华中西南区栽培岗位

王荣 雷舒敏 杜肇轩 岳领齐 张雪枫 杨国顺 王美军 许延帅 谭君

  摘要：本研究旨在通过OAV值与综合评价比较南方各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实品质差异，为南方各地区‘阳光玫瑰’葡萄最优种植成熟期提供参考。以南方6个地区两个成熟期‘阳光玫瑰’果实为材料，进行常规品质检测，并采用HS-SPME-GC-MS方法测定葡萄中香气物质的组分和含量，通过OAV值、主成分分析与聚类分析对各地区葡萄进行综合评价。结果表明，除建水地区外，其它地区二次果芳樟醇OAV值均高于一次果；通过主成分分析与综合评价排名可知果实综合品质由高到低依次为：韶山一次果>长沙一次果>南宁一次果>东莞一次果>建水一次果>澧县一次果>建水二次果>澧县二次果>南宁二次果>长沙二次果>东莞二次果>韶山二次果；通过聚类分析可知，韶山一次果、长沙一次果、东莞一次果、建水一次果和南宁一次果果实综合品质最佳，澧县一次果、建水二次果、澧县二次果和南宁二次果综合品质居中，长沙二次果、东莞二次果和韶山二次果综合品质最差。因此，除建水地区外，其它地区二次果果实香气比一次果浓郁；韶山地区、长沙地区、东莞地区、建水地区和南宁地区一次果果实品质最佳。

  关键词：香味活性值; 顶空固相微萃取; 气相色谱-质谱联用; 主成分分析; 聚类分析

 

  葡萄(Vitis vinifera L.)有较强的生命力与环境适应能力，具有早果、高产、寿命长和一年多次花芽分化等特性。1978年我国南方地区葡萄栽培总面积约为0.18万hm2，目前南方葡萄栽培面积占全国总面积25%左右，产量占全国总产量26%左右，已成为中国鲜食葡萄的主产区。但南方葡萄的成熟期主要集中在7~9月，成熟期葡萄果实总产量偏高，导致果实价格降低，影响种植户收入等问题。南方秋冬季节光热资源充足，利用葡萄一年多次结果特性，通过熟期调控技术可将葡萄果实成熟期从7~9月调控到全年，实现葡萄鲜果的周年供应，从而解决果实季节性相对过剩等问题，使种植效益显著提升。

  ‘阳光玫瑰’葡萄因其无核、皮薄、甜度高和香气浓郁等优点深受种植户和消费者喜爱。目前，我国‘阳光玫瑰’葡萄栽培面积超200万亩，约占葡萄总面积的六分之一，成为继‘红地球’、‘巨峰’和‘夏黑’后的又一主栽品种。风味物质、外观品质及营养价值是水果中的关键品质特性。香气物质是葡萄中的重要组成成分，是评价葡萄口感和风味的重要指标之一，影响葡萄的食用价值和市场经济价值，人们更青睐香气浓郁的葡萄。葡萄中含有数百种香气物质，这些香气物质主要分为萜烯类、酮类、醇类、酯类、酚类等组分。根据感官香气和香味物质组成特征，可将葡萄香气分为玫瑰香型、中性香型和草莓香型三类。‘阳光玫瑰’葡萄属玫瑰香型品种，其特征物质为萜烯类中的单萜类化合物，主要为芳樟醇等物质，赋予果实花香和果香。研究发现葡萄一次果和二次果果实品质与代谢物质存在较大差异，陈彦蓓等通过对‘夏黑’葡萄一次果与二次果香气物质检测，结果发现二次果葡萄中的香气物质种类和含量均高于一次果。香气物质含量的高低不能作为判断葡萄香气特征的主要依据，而由香气物质含量和OAV值共同决定。有些化合物虽然含量高，但由于较高的阈值而很难被识别，通常OAV值越大，对葡萄香气物质的贡献率越高。人们通过计算OAV值评价单个香气物质对葡萄整体香气的贡献度，当OAV值大于1时认为该香气物质对葡萄香气做出贡献。

  目前关于‘阳光玫瑰’葡萄香气物质的研究较多，大多数的研究主要通过HS-SPME-GC-MS方法测定葡萄中香气物质种类和浓度，并计算其OAV值，然而针对不同地区不同成熟期‘阳光玫瑰’葡萄品质综合评价（果实常规品质与OAV值进行主成分分析）的研究鲜有报道。因此，采用HS-SPME-GC-MS方法对南方6个地区‘阳光玫瑰’葡萄一次果与二次果成熟果实香气物质进行定性和定量分析，通过果实常规品质与OAV值进行主成分分析与聚类分析，对各地区各成熟期葡萄品质进行综合评价，为筛选南方各地区‘阳光玫瑰’葡萄最优种植成熟期提供参考。

  1 材料与方法

  1.1 试验材料

  试验材料来源于南方6个地区，即湖南省长沙市、湖南省澧县、湖南省韶山市、云南省建水县、广西省南宁市和广东省东莞市的两个成熟期成熟‘阳光玫瑰’葡萄果实。各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄成熟时，采用五点取样法在葡萄园中间位置的5棵树上取样，从每棵树阴阳面随机选择果穗大小、成熟度一致和无病虫害的葡萄2穗，用装有冰袋的泡沫箱带回实验室，用于果实常规品质测定，冰袋的作用为防止葡萄在运输途中因高温失水而影响试验结果；同时在选择的5棵树上采取100粒葡萄果实，采取时兼顾栽培行阴阳面及果穗的上、中、下部进行随机采样，用液氮速冻后再用干冰运回实验室，之后存放在-80℃冰箱，用于香气物质检测。各地区均属于亚热带季风气候，其特点为夏季高温多雨，冬季温和少雨。湖南省韶山市的葡萄园土壤类型为弱酸冲积土，广东省东莞市的葡萄园土壤类型为酸性红壤，其它葡萄园的土壤类型为弱酸红壤（表1）。

 

 

  1.2 常规品质测定

  单穗重的测定：每个地区每个时期的‘阳光玫瑰’葡萄选择3串果，用精度为0.01 g的电子天平（常州市幸运电子设备有限公司, 中国）称量穗重。单粒重的测定：每穗葡萄按上、中、下部位共取10粒带梗果实，用精度为0.01 g的电子天平（常州市幸运电子设备有限公司, 中国）称量，换算出单粒重，做3次重复，共30粒葡萄。纵径和横径的测定：用MNT-150T电子数显游标卡尺（美耐特集团有限公司, 德国）测量果实纵径和横径。将游标卡尺打开后进行调零，取果穗上、中、下共10粒带梗葡萄测量纵径和横径，做3次重复，共30粒葡萄。果形指数的计算：果形指数 = 果实纵径 / 果实横径。硬度的测定：取果穗上、中、下共10粒带梗葡萄，用ZP-50手持便携式硬度拉力计（香港艾固有限公司, 中国）测定带皮果实中间部位的硬度，做3次重复，共30粒葡萄。可溶性固形物测定：取果穗上、中、下共10粒去梗葡萄果粒，榨汁过滤，通过PAL-1便携式数显糖度计（ATAGO CO., LTD., 日本）测定滤液，做3次技术重复和3次生物学重复，每个样品共测9次。可滴定酸的测定：可滴定酸含量以（酒石酸计）依照GB 12456-2021进行测定，做3次技术重复和3次生物学重复，每个样品共测9次。固酸比的计算：固酸比 = 可溶性固形物 / 可滴定酸。

  1.3 挥发性香气成分GC-MC分析

  香气物质的分离提取参考Chen等（2019）的方法，并在此方法上稍作修改如下：从-80℃冰箱中取出约50 g果实，去梗后放入研钵中，并加入1 g聚乙烯吡咯烷酮（pvpp）和0.5 g D-葡萄糖酸内酯，混匀，在液氮保护下研磨至粉末，随后放于做好标记的100 mL离心管中并在4℃冰箱中静置4 h。将静置好的样品准确量取5 mL于萃取瓶中，并加入1 g NaCl，涡旋30 s，使样品充分混合均匀。在40℃条件下水浴35 min，再顶空固相微萃取（HS-SPME）50 min，拔出萃取头插入GC进样口，250℃条件下解析20 min，进行GC-MS分析。根据质谱图进行定性分析，通过标准品制作标准曲线进行定量分析。

  1.4 GC-MS解析条件

  GC-MS检测条件为Agilent7890A-Agilent7000C（GC-MS）三重四极杆（Agilent, 美国），毛细管柱为DB-WAX IU30 m×0.25 mm×0.25 μm（Agilent, 美国），载气为高纯氦气（纯度99.999%），流速为l.0 mL/min；采用手动进样和选取分流模式，分流比为10：1；仪器进样口温度为250℃；柱温箱的升温程序为，起始温度35℃保持10 min，然后以2℃/min的速度升温至70℃，保持1 min，然后以5℃/min的速度升温至150℃，保留1 min，然后以20℃/min的速度升温至230℃，保持1 min；质谱接口温度为230℃；离子源温度为230℃；EI离子源，能量70 ev。采用全扫描方式（Scan）对香气物质进行准确的定性分析的基础上，建立选择离子监测（SIM）的方法对葡萄果实样本中的香气物质进行准确定量。

  1.5 OAV值计算

  OAV值为香味活性值，是指香气物质在香气体系中的浓度与阈值的比值。计算公式为OAV=Ci/Ti，式中Ci为葡萄中香气物质的浓度；Ti为香气物质在水中的阈值。

  1.6 主成分分析

  将测定的葡萄常规指标与OAV值＞1的香气物质，通过SPSS.v26.0软件将原始数据标准化后进行主成分分析，通过特征值（>1）和累积贡献率提取n个主成分，根据成分矩阵和特征值计算特征向量矩阵，得到各主成分的表达式，将标准化数据带入各表达式，得出每个主成分得分（F1、F2…Fn），以每个主成分的贡献率和累积贡献率的比值为权重，建立综合评分函数公式，计算各葡萄样品综合评分，并通过综合评分进行排名，同时通过聚类分析将葡萄进行分类。综合评分函数公式为：F=(贡献率1*F1+贡献率2*F2+…+贡献率n*Fn)/累积贡献率。

  1.7 统计分析

  结果分析方式为首先对全部葡萄进行比较分析，再每个地区一次果与二次果进行比较分析；质谱图通过NIST MS标准谱库进行搜索；采用SPSS.v26.0软件对上述试验数据进行显著性分析，主成分分析和聚类分析；采用Origin 2022软件进行作图。

  2 结果与分析

  2.1 南方各地区不同成熟期‘阳光玫瑰’葡萄信息

  不同地区‘阳光玫瑰’葡萄果实物候期不同，广东东莞和云南建水的一次果采用促早栽培技术，使其在11~12月萌芽，次年4~6月成熟；而其它地区一次果均为正常时期栽培的葡萄，在当年3~4月萌芽，8~9月成熟。各地区二次果均采用延后栽培技术，根据延后栽培时间不同，葡萄分别于5~8月萌芽，当年10月~次年1月成熟。‘阳光玫瑰’葡萄从萌芽~成熟需5~6个月（表2, 图1）。

 

 

  2.2 南方各地区不同成熟期‘阳光玫瑰’葡萄常规品质比较分析

  各地区的成熟‘阳光玫瑰’葡萄果实形态和大小差异较大。韶山一次果和东莞一次果果穗呈圆锥形、松穗，其余‘阳光玫瑰’葡萄果穗呈圆柱形、紧穗。澧县一次果、建水一次果、南宁一次果和东莞二次果果皮颜色呈绿色，长沙一次果和二次果、东莞一次果、韶山二次果、澧县二次果和建水二次果果皮颜色呈黄绿色，韶山一次果和南宁二次果果皮颜色呈黄色（图2）。澧县一次果果穗（986.73 g）和果粒（19.23 g）显著大于其它葡萄的果穗和果粒，长沙二次果（174.40 g）、韶山二次果（235.28 g）和东莞二次果（198.45 g）果穗显著小于其它葡萄，其中长沙二次果的果粒最小，仅为2.91 g。除南宁和东莞地区（一次果与二次果单穗重无显著性差异）外，其它地区的葡萄一次果单穗重显著大于二次果。根据单粒重、纵径和横径结果可知，长沙地区、韶山地区和澧县地区的‘阳光玫瑰’葡萄一次果果粒显著大于二次果，而其它地区两个成熟期的葡萄果粒大小无显著性差异。通过果形指数计算可知，各地区两个成熟期葡萄的果形指数为1.03 ~ 1.23，说明各地区两个熟期的葡萄果粒接近圆形或椭圆形（表3）。

  南方各地区不同成熟期成熟‘阳光玫瑰’葡萄可溶性固形物和总酸含量不同。各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄可溶性固形物均高于17 oBrix，韶山一次果（21.7 oBrix）和南宁一次果（21.4 oBrix）可溶性固形物含量最高，且显著高于对应地区二次果的可溶性固形物含量；长沙、澧县、建水和东莞地区的一次果和二次果可溶性固形物含量无显著性差异。东莞二次果总酸含量最高，为5.2 g/L，韶山一次果总酸含量最低，仅为1.9 g/L；韶山、建水和东莞地区‘阳光玫瑰’葡萄一次果总酸含量显著低于二次果。固酸比反应葡萄的口感平衡度，韶山一次果可溶性固形物含量高，总酸含量低，固酸比比值最大，为11.62；东莞一次果和二次果可溶性固形物含量低，总酸含量高，固酸比比值小，分别为4.06和3.38（表4）。

  2.3 南方各地区不同成熟期‘阳光玫瑰’葡萄优势香气物质分析

  在南方各地区不同成熟期的‘阳光玫瑰’葡萄果实中共检测出22种香气物质，分别为酯类、醇类、醛类、萜烯类，以及愈创木酚和丙酸酐。各葡萄的优势香气物质均占总香气物质97%以上，分别为乙酸乙酯、反式-2-己烯基醛、己醛、芳樟醇、异丙醇和叔丁醇，不同香气物质在葡萄中所占比例不同。除东莞第一个成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实外，反式-2-己烯基醛和已醛为其余葡萄的绝对优势香气物质，2个物质的含量占香气物质总含量的78.65%以上。东莞第一个成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实中绝对优势香气物质为反式-2-己烯基醛和异丙醇，2个物质的含量占香气物质总含量的75.54%。异戊酸乙酯和反式-2-丁烯乙酯仅在东莞一次果中被检测出来；叔丁醇仅在长沙一次果、澧县二次果、东莞一次果和二次果、南宁二次果和建水一次果中被检测出来（图3）。

  2.4 南方各地区不同成熟期‘阳光玫瑰’葡萄香气物质OAV值分析

  根据文献报道的香气阈值和呈香类型（van Gemert et al., 2011），计算各地区不同成熟期‘阳光玫瑰’葡萄香气物质的OAV值。结果表明，在检测出的22种挥发性物质中，除东莞一次果外（6个），其它葡萄果实中共有5个香气物质的OAV值大于1。除澧县一次果（12.34）、二次果（26.49）和南宁一次果（30.78）外，其它葡萄中芳樟醇OAV值均大于100，各样本中的芳樟醇对‘阳光玫瑰’葡萄风味起关键贡献作用，赋予葡萄浓郁的花香。其中东莞二次果中芳樟醇OAV值约为一次果的8倍，韶山地区和南宁地区的二次果芳樟醇OAV值分别为一次果的9倍和12倍左右，建水一次果中芳樟醇OAV值约为一次果的3.9倍。东莞一次果中乙酸乙酯的OAV值为81.90，远高于其它葡萄中乙酸乙酯的OAV值，约为东莞二次果（2.49）的33倍；异戊酸乙酯仅在东莞一次果中被检测出来，且OAV值为24，对葡萄的香味起重要贡献作用，异戊酸乙酯和乙酸乙酯共同赋予东莞一次果浓郁的果香。各葡萄中1-辛烯-3-醇OAV值无明显差异，OAV值为1.13 ~ 2.30，赋予葡萄草药香。己醛和反式-2-己烯基醛在葡萄中含量最高，但由于较高的阈值，使其OAV值相对较低，他们共同赋予葡萄青草香、绿叶香和水果香。

  2.5 各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实品质主成分分析

  通过对各地区‘阳光玫瑰’葡萄果实常规品质与OAV值>1的香气物质进行主成分分析，根据特征值＞1进行判定，从14个指标中共提取出5个主成分，5个主成分的累积贡献率达90.20%，说明该5个主成分可以反映果实品质大部分信息。主成分1包含了原始信息量的28.87%，其中穗重、粒重、纵径和横径有较大正数系值，这些指标对PCA1产生正向影响；主成分2包含了原始信息量的23.11%，可溶性固形物和固酸比对PCA2产生正向影响，芳樟醇和总酸产生负向影响；主成分3包含了原始信息量的17.75%，乙酸乙酯和异戊酸乙酯对PCA3产生正向影响，己醛对PCA3产生负向影响；主成分4包含了原始信息量的12.52%，果形指数对PCA4产生正向影响，反式-2-己烯基醛对PCA4产生负向影响；主成分5包含了原始信息量的7.95%，主要为1-辛烯-3-醇，对PCA5产生负向影响(表6)。

  2.6 各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实品质综合评价

  各主成分方差贡献率差异较大，因此在进行综合评价时，以每个主成分相对方差贡献率为权重，并结合前5个主成分得分，建立综合评价函数，即：F=(0.2887F1+0.2311F2+0.1775 F3+0.1252 F4+0.0795F5)/0.902。通过该函数计算各地区‘阳光玫瑰’葡萄综合得分并进行排名，排序结果为：SS-1 > CS-1 > NN-1 > DG-1 > JS-1 > LX-1 > JS-2 > LX-2 > NN-2 > CS-2 > DG-2 > SS-2。因此韶山一次果和长沙一次果综合品质最好，韶山二次果综合品质最差，且各地区‘阳光玫瑰’葡萄一次果综合品质均比对应地区二次果品质好（表7）。

  2.7 各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实聚类分析

  对各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实综合品质做系统聚类分析，将综合品质相近的葡萄聚类在一起。当平方欧式距离为5时，可将各地区各成熟期葡萄分为3大类，第Ⅰ类包括澧县一次果、建水二次果、澧县二次果和南宁二次果；第Ⅱ类包括韶山一次果、长沙一次果、东莞一次果、建水一次果和南宁一次果；第Ⅲ类包括长沙二次果、东莞二次果和韶山二次果。结合综合评价可知，第Ⅱ类综合评分为F ≥ 0.35，表明这5个地区的葡萄一次果综合品质最好；第Ⅰ类综合评分为0.11 ≥ F ≥ -0.12，表明聚类到第Ⅰ类的葡萄综合品质居中；第Ⅲ类综合评分为-0.68 ≥ F ≥ -0.84，表明长沙二次果、东莞二次果和韶山二次果综合品质最差（图4）。

 

  3. 讨论

  果穗和果实大小是决定葡萄外观品质的重要指标，可溶性固形物和总酸含量是决定葡萄内在品质的重要指标，香气物质是葡萄中的重要风味物质，不同香气物质赋予葡萄不同的感官特性。影响葡萄果实品质的因素有环境因子、葡萄栽培架式、葡萄负载量、果实成熟度及植物生长调节剂的使用等。温度是影响葡萄果实品质最重要的环境因子，Song等（2022）研究表明，有效积温低有利于β-大马士酮的积累。葡萄二次果的果实大小一般小于一次果（商佳胤等, 2013），本研究结果也表明，长沙、韶山、澧县和建水地区葡萄二次果的果穗大小显著低于一次果，长沙、韶山和澧县地区葡萄二次果果粒显著小于一次果。高温胁迫影响了葡萄果实的膨大，张睿佳等（2015）研究发现，葡萄果实生长发育期间高温胁迫显著降低葡萄果实单粒重。本研究中大多数地区二次果果穗和果粒小的原因可能是在葡萄生长发育期间遭受了高温胁迫所致。各地区葡萄一次果与二次果留果量不一致，也会使葡萄单穗重差异较大。建水地区‘阳光玫瑰’葡萄一次果与二次果单粒重无显著性差异，而一次果单穗重显著高于二次果，这可能是一次果单穗留果量比二次果多的原因。

  延迟采收会使葡萄可溶性固形物含量增加，总酸含量降低，从而增加固酸比比值（赵婷等, 2019），另外绿色果树品种随着成熟度增加，果皮颜色会由黄绿色变为黄色（张克坤等，2016）。本研究发现，南方各地区不同成熟‘阳光玫瑰’葡萄可溶性固形物含量、总酸含量和固酸比差异较大。韶山和南宁地区一次果可溶性固形物含量显著高于其它样品，其中韶山一次果总酸含量低，固酸比比值最大，为11.62（表3），且果实颜色呈黄色，韶山一次果可能较其它葡萄成熟度过高，导致葡萄果皮颜色变黄，可溶性固形物含量升高，总酸含量降低。南宁地区一次果于8月31日采收（表1），其可溶性固形物更高的原因可能与葡萄有效积温高，光合产物积累得更多有关。

  反式-2-己烯基醛和已醛为大部分鲜食葡萄中含量较高的2个挥发性物质（Wang et al, 2023），但不是玫瑰香型葡萄中的特征香气物质。本研究中，除东莞一次果外，反式-2-己烯基醛和已醛在其它葡萄中含量也最高，占总物质含量的78.65%以上，为葡萄中的绝对优势香气物质。有些化合物虽然含量高，但由于较高的阈值而很难被识别，OAV值能确切评价单一香气成分对整体香气的贡献度（Wang et al., 2020），各葡萄中芳樟醇的OAV值较其它香气物质最高，在葡萄的香气中起关键贡献作用。除建水地区外，其它地区葡萄二次果的芳樟醇含量与OAV值均大于一次果，其主要原因可能是‘阳光玫瑰’葡萄二次果在成熟时，较低的温度和弱降雨更有利于芳樟醇积累，使其二次果风味更佳（陈彦蓓等, 2021）。建水县位于干热河谷地区，属南亚热带季风气候，年均温差小，冬春干旱，夏季雨水多，这可能是导致建水地区‘阳光玫瑰’葡萄一次果芳樟醇浓度和OAV值高于二次果的原因。

  主成分分析是将较多的指标通过降维简化为较少的指标，用较少的指标来反映原有信息，使分析结果更简明，评价更客观（曹彩红等, 2023）。综合评价果实品质时，方差贡献率作为各个主成分的权重，属于一种客观赋权法，一定程度上避免了人为主观赋权造成的影响；聚类分析能将综合品质相近的葡萄聚在一起，从而实现等级分类（郭丽娜等, 2023）。本研究通过主成分分析、综合评价和聚类分析，能全面客观地评价各地区各成熟期‘阳光玫瑰’葡萄果实品质。综合评价与聚类分析结果表明，韶山一次果、长沙一次果、东莞一次果、建水一次果和南宁一次果综合评价最好；长沙二次果、韶山二次果和东莞二次果虽然芳樟醇OAV值大，香气浓郁，但由于果穗和果粒较小，商品价值低，因此综合品质最差。

  综上所述，除建水地区外，其它地区二次果果实香气比一次果浓郁；韶山地区、长沙地区、东莞地区、建水地区和南宁地区一次果果实品质最佳。基于上述分析，韶山、长沙、东莞、建水和南宁地区更适合‘阳光玫瑰’葡萄一次果种植，东莞地区更适合二次果种植。

  本研究通过果实常规品质与OAV值进行主成分分析与聚类分析，对各地区各成熟期葡萄品质进行了综合评价。影响香气物质形成的因素有温度、光照、栽培技术等，后续可从上述影响香气形成的因子进行进一步研究；在收集样品时，同一地区需要考虑采收3个距离较远、棚架和栽培模式相近的的葡萄园作为代表，研究结果才更可靠；果实成熟采收标准的判断依据仍需要进一步明确。