前言：消費(fèi)者希望了解所購(gòu)買食品的安全性和可靠性的需求日益增加。在高價(jià)值 食品中摻入低品質(zhì)組分或?qū)⒏邇r(jià)值食品替換為低品質(zhì)組分的現(xiàn)象令人擔(dān) 憂。將廉價(jià)的產(chǎn)品使用虛假標(biāo)簽標(biāo)注為高價(jià)值品牌，然后作為*級(jí)產(chǎn)品出 售，也可以獲取利潤(rùn)，對(duì)于與特定產(chǎn)地相關(guān)的食品而言尤其如此。葡萄 酒、奶酪、火腿、橄欖油和蜂蜜經(jīng)常出現(xiàn)這種情況。將 DNA 指紋圖譜與多 種有機(jī)標(biāo)記物的檢測(cè)相結(jié)合，人們提出了一種多元素分析方法，用于鑒定 食品的真?zhèn)巍?多種因素影響食品和飲料中的元素組成。例如，葡萄酒的金屬元素特征取 決于葡萄種植的土壤的組成、葡萄栽培實(shí)踐（例如，施用農(nóng)用化學(xué)品及灌 溉）以及葡萄酒釀造過(guò)程（包括儲(chǔ)存和陳化）[1]

通過(guò)原子光譜對(duì)痕量元素進(jìn)行特征識(shí)別的方法已被用于 確定葡萄酒是否可以被鑒定為來(lái)自特定區(qū)域 [2]。多年 來(lái)，ICP-MS一直被用于葡萄酒的元素指紋圖譜分析 [3-7]。 本研究采用 ICP-MS 針對(duì)葡萄園產(chǎn)地和釀酒廠加工過(guò) 程對(duì) 65 個(gè)紅葡萄酒樣品的綜合影響進(jìn)行了研究。使用 Agilent Mass Profiler Professional (MPP) 集成式化學(xué)計(jì)量學(xué) 軟件，通過(guò) 63 種元素的濃度表征對(duì)不同葡萄酒的產(chǎn)地 進(jìn)行建模分析。通過(guò)分析來(lái)源于同一葡萄園但是在不同 釀酒廠加工的葡萄酒，可以將葡萄園的影響與釀酒廠的 影響分開(kāi)，反之亦然。這樣有助于了解葡萄酒的元素特 征在生產(chǎn)過(guò)程中改變的程度。

實(shí)驗(yàn) 化學(xué)品與標(biāo)準(zhǔn)品 在所有校準(zhǔn)溶液配制和稀釋中均使用超純水 (18 MWcm–1, EMD Millipore) 和乙醇 (200 proof, Gold Shield Distributors, Hayward, CA)。使用前，將混合內(nèi)標(biāo)用 1% HNO3 按 1:10 進(jìn)行稀釋。SPEX CertiPrep 多元素校準(zhǔn)標(biāo)樣（1、2A、3 和 4）和混合內(nèi)標(biāo)（10 mg/L，溶于 1% HNO3 中）購(gòu)自 SPEX, Metuchen, NJ。超純硝酸購(gòu)自賽默飛世爾科技公 司，環(huán)境加標(biāo)混合溶液來(lái)自安捷倫。 樣品與樣品前處理 來(lái)自加利福尼亞北部五個(gè)不同葡萄園的 65 個(gè)市售紅葡 萄酒樣品為五家不同的商業(yè)釀酒廠所生產(chǎn)，如圖 1 所 示。每種葡萄酒均由單一葡萄栽培品種制成，包括歐亞 種葡萄、赤霞珠、梅洛、黑比諾。每個(gè)釀酒廠均使用單 獨(dú)的發(fā)酵容器對(duì)來(lái)自各個(gè)葡萄園的葡萄進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵 完成后，在進(jìn)行其他后續(xù)發(fā)酵處理之前，直接從不銹 鋼罐中取樣。將葡萄酒取樣至不含金屬的 50 mL 塑料管 (VWR, Radnor, PA) 中，在分析之前儲(chǔ)存于 4 °C 下。分析 前，將所有葡萄酒樣品用 5% HNO3 按 1:3 的比例進(jìn)行稀 釋，使乙醇含量降至約 4%，對(duì)每個(gè)樣品重復(fù)分析兩次

儀器：本研究采用了配備八極桿反應(yīng)池系統(tǒng) (ORS3 ) 碰撞/反應(yīng) 池的 Agilent 7700x ICP-MS。使用 1% 硝酸將含有 6 Li、Sc、 Ge、Y、In、Tb 和 Bi 的內(nèi)標(biāo) (ISTD) 溶液稀釋至 1 µg/L。 使用霧化器之前的混合三通將 ISTD 溶液與樣品在線混 合。使用安捷倫調(diào)諧混標(biāo)（Li、Y、Ce、Tl 和 Co）和安捷倫檢測(cè)器 P/A 校準(zhǔn)溶液（Zn、Be、Cd、As、Ni、Pb、 Mg、Th、Ca、Co、Sr、V、Cr、Mn、6Li、Sc、In、Lu、 Bi、Y、Yb、Mo、Sb、Sn、Ge、Ru、Pd、Ti 和 Ir）對(duì) ICPMS 進(jìn)行每日的校準(zhǔn)和調(diào)諧。利用安捷倫環(huán)境加標(biāo)混合 標(biāo)樣對(duì)葡萄酒樣品加標(biāo)。表 1 列出了儀器操作參數(shù)。

校準(zhǔn) 用 5% HNO3 和 4% 乙醇對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行基體匹配，使 之與葡萄酒樣品重點(diǎn)酸和碳含量相匹配，對(duì)所有 63 種 監(jiān)測(cè)的元素在 0 和 500 µg/L 的濃度之間進(jìn)行六點(diǎn)校 準(zhǔn)。表 2 列出了所檢測(cè)的全部 46 種元素及其檢測(cè)限 (LOD)。濃度較高的元素（> 500 µg/L；B、Na、Mg、 Si、P、K、Ca、Mn、Cu、Rb、Sr 和 Ba）用 5% HNO3 按 1:1000 稀釋后進(jìn)行分析（標(biāo)準(zhǔn)溶液用 5% 的 HNO3 進(jìn)行 基體匹配）。在整個(gè)運(yùn)行中分析加標(biāo)樣品，以確保分析 方法的有效性，并且每 10 個(gè)樣品運(yùn)行一次連續(xù)校準(zhǔn)空 白樣品和連續(xù)校準(zhǔn)驗(yàn)證樣品。

使用 Mass Profiler Professional 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 Agilent ICP-MS MassHunter 軟件用于采集和分析數(shù)據(jù)。 在數(shù)據(jù)分析中，將所有葡萄酒的元素濃度導(dǎo)入安捷倫集 成式 MPP 化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，對(duì)大的復(fù)雜數(shù)據(jù)組（65 個(gè) 葡萄酒樣品 × 46 個(gè)監(jiān)測(cè)的元素 × 三次重復(fù)測(cè)定）進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)分析。MPP 還提供了便于研究和確定多維數(shù)據(jù)組 的關(guān)系的數(shù)據(jù)可視化工具，在本例中，該數(shù)據(jù)組為來(lái)自 五個(gè)不同的葡萄園和釀酒廠組合的 65 個(gè)葡萄酒樣品和 46 種元素濃度。在 MPP 中對(duì) log2 刻度濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行方 差分析 (ANOVA)，以評(píng)價(jià)釀酒廠和葡萄園的影響以及釀 酒廠與葡萄園的相互影響。將統(tǒng)計(jì)顯著性設(shè)置為 5%。 選擇規(guī)范變量分析 (CVA) 作為一種分類技術(shù)，使用多變 量 ANOVA 模型研究各個(gè)釀酒廠、葡萄園和釀酒廠-葡萄 園組合彼此之間的差異。

結(jié)果與討論：元素分析 在 63 種監(jiān)測(cè)的元素中，檢測(cè)到 46 種，將這 46 種元素 包含于隨后的數(shù)據(jù)分析中。在整個(gè)序列中分析加標(biāo)樣 品得到的回收率在 93%（對(duì)于 Ba）和 103%（對(duì)于 Ca） 之間。所檢測(cè)的元素未表現(xiàn)出與不同的葡萄栽培品種相 關(guān)聯(lián)的顯著差異。然而，在五家不同的釀酒廠（33 種 顯著不同的元素）、五家不同的葡萄園（26 種顯著不同 的元素）和 15 種不同的釀酒廠-葡萄園組合（17 種顯著 不同的元素：Be、Na、P、Ti、Zn、As、Rb、Cd、Sb、 Cs、La、Pr、Dy、Er、Tm、Yb 和 Tl）之間發(fā)現(xiàn)元素含量 存在顯著差異。這些發(fā)現(xiàn)表明葡萄種植與葡萄酒釀造均 影響葡萄酒的元素組成。相比于不同的葡萄園產(chǎn)地，采 用不同加工方法的釀酒廠所制得的葡萄酒之間存在更多 顯著不同的元素。這可以解釋為葡萄酒釀造方法比葡萄 園位置對(duì)葡萄酒的元素含量影響更大。有關(guān)葡萄園和釀 酒廠影響的完整詳細(xì)數(shù)據(jù)可參見(jiàn) Hopfer 等人于 2015 年 發(fā)表的文獻(xiàn) [1]。

釀酒廠與葡萄園相互影響 基于上文提及的 17 種元素，使用 MPP 軟件獲得樣品的 CVA 圖示（圖 2）。來(lái)自 A 和 B 釀酒廠的葡萄酒存在清晰 的簇。葡萄園 1 中種植的葡萄（A1、C1 和 D1）形成群 組，與釀造葡萄酒的釀酒廠無(wú)關(guān)。類似的模式存在于葡 萄園 5 中種植的葡萄。葡萄園 2 和 3 在地理位置上彼此 靠近，其土壤條件可能相似。這反映在分值圖（圖 2） 中，其中 A2 和 B2 葡萄酒位于圖片右側(cè)，而 A3 和 B3 葡萄酒位于左側(cè)。對(duì)于葡萄園 4 中種植的葡萄，僅制備 了兩個(gè)樣品（B4 和 E4），而結(jié)果表明釀酒廠對(duì)元素組 成的影響掩蓋了葡萄園的影響。 根據(jù)圖 3A 和 3B 所示的分值箱線圖和總結(jié)構(gòu)系數(shù)，可 以研究哪些元素促成了圖 2 所示的葡萄酒樣品的分離。 圖 3A 表明沿水平第一維度 CV1，葡萄酒受到較強(qiáng)的葡 萄園影響（對(duì)于出現(xiàn)在 CV1 刻度相對(duì)側(cè)的葡萄園 1 和 5 而言）或受到釀酒廠葡萄園綜合影響（對(duì)于釀酒廠 A 和 B 以及葡萄園 2 和 4）而分離。引起葡萄酒的水平 分離的元素如圖 3B 所示。右側(cè)葡萄酒中存在較高濃度 的 Be、Rb、Cs、Tl 和某些稀土元素，而左側(cè)葡萄酒與 Na、P、Ti、Zn、As 相關(guān)并且在較小程度上與 Cd 和 Sb 相關(guān)。

結(jié)論 元素分析越來(lái)越多地應(yīng)用于對(duì)食品和飲料（包括葡萄 酒）的產(chǎn)地進(jìn)行表征。為了更好地了解葡萄園產(chǎn)地和釀 酒廠加工的綜合影響，通過(guò)將 Agilent 7700x/7800 ICP-MS 與 Agilent Mass Profiler Professional 化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件相結(jié) 合對(duì) 65 個(gè)紅葡萄酒中的元素含量進(jìn)行了研究。研究表 明元素特征無(wú)法區(qū)分不同類型的葡萄（葡萄品種）。然 而，元素指紋圖譜分析能夠根據(jù)葡萄園產(chǎn)地、釀酒廠以 及兩種因素的組合對(duì)葡萄酒樣品進(jìn)行分類。17 種元素 表明存在顯著的釀酒廠-葡萄園相互影響，即在 15 種釀 酒廠葡萄園組合中，這 17 種元素的元素濃度均在不同 程度上受到葡萄種植和葡萄酒釀造的共同影響。對(duì)這些 綜合影響的研究使我們對(duì)使用多元素指紋圖譜測(cè)定紅葡 萄酒的產(chǎn)地有了更深入的了解。