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在葡萄酒酿造中，葡萄枯萎过程影响酒质且存在感染风险。研究人员开展 “葡萄串枯萎评估：果实 3D 形态与颜色评价进展” 研究，用 3D 分析监测葡萄自然干燥，发现关键形态特征可评估枯萎相关指标。该研究为酿酒业提供有效评估方法，意义重大。
在葡萄酒的酿造过程中，葡萄的枯萎环节至关重要。对于鲜食葡萄，干燥过程是为了制作葡萄干，而酿酒葡萄的枯萎则是为了生产甜葡萄酒或特定区域的葡萄酒，如意大利的 Amarone della Valpolicella 和 Governo all'Uso Toscano。在这个过程中，葡萄的水分会逐渐减少，糖分和酸度得以浓缩，同时各种化学和酶促反应会改变葡萄的颜色、酚类物质的组成，进而影响葡萄酒的香气和口感。
然而，葡萄枯萎过程并非一帆风顺。一方面，葡萄枯萎时，水分蒸发受多种因素影响，如空气温度、湿度以及葡萄自身的品种特性等，这使得预测水分蒸发通量变得复杂。另一方面，葡萄串枯萎过程中，由真菌病原体如灰葡萄孢（Botrytis cinerea）或细菌感染引起的葡萄串腐烂是一个严重的问题。它不仅会降低果实产量，还会影响葡萄酒的质量。目前，对于葡萄串的紧凑度等关键特征，主要是通过人工按照国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）的标准进行评估，这种方法缺乏客观性。而且，虽然葡萄形态对枯萎速率、霉菌控制和葡萄酒质量有重要影响，但相关可靠数据却很匮乏。
为了解决这些问题，来自意大利的研究人员开展了一项关于葡萄串枯萎评估的研究。他们利用数字 3D 重建方法，对葡萄串在枯萎过程中的脱水动态、腐烂进展进行监测，并识别出具有适合长时间枯萎形态的葡萄串。该研究成果发表在《Biosystems Engineering》上，为葡萄酒产业提供了重要的参考依据。
研究人员采用了两种主要的关键技术方法。一是利用摄影测量技术，通过佳能 R 10 RGB 相机在不同角度拍摄葡萄串图像，再用 Metashape 1.7.2 Pro 软件进行处理，构建葡萄串的 3D 模型。二是基于人工智能（AI）模型 Depth Anything V2 的简化 3D 方法，从单张单目 RGB 图像进行深度估计，生成葡萄串的 3D 模型。在研究过程中，选取了来自意大利科利奥加内（Colli Euganei）地区私人葡萄园的 20 串完全成熟的橙色麝香葡萄（Vitis vinifera var. Orange Muscat），在自然条件下进行干燥试验。
研究结果
- 葡萄串及枯萎过程：研究发现，葡萄串在枯萎初期重量损失明显，前 24 天内失去超过三分之一的重量，92 天后重量仅为原来的 30%。通过指数模型拟合发现，水分含量随时间呈典型的指数下降趋势。同时，葡萄串腐烂严重程度在第三次调查时达到峰值，慢干燥的葡萄串由于水分保留时间长，更容易受到真菌感染。
- 颜色分析：颜色分析表明，3D 分析能有效保留葡萄串的原始表面颜色。葡萄串腐烂会显著改变果实表面颜色，从黄绿色变为深棕色或深蓝色。通过 K - 均值聚类分析发现，颜色评估可用于监测葡萄串腐烂情况，特定颜色组与腐烂程度相关。此外，葡萄串颜色变化与水分损失相关，随着枯萎过程，颜色从橄榄绿色（#736126）转变为可可棕色（#664D4D）。
- 3D 葡萄串及重量损失估计：摄影测量可重建整个葡萄串的 3D 模型，而简化 3D 方法只能提供葡萄串的半视图。通过形态分析发现，体积和浆果数量是预测葡萄串重量的关键特征，基于这些特征构建的多元线性模型预测效果良好。简化 3D 模型虽有局限性，但也能提供可靠的重量预测。
- 葡萄串腐烂与形状分析：通过主成分分析（PCA）和单因素方差分析（ANOVA），确定了一些与葡萄串腐烂风险相关的形态特征，如平均浆果体积（Dt_V_B）、中间水平截面的周长与面积比（PA_H0.5）等。这些特征可用于区分健康和感染的葡萄串。
- 葡萄串干燥与形状分析：研究还发现了与葡萄串干燥系数相关的形态特征，如葡萄串的高度、重量、体积等。同时，简化 3D 方法中，深度是评估干燥性能的关键因素，一些相关形态特征在简化 3D 方法中仍具有重要意义。
研究结论与讨论
研究表明，葡萄串枯萎过程中，水分损失在初期近似线性，之后呈指数变化。颜色分析可有效区分健康和腐烂的葡萄串，3D 分析能准确估计葡萄串重量、评估腐烂风险和干燥速度。虽然简化 3D 方法存在一定局限性，如只能重建葡萄串的一半，分辨率较低等，但它在处理时间和成本上具有明显优势，且关键形态特征在该方法中仍能保持有效性。
这项研究为葡萄酒产业提供了一种经济高效、非侵入性的方法，有助于酿酒厂对葡萄串进行分类，监测腐烂进展，优化枯萎过程，从而降低成本，减少风险，防止产量损失。未来的研究可以在不同葡萄品种上进一步验证这些结果，并利用 3D 数据在控制条件下深入探索水分扩散系数，为葡萄酒酿造工艺的改进提供更坚实的理论基础。
