產(chǎn)地土壤重金屬對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄的影響及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

陳 翔，開建榮，牛 艷，葛 謙，王曉菁

（寧夏農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，寧夏銀川 750002）

寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)是我國(guó)重要的“葡萄酒原產(chǎn)地域產(chǎn)品保護(hù)地區(qū)”[1]。該地區(qū)日照充足、溫差較大，降水量少，自然生態(tài)環(huán)境適宜釀酒葡萄生長(zhǎng)，與世界著名葡萄酒產(chǎn)區(qū)法國(guó)波爾多具有較大相似性，該地區(qū)釀酒葡萄品質(zhì)優(yōu)良[2]，近年來(lái)已成為中國(guó)釀酒葡萄明星產(chǎn)區(qū)[3]，帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

葡萄酒質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)鍵取決于釀酒葡萄原料的好壞。近年來(lái)隨著釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)不斷擴(kuò)大，不同小產(chǎn)區(qū)區(qū)域內(nèi)部環(huán)境變化會(huì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而影響葡萄酒產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性[4-7]，甚至?xí)胛：θ梭w的物質(zhì)，如重金屬、農(nóng)藥殘留等，而目前造成農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全隱患的較為典型的污染源就是產(chǎn)地土壤。研究表明，重金屬元素會(huì)隨著植物的生長(zhǎng)被吸收富集進(jìn)而影響植株的正常代謝，抑制農(nóng)作物的生長(zhǎng)，降低農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量安全[8-14]。因此，探究產(chǎn)地土壤重金屬對(duì)寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄的影響并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)釀酒葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)健康持久發(fā)展發(fā)揮保障作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)用賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄按照來(lái)源分為酒莊和個(gè)體農(nóng)戶，各酒莊和農(nóng)戶種植的釀酒葡萄管理模式各不相同。共采集10家酒莊（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?jiān)＞魄f、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）及3處農(nóng)戶（七泉溝、玉泉營(yíng)和黃羊?yàn)┑尼劸破咸褬悠?。同時(shí)采集各酒莊和農(nóng)戶果園中土壤樣品。

濃硝酸、雙氧水（優(yōu)級(jí)純）：天津光復(fù)化學(xué)試劑廠；金屬元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1000mg/L）（銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅）：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1.2 儀器與設(shè)備

ELAN DRC-e 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：美國(guó)珀金埃爾默公司；AL204型電子天平：瑞士梅特勒-托利多公司；CEM MARS Xpress石墨爐消解儀：美國(guó)倍安公司；Milli-Q超純水機(jī)：德國(guó)默克密理博公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集與處理

樣品采集時(shí)間為2018年8～9月（釀酒葡萄收獲期）。供試釀酒葡萄品種為赤霞珠、霞多麗、梅鹿輒、蛇龍珠和馬瑟蘭5個(gè)品種，于果實(shí)生理成熟按照隨機(jī)采樣的方法從不少于8個(gè)葡萄藤上（上、下、內(nèi)、外、向陽(yáng)和背陰面）采集生長(zhǎng)正常、無(wú)病害的葡萄果實(shí)2.5 kg。釀酒葡萄樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，先用自來(lái)水沖洗，再用去離子水洗凈，晾干，去除果柄后使用均質(zhì)機(jī)勻漿備用。

采集釀酒葡萄果實(shí)樣品的后，使用鋼制土鉆按照五點(diǎn)取樣法獲取同地塊釀酒葡萄植株地表0～20 cm同區(qū)域的土壤樣品。將多點(diǎn)樣品混合均勻，風(fēng)干、研磨、過(guò)100目篩后備用。

1.3.2 檢測(cè)方法

使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）測(cè)定葡萄果實(shí)及土壤中銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅等重金屬元素的含量。

分別稱取3 g（精確至0.01 g）葡萄樣品、0.4 g（精確至0.000 1 g）土壤樣品于消解管中，加入9 mL硝酸和1 mL高氯酸，置于石墨爐消解儀中消解，待消解完全并冷卻后，用超純水定容至25 mL，搖勻，靜置，待樣液澄清后，測(cè)定元素含量。

1.3.3 釀酒葡萄產(chǎn)地土壤及釀酒葡萄重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

采用單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度[15-16]見式（1），寧夏地區(qū)土壤中重金屬元素背景值分別為銅20.9mg/kg、鉻59.7 mg/kg、鉛20.1 mg/kg、鎘0.102 5 mg/kg、砷11.9 mg/kg、汞0.020 2 mg/kg[17-18]。

式中：Pi為金屬元素單因子指數(shù)（參考范圍見表1）；Ci為重金屬元素檢出值，mg/kg；Si表示相應(yīng)金屬元素的土壤背景值。

表1 土壤污染單因子指數(shù)Table 1 Single factor index of soil pollution

根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織（food and agriculture organization of the united nations/world health organization，F(xiàn)AO/WHO）食品添加劑專家委員會(huì)（Joint FAO/WHO expert committee on food additives，JECFA）對(duì)鉛、鎘、砷、汞等重金屬進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)布的每千克體質(zhì)量每周可耐受攝入量（provisionally tolerable weekly intake，PTWI）初步判定賀蘭山東麓釀酒葡萄中重金屬的風(fēng)險(xiǎn)狀況[19]。

進(jìn)一步應(yīng)用目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（target hazard quotient，THQ）量化處理，評(píng)估釀酒葡萄重金屬危害人體健康風(fēng)險(xiǎn)。THQ計(jì)算方法見式（2）：

式中：THQ為目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；EF為暴露頻率，d/年，按照風(fēng)險(xiǎn)最大化原則設(shè)置為365 d；ED為暴露持久性/年，根據(jù)WTO 2018年發(fā)布的世界衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)年鑒發(fā)布的我國(guó)居民平均壽命設(shè)置為76.4歲；FIR為膳食攝入量，g/d，參照《中國(guó)居民膳食指南》中膳食結(jié)構(gòu)人均水果日攝入量200～400 g，設(shè)置為400 g；C為危害物含量，mg/kg，選取釀酒葡萄重金屬檢出值的最大值；RFD為污染物安全劑量，mg·（kg·d）-1；m為平均體質(zhì)量，kg，以60 kg計(jì)算；t為非致癌性暴露的平均時(shí)間，d，與ED一致。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

使用Office 2010、SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 釀酒葡萄中主要中金屬元素富集狀態(tài)評(píng)價(jià)

對(duì)采集的40個(gè)釀酒葡萄樣品中重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》中參照水果及相近農(nóng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)限量對(duì)上述釀酒葡萄樣品中銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅的檢出情況進(jìn)行判定和評(píng)價(jià)，結(jié)果如見2。

表2 釀酒葡萄中重金屬含量及超標(biāo)情況Table 2 Heavy metal content in wine grape and exceeding standard condition

由表2可知，除鎘元素檢出率為74.4%以外，其余重金屬元素在所有釀酒葡萄樣品中均有檢出，但含量均處于較低水平，銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅的平均含量分別為1.28 mg/kg、0.056 1 mg/kg、0.034 0 mg/kg、0.001 2 mg/kg、0.008 7 mg/kg、0.000 6 mg/kg、0.918 mg/kg、1.27 mg/kg、8.12 mg/kg。根據(jù)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，釀酒葡萄中各重金屬元素均不超標(biāo)，其中鎘、汞的含量遠(yuǎn)低于國(guó)家限量。

此外，對(duì)釀酒葡萄重金屬含量進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。由表3可知，寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄中銅、鋅、錳、鐵元素的含量在P＜0.01和P＜0.05顯著性水平下，均呈正相關(guān)關(guān)系，銅、鋅、錳、鐵是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的重要營(yíng)養(yǎng)元素。有害重金屬方面，釀酒葡萄中鉻元素與鎘元素呈正相關(guān)關(guān)系，鉛、砷和汞3種重金屬元素兩兩之間均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。

表3 釀酒葡萄中各重金屬含量相關(guān)性Table 3 Correlation of each heavy metal content in wine grape

2.2 產(chǎn)地土壤與釀酒葡萄中重金屬元素相關(guān)性分析

對(duì)上述釀酒葡萄樣品相應(yīng)采樣區(qū)塊的土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)，得到重金屬含量見表4。由表4可知，土壤中重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)差為0.07%～71.3%，變異系數(shù)為0.14%～0.86%，整體分布均勻，不同葡萄種植園土壤重金屬含量差異不大。

表4 釀酒葡萄產(chǎn)地土壤中重金屬含量Table 4 Heavy metal content in the soil of wine grape producing area

采用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)釀酒葡萄產(chǎn)地土壤重金屬污染程度，選取重金屬檢出值平均值作為評(píng)價(jià)對(duì)象，計(jì)算得出銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞元素的Pi值分別為0.96、0.80、0.72、0.80、0.97、1.48。說(shuō)明釀酒葡萄產(chǎn)地土壤污染程度很低。

對(duì)產(chǎn)地土壤中有害重金屬和釀酒葡萄果實(shí)中重金屬中進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。由表5可知，釀酒葡萄中鉻含量與土壤中鉻、鉛、鎘的含量均呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.448、-0.387、-0.428，說(shuō)明葡萄中的鉻主要來(lái)源并非土壤，推測(cè)可能來(lái)自于大氣污染物或噴灑含有相關(guān)重金屬元素的農(nóng)藥帶入。龐榮麗等[20]對(duì)土壤-葡萄體系重金屬遷移規(guī)律進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)Pb、Cr、As、Cu、Hg等重金屬在葡萄植株不同器官中分布情況均呈現(xiàn)為果實(shí)中含量最低，這種遷移關(guān)系一定程度上使得葡萄果實(shí)中重金屬元素和土壤中重金屬元素正相關(guān)性不強(qiáng)。此外，葡萄中鉛含量與土壤中銅、鉛含量在0.05顯著性水平下亦呈負(fù)相關(guān)。砷元素含量也與土壤中銅、鎘、汞含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。釀酒葡萄中其他重金屬元素的含量與土壤中重金屬含量并無(wú)顯著相關(guān)性。

表5 產(chǎn)地土壤和釀酒葡萄重金屬含量相關(guān)性Table 5 Correlation of heavy metal content between soil and wine grape

2.3 賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄重金屬元素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

查詢JECFA及WHO規(guī)定的PTWI推薦值，對(duì)部分暫時(shí)廢止還未更新的PTWI值仍采用。據(jù)目前最新的數(shù)據(jù)，人體對(duì)銅、鉻、鉛、鉻、砷、汞的PTWI分別為0.5 mg·（kg·d）-1、5μg·（kg·d）-1、25μg·（kg·w）-1、7μg·（kg·w）-1、15μg·（kg·w）-1、5 μg·（kg·w）-1。以人體質(zhì)量60 kg計(jì)算，可計(jì)算出人體銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞每周攝入量為210 mg、2.1 mg、1.5 mg、0.42 mg、0.9 mg、0.3 mg。根據(jù)釀酒葡萄出酒率70%～80%的比例，設(shè)定人體每周攝入含有重金屬元素的上述葡萄原料釀造出的葡萄酒500 mL，選取重金屬含量平均值作為攝入量，計(jì)算得出每周攝入重金屬含量分別為0.64 mg、0.028 mg、0.017 0 mg、0.000 60 mg、0.004 4 mg、0.000 29 mg。遠(yuǎn)小于相應(yīng)PTWI值，故認(rèn)為賀蘭山東麓釀酒葡萄重金屬水平極低，對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)很低。

進(jìn)一步計(jì)算釀酒葡萄樣品THQ值，選取重金屬含量平均值作為攝入量C，計(jì)算得出在最大暴露水平下每日攝入重金屬THQ值分別為銅0.017、鉻0.075、鉛0.063、鎘0.008、砷0.027汞0.005；以上各值均遠(yuǎn)小于1，說(shuō)明寧夏賀蘭山東麓地區(qū)的釀酒葡萄重金屬平均攝入水平是安全的。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)釀酒葡萄和產(chǎn)地土壤中重金屬含量的分析發(fā)現(xiàn)，賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)的葡萄及產(chǎn)地土壤中重金屬含量均處于較低水平，土壤單因子污染指數(shù)小于1或稍大于1，重金屬污染程度很低。釀酒葡萄中各重金屬元素與土壤中重金屬元素均無(wú)顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明釀酒葡萄中重金屬主要來(lái)源并非產(chǎn)地土壤。采用PTMI值和THQ風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)法對(duì)釀酒葡萄進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，再次證明賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄無(wú)人體健康風(fēng)險(xiǎn)，適宜作為安全的葡萄酒釀造原料。重金屬元素對(duì)釀酒葡萄的品質(zhì)有較大影響，本研究?jī)H僅針對(duì)安全方面對(duì)釀酒葡萄進(jìn)行了評(píng)測(cè)，還需進(jìn)一步探究土壤重金屬對(duì)釀酒葡萄品質(zhì)如維生素、糖酸比、風(fēng)味物質(zhì)的影響。