焦 彧，馮蘭平，李百蟬，周 煉*

（中國地質(zhì)大學(xué) 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，湖北 武漢 430074）

食品的安全和質(zhì)量越來越受消費者的關(guān)注，并且真實性和原產(chǎn)地保護(hù)一直是國內(nèi)外消費者和政府關(guān)心的問題[1-2]。而葡萄酒的產(chǎn)地在很大程度上決定本身的價值[3]，葡萄酒標(biāo)簽僅提供產(chǎn)地信息，因此部分不法商販通過偽造地理標(biāo)簽的方式誤導(dǎo)消費者，從而給品牌競爭帶來信任危機(jī)。全球葡萄酒主要產(chǎn)區(qū)分布在南北緯30°～50°間，其中歐洲南部產(chǎn)區(qū)分布最為密集，也是葡萄酒產(chǎn)地溯源的關(guān)鍵點[4]，并且由于歐洲是世界葡萄酒的主要產(chǎn)地，因此歐盟在1992年建立了農(nóng)產(chǎn)食品地理標(biāo)志保護(hù)的基本框架，通過相關(guān)法律強(qiáng)制要求在標(biāo)簽上注明產(chǎn)地，并且批準(zhǔn)了原產(chǎn)地保護(hù)（protected designation oforigin，PDO）規(guī)范、地理標(biāo)志保護(hù)（protected geographical indication，PGI）和傳統(tǒng)特色保護(hù)（traditional specialitiesguaranteed，TSG）三種標(biāo)識對農(nóng)產(chǎn)食品的地理標(biāo)志進(jìn)行保護(hù)[5]。適宜的氣候條件和地形的多樣性使得我國有遼闊的適合生產(chǎn)釀酒葡萄的區(qū)域，目前我國葡萄酒主要有10個產(chǎn)區(qū)，集中于北緯38°～53°之間，分別是膠東半島產(chǎn)區(qū)、河北產(chǎn)區(qū)、天津產(chǎn)區(qū)、黃河故道產(chǎn)區(qū)、寧夏產(chǎn)區(qū)、甘肅產(chǎn)區(qū)、東北產(chǎn)區(qū)、新疆產(chǎn)區(qū)、西南產(chǎn)區(qū)和山西產(chǎn)區(qū)。并且由于人們?nèi)找媸芷咸丫频臓I養(yǎng)滋補(bǔ)作用、醫(yī)學(xué)作用（如延緩衰老、預(yù)防心腦血管疾病、預(yù)防癌癥）、美容養(yǎng)顏作用及文化熏陶作用等影響，使得近年來葡萄酒在我國國內(nèi)需求不斷增長，我國成為世界上葡萄酒消費增長最快的市場[6]。

葡萄酒行業(yè)是我國食品行業(yè)的朝陽產(chǎn)業(yè)，但是假冒偽劣產(chǎn)品屢禁不止。盡管2008年有關(guān)“年份葡萄酒”和“產(chǎn)地葡萄酒”的規(guī)定作為強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)寫進(jìn)了法規(guī)，但其相應(yīng)的具體鑒別方法仍亟待解決[4]。同時，隨著市場全球化，不同地區(qū)的酒商交流與學(xué)習(xí)葡萄酒釀造技術(shù)，并根據(jù)市場需求對產(chǎn)品特征進(jìn)行調(diào)整，僅憑酒的顏色香氣及味覺推斷采摘年份、產(chǎn)地等信息已經(jīng)非常困難[7]。

1 葡萄酒產(chǎn)地溯源方法

目前，葡萄酒產(chǎn)地溯源主要有4種方法：第一種是礦質(zhì)元素指紋分析，葡萄酒中含有豐富的礦質(zhì)元素，這些礦質(zhì)元素主要來源于植物對土壤的吸收，因而不同產(chǎn)區(qū)土壤的礦質(zhì)元素種類和含量比例具有特異性，因此葡萄酒的礦質(zhì)元素組成也具有明顯的地理差異，用以葡萄酒的溯源研究，但是TRUJILLO JPP等[8]對馬德拉群島和亞速爾群島地區(qū)酒的礦質(zhì)元素指紋分析得出，兩個產(chǎn)區(qū)Fe、Cu、Zn和Mn元素的差異性不僅與土壤的組成有關(guān)，還與酒廠設(shè)備和釀造過程有關(guān)；第二種是芳香物質(zhì)組成分析，依靠葡萄成熟及釀造過程中產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)的香氣進(jìn)行葡萄酒溯源和分類[9]；第三種是紅外檢測，利用不同葡萄酒的不同的紅外光譜進(jìn)行葡萄酒溯源[10]；第四種是穩(wěn)定同位素技術(shù)，吳浩等[4]認(rèn)為穩(wěn)定同位素技術(shù)具有精度高、前處理過程簡單等特點，有望成為產(chǎn)地溯源與鑒定的標(biāo)準(zhǔn)方法。

目前，已報道的能夠進(jìn)行食品示蹤的同位素主要有氫、碳、氧、氮、硫、硼、鉛和鍶。點特異性天然同位素分餾核磁共振分析（site-specific natural isotopic fractionation-nuclear magnetic resonance，SNIF-NMR），SNIF-NMR能提供有機(jī)分子特定位點氫同位素比值，而有機(jī)分子的氫同位素比值通常與產(chǎn)地氣候和地理條件密切相關(guān)，因此可以進(jìn)行葡萄酒示蹤[11]，但是FAUHLC等[12]認(rèn)為SNIF-NMR沒有考慮到酵母種類、發(fā)酵溫度等因素。江偉等[1]利用C、H、O同位素對河北昌黎、山東煙臺蓬萊、寧夏賀蘭山東麓和河北沙城四個地區(qū)的60個樣品進(jìn)行分析，得出單一利用任何一種同位素對4個產(chǎn)地的鑒別效果都不明顯。而MAGDASD A等[13]用碳和氧同位素對羅馬尼亞不同年份的部分葡萄酒進(jìn)行示蹤分析，發(fā)現(xiàn)所有樣品的δ13C相似，而δ18O在不同年份存在明顯的差別。氮和硫同位素在食品示蹤方面主要應(yīng)用于橙汁、牛奶、羊肉和黃油的溯源[14-18]，在葡萄酒溯源方面的報道很少，近期DURANTEC等[19]研究特倫托產(chǎn)區(qū)葡萄酒和蘭布魯斯科酒時，得出葡萄汁中δ15N的比值比土壤中偏輕，但是比葡萄枝偏重。COETZEEPP等[20]對南非、法國和意大利三個地區(qū)的葡萄酒硼同位素用四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma-quadrupolemassspectrometry，ICP-QMS）儀測定分析，得出三個地區(qū)11B/10B的差值在0.5%～1.5%之間，能夠較好的對葡萄酒進(jìn)行溯源，但是對肥料和灌溉是否對11B/10B有影響沒有定論。DEAN JR等[21]對澳大利亞和歐洲的葡萄酒鉛同位素研究，發(fā)現(xiàn)兩個地區(qū)的鉛同位素具有明顯的不同，但是MEDINA B等[22]認(rèn)為葡萄酒中鉛同位素容易受到空氣污染的影響。逯海等[7]首次用鎂同位素對中國8個地區(qū)的葡萄酒進(jìn)行示蹤研究，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的葡萄酒中鎂同位素組成差異明顯，并且同一產(chǎn)地不同莊園的葡萄酒中的鎂同位素組成也有顯著差異，但是存在來自不同區(qū)域但具有相近同位素比值的樣品。而利用鍶同位素進(jìn)行葡萄酒示蹤的研究較多，也比較完善，在葡萄酒生產(chǎn)的主要過程中都有較為詳細(xì)的研究和報道，并且一致認(rèn)為葡萄酒中的鍶來源于其產(chǎn)地的地質(zhì)環(huán)境，所以87Sr/86Sr比值可以作為判斷紅酒產(chǎn)地的一種較好的方法[23]，同時DURANTEC等[24]研究認(rèn)為鍶同位素為不同類型的食品提供了較為可靠的結(jié)果，特別是酒。在國內(nèi)利用碳、氫、氧和礦質(zhì)元素指紋分析進(jìn)行葡萄酒溯源研究較多，但是利用鍶同位素進(jìn)行葡萄酒溯源的研究還未見報道。

2 鍶同位素示蹤葡萄酒源地的原理

鍶的原子序數(shù)為38，相對原子質(zhì)量為87.62，屬堿土金屬。自然界中鍶有84Sr、86Sr、87Sr和88Sr四種同位素，相對豐度為0.56%、9.86%、7.02%、82.56%，其中87Sr由87Rb經(jīng)過β衰變而成，半衰期為4.88×1010年[25]，87Sr是放射成因同位素，86Sr是非放射成因同位素，均屬于穩(wěn)定同位素，并且一般認(rèn)為，鍶同位素與輕同位素有所不同，87Sr/86Sr比值不會因化學(xué)或者生物過程發(fā)生同位素分餾作用，而主要受到鍶來源的控制[26]。在地球科學(xué)領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)主要為球粒隕石均一巖漿庫（chondriticuniform reservoir，CHUR），87Sr/86SrCHUR=0.7045，水文學(xué)中常用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為海水，對于食品科學(xué)來說，常用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（nationalinstituteofstandardsand technology，NIST）987。實際上，食品示蹤領(lǐng)域的研究主要基于同位素比值之間的區(qū)別，當(dāng)87Sr/86Sr比值的差值≥0.1%時即存在區(qū)別，因此需要內(nèi)精度和精確度＜0.02%，內(nèi)精度參考的同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST 987的參考值為87Sr/86Sr=0.710 34±0.000 26[27]。

巖石中鍶的濃度取決于巖石的性質(zhì)和礦物組成，火成巖中，玄武巖、安山巖和英安巖中含量較高，而在超鎂鐵質(zhì)巖中含量較低；沉積巖中，鍶主要富集于碳酸鹽礦物中[28]，目前虧損地幔中的地球化學(xué)儲庫和巖石的87Sr/86Sr比值在0.702左右，而舊大陸地殼為0.943以上[29]。巖石中的鍶經(jīng)過風(fēng)化作用釋放，通過土壤、植物和動物循環(huán)，最終由河流的搬運(yùn)作用進(jìn)入海洋，就整個過程的時間尺度考慮，由于87Rb的半衰期較長，每個組分的87Sr/86Sr比值沒有顯著的變化。另外，在低溫狀態(tài)下，生物學(xué)的動力分餾和平衡分餾可以忽略不計，并且88Sr/86Sr為常數(shù)，可以校正87Sr/86Sr中可能存在的分餾[28]。

3 樣品前處理過程和分析方法

葡萄酒樣品消解后，使用Dowex50W×8樹脂進(jìn)行分離，再上機(jī)測試。葡萄酒和土壤的消解方式有低溫消解法、高溫消解法和微波消解法，因為含有有機(jī)質(zhì)，所以使用較多的為微波消解法。根據(jù)分離時上樣介質(zhì)（鹽酸和硝酸）的不同，可以將葡萄酒的消解方式分為兩種，而不同的上樣介質(zhì)有不同的分離步驟和方法。第一種可以是加一定體積的高純硝酸，常溫常壓下反應(yīng)至少2 h消解葡萄酒中的乙醇，接著用微波或者加入濃硝酸和雙氧水在一定溫度條件下繼續(xù)消解[24]，最后用2.5mol/L HCl溶解后轉(zhuǎn)入離心管，離心后分離；第二種可以是將5～10mL葡萄酒在90℃條件下蒸干，然后在40℃條件下加兩次3m L雙氧水（30%）消解24 h，90℃蒸干，再在150℃加兩次2m L硝酸（67%）消解24 h，蒸干后加入1m L 3mol/L的HNO3離心后分離[30]。并且DURANTEC等[24]對蘭布魯斯科葡萄酒使用微波消解法和低溫消解法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)不同的消解方式不會影響數(shù)據(jù)的分析。

葡萄酒中鍶來源于其產(chǎn)地，而葡萄藤根系生長的最大深度為40～60 cm，因此土壤樣品在不同深度（0～20 cm；20～40 cm；40～60 cm）采取，風(fēng)干，研磨至200目，用消解罐加入高純HF+HNO3在100℃條件下消解，最終用鹽酸溶解后分離[29]。同時經(jīng)研究，土壤樣品的消解方式中微波消解法有消解時間短，耗用試劑量少，樣品污染小，精度高，對環(huán)境污染較小等特點，是土壤樣品消解的首選方法[31-32]。也可以在土壤中加入醋酸銨（NH4Ac）[33]或硝酸銨（NH4NO3）[34]進(jìn)行萃取，過濾蒸干后，用鹽酸溶解分離。

葡萄酒和土壤中鍶的分離過程可以分為兩步，具體過程可參考文獻(xiàn)[35-36]。鍶同位素的測定儀器主要有兩種，分別為熱電離質(zhì)譜儀（thermal ionizationmass spectrometer，TIMS）和多接受電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（multi-collector inductively coupled plasmamassspectrometer，MC-ICP-MS）。同位素質(zhì)譜儀測定87Sr/86Sr時，87Rb的存在干擾了87Sr的準(zhǔn)確性，使用陽離子交換樹脂Dowex 50W×8進(jìn)行淋洗，只要保證Rb/Sr＜0.01，則完全可以扣除Rb的干擾[37-38]，并且使用TIMS測定時，由于Rb的電離溫度（700℃）低于Sr的電離溫度（1 300℃），因而在獲取Sr數(shù)據(jù)時不存在Rb的干擾[39]。傳統(tǒng)的TIMS具有穩(wěn)定性好、精度高、干擾少等優(yōu)點，而MC-ICP-MS可以獲得與TIMS相媲美的數(shù)據(jù)精度，分析時間短，效率高[38]。

4 鍶同位素示蹤葡萄酒的研究進(jìn)展

從分析角度看，食品示蹤可以采用兩種方式，一種是采用直接或者間接的方式區(qū)分“相似”食品的不同地理起源，另外一種是將食品與原產(chǎn)地聯(lián)系起來，然后根據(jù)其來源追溯食品原產(chǎn)地[27]，葡萄酒示蹤也基本采用這兩種方式。

4.1 不同產(chǎn)區(qū)葡萄酒的區(qū)分

利用鍶同位素對葡萄酒進(jìn)行溯源示蹤較早的報道為1993年HORNP等[40]對法國、科索沃、意大利葡萄酒的87Sr/86Sr比值測定后發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)葡萄酒的87Sr/86Sr比值不同，并且在實驗中發(fā)現(xiàn)具有同源標(biāo)簽樣品的87Sr/86Sr比值有較大的差別，得出樣品的標(biāo)簽可能存在錯誤。FERNANDESJR等[41]對葡萄牙杜羅河地區(qū)的葡萄酒研究也發(fā)現(xiàn)不同莊園葡萄酒87Sr/86Sr比值存在明顯不同。

4.2 葡萄酒溯源

DURANTEC等[19，24，34]分別在2013年、2015年和2016年對意大利摩德納地區(qū)蘭布魯斯科品種葡萄和葡萄酒進(jìn)行研究和報道，分別得出葡萄汁和葡萄枝中的87Sr/86Sr比值與土壤洗脫液的87Sr/86Sr比值很相近；同一品種不同年份的葡萄酒中鍶同位比值沒有明顯的不同，土壤和葡萄酒87Sr/86Sr比值范圍完全一致；雖然葡萄酒的釀造過程會對葡萄酒中的鍶產(chǎn)生影響，如添加劑和澄清劑的使用，但研究表明，鍶同位素仍是葡萄酒示蹤重要指標(biāo)。并在2018年，該研究者[42]對之前的研究進(jìn)行了總結(jié)，通過對土壤和葡萄枝取樣的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)葡萄酒中87Sr/86Sr比值與土壤和植物中87Sr/86Sr比值非常接近，得出87Sr/86Sr比值可用于示蹤葡萄酒的原產(chǎn)地。與DURANTE C等[24]研究不同的是，其他研究者得出葡萄酒的釀造過程不會對鍶同位素造成明顯的分餾。如MARCHIONNIS等[30]對切薩內(nèi)賽品種葡萄酒的鍶同位素進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)葡萄酒釀造過程中，鍶的比值得以較完整的保存，并且不受釀酒年份的影響，并且得出葡萄汁與葡萄酒的相關(guān)系數(shù)為0.94。TESCIONE I等[43]對意大利半島五個不同區(qū)域的葡萄、葡萄汁、葡萄酒、澄清劑和使用的酵母的鍶同位素比值測定分析，得出葡萄、葡萄汁和葡萄酒中的鍶來源于根系的對土壤的吸收，反映了相應(yīng)的基巖的鍶同位素值，而與葡萄品種、添加劑和澄清劑沒有關(guān)系。VINCIGUERRA V等[44]對加拿大魁北克葡萄酒鍶同位素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，土壤與葡萄的87Sr/86Sr相關(guān)系數(shù)為0.88，而葡萄與酒的87Sr/86Sr相關(guān)系數(shù)為0.94，由此得出葡萄酒的釀造過程并不會影響鍶同位素的分餾，葡萄酒中的87Sr/86Sr比值可以代表葡萄中的87Sr/86Sr比值。PETRINIR等[33]對意大利北部格雷拉莊園2010年、2011年和2012年葡萄汁分析研究，得出土壤與葡萄汁之間的87Sr/86Sr比值具有顯著相關(guān)性，但同時也發(fā)現(xiàn)葡萄皮的鍶同位素偏輕，可能由于環(huán)境或殺菌劑對葡萄藤局部表面的影響。CATARINO S等[45]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒過程中的木材老化也不會影響鍶同位素的分餾，而GEANǎE I等[46]對羅馬尼亞的葡萄酒研究發(fā)現(xiàn)不同源區(qū)葡萄酒的87Sr/86Sr比值有較大的差別，且與源區(qū)的土壤值具有很好的相關(guān)性。

由此可見，目前葡萄酒示蹤研究中較多的是將葡萄酒與原產(chǎn)地土壤和植物等信息聯(lián)系起來，僅限于利用鍶同位素對葡萄酒進(jìn)行溯源的研究較少。并且發(fā)現(xiàn)葡萄酒與源區(qū)土壤中的87Sr/86Sr比值具有較好的相關(guān)性，并且認(rèn)為陸地植被的鍶同位素組成以土壤中不穩(wěn)定鍶為主，受基巖年齡與組成、土壤水分和大氣輸入的影響，而且土壤洗脫液的87Sr/86Sr比值最接近葡萄酒和葡萄汁的比值，葡萄根系吸收的土壤可能深度為20～30 cm[33]。

總結(jié)了報道的地區(qū)或莊園中葡萄酒和土壤中87Sr/86Sr比值，為相關(guān)重要產(chǎn)區(qū)的葡萄酒示蹤提供一定的參考，并且根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，以大洲為劃分依據(jù)繪制了相關(guān)產(chǎn)區(qū)的87Sr/86Sr比值的范圍圖（見圖1）。

圖1 部分地區(qū)葡萄酒的87Sr/86Sr比值Fig.187Sr/86Srratioofwineinsomeareas

由表1可看出，BARBASTEM等[47]研究的地區(qū)較多，但是樣品數(shù)量較少（只有一個），只有法國圣達(dá)美隆地區(qū)有4個樣品，對葡萄酒示蹤的參考具有一定的局限性。而對歐洲地區(qū)研究比較深入，樣品的數(shù)量較多，參考的可信度比較高。由圖1可看出，葡萄酒的87Sr/86Sr比值范圍為0.70471～0.72311之間，超出了COELHOI等[29]在2017年總結(jié)的葡萄酒的鍶同位素比值范圍，而且羅馬尼亞87Sr/86Sr比值范圍較大，但是所研究的兩個地區(qū)烏蘭西的87Sr/86Sr比值（0.71310～0.72311）和多瑙河階地區(qū)域（0.71015～0.71296）具有明顯的不同。

5 結(jié)論與展望

利用鍶同位素進(jìn)行葡萄酒產(chǎn)地示蹤是一種較為直接、有效且影響因素較少的方式，雖在國內(nèi)還未見報道，但是具有較好地發(fā)展前景。同時，葡萄酒的釀造過程，如添加劑和澄清劑的使用是否會影響葡萄酒中鍶同位素的分餾還需進(jìn)一步研究，因此為準(zhǔn)確利用同位素進(jìn)行葡萄酒示蹤研究，仍需要做大量且全面的工作?？梢越⒅匾咸丫飘a(chǎn)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)葡萄酒，將要被示蹤的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)葡萄酒進(jìn)行對比；建立葡萄酒產(chǎn)區(qū)鍶同位素數(shù)據(jù)庫，包括葡萄莊園的地質(zhì)特征、氣候條件、葡萄酒的制作程序等；可以結(jié)合其他同位素或礦質(zhì)元素指紋分析等方法可以更好地實現(xiàn)對葡萄酒的溯源。