宁夏贺兰山东麓葡萄酒中重金属含量分析与质量安全评价

杨建兴，李 谦，蒋 媛，张学玲，汤丽华，李文超

（1. 宁夏回族自治区食品检测研究院，宁夏银川 750002；2. 国家市场监管重点实验室（枸杞及葡萄酒质量安全），宁夏银川 750002；3. 宁夏贺兰山东麓葡萄酒产业园区管理委员会，宁夏银川 750002）

宁夏贺兰山东麓日照充足，全年日照达3 000 h；戈壁滩上的砂土富含矿物质；贺兰山东麓位于北纬37 °~39 °，是种植葡萄的最佳地带；海拔在1 000~1 500 m，适合葡萄生长；年降雨量不超过200 mm。贺兰山东麓的日照、土壤、水分、海拔和纬度都有助于种植葡萄。贺兰山东麓葡萄酒香气浓郁、纯正，口感柔和、协调[1]。宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄产区是我国重要的“葡萄酒原产地和产品保护区域”[2-3]，具备了生产高端葡萄酒的地缘优势，自2003 年被列为“国家地理标志产品保护区”以来，已成为中国葡萄酒的代表性产区，也被行内认定为我国葡萄酒三大“地理标志产品产地”之一[4-5]。2022 年6 月，宁夏回族自治区第十三次党代会报告将葡萄酒产业作为“六特”产业之首[6]。目前，宁夏酿酒葡萄种植基地占地面积3.89 万hm2，超过中国种植面积1/3。现有酒庄和种植企业实体228 家，生产葡萄酒1.38亿瓶，占全国的近40%，居全国酒庄酒产量第一位；“贺兰山东麓葡萄酒”品牌价值达301.07 亿元，位列中国地理标志产品区域品牌榜第9 位，宁夏葡萄酒先后在品醇客、布鲁塞尔、柏林等国际葡萄酒顶级大赛中获得1 100 多个大奖，已成为世界公认宁夏的“紫色名片”[7]，充分体现了葡萄酒及其相关产业在经济发展和社会影响力方面具有举足轻重的作用。

伴随着经济社会的发展，葡萄酒的消费在人们的生活中逐渐提高，产区葡萄酒的产量也不断增加，一些不法商贩为了寻求利益、抢占市场，甚至从国外进口一些劣质葡萄酒以次充好，还有的通过伪造产品地理标志，伪造知名产区葡萄酒误导消费者，给消费者利益和健康带来了损害，给地理标志品牌竞争带来了信任危机[8]。同时，在产区规模和产量扩大化的情况下，现代化的种植、管理、生产技术会不断引进，农药、化肥、环境、机械化都有可能对产区葡萄酒的质量品质、安全构成潜在的风险。就目前的研究来讲，葡萄酒中的风险因素中农药残留、生物胺、添加剂等关注研究较多[9]，然而忽略了重金属的污染风险研究。有研究发现，重金属元素会随着植物的生长被吸收富集进而影响植株的正常代谢，抑制农作物的生长，降低农产品的产量，最终使农产品的品质、安全受到影响，从而对人体健康构成一定威胁[10-12]。所以，以产区为基础准确测定宁夏贺兰山东麓产区葡萄酒中重金属元素的含量，对控制葡萄酒的品质，保障人体健康起到重要作用。

目前有关葡萄酒的研究主要集中在产区土壤环境评价、产地溯源方面[13-14]，对于宁夏贺兰山东麓主要集中在酿酒葡萄的水肥施用、种苗培育方式、酿酒葡萄营养成分品质分析等方面的研究[15-19]，但是对葡萄酒及葡萄酒中矿物元素的研究较少，尤其是对宁夏贺兰山东麓葡萄酒中重金属元素含量分析及葡萄酒中重金属元素对人体健康风险的安全性评价方面还不曾有相关方面的报道。以宁夏贺兰山东麓产区主要种植的7 种酿酒葡萄赤霞珠、黑比诺、马瑟兰、美乐、品丽珠、蛇龙珠、西拉所酿造的葡萄酒为研究对象，借助电感耦合等离子体质谱仪对葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 的含量情况进行分析讨论，并对其质量及饮用安全性进行评价，以期为宁夏贺兰山东麓葡萄酒的产品质量进行的监控提供参考数据，指导产区和酿酒企业科学种植、科学生产，也为引导消费者安全消费提供科学指导，为推动宁夏“六特”产业葡萄酒的高质量发展提供科学性建议。

1 材料与方法

1.1 试验试剂

单元素标准溶液：铅、砷、镉、铬标准储备液（1 000 mg/L），中国计量科学研究院提供；硝酸（HNO3）、双氧水（H2O2），均为优级纯，天津科密欧公司提供；内标元素贮备液：Bi、Ge、In、Li6、Sc、Tb、Y（10 μg/mL），美国安捷伦公司提供。

1.2 仪器与设备

7700e 型电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦公司产品；UltraCLAVE 型超级微波消解化学系统，意大利Milestone 公司产品；高速粉碎机，Foss 中国产品；电子天平（SQP，赛多利斯科学仪器有限公司产品，实际分度值0.1 mg）；微量可调移液器（0.1 mL-1 mL德国Brand-705880 公司产品）；超纯水系统（Milli-Q，美国Millipore 公司产品）；DHG-9145AD 型电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司产品；高纯氩气（Ar），（≥99.995%），北京普莱克斯公司产品；高纯氦气（He），（≥99.995%），北京普莱克斯公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 葡萄酒样品采集

葡萄酒样品采自宁夏贺兰山东麓产区，为更好地分析评价葡萄酒中重金属含量情况，以产区各大酒庄的终端产品成品葡萄酒为采样对象，采集产区主要种植的7 个品种（赤霞珠、黑比诺、马瑟兰、美乐、品丽珠、蛇龙珠、西拉） 所酿造的葡萄酒，共计115 份样品。

1.3.2 样品前处理

将样品混匀后准确量取2.0 mL 试样于微波消解管中，置于100 ℃烘箱中赶去酒精，再加入3.0 mL硝酸溶液、1.0 mL 双氧水，放入超级微波消解仪中按照设定好的条件进行消解。消解结束后，将冷却的消解溶液，转移至50 mL 容量瓶中，用去离子水少量多次洗涤消解管，洗涤液合并到容量瓶中，定容至刻度，摇匀，待测，同时做空白试验。

超级微波化学系统消解程序见表1。

表1 超级微波化学系统消解程序

1.3.3 样品的测定

对处理好的不同品种葡萄酒样品采用电感耦合等离子体质谱仪测定其重金属元素Pb、As、Cd、Cr的含量。

电感耦合等离子体质谱仪工作条件见表2。

表2 电感耦合等离子体质谱仪工作条件

1.4 重金属元素污染物限量符合性评价

重金属的污染性已经引起食品安全领域广泛关注，为了保障消费者饮用葡萄酒的安全，还需对污染物限量有所规定。《食品安全国家标准食品中污染物限量》 （GB 2762—2022）[20]和国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）[21]对葡萄酒中重金属元素铅、砷、镉、铬的限量做了要求，其限量评价标准分别为0.20，0.20，0.01，0.05 mg/L，若测定含量超过污染物限量要求则判定为超标。

1.5 安全性评价方法

1.5.1 单项污染指数评价法

依据NY/T 398—2000《农、畜、水产品污染监测技术规范》[22]，以《食品安全国家标准食品中污染物限量》 （GB 2762—2022）[20]和国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）[21]对葡萄酒中重金属元素铅、砷、镉、铬的限量要求作为依据，计算单项污染指数，对葡萄酒中重金属铅、砷、镉、铬含量进行污染水平评价，是普遍性较强、应用最为广泛的评价方法。葡萄酒样品的主要污染物及其危害程度可通过单项污染指数进行评价确定。通常重金属污染程度质量分级可划分为3 个等级。

单项污染指数法质量分级标准见表3。

表3 单项污染指数法质量分级标准

单向污染指数计算如下：

式中：Pi——葡萄酒样本中i 元素的单项评价指数；

Ci——葡萄酒样本中i 元素的含量，mg/kg；

Si——污染物i 的限量标准值，mg/kg。

1.5.2 内梅罗综合污染指数法[23]

内梅罗综合污染指数法是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数。Nemerow综合污染指数在反映各项污染物对葡萄酒作用的同时，也表现出浓度高的污染物对酿酒葡萄种植的水土、环境、空气等综合因素对产品质量的影响。此方法在研究污染程度领域是当前应用最普遍的评价指标，计算过程的简便，所有个体都能兼顾，规避了主观因素的影响。根据涉及到的重金属污染的严重程度可划分为5 个等级。

内梅罗综合污染指数评价分级见表4。

表4 内梅罗综合污染指数评价分级

综合污染指数计算如下：

式中：Pn——葡萄酒的综合污染指数；

Pimax——单项污染指数值中最大值；

1.5.3 产品污染物分担率法[22]

污染物分担率通常作为一项评价指标，可用于反映各单因子污染物的主次顺序，可确定主要污染物项目[24]。计算公式为：

式中：PS——产品重金属污染物i 元素所占的分担率，%；

Pi——产品重金属污染物i 元素的单因子污染指数；

P——各重金属污染物单因子污染指数之和。

1.5.4 THQ/TTHQ 风险评估法

靶标危害系数（THQ） 最早由美国环保局（USEPA） 提出[25-26]，是以污染物暴露剂量与参考剂量的比值来评估人体通过食物摄取重金属产生非致癌风险水平的一种方法。通过将葡萄酒中重金属含量情况、人体平均体重、接触时间、暴露非致癌物的平均时间，以及人均日消耗量等多种参数联系起来，其目的为反映污染物对暴露人群健康的危害程度和潜在健康风险[27]。通过靶标危害系数法（THQ）评价宁夏贺兰山东麓葡萄酒中重金属对人体的膳食风险情况，选取目前适合我国人群的暴露参数进行健康风险评估，评估人体每日通过饮用葡萄酒摄入Pb、As、Cd、Cr 重金属所带来的健康风险。健康风险评估THQ 计算公式为：

式中：THQ——靶标危害系数；

Ef——每年暴露于重金属中的天数（365 d/年）；

Ed——暴露年数，以2022 年国家卫生健康委员会发布的中国居民平均寿命设定为78.2 岁；

Fir——每日葡萄酒的摄入量，以最大量计为400 mL；

Cm——葡萄酒中污染物含量，mg/L；

Rfd——污染物每日安全剂量，mg（kg·d）-1；

W——人体平均体重，以60 kg 计算；

t——非致癌性暴露的平均时间（365d/年×Ed）。

由于饮用的葡萄酒中存在多种重金属元素，出于综合考虑，重金属对人体健康的影响一般是多种元素互相作用的结果，在不考虑重金属元素之间相互协同或拮抗效应的情况下，通常将各元素的靶标危害系数求和进行综合危害指数（TTHQ） 分析。健康风险评估TTHQ 计算公式为：

式中：TTHQ——多种重金属元素的THQi 之和。

当THQ/TTHQ≤1，表明通过饮用葡萄酒摄入的重金属进入人体的风险比较低，相对安全，不会对人体造成明显的影响；当THQ/TTHQ>1 时，表明摄入的重金属的量高于安全剂量限值，通过葡萄酒饮用摄入的重金属进入人体存在较高的风险，可能影响人体健康，数值越大对人体健康风险越高[28]。

1.6 数据分析处理

试验数据采用SPSS 19.0 软件进行分析处理，图表编辑采用Microsoft excel 2010、origin 2018 进行整理制作。

2 结果与分析

2.1 线性范围及检出限

选择合适的线性范围将配置好的标准溶液，按照1.3.3 的ICP-MS 仪器条件进行测定，以待测元素的质量浓度为横坐标（X），离子计数信号响应强度为纵坐标（Y） 绘制线性方程。同时以待测元素的最佳分析条件下，连续测定11 针试剂空白，计算标准偏差，以自由度为10，置信度为95%时，然后按3 倍标准偏差/斜率对应的质量浓度作为检出限。

线性方程和检出限见表5。

表5 线性方程和检出限

由表5 可知，该方法线性关系良好，仪器灵敏度好，能够有效地对贺兰山东麓葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 的含量情况进行分析。

2.2 贺兰山东麓葡萄酒中重金属元素含量分析

按照试验方法采用ICP-MS 测定贺兰山东麓葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 重金属含量。

葡萄酒中重金属含量见表6。

表6 葡萄酒中重金属含量

由表6 可知，测定的4 种重金属元素含量范围跨度比较大，Pb 含量为0.002~0.065 mg/L，As 含量为0.000 2~0.024 2 mg/L，Cd 含量为0.000 5~0.006 2 mg/L，Cr 含量为0.008~0.050 mg/L，重金属平均含量最高的是Cr，其次是Pb，含量最小的是Cd，这与陈翔等人[3]研究的贺兰山东麓产地土壤、酿酒葡萄中Pb、As、Cd、Cr 的含量高低情况相一致，都是Cr>Pb>As>Cd，可以初步分析说明贺兰山东麓葡萄酒中重金属含量受产地土壤、酿酒葡萄等方面的影响有一定的相关性。按照国家标准GB 2762—2022 和国际葡萄与葡萄酒组织（OIV） 对葡萄酒中铅、砷、镉、铬限量指标要求，贺兰山东麓葡萄酒中4 种重金属含量均不超标。

同样，葡萄酒重金属元素分析测试结果的变异系数（CV） 反映了元素空间的分异特征，当CV<25%属于均匀分布，在25%～50%时属于弱分异型，在50%~75%时属于分异型，≥75%时属于强分异型[19]。由表6 可知，重金属元素检测结果的CV 范围为42.0%~108.9%，大小顺序为Cd>Pb>As>Cr，Cr 检测结果的CV<50%属于均匀分布，Pb、As 属于分异型，Cd 属于强分异型，反映了葡萄对不同重金属的选择吸收的能力方式有一定的差异，因此酿造的葡萄酒中重金属含量的分异特征也不相同，甚至差异较大。

2.3 贺兰山东麓产区不同品种葡萄酒中重金属元素含量分析

不同品种葡萄酒中重金属质量浓度见表7。

表7 不同品种葡萄酒中重金属质量浓度/mg·L-1

由表7 可知，宁夏贺兰山东麓7 大主产品种酿造的葡萄酒中重金属含量跨度范围较大，不同品种葡萄酒中重金属平均含量差异较大。7 个品种115 个葡萄酒样本中铅含量为黑比诺>赤霞珠>蛇龙珠>美乐>品丽珠>西拉>马瑟兰；砷的含量为蛇龙珠>西拉>美乐> 赤霞珠> 品丽珠> 马瑟兰> 黑比诺；镉的含量为黑比诺>赤霞珠>蛇龙珠>西拉>品丽珠> 美乐> 马瑟兰；铬的含量为蛇龙珠> 赤霞珠>黑比诺>马瑟兰>品丽珠>美乐>西拉，其中黑比诺、蛇龙珠、赤霞珠中4 中重金属的含量相对其他几种葡萄酒较高，马瑟兰中4 种重金属含量较其他几种要低。由此可见，不同品种的葡萄酒中重金属富集能力有着较大的差异，这可能由于酿酒葡萄品种的差异性对种植的环境、土壤的差异性也不同，因而富集重金属的能力强弱也不同。

2.4 宁夏贺兰山东麓不同品种葡萄酒重金属污染状况评价

2.4.1 单项污染指数法评价

依据NY/T 398—2000《农、畜、水产品污染监测技术规范》[22]，以《食品安全国家标准食品中污染物限量》 （GB2762—2022）[20]和国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）[21]对葡萄酒中重金属元素铅、砷、镉、铬的限量要求作为依据，计算单项污染指数。

葡萄酒重金属单向污染指数（Pi） 评价结果见表8。

表8 葡萄酒重金属单向污染指数（Pi） 评价结果

由表8 可知，宁夏贺兰山东麓产区七大品种酿酒葡萄酿造的葡萄酒中重金属单向污染指数为0.016~0.50，单独4 种重金属的单向污染指数范围分别为Pb 0.033~0.092，As 0.016~0.030，Cd 0.027~0.092，Cr 0.29~0.50。对4 种重金属元素的单向污染指数进行比较发现，Pb 的单向污染指数黑比诺>赤霞珠>蛇龙珠>美乐>品丽珠>西拉>马瑟兰；As的单向污染指数蛇龙珠>西拉>美乐>赤霞珠>品丽珠>马瑟兰>黑比诺；Cd 的单向污染指数黑比诺>赤霞珠>蛇龙珠> 西拉> 品丽珠> 美乐> 马瑟兰；Cr 的单向污染指数蛇龙珠>赤霞珠>黑比诺>马瑟兰>品丽珠>美乐>西拉。其中，赤霞珠、黑比诺、蛇龙珠3 个品种的葡萄酒中单向污染指数相对于其他几个品种葡萄酒的较高，蛇龙珠的Cr 单向污染指数最高为0.50，整个产所有品种均小于0.6，都属于一级葡萄酒。从整个葡萄酒中重金属检测结果看都能检出，但是4 种重金属污染物的含量远低于背景值，这也充分说明宁夏贺兰山东麓葡萄酒的污染程度很低。

2.4.2 内梅罗（Nemerow） 综合污染指数法评价

宁夏贺兰山东麓葡萄酒中重金属综合污染指数法的评价结果表明，样品测定的综合污染指数为0.26~0.69，其中赤霞珠品种酿造的葡萄酒的综合污染指数最高为0.69，西拉品种酿造的葡萄酒的综合污染指数最小，但是整个产区的综合污染指数均小于0.7，综合污染评价结果为清洁水平，达到安全未受到污染的状况。

葡萄酒重金属综合污染指数（Pn） 评价结果见表9。

表9 葡萄酒重金属综合污染指数（Pn） 评价结果

2.4.3 葡萄酒重金属污染物分担率情况

葡萄酒重金属污染物分担率见表10。

表10 葡萄酒重金属污染物分担率

由表10 可知，从Pb、As、Cd、Cr 这4 个严格把控的重金属指标来看，宁夏贺兰山东麓7 个品种的葡萄酒重金属污染物Cr 的分担率最高，所以Cr是葡萄酒中主要的重金属污染物，对葡萄酒的污染贡献最大。对于不同的重金属污染物来讲，在不同品种葡萄酒中的贡献率也有很大的差异，对于KPb的贡献率来讲黑比诺的最高为13.72%，KAs 中贡献率最高的是西拉为6.24%，KCd 中贡献率最高的是黑比诺为13.71%，KCr 中贡献率最高的是马瑟兰为84.75%，虽然各个重金属元素的污染指数低于背景值，但是从各自在不同品种葡萄酒中的贡献率来看，还是要将重金属污染物列为重点监测的项目，要从源头上控制可能出现的污染。

2.5 宁夏贺兰山东麓不同品种葡萄酒重金属健康风险评估

基于宁夏贺兰山东麓产区7 个品种葡萄酒样品中铅、砷、镉、铬4 种重金属元素含量的平均值，查阅并参考联合国粮食及农业组织/ 世界卫生组织（FAO/WHO） 食品添加剂委员会（JECFA） 对污染物摄入量的安全剂量PTWI 的推荐值[3]，采用THQ/TTHQ 法对贺兰山东麓葡萄酒的饮用摄入风险进行评估。

葡萄酒重金属健康风险评估见表11。

表11 葡萄酒重金属健康风险评估

由表11 可知，所有品种的葡萄酒中，每种重金属元素的THQ 值都小于1，TTHQ 值也均小于1，通过数据分析表明，宁夏贺兰山东麓葡萄酒样品中虽然能检出一定量的重金属元素，但是通过膳食途径摄入的葡萄酒风险较低，对人体没有明显的健康影响。对4 种重金属的综合风险指数TTHQ 进行分析，可以看出蛇龙珠、赤霞珠、黑比诺3 个品种的葡萄酒的TTHQ 明显高于其他几个品种，与前边的单向污染指数的评价结果趋势一直，分析可能的原因是蛇龙珠、赤霞珠、黑比诺3 个品种相对于其他品种，在宁夏贺兰山东麓产区种植规模大、种植时间较长、品种受产区种植环境的影响较大。

3 结论

建立了电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS） 测定宁夏贺兰山东麓产区7 个主要品种赤霞珠、黑比诺、马瑟兰、美乐、品丽珠、蛇龙珠、西拉所酿造的葡萄酒中4 种重金属元素含量，并采用单项污染指数法、内梅罗综合污染指数法和靶标危害系数法对贺兰山东麓葡萄酒的重金属含量、重金属污染状况、质量安全级别和膳食风险暴露情况进行评估。研究表明，宁夏贺兰山东麓7 大品种葡萄酒中Pb、As、Cd、Cr 等重金属元素的含量较低，按照国家标准GB 2762—2022 和国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）对葡萄酒中铅、砷、镉、铬限量指标要求，贺兰山东麓葡萄酒中4 种重金属含量均不超标。依据NY/T 398—2000《农、畜、水产品污染监测技术规范》的要求，单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法分析表明，4 种重金属污染物的含量远低于背景值，综合污染评价结果为清洁水平，达到安全未受到污染的状况，这也充分说明宁夏贺兰山东麓葡萄酒的污染程度很低，整个产区未受到外界污染。采用THQ/TTHQ 法对贺兰山东麓葡萄酒的饮用摄入风险进行评估，THQ 值和TTHQ 值均小于1，说明通过膳食途径摄入的葡萄酒风险较低，对人体没有明显的健康影响，宁夏贺兰山东麓葡萄酒整体水平是安全的。

综上所述，从结果分析看虽然宁夏贺兰山东麓葡萄酒中重金属含量远低于限量标准，但是葡萄酒产业作为宁夏“六特”产业之首，在大力促进葡萄酒产业高质量发展的同时，要更加重视重金属元素的监控，在整个产业发展中要做到合理施肥、合理喷洒农药、切实保护产区环境、水土安全，避免重金属超标，因此对贺兰山东麓葡萄酒中重金属元素的研究以及健康风险研究还需持续化。