于第一主成分的正半轴，白香蕉和黑虎香在第二主成分的正半轴。从主成分载荷图（图3B）可以看出，香气化合物芳樟醇、玫瑰醚、罗勒烯、松油醇、苯乙酸乙酯、苯乙醛、庚醛、壬醛位于第一主成分的正方向，对第一主成分有正的响应。香气化合物β-大马士酮、戊酸乙酯、月桂烯、2-己烯醛、己醛、己酸乙酯、松油醇、壬醛、苯乙酸乙酯、玫瑰醚、芳樟醇、庚醛位于第二主成分的正方向，对第二主成分有正的响应。其中，香气化合物芳樟醇、玫瑰醚、苯乙酸乙酯、庚醛、壬醛、苯乙醛、β-大马士酮、戊酸乙酯、月桂烯的贡献率较大，这些香气化合物含量的差异可以在一定程度上区分品种。同时，说明本文中6个制汁品种中柔丁香和黑虎香这两个品种的香味更能区别于另外四个品种。

 

  为了进一步研究6个制汁品种香气化合物的差异，本文对6个制汁品种果实中香气化合物OAV值大于1的化合物进行了层次聚类分析。如图4得到的热图所示，香气化合物可分为四大类。其中，类群一包括己醛、2-己烯醛、2-丁烯-酮、壬醇、丁酸乙酯、己酸乙酯；类群二包括己酸乙酯、罗勒烯、萘酮；类群三包括庚醛、苯乙酸乙酯、壬醛、苯乙醛、芳樟醇、玫瑰醚；类群三包括松油醇、β-大马士酮、戊酸乙酯、月桂烯。6个制汁葡萄品种，底拉洼和黑虎香最为相似，其次为白香蕉、康拜尔早生、外明红和柔丁香。说明，除了底拉洼与黑虎香，香气化合物成分可以将本文中6个制汁品种明显区分开来。

 

  3 讨论

 

  对制汁葡萄果实进行品质评价，既能为制汁葡萄新品种培育提供参考依据，又能更好的反映该品种加工葡萄汁的品质。前人对鲜食葡萄及酿酒葡萄果实品质的研究结果表明，果实品质会因品种、地域、土壤、栽培管理方式等因子而表现不同[14-15]。同一地域不同品种之间的果实品质也存在显著差异，同一地域同一品种，不同管理模式也会存在差异。葡萄汁的适宜pH应保持在3.0~3.6之间[3]，过高的pH会加速葡萄汁的氧化，并影响果实的颜色。赵宝龙等[4]对生长在新疆的不同制汁品种的调查研究显示，白香蕉、柔丁香和康拜尔早生果实pH较高，但果实糖含量高，综合性状较好。本研究结果表明，白香蕉等6个制汁品种的pH在2.82~3.56之间，其中外明红、黑虎香、康拜尔早生的pH低于3.0，而白香蕉、柔丁香、底拉洼的pH在3.0~3.6之间；柔丁香中糖含量较高，白香蕉与康拜尔早生中糖含量较低。品种白香蕉、柔丁香、康拜尔早生的酸与糖含量与新疆地区表现不一致，其主要原因是不同地区光照、温度条件等所致。

 

  香气是衡量葡萄果实品质的重要指标，香气化合物的种类、组成及含量会因果实品种、地域、栽培管理方式等不同而存在差异。谭伟等对8个鲜食葡萄的香气化合物研究显示，香气化合物中芳香物质的差异较大，C6化合物物质含量较高。张云峰对威代尔葡萄香气的研究表明，C6化合物、萜烯类、酯类含量较高。孙磊等研究了5种不同砧木对鲜食葡萄香气的影响，结果表明不同砧木对果实中游离态香气化合物影响不同，有的可以显著提高葡萄玫瑰香味，有的对葡萄香味影响较小。彭婧等研究了贺兰山东麓产区4个不同地块对2个酿酒葡萄品种果实香气的影响，结果表明同一品种葡萄在不同地块生长，其果实香气化合物存在显著差异。本研究中6个不同制汁葡萄品种，其香气化合物种类、组成及含量均有存在差异，整体而言，6个品种中C6化合物、萜烯类、酯类的含量占总香气化合物总量的比值较高，与前人研究结果一致。关于葡萄的香气特征，张文文等[21]对3个巨峰系葡萄的香气化合物研究显示，植物香、花香、果香是其主要香气，但3个营养系之间的香气浓郁程度各不同。本文与前人研究结果一致，6个制汁品种，主要香气为植物香、果香、花香、脂膏香，但6个品种虽然均为欧美杂种，但不同香气贡献率表现不同，制汁时可根据每个品种的香气特点进行筛选。

 

  成熟葡萄果实中香气化合物种类较多，但并非检测出来的每种化合物都对葡萄香味有贡献，因每种化合物都有其嗅觉阈值，因此，香气物质对香味的贡献主要取决于OAV，且其值大于等于1，该化合物才可被认为对香味有贡献。本文研究显示，外明红和黑虎香果实中虽然C13-降异戊二烯萜总含量较低，但C13-降异戊二烯萜的OAV贡献率最高，因为，在前人对酿酒葡萄及鲜食葡萄研究中，β-大马士酮和β-紫罗兰酮的香气阈值极低，分别为0.002和0.007 μg·g-1。前人对威代尔冰葡萄的香气研究同样表明，β-大马士酮、紫罗兰酮对其典型香气有着重要贡献，说明极低阈值的β-大马士酮和紫罗兰酮可以赋予果实典型香气。玫瑰香型葡萄果实中含有丰富的萜烯类化合物，主要由芳樟醇、橙花醇、香茅醇等，其中芳樟醇其香气阈值较低，因此芳樟醇对玫瑰香味贡献较大。醇类物质对香味的呈现较小，萜烯化合物和C13降异戊二烯化合物可以赋予酿酒葡萄及葡萄酒特殊的香味。醛类是果实草本香的主要贡献者，己醛、苯乙醛含量较高。酯类化合物是酿酒葡萄及葡萄酒中重要的香气物质之一，赋予葡萄及葡萄酒果香及花香，其中己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯的香气浓度较高。本文对OAV≥1的香气化合物进行主成分分析及聚类层次分析，发现芳樟醇、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚醛、壬醛、苯乙酸乙酯、β-大马士酮等对香气的贡献率较高，这些物质分别为萜烯类、醛类、酯类及C13-降异戊二烯类。与前人研究相比，呈现香气的主要物质类型相同，但具体化合物不完全相同。说明，与酿酒葡萄与鲜食葡萄相比，制汁葡萄品种具有其特殊的香味。

 

  4 结论

 

  同属欧美杂种的6个制汁葡萄果实品质各不相同。根据果实中Vc及总酚含量，康拜尔早生、外明红、底拉洼葡萄品质较好；根据可溶性糖含量，柔丁香、黑虎香、底拉洼葡萄品质较好；根据果汁pH，白香蕉、柔丁香、底拉洼葡萄品质较好；根据香气化合物组成及含量，6个品种被明显区分，柔丁香葡萄香气物质种类最丰富，萜烯类贡献率较高，黑虎香葡萄C13-降戊二烯贡献率最高，柔丁香和黑虎香这两个品种的香味更特殊。