《Food Chemistry》：Optimization of microwave-assisted hydrodistillation for essential oil extraction from
Cinnamomum tamala leaves: A comparative study of response surface methodology (RSM) and artificial neural network (ANN)
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下午遮荫处理可缓解半干旱地区葡萄藤的光热胁迫，增强光合能力与叶片面积，促进挥发性香气物质（如芳樟醇、β-大马酮等）积累，改善葡萄酒感官品质。该研究揭示了光动态调控下葡萄代谢的补偿机制及其与葡萄酒香气的关系。
田梦波|史宁|卢浩成|李明宇|魏佳燕|邓佳仪|程志芳|李树德|何飞|兰一斌|段长青|于科吉|王军
中国农业大学食品科学与营养工程学院葡萄与葡萄酒学中心，北京100083
摘要
为了减轻半干旱地区的午后热应力并改善葡萄的香气特性，对赤霞珠葡萄藤进行了中度遮荫（MD，1.5小时）和强遮荫（SD，2.5小时）处理，共进行了三个生长季（2021-2023年）的实验。研究了植物对昼夜光照变化的响应，分析了果实和葡萄酒中的挥发性物质，并评估了葡萄酒的感官品质。结果表明，在遮荫条件下，葡萄藤的光合作用同化作用降低了50%，而在无遮荫条件下，光合作用和叶面积有所增加。2021年收获时，MD和SD处理下的果实挥发性物质含量分别比对照组低16%和10%，但在后两个年份有所提高。芳樟醇、己醛、β-丹参酮和6-甲基-5-庚烯-2-酮是关键的光响应生物标志物。2022年和2023年，遮荫处理的葡萄酒中萜类化合物和诺里索普伦类化合物的含量增加，从而提升了果香和花香香气以及感官评分。本研究为了解葡萄藤对光照调节的响应以及半干旱条件下葡萄和葡萄酒中挥发性物质的变化提供了新的见解。
引言
葡萄果实中的香气化合物是决定葡萄酒风味特性和感官质量的关键因素。这些化合物（如萜类化合物、诺里索普伦类化合物和绿叶挥发物）以游离态和结合态存在于果皮和果肉中（Shi等人，2024年）。在酿酒和陈酿过程中，这些前体通过酶促和非酶促反应转化为具有香气的挥发性物质，赋予葡萄酒花香、果香和草本香气。先前的研究表明，栽培方式、气候条件和葡萄品种显著影响这些香气相关代谢物的生物合成和积累（Alem等人，2019年；Gonzalez-Barreiro等人，2015年）。除了香气修饰外，香气前体、氮同化和其他组成因素也参与了最终葡萄酒香气的形成（Ruiz等人，2019年）。因此，葡萄代谢物向葡萄酒挥发性物质的转化不仅是一系列生化过程，也是环境因素与葡萄酒质量相互作用的表现。深入理解这一联系为通过精准的葡萄园管理提升葡萄酒香气表达提供了机会，从而提高品质控制和地域特性。
光照是影响葡萄香气化合物生物合成的最重要的非生物因素之一（Li等人，2023年；Zhang等人，2017年）。遮荫作为一种对植物的非生物胁迫，会降低光合作用并抑制碳同化（Gao等人，2021年）。光照减少还会改变能量代谢并影响信号传导途径，最终影响发育中果实的挥发性前体的生物合成（Bureau等人，2000年；Bureau等人，2000年）。虽然区域范围内的自然光照条件难以改变，但在微气候层面（葡萄藤、果穗区、果穗）调节光照暴露已成为调节果实和葡萄酒质量的有效策略（Rustioni等人，2023年）。然而，微气候光照的作用因地区而异。在凉爽气候地区，光照通常有助于提升葡萄香气，而遮荫往往会导致萜类化合物和诺里索普伦类化合物的减少（Friedel等人，2016年；Liu等人，2024年）。相比之下，在温暖和干旱的环境中，适度遮荫可以缓解热应力和干旱应力，可能通过减少挥发或降解来降低香气损失（Lu等人，2021年）。
目前大多数研究集中在全天遮荫、某些生长阶段的遮荫或自然遮荫上（Liu等人，2024年；Tian等人，2023年）。然而，太阳辐射的日变化，尤其是午后的光照和热应力，可能对果实代谢产生不同的生理影响，特别是在炎热干旱地区，这可能引发植物的光氧化应激，从而损害代谢物（Palliotti等人，2014年）。尽管具有实际意义，但午后遮荫对葡萄香气发育的影响仍知之甚少。研究午后遮荫引起的应激对香气形成的影响，有助于了解葡萄如何应对不利环境信号以及果实质量在应激条件下的调节机制。除了遮荫处理本身，午后遮荫的动态光照模式还提供了探索葡萄藤在重新光照后是否表现出补偿性响应或代谢恢复的机会，这种现象类似于“应激记忆”（Luki?等人，2023年）。尽管在模式植物和作物中已经充分研究了这种应激-恢复动态（Cheng等人，2024年），但它们在调节葡萄风味化合物中的作用仍需进一步探索。阐明这一机制可能为通过精细调节光照来管理葡萄和葡萄酒香气开辟新的途径。
因此，在半干旱地区对整个赤霞珠葡萄藤进行了午后遮荫处理。人工遮荫从下午3:30（大约中午14:00，此时温度最高）开始，直到开花到收获的两个不同时间点结束。中度遮荫（MD）的时间为1.5小时，强遮荫（SD）的时间为2.5小时。这种处理方式使葡萄藤在日落前仍有机会接受光照。在我们之前的研究中，遮荫延缓了糖分的积累，导致收获时的葡萄酸度较高（约1克/升）和糖度较低（约0.5°Brix），同时也观察到了黄酮类化合物的变化（Tian等人，2025年）。在本研究中，收集了每日光合作用能力和收获时的叶面积，以了解葡萄藤对动态光照条件的响应。本研究的目的是通过多种方法（包括葡萄和葡萄酒中的挥发性物质分析以及葡萄酒感官评估）来探讨午后遮荫对葡萄和葡萄酒质量的影响。我们假设午后遮荫会抑制葡萄的光合作用，但重新光照使植物能够适应这种应力并改善葡萄和葡萄酒的质量。结果不仅阐明了微气候光照管理的生化和感官后果，还有助于更好地理解在半干旱地区通过应激恢复策略来提升葡萄和葡萄酒质量的方法。
化学物质和试剂
用于测定葡萄挥发性物质的分析级化学品（包括NaCl、NaOH、柠檬酸和磷酸二氢钠）购自天津化工厂（中国天津）。乙醇、甲醇和二氯甲烷购自Honeywell（美国新泽西州Morris Township）。Cleanert PEP-SPE树脂（200毫克/毫升）购自Bonna-Agela Technologies（中国天津）。补充表1中列出的挥发性标准品（≥98%），以及聚维酮（PVPP）、n-烷烃等也用于实验。
气候条件及葡萄藤对遮荫处理的生理响应
本研究在半干旱葡萄酒产区进行，该地区夏季炎热干燥，生长季节的平均降水量低于200毫米。之前已经报告了2021-2023年实验生长季的详细温度和降水量数据（Tian等人，2025年）。简要来说，与20年平均值相比，2021年的7月是最热的月份，2022年的开花和果实形成期相对温暖，而2023年的夏季温度持续较高。
光照调节保持光合作用能力并增加叶面积
从中午12:30到15:00（当地太阳中午14:00），净同化率（AN）下降，表明午后光照可能导致自然光抑制或气孔关闭，从而限制碳同化和水分流失。尽管白天气孔导度（gs）的逐渐降低似乎部分限制了光合作用，但证据表明，非气孔因素，特别是在高光照和高温下的PSII（光系统II）的光抑制作用可能起着更重要的作用
结论
本研究表明，在半干旱葡萄酒产区，午后遮荫不仅可以缓解葡萄藤的热应力，还能动态调节葡萄果实和葡萄酒中的挥发性物质积累。虽然遮荫暂时抑制了50%的光合作用能力，但在早晨光合作用有所增加，叶面积也扩大了10%，表明植物对昼夜光照变化具有适应性响应。在后面的两个生长季中，遮荫进一步调节了这些变化
CRediT作者贡献声明
田梦波：撰写初稿、数据可视化、实验设计、数据分析、数据管理。史宁：软件使用、实验设计。卢浩成：实验设计、数据管理。李明宇：实验设计。魏佳燕：实验设计。邓佳仪：实验设计。程志芳：资源协调。李树德：资源协调。何飞：项目监督。兰一斌：项目监督。段长青：项目监督。于科吉：撰写、审稿与编辑、项目监督。王军：撰写、审稿与编辑、项目监督
资助
本研究得到了新疆维吾尔自治区“十四五”规划期间CARS-29专项基金和重大科技专项的支持（2022A02002-1）。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢中信NIYA葡萄酒有限公司提供的实地实验和技术支持。
