靶向代谢组学研究揭示了采用不同葡萄架栽培系统和砧木培育的葡萄汁的储存潜力

《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》：Targeted metabolomics reveals the storage potential of grape juice produced using different vine training systems and rootstocks

　　**摘要**
栽培系统和砧木通过调节植物的生长活力、树冠结构以及代谢产物的生物合成来影响葡萄的质量，这些因素可能会影响葡萄汁的保质期。本研究采用靶向代谢组学方法，评估了不同栽培系统与砧木组合在24个月储存期间对“BRS Magna”葡萄汁的物理化学性质、酚类物质、抗氧化成分及挥发性成分的影响。代谢组学分析利用LC-DAD-qTOF-MS进行酚类物质的测定，HS-SPME-GC-qMS进行挥发性成分的分析，并通过分光光度法测定抗氧化活性和颜色。所有葡萄汁在24个月储存期内均符合相关标准：总酸度（61.77–75.31 mEq L?1）、挥发酸度（1.13–1.75 mEq L?1）和可溶性固形物（16.3–19.2 °Brix）。储存过程中，总酸度和酚类化合物（尤其是花青素）含量下降，导致颜色变橙并降低抗氧化活性。这些变化在所有栽培系统与砧木组合中均有观察到。然而，“Espalier × IAC 572”组合生产的葡萄汁具有最高的酚类含量，这使得其抗氧化活性更强，颜色稳定性也更好，即使在储存24个月后也是如此。此外，这种组合的葡萄汁还含有更高水平的酯类和呋喃醇，从而提升了香气。这种组合的优异表现归因于更充足的阳光照射和更高的植物生长活力，这些因素促进了与稳定性相关的代谢产物的生物合成。研究表明，通过促进与品质和稳定性相关的代谢产物积累的农艺措施，可以优化葡萄汁的储存潜力。

**引言**
热带葡萄种植在全球范围内日益受到重视，与温带气候地区的传统种植模式形成对比，并为葡萄生产带来了新的范式。巴西、印度、泰国和委内瑞拉是全球主要的热带葡萄生产国。此外，玻利维亚、哥伦比亚、马达加斯加、坦桑尼亚、越南和中国也投入了资源用于热带葡萄的种植[1]。热带葡萄种植的特点与温带地区不同：在温带气候区，由于冬季温度较低，葡萄藤会进入休眠期，需要通过施用植物生长调节剂或特定的修剪技术（如弯曲枝条、延迟修剪或短截修剪）来促进发芽和提高产量；而在热带地区，葡萄藤不会经历足够的低温以进入休眠状态，因此可以每年在同一葡萄园进行两次或更多次收获[2]。确定适合热带葡萄种植的管理措施（包括砧木选择和葡萄藤栽培系统）对于生产高质量的葡萄制品至关重要。此外，找到最佳的栽培系统与砧木组合也是应对全球变暖对葡萄种植不利影响的气候适应策略[3, 4]。砧木为葡萄藤提供根系，根系在吸收水分和养分方面起着关键作用[2]；砧木的选择基于其对环境条件的适应性、抗病虫害能力以及希望传递给葡萄的特性[5]。葡萄藤栽培系统决定了树冠、主干、侧枝和枝条的空间布局，不仅影响树冠结构，还调节叶片和果实对阳光、风和湿度的暴露程度，从而影响葡萄园的微气候。世界上最常见的栽培系统包括棚架式（trellis）、竖琴式（lyre）和棚架式（espalier）[3]。棚架式系统引导葡萄藤水平生长，竖琴式系统则使葡萄藤沿Y形结构生长；而棚架式栽培方法则是将枝条沿着垂直的支架排列[6]。栽培条件和实践会影响葡萄制品的物理化学性质、酚类成分及挥发性成分，进而直接影响其保质期[7]。酚类化合物具有促进健康的特性，在葡萄汁的质量和稳定性中起着关键作用，同时影响其感官特性（如颜色、涩味、口感和风味）。葡萄汁中的挥发性成分也对产品的感官品质和商业化潜力有重要影响[8]。传统温带地区生产的葡萄汁的保质期通常为24个月，这一标准也被热带地区的生产商采纳。然而，实证研究表明，不同气候条件下生产的葡萄汁在稳定性方面可能存在差异，因此准确评估热带葡萄汁的储存潜力十分重要。针对特定地区/气候条件的农艺措施（如降低pH值、提高酸度和增加酚类化合物含量）有助于保持储存期间的稳定性[8]。

**靶向代谢组学**
靶向代谢组学是一种专注于关键代谢物（包括糖类、有机酸、酚类和挥发性化合物）全面评估的方法。该方法已被用于确定最佳的种植策略[9]、收获和/或加工方式[10]，从而基于产品的化学和感官特性做出决策[11]。本研究首次利用靶向代谢组学方法评估了不同栽培系统与砧木组合生产的葡萄汁的储存潜力。在整个储存期间监测了葡萄汁的物理化学性质、颜色、酚类成分及挥发性成分，以识别出能够提高葡萄汁质量和稳定性的农艺措施。

**材料与方法**
实验使用了由巴西农业研究公司（Embrapa）通过“BRS Rúbea”与IAC 1398-21（Traviú）杂交培育出的“BRS Magna”葡萄品种。该品种具有广泛的气候适应性、高糖分含量和良好的着色潜力，是热带地区生产葡萄汁的理想选择[12]。实验在巴西圣弗朗西斯科河中下游地区的Petrolina（9°08’03"S, 40°18’28"W）进行，海拔370米。该地区属于K?ppen分类中的BSh气候类型，属于炎热半干旱区域[13]。葡萄种植区的具体特征见图1A。

**实验设计**
实验采用随机区组设计，重复四次，每个处理组包含五株葡萄藤。葡萄园采用滴灌系统，每株葡萄藤配备两个喷头，间距50厘米，平均流量为2.1 L/h。处理组合包括三种栽培系统（棚架式、竖琴式和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）。每个处理组包含五株葡萄藤，种植密度为每公顷3.3株。葡萄藤分别采用三种不同的栽培系统（棚架式、竖琴式和棚架式），如图1C所示。两种砧木（IAC 572和IAC 766）均由巴西坎皮纳斯农学研究所（IAC）开发。“IAC 572”是通过101 ? 14 MGT（Vitis riparia × Vitis rupestris）与Vitis caribaea杂交获得的，具有较高的生长活力；“IAC 766”则是由Riparia do Traviú与V. caribaea杂交得到的，生长活力中等[14]。先前研究一致认为这两种砧木在热带葡萄种植条件下表现优异，尤其是能提高产量和总酚类化合物积累[15,16,17,18]。

**葡萄汁生产**
采用蒸汽提取法制备葡萄汁。每个处理组的三次重复实验中，手动收获20公斤葡萄。剔除有明显腐烂或物理损伤的果穗，不进行清洗或消毒处理，以模拟工业生产流程。葡萄去梗后，在80 ± 5 °C的温度下用不锈钢提取器提取60分钟。选择蒸汽提取法是因为其操作简单、设备成本低廉，且能确保高效的汁液提取和微生物安全[19]。提取后的葡萄汁被装入500毫升透明玻璃瓶中，并用螺旋盖密封。

**葡萄汁储存潜力评估**
模拟典型的零售储存条件，将瓶子置于室温（约22°C）和40–50%相对湿度环境中。储存室在上午7:00至晚上10:00开启空调，夜间关闭空调。这些条件反映了市场中的常见做法：白天产品置于空调环境中，夜间不进行主动冷却。分析在装瓶后20天进行，即产品到达最终消费者的平均时间（定义为时间零点）。同时评估了储存6个月、12个月和24个月的葡萄汁。代谢组学分析采用多种方法：(i) 经典物理化学分析，(ii) 颜色光谱分析，(iii) 液相色谱-二极管阵列检测-四极杆飞行时间质谱（LC-DAD-qTOF-MS）测定酚类化合物，(iv) 气相色谱-四极杆质谱（GC-qMS）分析挥发性成分，(v) 分光光度法测定抗氧化活性（针对H2O2、2,2’-azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS·+)和过氧化物（ROO·）。

**物理化学分析**
葡萄汁的物理化学特性分析遵循国际葡萄与葡萄酒组织（International Organisation of Vine and Wine）推荐的方法[4]：pH值使用pH计（Hanna Instruments，巴西圣保罗）测定（方法OIV-MA-AS313-15），可溶性固形物含量使用电子天平（Super Alcomat，意大利米兰）测定（方法OIV-MA-AS2-02）。酒精含量通过蒸馏样品并利用密度计测定（OIV-MA-AS312-01 A）。总酸度是通过用0.1 N NaOH滴定直到pH达到8.2来评估的（方法OIV-MA-AS313-01）。挥发性酸度是通过在数字酿酒蒸馏器（SuperDee，Gibertini，米兰，意大利）中进行蒸汽蒸馏，然后使用酚酞作为指示剂用0.1 N NaOH滴定来确定的（方法OIV-MA-AS313-02）。还原糖是使用Fehling方法和在沸腾条件下用亚甲蓝作为指示剂进行滴定来评估的（方法OIV-MA-AS311-01 A）。酚类化合物的谱型是通过使用“稀释和注射”方法[20]制备果汁样品的。简而言之，1毫升果汁与含有0.05%甲酸的超纯水9毫升混合，然后通过亲水性PTFE膜（0.22微米，Fitrilo，巴西）过滤。样品使用配备二极管阵列检测器（LC-DAD，SPD-M20A，Shimadzu，日本）和电喷雾离子化四极杆飞行时间质谱仪（ESI-QToF-MS，micrOTOF-Q III，Bruker Daltonics，德国）的液相色谱仪进行分析。质谱条件按照Nievierowski[21]之前的描述进行。酚类化合物是通过比较保留时间、UV–Vis光谱和质谱与分析标准品和文献数据来鉴定的。关于化合物鉴定的详细信息在补充材料的表S1中提供。为了定量，使用浓度范围从0.10到30 μg/mL的酚类化合物的标准溶液构建了校准曲线，遵循Natividad[22]的验证协议。简而言之，所有校准曲线都显示出极好的线性（R2 > 0.99）。原花青素B2显示出最低的LOD（0.001 μg/mL）和LOQ（0.003 μg/mL），而（-）表没食子儿茶素没食子酸酯显示出最高的LOD（0.19 μg/mL）。最高的LOQ值（0.37 μg/mL）观察到了花青素-3-葡萄糖苷-氯化物和肉桂酸。

抗氧化活性
葡萄汁对抗过氧自由基（ROO·）和过氧化氢（H2O2）的抗氧化活性是通过氧自由基吸收能力（ORAC）[23]和还原型谷胱甘肽（GSH）保护[24]测定来评估的。测量是使用微孔板读数器（EnSpire 2300，Multimode Plate Reader，Perkin Elmer，Waltham，MA，美国）进行的。ABTS·+自由基的清除是在734纳米处使用分光光度计（Shimadzu UV-1800，日本）[25]评估的。详细程序在之前的研究[26]中有描述。

颜色评估
对于颜色评估，使用了CIELAB和CIELCh坐标系统。亮度测量（L*）、颜色坐标（a*和b*）和色度（C*）是使用便携式色度计（Delta Color，S?o Leopoldo，巴西）获得的，该色度计已校准为D65光源和10°的观察角度。颜色强度是作为在UV-vis分光光度计（Biospectro，SP-220，巴西）上测量的420、520和620纳米波长处的吸光度之和来量化的，这些波长分别对应于可见光谱的黄色、红色和紫色区域。色调是通过420和520纳米处的吸光度之比来确定的[27]。

总颜色差异（ΔE）是在新鲜处理的果汁（时间0）与储存6、12和24个月的果汁之间根据公式1计算的。颜色变化根据Pathare[28]提出的视觉感知标准被分类为轻微可察觉（ΔE < 1.5）、中等（1.5 ≤ ΔE* < 3.0）或较大（ΔE* ≥ 3.0）。
$$\Delta {E^*} = \sqrt {{{\left( {L_2^* - L_1^*} \right)}^2} + {{\left( {a_2^* - a_1^*} \right)}^2} + {{\left( {b_2^* - b_1^*} \right)}^2}}$$
其中：
L*1、a*1和b*1对应于新鲜处理的果汁（时间0）；
L*2、a*2和b*2对应于储存的果汁。

挥发性成分谱型
葡萄汁的挥发性化合物是根据Welke[29]的方法提取的，使用1毫升样品和0.30克NaCl（w/v，Nuclear，圣保罗，巴西）在55°C下提取45分钟。顶空固相微萃取（HS-SPME）是使用CTC CombiPAL自动取样器（CTC Analytics，Zwingen，瑞士）和二乙烯基苯/羧酸/聚二甲基硅氧烷纤维（DVB/Car/PDMS，2厘米，50/30微米，Supelco，美国）进行的。挥发性化合物是使用与四极杆质谱仪（GC/qMS；Shimadzu QP 2010 S，日本）连接的气相色谱仪进行分析的，该质谱仪配备了极性柱（DB-WAX，30米×0.25毫米×0.25微米，J&W Scientific Inc.，美国）。挥发性化合物的鉴定是按照Hernandes[30]描述的程序进行的。化合物的鉴定还考虑了以下额外标准：（i）实验质谱和文献质谱之间的相似度得分≥80%，以及（ii）实验保留指数（RIexp）与相应文献值（RIlit）之间的差异小于10个单位。定量是使用在葡萄汁模型溶液中准备的校准曲线进行的[1升超纯水（Millipore，Bedford，MA，美国），6克酒石酸（Synth，圣保罗，巴西），80克葡萄糖和70克果糖（êxodo Científica，圣保罗，巴西），并用NaOH（Nuclear，圣保罗，巴西）将pH调整到3.8]。内部标准（IS）用于根据其化学类别标准化挥发性化合物的峰面积：1,4-蒎烯（C13-诺里索萜类和萜烯）、异丁酸（存在于果肉中的酸）、壬酸（酸）、十三烷（醛和酮）、甲基壬酸酯（乙酯和甲酯）和苯乙酸酯（醋酸酯）。进行了初步测试以确认样品中不存在这些化合物。在双蒸乙醇中准备了混合IS溶液（10毫克/升），并在HS-SPME提取前向每个样品中加入10微升。整个HS-SPME-GC/qMS方法的定量程序和验证（检测和定量限、重复性、再现性和线性）在之前的研究[31]中有详细说明。

统计分析
统计分析是使用XLSTAT软件（Addinsoft，纽约，EUA，2017）进行的。对于物理化学数据，进行了三因素方差分析（ANOVA），考虑了储存时间、培训系统和砧木作为固定因素，包括它们的交互作用项。这种方法用于确定每个因素及其交互作用对储存期间果汁成分变化的相对贡献。当观察到显著效应（p < 0.05）时，使用Tukey检验进行了均值比较。挥发性成分谱型、酚类成分和抗氧化能力是使用单因素ANOVA然后是Tukey检验（p < 0.05）来分析的，以比较不同储存时间和葡萄园因素组合之间的均值。主成分分析（PCA）被用来检查储存期间样品之间的多变量关系和相似性。

结果和讨论
物理化学分析
表1展示了三因素ANOVA的结果，评估了储存时间、培训系统和砧木及其交互作用对葡萄汁物理化学参数的影响。储存时间和培训系统显著影响了所有变量（p < 0.05）。砧木也对所有参数产生了显著影响，尽管其对总方差的贡献对于某些变量来说通常较小。大多数参数观察到了显著的交互作用项，表明与储存相关的变化取决于培训系统和砧木的具体组合。特别是，pH值、挥发性酸度、可溶性固体、还原糖和酒精含量显示出涉及储存时间及其与培训系统和/或砧木组合的显著交互作用。相比之下，总酸度的交互作用较少，表明其在储存期间的变化较少依赖于因素组合，并且在不同处理之间遵循更均匀的模式。总体而言，这些发现证实了储存时间、培训系统和砧木相互作用以调节果汁成分。

图2显示了在三种培训系统（棚架、竖琴形和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）下培养的‘BRS Magna’葡萄制成的果汁在储存过程中的物理化学参数变化。
图2
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在储存过程中（0、6、12和24个月），由‘BRS Magna’葡萄制成的果汁的A pH值、B 总酸度、C 挥发性酸度、D 可溶性固体（SS）、E 还原糖和F 酒精含量的变化。折线图展示了储存时间的趋势，而附带的表格展示了平均值±标准偏差（SD）和统计比较。由于重复样本之间的变异性较低（n = 3），图表中的误差条可能无法视觉区分。果汁的物理化学特性是通过ANOVA然后是Tukey检验（p = 0.05）来评估的。同一列中的不同大写字母和同一行中的小写字母表示统计上显著的差异。

在24个月的储存期间，果汁的pH值增加，而总酸度降低。在新鲜处理的果汁（时间0）中，pH值最低的是在棚架×IAC 766组合中（图2A）。在整个6、12和24个月的储存期间，这些果汁也显示出与其他培训系统和砧木组合相比最低的pH值和最高的总酸度（图2B），这对葡萄汁的稳定性是有利的。这些果汁还值得注意的是在储存24个月后仍然保持相似的挥发性酸度（图2C）。相比之下，棚架×IAC 766组合的果汁显示出最高的pH值和最低的总酸度，这可能导致其储存稳定性低于其他样品。较高的pH值会降低葡萄衍生饮料的微生物和氧化稳定性，促进色素降解并加速褐变反应[32]。

在储存期间观察到SS含量的增加（图2D），除了来自棚架×IAC 572和棚架式×IAC 766组合的果汁，其水平在24个月的储存期间保持不变，表明糖的分解速率较低。还原糖含量也随时间增加，尽管在两种砧木的棚架式系统中，这种增加仅在储存12个月后观察到（图2E）。储存期间还原糖的增加可能是由于多糖被残留的酶活性水解所致。在没有不希望的发酵或感官变化的情况下，这种变化被认为是正常的，并且不会影响产品质量[33]。在整个储存期间实验测定了酒精含量，并且在24个月后所有样品中的酒精含量都保持在0.5%以下（表1）。这个值低于巴西立法[34]和食品法典[35]为葡萄汁分类规定的最大限值，表明由于不希望的发酵而导致的糖消耗可以忽略不计。所有样品即使在储存24个月后也符合全葡萄汁的规定[34, 35]。所有样品的总酸度都超过了55.0 mEq L?1（61.77–75.31 mEq L?1），符合巴西标准[34]。挥发性酸度范围从1.13到1.75 mEq L?1，低于巴西立法[34]和食品法典[35]规定的最大限值（10 mEq L?1）[34]和（6.7 mEq L?1）[35]。SS含量在16.3到19.2°Brix之间，符合巴西（≥ 14°Brix）[34]和食品法典（≥ 15°Brix）[35]的标准，不论储存时间如何。

酚类成分谱型、颜色参数和抗氧化活性
表S1展示了通过LC-DAD-ESI-QToF-MS确定的27种酚类化合物的鉴定和定量数据。表S2和S3分别显示了储存期间抗氧化活性和颜色参数的变化。鉴于酚类化合物与水果衍生产品中的颜色参数和抗氧化能力之间的良好关系，使用PCA评估了果汁储存对这些变量的影响，如图3所示。

图3
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基于酚类化合物的浓度（#1至#27，表S1）、颜色数据（L、a*、b*、C*、色调、强度和色调，表S2）以及抗氧化能力（ABTS·+、ORAC和GSH，表S3）的‘BRS Magna’葡萄汁在储存6、12和24个月后的主成分分析（PCA）结果。葡萄使用三种培训系统（棚架、竖琴形和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）进行栽培。

前两个主成分PC1和PC2解释了数据中71.72%的变异性。图3显示了PC1和PC2的投影，根据载荷揭示了四个不同的簇（A–D）。在A组中，七种花青素[malvidin-3,5-O-二葡萄糖苷（#17）、花青素-3,5-O-二葡萄糖苷（#18）、malvidin-3-O-葡萄糖苷（#19）、delphinidin-3-O-葡萄糖苷（#20）、cyanidin-3-O-葡萄糖苷（#21）、pelargonidin-3-O-葡萄糖苷（#22）和petunidin-3-O-葡萄糖苷（#23）]、三种黄烷-3-醇[原花青素A2（#10）、（+）儿茶素（#12）和（-）表没食子儿茶素（#14）以及stilbene E-piceatannol（#24）与果汁对抗ROO·和H2O2的抗氧化能力相关。

图4显示了与每个PCA簇相关的变量的行为。在24个月的储存期间，观察到PCA中A组酚类化合物的浓度有所下降，除了原花青素A2（#10），其浓度在12个月时下降，然后在24个月时再次上升（图4A和表S1）。这种黄烷-3-醇浓度的增加可能归因于（-）表儿茶素的聚合[36]，其水平在储存过程中会下降。随着储存时间的延长，花青素（#17、#18、#19、#20、#21、#22和#23）的浓度下降，这可能是由于它们在光照下的结构不稳定以及pH值和温度的波动[37]。紫草素-3-O-葡萄糖苷（#23）被确定为最容易降解的花青素，因此在储存24个月后，这种化合物在trellis x IAC 572和lyre x IAC 766组合的果汁中消失了。A组化合物的逐渐减少伴随着对抗ROO·和H2O2的抗氧化能力的显著下降（表S2）。这种模式表明，这些酚类化合物的损失直接导致了果汁随时间推移的清除自由基活性的降低。

图4
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在三种栽培系统（棚架、竖柱式和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）下种植的‘BRS Magna’葡萄所生产的果汁在储存过程中，酚类化合物浓度、颜色参数（强度、色调、a*、b*、L*、C*和色调）以及对抗过氧化氢（H2O2）、2,2-偶氮二（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS·?）和过氧自由基（ROO·）的抗氧化能力的变化。变量对应于图3中显示的PCA的组（A）、（B）、（C）和（D）。

尽管浓度随时间有所下降，但棚架式×IAC 572组合的果汁在整个储存期间始终表现出最高的花青素浓度（表S1），这反映在其更强的抗氧化能力上（表S2）。值得注意的是，这种组合的抗氧化活性在12个月内保持稳定，之后才下降，表明其氧化稳定性优于其他处理方式。

B组（图3）包括没食子酸（#1）、反式咖啡酸（#2）、槲皮素-3-O-β-葡萄糖苷（#6）、myricetin（#7）、kaempferol-3-O-葡萄糖苷（#8）、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷（#9）、（-）表儿茶素没食子酸酯（#16）和ε-葡萄素（#25），以及与强度和色调相关的颜色参数。这些酚类化合物的波动（图4B）表明在储存过程中同时发生了形成和降解反应。如表S1所示，棚架式×IAC 572组合的果汁中与B组相关的八种酚类化合物中有七种的浓度最高（#1、#2、#6、#7、#8、#9和#16）。此外，这是唯一一种在24个月储存期间黄酮醇（#6、#7、#8和#9）水平保持稳定的组合。ε-葡萄素（#25）是唯一一种在所有样本中储存期间表现相似的化合物。这种芪类化合物在储存12个月后仍保持恒定水平，而在储存24个月的果汁中完全降解。尽管ε-葡萄素是通过白藜芦醇的氧化二聚形成的，但在储存条件下其潜在的解聚回单体芪类化合物的过程不能排除[38]。在本研究中，ε-葡萄素在24个月后的消失与12至24个月期间反式和顺式白藜芦醇的增加同时发生（PCA的C组），这可能表明这些化合物之间存在某种关系。尽管ε-葡萄素裂解为白藜芦醇是一个合理的假设，但需要进一步的靶向动力学研究来证明这种途径是否在葡萄汁储存条件下发生。

与B组相关的颜色参数（图3）在果汁储存过程中发生了变化（图4B）。棚架式×IAC 572组合的果汁在新鲜处理和储存24个月后都表现出最强烈的颜色和最高的色调值（表S3）。这一发现表明，这种栽培系统和砧木的组合有利于色素的保存，有助于长期维持果汁的视觉质量。

C组（图3）包括在储存第12个月到第24个月之间变化最显著的化合物，这些变化与通过ABTS•+方法测量的抗氧化能力有关。总体而言，无论栽培系统和砧木组合如何，咖啡酸（#3）、对香豆酸（#4）和阿魏酸（#5）在储存24个月后的浓度均有所下降（图4）。相反，原花青素B1（#11）、反式白藜芦醇（#26）和顺式白藜芦醇（#27）在储存第12个月到第24个月之间的浓度有所上升。这些趋势表明储存促进了不同的代谢转化，其中羟基肉桂酸（#3、#4和#5）可能经历了降解或转化反应。芪类化合物（#26和#27）和原花青素（#11）的积累可能与聚合过程或随时间触发的应激相关代谢反应有关。棚架式×IAC 572组合的果汁在这些化合物的浓度上最高（表S1），这反映在其与其他果汁相比更强的抗氧化能力上（表S2），即使在储存24个月后也是如此。

D组（图3）包括原花青素B2（#13）、（-）表儿茶素没食子酸酯（#15）以及颜色参数（a、b、C*、L*和色调），这些参数在所有样本的储存24个月后达到最高值（图4）。a*（红色）、b*（黄色）和色调的逐渐增加表明颜色逐渐向黄色和橙色调转变。L（亮度）和C（色度，即颜色强度的指标）也在储存过程中增加，导致颜色变浅和颜色饱和度提高。研究结果表明，花青素的降解（表S1）以及酚类化合物形成的色素导致果汁颜色在储存过程中的变化，如D组所示。尽管这些差异可能肉眼不易察觉，但仪器测量证实了颜色随时间的逐渐变化。

表S3中，ΔE值作为新鲜处理和储存样品之间颜色变化的指标。该参数综合了L、a*和b*坐标的变化，提供了颜色感知的客观评估。在储存6个月后，棚架式×IAC 572、棚架式×IAC 766和棚架式×IAC 572组合的果汁表现出较小的颜色变化（ΔE < 1.5）。其他栽培系统和砧木组合的果汁颜色变化被归类为“中等”（1.5 ≤ ΔE* < 3.0），并且这种变化持续到储存第12个月。棚架式×IAC 766组合的果汁在第12个月时出现了较大的颜色变化（ΔE = 3.70）。在储存24个月后，果汁的颜色变化显著（ΔE* > 3.0），呈现出更偏黄的色调，而棚架式×IAC 572组合的果汁保持了中等的颜色变化（ΔE* = 2.75）。这一发现表明，长时间储存对这种特定组合的果汁颜色影响较小。

图5展示了葡萄汁和挥发性化合物在两个主要成分上的分布，这两个成分共同解释了数据集中79.5%的总变异性，表明该模型具有强大的样本区分能力。PCA投影显示了六个不同的簇，分别标记为A、B、C、D、E和F。表S4列出了挥发性化合物的浓度，它们的变化在图6中有所展示。

图5
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使用Fisher比率（表S4）指示的89种挥发性化合物的浓度数据进行了主成分分析（PCA），这些化合物是区分‘BRS Magna’葡萄果汁的主要因素。这些葡萄使用三种栽培系统（棚架式、竖柱式和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）种植，并分别储存0、6、12和24个月。

图6
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在三种栽培系统（棚架式、竖柱式和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）下种植的‘BRS Magna’葡萄所生产的果汁在储存期间（0、6、12和24个月）挥发性化合物的变化。图5中显示的PCA组A、B、C、D、E和F对应的挥发性化合物的变化。数值代表平均值±标准差（SD）（n = 3）。由于重复样本之间的变异性较低，误差条可能无法在视觉上区分。SD值和ANOVA结果在表S4（补充材料）中提供。

PCA的A组（图5）包括1-十二醇（#54）、辛醛（#61）、乙基2-羟基-3-甲基丁酸酯（#72）、乙基苯甲酸酯（#78）、苯乙酸酯（#82）、2-壬酮（#102）和萜品醇-4-醇（#114）。这些化合物在储存最初的六个月内变得无法检测到（< LD）（表S4和图6），这可能会降低所有果汁中花香（#54、#82、#102）、果香（#78）、柑橘香（#61）和草本香（#114）的愉悦感，无论栽培系统和砧木如何。

B组（图5）包括在储存过程中逐渐下降的化合物（图6），这可能导致花香（苯乙基酒精#53）和果香（乙基#77和二乙基琥珀酸#79）香气的减弱。此外，重要的是要强调呋喃醇（#94）的存在，它与草莓类似的香气相关，并与被称为“狐臭”的感官感知有关。这种描述符受到消费者的高度评价，是Vitis labrusca [39]、Vitis rotundifolia [40]和杂交葡萄如‘BRS Magna’ [41]的特征。图6和表S4显示，即使在储存24个月后，棚架式×IAC 572组合的果汁中呋喃醇和其他PCA B组化合物的水平仍然较高。这些结果表明，这种栽培系统和砧木的组合有利于保留这些关键代谢物，有助于在储存期间保持葡萄汁的特征感官属性。

C组（图5）包括在储存第12个月到第24个月之间变化最显著的化合物，这些变化与通过ABTS•+方法测量的抗氧化能力有关。总体而言，无论栽培系统和砧木组合如何，咖啡酸（#3）、对香豆酸（#4）和阿魏酸（#5）在储存24个月后的浓度均有所下降（图4）。相反，原花青素B1（#11）、反式白藜芦醇（#26）和顺式白藜芦醇（#27）在储存第12个月到第24个月之间的浓度有所上升。这些趋势表明储存促进了不同的代谢转化，其中羟基肉桂酸（#3、#4和#5）可能经历了降解或转化反应。芪类化合物（#26和#27）和原花青素（#11）的积累可能与聚合过程或随时间触发的应激相关代谢反应有关。棚架式×IAC 572组合的果汁在这些化合物的浓度上最高（表S1），这反映在其与其他果汁相比更强的抗氧化能力上（表S2），即使在储存24个月后也是如此。

D组（图3）包括原花青素B2（#13）、（-）表儿茶素没食子酸酯（#15）以及颜色参数（a、b、C*、L*和色调），这些参数在所有样本的储存24个月后达到最高值（图4）。a*（红色）、b*（黄色）和色调的逐渐增加表明颜色逐渐向黄色和橙色调转变。L（亮度）和C（色度，即颜色强度的指标）也在储存过程中增加，导致颜色变浅和颜色饱和度提高。研究结果表明，花青素的降解（表S1）以及酚类化合物形成的色素导致果汁颜色在储存过程中的变化，如D组所示。尽管这些差异可能肉眼不易区分，但仪器测量证实了颜色随时间的逐渐变化。

在表S3中，ΔE值作为新鲜处理和储存样品之间颜色变化的指标。该参数综合了L、a*和b*坐标的变化，提供了颜色感知的客观评估。在储存6个月后，棚架式×IAC 572、棚架式×IAC 766和棚架式×IAC 572组合的果汁表现出较小的颜色变化（ΔE < 1.5）。其他栽培系统和砧木组合的果汁颜色变化被归类为“中等”（1.5 ≤ ΔE* < 3.0），并且这种变化持续到储存第12个月。棚架式×IAC 766组合的果汁在第12个月时出现了较大的颜色变化（ΔE = 3.70）。在储存24个月后，果汁的颜色变化显著（ΔE* > 3.0），呈现出更偏黄的色调，而棚架式×IAC 572组合的果汁保持了中等的颜色变化（ΔE* = 2.75）。这一发现表明，长时间储存对这种特定组合的果汁颜色影响较小。

图5展示了葡萄汁和挥发性化合物在前两个主要成分上的分布，这两个成分共同解释了数据集中79.5%的总变异性，表明该模型具有强大的样本区分能力。

PCA使用Fisher比率（表S4）指示的89种挥发性化合物的浓度数据进行了主成分分析（PCA），这些化合物是区分‘BRS Magna’葡萄果汁的主要因素。这些葡萄使用三种栽培系统（棚架式、竖柱式和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）种植，并分别储存0、6、12和24个月。

图6
该图像的替代文本可能是使用AI生成的。
全尺寸图像

在三种栽培系统（棚架式、竖柱式和棚架式）和两种砧木（IAC 572和IAC 766）下种植的‘BRS Magna’葡萄所生产的果汁在储存期间（0、6、12和24个月）挥发性化合物的变化。图5中显示的PCA组A、B、C、D、E和F对应的挥发性化合物的变化。数值代表平均值±标准差（SD）（n = 3）。由于重复样本之间的变异性较低，误差条可能在视觉上无法区分。SD值和ANOVA结果在表S4（补充材料）中提供。

PCA的A组（图5）包括1-十二醇（#54）、辛醛（#61）、乙基2-羟基-3-甲基丁酸酯（#72）、乙基苯甲酸酯（#78）、苯乙酸酯（#82）、2-壬酮（#102）和萜品醇-4-醇（#114）。这些化合物在储存最初的六个月内变得无法检测到（< LD）（表S4和图6），这可能会降低所有果汁中花香（#54、#82、#102）、果香（#78）、柑橘香（#61）和草本香（#114）的愉悦感，无论栽培系统和砧木如何。

B组（图5）包括在储存过程中逐渐下降的化合物（图6），这可能导致花香（苯乙基酒精#53）和果香（乙基#77和二乙基琥珀酸#79）香气的减弱。此外，重要的是要强调呋喃醇（#94）的存在，它与草莓类似的香气相关，并与被称为“狐臭”的感官感知有关。这种描述符受到消费者的高度评价，是Vitis labrusca [39]、Vitis rotundifolia [40]和杂交葡萄如‘BRS Magna’ [41]的特征。图6和表S4显示，即使在储存24个月后，棚架式×IAC 572组合的果汁中呋喃醇和其他PCA B组化合物的水平仍然较高。这些结果表明，这种栽培系统和砧木的组合有利于保留这些关键代谢物，有助于在储存期间保持葡萄汁的特征感官属性。

C组（图5）包括从储存第6个月和/或第12个月开始浓度增加的化合物，特别是在棚架式×IAC 766组合的果汁中（图6）尤为明显，其中2-乙基-1-己醇（#47）、己醛（#58）、2-己烯醛（#60）、壬醛（#63）和苯甲醛（#66）的浓度显著增加。这些化合物的积累是由于涉及脂肪酸和酚类化合物的氧化反应，这可能会通过降低新鲜度和促进不理想的感官属性的发展而对果汁质量产生负面影响[8]。

D组（图5）包括在储存过程中逐渐增加的化合物，包括乙酸（#28）、己酸（#30）、辛酸（#33）、壬酸（#34）和癸酸（#35），其中最高浓度在储存24个月后检测到（图6）。这些脂肪酸相关的刺鼻和辛辣气味在长期储存的果汁中可能会更加明显，可能影响感官接受度[42]。根据表S4，即使在储存24个月后，棚架式×IAC572组合的果汁中这些化合物的浓度最低。

E组包括在储存过程中浓度波动的化合物，如芳樟醇氧化物（#111）、反式芳樟醇氧化物（呋喃类）（#112）、α-萜品醇（#115）和香叶醇（#116）。这些波动表明糖基前体的释放和单萜类重新排列之间的动态平衡，与挥发和降解的损失相反[8]。根据图6E，棚架式×IAC 766组合的果汁在储存第12个月到第24个月期间这些化合物的水平下降最多，导致花香相比其他果汁减少。F组包括在棚架式×这种方法突出了储存过程中发生的主要变化（图7A），以及训练系统和砧木组合对果汁质量的影响（图7B），从而指导了葡萄生产管理策略的确定，这些策略有助于在饮料储存期间保持感官和功能特性的稳定性和持久性。图7的替代文本可能是使用人工智能生成的。全尺寸图像展示了根据训练系统和砧木对葡萄汁A和B进行代谢组学评估的结果。稳定性和质量的正面和负面特征分别用绿色和红色字体表示。代谢组学分析表明，葡萄汁的储存与总酸度和花青素水平的降低有关，同时颜色向橙色调转变，负责果香的气酯成分也有所下降（图7A）。相反，在整个储存过程中观察到pH值、脂肪酸水平和某些醛类的增加。这些变化在所有果汁中都有出现，无论使用的是哪种训练系统或砧木。然而，这些变化的程度取决于具体的训练系统和砧木组合。在图7B中，代谢组学分析中区分每种果汁的参数分别用绿色和红色字体表示，分别表示对果汁质量的正面和负面影响。来自棚架×IAC 572组合的果汁没有明显的正面或负面特征，而lyre × IAC 572、棚架×IAC 766和espalier × IAC 766组合的果汁则表现出与稳定性和质量下降相关的特征。lyre × IAC 766组合的果汁具有较低的pH值和较高的挥发性酸度，这可能有利于储存期间的稳定性。相比之下，espalier × IAC 572组合的果汁在多个与质量和稳定性提升相关的参数上表现突出。这些果汁含有最高水平的酚类化合物，特别是花青素、黄酮醇、芪类和羟基肉桂酸，这使得它们具有更高的抗氧化活性、更强的颜色强度以及在24个月储存期间更小的颜色变化。此外，这种组合产生的果汁含有最高浓度的乙基酯，赋予了果香，以及呋喃醇，这是一种被描述为树莓特性的关键香气标志物。相反，与其他训练系统和砧木组合的果汁相比，检测到最低水平的与酸败和刺鼻气味相关的酸类。与其他训练系统相比，espalier系统能促进葡萄获得更多的阳光照射，而IAC 572砧木表现出比IAC 766更高的生长活力。Yin [44] 报告称，阳光照射通过激活主要由UV响应转录因子（如MYB、bHLH、bZIP）调控的苯丙素途径来调节不同类别酚类化合物的生物合成。这种调控导致每种化合物类别的特定代谢反应。例如，查尔酮合酶（CHS）、二氢黄酮醇还原酶（DFR）和黄酮醇3-O-糖基转移酶（UFGT）等酶的表达增加，从而增加了浆果皮中的花青素积累。同样，黄酮醇合酶（FLS）和芪类合酶（STS）的表达分别与黄酮醇和芪类的合成相关。对于羟基肉桂酸而言，阳光照射会诱导苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）和肉桂酸-4-羟化酶（C4H）等调节酶的表达，导致其在浆果中的积累。此外，酚类化合物的合成是对辐射的一种适应机制，因为这些化合物可以作为抵御氧化应激的光保护屏障。增强的抗氧化活性可以减轻会促进脂肪酸积累并导致异味产生的氧化过程。阳光辐射还可以调节酶的活性，如醇酰转移酶，这些酶催化酯化反应，从而增加负责果香的酯类化合物的积累[45]。关于砧木的作用，更高的生长活力增强了葡萄的光合能力，并为苯丙素途径提供了更多的代谢前体，从而推动了酚类化合物的合成[46]。研究表明，光合活性的增加也增强了重要前体（如丙酮酸和乙酰辅酶A）的可用性，这些前体对酯类的生物合成至关重要。

结论

本研究首次评估了由不同训练系统（棚架、架式和lyre）和砧木（IAC 572和IAC 766）组合生产的热带葡萄汁的储存潜力。在24个月的储存期间，无论使用哪种类型的砧木和训练系统，都观察到了物理化学特性、颜色、酚类谱型和挥发性化合物的变化。尽管如此，所有果汁的总酸度、挥发性酸度和可溶性固形物含量均符合食品法典和巴西法规的标准。因此，温带气候地区葡萄汁的传统保质期24个月也适用于热带果汁。代谢组学评估显示，与espalier × IAC 572组合相关的更高阳光照射和生长活力使得果汁在储存期间的稳定性得到提升。这些果汁含有更高水平的花青素、黄酮醇和芪类，从而具有更高的抗氧化活性和颜色稳定性。此外，espalier × IAC 572组合的果汁还含有更高浓度的果香酯和呋喃醇，这是所研究葡萄的特征性标志物，赋予了类似草莓的香气。这些发现突显了葡萄园管理实践在葡萄衍生产品采后行为中的作用，为优化果汁生产提供了宝贵的见解，以确保储存期间的稳定性。