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了解葡萄園產(chǎn)地和釀酒廠對紅葡萄酒元素特征的影響
閱讀：623 發(fā)布時間：2022-1-19前言：消費者希望了解所購買食品的安全性和可靠性的需求日益增加。在高價值 食品中摻入低品質(zhì)組分或?qū)⒏邇r值食品替換為低品質(zhì)組分的現(xiàn)象令人擔(dān) 憂。將廉價的產(chǎn)品使用虛假標(biāo)簽標(biāo)注為高價值品牌，然后作為*級產(chǎn)品出 售，也可以獲取利潤，對于與特定產(chǎn)地相關(guān)的食品而言尤其如此。葡萄 酒、奶酪、火腿、橄欖油和蜂蜜經(jīng)常出現(xiàn)這種情況。將 DNA 指紋圖譜與多 種有機標(biāo)記物的檢測相結(jié)合，人們提出了一種多元素分析方法，用于鑒定 食品的真?zhèn)巍?多種因素影響食品和飲料中的元素組成。例如，葡萄酒的金屬元素特征取 決于葡萄種植的土壤的組成、葡萄栽培實踐（例如，施用農(nóng)用化學(xué)品及灌 溉）以及葡萄酒釀造過程（包括儲存和陳化）[1]
通過原子光譜對痕量元素進行特征識別的方法已被用于 確定葡萄酒是否可以被鑒定為來自特定區(qū)域 [2]。多年 來，ICP-MS一直被用于葡萄酒的元素指紋圖譜分析 [3-7]。 本研究采用 ICP-MS 針對葡萄園產(chǎn)地和釀酒廠加工過 程對 65 個紅葡萄酒樣品的綜合影響進行了研究。使用 Agilent Mass Profiler Professional (MPP) 集成式化學(xué)計量學(xué) 軟件，通過 63 種元素的濃度表征對不同葡萄酒的產(chǎn)地 進行建模分析。通過分析來源于同一葡萄園但是在不同 釀酒廠加工的葡萄酒，可以將葡萄園的影響與釀酒廠的 影響分開，反之亦然。這樣有助于了解葡萄酒的元素特 征在生產(chǎn)過程中改變的程度。
實驗 化學(xué)品與標(biāo)準(zhǔn)品 在所有校準(zhǔn)溶液配制和稀釋中均使用超純水 (18 MWcm–1, EMD Millipore) 和乙醇 (200 proof, Gold Shield Distributors, Hayward, CA)。使用前，將混合內(nèi)標(biāo)用 1% HNO3 按 1:10 進行稀釋。SPEX CertiPrep 多元素校準(zhǔn)標(biāo)樣（1、2A、3 和 4）和混合內(nèi)標(biāo)（10 mg/L，溶于 1% HNO3 中）購自 SPEX, Metuchen, NJ。超純硝酸購自賽默飛世爾科技公 司，環(huán)境加標(biāo)混合溶液來自安捷倫。 樣品與樣品前處理 來自加利福尼亞北部五個不同葡萄園的 65 個市售紅葡 萄酒樣品為五家不同的商業(yè)釀酒廠所生產(chǎn)，如圖 1 所 示。每種葡萄酒均由單一葡萄栽培品種制成，包括歐亞 種葡萄、赤霞珠、梅洛、黑比諾。每個釀酒廠均使用單 獨的發(fā)酵容器對來自各個葡萄園的葡萄進行發(fā)酵。發(fā)酵 完成后，在進行其他后續(xù)發(fā)酵處理之前，直接從不銹 鋼罐中取樣。將葡萄酒取樣至不含金屬的 50 mL 塑料管 (VWR, Radnor, PA) 中，在分析之前儲存于 4 °C 下。分析 前，將所有葡萄酒樣品用 5% HNO3 按 1:3 的比例進行稀 釋，使乙醇含量降至約 4%，對每個樣品重復(fù)分析兩次
儀器：本研究采用了配備八極桿反應(yīng)池系統(tǒng) (ORS3 ) 碰撞/反應(yīng) 池的 Agilent 7700x ICP-MS。使用 1% 硝酸將含有 6 Li、Sc、 Ge、Y、In、Tb 和 Bi 的內(nèi)標(biāo) (ISTD) 溶液稀釋至 1 µg/L。 使用霧化器之前的混合三通將 ISTD 溶液與樣品在線混 合。使用安捷倫調(diào)諧混標(biāo)（Li、Y、Ce、Tl 和 Co）和安捷倫檢測器 P/A 校準(zhǔn)溶液（Zn、Be、Cd、As、Ni、Pb、 Mg、Th、Ca、Co、Sr、V、Cr、Mn、6Li、Sc、In、Lu、 Bi、Y、Yb、Mo、Sb、Sn、Ge、Ru、Pd、Ti 和 Ir）對 ICPMS 進行每日的校準(zhǔn)和調(diào)諧。利用安捷倫環(huán)境加標(biāo)混合 標(biāo)樣對葡萄酒樣品加標(biāo)。表 1 列出了儀器操作參數(shù)。
校準(zhǔn) 用 5% HNO3 和 4% 乙醇對標(biāo)準(zhǔn)溶液進行基體匹配，使 之與葡萄酒樣品重點酸和碳含量相匹配，對所有 63 種 監(jiān)測的元素在 0 和 500 µg/L 的濃度之間進行六點校 準(zhǔn)。表 2 列出了所檢測的全部 46 種元素及其檢測限 (LOD)。濃度較高的元素（> 500 µg/L；B、Na、Mg、 Si、P、K、Ca、Mn、Cu、Rb、Sr 和 Ba）用 5% HNO3 按 1:1000 稀釋后進行分析（標(biāo)準(zhǔn)溶液用 5% 的 HNO3 進行 基體匹配）。在整個運行中分析加標(biāo)樣品，以確保分析 方法的有效性，并且每 10 個樣品運行一次連續(xù)校準(zhǔn)空 白樣品和連續(xù)校準(zhǔn)驗證樣品。
使用 Mass Profiler Professional 軟件進行數(shù)據(jù)分析 Agilent ICP-MS MassHunter 軟件用于采集和分析數(shù)據(jù)。 在數(shù)據(jù)分析中，將所有葡萄酒的元素濃度導(dǎo)入安捷倫集 成式 MPP 化學(xué)計量學(xué)軟件，對大的復(fù)雜數(shù)據(jù)組（65 個 葡萄酒樣品 × 46 個監(jiān)測的元素 × 三次重復(fù)測定）進行 統(tǒng)計分析。MPP 還提供了便于研究和確定多維數(shù)據(jù)組 的關(guān)系的數(shù)據(jù)可視化工具，在本例中，該數(shù)據(jù)組為來自 五個不同的葡萄園和釀酒廠組合的 65 個葡萄酒樣品和 46 種元素濃度。在 MPP 中對 log2 刻度濃度數(shù)據(jù)進行方 差分析 (ANOVA)，以評價釀酒廠和葡萄園的影響以及釀 酒廠與葡萄園的相互影響。將統(tǒng)計顯著性設(shè)置為 5%。 選擇規(guī)范變量分析 (CVA) 作為一種分類技術(shù)，使用多變 量 ANOVA 模型研究各個釀酒廠、葡萄園和釀酒廠-葡萄 園組合彼此之間的差異。
結(jié)果與討論：元素分析 在 63 種監(jiān)測的元素中，檢測到 46 種，將這 46 種元素 包含于隨后的數(shù)據(jù)分析中。在整個序列中分析加標(biāo)樣 品得到的回收率在 93%（對于 Ba）和 103%（對于 Ca） 之間。所檢測的元素未表現(xiàn)出與不同的葡萄栽培品種相 關(guān)聯(lián)的顯著差異。然而，在五家不同的釀酒廠（33 種 顯著不同的元素）、五家不同的葡萄園（26 種顯著不同 的元素）和 15 種不同的釀酒廠-葡萄園組合（17 種顯著 不同的元素：Be、Na、P、Ti、Zn、As、Rb、Cd、Sb、 Cs、La、Pr、Dy、Er、Tm、Yb 和 Tl）之間發(fā)現(xiàn)元素含量 存在顯著差異。這些發(fā)現(xiàn)表明葡萄種植與葡萄酒釀造均 影響葡萄酒的元素組成。相比于不同的葡萄園產(chǎn)地，采 用不同加工方法的釀酒廠所制得的葡萄酒之間存在更多 顯著不同的元素。這可以解釋為葡萄酒釀造方法比葡萄 園位置對葡萄酒的元素含量影響更大。有關(guān)葡萄園和釀 酒廠影響的完整詳細(xì)數(shù)據(jù)可參見 Hopfer 等人于 2015 年 發(fā)表的文獻 [1]。
釀酒廠與葡萄園相互影響 基于上文提及的 17 種元素，使用 MPP 軟件獲得樣品的 CVA 圖示（圖 2）。來自 A 和 B 釀酒廠的葡萄酒存在清晰 的簇。葡萄園 1 中種植的葡萄（A1、C1 和 D1）形成群 組，與釀造葡萄酒的釀酒廠無關(guān)。類似的模式存在于葡 萄園 5 中種植的葡萄。葡萄園 2 和 3 在地理位置上彼此 靠近，其土壤條件可能相似。這反映在分值圖（圖 2） 中，其中 A2 和 B2 葡萄酒位于圖片右側(cè)，而 A3 和 B3 葡萄酒位于左側(cè)。對于葡萄園 4 中種植的葡萄，僅制備 了兩個樣品（B4 和 E4），而結(jié)果表明釀酒廠對元素組 成的影響掩蓋了葡萄園的影響。 根據(jù)圖 3A 和 3B 所示的分值箱線圖和總結(jié)構(gòu)系數(shù)，可 以研究哪些元素促成了圖 2 所示的葡萄酒樣品的分離。 圖 3A 表明沿水平第一維度 CV1，葡萄酒受到較強的葡 萄園影響（對于出現(xiàn)在 CV1 刻度相對側(cè)的葡萄園 1 和 5 而言）或受到釀酒廠葡萄園綜合影響（對于釀酒廠 A 和 B 以及葡萄園 2 和 4）而分離。引起葡萄酒的水平 分離的元素如圖 3B 所示。右側(cè)葡萄酒中存在較高濃度 的 Be、Rb、Cs、Tl 和某些稀土元素，而左側(cè)葡萄酒與 Na、P、Ti、Zn、As 相關(guān)并且在較小程度上與 Cd 和 Sb 相關(guān)。
結(jié)論 元素分析越來越多地應(yīng)用于對食品和飲料（包括葡萄 酒）的產(chǎn)地進行表征。為了更好地了解葡萄園產(chǎn)地和釀 酒廠加工的綜合影響，通過將 Agilent 7700x/7800 ICP-MS 與 Agilent Mass Profiler Professional 化學(xué)計量學(xué)軟件相結(jié) 合對 65 個紅葡萄酒中的元素含量進行了研究。研究表 明元素特征無法區(qū)分不同類型的葡萄（葡萄品種）。然 而，元素指紋圖譜分析能夠根據(jù)葡萄園產(chǎn)地、釀酒廠以 及兩種因素的組合對葡萄酒樣品進行分類。17 種元素 表明存在顯著的釀酒廠-葡萄園相互影響，即在 15 種釀 酒廠葡萄園組合中，這 17 種元素的元素濃度均在不同 程度上受到葡萄種植和葡萄酒釀造的共同影響。對這些 綜合影響的研究使我們對使用多元素指紋圖譜測定紅葡 萄酒的產(chǎn)地有了更深入的了解。