基于文献计量学的葡萄酒中铜研究进展分析

李嘉宁，张予林，吕 毅，王家琪，马婷婷,3，房玉林, ，孙翔宇,

（1.西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨凌 712100；2.宁夏回族自治区食品检测研究院（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.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌 712100）

葡萄是世界上种植范围最广泛的经济作物之一，葡萄酒作为其深加工产品一直受到消费者的喜爱[1]。大部分葡萄生产国气候较为温暖，环境较为潮湿，致使葡萄容易爆发真菌病害，对葡萄果实产量以及质量造成严重损失[2-3]。因此，在十九世纪末，铜基杀菌剂被发明出来用以对抗葡萄真菌病害。但是长期使用铜基杀菌剂应对葡萄真菌病害使得葡萄园土壤中的铜持续积累，显著增加了葡萄汁及葡萄酒中的铜含量，进而影响葡萄酒的质量[4]。同时使用铜制酿酒设备和硫酸铜或柠檬酸铜添加剂来降低H2S 含量也可能增加葡萄汁和葡萄酒中的铜含量[2,5]。目前对葡萄与葡萄酒中铜的研究主要集中在铜的积累与迁移规律、铜胁迫对葡萄酒质量及人体健康影响、铜含量检测方法及降低铜胁迫方法等方面[6-8]。而国内对于葡萄与葡萄酒中铜胁迫相关研究局限于铜积累规律及铜含量检测[4]，对于葡萄与葡萄酒中铜胁迫的其它方向的研究较少，且尚未见到对国内外葡萄与葡萄酒中铜胁迫相关研究的文献计量学分析。因此，本文选用Web of Science 核心数据库作为主要数据集来源，运用文献计量学方法进行统计分析，探究目前葡萄与葡萄酒中铜相关研究现状及发展趋势，对葡萄与葡萄酒中铜相关研究的热点内容进行分析，便于帮助国内科研工作者了解目前国内外相关主题的研究现状与发展趋势，同时为未来葡萄与葡萄酒中铜的相关研究方向提供参考依据。

1 数据来源与分析

1.1 数据来源与工具

有关葡萄与葡萄酒中铜的相关研究文献数据来自于Web of Science（WOS），将数据库限制在Web of Science 核心数据库利用高级检索功能，输入检索式（ALL=“grape copper”OR ALL=“wine copper”）检索相关文献，共检索出1992 年到2022 年期间发表的1336 篇文献。

以WOS 中检索出的文献作为数据集，利用VOSviewer 及R 语言（Bibliometric 包）等文献可视化工具对所收集到的相关文献进行文本挖掘和精炼处理，并通过Origin 对所获得的关于文献方向、年份、国家、作者、机构和关键词等数据进行整理分析并绘制图表，以此来了解及分析葡萄与葡萄酒中铜研究的相关热点内容。需要注意的是若同一篇文献中的作者来不同国家，则本文献会重复计入不同国家的数据中，因此会在一定程度上造成数据重合。

1.2 研究发展趋势分析

1.2.1 年代分布分析 对WOS 核心合集所检索到的1336 篇文献按照年份分类，如图1 所示。分别展示了1992 年至2022 年以来的发文量，每五年为一个分组，共六组。随着时间变化，每五年间相关主题文献的发文量持续增长，1992～2007 年间发文增长量要远小于2008～2022 年。从2003～2007 年开始，每五年间的发文增长量以60 篇左右逐渐递增，2018～2022年较2013～2017 增加了77 篇，其增长趋势一直在上升，说明开展相关主题的科学研究持续在增长，不断有科研成果产出。同时通过指数函数预测未来的相关主题文献发表数量，可以看出发文量会在随后发展中持续增长，达到更高的高度。

图1 年均发文量与指数预测线Fig.1 Annual average publication and index forecast line

1.2.2 期刊分布分析 对WOS 核心合集中关于葡萄与葡萄酒中铜相关研究进行出版期刊分析，共有518 种期刊刊登过相关文献，参考检索结果中的文献数量及分析结果，对其中刊登数量大于10 篇以上期刊进行分析比较，表1 展示了刊登相关文献数量在10 篇以上的期刊。Journal of Agricultural and Food Chemistry 以及Food Chemistry 为发表最大的两个期刊，分别发表了73 和63 篇，在所有发表文献中的占比为5.50%和4.74%。随后American Journal of Enology and Viticulture、Talanta 和Analytica Chimica Acta 三种期刊相关文献刊登数量在三十篇左右，在所有文献占比中大于2%。综上所述，从出版期刊分布来看，主要以食品化学分析，环境科学分析及农业科学等相关期刊是此类文献的主要刊登期刊，但是期刊分布还是较为分散，发表量最多的Journal of Agricultural and Food Chemistry 的文献出版数占全部出版文献的比例仅为5.50%。

表1 主要期刊发表文献数量情况Table 1 Number of publications in major journals

1.2.3 国家共现分析 通过对检索到的相关文献进行国家共现分析，不同国家的文献发表数量及国家间合作关系分析，如图2、图3 所示。通过分析可以发现从1992 年到2022 年，有76 个不同的国家致力于相关研究。本部分着重对相关文献出版数量最多的10 个国家进行分析，主要有中国（302）、巴西（289）、澳大利亚（284）、意大利（249）、美国（242）、西班牙（239）、法国（175）、葡萄牙（110）、土耳其（83）及德国（75）进行分析。从发展趋势来看美国开展相关研究较早，其次欧洲的法国，意大利与西班牙也开展了相同的研究，随后作为葡萄酒行业的新兴国家澳大利亚与巴西相关文献发文量超过老牌葡萄酒国家。中国作为近几年来发文量较高的新兴国家之一，具有更好的发展趋势。在国家间合作关系分析下可以发现（图3），美国是与其它国家联系最多的国家，其次是澳大利亚与意大利。同时澳大利亚、中国和意大利是与美国联系最紧密的三个国家。中国作为近期发文量最大的国家，但是与其它国家间的合作较少，仅仅与美国和澳大利亚等国家合作较多，而其他国家与中国的合作就更少了。中国作为目前该领域发文量较多的国家之一，应该多和其他国家进行合作，进行更多的研究，拓宽研究领域。

图2 历年国家发文数量变化图Fig.2 Chart of changes in the number of national issuances over the years

图3 国家共现及发展趋势图（A）与国家间合作关系分布图（B）Fig.3 Country co-occurrence and development trend map (A) and distribution map of cooperation among countries (B)

同时通过对国家共现分析发现，大多数针对葡萄与葡萄酒中铜胁迫研究的国家大多为世界上的主要葡萄酒生产国。伴随着铜基杀菌剂的广泛使用，葡萄园土壤中的铜含量积累过量，对葡萄与葡萄酒品质产生负面影响，首先是地中海周围的传统老牌葡萄酒生产国，开展相关研究以解决铜胁迫相关影响。其次是美国，中国及澳大利亚等新兴葡萄酒生产国开展相关研究，由于科研实力较强，在相关研究中取得了更多的研究成果，成为了相关研究领域的中坚力量。

1.2.4 作者共现及研究机构分析 通过对WOS 检索到的相关文献进行研究机构及文献作者进行分析。图4（A）为文献作者共现图，如图所示查尔斯特大学的A. C. CLARK 作为发表相关文献数量最多达到了29 篇，同时澳大利亚葡萄酒研究中心的G. R.SCOLLARY（26 篇）、P. A. SMITH（10 篇）及E. N.WILKES（9 篇）也在该领域发表相关文献较多，与A.C. CLARK 合作较为密切。除此之外，中国农业大学的HUANG W D（黄卫东），ZHAN J C（战吉宬）及西北农林科技大学的SUN X Y（孙翔宇）是国内发表相关较多，合作较为密切的专家学者。

图4 作者共现图及发展趋势图（A）与研究机构共现及发展趋势图（B）Fig.4 Author co-occurrence and development trend map (A) and research institutions co-occurrence and development trend map (B)

发文机构共现及发展趋势如图4（B）所示，通过共现分析可以观察发现在不同研究机构中还是更加倾向于相同地域的研究机构聚集在一起，例如澳大利亚的阿德莱德大学，查尔斯特大学及澳大利亚葡萄酒研究中心联系更加紧密，中国的西北农林科技大学与中国农业大学合作更紧密，巴西的圣保罗大学与圣玛丽亚联邦大学联系更加紧密。同时目前澳大利亚与中国在近几年相关主题文献发表量更多。表2 展示了相关主题文献发表量排前20 位的研究机构，阿德莱德大学以82 篇的发表量位居第一，占全部刊登文献的6.17%，随后有美国，加拿大及欧洲部分国家的研究机构。共有3 个中国的研究机构上榜，分别是中国农业大学、沈阳药科大学及西北农林科技大学。

1.2.5 关键词共现分析 对WOS 核心合集中检索到的文献，通过VOSviewer 和Bibliometric 进行关键词共现及发展趋势分析，对检索到的文献关键词进行筛选与汇总（图5、图6）。除葡萄、葡萄酒及铜3 个搜索关键词之外，发现历年来出现频率较高的关键词主要有：Heavy metals、Iron、Polyphenols、Metals、Zinc、Oxidation、Lead、Red wine、Resveratrol、Antioxidant、Browning、Soil、White wine、Oxidative stress、Oxygen 等。因此，目前对葡萄与葡萄酒中铜的研究主要聚集在葡萄与葡萄酒中重金属元素检测分析、铜与葡萄及葡萄酒中酚类物质的交互作用、铜对葡萄酒发酵进程的影响、葡萄酒对铜存在的氧化应激反应、铜基杀菌剂长久使用对葡萄园土壤的影响。除此之外，目前对于降低葡萄园土壤，葡萄及葡萄酒中铜含量的方法的研究也越来越多。

图5 关键词共现及发展趋势图Fig.5 Keyword co-occurrence and development trend chart

图6 历年关键词数量变化图Fig.6 Chart of changes in the number of keywords over the years

通过历年来关键词的变化，可以看出关于葡萄与葡萄酒中铜的研究方向正在发生变化。在2010年之前的研究中，大多数研究是以葡萄园土壤，葡萄与葡萄酒中铜含量检测为主，分析全球葡萄种植区域内由于铜基杀菌剂长时间的使用对葡萄园土壤及葡萄与葡萄酒铜积累状况，评价现有栽培措施下的不足。其次由于葡萄酒铜含量增多会加快葡萄酒的氧化并产生部分沉淀物质，研究人员对铜含量增加造成葡萄酒中的氧化应激反应机理，以及葡萄酒中酚类物质与铜离子的交互作用进行研究，探究铜含量增加对葡萄与葡萄酒产生的具体影响。自2010 年以来，大多数研究聚集在较高含量的铜胁迫对葡萄汁发酵进程的影响，以及对酿酒酵母生长活力的影响。并且面对铜基杀菌剂的长期使用，研究人员更加着重于食品安全方面的研究，倾向于寻找铜基杀菌剂的替代品。

目前对于葡萄与葡萄酒中铜离子去除方法的研究较为持续，多项研究提出了不同的铜离子去除方法，减少铜基杀菌剂的使用，利用生物及非生物吸附减少葡萄酒中铜离子的含量。所以目前铜离子的去除是目前葡萄与葡萄酒中关于铜方面的一大热点研究方向。

2 热点研究内容

通过对葡萄与葡萄酒中铜胁迫相关研究进行文献计量学分析发现，同时结合关键词共现分析可以看出，目前相关研究主要分为：a.铜元素在土壤-葡萄汁-葡萄酒中的积累与迁移转化规律研究；b.过量的铜元素对葡萄酒质量及人体健康的影响；c.葡萄与葡萄酒中铜含量检测方法的开发；d.葡萄与葡萄酒中铜离子的去除方法研究。接下来对热点研究内容进行具体分析。

2.1 铜的积累与迁移

铜是大多数生物体所必需的微量营养素，但是有益浓度非常低[9-10]，一旦超过有益范围，会对细胞产生抑制作用甚至毒性[11]。在葡萄栽培中定期使用铜基杀菌剂来应对葡萄真菌病害是常见的措施，因此导致铜在葡萄园土壤中长期积累。相关研究如意大利[2-3,12]、捷克[13]、西班牙[14]、土耳其[15]、乌克兰[16]、澳大利亚[17]、巴西[18]及中国怀涿盆地[4]等主要葡萄种植栽培区域的土壤，葡萄及葡萄酒中铜含量的调查，展现了不同环境条件下，不同地域及不同栽培措施下全球主要葡萄栽培区域的铜含量积累状况。长时间铜基杀菌剂的使用使得葡萄园土壤中积累了大量的铜，葡萄根系又吸附土壤中的铜离子进入植株体内，部分富集在葡萄果实内，随后被破碎压榨进入葡萄汁中，伴随着发酵进程进行，最终出现在成品葡萄酒中，形成这样一条铜迁移通路：土壤-葡萄藤-葡萄-葡萄汁-葡萄酒[10,16]。

目前对于不同葡萄栽培区域的铜含量调查，对主要葡萄栽培区内的铜含量积累情况有了初步了解。例如SUN 等[4]对我国典型葡萄种植栽培区-怀涿盆地的研究报告详细展现了不同的葡萄园、葡萄品种、葡萄树龄和训练系统，对葡萄园土壤、葡萄和葡萄酒中铜含量的影响，进一步的解释了在不同葡萄园条件及不同栽培措施下铜含量的积累与迁移呈现出的不同规律。对于目前在葡萄园及葡萄与葡萄酒中铜含量的积累与迁移规律的研究，提供了坚实基础的理论研究，便于更好的进行后续研究。

2.2 铜胁迫对葡萄酒质量及人体健康影响

长期使用铜基杀菌剂造成葡萄园土壤铜含量升高以及葡萄和葡萄酒中铜含量的升高，同时使用铜制酿酒设备以及添加硫酸铜去除硫化物异味也增加了葡萄酒中铜含量[2-3]。因此探明铜胁迫对葡萄酒质量的影响是十分重要的。有研究表明在葡萄发育过程中喷施铜基杀菌剂（波尔多液），会对葡萄特定发育阶段的糖，有机酸及黄烷-3-醇造成影响，并且成熟果实中游离天然氨基酸显著降低，同时致使葡萄果实表面铜含量增加多达14 倍[19]。铜基杀菌剂的使用还会导致葡萄酒中高级醇及酯类挥发性化合物含量的显著降低[20]。高浓度的铜胁迫同样会严重影响葡萄汁发酵进程中酿酒酵母的活性，使得酿酒酵母中产生氧化应激反应，通过损害膜完整性来降低酵母的活力并影响酶活性，使得糖分利用率以及酒精产量降低[21]。GRANGETEAU 等[22]的研究也表明在葡萄园喷施铜基与含硫杀菌剂会使葡萄园中酵母及酵母属真菌的多样性显著降低。SUN 等[23]的研究表明在低铜浓度下发酵的葡萄酒中多酚及抗氧化活性均显著增加，当高铜浓度下发酵的葡萄酒中的多酚含量、CIELAB颜色参数和抗氧化活性均显著降低。同时CLARK等[24]发现在葡萄酒中较高的铜含量会加快葡萄酒的氧化速度，在白葡萄酒中产生沉淀物及增强色素沉着。

相关研究表明，在成年人每天饮食中铜的中位摄入量在1.0～1.6 mg/d 之间[25]，大多数成年人从日常饮食中足以获得足够的铜。因此葡萄酒中过量的铜残留会对人体造成一定程度的负面影响。SUN 等[26]的研究结果表明尽管葡萄酒中酚类等功能性物质可以很好的减轻乙醇对小鼠肝脏造成的损伤，但是当葡萄酒铜含量在0.99 mg/L 时肝脏已经开始出现损害现象，高浓度的铜会加剧小鼠酒精性肝损伤。并且高浓度铜胁迫会导致人体内脂氧合酶（LOX）活性升高及与细胞外基质（ECM）的交联，促使肺动脉硬度增加及肺动脉高压的发展[27-28]。同时高浓度铜还可以通过参与低密度脂蛋白（LDL）摄取及参与胆固醇合成相关的蛋白质表达促进动脉粥样硬化生成[29-30]。综上所述，这些发现表明过量的铜可以通过多种机制导致人体心血管等相关疾病的发生，影响人体的健康。

综上所述，较高铜含量会对葡萄酒质量及人类身体健康造成不同程度影响。尽管低浓度铜含量对葡萄汁发酵有益，但是对于目前全球葡萄栽培环境来看，葡萄及葡萄酒发酵过程更多是处于较高浓度的铜胁迫下，同时葡萄酒中较高的铜残留还会影响人类身体健康。因此研究人员需要更加精确详细的评估高浓度的铜胁迫对葡萄及葡萄酒造成的危害，并且寻找相应的解决办法。

2.3 铜含量检测方法

铜作为葡萄与葡萄酒中常见的微量金属元素其含量必须得到控制，因此能否准确测定葡萄与葡萄酒中的铜含量是非常必要的[31]。目前常见的葡萄酒中铜含量测定方法主要有分光光度法[32-33]、电化学法[31,34-35]、有机荧光探针法[36-37]、比色法[38]、原子吸收光谱法（ASS）[39-40]、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和质谱法（ICP-MS）[4,41]。

BAI 等[32]研究开发了一种基于表面活性剂CTAB，利用3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲醛苯甲酰腙（DMBBH）的分光光度法测定葡萄酒中铜（II）的方法；ZENGIN 等[33]研究合成了一种新型功能纳米复合材料吸收富集葡萄酒中的铜离子同时开发一种超微量紫外-可见分光光度法检测葡萄酒中铜离子的形态和含量的方法；DA COSTA 等[31]的研究通过基于电位化学传感器的电子舌研究了葡萄酒中铁、铜、铅、镉等金属的定量检测方法，证明了电子舌检测葡萄酒微量金属元素的能力；DUGANDZIC 等[35]基于表面增强拉曼散射（SERS）开发了一种新型分子传感器，用于检测和定量Cu2+，具有非常好的特异性和选择性，作为控制葡萄酒生产过程中和最终产品中Cu2+含量的常规测试具有重要的意义；WU 等[36]研究了一种新型香豆素荧光探针成功用于葡萄酒中Cu2+的定性和定量检测；GU 等[37]研究开发了一种比色近红外荧光探针DCM-P，对Cu2+具有高选择性并且可以快速方便的通过颜色变化检测样品中的Cu2+含量；FIGUEIREDO 等[38]通过由淀粉和聚乙烯醇组成薄膜为载体固定花青素作为传感器，快速检测酒类样品中的铜离子含量，该传感器通过颜色从红色变为绿色实现Cu2+检测，简单廉价具有选择性。ASS，ICP-OES 和ICP-MS 作为最常用检测葡萄酒中铜含量的检测仪器，具有极高的精度和选择性、以及非常低的检测限，但是这类仪器成本高，检测方法建立成本也高，并且对于样品前处理过程复杂，费时费力，通常需要合格的人员才能使用它们[4,39-41]。

对于葡萄酒中铜含量的检测方法大致可以分为两个方向，一种是高精度、高准确性以及低检测限，另一种是样品处理简单，检测快速，降低检测成本的方向。两个方向都代表了研究人员不同的检测要求，向着更高精度，更高准确定，更佳快速及更低检测成本的方向发展。

2.4 降低铜胁迫方法

虽然铜作为生物所必须的微量金属元素，对维持正常生长、调节新陈代谢和保护免受氧化应激很重要，但目前大多数的研究表明由于葡萄园中长期使用铜基杀菌剂使得葡萄与葡萄酒中具有较高的铜含量，造成的消极影响更多。因此目前在葡萄栽培措施及葡萄汁和葡萄酒处理方法选择上更加倾向于减少产品中的铜。在降低葡萄与葡萄酒中铜含量的研究中，主要有以下几个方面来减少铜含量。

2.4.1 开发抗真菌葡萄品种 目前在主要酿酒葡萄栽培区域有倾向于使用抗真菌葡萄品种作为有机葡萄栽培中的主要品种趋势，特别是在葡萄真菌病害严重的地区[8]。抗真菌葡萄品种有助于改善有机和传统葡萄栽培的病害管理，特别是在减少铜基杀菌剂的使用方面，可以有效降低葡萄生产成本并减少土壤中的铜积累，以此来减少葡萄酒中的铜残留。

2.4.2 减少铜基杀菌剂的使用 寻找铜基杀菌剂的代替品也是目前的研究热点问题。例如MA 等[42]通过铜基杀菌剂与螯合铁的复合使用增强葡萄叶片光合作用并提高葡萄果实质量，减少了植物和土壤中过量的铜积累。GARDE-CERDAN 等[43]研究表明单独使用壳聚糖和海带多糖，以及与铜基杀菌剂交替使用控制葡萄霜霉病对葡萄果实质量的影响要小于单独使铜基杀菌剂，壳聚糖和海带多糖可以很好的作为铜基杀菌剂的一种替代品。CALZARANO 等[44-45]研究将铜与意大利一种沸石（构造硅酸盐，包括52 种不同的矿物种类）相结合，构成铜沸石取代铜基杀菌剂应对葡萄霜霉病、灰霉病及酸腐病，结果表明铜沸石的使用可以有效减少铜的使用量，还可以使葡萄果实中的多酚含量增加和加深果皮颜色。因此寻找合理有效的铜基杀菌剂的替代品，在有效控制真菌病害的前提下，显著减少铜基杀菌剂的使用，减少土壤中的铜积累。

2.4.3 外源添加物缓解铜胁迫影响 目前有不少研究聚集在通过外源添加物来缓解葡萄植株及葡萄汁发酵过程铜胁迫造成的负面影响。ZHOU 等[46]研究表明使用外源性24-表油菜素内酯可以有效缓解铜胁迫对葡萄枝条生长的消极影响，可以有效降低氧化应激反应，增加部分内源性激素的水平，并且改善根系生长。JIA、ZIMDARS 等[47-48]分别在含铜葡萄汁发酵过程中添加原花青素及谷胱甘肽维持及改善酒精发酵环境，缓解铜胁迫下酿酒酵母活性降低的负面影响，并加快酒精发酵进程并进一步提高糖利用率。

2.4.4 生物及非生物吸附铜方法 同时对于通过生物及非生物法去除葡萄酒中铜的方法开发也是研究热点。例如SUN 等[10]研究表明酿酒酵母可以对铜离子进行生物及非生物吸附，但与生物吸附相比，非生物吸附效率更低。因此酿酒酵母对铜的吸附方式主要通过生物吸附，生物吸附铜是一个两步过程：第一步铜吸附到细胞表面；第二步铜在细胞内积累。SCHUT等[49]选取八种与葡萄酒相关的乳酸菌进行葡萄汁与葡萄酒中的铜吸附实验，结果表明乳酸菌具有很高的铜吸附能力，可以有效降低铜浓度。ZHANG 等[50]评估了膜吸附及深层过滤器对葡萄酒中铜离子的去除能力，膜过滤器更偏向于小批量吸附葡萄酒中的铜，而深层过滤器更倾向于工业规模的铜吸附处理。

3 结语

本研究通过文献计量学的方法对目前葡萄与葡萄中铜相关的主题研究文献进行搜集与分析。结果表明近些年来，关于葡萄与葡萄酒中铜相关研究的文献出版量持续在增加，表明科研人员对于铜和葡萄与葡萄酒的关系越来越感兴趣。法国、意大利与西班牙作为欧洲传统的葡萄种植与葡萄酒生产国，在该主题的研究中是主要的领导者之一。同时澳大利亚，美国及中国作为葡萄种植和葡萄酒生产的新世界国家，在进几年内的相关主题研究数量持续在增长，同样是目前的领导者之一。目前关于该主题的研究主要聚集在铜的积累与迁移规律、铜胁迫对葡萄酒质量及人体健康影响、铜含量检测方法及降低铜胁迫方法等方面。当前更多的研究聚焦在葡萄与葡萄酒中新型铜含量检测方法开发，以及如何降低或消除葡萄与葡萄酒中的铜含量。

因此，在未来对于该主题的科研人员可以倾向于新型铜含量检测方法开发，更加方便，快速及低成本的检测葡萄与葡萄酒中的铜含量。同时面对葡萄与葡萄酒中铜含量的日益升高，开发不同的铜离子吸附去除手段，或研究铜基杀菌剂的替代品以此来减少产品中铜含量的积累。同时面对不同方法，也要考虑对葡萄酒质量的影响，不能造成葡萄酒质量降低，要促使科学技术研究更好的为葡萄酒质量品质服务，促使葡萄与葡萄酒向着健康营养方向发展。