產地、年份、品種對葡萄干礦物元素含量的影響

新疆作為中國主要的葡萄種植和生產加工區(qū)域，具有獨特的光熱等資源，所產葡萄干具有味道甘甜、肉質細膩、含糖量高(達73%)、維生素C含量高(5.5～6.0 mg/100 g)等特點[1]，備受國內外消費者青睞，吐魯番葡萄干因其優(yōu)良的品質被原國家質檢總局批準成為地理標志產品[2]。近年來，吐魯番葡萄干常被假冒銷售，極大地影響了地理標志產品的聲譽和農戶的經濟效益，破壞了市場秩序。因此，為了保護地理標志葡萄干產品，研究葡萄干產地溯源是行之有效的方法。

產地溯源技術主要有礦物元素指紋分析技術[3-4]、有機成分指紋分析技術[5]、近紅外光譜指紋分析技術[6-7]等。其中礦物元素指紋分析技術被公認為農產品產地判別最有效、最有前景的方法之一[8-10]，在植物源性食品的產地判別中廣泛應用，例如水果[11]、茶葉[12-13]、大米[14]、枸杞[15]、橄欖油[16]等農產品的產地判別。但是，農產品中礦物元素組成不僅受地理來源的影響，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源于年份、品種還是產地不得而知。因此分析產地、品種、年份因素對礦物元素含量的影響，尋找受產地影響的元素作為穩(wěn)定的溯源指標是十分有必要的[18-19]。本研究以新疆3個主產地的葡萄干為研究對象，分析產地、采收年份、品種及其交互作用對葡萄干中礦物元素含量的影響，篩選主要受產地影響的礦物元素，為地理標志葡萄干產品產地保護提供數據支撐。

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新疆吐魯番、哈密及和田3個葡萄干主產地，以主流品種無核白和無核白雞心[20]為研究對象，采樣時間為2016、2017、2018年。為保證葡萄干樣品地域來源的準確性，課題組親赴吐魯番紅柳河園藝場(88°57′E，43°07′N，390 m)、哈密市黃田農場(93°45′E，42°47′N，786 m)、和田墨玉縣喀瓦克鄉(xiāng)(80°04′E，37°39′N，1 195 m)采集新鮮葡萄，并在當地晾房晾曬制干，每個產地每個品種采集3個樣品，3個不同產地、2個不同品種、3個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。

濃硝酸(HNO3，純度65%，分析純)，德國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種內標元素Rh、In、Bi標準儲備液(質量濃度1 000 μg/mL，介質1.0 mol/L HNO3)，國家鋼鐵材料測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)；國家一級標準物質圓白菜GBW 10014(GSB-5)、菠菜GBW 10015(GSB-6)，地球物理地球化學勘查研究所。

1.2 儀器與設備

350D型電感耦合等離子體質譜(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)儀，美國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CEM公司；GM200刀式研磨儀，德國Retsch公司；FP240型強對流烘箱，德國BINDER公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

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

同時將淘洗干凈，烘干表面水分的葡萄干樣品參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》減壓干燥法，稱取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，計算其水分含量。

1.3.2 儀器測試條件

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元素含量的測定采用ICP-MS法。儀器測試條件：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<0.30%，氧化物指數<0.25%。為保證儀器的穩(wěn)定性，選用Rh、In、Bi作為內標元素。

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

1.4 數據處理與分析

每個葡萄干樣品都同時制備3個平行樣，平行樣測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的10%，將平行樣的均值(以干基計)作為最后結果進行數據分析。利用SPSS 24.0，用單因素方差分析，鄧肯多重比較分析及t檢驗進行數據分析，結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 方法的準確性

本文采用ICP和ICP-MS法相結合，測定葡萄干中50種礦物元素含量，測定過程使用在線內標法保證儀器的穩(wěn)定性。50種元素在相應的線性范圍內，r為0.990～1.000，根據各元素在儀器上的響應值和樣品稀釋倍數，確定所有元素的檢出限為3 μg/kg，定量限為10 μg/kg。

為了驗證方法的準確性和穩(wěn)定性，每批樣品測定時同時測定國家一級標準物質圓白菜(GBW 10014)、菠菜(GBW 10015)中44種待測元素含量(Pd、Ag、Sn、W、Pt、Au等6種元素沒有給出標準值)，除了Ge的測量結果回收率為63%，Al的回收率為68%，Se的回收率為132%之外，其他元素的測定值均在標準值允許范圍內，回收率為83%～115%，說明該方法是準確可靠的。

從表1不同產地、品種、年份葡萄干礦物元素含量結果可知，3個產地的葡萄干樣品Pb、As、Cr、Cd、Hg、Ni等污染物元素含量均遠低于GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的要求。

2.2 不同產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，測定3個產地每個產地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，不參與產地溯源研究。不同產地葡萄干樣品中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地間均具有顯著性差異(P<0.05)，各產地樣品礦物元素含量均具有其自身特點。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個產地葡萄干中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 不同產地、品種和年份葡萄干礦物元素含量(以干基計)
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

忽略產地和品種的差異，2016、2017、2018三個年份，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，Ni、Cs、Sr、Zn、Rb、Na元素含量在3個年份葡萄干樣品中具有顯著性差異。3個年份中，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

忽略產地和年份的差異，無核白和無核白雞心2個品種，每個品種各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個品種的葡萄干樣品中，Sr、Cs、Zn元素含量具有顯著性差異，無核白葡萄干樣品中Sr、Zn元素平均含量較高，無核白雞心葡萄干中Cs元素含量較高。

2.5 產地、年份、品種及其交互作用對葡萄干樣品中礦物元素含量的影響

采用多因素方差分析，研究產地、年份、品種及其交互作用對葡萄干樣品中礦物元素含量的影響。結果表明，各因素對葡萄干樣品中礦物元素含量的影響順序為：產地>年份>產地×年份>品種>產地×品種>年份×品種>產地×年份×品種(采用SPSS軟件計算出的威爾克Lambda的值分別為F產地=45.334，F年份=6.429，F產地×年份=5.047，F品種=3.009，F產地×品種=2.914，F年份×品種=2.628，F產地×年份×品種=1.716)。其中，產地對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Zn、Rb、Na元素含量具有顯著影響(P<0.05)；年份對Li、Sr、Sc、Cs、La、Zn、Rb、Na元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Cr、Ni、Cu元素含量具有顯著影響(P<0.05)；品種對Sr、Cs、Cu、Zn元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Li、Mn元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產地×年份對Li、Sc、Cr、Ti、Cs、As、Al、Fe、K元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對V、Pb、Cu、Rb、Na元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產地×品種對Cs、Pb、Fe元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Sc、Cr、Ti元素含量具有顯著影響(P<0.05)；年份×品種對Sr、Cs元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對Rb元素含量具有顯著影響(P<0.05)；產地×年份×品種對Cs元素含量具有極顯著影響(P<0.01)，對V、As、Y元素含量具有顯著影響(P<0.05)。多因素方差分析結果表明，產地因素對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地溯源的有效指標。

各因素對每個元素含量差異性的貢獻率如表2所示。葡萄干樣品中產地因素對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，例如降雨、溫度和日照等因素；品種因素對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；產地和年份的交互作用對K元素的含量差異性影響最大。研究表明，小麥中產地因素對Ca、Fe、Mo元素含量差異性影響最大[19]，茶葉中產地因素對Mg、Ba、Pb元素含量差異影響最大[17]。

表2 各因素對元素含量差異性的貢獻率 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、日照時間等有差異)及氣候不同，相同品種的農產品在不同地區(qū)礦物元素含量可能會有所不同[21]；在同一地區(qū)，年份和品種的差異也可能導致農產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，采用僅代表產地特征的指標才能建立穩(wěn)定、準確的葡萄干產地判別模型。

3 結論

本研究采用ICP-MS法和ICP法測定國內市場3個主要產地、2個主要品種、3個年份共54份葡萄干樣品中50種礦物元素含量，分析不同產地、品種、年份葡萄干樣品中礦物元素含量的差異，并研究了產地、品種、年份及其交互作用對礦物元素含量差異的影響。結果表明：(1)各因素對葡萄干中礦物元素含量的影響順序為產地>年份>產地×年份>品種>產地×品種>年份×品種>產地×年份×品種，礦物元素含量可以作為葡萄干產地溯源的有效指標；(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地影響較大，年份和品種次之，因此對這3種主要影響因素進行分析，篩選出與產地有關的特征礦物元素，可為地理標志葡萄干產地保護和判別提供參考。