寧夏賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬含量分析與質量安全評價

楊建興，李 謙，蔣 媛，張學玲，湯麗華，李文超

（1. 寧夏回族自治區食品檢測研究院，寧夏銀川 750002；2. 國家市場監管重點實驗室（枸杞及葡萄酒質量安全），寧夏銀川 750002；3. 寧夏賀蘭山東麓葡萄酒產業園區管理委員會，寧夏銀川 750002）

寧夏賀蘭山東麓日照充足，全年日照達3 000 h；戈壁灘上的砂土富含礦物質；賀蘭山東麓位于北緯37 °~39 °，是種植葡萄的最佳地帶；海拔在1 000~1 500 m，適合葡萄生長；年降雨量不超過200 mm。賀蘭山東麓的日照、土壤、水分、海拔和緯度都有助于種植葡萄。賀蘭山東麓葡萄酒香氣濃郁、純正，口感柔和、協調[1]。寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄產區是我國重要的“葡萄酒原產地和產品保護區域”[2-3]，具備了生產高端葡萄酒的地緣優勢，自2003 年被列為“國家地理標志產品保護區”以來，已成為中國葡萄酒的代表性產區，也被行內認定為我國葡萄酒三大“地理標志產品產地”之一[4-5]。2022 年6 月，寧夏回族自治區第十三次黨代會報告將葡萄酒產業作為“六特”產業之首[6]。目前，寧夏釀酒葡萄種植基地占地面積3.89 萬hm2，超過中國種植面積1/3。現有酒莊和種植企業實體228 家，生產葡萄酒1.38億瓶，占全國的近40%，居全國酒莊酒產量第一位；“賀蘭山東麓葡萄酒”品牌價值達301.07 億元，位列中國地理標志產品區域品牌榜第9 位，寧夏葡萄酒先后在品醇客、布魯塞爾、柏林等國際葡萄酒頂級大賽中獲得1 100 多個大獎，已成為世界公認寧夏的“紫色名片”[7]，充分體現了葡萄酒及其相關產業在經濟發展和社會影響力方面具有舉足輕重的作用。

伴隨著經濟社會的發展，葡萄酒的消費在人們的生活中逐漸提高，產區葡萄酒的產量也不斷增加，一些不法商販為了尋求利益、搶占市場，甚至從國外進口一些劣質葡萄酒以次充好，還有的通過偽造產品地理標志，偽造知名產區葡萄酒誤導消費者，給消費者利益和健康帶來了損害，給地理標志品牌競爭帶來了信任危機[8]。同時，在產區規模和產量擴大化的情況下，現代化的種植、管理、生產技術會不斷引進，農藥、化肥、環境、機械化都有可能對產區葡萄酒的質量品質、安全構成潛在的風險。就目前的研究來講，葡萄酒中的風險因素中農藥殘留、生物胺、添加劑等關注研究較多[9]，然而忽略了重金屬的污染風險研究。有研究發現，重金屬元素會隨著植物的生長被吸收富集進而影響植株的正常代謝，抑制農作物的生長，降低農產品的產量，最終使農產品的品質、安全受到影響，從而對人體健康構成一定威脅[10-12]。所以，以產區為基礎準確測定寧夏賀蘭山東麓產區葡萄酒中重金屬元素的含量，對控制葡萄酒的品質，保障人體健康起到重要作用。

目前有關葡萄酒的研究主要集中在產區土壤環境評價、產地溯源方面[13-14]，對于寧夏賀蘭山東麓主要集中在釀酒葡萄的水肥施用、種苗培育方式、釀酒葡萄營養成分品質分析等方面的研究[15-19]，但是對葡萄酒及葡萄酒中礦物元素的研究較少，尤其是對寧夏賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬元素含量分析及葡萄酒中重金屬元素對人體健康風險的安全性評價方面還不曾有相關方面的報道。以寧夏賀蘭山東麓產區主要種植的7 種釀酒葡萄赤霞珠、黑比諾、馬瑟蘭、美樂、品麗珠、蛇龍珠、西拉所釀造的葡萄酒為研究對象，借助電感耦合等離子體質譜儀對葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 的含量情況進行分析討論，并對其質量及飲用安全性進行評價，以期為寧夏賀蘭山東麓葡萄酒的產品質量進行的監控提供參考數據，指導產區和釀酒企業科學種植、科學生產，也為引導消費者安全消費提供科學指導，為推動寧夏“六特”產業葡萄酒的高質量發展提供科學性建議。

1 材料與方法

1.1 試驗試劑

單元素標準溶液：鉛、砷、鎘、鉻標準儲備液（1 000 mg/L），中國計量科學研究院提供；硝酸（HNO3）、雙氧水（H2O2），均為優級純，天津科密歐公司提供；內標元素貯備液：Bi、Ge、In、Li6、Sc、Tb、Y（10 μg/mL），美國安捷倫公司提供。

1.2 儀器與設備

7700e 型電感耦合等離子體質譜儀，美國安捷倫公司產品；UltraCLAVE 型超級微波消解化學系統，意大利Milestone 公司產品；高速粉碎機，Foss 中國產品；電子天平（SQP，賽多利斯科學儀器有限公司產品，實際分度值0.1 mg）；微量可調移液器（0.1 mL-1 mL德國Brand-705880 公司產品）；超純水系統（Milli-Q，美國Millipore 公司產品）；DHG-9145AD 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海齊欣科學儀器有限公司產品；高純氬氣（Ar），（≥99.995%），北京普萊克斯公司產品；高純氦氣（He），（≥99.995%），北京普萊克斯公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 葡萄酒樣品采集

葡萄酒樣品采自寧夏賀蘭山東麓產區，為更好地分析評價葡萄酒中重金屬含量情況，以產區各大酒莊的終端產品成品葡萄酒為采樣對象，采集產區主要種植的7 個品種（赤霞珠、黑比諾、馬瑟蘭、美樂、品麗珠、蛇龍珠、西拉） 所釀造的葡萄酒，共計115 份樣品。

1.3.2 樣品前處理

將樣品混勻后準確量取2.0 mL 試樣于微波消解管中，置于100 ℃烘箱中趕去酒精，再加入3.0 mL硝酸溶液、1.0 mL 雙氧水，放入超級微波消解儀中按照設定好的條件進行消解。消解結束后，將冷卻的消解溶液，轉移至50 mL 容量瓶中，用去離子水少量多次洗滌消解管，洗滌液合并到容量瓶中，定容至刻度，搖勻，待測，同時做空白試驗。

超級微波化學系統消解程序見表1。

表1 超級微波化學系統消解程序

1.3.3 樣品的測定

對處理好的不同品種葡萄酒樣品采用電感耦合等離子體質譜儀測定其重金屬元素Pb、As、Cd、Cr的含量。

電感耦合等離子體質譜儀工作條件見表2。

表2 電感耦合等離子體質譜儀工作條件

1.4 重金屬元素污染物限量符合性評價

重金屬的污染性已經引起食品安全領域廣泛關注，為了保障消費者飲用葡萄酒的安全，還需對污染物限量有所規定?！妒称钒踩珖覙藴适称分形廴疚锵蘖俊?（GB 2762—2022）[20]和國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）[21]對葡萄酒中重金屬元素鉛、砷、鎘、鉻的限量做了要求，其限量評價標準分別為0.20，0.20，0.01，0.05 mg/L，若測定含量超過污染物限量要求則判定為超標。

1.5 安全性評價方法

1.5.1 單項污染指數評價法

依據NY/T 398—2000《農、畜、水產品污染監測技術規范》[22]，以《食品安全國家標準食品中污染物限量》 （GB 2762—2022）[20]和國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）[21]對葡萄酒中重金屬元素鉛、砷、鎘、鉻的限量要求作為依據，計算單項污染指數，對葡萄酒中重金屬鉛、砷、鎘、鉻含量進行污染水平評價，是普遍性較強、應用最為廣泛的評價方法。葡萄酒樣品的主要污染物及其危害程度可通過單項污染指數進行評價確定。通常重金屬污染程度質量分級可劃分為3 個等級。

單項污染指數法質量分級標準見表3。

表3 單項污染指數法質量分級標準

單向污染指數計算如下：

式中：Pi——葡萄酒樣本中i 元素的單項評價指數；

Ci——葡萄酒樣本中i 元素的含量，mg/kg；

Si——污染物i 的限量標準值，mg/kg。

1.5.2 內梅羅綜合污染指數法[23]

內梅羅綜合污染指數法是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權型多因子環境質量指數。Nemerow綜合污染指數在反映各項污染物對葡萄酒作用的同時，也表現出濃度高的污染物對釀酒葡萄種植的水土、環境、空氣等綜合因素對產品質量的影響。此方法在研究污染程度領域是當前應用最普遍的評價指標，計算過程的簡便，所有個體都能兼顧，規避了主觀因素的影響。根據涉及到的重金屬污染的嚴重程度可劃分為5 個等級。

內梅羅綜合污染指數評價分級見表4。

表4 內梅羅綜合污染指數評價分級

綜合污染指數計算如下：

式中：Pn——葡萄酒的綜合污染指數；

Pimax——單項污染指數值中最大值；

1.5.3 產品污染物分擔率法[22]

污染物分擔率通常作為一項評價指標，可用于反映各單因子污染物的主次順序，可確定主要污染物項目[24]。計算公式為：

式中：PS——產品重金屬污染物i 元素所占的分擔率，%；

Pi——產品重金屬污染物i 元素的單因子污染指數；

P——各重金屬污染物單因子污染指數之和。

1.5.4 THQ/TTHQ 風險評估法

靶標危害系數（THQ） 最早由美國環保局（USEPA） 提出[25-26]，是以污染物暴露劑量與參考劑量的比值來評估人體通過食物攝取重金屬產生非致癌風險水平的一種方法。通過將葡萄酒中重金屬含量情況、人體平均體重、接觸時間、暴露非致癌物的平均時間，以及人均日消耗量等多種參數聯系起來，其目的為反映污染物對暴露人群健康的危害程度和潛在健康風險[27]。通過靶標危害系數法（THQ）評價寧夏賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬對人體的膳食風險情況，選取目前適合我國人群的暴露參數進行健康風險評估，評估人體每日通過飲用葡萄酒攝入Pb、As、Cd、Cr 重金屬所帶來的健康風險。健康風險評估THQ 計算公式為：

式中：THQ——靶標危害系數；

Ef——每年暴露于重金屬中的天數（365 d/年）；

Ed——暴露年數，以2022 年國家衛生健康委員會發布的中國居民平均壽命設定為78.2 歲；

Fir——每日葡萄酒的攝入量，以最大量計為400 mL；

Cm——葡萄酒中污染物含量，mg/L；

Rfd——污染物每日安全劑量，mg（kg·d）-1；

W——人體平均體重，以60 kg 計算；

t——非致癌性暴露的平均時間（365d/年×Ed）。

由于飲用的葡萄酒中存在多種重金屬元素，出于綜合考慮，重金屬對人體健康的影響一般是多種元素互相作用的結果，在不考慮重金屬元素之間相互協同或拮抗效應的情況下，通常將各元素的靶標危害系數求和進行綜合危害指數（TTHQ） 分析。健康風險評估TTHQ 計算公式為：

式中：TTHQ——多種重金屬元素的THQi 之和。

當THQ/TTHQ≤1，表明通過飲用葡萄酒攝入的重金屬進入人體的風險比較低，相對安全，不會對人體造成明顯的影響；當THQ/TTHQ>1 時，表明攝入的重金屬的量高于安全劑量限值，通過葡萄酒飲用攝入的重金屬進入人體存在較高的風險，可能影響人體健康，數值越大對人體健康風險越高[28]。

1.6 數據分析處理

試驗數據采用SPSS 19.0 軟件進行分析處理，圖表編輯采用Microsoft excel 2010、origin 2018 進行整理制作。

2 結果與分析

2.1 線性范圍及檢出限

選擇合適的線性范圍將配置好的標準溶液，按照1.3.3 的ICP-MS 儀器條件進行測定，以待測元素的質量濃度為橫坐標（X），離子計數信號響應強度為縱坐標（Y） 繪制線性方程。同時以待測元素的最佳分析條件下，連續測定11 針試劑空白，計算標準偏差，以自由度為10，置信度為95%時，然后按3 倍標準偏差/斜率對應的質量濃度作為檢出限。

線性方程和檢出限見表5。

表5 線性方程和檢出限

由表5 可知，該方法線性關系良好，儀器靈敏度好，能夠有效地對賀蘭山東麓葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 的含量情況進行分析。

2.2 賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬元素含量分析

按照試驗方法采用ICP-MS 測定賀蘭山東麓葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 重金屬含量。

葡萄酒中重金屬含量見表6。

表6 葡萄酒中重金屬含量

由表6 可知，測定的4 種重金屬元素含量范圍跨度比較大，Pb 含量為0.002~0.065 mg/L，As 含量為0.000 2~0.024 2 mg/L，Cd 含量為0.000 5~0.006 2 mg/L，Cr 含量為0.008~0.050 mg/L，重金屬平均含量最高的是Cr，其次是Pb，含量最小的是Cd，這與陳翔等人[3]研究的賀蘭山東麓產地土壤、釀酒葡萄中Pb、As、Cd、Cr 的含量高低情況相一致，都是Cr>Pb>As>Cd，可以初步分析說明賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬含量受產地土壤、釀酒葡萄等方面的影響有一定的相關性。按照國家標準GB 2762—2022 和國際葡萄與葡萄酒組織（OIV） 對葡萄酒中鉛、砷、鎘、鉻限量指標要求，賀蘭山東麓葡萄酒中4 種重金屬含量均不超標。

同樣，葡萄酒重金屬元素分析測試結果的變異系數（CV） 反映了元素空間的分異特征，當CV<25%屬于均勻分布，在25%～50%時屬于弱分異型，在50%~75%時屬于分異型，≥75%時屬于強分異型[19]。由表6 可知，重金屬元素檢測結果的CV 范圍為42.0%~108.9%，大小順序為Cd>Pb>As>Cr，Cr 檢測結果的CV<50%屬于均勻分布，Pb、As 屬于分異型，Cd 屬于強分異型，反映了葡萄對不同重金屬的選擇吸收的能力方式有一定的差異，因此釀造的葡萄酒中重金屬含量的分異特征也不相同，甚至差異較大。

2.3 賀蘭山東麓產區不同品種葡萄酒中重金屬元素含量分析

不同品種葡萄酒中重金屬質量濃度見表7。

表7 不同品種葡萄酒中重金屬質量濃度/mg·L-1

由表7 可知，寧夏賀蘭山東麓7 大主產品種釀造的葡萄酒中重金屬含量跨度范圍較大，不同品種葡萄酒中重金屬平均含量差異較大。7 個品種115 個葡萄酒樣本中鉛含量為黑比諾>赤霞珠>蛇龍珠>美樂>品麗珠>西拉>馬瑟蘭；砷的含量為蛇龍珠>西拉>美樂> 赤霞珠> 品麗珠> 馬瑟蘭> 黑比諾；鎘的含量為黑比諾>赤霞珠>蛇龍珠>西拉>品麗珠> 美樂> 馬瑟蘭；鉻的含量為蛇龍珠> 赤霞珠>黑比諾>馬瑟蘭>品麗珠>美樂>西拉，其中黑比諾、蛇龍珠、赤霞珠中4 中重金屬的含量相對其他幾種葡萄酒較高，馬瑟蘭中4 種重金屬含量較其他幾種要低。由此可見，不同品種的葡萄酒中重金屬富集能力有著較大的差異，這可能由于釀酒葡萄品種的差異性對種植的環境、土壤的差異性也不同，因而富集重金屬的能力強弱也不同。

2.4 寧夏賀蘭山東麓不同品種葡萄酒重金屬污染狀況評價

2.4.1 單項污染指數法評價

依據NY/T 398—2000《農、畜、水產品污染監測技術規范》[22]，以《食品安全國家標準食品中污染物限量》 （GB2762—2022）[20]和國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）[21]對葡萄酒中重金屬元素鉛、砷、鎘、鉻的限量要求作為依據，計算單項污染指數。

葡萄酒重金屬單向污染指數（Pi） 評價結果見表8。

表8 葡萄酒重金屬單向污染指數（Pi） 評價結果

由表8 可知，寧夏賀蘭山東麓產區七大品種釀酒葡萄釀造的葡萄酒中重金屬單向污染指數為0.016~0.50，單獨4 種重金屬的單向污染指數范圍分別為Pb 0.033~0.092，As 0.016~0.030，Cd 0.027~0.092，Cr 0.29~0.50。對4 種重金屬元素的單向污染指數進行比較發現，Pb 的單向污染指數黑比諾>赤霞珠>蛇龍珠>美樂>品麗珠>西拉>馬瑟蘭；As的單向污染指數蛇龍珠>西拉>美樂>赤霞珠>品麗珠>馬瑟蘭>黑比諾；Cd 的單向污染指數黑比諾>赤霞珠>蛇龍珠> 西拉> 品麗珠> 美樂> 馬瑟蘭；Cr 的單向污染指數蛇龍珠>赤霞珠>黑比諾>馬瑟蘭>品麗珠>美樂>西拉。其中，赤霞珠、黑比諾、蛇龍珠3 個品種的葡萄酒中單向污染指數相對于其他幾個品種葡萄酒的較高，蛇龍珠的Cr 單向污染指數最高為0.50，整個產所有品種均小于0.6，都屬于一級葡萄酒。從整個葡萄酒中重金屬檢測結果看都能檢出，但是4 種重金屬污染物的含量遠低于背景值，這也充分說明寧夏賀蘭山東麓葡萄酒的污染程度很低。

2.4.2 內梅羅（Nemerow） 綜合污染指數法評價

寧夏賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬綜合污染指數法的評價結果表明，樣品測定的綜合污染指數為0.26~0.69，其中赤霞珠品種釀造的葡萄酒的綜合污染指數最高為0.69，西拉品種釀造的葡萄酒的綜合污染指數最小，但是整個產區的綜合污染指數均小于0.7，綜合污染評價結果為清潔水平，達到安全未受到污染的狀況。

葡萄酒重金屬綜合污染指數（Pn） 評價結果見表9。

表9 葡萄酒重金屬綜合污染指數（Pn） 評價結果

2.4.3 葡萄酒重金屬污染物分擔率情況

葡萄酒重金屬污染物分擔率見表10。

表10 葡萄酒重金屬污染物分擔率

由表10 可知，從Pb、As、Cd、Cr 這4 個嚴格把控的重金屬指標來看，寧夏賀蘭山東麓7 個品種的葡萄酒重金屬污染物Cr 的分擔率最高，所以Cr是葡萄酒中主要的重金屬污染物，對葡萄酒的污染貢獻最大。對于不同的重金屬污染物來講，在不同品種葡萄酒中的貢獻率也有很大的差異，對于KPb的貢獻率來講黑比諾的最高為13.72%，KAs 中貢獻率最高的是西拉為6.24%，KCd 中貢獻率最高的是黑比諾為13.71%，KCr 中貢獻率最高的是馬瑟蘭為84.75%，雖然各個重金屬元素的污染指數低于背景值，但是從各自在不同品種葡萄酒中的貢獻率來看，還是要將重金屬污染物列為重點監測的項目，要從源頭上控制可能出現的污染。

2.5 寧夏賀蘭山東麓不同品種葡萄酒重金屬健康風險評估

基于寧夏賀蘭山東麓產區7 個品種葡萄酒樣品中鉛、砷、鎘、鉻4 種重金屬元素含量的平均值，查閱并參考聯合國糧食及農業組織/ 世界衛生組織（FAO/WHO） 食品添加劑委員會（JECFA） 對污染物攝入量的安全劑量PTWI 的推薦值[3]，采用THQ/TTHQ 法對賀蘭山東麓葡萄酒的飲用攝入風險進行評估。

葡萄酒重金屬健康風險評估見表11。

表11 葡萄酒重金屬健康風險評估

由表11 可知，所有品種的葡萄酒中，每種重金屬元素的THQ 值都小于1，TTHQ 值也均小于1，通過數據分析表明，寧夏賀蘭山東麓葡萄酒樣品中雖然能檢出一定量的重金屬元素，但是通過膳食途徑攝入的葡萄酒風險較低，對人體沒有明顯的健康影響。對4 種重金屬的綜合風險指數TTHQ 進行分析，可以看出蛇龍珠、赤霞珠、黑比諾3 個品種的葡萄酒的TTHQ 明顯高于其他幾個品種，與前邊的單向污染指數的評價結果趨勢一直，分析可能的原因是蛇龍珠、赤霞珠、黑比諾3 個品種相對于其他品種，在寧夏賀蘭山東麓產區種植規模大、種植時間較長、品種受產區種植環境的影響較大。

3 結論

建立了電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS） 測定寧夏賀蘭山東麓產區7 個主要品種赤霞珠、黑比諾、馬瑟蘭、美樂、品麗珠、蛇龍珠、西拉所釀造的葡萄酒中4 種重金屬元素含量，并采用單項污染指數法、內梅羅綜合污染指數法和靶標危害系數法對賀蘭山東麓葡萄酒的重金屬含量、重金屬污染狀況、質量安全級別和膳食風險暴露情況進行評估。研究表明，寧夏賀蘭山東麓7 大品種葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 等重金屬元素的含量較低，按照國家標準GB 2762—2022 和國際葡萄與葡萄酒組織（OIV）對葡萄酒中鉛、砷、鎘、鉻限量指標要求，賀蘭山東麓葡萄酒中4 種重金屬含量均不超標。依據NY/T 398—2000《農、畜、水產品污染監測技術規范》的要求，單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法分析表明，4 種重金屬污染物的含量遠低于背景值，綜合污染評價結果為清潔水平，達到安全未受到污染的狀況，這也充分說明寧夏賀蘭山東麓葡萄酒的污染程度很低，整個產區未受到外界污染。采用THQ/TTHQ 法對賀蘭山東麓葡萄酒的飲用攝入風險進行評估，THQ 值和TTHQ 值均小于1，說明通過膳食途徑攝入的葡萄酒風險較低，對人體沒有明顯的健康影響，寧夏賀蘭山東麓葡萄酒整體水平是安全的。

綜上所述，從結果分析看雖然寧夏賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬含量遠低于限量標準，但是葡萄酒產業作為寧夏“六特”產業之首，在大力促進葡萄酒產業高質量發展的同時，要更加重視重金屬元素的監控，在整個產業發展中要做到合理施肥、合理噴灑農藥、切實保護產區環境、水土安全，避免重金屬超標，因此對賀蘭山東麓葡萄酒中重金屬元素的研究以及健康風險研究還需持續化。