新疆五家渠地區(qū)葡萄酒中微量元素風(fēng)險(xiǎn)評估

姬茹婕，劉文翰，孫金奎，濮希蕾，程衛(wèi)東

(石河子大學(xué) 食品學(xué)院，新疆 石河子，832000)

新疆是我國十大葡萄酒產(chǎn)區(qū)之一，釀酒葡萄的種植主要集中在天山北麓、焉耆盆地、伊犁河谷、吐哈盆地[1]。五家渠葡萄酒產(chǎn)區(qū)是新疆葡萄酒主要產(chǎn)區(qū)之一，地處天山山脈博格達(dá)峰北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，其地理位置優(yōu)越，光照充足，氣候干燥，晝夜溫差大，是培育優(yōu)良釀酒葡萄的黃金地帶[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，五家渠市葡萄種植面積約達(dá)86.67 km2，其中釀酒葡萄約占總面積的76.9%，以赤霞珠、美樂、蛇龍珠、小味兒多、貴人香、霞多麗等品種為主[3]。近年來，隨著葡萄酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，葡萄酒已逐漸成為五家渠地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)，這對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長起到了積極的推動作用。

葡萄酒的風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括農(nóng)藥殘留、塑化劑、食品添加劑、生物胺、甲醇和重金屬等。葡萄酒中微量元素是葡萄酒營養(yǎng)品質(zhì)的重要組成部分，尤其是某些重金屬，如鋅、鐵、銅、錳等，其中鋅是人體健康不可或缺的微量元素，對骨骼和肌肉的增長有重要作用，人體缺鋅會影響身體生長和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，并降低人體免疫力[4]；如果過度補(bǔ)鋅，則會誘發(fā)惡心、嘔吐、貧血和嗜睡等癥狀[5]。鐵在人體必需微量元素中位于極其重要的位置，補(bǔ)鐵不及時(shí)會導(dǎo)致缺鐵性貧血[6]，而攝入過量的鐵會導(dǎo)致組織損傷和器官衰竭[7]。銅是人體必需營養(yǎng)元素之一，攝入過量的銅會引起胃腸道問題，并伴有惡心、腹瀉和嘔吐癥狀[8]。錳可以調(diào)節(jié)血糖，在骨骼生長中具有重要的作用[9]，錳缺乏會導(dǎo)致嬰兒先天缺陷、骨生長受損等癥狀[10]；過度攝入錳會使機(jī)體組織產(chǎn)生神經(jīng)毒性，從而患上帕金森病[11]。

葡萄酒中的微量元素主要來源于土壤，具有明顯的地域特色。目前大多數(shù)報(bào)道主要集中在葡萄酒的追根溯源和土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方面[12-13]，然而對有關(guān)釀酒葡萄和葡萄酒中微量元素的研究卻相對較少，尤其是對五家渠釀酒葡萄及葡萄酒中一些不良微量元素含量的測定，以及葡萄酒中這些元素健康風(fēng)險(xiǎn)評估的研究還未見報(bào)道。本研究采用原子吸收分光光度法和原子熒光光度法測定赤霞珠、蛇龍珠、美樂、小味兒多葡萄及其葡萄酒中微量元素的含量，并進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評估，以期為當(dāng)?shù)蒯劸破咸训膬?yōu)質(zhì)栽培和葡萄酒安全生產(chǎn)提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本試驗(yàn)所用釀酒葡萄于2020年9月采自新疆維吾爾自治區(qū)五家渠市，該地區(qū)光照充足，降雨量少，蒸發(fā)量大，為溫帶大陸性氣候。試驗(yàn)共計(jì)采樣4個(gè)品種(赤霞珠、蛇龍珠、美樂、小味兒多)。所有釀酒葡萄樣品均在采收期采集，為保證樣品具有代表性，使用科學(xué)采樣的方法，在每個(gè)品種葡萄區(qū)域3點(diǎn)取樣，每個(gè)品種不少于10 kg；相對應(yīng)的葡萄酒于發(fā)酵結(jié)束后，從發(fā)酵罐中取樣。將所有樣品貼上標(biāo)簽，放入冰盒中保存，12 h內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，于-20 ℃冰柜保存待測。

1.2 主要試劑

Mg、K、Na、Ca、Zn、Fe、Cu、Cd、Mn、Pb元素的標(biāo)準(zhǔn)儲備液(國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 000 mg/L)、Hg元素的標(biāo)準(zhǔn)儲備液(國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 mg/mL)、As元素的標(biāo)準(zhǔn)儲備液(國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，100 mg/L)，天津光復(fù)精細(xì)化工研究所；硝酸(優(yōu)級純)，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司。

1.3 儀器與設(shè)備

AF-7550雙道氫化物-原子熒光光度計(jì)、AA-7090原子吸收分光光度計(jì)，北京東西分析儀器有限公司；Milli-Q Element純水機(jī)，美國Millipore公司；MS204TS/02電子天平，梅特勒-托利多國際貿(mào)易有限公司；ITT-300均質(zhì)機(jī)，深圳市英泰特激光有限公司；CEM-MARS6 微波消解儀，美國CEM公司；L2433-83NQ空心陰極燈，濱松光子學(xué)商貿(mào)有限公司；Reference 2移液槍，Eppendorf中國有限公司。

1.4 測定方法

1.4.1 樣品處理

稱取樣品0.3 g(精確至0.001)于消解管中，加入5 mL硝酸，在加熱器上120 ℃預(yù)消解30 min，根據(jù)管內(nèi)情況，加入1～2 mL的硝酸，然后按照微波消解的操作步驟消解試樣。消解結(jié)束后，放置于140 ℃的加熱器上趕酸至1 mL左右。冷卻后，將液體轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，待測。所有樣品重復(fù)3次。

1.4.2 儀器條件

原子吸收分光光度計(jì)測定Mg、K、Na、Ca、Zn、Fe、Cu、Cd、Mn、Pb元素含量，儀器條件見表1。雙道氫化物-原子熒光光度計(jì)測定Hg和As元素，儀器條件：燈主電流50 mA，燈輔電流40 mA，負(fù)高壓300 V，載氣流量200 mL/min，屏蔽氣流量400 mL/min。

1.4.3 金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

實(shí)驗(yàn)中所有容器都在30%硝酸中浸泡24 h，然后用去離子水沖洗3次以上，配制試劑所用水均為一級水。使用原子吸收分光光度計(jì)及原子熒光光度計(jì)測定各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表2。

表1 儀器工作條件Table 1 Working condition of instruments

表2 各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程及相關(guān)系數(shù)Table 2 Standard curve regression equation and correlation coefficient of each elements

1.5 健康風(fēng)險(xiǎn)評估

葡萄酒中微量元素估計(jì)日攝入量[estimated daily intake，EDI，mg/(kg·d)]計(jì)算如公式(1)所示[14]：

(1)

式中：C，微量元素質(zhì)量濃度，mg/L；R，成年飲酒者葡萄酒日飲用量，L/d；BW，人群的平均體重，kg。

通過食用引起的健康風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)(target hazard quotient，THQ)進(jìn)行評估，計(jì)算方法如公式(2)所示[15]：

(2)

式中：RfD，每種元素口服參考劑量，mg/(kg·d)。

當(dāng)THQ<1時(shí)，說明從葡萄酒中攝入這種元素沒有明顯的不良影響；THQ≥1時(shí)，則意味著對人類有健康風(fēng)險(xiǎn)[16]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析及數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Excel 2019和Origin 2018對試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理和作圖，并利用IBM SPSS Statistics 20.0對樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和多因素方差分析(Duncan法，P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確度和精密度驗(yàn)證

為檢驗(yàn)測定方法的準(zhǔn)確度和精密度，對樣品進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn)(表3)。供試樣品中微量元素回收率為95.833%～106.917%，表明該方法具有良好的準(zhǔn)確性。另外，根據(jù)連續(xù)6次測定同一樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation, RSD)得到所有元素的RSD為0.024%～5.201%，說明該方法精密度較好。由此可見，該方法準(zhǔn)確、有效，其驗(yàn)證結(jié)果均符合國標(biāo)方法開發(fā)要求，適用于葡萄及葡萄酒中微量元素的測定。

表3 樣品中微量元素的回收率和精密度Table 3 Recovery rate and precision of trace elements in samples

2.2 葡萄及葡萄酒中微量元素的含量

試驗(yàn)利用原子吸收分光光度計(jì)和原子熒光光度計(jì)分別對4種釀酒葡萄及其葡萄酒中微量元素的含量進(jìn)行了測定(表4)。釀酒葡萄及葡萄酒富含鎂、鉀、鈉元素，而鈣、鋅、鐵、銅、錳、鉛元素含量相對較低，未檢測到汞、砷、鎘元素；其中赤霞珠葡萄酒含有較高含量的銅、錳元素，相比于其他葡萄酒，蛇龍珠中鈣元素含量相對較低。

表4 樣品中微量元素含量測定結(jié)果 單位：mg/L

2.3 微量元素含量的變化分析

葡萄及葡萄酒中的微量金屬元素含量具有差異性，易受到氣候、天氣和土壤等環(huán)境因素以及釀造工藝和貯存方式的影響。葡萄中的微量元素主要是通過葡萄藤和根進(jìn)入葡萄，也有可能是在生長階段被引入，如灌溉、施肥和噴灑農(nóng)藥。4種釀酒葡萄及其葡萄酒中微量金屬元素的含量變化情況如圖1所示。供試樣品中均可檢測到鎂、鉀、鈉、鈣、鋅、鐵、銅、錳8種金屬元素，并且這些元素從葡萄原料到葡萄酒的過程中，其含量呈現(xiàn)不同的變化趨勢，其中大多數(shù)元素在葡萄原料中含量相對較高，然而在葡萄酒中含量相對較低，例如鉀、鈣、鐵。調(diào)查發(fā)現(xiàn)在葡萄生長過程中，為了提高葡萄結(jié)果率，防治蟲害，促進(jìn)植物光合作用而大量施用磷肥、氮肥、鉀肥及農(nóng)家肥，這可能是造成葡萄中鉀、鈣、鐵等金屬元素含量增高的主要原因。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)供試葡萄酒樣中鋅和銅元素也有類似的規(guī)律，且在發(fā)酵過程中含量均呈下降趨勢，考慮這可能是由于在發(fā)酵過程中被釀酒酵母吸附或者被轉(zhuǎn)化為不溶性鹽造成的[27]，如CuS、Cu2S等。葡萄中鎂元素含量均低于葡萄酒中的鎂元素含量，其中赤霞珠中鎂元素含量相較其品種變化最為明顯，變化率為41.65%。赤霞珠和蛇龍珠葡萄酒中錳元素含量相比其他葡萄中錳含量較高，有學(xué)者認(rèn)為葡萄酒中的錳元素來自于土壤，或是由于在釀酒過程中后期的除雜脫臭等原因，造成葡萄酒中錳元素含量增加[28]。我們在蛇龍珠、小味兒多葡萄中檢測到鉛元素，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，蛇龍珠和小味兒多葡萄的種植區(qū)域靠近公路，可能是在其生長階段受到尾氣排放、人為活動等因素的影響所致。

圖1 四個(gè)不同品種釀酒葡萄及葡萄酒中微量元素的 含量變化Fig.1 Trace elements changes in four different wine grapes and wine

2.4 健康風(fēng)險(xiǎn)評估

為了評估長期飲用葡萄酒的潛在危害，我們參考了葡萄酒中微量元素的EDI。評估的目標(biāo)是成年飲酒者，假設(shè)1名成年飲酒者飲酒量為200 mL/d(約為1杯葡萄酒)，這類似于其他研究[29]中的195 g/d葡萄酒飲用量。由于體重越小，EDI計(jì)算值越大，因此選擇60 kg作為成人飲酒者的平均體重進(jìn)行計(jì)算，以便將評估結(jié)果應(yīng)用于更多的人。根據(jù)JECFA對污染物攝入量耐受極限和危害性的報(bào)告，我們選取了除鉀、鈣、鈉、鎂4種有益元素之外的鋅、鐵等8種元素進(jìn)行EDI評估(表5)。從表5中可以看出，8種微量元素中除銅[0.003 1 mg/(kg·d)]、錳[0.002 3 mg (kg·d)]元素外，其他元素的平均EDI均為0.000 0 mg/(kg·d)，說明4種葡萄酒中銅、錳元素的EDI相比于其他元素較高。研究結(jié)果表明，銅、錳元素作為人體必需的微量元素，對人體健康至關(guān)重要，但是含量一旦超標(biāo)，將會導(dǎo)致人體組織形態(tài)和代謝的非正常變化，因此，建議人們通過食品搭配，保證微量元素的合理攝入。

表5 葡萄酒微量元素EDI 單位：mg/(kg·d)Table 5 EDI of trace elements in wine

健康風(fēng)險(xiǎn)評估是一種系統(tǒng)的評估方法，用來評估由于人體暴露于某種風(fēng)險(xiǎn)后出現(xiàn)的不良反應(yīng)的嚴(yán)重程度。飲用葡萄酒攝入微量元素的健康風(fēng)險(xiǎn)是根據(jù)THQ值進(jìn)行評估的，該值被認(rèn)為是評估污染物相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的有用參數(shù)。THQ是葡萄酒中微量元素的EDI與相應(yīng)參考劑量的比值，這種方法表明了污染物暴露所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)水平。根據(jù)美國環(huán)保局(Enviromental Protection Agency, EPA)2020年的數(shù)據(jù)[30]，F(xiàn)e=0.700 0 mg/(kg·d)，Cu=0.040 0 mg/(kg·d)，Mn=0.024 0 mg/(kg·d)，Zn=0.300 0 mg/(kg·d)，Cd=0.000 5 mg/(kg·d)和Pb=0.003 5 mg/(kg·d)，我們根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算得到THQ值(表6)。所有葡萄酒中，每種估計(jì)元素的THQ值都≤1，這表明每天飲用200 mL葡萄酒的人群在攝入這些元素時(shí)不會有明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)。此外，即使THQ值≤1，THQ值越高表明暴露風(fēng)險(xiǎn)的概率越高。

表6 不同品種葡萄酒中微量元素的THQTable 6 THQ of trace elements in different varieties of wine

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)對新疆維吾爾自治區(qū)五家渠市4種釀酒葡萄及其葡萄酒中微量元素含量進(jìn)行測定，結(jié)果表明,釀酒葡萄及葡萄酒富含鎂、鉀、鈉元素，而鈣、鋅、鐵、銅、錳、鉛元素含量相對較低，未檢測到汞、砷、鎘元素；其中赤霞珠葡萄酒含有較高含量的銅、錳元素，相比于其他葡萄酒，蛇龍珠中鈣元素含量相對較低；葡萄酒發(fā)酵過程會引起葡萄酒中微量元素的變化，其中鎂元素呈上升趨勢，而鉀、鈣、鋅、鐵、銅元素呈下降趨勢。健康風(fēng)險(xiǎn)評估表明，THQ值遠(yuǎn)低于1，這意味著人群每天單獨(dú)攝入200 mL葡萄酒，不會構(gòu)成顯著的健康風(fēng)險(xiǎn)。中國居民營養(yǎng)與健康狀況調(diào)查結(jié)果顯示：中國居民的食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)和生活方式發(fā)生了變化，營養(yǎng)失衡和過度營養(yǎng)現(xiàn)象已經(jīng)出現(xiàn)。這就迫切需要借鑒國際上先進(jìn)方法和成功經(jīng)驗(yàn)，開展微量元素的定量和風(fēng)險(xiǎn)評估工作，提供評估結(jié)果以及管理措施建議。盡管目前世界各國已經(jīng)對微量元素的攝入量提出了一定的要求，但多數(shù)適用性技術(shù)目前仍處于邊試行、邊探索的過程，還未形成成熟的體系。因此，對其他產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄及其葡萄酒中微量元素的含量、健康風(fēng)險(xiǎn)等問題還有待進(jìn)一步研究。