產(chǎn)地土壤重金屬對賀蘭山東麓釀酒葡萄的影響及風(fēng)險評估

陳 翔，開建榮，牛 艷，葛 謙，王曉菁

（寧夏農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，寧夏銀川 750002）

寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)是我國重要的“葡萄酒原產(chǎn)地域產(chǎn)品保護(hù)地區(qū)”[1]。該地區(qū)日照充足、溫差較大，降水量少，自然生態(tài)環(huán)境適宜釀酒葡萄生長，與世界著名葡萄酒產(chǎn)區(qū)法國波爾多具有較大相似性，該地區(qū)釀酒葡萄品質(zhì)優(yōu)良[2]，近年來已成為中國釀酒葡萄明星產(chǎn)區(qū)[3]，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

葡萄酒質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)鍵取決于釀酒葡萄原料的好壞。近年來隨著釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)不斷擴(kuò)大，不同小產(chǎn)區(qū)區(qū)域內(nèi)部環(huán)境變化會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而影響葡萄酒產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性[4-7]，甚至?xí)胛：θ梭w的物質(zhì)，如重金屬、農(nóng)藥殘留等，而目前造成農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全隱患的較為典型的污染源就是產(chǎn)地土壤。研究表明，重金屬元素會隨著植物的生長被吸收富集進(jìn)而影響植株的正常代謝，抑制農(nóng)作物的生長，降低農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量安全[8-14]。因此，探究產(chǎn)地土壤重金屬對寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄的影響并進(jìn)行風(fēng)險評估具有現(xiàn)實意義，對釀酒葡萄和葡萄酒產(chǎn)業(yè)健康持久發(fā)展發(fā)揮保障作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗用賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄按照來源分為酒莊和個體農(nóng)戶，各酒莊和農(nóng)戶種植的釀酒葡萄管理模式各不相同。共采集10家酒莊（賀蘭山美御葡萄基地、迎賓酒莊葡萄地、源石酒莊葡萄地、愛爾普斯酒莊葡萄地、賀蘭山米擒酒莊、張裕酒莊、容園美酒莊、甘城子密登堡酒莊、甘城子禹皇酒莊、甘城子榮光公司）及3處農(nóng)戶（七泉溝、玉泉營和黃羊灘）的釀酒葡萄樣品。同時采集各酒莊和農(nóng)戶果園中土壤樣品。

濃硝酸、雙氧水（優(yōu)級純）：天津光復(fù)化學(xué)試劑廠；金屬元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液（1000mg/L）（銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅）：國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1.2 儀器與設(shè)備

ELAN DRC-e 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：美國珀金埃爾默公司；AL204型電子天平：瑞士梅特勒-托利多公司；CEM MARS Xpress石墨爐消解儀：美國倍安公司；Milli-Q超純水機(jī)：德國默克密理博公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集與處理

樣品采集時間為2018年8～9月（釀酒葡萄收獲期）。供試釀酒葡萄品種為赤霞珠、霞多麗、梅鹿輒、蛇龍珠和馬瑟蘭5個品種，于果實生理成熟按照隨機(jī)采樣的方法從不少于8個葡萄藤上（上、下、內(nèi)、外、向陽和背陰面）采集生長正常、無病害的葡萄果實2.5 kg。釀酒葡萄樣品帶回實驗室后，先用自來水沖洗，再用去離子水洗凈，晾干，去除果柄后使用均質(zhì)機(jī)勻漿備用。

采集釀酒葡萄果實樣品的后，使用鋼制土鉆按照五點取樣法獲取同地塊釀酒葡萄植株地表0～20 cm同區(qū)域的土壤樣品。將多點樣品混合均勻，風(fēng)干、研磨、過100目篩后備用。

1.3.2 檢測方法

使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）測定葡萄果實及土壤中銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅等重金屬元素的含量。

分別稱取3 g（精確至0.01 g）葡萄樣品、0.4 g（精確至0.000 1 g）土壤樣品于消解管中，加入9 mL硝酸和1 mL高氯酸，置于石墨爐消解儀中消解，待消解完全并冷卻后，用超純水定容至25 mL，搖勻，靜置，待樣液澄清后，測定元素含量。

1.3.3 釀酒葡萄產(chǎn)地土壤及釀酒葡萄重金屬污染風(fēng)險評估

采用單因子指數(shù)法評價土壤重金屬污染程度[15-16]見式（1），寧夏地區(qū)土壤中重金屬元素背景值分別為銅20.9mg/kg、鉻59.7 mg/kg、鉛20.1 mg/kg、鎘0.102 5 mg/kg、砷11.9 mg/kg、汞0.020 2 mg/kg[17-18]。

式中：Pi為金屬元素單因子指數(shù)（參考范圍見表1）；Ci為重金屬元素檢出值，mg/kg；Si表示相應(yīng)金屬元素的土壤背景值。

表1 土壤污染單因子指數(shù)Table 1 Single factor index of soil pollution

根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織（food and agriculture organization of the united nations/world health organization，F(xiàn)AO/WHO）食品添加劑專家委員會（Joint FAO/WHO expert committee on food additives，JECFA）對鉛、鎘、砷、汞等重金屬進(jìn)行風(fēng)險評估發(fā)布的每千克體質(zhì)量每周可耐受攝入量（provisionally tolerable weekly intake，PTWI）初步判定賀蘭山東麓釀酒葡萄中重金屬的風(fēng)險狀況[19]。

進(jìn)一步應(yīng)用目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)（target hazard quotient，THQ）量化處理，評估釀酒葡萄重金屬危害人體健康風(fēng)險。THQ計算方法見式（2）：

式中：THQ為目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)；EF為暴露頻率，d/年，按照風(fēng)險最大化原則設(shè)置為365 d；ED為暴露持久性/年，根據(jù)WTO 2018年發(fā)布的世界衛(wèi)生統(tǒng)計年鑒發(fā)布的我國居民平均壽命設(shè)置為76.4歲；FIR為膳食攝入量，g/d，參照《中國居民膳食指南》中膳食結(jié)構(gòu)人均水果日攝入量200～400 g，設(shè)置為400 g；C為危害物含量，mg/kg，選取釀酒葡萄重金屬檢出值的最大值；RFD為污染物安全劑量，mg·（kg·d）-1；m為平均體質(zhì)量，kg，以60 kg計算；t為非致癌性暴露的平均時間，d，與ED一致。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

使用Office 2010、SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 釀酒葡萄中主要中金屬元素富集狀態(tài)評價

對采集的40個釀酒葡萄樣品中重金屬含量進(jìn)行檢測，并根據(jù)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》中參照水果及相近農(nóng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)限量對上述釀酒葡萄樣品中銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅的檢出情況進(jìn)行判定和評價，結(jié)果如見2。

表2 釀酒葡萄中重金屬含量及超標(biāo)情況Table 2 Heavy metal content in wine grape and exceeding standard condition

由表2可知，除鎘元素檢出率為74.4%以外，其余重金屬元素在所有釀酒葡萄樣品中均有檢出，但含量均處于較低水平，銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞、鐵、錳、鋅的平均含量分別為1.28 mg/kg、0.056 1 mg/kg、0.034 0 mg/kg、0.001 2 mg/kg、0.008 7 mg/kg、0.000 6 mg/kg、0.918 mg/kg、1.27 mg/kg、8.12 mg/kg。根據(jù)國家限量標(biāo)準(zhǔn)，釀酒葡萄中各重金屬元素均不超標(biāo)，其中鎘、汞的含量遠(yuǎn)低于國家限量。

此外，對釀酒葡萄重金屬含量進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。由表3可知，寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄中銅、鋅、錳、鐵元素的含量在P＜0.01和P＜0.05顯著性水平下，均呈正相關(guān)關(guān)系，銅、鋅、錳、鐵是植物生長發(fā)育所需的重要營養(yǎng)元素。有害重金屬方面，釀酒葡萄中鉻元素與鎘元素呈正相關(guān)關(guān)系，鉛、砷和汞3種重金屬元素兩兩之間均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。

表3 釀酒葡萄中各重金屬含量相關(guān)性Table 3 Correlation of each heavy metal content in wine grape

2.2 產(chǎn)地土壤與釀酒葡萄中重金屬元素相關(guān)性分析

對上述釀酒葡萄樣品相應(yīng)采樣區(qū)塊的土壤樣品進(jìn)行檢測，得到重金屬含量見表4。由表4可知，土壤中重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)差為0.07%～71.3%，變異系數(shù)為0.14%～0.86%，整體分布均勻，不同葡萄種植園土壤重金屬含量差異不大。

表4 釀酒葡萄產(chǎn)地土壤中重金屬含量Table 4 Heavy metal content in the soil of wine grape producing area

采用單因子指數(shù)評價釀酒葡萄產(chǎn)地土壤重金屬污染程度，選取重金屬檢出值平均值作為評價對象，計算得出銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞元素的Pi值分別為0.96、0.80、0.72、0.80、0.97、1.48。說明釀酒葡萄產(chǎn)地土壤污染程度很低。

對產(chǎn)地土壤中有害重金屬和釀酒葡萄果實中重金屬中進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。由表5可知，釀酒葡萄中鉻含量與土壤中鉻、鉛、鎘的含量均呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.448、-0.387、-0.428，說明葡萄中的鉻主要來源并非土壤，推測可能來自于大氣污染物或噴灑含有相關(guān)重金屬元素的農(nóng)藥帶入。龐榮麗等[20]對土壤-葡萄體系重金屬遷移規(guī)律進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)Pb、Cr、As、Cu、Hg等重金屬在葡萄植株不同器官中分布情況均呈現(xiàn)為果實中含量最低，這種遷移關(guān)系一定程度上使得葡萄果實中重金屬元素和土壤中重金屬元素正相關(guān)性不強(qiáng)。此外，葡萄中鉛含量與土壤中銅、鉛含量在0.05顯著性水平下亦呈負(fù)相關(guān)。砷元素含量也與土壤中銅、鎘、汞含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。釀酒葡萄中其他重金屬元素的含量與土壤中重金屬含量并無顯著相關(guān)性。

表5 產(chǎn)地土壤和釀酒葡萄重金屬含量相關(guān)性Table 5 Correlation of heavy metal content between soil and wine grape

2.3 賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄重金屬元素風(fēng)險評估

查詢JECFA及WHO規(guī)定的PTWI推薦值，對部分暫時廢止還未更新的PTWI值仍采用。據(jù)目前最新的數(shù)據(jù)，人體對銅、鉻、鉛、鉻、砷、汞的PTWI分別為0.5 mg·（kg·d）-1、5μg·（kg·d）-1、25μg·（kg·w）-1、7μg·（kg·w）-1、15μg·（kg·w）-1、5 μg·（kg·w）-1。以人體質(zhì)量60 kg計算，可計算出人體銅、鉻、鉛、鎘、砷、汞每周攝入量為210 mg、2.1 mg、1.5 mg、0.42 mg、0.9 mg、0.3 mg。根據(jù)釀酒葡萄出酒率70%～80%的比例，設(shè)定人體每周攝入含有重金屬元素的上述葡萄原料釀造出的葡萄酒500 mL，選取重金屬含量平均值作為攝入量，計算得出每周攝入重金屬含量分別為0.64 mg、0.028 mg、0.017 0 mg、0.000 60 mg、0.004 4 mg、0.000 29 mg。遠(yuǎn)小于相應(yīng)PTWI值，故認(rèn)為賀蘭山東麓釀酒葡萄重金屬水平極低，對人體健康風(fēng)險很低。

進(jìn)一步計算釀酒葡萄樣品THQ值，選取重金屬含量平均值作為攝入量C，計算得出在最大暴露水平下每日攝入重金屬THQ值分別為銅0.017、鉻0.075、鉛0.063、鎘0.008、砷0.027汞0.005；以上各值均遠(yuǎn)小于1，說明寧夏賀蘭山東麓地區(qū)的釀酒葡萄重金屬平均攝入水平是安全的。

3 結(jié)論

通過對釀酒葡萄和產(chǎn)地土壤中重金屬含量的分析發(fā)現(xiàn)，賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)的葡萄及產(chǎn)地土壤中重金屬含量均處于較低水平，土壤單因子污染指數(shù)小于1或稍大于1，重金屬污染程度很低。釀酒葡萄中各重金屬元素與土壤中重金屬元素均無顯著正相關(guān)關(guān)系，說明釀酒葡萄中重金屬主要來源并非產(chǎn)地土壤。采用PTMI值和THQ風(fēng)險系數(shù)法對釀酒葡萄進(jìn)行風(fēng)險評估，再次證明賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄無人體健康風(fēng)險，適宜作為安全的葡萄酒釀造原料。重金屬元素對釀酒葡萄的品質(zhì)有較大影響，本研究僅僅針對安全方面對釀酒葡萄進(jìn)行了評測，還需進(jìn)一步探究土壤重金屬對釀酒葡萄品質(zhì)如維生素、糖酸比、風(fēng)味物質(zhì)的影響。