李清亮，趙振宇，曾穩(wěn)穩(wěn)，江 鋒，王和玉

（貴州茅臺酒股份有限公司，貴州仁懷 564501）

白酒是國際六大蒸餾酒之一，也是中國特有的一種蒸餾酒[1]。白酒的組成成分受多種因素的影響，比如原料、釀造工藝以及貯存環(huán)境等[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，雖然白酒的品質(zhì)主要由其微量風味物質(zhì)決定[4]，但是酒體中的無機元素也是白酒品質(zhì)的重要影響因素，同時也是食品安全監(jiān)控的重要指標[5-7]。例如Mn、Fe 具有著色作用，會對白酒的色澤產(chǎn)生影響，同時也會影響白酒的穩(wěn)定性[8]；Pb 等重金屬離子超標會影響白酒的飲用安全，造成食品安全事故[9]。因此，無機元素分析是白酒的質(zhì)量控制和食品安全分析的重要方面。在無機元素分析領(lǐng)域，ICP-MS 由于檢出限低、靈敏度高、線性范圍廣、檢測速度快等優(yōu)點而被廣泛采用[10]。不同酒體的獨特品質(zhì)和風格特點與其原產(chǎn)地環(huán)境息息相關(guān)，特別是釀造場地、釀造原料、釀造用水等環(huán)境因子中的無機元素組成特征，對白酒原產(chǎn)地的鑒定研究有著重要意義，有利于白酒生產(chǎn)質(zhì)量的監(jiān)督溯源和消費者權(quán)益的維護[11]。到目前為止，針對我國名優(yōu)白酒原產(chǎn)地環(huán)境地球化學及其與白酒品種分類間的耦合關(guān)系還缺乏系統(tǒng)研究，因而限制名優(yōu)酒類產(chǎn)品研究的進一步深入。

本研究通過ICP-MS 對不同產(chǎn)地、不同品牌、不同香型白酒中的無機元素進行定量分析。結(jié)合聚類分析建立分類模型，從而深入了解白酒中無機元素分布規(guī)律與白酒品種之間的關(guān)系，對充分認識不同產(chǎn)地、不同品牌、不同香型白酒差異的實質(zhì)具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 材料與試劑

酒樣：不同香型、不同品牌、不同產(chǎn)地的酒樣均購于市場，其詳細信息如表1所示。硝酸：MOS級，購自北京化學試劑廠，經(jīng)雙瓶亞沸蒸餾純化后使用。超純水：蒸餾水經(jīng)Milli Q 純化系統(tǒng)純化。無機元素標準溶液：購自國家地質(zhì)實驗測試中心。內(nèi)標溶液：含Rh、Re各10 ng/mL，美國Agilent公司。

表1 不同香型、品牌和產(chǎn)地的白酒樣品信息

1.1.2 主要儀器設(shè)備

Agilent 7500A 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Agilent 公司；Milli Q 超純水系統(tǒng)，美國Millipore 公司；AB204-S 精密電子天平，梅特勒-托利多國際貿(mào)易（上海）有限公司；BSB-939-IR 酸蒸餾純化器（德國Berghof）；梅特勒PL303 電子天平；廣口試劑瓶（生工生物公司）；2 mL 進樣瓶，10 μL/50 μL 微量進樣器，美國Agilent公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理

稱取2.0 g酒樣，置于烘箱內(nèi)80 ℃烘至近干，再用20.0 g 的2 % HNO3溶解，搖勻后直接上機測定。用標準溶液做標準曲線，對樣品中的12 種無機元素（Al、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Pb）進行定量分析[7]。通過內(nèi)標混合三通在所有上機測試樣品中在線加入混合內(nèi)標元素標準溶液。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究運用IBM SPSS Statistics 22 結(jié)合R 對數(shù)據(jù)進行分析。所有無機元素數(shù)據(jù)通過歸一化處理消除量綱影響，利用熱圖表征標記無機元素的潛在聯(lián)系和聚類分析的歐式距離確定樣品間聯(lián)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同白酒中無機元素含量分析

本實驗利用ICP-MS 對不同白酒中12 種無機元素含量進行檢測，對原始數(shù)據(jù)進行初步分析，其數(shù)據(jù)分布情況如表2 所示。采用熱圖對175 組酒樣中重金屬含量分布情況及差異數(shù)據(jù)進行具象化展示，結(jié)果見圖1。每個方格表示一組樣品，其顏色表示該樣品無機元素含量的多少，顏色（由暗到亮）表示相對含量由低到高的變化。每行表示每個樣品中所有無機元素的含量，每列表示某個元素在不同樣品中的含量情況。圖1 上方的樹形圖是對無機元素的聚類，通過聚類結(jié)果可以看出，無機元素大致分為兩類，一類為Mn、Al、As、Sb，剩余元素為一類。同時對樣品中12 種元素含量進行兩兩相關(guān)性分析，選取皮爾遜相關(guān)系數(shù)r＞0.5 的數(shù)據(jù)繪制網(wǎng)絡關(guān)系圖，結(jié)果見圖2。圖2 中兩個元素之間的連線表示兩種元素直接的相關(guān)性，紅色為正相關(guān)，藍色為負相關(guān)，連線越粗表示相關(guān)性越強。通過圖2可以看出，酒樣中無機元素含量都呈正相關(guān)關(guān)系，其中Mn、Al、Fe、Cr 之間的正相關(guān)性較強，Pb 與其他無機元素之間相關(guān)性不強而未出現(xiàn)在圖中。

表2 白酒中無機元素含量統(tǒng)計

2.2 不同白酒中無機元素數(shù)據(jù)聚類分析

本研究運用IBM SPSS Statistics 22統(tǒng)計分析軟件中的兩步聚類法統(tǒng)計分析市場上采購的175 個樣品的無機元素數(shù)據(jù)。經(jīng)過統(tǒng)計軟件分析后生成的聚類比較圖（圖3）可以看出，聚類結(jié)果分為4 類，分別從品牌（Brands）、產(chǎn)地（Loc）和香型（Type）3 個維度進行了展示。第1 類為以汾酒（山西、清香型）為代表，第2 類為以瀘州老窖（四川、濃香型）為代表，第3 類為以貴州茅臺（貴州、醬香型）為代表，第4 類為以郎酒（四川、醬香型）為代表，聚類分析的結(jié)果顯示了不同白酒之間的差異和聯(lián)系。

通過品牌（Brands）、產(chǎn)地（Loc）和香型（Type）角度分析每個類別的區(qū)別，第1 類分析結(jié)果如圖4所示，該類別主要為四川地區(qū)白酒、貴州地區(qū)白酒外的其他類型白酒。從品牌來看包括汾酒、洋河、古井貢酒和老白干酒，主要分布在山西、江蘇、安徽和河北，香型包括清香型白酒、濃香型白酒和老白干香型白酒。在類別1 中，洋河和古井貢酒同為濃香型白酒，生產(chǎn)工藝都采用老五甑工藝，其產(chǎn)區(qū)江蘇和安徽地理位置毗鄰。汾酒和老白干酒雖然屬于不同香型，但是老白干香型白酒是從清香型白酒中演化出來的，兩者釀造工藝較為接近，同時其產(chǎn)區(qū)山西和河北地理位置毗鄰。說明白酒中無機元素除了與地域相關(guān)之外，與生產(chǎn)工藝也密切相關(guān)。

第2 類為以濃香型為主的四川地區(qū)白酒，包括五糧液、瀘州老窖、劍南春、沱牌以及部分水井坊、少量郎酒，其分析結(jié)果如圖5 所示。說明產(chǎn)于四川的白酒與其他產(chǎn)地白酒在無機元素方面存在顯著差異，區(qū)別于同為濃香型白酒的古井貢和洋河。產(chǎn)區(qū)同為四川的醬香型郎酒則只有一小部分屬于該類，可能是由于郎酒廠位于赤水河畔的四川古藺，與貴州接壤，其地域環(huán)境與大部分四川地區(qū)白酒存在差異。另一方面可能由于醬香型白酒生產(chǎn)工藝與濃香型白酒差異明顯，其中醬香型白酒需要用陶壇長時間貯存，陶壇中重金屬的遷移也對酒體中無機元素含量有影響。

第3 類只包含貴州茅臺酒（圖6），說明茅臺酒在無機元素方面與其他白酒存在顯著差異。貴州茅臺酒產(chǎn)于貴州省仁懷市茅臺鎮(zhèn)，其獨特的地理氣候環(huán)境和生產(chǎn)工藝是茅臺酒與其他酒產(chǎn)生差異并形成單一類別的主要原因。

第4 類為以郎酒、武陵酒為代表的其他醬香型白酒，還包括部分水井坊（圖7）。主要分布在四川、湖南。同為醬香型白酒的郎酒、武陵酒雖然屬于不同地域，但因其生產(chǎn)工藝相似，酒體中無機元素含量相近，因此屬于同一類別，這也進一步說明生產(chǎn)工藝也是影響白酒無機元素的重要因素。

2.3 不同白酒中無機元素差異性分析

聚類分析的結(jié)果顯示175 組樣本主要分為4類，不同類型酒體中無機元素含量箱線圖（圖8）進一步分析展示了組間差異的原因。通過圖8 我們發(fā)現(xiàn)，不同類型白酒無機元素的差異主要體現(xiàn)在Mn、Fe、Zn、As。以Fe 元素為例，以郎酒、武陵酒為主要代表的類別4 中，F(xiàn)e 元素顯著高于其他三類白酒。同樣可以發(fā)現(xiàn)，以郎酒、武陵酒為主要代表的類別4 和貴州茅臺酒（類別3）中Mn 元素顯著高于其他兩類白酒。由于Mn、Fe 具有著色作用，對酒體色澤產(chǎn)生影響[8]，這在一定程度上也解釋了醬香型白酒酒體微黃透明的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

利用ICP-MS 分析采集了175 份不同產(chǎn)地、不同品牌、不同香型白酒中12 種無機元素含量，建立不同酒體中無機元素含量指紋圖譜。酒樣中無機元素含量都呈正相關(guān)關(guān)系，其中Mn、Al、Fe、Cr 之間的正相關(guān)性較強。通過結(jié)合聚類分析對無機元素數(shù)據(jù)進行分析并構(gòu)建聚類分析模型，發(fā)現(xiàn)酒樣分為4大類：第1類為以汾酒（山西、清香型）為代表的其他類型白酒；第2 類為以瀘州老窖（四川、濃香型）為代表的川派白酒；第3 類為以貴州茅臺酒（貴州、醬香型）為代表的醬香型白酒；第4 類為以郎酒（四川、醬香型）為代表的其他醬香型白酒。白酒中無機元素的含量不僅與地域相關(guān)，生產(chǎn)工藝也是影響白無機元素含量的重要因素。不同類型白酒無機元素的差異主要體現(xiàn)在Mn、Fe、Zn、As。