氣相色譜指紋圖譜法進行紅葡萄酒產地溯源表征

謝建軍，陳小帆，陳文銳，姚 焱，袁震宇，周曉珊

(1.廣東出入境檢驗檢疫局，廣東 廣州 510623；2.廣州大學生命科學學院，廣東 廣州 510006)

氣相色譜指紋圖譜法進行紅葡萄酒產地溯源表征

謝建軍1，陳小帆1，陳文銳1，姚 焱2，袁震宇1，周曉珊1

(1.廣東出入境檢驗檢疫局，廣東 廣州 510623；2.廣州大學生命科學學院，廣東 廣州 510006)

利用中藥色譜圖分析和數據管理系統和SPSS 19.0統計分析軟件進行聚類分析，研究法國、南非、澳大利亞等10個常見葡萄酒產地85份紅葡萄酒樣品的氣相色譜指紋圖譜。結果表明：不同國家的紅葡萄酒氣相色譜指紋圖譜存在差異，不同產地生產的紅葡萄酒氣相色譜峰的相對峰面積和數量不同，各自產地紅葡萄酒氣相色譜有其特征峰；初步建立了基于氣相色譜指紋圖譜進行產地溯源的系統聚類分析識別模式和方法，聚類分析表明，10個不同產地紅葡萄酒可以很好地聚類和區分；通過對市面上購買的2種紅葡萄酒商品進行了產地假冒模式的應用實驗，發現該系統聚類分析識別模式可以進行初步的判別，判別效果較好。結果表明該氣相色譜指紋圖譜法是產地假冒紅葡萄酒進行初步甄別的一種有效方法。

紅葡萄酒；氣相色譜；指紋圖譜；產地溯源

目前，全球葡萄酒消費保持著日益增長的勢頭，特別是最近幾年其總量基本維持在2360萬t左右[1]。但是，在葡萄酒的銷售和流通環節，特別是在中國市場存在著個別經營者一味追求高額利潤，傍品牌、冒名牌、以次充好等制造、銷售假冒偽劣葡萄酒行為，嚴重擾亂和干擾了正常的葡萄酒消費市場秩序[2]。當前，對紅葡萄酒進行真假鑒別主要是從標簽的識別、感官檢查、人工合成色素的檢測及酒精對于干抽出物的比值等方面綜合評價進行鑒別，缺少客觀、科學、統一和系統的方法對假冒葡萄酒進行客觀準確的判定[3-4]。

由于葡萄酒具有很強的自然屬性，它的質量與葡萄酒原料種植的生態環境、葡萄品種、采收釀制年份等有密切的關系。因此，國際和國內的專家學者將目標轉向了對葡萄酒次生物質的分析，特別是對葡萄酒中攜帶的地理信息的特征性次生物質進行分析，通過識別和鑒別這些次生物質，對葡萄酒進行鑒定[5-10]。Kallithraka等[11]分析了紅葡萄酒的反-白藜蘆醇含量，對希臘產葡萄酒進行產地鑒別。傅小偉[12]展望了同位素比質譜儀或點特異性天然同位素分餾核磁共振技術在葡萄酒鑒別中的應用，認為這兩種方法是國際上通用的兩種同位素比值檢測技術，可以研究葡萄酒加糖、加酒精以及原產地等問題。但是，這些文獻報道的方法存在儀器昂貴、方法復雜、耗時長的特點。紅葡萄酒具有類似于中藥的復雜體系，應用指紋圖譜技術可以全面反映葡萄酒內在化學成分的種類與數量、有效地表征葡萄酒質量、進行葡萄酒的溯源[13-17]。劉巍等[18]利用快速無損的近紅外光譜分析技術，對47份來自昌黎、沙城和法國波爾多(Bordeaux)的紅葡萄酒樣品進行逐步回歸分析選取光譜區域，再進行主成分分析和聚類識別，建立了判別葡萄酒原產地的預測模型。目前，尚無使用氣相色譜指紋圖譜技術結合聚類分析軟件進行葡萄酒產地溯源和產地假冒的研究。

本實驗擬通過對常見葡萄酒產地的紅葡萄酒樣品進行氣相色譜指紋圖譜研究，利用中藥色譜圖分析和數據管理系統和SPSS 19.0統計分析軟件進行聚類分析，發掘不同國家的紅葡萄酒氣相色譜指紋圖譜的差異，研究并表征各產地葡萄酒的氣相色譜指紋圖譜的共性；進而初步建立常見紅葡萄酒產地溯源的系統聚類分析識別模式和方法，從而對市售存在產地假冒的紅葡萄酒進行初步判別。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅葡萄酒樣本來源：法國、南非、澳大利亞、西班牙、智利、意大利、美國、德國、葡萄牙、格魯吉亞10個國家知名品牌的干紅葡萄酒樣品，85個來自廣東出入境檢驗檢疫局技術中心食品實驗室，2種商品紅葡萄酒購自當地超市。

1.2 儀器與設備

7890A氣相色譜儀(帶FID檢測器) 美國Agilent公司。

1.3 色譜條件

色譜柱：CP-WAX57CB毛細管柱(50m×0.25mm，0.25?m)；升溫程序：40℃保持3min，以5℃/min升至50℃，保持5min，以15℃/min升至190℃，保持5min，以20℃/min升至215℃，保持12.5min；載氣流速：氮氣(純度99.999%)，流量3mL/min；進樣口溫度：220℃；檢測器溫度250℃；進樣模式：不分流進樣；進樣量1.0μL。

1.4 數據處理

采用中藥色譜圖分析和數據管理系統分析軟件預處理后的數據，用SPSS 19.0統計分析軟件進行聚類分析，采用離差平方和法，利用歐氏距離作為樣品的測度，再采用夾角余弦法測量，每兩個樣本用組間平均連接法，獲得分層聚類分析圖。

2 結果與分析

2.1 10個國家紅葡萄酒指紋圖譜的建立

本研究隨機抽取了10個常見葡萄酒生產國的紅葡萄酒85種，瓶裝葡萄酒樣品搖勻后開塞直接取約1.0mL裝瓶上機，按照1.3節中氣相色譜條件進行分析，采集氣相色譜指紋圖譜。圖1是法國和意大利產某品牌紅葡萄酒的氣相色譜圖，8min之前主要是甲醇和乙醇的峰，在此研究中不作為特征峰進行分析，35min以后沒有色譜峰出現，只采集至38min。

圖1 法國(a)和意大利(b)產紅葡萄酒樣品氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatograms of red wine samples from France (a) and Italy (b)

用氣相色譜儀采集指紋圖譜后，應用中藥色譜圖分析和數據管理系統對其進行分析，從每個國家紅葡萄酒樣品中選取相似度大于0.9900圖譜作為該國的特征性指紋圖譜。圖2為應用中藥色譜圖分析和數據管理系統進行的法國和智利產各7種葡萄酒的氣相色譜指紋圖譜疊加，以保留時間14.08min的色譜峰(圖2中箭頭所指)為指定基準峰，得到每個保留時間所對應的相對峰面積，見表1。從表1可知，相同保留時間時，有的國家產紅葡萄酒有色譜峰，有的國家則沒有色譜峰，如保留時間為25.58min時，只有法國、美國和德國產的紅葡萄酒有色譜峰，其他國家產紅葡萄酒則沒有出現色譜峰。此外，相同保留時間所對應的每個國家的相對峰面積都不一樣，如保留時間為30.74min時，格魯吉亞產紅葡萄酒色譜峰的相對峰面積為10.9350，而葡萄牙產紅葡萄酒色譜峰的相對峰面積只有0.1055。這兩種情況說明不同產地的紅葡萄酒在相同檢測條件下，相同的保留時間時，其色譜峰的多少和峰面積的大小存在差異。因此，可以通過這些差異，利用聚類分析軟件對紅葡萄酒的產地進行溯源。

圖2 法國(a)和智利(b)產紅葡萄酒樣品氣相色譜指紋圖譜疊加Fig.2 Overlapping gas chromatograms of red wine samples from France (a) and Chile (b)

表1 10個國家紅葡萄酒GC指紋圖譜特征峰的保留時間和相對峰面積Table1 Retention time and relative peak area of characteristic peaks of red wine samples from ten countries in GC fingerprints

2.2 10個國家產紅葡萄酒的聚類分析

利用中藥色譜圖分析和數據管理系統和SPSS 19.0統計分析軟件對2.1節中10個國家產紅葡萄酒樣品的相對峰面積進行相似性分析。本實驗考慮采用相關系數法和余弦夾角法的方法，得到10個國家產紅葡萄酒相對峰面積波動的相似性相關矩陣。根據紅葡萄酒的相對峰面積的相似性相關矩陣來綜合反映兩產地紅葡萄酒的相似性，見表2。在計算相關系數的基礎上，利用SPSS 19.0統計分析軟件中的系統聚類分析方法對10個國家紅葡萄酒樣品進行聚類和鑒別。采用組間平均聯結法，根據相似系數的大小進行聚類，橫坐標為臨界值即為類間的距離，縱坐標為不同國家紅葡萄酒樣品，聚類樹狀圖見圖3。由聚類樹狀圖3可知，該10國產的紅葡萄酒可以很好地分離，德國、格魯吉亞和法國產的紅葡萄酒具有最大的相似性，被首先聚為一類；其次是美國和南非的紅葡萄酒具有較好地相似性，被聚為一類；其余的紅葡萄酒樣品也較好的分離，依次聚為一類。結果表明，分層聚類分析法既能全面、綜合地反映紅葡萄酒的氣相色譜指紋圖譜之間的相似關系，也能反映出來自不同國家紅葡萄酒產地的差異。因為，紅葡萄酒的生產受其主要原料葡萄的影響很大，而葡萄的種植和品質的差別很大程度上受栽培的地理環境、土壤、氣候等條件的影響，這些影響因素使葡萄和紅葡萄酒的產生物理和化學成分差異。而這些化學成分的差異通過氣相色譜指紋圖譜采集，利用聚類分析軟件進行解析，就可以將不同國家產地來源的紅葡萄酒的相似性和差異進行初步的判斷，從而起到溯源紅葡萄酒的目的。德國、格魯吉亞和法國產的紅葡萄酒被首先聚為一類，表明選為代表這3個國家產的紅葡萄酒相似性最大，通過分析這3個國家的地理位置發現，這3個國家同為歐洲國家，地理位置接近，所處緯度也靠近[19]。這種現象也進一步證實了葡萄酒的內在屬性受其種植地理環境、氣候所影響的事實。聚類分析法較好地反映出不同產地紅葡萄酒的特性，是一種可借鑒的鑒別產地假冒葡萄酒的快速、簡單識別模式。

表2 10個國家紅葡萄酒的相對峰面積相關系數近似矩陣Table2 Approximate matrix for correlation coefficients of relative peak areas of red wine samples from ten countries in GC fingerprints

圖3 10個國家紅葡萄酒樣品指紋圖譜聚類分析樹狀圖Fig.3 Dendrogram of hierarchical cluster analysis of red wine samples from ten countries

2.3 產地假冒紅葡萄酒鑒別應用

圖4 11個紅葡萄酒樣品聚類分析樹狀圖Fig.4 Dendrogram of hierarchical cluster analysis of 11 red wine samples

表3 11份紅葡萄酒樣品的相對峰面積相關系數近似矩陣Table3 Approximate matrix for correlation coefficients of relative peak areas from 11 red wine samples

在2.2節建立聚類分析進行紅葡萄酒產地鑒別模式的基礎上，通過選取85份紅葡萄酒樣品中可代表該國家的紅葡萄酒(相似度大于0.9900的圖譜，作為該國的特征性指紋圖譜)的9個樣品，其中包括2份法國、2份德國、2份西班牙、1份格魯吉亞、1份澳大利亞、1份意大利產的紅葡萄酒，并在超市購買2種商品紅葡萄酒(商品1和商品2商標標注的均是法國葡萄酒)。在1.3節相同儀器條件下采集該11份紅葡萄酒氣相色譜指紋圖譜，按2.2節方法進行軟件分析和計算，其相似性相關矩陣見表3，聚類分析樹狀圖中橫坐標為臨界值即為類間的距離，縱坐標為不同紅葡萄酒樣品，見圖4。從聚類分析樹狀圖可以看出，相同國家紅葡萄酒樣品被基本被聚為一類，其中商品1與法國1、法國2有較大的相似性，被聚成一類；而商品2與法國1、法國2的相似性較差，與意大利的相似性反而更大。因此，可以初步斷定商品1是法國生產，商品2可能應為意大利產紅葡萄酒而假冒了法國紅葡萄酒。

3 結 論

本實驗通過對10個常見紅葡萄酒產地85份紅葡萄酒樣品的氣相色譜指紋圖譜研究，利用中藥色譜圖分析和數據管理系統和SPSS 19.0統計分析軟件進行聚類分析，發現代表不同國家的紅葡萄酒氣相色譜指紋圖譜存在差異，不同產地生產的紅葡萄酒氣相色譜峰的相對峰面積和共有峰不同，包含能代表各個國家的特征峰；初步建立了表征10個不同國家紅葡萄酒基于氣相色譜指紋圖譜的系統聚類分析識別模式和方法，能較好地將該10個不同國家產紅葡萄酒進行聚類和區分；通過對市面上購買的2種紅葡萄酒商品進行了產地假冒模式的應用實驗，發現該系統聚類分析識別模式可以進行初步的判別，判別效果較好。因此，本實驗建立的基于氣相色譜指紋圖譜的紅葡萄酒系統聚類分析識別模式和方法，方法簡便、成本低、可操作性強，是產地假冒紅葡萄酒進行甄別的一種客觀、科學的方法，值得借鑒和推廣應用。

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Tracing the Geographical Origin of Red Wine Based on Gas Chromatographic Fingerprint

XIE Jian-jun1，CHEN Xiao-fan1，CHEN Wen-rui1，YAO Yan2，YUAN Zhen-yu1，ZHOU Xiao-shan1
(1. Guangdong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Guangzhou 510623, China；2. School of Life Science, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

In order to discriminate among red wines according to their geographical origins, the GC fingerprint profiles of 85 samples from 10 main producing countries such as France, South Africa and Australia were cluster analyzed by using a chromatographic analysis and data management system for traditional Chinese medicines (TCMs) and statistical analysis software SPSS 19.0. A classification model was established for discriminant analysis of the grographic origin of red wines. The results showed that among red wine samples from different countries, there were differences in GC fingerprints mainly in terms of the relative peak area and the number of peaks, suggesting that each sample from different origins has characteristic GC peaks. The results of cluster analysis showed that 10 geographic origins could be classified effectively. Two commercial red wines were analyzed by using this method. One of them might be from France and the other might be from Italy. The established method proves to be effective at discriminating among red wines according to their geographical origins based on GC fingerprint profiles.

red wine；gas chromatography；fingerprint；geographical origin traceability

O657.7

A

1002-6630(2013)18-0253-05

10.7506/spkx1002-6630-201318052

2012-07-13

謝建軍(1972—)，男，高級工程師，博士，研究方向為食品安全。E-mail：jianjunxie@126.com