產地、年份、品種對葡萄干礦物元素含量的影響

王靜靜，王猛，彭靜怡，周曉明，馮悅，伍新宇，蘇敏*

1(烏魯木齊海關技術中心，新疆 烏魯木齊，830063)2(新疆維吾爾自治區疾病預防控制中心，新疆 烏魯木齊，830002) 3(新疆農業科學研究院園藝作物研究所，新疆 烏魯木齊，830052)4(烏魯木齊海關，新疆 烏魯木齊，830000)

新疆作為中國主要的葡萄種植和生產加工區域，具有獨特的光熱等資源，所產葡萄干具有味道甘甜、肉質細膩、含糖量高(達73%)、維生素C含量高(5.5～6.0 mg/100 g)等特點[1]，備受國內外消費者青睞，吐魯番葡萄干因其優良的品質被原國家質檢總局批準成為地理標志產品[2]。近年來，吐魯番葡萄干常被假冒銷售，極大地影響了地理標志產品的聲譽和農戶的經濟效益，破壞了市場秩序。因此，為了保護地理標志葡萄干產品，研究葡萄干產地溯源是行之有效的方法。

產地溯源技術主要有礦物元素指紋分析技術[3-4]、有機成分指紋分析技術[5]、近紅外光譜指紋分析技術[6-7]等。其中礦物元素指紋分析技術被公認為農產品產地判別最有效、最有前景的方法之一[8-10]，在植物源性食品的產地判別中廣泛應用，例如水果[11]、茶葉[12-13]、大米[14]、枸杞[15]、橄欖油[16]等農產品的產地判別。但是，農產品中礦物元素組成不僅受地理來源的影響，還有可能受年份及品種等因素的影響[17]，葡萄干中礦物元素含量差異主要來源于年份、品種還是產地不得而知。因此分析產地、品種、年份因素對礦物元素含量的影響，尋找受產地影響的元素作為穩定的溯源指標是十分有必要的[18-19]。本研究以新疆3個主產地的葡萄干為研究對象，分析產地、采收年份、品種及其交互作用對葡萄干中礦物元素含量的影響，篩選主要受產地影響的礦物元素，為地理標志葡萄干產品產地保護提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試葡萄干樣品采集自中國新疆吐魯番、哈密及和田3個葡萄干主產地，以主流品種無核白和無核白雞心[20]為研究對象，采樣時間為2016、2017、2018年。為保證葡萄干樣品地域來源的準確性，課題組親赴吐魯番紅柳河園藝場(88°57′E，43°07′N，390 m)、哈密市黃田農場(93°45′E，42°47′N，786 m)、和田墨玉縣喀瓦克鄉(80°04′E，37°39′N，1 195 m)采集新鮮葡萄，并在當地晾房晾曬制干，每個產地每個品種采集3個樣品，3個不同產地、2個不同品種、3個年份共采集葡萄干樣品54份，樣品放入封口袋，4 ℃冷藏保存待測。

濃硝酸(HNO3，純度65%，分析純)，德國Merck公司；50種元素Pt、Ge、Li、Sr、Na、Mg、K、Hg、Ca、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Co、Cs、Au、B、Mo、Pd、V、W、Rb、Tl、Ti、Y、Ag、Al、Cd、Cr、As、Ba、Ni、Pb、Cu、Sn、Zn、Fe、Mn、Sb，以及3種內標元素Rh、In、Bi標準儲備液(質量濃度1 000 μg/mL，介質1.0 mol/L HNO3)，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；超純水(電阻率>18.2 MΩ·cm，20 ℃)，Milli-Q純水系統；國家一級標準物質圓白菜GBW 10014(GSB-5)、菠菜GBW 10015(GSB-6)，地球物理地球化學勘查研究所。

1.2 儀器與設備

350D型電感耦合等離子體質譜(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)儀，美國PE公司；iCAP 7000型電感耦合等離子體發射光譜(inductively coupled plasma emission spectrum，ICP)儀，美國Thermo Fisher公司；MS303TS型電子天平，瑞士METTLER TOLEDO公司；Mars X型微波消解儀，美國CEM公司；GM200刀式研磨儀，德國Retsch公司；FP240型強對流烘箱，德國BINDER公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

采集來的葡萄干樣品手工去除梗、蒂等雜質，用超純水淘洗干凈，置于60 ℃烘箱中鼓風干燥1 h，烘干表面水分后，取一定量的樣品與超純水按質量比1∶1混合，使用刀式研磨儀研磨均勻，參照GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》第1法，準確稱取1 g(精確至0.001 g，葡萄干樣品實際質量為0.5 g)于微波消解罐中，加入5 mL濃硝酸進行微波消解，消解完畢后用水定容至50 mL混勻備用，同時做空白試驗。

同時將淘洗干凈，烘干表面水分的葡萄干樣品參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》減壓干燥法，稱取2 g(精確至0.000 1 g)樣品于真空干燥箱中，(60±5)℃干燥4 h至恒重，計算其水分含量。

1.3.2 儀器測試條件

ICP-MS法：葡萄干樣品中Li、Sr、Hg、Au、B、Sc、Pt、Ge、Co、Pd、Rb、Cs、Mo、Tl、W、Y、Ti、V、La、Ce、Pr、Eu、Gd、Nd、Sm、Tb、Dy、Ho、Yb、Lu、Er、Tm、Ba、Cd、Ag、Al、As、Cr、Mn、Cu、Sn、Zn、Ni、Pb、Sb元素含量的測定采用ICP-MS法。儀器測試條件：等離子氣體流速17 L/min，輔助氣流1.1 L/min，射頻功率1 600 W，雙電荷指數<0.30%，氧化物指數<0.25%。為保證儀器的穩定性，選用Rh、In、Bi作為內標元素。

ICP法：葡萄干樣品中Ca、Fe、Mg、Na、K元素含量較高，采用ICP法測定。儀器測試條件：輔助氣流0.4 L/min，霧化氣流1.1 L/min，射頻功率1 200 W；波長選擇：Ca 393.3 nm，Fe 259.9 nm，Na 589.5 nm，K 766.4 nm，Mg 279.5 nm。

1.4 數據處理與分析

每個葡萄干樣品都同時制備3個平行樣，平行樣測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的10%，將平行樣的均值(以干基計)作為最后結果進行數據分析。利用SPSS 24.0，用單因素方差分析，鄧肯多重比較分析及t檢驗進行數據分析，結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 方法的準確性

本文采用ICP和ICP-MS法相結合，測定葡萄干中50種礦物元素含量，測定過程使用在線內標法保證儀器的穩定性。50種元素在相應的線性范圍內，r為0.990～1.000，根據各元素在儀器上的響應值和樣品稀釋倍數，確定所有元素的檢出限為3 μg/kg，定量限為10 μg/kg。

為了驗證方法的準確性和穩定性，每批樣品測定時同時測定國家一級標準物質圓白菜(GBW 10014)、菠菜(GBW 10015)中44種待測元素含量(Pd、Ag、Sn、W、Pt、Au等6種元素沒有給出標準值)，除了Ge的測量結果回收率為63%，Al的回收率為68%，Se的回收率為132%之外，其他元素的測定值均在標準值允許范圍內，回收率為83%～115%，說明該方法是準確可靠的。

從表1不同產地、品種、年份葡萄干礦物元素含量結果可知，3個產地的葡萄干樣品Pb、As、Cr、Cd、Hg、Ni等污染物元素含量均遠低于GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的要求。

2.2 不同產地葡萄干樣品中礦物元素含量的差異性

忽略年份和品種的差異，測定3個產地每個產地18份葡萄干樣品中50種礦物元素的含量，其中24種礦物元素含量低于方法檢出限，不參與產地溯源研究。不同產地葡萄干樣品中26種礦物元素含量如表1所示。葡萄干樣品中除Ni、Sr、K外，其他元素含量在不同產地間均具有顯著性差異(P<0.05)，各產地樣品礦物元素含量均具有其自身特點。吐魯番葡萄干樣品中Mo、Mn、Cu、Zn、Rb元素平均含量較高，Li、Pb、Al、Ca、Fe、Mg、Na元素平均含量較低；哈密葡萄干樣品中Pb、Ca、Mg、Cs元素平均含量較高，Ba、V、Cr、Co、Y、La、Ce、Ti、Zn、Sc、As元素平均含量較低；和田葡萄干樣品中Li、V、Cr、Co、As、Y、La、Ce、Ti、Na、Sc、Ba、Al、Fe元素平均含量較高，Mo、Mn、Cu、Cs、Rb元素平均含量較低。3個產地葡萄干中Ca、Mg、Na、K元素含量均較高，大于100 mg/kg；Ti、Mn、Cu、Zn、Rb、Al、Fe的含量范圍在1～100 mg/kg，其余13種元素的含量較低，小于1 mg/kg。

表1 不同產地、品種和年份葡萄干礦物元素含量(以干基計)Table 1 Mineral element concentrations of raisin from different regions, varieties and years (based on dry basis)

2.3 不同年份葡萄干樣品中礦物元素含量的差異性

忽略產地和品種的差異，2016、2017、2018三個年份，每年各18份葡萄干樣品中26種礦物元素含量如表1年份列所示。不同年份樣品中礦物元素含量也有其自身特點，Ni、Cs、Sr、Zn、Rb、Na元素含量在3個年份葡萄干樣品中具有顯著性差異。3個年份中，2016年樣品中Ni元素平均含量較高，Zn、Na、Sr元素平均含量較低；2017年樣品中Zn、Rb、Na、Cs元素平均含量較高；2018年樣品中Sr元素平均含量較高，Ni、Cs、Rb元素平均含量較低。

2.4 不同品種葡萄干樣品中礦物元素含量的差異性

忽略產地和年份的差異，無核白和無核白雞心2個品種，每個品種各27份葡萄干樣品中26種礦物元素含量如表1品種列所示。2個品種的葡萄干樣品中，Sr、Cs、Zn元素含量具有顯著性差異，無核白葡萄干樣品中Sr、Zn元素平均含量較高，無核白雞心葡萄干中Cs元素含量較高。

2.5 產地、年份、品種及其交互作用對葡萄干樣品中礦物元素含量的影響

采用多因素方差分析，研究產地、年份、品種及其交互作用對葡萄干樣品中礦物元素含量的影響。結果表明，各因素對葡萄干樣品中礦物元素含量的影響順序為：產地>年份>產地×年份>品種>產地×品種>年份×品種>產地×年份×品種(采用SPSS軟件計算出的威爾克Lambda的值分別為F產地=45.334，F年份=6.429，F產地×年份=5.047，F品種=3.009，F產地×品種=2.914，F年份×品種=2.628，F產地×年份×品種=1.716)。其中，產地對Li、Sc、V、Cr、Co、As、Y、Mo、Cs、Ba、La、Ce、Pb、Ti、Mn、Cu、Al、Fe、Ca、Mg元素含量均具有極顯著影響(P<0.01)，對Zn、Rb、Na元素含量具有顯著影響(P<0.05)；年份對Li、Sr、Sc、Cs、La、Zn、Rb、Na元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Cr、Ni、Cu元素含量具有顯著影響(P<0.05)；品種對Sr、Cs、Cu、Zn元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Li、Mn元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產地×年份對Li、Sc、Cr、Ti、Cs、As、Al、Fe、K元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對V、Pb、Cu、Rb、Na元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產地×品種對Cs、Pb、Fe元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Sc、Cr、Ti元素含量具有顯著影響(P<0.05)；年份×品種對Sr、Cs元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Rb元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產地×年份×品種對Cs元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對V、As、Y元素含量具有顯著影響(P<0.05)。多因素方差分析結果表明，產地因素對葡萄干中礦物元素含量影響最大，因此礦物元素含量可以作為葡萄干產地溯源的有效指標。

各因素對每個元素含量差異性的貢獻率如表2所示。葡萄干樣品中產地因素對Li、Sc、V、Cr、Co、As、Y、Mo、Ba、La、Ce、Pb、Ti、Mn、Cu、Al、Ca、Fe、Mg共19種元素含量差異性影響最大，這些元素含量的差異性可能反映的是各地種植條件的特異性，如種植土壤、灌溉用水、所在緯度差異等；年份因素對Ni、Na、Rb元素含量差異性影響最大，元素含量的差異可能跟氣候條件有關，例如降雨、溫度和日照等因素；品種因素對Sr、Cs、Zn元素含量差異性影響最大，可能與不同品種葡萄植株的代謝作用有關；產地和年份的交互作用對K元素的含量差異性影響最大。研究表明，小麥中產地因素對Ca、Fe、Mo元素含量差異性影響最大[19]，茶葉中產地因素對Mg、Ba、Pb元素含量差異影響最大[17]。

表2 各因素對元素含量差異性的貢獻率 單位：%

由于年份不同(降水、溫度、日照時間等有差異)及氣候不同，相同品種的農產品在不同地區礦物元素含量可能會有所不同[21]；在同一地區，年份和品種的差異也可能導致農產品中礦物元素含量的變化[22]。因此，剔除受品種和年份因素影響的礦物元素指標，采用僅代表產地特征的指標才能建立穩定、準確的葡萄干產地判別模型。

3 結論

本研究采用ICP-MS法和ICP法測定國內市場3個主要產地、2個主要品種、3個年份共54份葡萄干樣品中50種礦物元素含量，分析不同產地、品種、年份葡萄干樣品中礦物元素含量的差異，并研究了產地、品種、年份及其交互作用對礦物元素含量差異的影響。結果表明：(1)各因素對葡萄干中礦物元素含量的影響順序為產地>年份>產地×年份>品種>產地×品種>年份×品種>產地×年份×品種，礦物元素含量可以作為葡萄干產地溯源的有效指標；(2)葡萄干樣品中Li、Sc、V、Cr、Co、As、Y、Mo、Ba、La、Ce、Pb、Ti、Mn、Cu、Al、Ca、Fe、Mg元素的含量主要受產地影響，Ni、Na、Rb元素的含量主要受年份影響，Sr、Cs、Zn元素的含量主要受品種影響。

綜上可知，葡萄干中礦物元素含量受產地影響較大，年份和品種次之，因此對這3種主要影響因素進行分析，篩選出與產地有關的特征礦物元素，可為地理標志葡萄干產地保護和判別提供參考。