基于薄膜扩散梯度技术(DGT)的葡萄酒中铜活性形态测定及其对酒质氧化的影响研究

推荐：本研究针对葡萄酒中铜(Cu)活性形态参与氧化反应导致品质下降的问题，创新性采用薄膜扩散梯度技术(DGT)结合石墨炉原子吸收光谱(GF-AAS)，开发了开放孔(OP)与限制孔(RP)扩散凝胶的检测方法。结果表明，DGT可有效捕获葡萄酒中6.6-11.2%的Cu活性形态，为酿酒行业控制Cu诱导氧化提供了精准工具。

　　

葡萄酒作为全球重要的农产品，其品质稳定性备受关注。铜(Cu)作为葡萄酒中常见的金属元素，既是氧化反应的催化剂，又是人体必需微量元素，但过量摄入会导致毒性。研究表明，低至0.05 mg L^-1的Cu即可显著加速葡萄酒氧化，引发白葡萄酒褐变和香气成分改变。然而，葡萄酒中Cu以游离离子、活性形态或有机复合物等多种形式存在，传统分析方法难以区分这些形态的差异。尤其是有机复合物会降低Cu的生物有效性和氧化活性，因此仅测定总Cu浓度无法准确评估其对酒质的影响。现有技术如离子交换树脂、电化学法和色谱-质谱联用等存在操作复杂、成本高等局限，亟需开发简便可靠的Cu形态分析方法。

针对这一挑战，研究人员创新性地将薄膜扩散梯度技术(Diffusive Gradients in Thin-films, DGT)应用于葡萄酒分析。DGT是一种被动采样技术，通过扩散层控制物质传输，结合选择性吸附相捕获目标物。其核心优势在于能原位提取活性形态，避免样品前处理导致的形态变化。研究采用Chelex树脂凝胶作为结合相，并比较了开放孔(OP)和限制孔(RP)两种扩散凝胶的性能。OP凝胶孔径约10 nm，允许部分有机复合物通过；RP凝胶孔径仅1 nm，主要限制游离离子和小分子无机复合物扩散。通过两种凝胶的差异可评估有机结合态Cu的贡献。

研究首先在模拟葡萄酒基质（12%乙醇，pH 3.0）中测定Cu的有效扩散系数(D_e)，发现OP凝胶为(5.15±0.28)×10^-6 cm² s^-1，RP凝胶为(4.47±0.26)×10^-6 cm² s^-1，证实乙醇仅轻微降低扩散速率。线性累积实验显示48小时内Cu的R²>0.98，验证了方法的稳定性。pH 2-5范围内，Chelex树脂对Cu的回收率保持94-99%，克服了传统DGT在低pH下的限制。

对7种罗马尼亚白葡萄酒的分析显示，总Cu浓度为84-295 μg L^-1，而DGT活性形态仅占6.6-11.2%。值得注意的是，OP与RP凝胶测得结果无显著差异，表明白葡萄酒中Cu主要以小分子活性形态存在，大分子有机复合物贡献可忽略。这一发现与啤酒研究形成对比，后者显示未过滤啤酒中Cu有机结合态占比更高。方法学验证表明，48小时部署的检测限达0.05 μg L^-1，精密度为16-18%，加标回收率88-93%。

该研究首次将DGT技术成功应用于葡萄酒基质，解决了Cu活性形态分析的难题。其结论对酿酒工艺具有直接指导意义：由于活性Cu占比不足12%，单纯降低总Cu浓度可能效果有限，更需针对性调控游离Cu的化学形态。未来研究可扩展至红葡萄酒和不同陈酿阶段样品，进一步揭示Cu形态演变的规律。论文发表于《Microchemical Journal》，为食品金属形态分析提供了创新方法范例。

主要技术方法：采用DGT被动采样装置（含Chelex树脂结合相和OP/RP扩散凝胶），通过时间序列实验测定Cu在12%乙醇溶液中的有效扩散系数；使用石墨炉原子吸收光谱(GF-AAS)测定总Cu及DGT洗脱液浓度；通过pH梯度实验(2.0-5.0)评估方法适用性；分析7种市售白葡萄酒样本（来自罗马尼亚同一生产商的不同品种）。

研究结果：

1. 有效扩散系数测定：在模拟葡萄酒基质中，Cu的D_e值显示OP与RP凝胶差异仅13%，证实乙醇对扩散影响有限。
2. 线性累积验证：葡萄酒中48小时内Cu累积量与时间呈线性关系(R²>0.98)，满足DGT理论要求。
3. pH耐受性：pH 2-5范围内Cu回收率稳定，突破传统DGT的pH≥4限制。
4. 葡萄酒样本分析：DGT活性Cu浓度为7.0-33.1 μg L^-1，且OP/RP结果无统计学差异，表明白葡萄酒中Cu主要存在于小分子活性形态。

结论与意义：该研究建立了首个基于DGT的葡萄酒Cu活性形态分析方法，证实其在小分子形态检测中的独特优势。相比传统技术，DGT具有操作简便、成本低和原位采样等优点，为酿酒行业优化Cu管理提供了新工具。发现活性Cu仅占总量的约10%，提示单纯控制总Cu可能无法有效抑制氧化，需针对性调控游离Cu形态。未来可探索该方法在其他酒类和食品基质中的应用，推动金属形态分析领域的发展。