用共聚物PVI/PVP从葡萄酒中去除Cu：对Cu馏分和结合剂的影响
pH值较低的葡萄酒通过PVI/PVP处理改善了总铜的去除率。
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PVI/PVP处理可有效去除白葡萄酒中所有形式的Cu。
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H2与有机酸结合的铜相比，S结合的Cu更容易从红酒中去除。
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H2用Cu除去S，而不除去其他较弱的Cu结合剂
葡萄酒中特定形式的铜会影响葡萄酒的风味和发育。已知共聚物聚乙烯基咪唑/聚乙烯吡咯烷酮（PVI/PVP）可去除葡萄酒中的铜，但其对不同形式的铜的影响尚不确定。本研究采用比色法测定了白葡萄酒中的3个Cu馏分，通过硅藻土深滤和原子光谱法测定了红葡萄酒中的2个Cu馏分。PVI/PVP采用二氧化硅或壳聚糖配方，可减少白葡萄酒中测得的Cu的所有三种馏分，以及红葡萄酒中硫化物结合的Cu。红葡萄酒中有机酸结合的Cu去除效率低下与红葡萄酒较高的pH值有关。PVI/PVP处理后，葡萄酒的硫化氢浓度较低，但较弱的Cu结合剂变化很小。这些结果表明，PVI/PVP有效地去除了葡萄酒中存在的最不理想的Cu形式，以及其有害的结合剂（即硫化氢）。
介绍
铜（Cu）是所有葡萄酒中常见的金属离子，其典型浓度低于0.5毫克/升（García-Esparza等人，2006年，Hirlam等人，2019年）。葡萄酒中的铜可能来自葡萄栽培来源，包括杀菌剂的应用（García-Esparza等人，2006年）和土壤的吸收（Singh，2006年），或葡萄酒生产过程中的污染（Clark，Wilkes和Scollary，2015年）和酿酒师的添加（Pyrzynska，2007年）。事实上，铜经常被故意添加到葡萄酒中，以抑制还原性异味，例如硫化氢诱导的异味（H2S），通过与这些不利的香气化合物形成非挥发性络合物。葡萄酒中过量硫化氢的铜可以形成铜有机酸络合物，这种形式的铜可以确保葡萄酒在短期内免受硫化氢积累的影响（Clark，Zhang和Kontoudakis，2020）。对于葡萄酒生产过程中在葡萄酒中形成的残留硫化铜络合物，随后的上架或过滤（0.45或0.20μm）通常无法成功去除它们（Clark，Grant-Preece，Cleghorn和Scollary，2015）。Kreitman等人（2016）研究了Cu（II）和H的反应2S在模型酒中，并鉴定主要产物为硫化铜（I）。或者，如果这种反应发生在硫醇化合物的存在下，也可以产生一系列二硫化物和多硫烷（Kreitman，Danilewicz，Jeffery和Elias，2017）。硫化物结合的铜和多硫烷已被确定为H的潜在来源2在低氧条件下，模型葡萄酒陈酿过程中的S（Bekker等人，2018年，Ferreira等人，2018年，Kreitman等人，2019年）。此外，铜还可以作为葡萄酒氧化的介质（Danilewicz，2016），并且已经提出了对这种作用的机制解释（Danilewicz，2016，Rousseva等人，2016）。最后，葡萄酒中过量的铜会导致铜雾（Ribereau-Gayon，Glories，Maujean和Dubourdieu，2006），但这通常需要铜的浓度远远高于现代酿酒中通常遇到的浓度。
为了限制铜对葡萄酒发展的潜在影响，在葡萄酒生产过程中采取了一系列策略来降低其浓度。当葡萄酒中特别高的铜浓度更为普遍时，开发了更具侵入性的铜去除方案。这包括使用硫化钠（Ribéreau-Gayon，1935年）与蛋白质（例如，isinglass或公牛血）（Ribéreau-Gayon，1977年）或使用亚铁氰化钾（即蓝色澄清）（Ribéreau-Gayon，1935年）。另一种策略是利用膨润土，这是一种用于白葡萄酒生产的常规添加剂，但它的铜去除效率低于蓝色澄清（Catarino，Madeira，Monteiro，Rocha，Curvelo-Garcia和deSousa，2008）。已经评估了具有靶向官能团的聚合物材料的使用（Benı́tez等人，2002年，Loubser和Sanderson，1986年，Vibhakar等人，1966年），其中，树脂共聚物聚乙烯基咪唑/聚乙烯吡咯烷酮（PVI/PVP）已被证明特别有效。
PVI/PVP由聚合的N-乙烯基咪唑和N-乙烯基-2-吡咯烷酮单体组成，摩尔比为9：1（补充图1）（Mira，Leite，Catarino，Ricardo-da-Silva和Curvelo-Garcia，2007）。商业产品可能包括其他成分，例如二氧化硅或壳聚糖，后者被提议帮助去除金属离子以及充当澄清剂。PVI/PVP具有一些类似于聚乙烯聚吡咯烷酮（PVPP）的特性，PVPP通常用于去除葡萄酒中的酚类化合物，但PVI/PVP在清除金属方面效率更高，包括铜、铁（Fe）、铅（Pb）、镉（Cd）和铝（Al）（Hirlam等人，2019年，Mira等人，2007年，Schubert和Glomb，2010年）。研究表明，根据所使用的PVI/PVP类型（即，有或没有其他添加剂），金属去除效率不同。据报道，从白葡萄酒中去除铜比从红葡萄酒中去除铜更有效（Hirlam等人，2019年），但这种差异的原因尚不确定。在PVI/PVP和PVPP处理的葡萄酒中检测到残留的吡咯烷酮，但是，发现无论共聚物处理如何，都可以在酵母代谢物的葡萄酒中形成吡咯烷酮（Schubert等人，2010）。
在确定PVI/PVP从葡萄酒中去除Cu的效率时，尚未对PVI/PVP对葡萄酒中不同形式的Cu的作用给出见解;也就是说，它对潜在有害的硫化物结合形式的Cu或对潜在有益的Cu-有机酸形式的影响尚不清楚。事实上，许多研究在葡萄酒中添加0.5-6毫克/升的Cu（II）后不久就添加了PVI/PVP（Friedenberg等人，2018年，Mira等人，2007年），如此大量的铜添加可能有利于去除一种形式的铜而不是另一种形式的铜（即铜-有机酸与铜-硫化物络合物）。此外，还不确定PVI/PVP是单独去除Cu还是与其络合剂结合使用。例如，如果在PVI/PVP处理过程中从Cu中释放出硫化物，则未络合H的积累2S将不利于葡萄酒质量。各种分析技术和方法已被验证用于测量葡萄酒中不同形式的铜，包括电化学（Clark，Kontoudakis，Barril，Schmidtke和Scollary，2016），固相萃取分馏（Pohl&Sergiel，2009），比色法和硅藻土深度过滤（Clark等人，2020）。使用这些不同的方法，H2S和硫醇化合物被确定为能够将Cu从Cu有机酸形式转化为Cu的最关键的葡萄酒成分（Clark等人，2020）。
本研究的目的是评估两种不同类型的PVI/PVP在葡萄酒和模型葡萄酒中去除不同形式的Cu。进行了初步分析，以解释与红葡萄酒相比，白葡萄酒中Cu去除效率的提高。然后通过先前验证的电化学、比色和深度过滤技术测量铜的形式。为了深入了解PVI/PVP处理后Cu的结合剂是否残留在葡萄酒中，测量了残留硫化氢和甲硫醇的浓度，并评估了处理过的葡萄酒重新结合Cu的能力。最后，还进行了模型葡萄酒研究，以评估PVI/PVP去除铜细化副产物（即多硫烷）的活性。
化学品和葡萄酒样品
铜（1000mg/L，ICP级）、硫化钠（99.5%）、甲硫代钠（90%）、L-半胱氨酸（98%）和L-谷胱甘肽还原（98%）均购自Sigma-Aldrich（澳大利亚新南威尔士州城堡山）。再生纤维素（RC）0.2μm膜注射器过滤器（Phenex）由Phenomenex（LaneCoveWest，NSW，澳大利亚）提供。超纯水（18.2MΩcm）由Milli-QPlus净化系统（MerckMillipore，Bayswater，VIC，澳大利亚）产生。
使用的12%（v/v）乙醇水溶液
PVI/PVP的总铜去除率：白葡萄酒与红葡萄酒
正如Hirlam等人（2019）所报道的那样，为了确定与PVI/PVP相比，白葡萄酒中总铜去除效率提高的原因，研究了葡萄酒pH值与总铜去除之间的关系。葡萄酒的pH值特别令人感兴趣，因为众所周知，红葡萄酒的pH值通常高于白葡萄酒。尽管Hirlam等人（2019年）的原始研究没有公布用PVI/PVP处理的葡萄酒的pH值，但收集了该数据集（补充表2），
结论
PVI/PVP对铜的去除受葡萄酒pH值的影响，因此在较低的pH值下可以明显地更有效的去除。PVI/PVP处理可有效降低白葡萄酒中所有Cu的含量，但在红葡萄酒中，PVI/PVP在去除与硫化物相关的Cu方面比与Cu有机酸相关的Cu更有效。红葡萄酒的这一结果很可能是红葡萄酒较高的pH值阻碍了有机酸结合的Cu组分的去除。
