李清亮，趙振宇，曾穩(wěn)穩(wěn)，江 鋒，王和玉

（貴州茅臺(tái)酒股份有限公司，貴州仁懷 564501）

白酒是國(guó)際六大蒸餾酒之一，也是中國(guó)特有的一種蒸餾酒[1]。白酒的組成成分受多種因素的影響，比如原料、釀造工藝以及貯存環(huán)境等[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，雖然白酒的品質(zhì)主要由其微量風(fēng)味物質(zhì)決定[4]，但是酒體中的無(wú)機(jī)元素也是白酒品質(zhì)的重要影響因素，同時(shí)也是食品安全監(jiān)控的重要指標(biāo)[5-7]。例如Mn、Fe 具有著色作用，會(huì)對(duì)白酒的色澤產(chǎn)生影響，同時(shí)也會(huì)影響白酒的穩(wěn)定性[8]；Pb 等重金屬離子超標(biāo)會(huì)影響白酒的飲用安全，造成食品安全事故[9]。因此，無(wú)機(jī)元素分析是白酒的質(zhì)量控制和食品安全分析的重要方面。在無(wú)機(jī)元素分析領(lǐng)域，ICP-MS 由于檢出限低、靈敏度高、線性范圍廣、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用[10]。不同酒體的獨(dú)特品質(zhì)和風(fēng)格特點(diǎn)與其原產(chǎn)地環(huán)境息息相關(guān)，特別是釀造場(chǎng)地、釀造原料、釀造用水等環(huán)境因子中的無(wú)機(jī)元素組成特征，對(duì)白酒原產(chǎn)地的鑒定研究有著重要意義，有利于白酒生產(chǎn)質(zhì)量的監(jiān)督溯源和消費(fèi)者權(quán)益的維護(hù)[11]。到目前為止，針對(duì)我國(guó)名優(yōu)白酒原產(chǎn)地環(huán)境地球化學(xué)及其與白酒品種分類(lèi)間的耦合關(guān)系還缺乏系統(tǒng)研究，因而限制名優(yōu)酒類(lèi)產(chǎn)品研究的進(jìn)一步深入。

本研究通過(guò)ICP-MS 對(duì)不同產(chǎn)地、不同品牌、不同香型白酒中的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行定量分析。結(jié)合聚類(lèi)分析建立分類(lèi)模型，從而深入了解白酒中無(wú)機(jī)元素分布規(guī)律與白酒品種之間的關(guān)系，對(duì)充分認(rèn)識(shí)不同產(chǎn)地、不同品牌、不同香型白酒差異的實(shí)質(zhì)具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 材料與試劑

酒樣：不同香型、不同品牌、不同產(chǎn)地的酒樣均購(gòu)于市場(chǎng)，其詳細(xì)信息如表1所示。硝酸：MOS級(jí)，購(gòu)自北京化學(xué)試劑廠，經(jīng)雙瓶亞沸蒸餾純化后使用。超純水：蒸餾水經(jīng)Milli Q 純化系統(tǒng)純化。無(wú)機(jī)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：購(gòu)自國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心。內(nèi)標(biāo)溶液：含Rh、Re各10 ng/mL，美國(guó)Agilent公司。

表1 不同香型、品牌和產(chǎn)地的白酒樣品信息

1.1.2 主要儀器設(shè)備

Agilent 7500A 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國(guó)Agilent 公司；Milli Q 超純水系統(tǒng)，美國(guó)Millipore 公司；AB204-S 精密電子天平，梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；BSB-939-IR 酸蒸餾純化器（德國(guó)Berghof）；梅特勒PL303 電子天平；廣口試劑瓶（生工生物公司）；2 mL 進(jìn)樣瓶，10 μL/50 μL 微量進(jìn)樣器，美國(guó)Agilent公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理

稱(chēng)取2.0 g酒樣，置于烘箱內(nèi)80 ℃烘至近干，再用20.0 g 的2 % HNO3溶解，搖勻后直接上機(jī)測(cè)定。用標(biāo)準(zhǔn)溶液做標(biāo)準(zhǔn)曲線，對(duì)樣品中的12 種無(wú)機(jī)元素（Al、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Pb）進(jìn)行定量分析[7]。通過(guò)內(nèi)標(biāo)混合三通在所有上機(jī)測(cè)試樣品中在線加入混合內(nèi)標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究運(yùn)用IBM SPSS Statistics 22 結(jié)合R 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所有無(wú)機(jī)元素?cái)?shù)據(jù)通過(guò)歸一化處理消除量綱影響，利用熱圖表征標(biāo)記無(wú)機(jī)元素的潛在聯(lián)系和聚類(lèi)分析的歐式距離確定樣品間聯(lián)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同白酒中無(wú)機(jī)元素含量分析

本實(shí)驗(yàn)利用ICP-MS 對(duì)不同白酒中12 種無(wú)機(jī)元素含量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，其數(shù)據(jù)分布情況如表2 所示。采用熱圖對(duì)175 組酒樣中重金屬含量分布情況及差異數(shù)據(jù)進(jìn)行具象化展示，結(jié)果見(jiàn)圖1。每個(gè)方格表示一組樣品，其顏色表示該樣品無(wú)機(jī)元素含量的多少，顏色（由暗到亮）表示相對(duì)含量由低到高的變化。每行表示每個(gè)樣品中所有無(wú)機(jī)元素的含量，每列表示某個(gè)元素在不同樣品中的含量情況。圖1 上方的樹(shù)形圖是對(duì)無(wú)機(jī)元素的聚類(lèi)，通過(guò)聚類(lèi)結(jié)果可以看出，無(wú)機(jī)元素大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)為Mn、Al、As、Sb，剩余元素為一類(lèi)。同時(shí)對(duì)樣品中12 種元素含量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，選取皮爾遜相關(guān)系數(shù)r＞0.5 的數(shù)據(jù)繪制網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，結(jié)果見(jiàn)圖2。圖2 中兩個(gè)元素之間的連線表示兩種元素直接的相關(guān)性，紅色為正相關(guān)，藍(lán)色為負(fù)相關(guān)，連線越粗表示相關(guān)性越強(qiáng)。通過(guò)圖2可以看出，酒樣中無(wú)機(jī)元素含量都呈正相關(guān)關(guān)系，其中Mn、Al、Fe、Cr 之間的正相關(guān)性較強(qiáng)，Pb 與其他無(wú)機(jī)元素之間相關(guān)性不強(qiáng)而未出現(xiàn)在圖中。

表2 白酒中無(wú)機(jī)元素含量統(tǒng)計(jì)

2.2 不同白酒中無(wú)機(jī)元素?cái)?shù)據(jù)聚類(lèi)分析

本研究運(yùn)用IBM SPSS Statistics 22統(tǒng)計(jì)分析軟件中的兩步聚類(lèi)法統(tǒng)計(jì)分析市場(chǎng)上采購(gòu)的175 個(gè)樣品的無(wú)機(jī)元素?cái)?shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件分析后生成的聚類(lèi)比較圖（圖3）可以看出，聚類(lèi)結(jié)果分為4 類(lèi)，分別從品牌（Brands）、產(chǎn)地（Loc）和香型（Type）3 個(gè)維度進(jìn)行了展示。第1 類(lèi)為以汾酒（山西、清香型）為代表，第2 類(lèi)為以瀘州老窖（四川、濃香型）為代表，第3 類(lèi)為以貴州茅臺(tái)（貴州、醬香型）為代表，第4 類(lèi)為以郎酒（四川、醬香型）為代表，聚類(lèi)分析的結(jié)果顯示了不同白酒之間的差異和聯(lián)系。

通過(guò)品牌（Brands）、產(chǎn)地（Loc）和香型（Type）角度分析每個(gè)類(lèi)別的區(qū)別，第1 類(lèi)分析結(jié)果如圖4所示，該類(lèi)別主要為四川地區(qū)白酒、貴州地區(qū)白酒外的其他類(lèi)型白酒。從品牌來(lái)看包括汾酒、洋河、古井貢酒和老白干酒，主要分布在山西、江蘇、安徽和河北，香型包括清香型白酒、濃香型白酒和老白干香型白酒。在類(lèi)別1 中，洋河和古井貢酒同為濃香型白酒，生產(chǎn)工藝都采用老五甑工藝，其產(chǎn)區(qū)江蘇和安徽地理位置毗鄰。汾酒和老白干酒雖然屬于不同香型，但是老白干香型白酒是從清香型白酒中演化出來(lái)的，兩者釀造工藝較為接近，同時(shí)其產(chǎn)區(qū)山西和河北地理位置毗鄰。說(shuō)明白酒中無(wú)機(jī)元素除了與地域相關(guān)之外，與生產(chǎn)工藝也密切相關(guān)。

第2 類(lèi)為以濃香型為主的四川地區(qū)白酒，包括五糧液、瀘州老窖、劍南春、沱牌以及部分水井坊、少量郎酒，其分析結(jié)果如圖5 所示。說(shuō)明產(chǎn)于四川的白酒與其他產(chǎn)地白酒在無(wú)機(jī)元素方面存在顯著差異，區(qū)別于同為濃香型白酒的古井貢和洋河。產(chǎn)區(qū)同為四川的醬香型郎酒則只有一小部分屬于該類(lèi)，可能是由于郎酒廠位于赤水河畔的四川古藺，與貴州接壤，其地域環(huán)境與大部分四川地區(qū)白酒存在差異。另一方面可能由于醬香型白酒生產(chǎn)工藝與濃香型白酒差異明顯，其中醬香型白酒需要用陶壇長(zhǎng)時(shí)間貯存，陶壇中重金屬的遷移也對(duì)酒體中無(wú)機(jī)元素含量有影響。

第3 類(lèi)只包含貴州茅臺(tái)酒（圖6），說(shuō)明茅臺(tái)酒在無(wú)機(jī)元素方面與其他白酒存在顯著差異。貴州茅臺(tái)酒產(chǎn)于貴州省仁懷市茅臺(tái)鎮(zhèn)，其獨(dú)特的地理氣候環(huán)境和生產(chǎn)工藝是茅臺(tái)酒與其他酒產(chǎn)生差異并形成單一類(lèi)別的主要原因。

第4 類(lèi)為以郎酒、武陵酒為代表的其他醬香型白酒，還包括部分水井坊（圖7）。主要分布在四川、湖南。同為醬香型白酒的郎酒、武陵酒雖然屬于不同地域，但因其生產(chǎn)工藝相似，酒體中無(wú)機(jī)元素含量相近，因此屬于同一類(lèi)別，這也進(jìn)一步說(shuō)明生產(chǎn)工藝也是影響白酒無(wú)機(jī)元素的重要因素。

2.3 不同白酒中無(wú)機(jī)元素差異性分析

聚類(lèi)分析的結(jié)果顯示175 組樣本主要分為4類(lèi)，不同類(lèi)型酒體中無(wú)機(jī)元素含量箱線圖（圖8）進(jìn)一步分析展示了組間差異的原因。通過(guò)圖8 我們發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型白酒無(wú)機(jī)元素的差異主要體現(xiàn)在Mn、Fe、Zn、As。以Fe 元素為例，以郎酒、武陵酒為主要代表的類(lèi)別4 中，F(xiàn)e 元素顯著高于其他三類(lèi)白酒。同樣可以發(fā)現(xiàn)，以郎酒、武陵酒為主要代表的類(lèi)別4 和貴州茅臺(tái)酒（類(lèi)別3）中Mn 元素顯著高于其他兩類(lèi)白酒。由于Mn、Fe 具有著色作用，對(duì)酒體色澤產(chǎn)生影響[8]，這在一定程度上也解釋了醬香型白酒酒體微黃透明的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

利用ICP-MS 分析采集了175 份不同產(chǎn)地、不同品牌、不同香型白酒中12 種無(wú)機(jī)元素含量，建立不同酒體中無(wú)機(jī)元素含量指紋圖譜。酒樣中無(wú)機(jī)元素含量都呈正相關(guān)關(guān)系，其中Mn、Al、Fe、Cr 之間的正相關(guān)性較強(qiáng)。通過(guò)結(jié)合聚類(lèi)分析對(duì)無(wú)機(jī)元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析并構(gòu)建聚類(lèi)分析模型，發(fā)現(xiàn)酒樣分為4大類(lèi)：第1類(lèi)為以汾酒（山西、清香型）為代表的其他類(lèi)型白酒；第2 類(lèi)為以瀘州老窖（四川、濃香型）為代表的川派白酒；第3 類(lèi)為以貴州茅臺(tái)酒（貴州、醬香型）為代表的醬香型白酒；第4 類(lèi)為以郎酒（四川、醬香型）為代表的其他醬香型白酒。白酒中無(wú)機(jī)元素的含量不僅與地域相關(guān)，生產(chǎn)工藝也是影響白無(wú)機(jī)元素含量的重要因素。不同類(lèi)型白酒無(wú)機(jī)元素的差異主要體現(xiàn)在Mn、Fe、Zn、As。