產(chǎn)地、年份、品種對(duì)葡萄干礦物元素含量的影響

新疆作為中國(guó)主要的葡萄種植和生產(chǎn)加工區(qū)域，具有獨(dú)特的光熱等資源，所產(chǎn)葡萄干具有味道甘甜、肉質(zhì)細(xì)膩、含糖量高(達(dá)73%)、維生素C含量高(5.5～6.0 mg/100 g)等特點(diǎn)[1]，備受?chē)?guó)內(nèi)外消費(fèi)者青睞，吐魯番葡萄干因其優(yōu)良的品質(zhì)被原國(guó)家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)成為地理標(biāo)志產(chǎn)品[2]。近年來(lái)，吐魯番葡萄干常被假冒銷(xiāo)售，極大地影響了地理標(biāo)志產(chǎn)品的聲譽(yù)和農(nóng)戶(hù)的經(jīng)濟(jì)效益，破壞了市場(chǎng)秩序。因此，為了保護(hù)地理標(biāo)志葡萄干產(chǎn)品，研究葡萄干產(chǎn)地溯源是行之有效的方法。

產(chǎn)地溯源技術(shù)主要有礦物元素指紋分析技術(shù)[3-4]、有機(jī)成分指紋分析技術(shù)[5]、近紅外光譜指紋分析技術(shù)[6-7]等。其中礦物元素指紋分析技術(shù)被公認(rèn)為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地判別最有效、最有前景的方法之一[8-10]，在植物源性食品的產(chǎn)地判別中廣泛應(yīng)用，例如水果[11]、茶葉[12-13]、大米[14]、枸杞[15]、橄欖油[16]等農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地判別。但是，農(nóng)產(chǎn)品中礦物元素組成不僅受地理來(lái)源的影響，還有可能受年份及品種等因素的影響[17]，葡萄干中礦物元素含量差異主要來(lái)源于年份、品種還是產(chǎn)地不得而知。因此分析產(chǎn)地、品種、年份因素對(duì)礦物元素含量的影響，尋找受產(chǎn)地影響的元素作為穩(wěn)定的溯源指標(biāo)是十分有必要的[18-19]。本研究以新疆3個(gè)主產(chǎn)地的葡萄干為研究對(duì)象，分析產(chǎn)地、采收年份、品種及其交互作用對(duì)葡萄干中礦物元素含量的影響，篩選主要受產(chǎn)地影響的礦物元素，為地理標(biāo)志葡萄干產(chǎn)品產(chǎn)地保護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試葡萄干樣品采集自中國(guó)新疆吐魯番、哈密及和田3個(gè)葡萄干主產(chǎn)地，以主流品種無(wú)核白和無(wú)核白雞心[20]為研究對(duì)象，采樣時(shí)間為2016、2017、2018年。為保證葡萄干樣品地域來(lái)源的準(zhǔn)確性，課題組親赴吐魯番紅柳河園藝場(chǎng)(88°57′E，43°07′N(xiāo)，390 m)、哈密市黃田農(nóng)場(chǎng)(93°45′E，42°47′N(xiāo)，786 m)、和田墨玉縣喀瓦克鄉(xiāng)(80°04′E，37°39′N(xiāo)，1 195 m)采集新鮮葡萄，并在當(dāng)?shù)亓婪苛罆裰聘桑總€(gè)產(chǎn)地每個(gè)品種采集3個(gè)樣品，3個(gè)不同產(chǎn)地、2個(gè)不同品種、3個(gè)年份共采集葡萄干樣品54份，樣品放入封口袋，4 ℃冷藏保存待測(cè)。

濃硝酸(HNO3，純度65%，分析純)，德國(guó)Merck公司；50種元素Pt、Ge、Li、Sr、Na、Mg、K、Hg、Ca、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Co、Cs、Au、B、Mo、Pd、V、W、Rb、Tl、Ti、Y、Ag、Al、Cd、Cr、As、Ba、Ni、Pb、Cu、Sn、Zn、Fe、Mn、Sb，以及3種內(nèi)標(biāo)元素Rh、In、Bi標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(質(zhì)量濃度1 000 μg/mL，介質(zhì)1.0 mol/L HNO3)，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院；超純水(電阻率>18.2 MΩ·cm，20 ℃)，Milli-Q純水系統(tǒng)；國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)圓白菜GBW 10014(GSB-5)、菠菜GBW 10015(GSB-6)，地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

350D型電感耦合等離子體質(zhì)譜(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)儀，美國(guó)PE公司；iCAP 7000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜(inductively coupled plasma emission spectrum，ICP)儀，美國(guó)Thermo Fisher公司；MS303TS型電子天平，瑞士METTLER TOLEDO公司；Mars X型微波消解儀，美國(guó)CEM公司；GM200刀式研磨儀，德國(guó)Retsch公司；FP240型強(qiáng)對(duì)流烘箱，德國(guó)BINDER公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

采集來(lái)的葡萄干樣品手工去除梗、蒂等雜質(zhì)，用超純水淘洗干凈，置于60 ℃烘箱中鼓風(fēng)干燥1 h，烘干表面水分后，取一定量的樣品與超純水按質(zhì)量比1∶1混合，使用刀式研磨儀研磨均勻，參照GB 5009.268—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》第1法，準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g(精確至0.001 g，葡萄干樣品實(shí)際質(zhì)量為0.5 g)于微波消解罐中，加入5 mL濃硝酸進(jìn)行微波消解，消解完畢后用水定容至50 mL混勻備用，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

同時(shí)將淘洗干凈，烘干表面水分的葡萄干樣品參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》減壓干燥法，稱(chēng)取2 g(精確至0.000 1 g)樣品于真空干燥箱中，(60±5)℃干燥4 h至恒重，計(jì)算其水分含量。

1.3.2 儀器測(cè)試條件

ICP-MS法：葡萄干樣品中Li、Sr、Hg、Au、B、Sc、Pt、Ge、Co、Pd、Rb、Cs、Mo、Tl、W、Y、Ti、V、La、Ce、Pr、Eu、Gd、Nd、Sm、Tb、Dy、Ho、Yb、Lu、Er、Tm、Ba、Cd、Ag、Al、As、Cr、Mn、Cu、Sn、Zn、Ni、Pb、Sb元素含量的測(cè)定采用ICP-MS法。儀器測(cè)試條件：等離子氣體流速17 L/min，輔助氣流1.1 L/min，射頻功率1 600 W，雙電荷指數(shù)<0.30%，氧化物指數(shù)<0.25%。為保證儀器的穩(wěn)定性，選用Rh、In、Bi作為內(nèi)標(biāo)元素。

ICP法：葡萄干樣品中Ca、Fe、Mg、Na、K元素含量較高，采用ICP法測(cè)定。儀器測(cè)試條件：輔助氣流0.4 L/min，霧化氣流1.1 L/min，射頻功率1 200 W；波長(zhǎng)選擇：Ca 393.3 nm，F(xiàn)e 259.9 nm，Na 589.5 nm，K 766.4 nm，Mg 279.5 nm。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

每個(gè)葡萄干樣品都同時(shí)制備3個(gè)平行樣，平行樣測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不得超過(guò)算術(shù)平均值的10%，將平行樣的均值(以干基計(jì))作為最后結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。利用SPSS 24.0，用單因素方差分析，鄧肯多重比較分析及t檢驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法的準(zhǔn)確性

本文采用ICP和ICP-MS法相結(jié)合，測(cè)定葡萄干中50種礦物元素含量，測(cè)定過(guò)程使用在線(xiàn)內(nèi)標(biāo)法保證儀器的穩(wěn)定性。50種元素在相應(yīng)的線(xiàn)性范圍內(nèi)，r為0.990～1.000，根據(jù)各元素在儀器上的響應(yīng)值和樣品稀釋倍數(shù)，確定所有元素的檢出限為3 μg/kg，定量限為10 μg/kg。

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，每批樣品測(cè)定時(shí)同時(shí)測(cè)定國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)圓白菜(GBW 10014)、菠菜(GBW 10015)中44種待測(cè)元素含量(Pd、Ag、Sn、W、Pt、Au等6種元素沒(méi)有給出標(biāo)準(zhǔn)值)，除了Ge的測(cè)量結(jié)果回收率為63%，Al的回收率為68%，Se的回收率為132%之外，其他元素的測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值允許范圍內(nèi)，回收率為83%～115%，說(shuō)明該方法是準(zhǔn)確可靠的。

從表1不同產(chǎn)地、品種、年份葡萄干礦物元素含量結(jié)果可知，3個(gè)產(chǎn)地的葡萄干樣品Pb、As、Cr、Cd、Hg、Ni等污染物元素含量均遠(yuǎn)低于GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》的要求。

2.2 不同產(chǎn)地葡萄干樣品中礦物元素含量的差異性

忽略年份和品種的差異，測(cè)定3個(gè)產(chǎn)地每個(gè)產(chǎn)地18份葡萄干樣品中50種礦物元素的含量，其中24種礦物元素含量低于方法檢出限，不參與產(chǎn)地溯源研究。不同產(chǎn)地葡萄干樣品中26種礦物元素含量如表1所示。葡萄干樣品中除Ni、Sr、K外，其他元素含量在不同產(chǎn)地間均具有顯著性差異(P<0.05)，各產(chǎn)地樣品礦物元素含量均具有其自身特點(diǎn)。吐魯番葡萄干樣品中Mo、Mn、Cu、Zn、Rb元素平均含量較高，Li、Pb、Al、Ca、Fe、Mg、Na元素平均含量較低；哈密葡萄干樣品中Pb、Ca、Mg、Cs元素平均含量較高，Ba、V、Cr、Co、Y、La、Ce、Ti、Zn、Sc、As元素平均含量較低；和田葡萄干樣品中Li、V、Cr、Co、As、Y、La、Ce、Ti、Na、Sc、Ba、Al、Fe元素平均含量較高，Mo、Mn、Cu、Cs、Rb元素平均含量較低。3個(gè)產(chǎn)地葡萄干中Ca、Mg、Na、K元素含量均較高，大于100 mg/kg；Ti、Mn、Cu、Zn、Rb、Al、Fe的含量范圍在1～100 mg/kg，其余13種元素的含量較低，小于1 mg/kg。

表1 不同產(chǎn)地、品種和年份葡萄干礦物元素含量(以干基計(jì))
Table 1 Mineral element concentrations of raisin from different regions, varieties and years (based on dry basis)

注：同一因素同一行中不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)

2.3 不同年份葡萄干樣品中礦物元素含量的差異性

忽略產(chǎn)地和品種的差異，2016、2017、2018三個(gè)年份，每年各18份葡萄干樣品中26種礦物元素含量如表1年份列所示。不同年份樣品中礦物元素含量也有其自身特點(diǎn)，Ni、Cs、Sr、Zn、Rb、Na元素含量在3個(gè)年份葡萄干樣品中具有顯著性差異。3個(gè)年份中，2016年樣品中Ni元素平均含量較高，Zn、Na、Sr元素平均含量較低；2017年樣品中Zn、Rb、Na、Cs元素平均含量較高；2018年樣品中Sr元素平均含量較高，Ni、Cs、Rb元素平均含量較低。

2.4 不同品種葡萄干樣品中礦物元素含量的差異性

忽略產(chǎn)地和年份的差異，無(wú)核白和無(wú)核白雞心2個(gè)品種，每個(gè)品種各27份葡萄干樣品中26種礦物元素含量如表1品種列所示。2個(gè)品種的葡萄干樣品中，Sr、Cs、Zn元素含量具有顯著性差異，無(wú)核白葡萄干樣品中Sr、Zn元素平均含量較高，無(wú)核白雞心葡萄干中Cs元素含量較高。

2.5 產(chǎn)地、年份、品種及其交互作用對(duì)葡萄干樣品中礦物元素含量的影響

采用多因素方差分析，研究產(chǎn)地、年份、品種及其交互作用對(duì)葡萄干樣品中礦物元素含量的影響。結(jié)果表明，各因素對(duì)葡萄干樣品中礦物元素含量的影響順序?yàn)椋寒a(chǎn)地>年份>產(chǎn)地×年份>品種>產(chǎn)地×品種>年份×品種>產(chǎn)地×年份×品種(采用SPSS軟件計(jì)算出的威爾克Lambda的值分別為F產(chǎn)地=45.334，F年份=6.429，F產(chǎn)地×年份=5.047，F品種=3.009，F產(chǎn)地×品種=2.914，F年份×品種=2.628，F產(chǎn)地×年份×品種=1.716)。其中，產(chǎn)地對(duì)Li、Sc、V、Cr、Co、As、Y、Mo、Cs、Ba、La、Ce、Pb、Ti、Mn、Cu、Al、Fe、Ca、Mg元素含量均具有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)Zn、Rb、Na元素含量具有顯著影響(P<0.05)；年份對(duì)Li、Sr、Sc、Cs、La、Zn、Rb、Na元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)Cr、Ni、Cu元素含量具有顯著影響(P<0.05)；品種對(duì)Sr、Cs、Cu、Zn元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)Li、Mn元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產(chǎn)地×年份對(duì)Li、Sc、Cr、Ti、Cs、As、Al、Fe、K元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)V、Pb、Cu、Rb、Na元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產(chǎn)地×品種對(duì)Cs、Pb、Fe元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)Sc、Cr、Ti元素含量具有顯著影響(P<0.05)；年份×品種對(duì)Sr、Cs元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)Rb元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產(chǎn)地×年份×品種對(duì)Cs元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)V、As、Y元素含量具有顯著影響(P<0.05)。多因素方差分析結(jié)果表明，產(chǎn)地因素對(duì)葡萄干中礦物元素含量影響最大，因此礦物元素含量可以作為葡萄干產(chǎn)地溯源的有效指標(biāo)。

各因素對(duì)每個(gè)元素含量差異性的貢獻(xiàn)率如表2所示。葡萄干樣品中產(chǎn)地因素對(duì)Li、Sc、V、Cr、Co、As、Y、Mo、Ba、La、Ce、Pb、Ti、Mn、Cu、Al、Ca、Fe、Mg共19種元素含量差異性影響最大，這些元素含量的差異性可能反映的是各地種植條件的特異性，如種植土壤、灌溉用水、所在緯度差異等；年份因素對(duì)Ni、Na、Rb元素含量差異性影響最大，元素含量的差異可能跟氣候條件有關(guān)，例如降雨、溫度和日照等因素；品種因素對(duì)Sr、Cs、Zn元素含量差異性影響最大，可能與不同品種葡萄植株的代謝作用有關(guān)；產(chǎn)地和年份的交互作用對(duì)K元素的含量差異性影響最大。研究表明，小麥中產(chǎn)地因素對(duì)Ca、Fe、Mo元素含量差異性影響最大[19]，茶葉中產(chǎn)地因素對(duì)Mg、Ba、Pb元素含量差異影響最大[17]。

表2 各因素對(duì)元素含量差異性的貢獻(xiàn)率 單位：%

Table 2 The contribution rates of each factor to the elemental content variability

由于年份不同(降水、溫度、日照時(shí)間等有差異)及氣候不同，相同品種的農(nóng)產(chǎn)品在不同地區(qū)礦物元素含量可能會(huì)有所不同[21]；在同一地區(qū)，年份和品種的差異也可能導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中礦物元素含量的變化[22]。因此，剔除受品種和年份因素影響的礦物元素指標(biāo)，采用僅代表產(chǎn)地特征的指標(biāo)才能建立穩(wěn)定、準(zhǔn)確的葡萄干產(chǎn)地判別模型。

3 結(jié)論

本研究采用ICP-MS法和ICP法測(cè)定國(guó)內(nèi)市場(chǎng)3個(gè)主要產(chǎn)地、2個(gè)主要品種、3個(gè)年份共54份葡萄干樣品中50種礦物元素含量，分析不同產(chǎn)地、品種、年份葡萄干樣品中礦物元素含量的差異，并研究了產(chǎn)地、品種、年份及其交互作用對(duì)礦物元素含量差異的影響。結(jié)果表明：(1)各因素對(duì)葡萄干中礦物元素含量的影響順序?yàn)楫a(chǎn)地>年份>產(chǎn)地×年份>品種>產(chǎn)地×品種>年份×品種>產(chǎn)地×年份×品種，礦物元素含量可以作為葡萄干產(chǎn)地溯源的有效指標(biāo)；(2)葡萄干樣品中Li、Sc、V、Cr、Co、As、Y、Mo、Ba、La、Ce、Pb、Ti、Mn、Cu、Al、Ca、Fe、Mg元素的含量主要受產(chǎn)地影響，Ni、Na、Rb元素的含量主要受年份影響，Sr、Cs、Zn元素的含量主要受品種影響。

綜上可知，葡萄干中礦物元素含量受產(chǎn)地影響較大，年份和品種次之，因此對(duì)這3種主要影響因素進(jìn)行分析，篩選出與產(chǎn)地有關(guān)的特征礦物元素，可為地理標(biāo)志葡萄干產(chǎn)地保護(hù)和判別提供參考。