孫曉涵,張雪,石寶暉,張會(huì)寧,馬雯,,4,5*

1(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,寧夏 銀川,750021)2(寧夏大學(xué) 食品與葡萄酒學(xué)院,寧夏 銀川,750021) 3(福建藍(lán)家渡酒莊有限公司,福建 龍巖,364201)4(葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心,寧夏 銀川,750021) 5(寧夏葡萄與葡萄酒工程技術(shù)中心,寧夏 銀川,750021)

葡萄酒作為果酒的一種,是葡萄或葡萄汁在釀酒酵母的作用下經(jīng)過酒精發(fā)酵形成的葡萄副產(chǎn)物。隨著中國葡萄酒市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大,葡萄酒這一產(chǎn)品也擁有了更多的消費(fèi)者,人們也越來越重視葡萄酒的安全質(zhì)量問題,開始更多關(guān)注葡萄酒生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)尤其是非生物代謝來源的有害物質(zhì)。這些物質(zhì)往往產(chǎn)生于釀酒葡萄的種植、葡萄酒的釀造或陳釀過程,如種植期間噴灑的農(nóng)藥、使用的加工助劑以及后期加工設(shè)備帶來的污染等,若沒有全產(chǎn)業(yè)鏈的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、參考標(biāo)準(zhǔn)以及防控措施就極易造成葡萄酒的質(zhì)量安全問題。

葡萄酒中非生物代謝來源的有害物質(zhì)超標(biāo)不但會(huì)嚴(yán)重影響葡萄酒的品質(zhì),對(duì)香氣、顏色、口感產(chǎn)生不良影響[1],還會(huì)危害人體健康。葡萄酒中常見的生物代謝來源有害產(chǎn)物有氨基甲酸乙酯、赭曲霉毒素A和生物胺等物質(zhì)[2];非生物代謝有害產(chǎn)物主要包括抗農(nóng)藥殘留、重金屬污染和鹵代芳香族有機(jī)物等。這些物質(zhì)會(huì)對(duì)人體造成傷害,農(nóng)藥殘留在人體內(nèi)蓄積導(dǎo)致慢性中毒,還存在致畸、致癌、致突變等風(fēng)險(xiǎn)[3];重金屬不僅危害葡萄的生長,也會(huì)隨著在葡萄中的富集進(jìn)入葡萄酒[4];鹵代芳香族有機(jī)物很容易在葡萄酒的生產(chǎn)過程中出現(xiàn)[5]。

如果葡萄酒的品質(zhì)不佳,消費(fèi)者的健康難以保障,消費(fèi)者就會(huì)喪失對(duì)產(chǎn)品的信任,從而造成客戶流失、銷量下降等負(fù)面影響,嚴(yán)重阻礙企業(yè)的生存與發(fā)展,甚至影響到國產(chǎn)葡萄酒品牌的樹立以及邁向世界的步伐。世界衛(wèi)生組織將葡萄酒中某些對(duì)人體健康存在嚴(yán)重危害的物質(zhì)列為關(guān)鍵監(jiān)測(cè)物,這些物質(zhì)成為國際貿(mào)易中的關(guān)鍵技術(shù)因素。因此,從這些非生物代謝來源有害產(chǎn)物的來源、檢測(cè)及防控措施方面總結(jié)闡釋,有助于為預(yù)防控制葡萄酒中過量的非生物代謝來源的有害產(chǎn)物提供理論參考。本文詳細(xì)闡述了農(nóng)藥殘留、重金屬和鹵代芳香族有機(jī)物3種非生物代謝來源有害物質(zhì)對(duì)葡萄酒質(zhì)量和安全的影響,著重從它們的來源、危害、檢測(cè)方法及防控措施4個(gè)方面進(jìn)行了闡釋。

1 農(nóng)藥殘留

不易降解的農(nóng)藥施用后在土壤及作物的部分殘留稱為農(nóng)藥殘留,其在生物體內(nèi)積累,會(huì)導(dǎo)致中毒反應(yīng)。

1.1 農(nóng)藥殘留的來源及危害

葡萄酒中的農(nóng)藥殘留污染主要來源于葡萄原料。葡萄種植過程中經(jīng)常發(fā)生病蟲害,為保證葡萄的品質(zhì)和產(chǎn)量,在種植過程中,殺菌劑、殺蟲劑、除草劑的使用通常不可避免。常用于葡萄病蟲害防治的農(nóng)藥包括有機(jī)氯農(nóng)藥和有機(jī)磷農(nóng)藥。比如,用于防治霜霉病的有機(jī)氯農(nóng)藥百菌清,在植物表面具有良好的黏附性,不易被雨水沖刷,極易在植物表面殘留[6],使用不合理易造成葡萄農(nóng)藥殘留超標(biāo),如使用農(nóng)藥殘留超標(biāo)的葡萄原料釀造葡萄酒,殘留農(nóng)藥就可能轉(zhuǎn)移到葡萄酒中從而危害人體健康。

有機(jī)氯農(nóng)藥能在人體脂肪、組織器官中蓄積從而引發(fā)中毒[3],還具有致畸、致癌、致突變的能力。有機(jī)磷農(nóng)藥(如樂果)有神經(jīng)毒素,可抑制膽堿酯酶活性,造成乙酰膽堿的過量蓄積,從而引起中樞神經(jīng)中毒。這些農(nóng)藥會(huì)通過與葡萄表面接觸以及根部和葉部吸收等途徑殘留在葡萄中,最終轉(zhuǎn)移到葡萄酒中[7],但是國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)葡萄酒中的農(nóng)藥殘留限量做出有關(guān)限定,僅對(duì)于葡萄中的農(nóng)藥殘留限量做出了限定[GB 2763—2021 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》]。表1中是國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)葡萄農(nóng)藥殘留限量規(guī)定,共涉及176種農(nóng)藥。OIV組織也未對(duì)葡萄酒中農(nóng)藥殘留做出相關(guān)規(guī)定,但是在一些進(jìn)口葡萄酒中檢測(cè)到了部分農(nóng)藥殘留[8]。研究發(fā)現(xiàn),各種加工工藝都會(huì)影響葡萄酒中最終的農(nóng)藥殘留度,大部分加工過程可降低農(nóng)藥殘留,如一些水溶性較小的農(nóng)藥殘留在澄清過濾過程中有所降低;但也存在某些農(nóng)藥母體在微生物作用下代謝為比自身毒性更大的產(chǎn)物,如三唑酮在酵母發(fā)酵過程代謝為三唑醇[9]。如若在種植過程中噴施不合理,極易造成葡萄中農(nóng)殘超標(biāo),這些農(nóng)藥殘留及其代謝物最終通過飲用進(jìn)入人體,在人體內(nèi)蓄積對(duì)健康造成嚴(yán)重危害。

農(nóng)藥殘留不但影響人體健康,還會(huì)抑制酵母菌等微生物的活性,從而抑制酒精發(fā)酵,影響香氣物質(zhì)的產(chǎn)生和色澤變化,進(jìn)而對(duì)葡萄酒的品質(zhì)造成不良影響[7, 10]。BRIZ-CID等[10]對(duì)經(jīng)農(nóng)藥處理和未經(jīng)農(nóng)藥處理的葡萄釀制的葡萄酒中酚類成分、顏色和香氣變化進(jìn)行了研究對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在2013年的葡萄酒中,殺菌劑處理增加了葡萄酒中單體花色苷和黃烷-3-醇的含量,同時(shí)提高了亮度,但降低了成熟果香和新鮮果香。

1.2 農(nóng)藥殘留的檢測(cè)及去除方法

色譜法是國標(biāo)中常用的農(nóng)殘的檢測(cè)方法,具有操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。近年來,關(guān)于優(yōu)化色譜檢測(cè)方法的研究探索也在持續(xù)進(jìn)行。崔宗巖等[11]采用固相微萃取-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)葡萄酒中的農(nóng)殘,通過優(yōu)化萃取條件,使可檢測(cè)目標(biāo)農(nóng)藥達(dá)94種,檢出限<10 μg/L,操作簡(jiǎn)單、快速。CASTRO等[12]采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜,為50種化合物中48種提供了低于1 ng/mL的定量限,線性響應(yīng)度高達(dá)200 ng/mL,快速、準(zhǔn)確,適用于葡萄酒中農(nóng)殘的快速篩查檢測(cè)。周春紅等[13]用超高效液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)葡萄酒中41種農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè),該方法前處理簡(jiǎn)單,線性良好,適于廣泛應(yīng)用。此外,還有一些關(guān)于傳感器法[14-15]、免疫分析法[16-17]和快速離子遷移譜檢測(cè)[18]等方法的研究。

減少農(nóng)藥殘留可以從源頭和加工過程兩方面入手:一是從源頭上,科學(xué)合理使用農(nóng)藥,減少農(nóng)藥的用量和使用頻次,發(fā)展新型環(huán)保農(nóng)藥;培育抗病害品種,利用葡萄自身的防御體系抵御病蟲害[3]。POZO-BAYN等[19]通過基因轉(zhuǎn)移,將二苯乙烯合成酶DNA植入到葡萄砧木來增強(qiáng)其抗菌性。二是從加工過程中除去,包括去皮、澄清等。DOULIA等[20]研究了7種不同的澄清劑對(duì)紅酒中農(nóng)藥的吸附效果:活性炭>明膠>蛋清>聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)>酪蛋白>膨潤土,發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥疏水性越好,澄清效果越好,單一溶液中農(nóng)藥的去除效果最好。劉振宇等[21]研究了脈沖電場(chǎng)法對(duì)農(nóng)藥降解的作用,發(fā)現(xiàn)該方法能有效降解葡萄酒醪中的有機(jī)磷農(nóng)藥,為脈沖電場(chǎng)在葡萄酒加工中的應(yīng)用提供了理論支撐和參考。

2 重金屬污染

重金屬分為必需重金屬和非必需重金屬,具有較高的原子序數(shù)和密度,不易分解,攝入過量會(huì)危害人體健康。

2.1 重金屬的污染的來源及危害

葡萄酒中的金屬污染可能來源于原料、釀造過程、貯存過程和銷售過程等不同的階段,工藝設(shè)備的質(zhì)量及組成是影響成品中金屬含量的關(guān)鍵[22]。原料中的金屬可能來源于土壤,受化學(xué)農(nóng)藥、化肥使用和環(huán)境污染狀況的影響;加工過程的處理、包裝材料的質(zhì)量以及葡萄酒中化學(xué)成分之間的相互作用對(duì)葡萄酒中的金屬含量也有重要影響;此外,摻假也會(huì)帶入一些不必要的金屬[22]。表2是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15037—2006《葡萄酒》、GB 2762—2022《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》與OIV標(biāo)準(zhǔn)葡萄酒重金屬污染物的限量值。

表1 葡萄中農(nóng)藥殘留限量表Table 1 Limits of pesticide residues in grapes

表2 葡萄酒重金屬污染物限量Table 2 Heavy metal contaminant limits for wine

金屬濃度是影響葡萄酒消費(fèi)和保存的一個(gè)重要參數(shù),對(duì)葡萄酒的品質(zhì)有著正面或負(fù)面影響。適量的金屬濃度可以去除酒中的異味,過量則會(huì)影響葡萄酒的品質(zhì)和健康[22]。所以葡萄酒中某些金屬離子必須維持在一定的濃度水平。例如,酒精正常發(fā)酵需要低濃度的鋅,而過量的鐵、鈣、銅和錳等會(huì)影響葡萄酒的口感、產(chǎn)生沉淀,例如鐵過量會(huì)造成“藍(lán)色破敗病”或“白色破敗病”[3]。并且,有害重金屬在人體內(nèi)攝入過量或累積會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。例如鉛會(huì)影響亞鐵血紅素的產(chǎn)生、傷害腦細(xì)胞,導(dǎo)致癌變和突變[3],對(duì)鎘元素長期接觸會(huì)對(duì)腎臟有損傷,還會(huì)引起骨質(zhì)疏松等癥狀,如果是孕婦,還會(huì)對(duì)胎兒造成不良的圍產(chǎn)期效應(yīng)[23]。

2.2 重金屬的檢測(cè)及去除方法

原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和離子色譜是常用的金屬分析方法[22],TUZEN等[24]采用色譜吸附劑108固相微萃取-火焰原子吸收光譜法測(cè)定葡萄酒中的金屬離子,方便,成本低,較富集痕量金屬離子的方法快速;色譜吸附劑108的再利用率高達(dá)200個(gè)循環(huán)以上;該方法的分析性能與其他預(yù)濃縮方法相當(dāng),且適用于大體積樣本金屬離子的富集,容易洗脫。此外,還有伏安法[25]、傳感器法[26]和熒光法[27]等。

葡萄酒中金屬離子的去除主要通過加工過程加入離子交換樹脂、碳酸鎂和碳酸鈣等來降低某些金屬離子的含量。PALACIOS等[28]研究了選擇性離子交換樹脂技術(shù)作為“藍(lán)色澄清”技術(shù)的一種替代技術(shù)應(yīng)用于去除雪莉酒中的金屬離子,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,離子交換技術(shù)比“藍(lán)色澄清”技術(shù)穩(wěn)定性好,更經(jīng)濟(jì)、更有效,可以大幅減少金屬離子的含量,有利于品質(zhì)的保持和加工方式的改進(jìn)。BORNET等[29]研究發(fā)現(xiàn)真菌源殼聚糖、幾丁質(zhì)、幾丁質(zhì)葡聚糖和幾丁質(zhì)葡聚糖水解產(chǎn)物可以降低金屬離子含量,并對(duì)其毒性進(jìn)行了研究,為其在金屬離子去除中的應(yīng)用提供了理論支撐。此外,以下措施也可以減少金屬含量合理選擇葡萄園址,正確使用農(nóng)藥化肥,盡量選用有機(jī)肥,適當(dāng)進(jìn)行土壤改良;選用優(yōu)質(zhì)設(shè)備和包裝,避免加工過程金屬的混入;加強(qiáng)培訓(xùn),增強(qiáng)生產(chǎn)者的安全責(zé)任意識(shí)等。

3 鹵代芳香族有機(jī)物

芳香族有機(jī)物中一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)被鹵素原子取代而形成的新有機(jī)物就是鹵代芳香族有機(jī)物,這些物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不易分解,可以通過日常接觸進(jìn)入人體,危害人的身體健康。

3.1 鹵代芳香族有機(jī)物污染的來源和危害

葡萄酒中的鹵代芳香族有機(jī)物污染經(jīng)常是由生產(chǎn)過程的污染引起的,也可能由設(shè)備、添加劑、加工助劑引起。葡萄酒中鹵代芳香族有機(jī)物污染主要為木材來源和水來源。木材來源主要是指鹵代苯酚因其殺滅生物的性能而被廣泛用作木材防腐劑,葡萄酒陳釀過程中所用的橡木桶或是其他木制品通常會(huì)使用鹵代苯酚做防腐處理,所以鹵代苯酚例如2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-trichlorophenol,TCP)和TCP的溴化等價(jià)物2,4,6-三溴苯酚(2,4,6-tribromophenol,TBP)也是常見的污染物。除木材防腐作用外,軟木塞漂白(即次氯酸鹽洗滌)也是TCP的常見來源,但是目前多數(shù)軟木塞制造商也已經(jīng)不再采用這個(gè)方法。水來源主要是指葡萄酒生產(chǎn)用水所帶來的鹵代有機(jī)物。葡萄酒生產(chǎn)過程中的水,無論是直接接觸的水,或是間接接觸的水都必須是生活飲用水,這些水通常都需要進(jìn)行消毒處理。氯化消毒法由于其效率高、成本低,已經(jīng)廣泛用于水的消毒中,然而氯化消毒法所用的消毒劑在消毒過程中會(huì)與水中有機(jī)物與Br-和I-等發(fā)生反應(yīng),從而形成一系列鹵代消毒副產(chǎn)物(disinfection byproducts,DBPs)[30-31]。這些鹵代消毒副產(chǎn)物有些已經(jīng)被監(jiān)管,而有些還未被監(jiān)管。目前水中報(bào)道的鹵代芳香族有鹵代硝基酚、鹵代酚、鹵代羥基苯甲酸、鹵代羥基苯甲醛和最近新發(fā)現(xiàn)的鹵羥基苯甲腈等。在葡萄酒的生產(chǎn)過程中,木材和水源都是不可缺少的部分,如果木材和水源質(zhì)量不達(dá)標(biāo),葡萄酒就極有可能發(fā)生鹵代有機(jī)物物污染。

鹵代有機(jī)物尤其是鹵代芳香族有機(jī)物對(duì)人體危害極大,這些物質(zhì)大部分可以被人體吸收并累積,引發(fā)膀胱癌[32],免疫功能障礙。這些物質(zhì)很多都具有遺傳毒性[5],還可能導(dǎo)致胎兒先天性心血管疾病[33-34]和小于胎齡兒出生的幾率上升等。除引發(fā)疾病外,TCP這種鹵代產(chǎn)物還可以作為三氯苯甲醚的前體[2],經(jīng)過微生物甲基化作用后就可以轉(zhuǎn)化為三氯苯甲醚污染葡萄酒的香氣。

3.2 鹵代芳香族有機(jī)物的檢測(cè)和去除方法

鹵代芳香族有機(jī)物的檢測(cè)可以采用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)、超高效液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜儀(UPLC-QqQ-MS/MS)等方法,其中越來越多DBPs被檢測(cè)出,LI等[31]用磁性固相萃取與UHPLC-MS/MS結(jié)合的方式測(cè)得了水的消毒副產(chǎn)物中11種新興的鹵代芳香族有機(jī)物,FANG等[35]設(shè)計(jì)了一種基于銀納米棱鏡改性的自調(diào)控?zé)晒馓结槍?duì)DBPs進(jìn)行檢測(cè)等。除對(duì)水源的檢測(cè)外,李昕穎[36]也直接對(duì)葡萄酒中的鹵代芳香族有機(jī)物進(jìn)行了檢測(cè),用頂空固相微萃取-氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(HS-SPME-GC-MS/MS)共檢測(cè)出9種鹵代苯甲醚與鹵代苯酚。

鹵代芳香族有機(jī)物主要是通過水源和木材進(jìn)入葡萄酒,所以最有效的方式就是解決木材和水源的污染問題,木材目前主要靠自然降解,更好的方式是選擇品質(zhì)優(yōu)良木材供應(yīng)商。水源中去除方式包括使用生物炭進(jìn)行吸附[37]和膜過濾[38],例如微濾、超濾、納濾、反滲透等膜過濾方式,或是使用強(qiáng)氧化劑[39-40](例如臭氧、過氧化氫)等方式氧化處理。

4 結(jié)論與展望

盡管相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)在不斷完善與更新,但目前還是缺乏經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、及時(shí)高效的檢測(cè)方法,不利于對(duì)葡萄酒中的有害物質(zhì)進(jìn)行及時(shí)精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè);同時(shí)國內(nèi)缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系,規(guī)范不足加上生產(chǎn)者安全知識(shí)匱乏及利益至上的生產(chǎn)方式,使得葡萄酒的質(zhì)量安全狀況不容樂觀,造成各生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品良莠不齊。所以,葡萄酒中有害物質(zhì)的檢測(cè)及防控亟待得到重視和改善。基于此,本文主要對(duì)葡萄酒中常見的3種非生物代謝來源危害進(jìn)行了闡釋和歸納并提出了檢測(cè)與預(yù)防措施(見表3),這些危害主要來源于原料、釀造和陳釀過程。防控危害也應(yīng)從葡萄園管理出發(fā),嚴(yán)格把控原料品質(zhì),嚴(yán)格控制整個(gè)釀造和陳釀過程;并加快完善葡萄酒相關(guān)的限量標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)技術(shù),為葡萄酒質(zhì)量安全的全產(chǎn)業(yè)鏈防治提供較為系統(tǒng)、全面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)支持,以釀造出優(yōu)質(zhì)健康的葡萄酒,推動(dòng)我國葡萄酒產(chǎn)業(yè)長足健康發(fā)展。

表3 葡萄酒中非生物代謝來源有害物質(zhì)的 來源及檢測(cè)方法Table 3 Sources of chemically harmful substances in wine and methods of detection