高寒荒漠區(qū)延后栽培葡萄品質(zhì)分析

2021-01-20 08:00吳玉霞劉玉蓮馬朝玲毛娟楊江山王延秀常永義

食品與發(fā)酵工業(yè) 2021年1期

吳玉霞，劉玉蓮，馬朝玲，毛娟，楊江山，王延秀，常永義*

1(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，甘肅蘭州, 730070) 2(蘭州中檢科測試技術(shù)有限公司，甘肅蘭州, 730070)

武威市天?？h位于河西走廊東端，光照資源豐富、干旱少雨、晝夜溫差大，果實糖分含量高、病蟲害少，是建立無公害優(yōu)質(zhì)葡萄生產(chǎn)基地的優(yōu)勢地區(qū)[1-2]。近年來，隨著國家一帶一路政策的推行，甘肅省提出發(fā)展現(xiàn)代絲路寒旱農(nóng)業(yè)，武威作為中國十大葡萄產(chǎn)區(qū)之一，葡萄產(chǎn)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心。天?？h海拔高、氣候冷涼，葡萄生產(chǎn)以日光溫室延后栽培為主，利用天然冷資源，推遲果實采收期至翌年1～2月份，經(jīng)濟(jì)效益顯著[3-4]。但該產(chǎn)區(qū)葡萄品種單一，以‘紅地球’為主，同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，不能滿足消費(fèi)者對多樣化產(chǎn)品的需求，市場競爭力小。另外，溫室重茬障礙突顯，葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)逐年下降。為了重新贏得市場競爭力，實現(xiàn)葡萄產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，引進(jìn)葡萄新品種勢在必行。當(dāng)前大粒、無核及脆肉品種是葡萄發(fā)展的主流，為此從國內(nèi)引進(jìn)多個中晚熟品種，通過引種試驗篩選出適應(yīng)性好、品質(zhì)優(yōu)良的葡萄品種，為高寒荒漠區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

品質(zhì)評價是引種的先決條件，鮮食葡萄的品質(zhì)主要從外觀、內(nèi)在營養(yǎng)與風(fēng)味、功效成分等方面進(jìn)行評價。外觀品質(zhì)包括果穗及果粒大小、形狀、色澤等；內(nèi)在品質(zhì)主要包括糖、酸含量、香味物質(zhì)、營養(yǎng)成分等；功效成分主要指酚類物質(zhì)、白藜蘆醇、抗氧化成分含量等[5-7]。HOLT等[8]研究發(fā)現(xiàn)，葡萄果實中酚類物質(zhì)變化與自然因素(溫度、降水、土壤濕度等)有關(guān)；SHIRAISHI等[9]認(rèn)為成熟時葡萄果實以積累己糖為主，蔗糖的含量很低。糖代謝過程中果實的糖含量易受生態(tài)環(huán)境的影響，蔗糖和己糖對環(huán)境具有高度敏感性[10-11]。果實中酸的種類、含量及其變化因品種不同而異，KLIEWER等[12]對78個品種的分析結(jié)果表明，成熟葡萄中蘋果酸和酒石酸的含量差異很大?？梢?，生態(tài)條件對葡萄品質(zhì)有較大影響，引種后要結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)地理環(huán)境對品質(zhì)進(jìn)行綜合評價和鑒定。當(dāng)前葡萄品質(zhì)評價仍以外觀及內(nèi)在糖、酸含量的評價為主，而對糖、酸、功效成分等微量組分構(gòu)成及含量的評價較少，對高寒地區(qū)葡萄品質(zhì)的評價更鮮見報道。為此，本文以高寒荒漠區(qū)適應(yīng)性表現(xiàn)較好的8個鮮食葡萄品種為研究對象，分析果實外觀及常規(guī)內(nèi)在品質(zhì)，并針對主要風(fēng)味物質(zhì)(可溶性糖和有機(jī)酸)，建立高效液相色譜法進(jìn)行定性和定量分析，基于主成分分析對8個品種進(jìn)行綜合品質(zhì)評價，為高寒荒漠區(qū)設(shè)施延后栽培葡萄品種選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 種植區(qū)概況

引種葡萄栽植于天祝縣華藏寺鎮(zhèn)栗家莊村示范基地日光溫室(102°83′N，36°65′E)，海拔2 300 m，屬大陸性高原季風(fēng)氣候，年均氣溫2 ℃，年均降水量約350 mm，相對無霜期130 d。溫室土壤為山地栗鈣土，肥力狀況如表1所示，土壤肥力屬中等水平。

表1 溫室耕層土壤養(yǎng)分含量Table 1 Soil nutrient content in tillage layer of solar greenhouse

1.2 試驗材料與試劑

引種葡萄于2015年春季定植，2017年掛果，經(jīng)初步篩選，選擇適應(yīng)性良好的8個品種為試驗材料，見表2。采用日光溫室延后栽培，單干雙臂Y型架整枝，2017年5月初萌芽，花后15～20 d用2 000倍“紅提大寶”膨大劑蘸穗處理1次，果實套白色紙漿袋保護(hù)，12月中旬至下旬陸續(xù)成熟。選擇生長健壯的植株采集果樣，每個品種隨機(jī)采集5穗果樣，果實采摘后當(dāng)天用冰盒帶回實驗室，部分果樣在5 ℃條件下冷藏，用于常規(guī)品質(zhì)測定；另一部分在-25 ℃條件下冷凍儲藏，用于糖酸組分測定。

表2 供試葡萄品種Table 2 Grape cultivars for test

果糖、葡萄糖、蔗糖、酒石酸、草酸、檸檬酸、蘋果酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度99.8%)，上海源葉生物科技有限公司；甲醇、乙腈、磷酸，均為色譜純，美國TEDIA試劑公司；其他藥品均為國產(chǎn)分析純。

1.3 試驗方法

1.3.1 果實常規(guī)品質(zhì)的測定

用1%天平稱量葡萄穗重、單果質(zhì)量；用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定果實縱徑、橫徑，計算果形指數(shù)；觀察果皮顏色，用品嘗法描述果實口感風(fēng)味，分別用+、++、+++表示風(fēng)味等級。

可溶性固形物用PAL-1型測糖儀(日本愛拓)測定；Vc含量用2,6-二氯靛酚法測定；蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍(lán)法測定；果皮總花青素含量用pH示差法[13]測定；果皮類黃酮和總酚含量參照李楊昕[14]的方法測定。

1.3.2 高效液相色譜條件和糖酸組分及含量測定

制樣：采用逐級升溫解凍的方式，將樣品從-25 ℃下取出，放置在-15 ℃條件下，1 h后取出，剝皮，將重復(fù)樣品混合，用水果刀避開種子切割成小塊混合于研缽中。在天平上精確稱取果肉樣品1 g，研磨轉(zhuǎn)移至10 mL離心管中，搖勻，80 ℃超聲提取1 h，12 000 r/min常溫下離心15 min，取上清液用超純水定容至100 mL，配成0.01 g/mL的樣品提取液，用0.45 μm濾膜過濾2次，進(jìn)行液相色譜分析，每個品種重復(fù)3次。

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：分別制備果糖、葡萄糖、蔗糖 0.25、0.5、0.75、1、1.5、2.5 mg/mL的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液， 0、0.0005、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1 mg/mL的系列酒石酸標(biāo)準(zhǔn)溶液和0、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.10、0.20 mg/mL的系列蘋果酸、檸檬酸、草酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

可溶性糖測定色譜條件參照國家標(biāo)準(zhǔn)[15]：島津LC-20A高效液相色譜儀，SIL-20A自動進(jìn)樣器，島津RID-10A示差折光檢測器，CTO-20A 柱溫箱，ZORBAX NH2色譜柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，柱溫40 ℃，流動相為V(乙腈)∶V(水)=7∶3，流速1.0 mL/min，進(jìn)樣量20 μL。

有機(jī)酸測定色譜條件參照國家標(biāo)準(zhǔn)[16]：島津PDA紫外檢測器，CTO-20A柱溫箱，色譜柱為C18柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，柱溫40 ℃，檢測波長為210 nm，流動相為V(磷酸)∶V(0.1%甲醇水溶液)=2.5∶97.5，流速為0.5 mL/min，進(jìn)樣量20 μL。

各糖分和有機(jī)酸組分分別根據(jù)其保留時間來定性，通過峰面積定量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2013進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理和制圖，用SPSS 19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)做顯著性檢測(Duncan法)。葡萄酸甜度用甜度和糖酸比評價，分別按公式(1)[17]、(2)計算：

甜度=1×蔗糖含量+1.75×果糖含量+0.7×葡萄糖含量

(1)

糖酸比=總糖含量/總酸含量

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 果實常規(guī)品質(zhì)分析

8個品種的外觀表現(xiàn)如表3所示，紅地球果穗最大，平均穗重達(dá)1.55 kg；瑞都香玉果穗小，果粒偏少，可能存在授粉不良的現(xiàn)象。紫地球單果質(zhì)量最大，其次是紅地球、瑞都香玉、戶太8號，三者無顯著差異；果實粒徑的表現(xiàn)和單果質(zhì)量基本一致，外觀上紫地球、紅地球、瑞都香玉、戶太8號4個品種果粒大小相近，縱、橫徑均達(dá)到了大果要求。果形方面，紫甜無核果粒呈長橢圓形，紫地球果粒接近圓形，其他品種都為橢圓形。延后栽培葡萄果實發(fā)育的后期處于寒冬季節(jié)，夜溫較低，縱徑發(fā)育較橫徑快，果粒較長。果實色澤方面，受當(dāng)?shù)貜?qiáng)紫外線的影響，除瑞都香玉外，其他品種果皮顏色普遍變深?？诟酗L(fēng)味方面，2個無核品種、紅地球、玫瑰香口感最好，摩爾多瓦口感最淡，其他品種介于其中。

表3 果實感官品質(zhì)Table 3 Sensory quality of berry

由表4可知，在高寒荒漠區(qū)延后栽培條件下，多數(shù)品種能保持較好的品質(zhì)，可溶性固形物含量在18%以上，2個無核品種高達(dá)24%～25%，顯著高于其他品種；Vc含量品種間差異也很明顯，最低和最高含量相差1倍多。葡萄果實中，蛋白質(zhì)含量較少，品種間無顯著差異。果皮顏色的深淺與總花青素含量、類黃酮、總酚含量有密切關(guān)系，含量越高，果皮顏色越深。8個品種中，瑞都香玉為綠色品種，果皮色澤淺，果皮總花青素、類黃酮、總酚含量均最低，摩爾多瓦果皮總花青素含量最高，紫地球果皮類黃酮和總酚含量最高。

表4 果實內(nèi)在品質(zhì)Table 4 Intrinsic quality of berry

2.2 HPLC法測定糖組分和有機(jī)酸組分

水果中的糖和酸是果實品質(zhì)的重要構(gòu)成因素，糖、酸組分及其含量決定葡萄的風(fēng)味及品質(zhì)[18]。在最佳色譜條件下分別對糖酸混合標(biāo)樣進(jìn)行分析，分別在15 min內(nèi)實現(xiàn)了組分的分離，對3種糖和4種有機(jī)酸的質(zhì)量濃度(x)和峰面積(y)進(jìn)行擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，如表5所示，相關(guān)系數(shù)均在0.999 7以上，有較好的線性關(guān)系。

表5 糖組分和有機(jī)酸組分標(biāo)準(zhǔn)曲線Table 5 Standard curves of sugar and organic acids

2.3 不同品種葡萄果實糖組分及含量分析

經(jīng)檢測，供試葡萄果實中的可溶性糖主要是果糖和葡萄糖，蔗糖未檢出，不同品種葡萄果實中的糖組分含量見表6。果糖含量由大到小依次排序為：紅寶石無核>紅地球>玫瑰香>紫甜無核>戶太8號>瑞都香玉>紫地球>摩爾多瓦，紅寶石無核的果糖含量是摩爾多瓦的2倍，各品種間果糖含量差異較顯著。成熟葡萄果實中的葡萄糖含量略低于果糖，但變化幅度沒有果糖大。紅寶石無核和紅地球葡萄糖含量最高，兩者無顯著差異；紫地球、瑞都香玉、摩爾多瓦含量最低，三者差異不顯著。供試葡萄品種果實總糖含量由大到小依次為：紅寶石無核>紅地球>玫瑰香>紫甜無核>戶太8號>瑞都香玉>紫地球>摩爾多瓦，排序情況與果糖相同。

表6 葡萄果實中糖組分及其含量單位：mg/g

2.4 不同品種葡萄果實有機(jī)酸組分及含量分析

有機(jī)酸種類及其含量影響葡萄的酸味，是影響果品風(fēng)味的主要因素。由表7可知，葡萄果實中含量最多的是酒石酸，其次是蘋果酸，檸檬酸和草酸含量很少。供試品種中果實酒石酸含量最高的是摩爾多瓦，最低的是紫地球，前者是后者的2倍，除瑞都香玉和玫瑰香外，其他品種間均有顯著差異。蘋果酸含量變化幅度不大，紫地球、紅寶石無核、戶太8號、玫瑰香蘋果酸含量較高。瑞都香玉檸檬酸含量最高，其次是戶太8號，二者分別是紅地球的11.28倍和8.91倍；紫地球、紅寶石無核、紫甜無核、玫瑰香4個品種檸檬酸含量均較低。果實草酸含量最高的是紅寶石無核，含量最低的是戶太8號、摩爾多瓦和瑞都香玉。

葡萄果實有機(jī)酸總酸含量主要受酒石酸和蘋果酸含量的影響，兩者占總酸含量的80%以上。供試品種總酸含量在4.430～7.237 mg/g，由高到低依次為：摩爾多瓦>紅寶石無核>瑞都香玉>紅地球>戶太8號>紫甜無核>玫瑰香>紫地球，除戶太8號、瑞香玉和紅地球3個品種間差異不顯著外，其他品種間均有顯著差異。

表7 葡萄果實中有機(jī)酸組分及其含量單位：mg/g

2.5 不同品種葡萄果實酸甜度分析

不同糖組分對果實甜度的貢獻(xiàn)不同，果糖最甜，蔗糖次之，再次為葡萄糖[19]。由于不同品種糖組分及其含量不同，故其總糖反映不出綜合甜味，而應(yīng)用甜度值判斷[20]。由表8可知，8個葡萄品種甜度值介于139.522～277.678，由高到低排序為：紅寶石無核>紅地球>玫瑰香>紫甜無核>戶太8號>瑞都香玉>摩爾多瓦>紫地球。甜度值越大，風(fēng)味更甜。

表8 葡萄果實的酸甜度Table 8 Sweet and sour flavor of berry

果實的風(fēng)味除取決于糖、酸含量的絕對值外，還取決于糖、酸的配合即糖酸比，具有良好風(fēng)味的果實大多為酸甜適度[21]。8個葡萄品種糖酸比介于15.918～34.688，最高值和最低值相差一倍多。紅地球和玫瑰香果實糖酸比最高，兩者無差異，其次是紅寶石無核，3個品種糖酸比均在30以上，口感濃甜；摩爾多瓦和瑞都香玉糖酸比較低，口感明顯偏酸。

2.6 不同品種果實品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

葡萄果實品質(zhì)性狀之間存在著密切的關(guān)系(表9)，部分果實外觀品質(zhì)、內(nèi)在品質(zhì)、糖酸品質(zhì)指標(biāo)之間存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系。單果質(zhì)量與果?？v、橫徑間極顯著正相關(guān)，與果形指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)；可溶性固形物、果糖、葡萄糖、總糖、糖酸比、甜度值間顯著正相關(guān)；酒石酸與總酸含量顯著正相關(guān)；果皮花青素、類黃酮、多酚含量間顯著正相關(guān)。由于這些指標(biāo)之間存在信息重疊，會導(dǎo)致綜合評價結(jié)果不理想，需要進(jìn)一步做主成分分析。

2.7 葡萄果實品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析和品質(zhì)綜合評價

采用SPSS 19.0軟件對上述品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后做主成分分析，將品種間有顯著差異的20個品質(zhì)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為5個獨立的主成分，累計貢獻(xiàn)率87.396%。如表10所示，第1主成分貢獻(xiàn)率為37.400%，果糖、葡萄糖、總糖含量、甜度值有較高的荷載，主要反映了果實可溶性糖質(zhì)量濃度；第2主成分貢獻(xiàn)率為21.120%，穗重、單果質(zhì)量、果粒橫徑有較高的荷載，主要反映了果實大小和果形等外觀特性；第3主成分貢獻(xiàn)率為12.566%，果皮花青素、類黃酮、總酚有較高的荷載，主要反映了果皮色素抗氧化活性物質(zhì)的信息；第4和第5主成分貢獻(xiàn)率分別為8.658%和7.652%，主要反映了果實有機(jī)酸各組分質(zhì)量濃度。可選取這5個主成分作為葡萄各品種果實品質(zhì)性狀的綜合評價指標(biāo)。

由初始因子荷載矩陣及各主成分的特征值可根據(jù)公式(3)計算。得到的葡萄各品種果實品質(zhì)性狀相關(guān)矩陣的特征向量U1、U2、U3、U4、U5見表11。以特征向量為權(quán)重，與標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)數(shù)據(jù)相乘，即可得到5個主成分的函數(shù)表達(dá)式如公式(4)所示。按公式(5)計算各品種果實品質(zhì)性狀得分值，根據(jù)得分高低進(jìn)行品質(zhì)排序，綜合得分越高說明樣品綜合品質(zhì)表現(xiàn)越好[22]。8個品種品質(zhì)綜合得分如表12所示，紅寶石無核、紅地球和玫瑰香漿果綜合品質(zhì)最好，位列前三，在高寒荒漠區(qū)延后栽培條件下品質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu)。

(3)

(4)

F綜合值=(F1×37.400%+F2×21.120%+F3×

12.566%+F4×8.658%+F5×7.652%)/87.396%

(5)

式中:X,因子荷載;U,特征向量;A,初始特征值；F,主成分;ZX,標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論與討論

日光溫室延后栽培是西北地區(qū)鮮食葡萄的主要栽培形式，但溫室栽培環(huán)境日照時間短、光照較弱、空氣濕度高、氣體交換差，降低了設(shè)施果樹的光合作用、抑制了碳水化合物的合成與轉(zhuǎn)化，造成樹體積累營養(yǎng)少，產(chǎn)量下降等[23-24]。延后栽培條件下，果實生育期延長，葡萄果實糖分積累較高[25]。本試驗中，對8個品種在高寒荒漠區(qū)延后栽培條件下的品質(zhì)表現(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，外觀方面，紅地球和紫地球保持了原有的大果特征，單果質(zhì)量在10 g以上，供試品種果實果形指數(shù)均>1，果粒呈長橢圓形，受高原地區(qū)強(qiáng)紫外線的影響，除瑞都香玉外，其他品種果皮顏色均有明顯加深。果實內(nèi)在品質(zhì)和活性成分方面，紅寶石無核、紫甜無核、紅地球可溶性固形物含量較高，平均含量在21%以上；果皮花青素、類黃酮、總酚含量變化趨勢基本與果實色澤深淺相同，顏色越深，含量越高。糖酸品質(zhì)方面，8個品種果實均未檢出蔗糖，糖組分主要是果糖和葡萄糖，2種糖分含量相當(dāng)，葡萄糖含量稍低于果糖；果實酒石酸含量是蘋果酸的近2倍，檸檬酸和草酸含量極微。風(fēng)味口感是果實品質(zhì)的直觀反映。果實的甜度與糖的種類有關(guān)，果糖風(fēng)味最甜，約為1.75，蔗糖為1，葡萄糖為0.75[26-27]，8個品種中，紅寶石無核口感最甜，其次為紅地球，摩爾多瓦和紫地球甜度最淡；酸組分中，蘋果酸的酸度弱于酒石酸，蘋果酸清爽，酒石酸尖酸生硬，含量過高時會有明顯的不舒適感[28]；糖酸比超過30，果實口感偏甜，糖酸比25～29，酸甜適口，而低于25則口感偏酸。本研究中，瑞都香玉和紫地球口感較淡，摩爾多瓦口感偏酸，其他品種果實風(fēng)味均酸甜適口或偏甜。

為了科學(xué)評價葡萄的綜合品質(zhì)，通過主成分分析法提取了5個獨立的主成分，以此為評價指標(biāo)對供試葡萄品種進(jìn)行綜合品質(zhì)排名。8個品種果實品質(zhì)由高到低依次為紅寶石無核、紅地球、玫瑰香、紫甜無核、戶太八號、紫地球、瑞都香玉、摩爾多瓦。延后栽培條件下葡萄生育期可延長60～110 d，果實發(fā)育中后期處于寒冬季節(jié)，溫室內(nèi)溫度偏低，葡萄生長容易受到低溫脅迫，一定程度上影響了果實品質(zhì)代謝，致使同一品種果實外觀及風(fēng)味上與露地栽培存在較明顯的差別。不同種植地在氣候、土壤等方面存在著微環(huán)境的差異，也使得葡萄品質(zhì)的表現(xiàn)不同[29-30]。