一種基于礦質(zhì)元素指紋鑒別葡萄酒原產(chǎn)地的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于葡萄酒鑒別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用ICP-MS和ICP-OES檢測葡萄 酒中的礦質(zhì)元素，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法鑒別葡萄酒原產(chǎn)地的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地理標(biāo)志（geographical indications，簡稱GI)，又稱原產(chǎn)地標(biāo)志，《與貿(mào)易有關(guān) 的知識產(chǎn)權(quán)協(xié)議》（TRIPS協(xié)議）對地理標(biāo)志的解釋為：地理標(biāo)志是指證明某一產(chǎn)品來源于 某一成員國或某一地區(qū)或該地區(qū)內(nèi)的某一地點(diǎn)的標(biāo)志，該產(chǎn)品的某些特定品質(zhì)、聲譽(yù)或其 他特點(diǎn)在本質(zhì)上可歸因于該地理來源。地理標(biāo)志保護(hù)制度，是世界上多數(shù)國家為有效保護(hù) 本國特色產(chǎn)品而采取的重要制度體系。截至2012年底，我國已對3579個(gè)原產(chǎn)地地理標(biāo)志 產(chǎn)品實(shí)施了專門保護(hù)。
[0003] 根據(jù)國際葡萄與葡萄酒組織（OIV)的標(biāo)準(zhǔn)，葡萄酒是以新鮮葡萄漿果或葡萄汁為 原料，經(jīng)過完全或部分酒精發(fā)酵后獲得的產(chǎn)品。葡萄酒的質(zhì)量和風(fēng)格主要取決于釀酒葡萄 的質(zhì)量和與之相適應(yīng)的加工工藝。釀酒葡萄的好壞直接依賴于產(chǎn)區(qū)的氣候、土壤、品種等自 然因素和與自然條件相適應(yīng)的栽培技術(shù)。而在某一特定的區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過長期的試驗(yàn)，往往會 形成一些特定的生產(chǎn)工藝，從而生產(chǎn)出具有特定風(fēng)格和品質(zhì)的葡萄酒，因此，葡萄酒是一種 地域性很強(qiáng)的農(nóng)產(chǎn)品。到目前為止，我國已有河北昌黎、河北沙城、山東煙臺等葡萄酒產(chǎn)區(qū) 申請了葡萄酒地理標(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)。
[0004] 隨著人民生活水平的提高，葡萄酒的消費(fèi)量持續(xù)增長，地理標(biāo)志保護(hù)葡萄酒更是 受到市場的廣泛認(rèn)可。為了牟取利益，假冒偽劣葡萄酒大量涌現(xiàn)。不但不同原產(chǎn)地的干紅 葡萄酒難以區(qū)分，在市場上還有非地理標(biāo)志保護(hù)的葡萄酒冒充地理標(biāo)志保護(hù)的葡萄酒進(jìn)行 銷售，更有甚者銷售假酒。2010年昌黎假酒事件為葡萄酒的經(jīng)營者和消費(fèi)者敲響了警鐘，此 類事件雖然暫時(shí)告一段落，但葡萄酒市場依然十分混亂，急需有力的監(jiān)管措施，同時(shí)，葡萄 酒的原產(chǎn)地識別至關(guān)重要。
[0005] 從《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中可以看出，公共安全 中的食品安全是我國長期的發(fā)展規(guī)劃。國務(wù)院食品安全委員會也在2011年指出，加強(qiáng)食品 安全監(jiān)管，深化食品安全綜合治理，強(qiáng)化監(jiān)管執(zhí)法，加大對食品安全突出問題的整治力度， 提高食品安全水平。其中，酒類行業(yè)是重點(diǎn)治理的領(lǐng)域。此外，國務(wù)院2010年11月，專門 部署了"雙打"專項(xiàng)行動（打擊侵犯知識產(chǎn)權(quán)和制售假冒偽劣商品專項(xiàng)行動）。
[0006] 鑒別國內(nèi)干紅葡萄酒的原產(chǎn)地是打擊假冒偽劣葡萄酒的有效手段，是對公眾負(fù)責(zé) 的表現(xiàn)。對重點(diǎn)地理標(biāo)志干紅葡萄酒的保護(hù)不僅響應(yīng)了國家長期的發(fā)展規(guī)劃，有助于提高 我國的食品安全水平，還有利于提高地理標(biāo)志保護(hù)葡萄酒的品牌效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，規(guī)范市 場經(jīng)營的秩序，保護(hù)生產(chǎn)者和經(jīng)營者生產(chǎn)特色產(chǎn)品的積極性，維護(hù)消費(fèi)者的合法權(quán)益。
[0007] 此外，交叉學(xué)科的發(fā)展以及核心數(shù)學(xué)在交叉領(lǐng)域中的應(yīng)用也是我國科學(xué)長期發(fā)展 的綱要，而葡萄酒原產(chǎn)地鑒別技術(shù)多依賴于光譜技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)和色譜技術(shù)等，需要數(shù)學(xué)、 計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)等學(xué)科的有效結(jié)合，所以無論是從國家重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域和優(yōu)先主題上來 說，還是從國家的基礎(chǔ)研究上來說，都有必要進(jìn)行葡萄酒原產(chǎn)地檢驗(yàn)鑒定技術(shù)方法研究。
[0008] 目前，國內(nèi)對于葡萄酒原產(chǎn)地的鑒別方法，主要有：
[0009] 1、色譜技術(shù)
[0010] 色譜技術(shù)主要有HPLC和GC兩種。HPLC (高效液相色譜法，High Performance Liquid Chromatography)用于分析測定葡萄酒中的有機(jī)酸、酸類、氨基酸等特定物質(zhì)，但分 析成本高，液相色譜儀價(jià)格及日常維護(hù)費(fèi)用高、分析時(shí)間較長、酒樣多需要進(jìn)行前處理，操 作繁瑣；GC用于檢測葡萄酒中具有揮發(fā)性的芳香類化合物，多和質(zhì)譜檢測器聯(lián)用，但易受 試樣的揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性限制，難以做到進(jìn)樣量固定和操作條件穩(wěn)定，對無機(jī)物和易分解 的高沸點(diǎn)有機(jī)物分析比較困難。
[0011] 2、紅外光譜技術(shù)
[0012] 廣泛用于葡萄酒原產(chǎn)地識別的紅外光譜技術(shù)主要有近紅外光譜法（NIRS)和中紅 外光譜法（MIRS)，實(shí)際應(yīng)用中，常結(jié)合紫外、可見光區(qū)進(jìn)行分析。用紅外光照射有機(jī)物分子 時(shí)，分子中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)可發(fā)生振動吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收波長和含量不 同，在紅外光譜上的位置和吸收強(qiáng)度將不同，從而獲得分子的組成、結(jié)構(gòu)和含量信息。但需 要較強(qiáng)的光譜信號分析能力，建模所需人力較大，時(shí)間較長，且在應(yīng)用時(shí)都需要實(shí)現(xiàn)模型的 有效傳遞，才能保證模型的判別效果，目前在葡萄酒的原產(chǎn)地鑒別方面多集中在基礎(chǔ)研究， 應(yīng)用性稍弱。
[0013] 葡萄酒含有豐富的礦質(zhì)元素，既包含K、Ca、Na、Mg等大量元素，也包括Fe、Cu、Zn、 Mn等微量元素以及Y、La、Ce等稀土元素。這些礦質(zhì)元素主要依靠葡萄從種植地土壤吸收， 因而不同產(chǎn)區(qū)葡萄酒的礦質(zhì)元素組成也具有明顯的地理差異。石墨爐原子吸收分光光度法 (GF-AAS)、火焰原子吸收光譜法（F-AAS)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS)和電感耦合 等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES)等均可用于礦質(zhì)元素測定，但I(xiàn)CP-MS和ICP-OES可同時(shí)快 速檢測多種痕量元素，具有分析速度快，樣品引入容易的特點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。目前，國外已 有研究利用礦質(zhì)元素追溯葡萄酒的原產(chǎn)地，但沒有研究針對每個(gè)原產(chǎn)地單獨(dú)建立葡萄酒產(chǎn) 地判別模型，也沒有專門用于鑒別葡萄酒原產(chǎn)地的鑒別分析系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于，提供一種基于礦質(zhì)元素指紋鑒別葡萄酒原產(chǎn)地的方法，可快 速、準(zhǔn)確、方便地鑒定葡萄酒產(chǎn)地，不僅可以建立和存儲新模型，并根據(jù)新的樣本信息調(diào)正 優(yōu)化已有模型，還可以直接選擇已建模型對未知樣本進(jìn)行產(chǎn)地預(yù)測。
[0015] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0016] -種基于礦質(zhì)元素指紋鑒別葡萄酒原產(chǎn)地的方法，包括如下步驟：
[0017] (1)準(zhǔn)備已知產(chǎn)地的葡萄酒酒樣或未知產(chǎn)地的待測集葡萄酒酒樣，采用ICP-MS和 ICP-0ES，分別對所述葡萄酒中礦質(zhì)元素含量進(jìn)行如下全定量分析檢測：
[0018] 對已知產(chǎn)地的酒樣，檢測以下30種礦質(zhì)元素 Li、Be、A1、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、 As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Hg、Tl、Pb、U、Ge、Sn、B、Na、Mg、Ca、Fe、P ;
[0019] 對未知產(chǎn)地的待測集酒樣，對相應(yīng)的特征元素含量進(jìn)行測定，所述特征元素選自 上述30種礦質(zhì)元素；
[0020] (2)繪制上述各個(gè)礦質(zhì)元素檢測用的標(biāo)準(zhǔn)曲線；
[0021] (3)礦質(zhì)元素含量測定：將備好的已知產(chǎn)地葡萄酒酒樣或未知產(chǎn)地待測葡萄酒酒 樣分別進(jìn)行全定量分析，結(jié)果由標(biāo)準(zhǔn)曲線自動計(jì)算所得；
[0022] (4)將步驟⑶中所測得的已知產(chǎn)地的葡萄酒礦質(zhì)元素含量導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，采 用逐步判別分析法篩選特征礦質(zhì)元素；
[0023] (5)目標(biāo)產(chǎn)地鑒別模型建立過程：將步驟⑷篩選得到的已知產(chǎn)地訓(xùn)練集樣本數(shù) 據(jù)，導(dǎo)入葡萄酒產(chǎn)地鑒別分析系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，尋找最佳參數(shù)，建立葡萄酒原產(chǎn)地鑒 別豐吳型；
[0024] (6)測試驗(yàn)證或預(yù)測鑒別過程：將步驟⑶中所測得的未知產(chǎn)地的待測集葡萄酒 礦質(zhì)元素含量數(shù)據(jù)導(dǎo)入葡萄酒產(chǎn)地鑒別分析系統(tǒng)，賦予已知目標(biāo)原產(chǎn)地的測試集樣本分類 參考值為1，已知非目標(biāo)原產(chǎn)地的測試集樣本分類參考值為-1，未知產(chǎn)地的待測集樣本分 類參考值為0,對測試集或待測集樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用葡萄酒目標(biāo)原產(chǎn)地鑒別模 型對樣本進(jìn)行預(yù)測，如果模型對該樣本的預(yù)測值為1，說明該樣本產(chǎn)地為目標(biāo)原產(chǎn)地，如果 該樣本的預(yù)測值為-1，則說明該樣本產(chǎn)地非目標(biāo)原產(chǎn)地。
[0025] 在上述步驟（1)中，進(jìn)行ICP-MS測定時(shí)，酒樣用2 % !^03溶液按照I : 1的比例稀 釋，進(jìn)行ICP-OES測定時(shí)，酒樣用1 % !^03溶液稀釋20倍，備用。
[0026] 在上述步驟（1)中，分別在ICP-MS和ICP-OES的工作條件下，制備空白溶液和標(biāo) 準(zhǔn)溶液系列，根據(jù)葡萄酒中各礦物質(zhì)元素的含量范圍，選擇標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度區(qū)間，由儀器自動 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
[0027] 所述空白溶液為：ICP-MS空白溶液為含有6. 5 %乙醇的1 % HNO3溶液，ICP-OES 空白溶液為含有〇. 65%乙醇的1% HNO3溶液，可以有效消除乙醇對樣品測定帶來的基體干 擾。
[0028] 在步驟（4)中，借助于統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件IBM SPSS 20.0,對步驟（1)獲得的相應(yīng)礦質(zhì)元 素含量進(jìn)行逐步判別分析，篩選特征礦質(zhì)元素。
[0029] 在步驟（5)和（6)中，采用Boxcox進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。
[0030] 在步驟（5)中，目標(biāo)原產(chǎn)地鑒別模型建立過程：篩選訓(xùn)練集樣本，賦予目標(biāo)產(chǎn)地樣 本分類參考值為1，其他產(chǎn)地樣本分類參考值為-1，基于特征元素，將訓(xùn)練集樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行 Boxcox數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后進(jìn)行SVM參數(shù)尋優(yōu)，建立葡萄酒原產(chǎn)地鑒別模型。
[0031] 優(yōu)選地，步驟（1)中所測得的葡萄酒礦質(zhì)元素含量數(shù)據(jù)先進(jìn)行馬氏距離分析，剔 除異常樣本后，再導(dǎo)入IBM SPSS 20.0;然后采用逐步判別法建立判別模型，篩選產(chǎn)地判別 的特征礦質(zhì)元素，用"留一法"交叉驗(yàn)證和測試集外部驗(yàn)證檢驗(yàn)?zāi)Ｐ托Ч_定特征礦質(zhì)元 素。
[0032] 優(yōu)選地，步驟（1)中，未知產(chǎn)地的待測集酒樣特征礦質(zhì)元素為以下20種：Li、Be、 B、Mg、Al、P、Μη、Fe、Cu、Zn、As、Se、Rb、Sr、Cd、Sn、Cs、Tl、Pb、U。
[0033