产地土壤重金属对贺兰山东麓酿酒葡萄的影响及风险评估

陈 翔，开建荣，牛 艳，葛 谦，王晓菁

（宁夏农产品质量标准与检测技术研究所，宁夏银川 750002）

宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄产区是我国重要的“葡萄酒原产地域产品保护地区”[1]。该地区日照充足、温差较大，降水量少，自然生态环境适宜酿酒葡萄生长，与世界著名葡萄酒产区法国波尔多具有较大相似性，该地区酿酒葡萄品质优良[2]，近年来已成为中国酿酒葡萄明星产区[3]，带来了可观的经济效益。

葡萄酒质量的优劣关键取决于酿酒葡萄原料的好坏。近年来随着酿酒葡萄产区不断扩大，不同小产区区域内部环境变化会直接影响产品质量，进而影响葡萄酒产品的质量稳定性[4-7]，甚至会引入危害人体的物质，如重金属、农药残留等，而目前造成农产品质量安全隐患的较为典型的污染源就是产地土壤。研究表明，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、农产品的品质和质量安全[8-14]。因此，探究产地土壤重金属对宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄的影响并进行风险评估具有现实意义，对酿酒葡萄和葡萄酒产业健康持久发展发挥保障作用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验用贺兰山东麓葡萄产区酿酒葡萄按照来源分为酒庄和个体农户，各酒庄和农户种植的酿酒葡萄管理模式各不相同。共采集10家酒庄（贺兰山美御葡萄基地、迎宾酒庄葡萄地、源石酒庄葡萄地、爱尔普斯酒庄葡萄地、贺兰山米擒酒庄、张裕酒庄、容园美酒庄、甘城子密登堡酒庄、甘城子禹皇酒庄、甘城子荣光公司）及3处农户（七泉沟、玉泉营和黄羊滩）的酿酒葡萄样品。同时采集各酒庄和农户果园中土壤样品。

浓硝酸、双氧水（优级纯）：天津光复化学试剂厂；金属元素标准储备液（1000mg/L）（铜、铬、铅、镉、砷、汞、铁、锰、锌）：国家标准物质中心。

1.2 仪器与设备

ELAN DRC-e 型电感耦合等离子体质谱仪：美国珀金埃尔默公司；AL204型电子天平：瑞士梅特勒-托利多公司；CEM MARS Xpress石墨炉消解仪：美国倍安公司；Milli-Q超纯水机：德国默克密理博公司。

1.3 方法

1.3.1 样品采集与处理

样品采集时间为2018年8～9月（酿酒葡萄收获期）。供试酿酒葡萄品种为赤霞珠、霞多丽、梅鹿辄、蛇龙珠和马瑟兰5个品种，于果实生理成熟按照随机采样的方法从不少于8个葡萄藤上（上、下、内、外、向阳和背阴面）采集生长正常、无病害的葡萄果实2.5 kg。酿酒葡萄样品带回实验室后，先用自来水冲洗，再用去离子水洗净，晾干，去除果柄后使用均质机匀浆备用。

采集酿酒葡萄果实样品的后，使用钢制土钻按照五点取样法获取同地块酿酒葡萄植株地表0～20 cm同区域的土壤样品。将多点样品混合均匀，风干、研磨、过100目筛后备用。

1.3.2 检测方法

使用电感耦合等离子体质谱仪（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）测定葡萄果实及土壤中铜、铬、铅、镉、砷、汞、铁、锰、锌等重金属元素的含量。

分别称取3 g（精确至0.01 g）葡萄样品、0.4 g（精确至0.000 1 g）土壤样品于消解管中，加入9 mL硝酸和1 mL高氯酸，置于石墨炉消解仪中消解，待消解完全并冷却后，用超纯水定容至25 mL，摇匀，静置，待样液澄清后，测定元素含量。

1.3.3 酿酒葡萄产地土壤及酿酒葡萄重金属污染风险评估

采用单因子指数法评价土壤重金属污染程度[15-16]见式（1），宁夏地区土壤中重金属元素背景值分别为铜20.9mg/kg、铬59.7 mg/kg、铅20.1 mg/kg、镉0.102 5 mg/kg、砷11.9 mg/kg、汞0.020 2 mg/kg[17-18]。

式中：Pi为金属元素单因子指数（参考范围见表1）；Ci为重金属元素检出值，mg/kg；Si表示相应金属元素的土壤背景值。

表1 土壤污染单因子指数Table 1 Single factor index of soil pollution

根据联合国粮食及农业组织/世界卫生组织（food and agriculture organization of the united nations/world health organization，FAO/WHO）食品添加剂专家委员会（Joint FAO/WHO expert committee on food additives，JECFA）对铅、镉、砷、汞等重金属进行风险评估发布的每千克体质量每周可耐受摄入量（provisionally tolerable weekly intake，PTWI）初步判定贺兰山东麓酿酒葡萄中重金属的风险状况[19]。

进一步应用目标风险系数（target hazard quotient，THQ）量化处理，评估酿酒葡萄重金属危害人体健康风险。THQ计算方法见式（2）：

式中：THQ为目标风险系数；EF为暴露频率，d/年，按照风险最大化原则设置为365 d；ED为暴露持久性/年，根据WTO 2018年发布的世界卫生统计年鉴发布的我国居民平均寿命设置为76.4岁；FIR为膳食摄入量，g/d，参照《中国居民膳食指南》中膳食结构人均水果日摄入量200～400 g，设置为400 g；C为危害物含量，mg/kg，选取酿酒葡萄重金属检出值的最大值；RFD为污染物安全剂量，mg·（kg·d）-1；m为平均体质量，kg，以60 kg计算；t为非致癌性暴露的平均时间，d，与ED一致。

1.3.4 数据处理

使用Office 2010、SPSS 22.0统计分析软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 酿酒葡萄中主要中金属元素富集状态评价

对采集的40个酿酒葡萄样品中重金属含量进行检测，并根据GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中参照水果及相近农产品的标准限量对上述酿酒葡萄样品中铜、铬、铅、镉、砷、汞、铁、锰、锌的检出情况进行判定和评价，结果如见2。

表2 酿酒葡萄中重金属含量及超标情况Table 2 Heavy metal content in wine grape and exceeding standard condition

由表2可知，除镉元素检出率为74.4%以外，其余重金属元素在所有酿酒葡萄样品中均有检出，但含量均处于较低水平，铜、铬、铅、镉、砷、汞、铁、锰、锌的平均含量分别为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。根据国家限量标准，酿酒葡萄中各重金属元素均不超标，其中镉、汞的含量远低于国家限量。

此外，对酿酒葡萄重金属含量进行了相关性分析，结果见表3。由表3可知，宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄中铜、锌、锰、铁元素的含量在P＜0.01和P＜0.05显著性水平下，均呈正相关关系，铜、锌、锰、铁是植物生长发育所需的重要营养元素。有害重金属方面，酿酒葡萄中铬元素与镉元素呈正相关关系，铅、砷和汞3种重金属元素两两之间均呈极显著的正相关关系（P＜0.05）。

表3 酿酒葡萄中各重金属含量相关性Table 3 Correlation of each heavy metal content in wine grape

2.2 产地土壤与酿酒葡萄中重金属元素相关性分析

对上述酿酒葡萄样品相应采样区块的土壤样品进行检测，得到重金属含量见表4。由表4可知，土壤中重金属含量标准差为0.07%～71.3%，变异系数为0.14%～0.86%，整体分布均匀，不同葡萄种植园土壤重金属含量差异不大。

表4 酿酒葡萄产地土壤中重金属含量Table 4 Heavy metal content in the soil of wine grape producing area

采用单因子指数评价酿酒葡萄产地土壤重金属污染程度，选取重金属检出值平均值作为评价对象，计算得出铜、铬、铅、镉、砷、汞元素的Pi值分别为0.96、0.80、0.72、0.80、0.97、1.48。说明酿酒葡萄产地土壤污染程度很低。

对产地土壤中有害重金属和酿酒葡萄果实中重金属中进行相关性分析，结果见表5。由表5可知，酿酒葡萄中铬含量与土壤中铬、铅、镉的含量均呈负相关，相关系数分别为-0.448、-0.387、-0.428，说明葡萄中的铬主要来源并非土壤，推测可能来自于大气污染物或喷洒含有相关重金属元素的农药带入。庞荣丽等[20]对土壤-葡萄体系重金属迁移规律进行了探讨，发现Pb、Cr、As、Cu、Hg等重金属在葡萄植株不同器官中分布情况均呈现为果实中含量最低，这种迁移关系一定程度上使得葡萄果实中重金属元素和土壤中重金属元素正相关性不强。此外，葡萄中铅含量与土壤中铜、铅含量在0.05显著性水平下亦呈负相关。砷元素含量也与土壤中铜、镉、汞含量呈负相关关系。酿酒葡萄中其他重金属元素的含量与土壤中重金属含量并无显著相关性。

表5 产地土壤和酿酒葡萄重金属含量相关性Table 5 Correlation of heavy metal content between soil and wine grape

2.3 贺兰山东麓产区酿酒葡萄重金属元素风险评估

查询JECFA及WHO规定的PTWI推荐值，对部分暂时废止还未更新的PTWI值仍采用。据目前最新的数据，人体对铜、铬、铅、铬、砷、汞的PTWI分别为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。以人体质量60 kg计算，可计算出人体铜、铬、铅、镉、砷、汞每周摄入量为210 mg、2.1 mg、1.5 mg、0.42 mg、0.9 mg、0.3 mg。根据酿酒葡萄出酒率70%～80%的比例，设定人体每周摄入含有重金属元素的上述葡萄原料酿造出的葡萄酒500 mL，选取重金属含量平均值作为摄入量，计算得出每周摄入重金属含量分别为0.64 mg、0.028 mg、0.017 0 mg、0.000 60 mg、0.004 4 mg、0.000 29 mg。远小于相应PTWI值，故认为贺兰山东麓酿酒葡萄重金属水平极低，对人体健康风险很低。

进一步计算酿酒葡萄样品THQ值，选取重金属含量平均值作为摄入量C，计算得出在最大暴露水平下每日摄入重金属THQ值分别为铜0.017、铬0.075、铅0.063、镉0.008、砷0.027汞0.005；以上各值均远小于1，说明宁夏贺兰山东麓地区的酿酒葡萄重金属平均摄入水平是安全的。

3 结论

通过对酿酒葡萄和产地土壤中重金属含量的分析发现，贺兰山东麓酿酒葡萄产区的葡萄及产地土壤中重金属含量均处于较低水平，土壤单因子污染指数小于1或稍大于1，重金属污染程度很低。酿酒葡萄中各重金属元素与土壤中重金属元素均无显著正相关关系，说明酿酒葡萄中重金属主要来源并非产地土壤。采用PTMI值和THQ风险系数法对酿酒葡萄进行风险评估，再次证明贺兰山东麓产区酿酒葡萄无人体健康风险，适宜作为安全的葡萄酒酿造原料。重金属元素对酿酒葡萄的品质有较大影响，本研究仅仅针对安全方面对酿酒葡萄进行了评测，还需进一步探究土壤重金属对酿酒葡萄品质如维生素、糖酸比、风味物质的影响。