開建榮，李 婧，牛 艷，王彩艷，王曉菁*

（1.寧夏農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，寧夏 銀川 750002；2.寧夏出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫綜合技術(shù)中心，寧夏 銀川 750002）

多年來，葡萄產(chǎn)業(yè)是寧夏農(nóng)業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)和自治區(qū)六大支柱產(chǎn)業(yè)之一，并初步形成了區(qū)城化布局、規(guī)模化經(jīng)濟、專業(yè)化生產(chǎn)的現(xiàn)代葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，也成為當?shù)厝罕娫鍪罩赂坏闹饕乐?。寧夏賀蘭山東麓擁有葡萄生長栽培的自然環(huán)境優(yōu)勢，獨特的自然地理環(huán)境非常適宜葡萄的生產(chǎn)和種植，具備打造世界一流的葡萄基地的潛力，被國內(nèi)外專家認定為世界最佳釀酒葡萄生態(tài)栽培地區(qū)之一[1-2]。2013年，寧夏賀蘭山東麓被編入《世界葡萄酒地圖》。2017年，寧夏賀蘭山東麓葡萄酒品牌價值達271.44億元，位于中國地理標志產(chǎn)品區(qū)域品牌榜第14位。

“三分釀造，七分栽培”，釀酒葡萄果實品質(zhì)對于葡萄酒品質(zhì)至關(guān)重要[3-5]。釀酒葡萄中，糖、酸、酚類物質(zhì)和香氣物質(zhì)的組成和含量及其相互間的平衡與葡萄酒感官品質(zhì)密切相關(guān)[6-7]。雖然植物對鐵、錳、銅、鋅等微量元素的需要量很少，但它們對葡萄生長發(fā)育的作用與大量元素是同等重要的，增施中微量元素可顯著改善釀酒葡萄和葡萄酒品質(zhì)，錳元素是葡萄果實發(fā)育、漿果成熟度和色澤保障的重要因素[8]；鐵與其他微量元素如銅、錳、鋅、鉬等也有密切關(guān)系，有研究表明[9]，鐵可以促進葉片的吸收速率，增強光合作用，增加可溶性糖含量，鎂促進了新梢的生長，提高植被覆蓋率，銅增加了果實的單粒質(zhì)量及產(chǎn)量，硼提高了果實中單寧及花色苷的含量。

目前，關(guān)于賀蘭山東麓葡萄釀酒葡萄研究主要集中在栽培方式、施肥水平等對葡萄產(chǎn)量的品質(zhì)的影響[10-13]，但釀酒葡萄質(zhì)量安全評價的研究較少，且監(jiān)測的營養(yǎng)成分較為繁雜。本研究采用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄中的重金屬進行安全性評價，從而客觀了解賀蘭山東麓釀酒葡萄質(zhì)量狀況；對釀酒葡萄中的鋅、錳、銅、鐵、糖、酸含量和糖酸比等主要營養(yǎng)指標進行分析評價，對不同種植年限對釀酒葡萄中營養(yǎng)成分的影響進行研究；并對釀酒葡萄營養(yǎng)指標進行主成分分析（principal component analysis，PCA），篩選出釀酒葡萄的特征指標，研究成果旨為推動該區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗用釀酒葡萄采自賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)的酒莊和農(nóng)戶，酒莊有賀蘭山美御葡萄基地、迎賓酒莊葡萄地、源石酒莊葡萄地、愛爾普斯酒莊葡萄地、賀蘭山米擒酒莊、張裕酒莊、容園美酒莊、甘城子密登堡酒莊、甘城子禹皇酒莊、甘城子榮光公司以及七泉溝、玉泉營和黃羊灘的農(nóng)戶。供試釀酒葡萄品種有梅鹿輒、赤霞珠、蛟龍珠、霞多麗和馬瑟蘭，于果實生理成熟期（表現(xiàn)出品種應(yīng)有的外觀和風味），取正常生長且具有代表性的葡萄共2.5 kg，測定果實主要品質(zhì)指標，新鮮樣品當天運回實驗室。釀酒葡萄樣品帶回實驗室后，先用自來水沖洗，再用去離子水沖洗干凈，晾干，直接勻漿備用。

硝酸（分析純）：美國Merck公司；高氯酸、鹽酸、磷酸二氫鉀、氫氧化鉀、硼氫化鉀、抗壞血酸、硫脲（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；超純水：美國MILLI-PORE公司Milli-Q超純水處理系統(tǒng)；鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）、汞（Hg）、銅（Cu）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鐵（Fe）元素的標準儲備液（1 000 mg/L）：中國計量科學研究院。

1.2 儀器與設(shè)備

Spectr AA 220FS/220Z原子吸收分光光度計：美國瓦里安公司；AFS-930原子熒光光度計：北京吉天儀器有限公司；DigiBlock EHD36 石墨消解爐：萊伯泰科儀器股份有限公司；U-3900紫外分光光度計：日本日立公司；PL202-L型電子天平：美國梅特勒-托利多公司。

1.3 方法

1.3.1 分析檢測

樣品預(yù)處理：稱取3 g 左右（精確至0.01 g）的葡萄樣品于石墨消解管中，加入9 mL硝酸和1 mL高氯酸，置于石墨消解爐中消解，待消解完全并冷卻后，超純水定容至25 mL，搖勻，靜置澄清后，測定元素含量。

葡萄中鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鐵（Fe）含量采用原子吸收分光光度法測定；砷（As）、汞（Hg）含量采用原子熒光光度計測定；總糖含量按照國標GB 5009.7—2016《食品中還原糖的測定》中的斐林試劑法；總酸含量測定按照國標GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》中的酸堿滴定法。

1.3.2 安全性評價

運用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對釀酒葡萄中重金屬污染情況進行評價[14-15]。重金屬污染程度分為5個等級[16]（見表1）。污染指數(shù)計算公式如下：

式中：Pi表示污染物i的單因子污染指數(shù)；Ci為污染物i的實測值，mg/kg；Si為污染物i限量標準值，mg/kg。

式中：P綜合表示綜合污染指數(shù)；表示單因子污染指數(shù)平均值；Pmax單因子污染指數(shù)的最大值。

表1 綜合污染指數(shù)等級劃分Table 1 Classification of comprehensive pollution index

按照國標GB 2762—2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》[17]和安徽省地方標準DB34/T207—2000《無公害農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全標準》[18]中規(guī)定的葡萄中重金屬元素鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、砷（As）、汞（Hg）的限量標準分別為0.20 mg/kg、0.05 mg/kg、0.50 mg/kg、0.50 mg/kg和0.01 mg/kg。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010、SPSS Statistics 17.0統(tǒng)計軟件，進行數(shù)據(jù)處理與圖表分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 釀酒葡萄中重金屬檢測結(jié)果分析評價

重金屬元素檢測結(jié)果的變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）反映了元素空間的分異特征[19]，其中，CV＜25%時屬于均勻分布，25%≤CV＜50%時屬于弱分異型，50%≤CV＜75%時屬于分異型，≥75%時屬于強分異型。賀蘭山東麓釀酒葡萄中5種重金屬檢測結(jié)果見表2。由表2可知，2017年重金屬元素檢測結(jié)果的CV 范圍為12.4%～57.6%，順序為Cd＞Cu＞Pb＞As＞Cr＞Hg；2018年重金屬元素檢測結(jié)果的CV范圍為16.0%～41.0%，順序為Pb、Cr＞Hg＞Cd＞As。其中，2017年葡萄中Cd檢測結(jié)果的CV＞50%，屬于分異型，Pb和As屬于弱分異型，Hg屬于均勻分布型；2018年葡萄中的Pb、Cr和Hg屬于弱分異型。2017年葡萄中Cd的分散程度較高，潘佳穎等[20]研究發(fā)現(xiàn)，賀蘭山東麓葡萄主產(chǎn)區(qū)土壤Cd雖屬于尚清潔水平，但Cd的富集系數(shù)最高，是最主要的潛在生態(tài)危險因子；龐榮麗等[21]研究發(fā)現(xiàn)，葡萄對不同重金屬吸收能力差異較大，其中對Cd 吸收能力最強，具有富集能力。因此，鎘（Cd）的分散程度較高可能是受人為影響較大或者不同品種的釀酒葡萄對重金屬的吸收累積差異較大所致。

表2 賀蘭山東麓釀酒葡萄重金屬監(jiān)測結(jié)果Table 2 Monitoring results of heavy metals in wine grape in the eastern foot of Helan Mountain

釀酒葡萄重金屬嚴控指標Cd、Pb、Cr、Hg、As的單項污染指數(shù)（Pi）在0.009 2～0.280 0之間，均＜0.7，其中2018年P(guān)b的單項污染指數(shù)最高，為0.28，2017和2018年賀蘭山東麓釀酒葡萄中5種重金屬的綜合污染指數(shù)分別為0.092和0.430；其質(zhì)量等級劃分屬一級，污染等級為安全，污染水平為清潔。

2.2 釀酒葡萄中營養(yǎng)成分分析評價

2.2.1 釀酒葡萄中營養(yǎng)成分含量

檢測2017年和2018年采集的賀蘭山東麓釀酒葡萄樣品中Zn、Mn、Cu、Fe、糖、酸的含量、糖酸比及2018年釀酒葡萄中硝酸鹽的含量，結(jié)果見表3。

表3 賀蘭山東麓釀酒葡萄營養(yǎng)成分監(jiān)測結(jié)果Table 3 Monitoring results of nutritional components in wine grape in the eastern foot of Helan Mountain

Zn、Mn、Cu、Fe是植物生長的必需元素。由表3可知，2017年葡萄樣品中的Zn、Mn、Cu、Fe、糖、酸、糖酸比含量分別在0.62～1.29 mg/kg、0.86～1.87 mg/kg、0.81～1.98 mg/kg、5.3～18.1 mg/kg、16.6～23.0 g/100 g、0.41～0.89 g/100 g和21.7～52.7范圍內(nèi)；2018年葡萄樣品中的Zn、Mn、Cu、Fe、糖、酸、糖酸比含量分別在0.43～1.60 mg/kg、0.62～2.89 mg/kg、0.54～2.00 mg/kg、4.7～15.9 mg/kg、15.3～21.4 g/100 g、0.51～1.01 g/100 g和15.7～39.6范圍內(nèi)。對2017年和2018年的釀酒葡萄樣品中的營養(yǎng)成分進行方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有糖、酸和糖酸比結(jié)果在2017年和2018年存在顯著性差異（P＜0.05），而Zn、Mn、Cu、Fe含量在2年間并無顯著性差異（P＞0.05）。從2017年和2018年各營養(yǎng)成分的變異系數(shù)可以看出，釀酒葡萄中糖的含量相較于微量元素是比較穩(wěn)定的，其受釀酒葡萄品種、種植基地管理方式等因素的影響較小。釀酒葡萄中糖的含量相較于微量元素變異系數(shù)較小，說明糖受釀酒葡萄品種、種植基地管理方式等因素的影響較小。

2.2.2 釀酒葡萄營養(yǎng)指標相關(guān)性

對葡萄樣品中的7個指標含量進行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。由表4可知，葡萄中多個變量之間具有顯著相關(guān)性（P＜0.05）。Zn、Mn、Cu、Fe相互間、酸和鋅、錳和銅呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；糖和酸呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。蔣鵬等[9]研究表明，鐵與其他微量元素如銅、錳、鋅、鉬等有密切關(guān)系，可能由于鐵、銅等元素共同參與葉綠素的合成；宋長征[22]研究表明，葉面噴施鋅肥顯著提高了轉(zhuǎn)色期葉片和成熟果實鋅元素的含量，缺鋅處理顯著降低了葡萄果實中可溶性固形物含量，但提高了可滴定酸含量，這與本研究結(jié)果相反，鋅與酸具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，與糖呈負相關(guān)關(guān)系，這可能與試驗方式、研究區(qū)域不同等有關(guān)；陳珂等[23]對36個不同葡萄品種10種果形進行品質(zhì)比較發(fā)現(xiàn)可溶性固形物、可滴定酸、固酸比、維生素C（vitamin C，VC）、總黃酮、可溶性蛋白等指標之間存在顯著或極顯著性正相關(guān)或負相關(guān)（P＜0.05）。

表4 釀酒葡萄營養(yǎng)指標之間相關(guān)性分析結(jié)果Table 4 Correlation analysis results among nutrient indexes of wine grape

2.3 不同種植年限對釀酒葡萄品質(zhì)的影響

對采集的釀酒葡萄樣品按照種植年限不同劃分為0～5年、5～10年、10～20年及＞20年4個等級，對不同年限釀酒葡萄中的5個重金屬指標和8個營養(yǎng)指標進行方差分析，結(jié)果見表5。由表5可知，糖、Zn、Mn、Cu、Fe、Pb、Cd、Cr、As、Hg含量不受種植年限的影響；但種植年限對釀酒葡萄中的酸和糖酸比有較為顯著的影響（P＜0.05），酸的含量隨著種植年限的延長呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，釀酒葡萄中糖酸比在0～5年時為19.6，而在＞22年的種植年限時達到了36.8。有研究表明，在一定范圍內(nèi)，含糖量越高，葡萄酒質(zhì)量越好[24]，含糖量及糖酸比是釀酒葡萄成熟的重要標志，有研究表明含糖量超過170 g/kg才能釀造出較高品質(zhì)的葡萄酒，合適的糖酸比應(yīng)為32左右[1]，本試驗區(qū)域采集的樣品含糖量符合，部分種植年限＜20年的樣品糖酸比較低。

葡萄中Zn、Mn、Cu、Fe、Pb、Cd、Cr、As、Hg元素含量主要來源于其產(chǎn)地環(huán)境。王志秀等[24]研究表明，賀蘭山東麓葡萄種植區(qū)種植年限與土壤深度對土壤養(yǎng)分狀況的影響較為強烈，土壤養(yǎng)分因子之間的關(guān)系極為密切，某一養(yǎng)分因子的變化會引起其他土壤養(yǎng)分的明顯增減；劉亨桂等[25]研究指出，葡萄等水果果實中重金屬含量在一定程度上與土壤中重金屬含量正相關(guān)；也有研究發(fā)現(xiàn)，葡萄連作可引起土壤主要微生物生理類群數(shù)量減少，導致土壤肥力降低；土壤質(zhì)地能顯著影響釀酒葡萄的品質(zhì)，砂粒含量越高，對應(yīng)可溶性固形物、總酚和單寧含量越高，可滴定酸則越低[1，24]。也許種植年限影響了土壤肥力，從而造成了釀酒葡萄品質(zhì)的變化。

表5 種植年限對釀酒葡萄品質(zhì)的影響Table 5 Effect of planting years on the quality of wine grape

2.4 寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄營養(yǎng)指標主成分分析

主成分分析是利用原變量間較強相關(guān)性的特點，用少量指標反映大量指標所提供的大部分信息[26]。對釀酒葡萄中7種營養(yǎng)元素含量進行主成分分析，得到主成分的特征值、貢獻率及累計貢獻率見表6，主成分載荷矩陣見表7。由表6可知，特征值大于1共計2個主成分，第1主成分的方差貢獻率為44.26%，第2主成分的方差貢獻率為26.750%，這2個主成分的累計方差貢獻率為70.996%，說明這2個主成分可以很好的反映原數(shù)據(jù)70.996%的信息。由表7可知，第1主成分和Fe、Zn高度正相關(guān)；第2主成分和糖酸比高度正相關(guān)，和酸高度負相關(guān)。因此把第1主成分解釋為微量元素；第2主成分解釋為糖和酸?？赏ㄟ^得分系數(shù)將各個變量進行線性組合，建立關(guān)于第1主成分（Y1）和第2主成分（Y2）與Zn（X1）、Mn（X2）、Cu（X3）、Fe（X4）、糖（X5）、酸（X6）和糖酸比（X7）的得分系數(shù)模型。Y1=0.319X1+0.283X2+0.310X3+0.356X4+0.072X5-0.013X6+0.049X7；Y2=0.037X1+0.006X2+0.024X3+0.093X4+0.343X5-0.376X6+0.419X7。因此，可篩選出Fe、Zn、糖和酸作為釀酒葡萄的特征指標。陳珂等[23]對粒質(zhì)量、果皮質(zhì)量、橫縱徑、硬度、可溶性固形物、可滴定酸、VC、總黃酮、可溶性蛋白等評價指標經(jīng)主成分分析提取5個主成分為可溶性固形物、固酸比、可溶性蛋白、粒質(zhì)量等，累計方差貢獻率83.21%。

表6 各主成分的特征值及累積貢獻率Table 6 Characteristic values and cumulative rate of each main component

表7 主成分載荷矩陣Table 7 Loading matrix of principal components

3 結(jié)論

通過對釀酒葡萄中重金屬含量的檢測分析，釀酒葡萄嚴控指標Cd、Pb、Cr、Hg、As 均不超標，賀蘭山東麓釀酒葡萄質(zhì)量安全。寧夏賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)葡萄尚未受到外界環(huán)境的污染。釀酒葡萄中營養(yǎng)元素的含量大小依次是糖＞酸＞Fe＞Mn、Cu＞Zn，釀酒葡萄中不同指標間具有顯著的相關(guān)關(guān)系；Zn、Mn、Cu、Fe相互間、酸和Zn、Mn和Cu均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；糖和酸呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。糖、Zn、Mn、Cu、Fe、Pb、Cd、Cr、As、Hg含量不受種植年限的影響，種植年限對釀酒葡萄中的酸和糖酸比有較為顯著的影響。通過主成分分析（PCA）篩選出Fe、Zn、糖和酸作為釀酒葡萄的特征指標。