葡萄酒中特定形式的铜会影响葡萄酒的风味和发展。已知共聚聚物聚乙烯咪唑/聚乙烯吡咯烷酮（PVI/PVP）可以去除葡萄酒中的铜，但其对不同铜形式的影响尚不确定。本研究采用比色法测定了白葡萄酒中的3种Cu馏分，采用硅藻土深度过滤法和原子光谱法测定了红葡萄酒中的2种Cu馏分。PVI/PVP使用二氧化硅或壳聚糖制剂可减少白葡萄酒中测得的所有三种铜含量，并减少红葡萄酒中硫化物结合的铜。红葡萄酒中有机酸结合铜的去除效率低下与红葡萄酒的pH值较高有关。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） 是一种金属离子，通常存在于所有葡萄酒中，其典型浓度低于 0.5 mg/L（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，包括杀菌剂的施用（García-Esparza等人，2006年）和土壤吸收（Singh，2006年），或在葡萄酒生产过程中，包括污染（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，以抑制还原性的异味，例如由硫化氢引起的异味（H2S），通过与这些不利的香气化合物形成非挥发性络合物。葡萄酒中硫化氢含量过高的Cu可以形成Cu有机酸络合物，这种形式的Cu可以确保葡萄酒免受硫化氢积累的短期保护（Clark，Zhang，&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，随后的架子或过滤（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在模型葡萄酒中，并鉴定出主要产物为硫化铜（I）。或者，如果该反应在硫醇化合物存在下发生，也可以产生一系列二硫化物和多硫化物（Kreitman，Danilewicz，Jeffery和Elias，2017）。硫化物结合的铜和多硫化物已被确定为氢的潜在来源2模型酒在低氧条件下陈酿过程中的S（Bekker et al.， 2018， Ferreira et al.， 2018， Kreitman et al.， 2019）。此外，Cu还可以作为葡萄酒氧化的介质（Danilewicz，2016），并且已经提出了对这一作用的机制解释（Danilewicz，2016，Rousseva等人，2016）。最后，葡萄酒中过量的铜会导致铜雾化（Ribereau-Gayon，Glories，Maujean和Dubourdieu，2006年），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，政府采取了一系列策略来降低葡萄酒生产过程中铜的浓度。当葡萄酒中特别高的铜浓度更为普遍时，就制定了更具侵入性的铜去除方案。这包括将硫化钠（Ribéreau-Gayon，1935年）与蛋白质（例如，isinglass或公牛血）（Ribéreau-Gayon，1977年）结合使用，或者使用亚铁氰化钾（即蓝色澄清）（Ribéreau-Gayon，1935年）。另一种策略是利用膨润土，这是白葡萄酒生产中使用的常规添加剂，但它去除铜的效率不如蓝色澄清（Catarino，Madeira，Monteiro，Rocha，Curvelo-Garcia和de Sousa，2008）。已经评估了具有靶向官能团的聚合物材料的使用（Benı́tez et al.， 2002， Loubser and Sanderson， 1986， Vibhakar et al.， 1966），其中树脂共聚物聚乙烯咪唑/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，如二氧化硅或壳聚糖，后者被提议用于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基聚吡咯烷酮（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要高得多，包括铜、铁（Fe）、铅（Pb）、镉（Cd）和铝（Al）（Hirlam et al.， 2019， Mira et al.， 2007， Schubert and Glomb， 2010）。研究表明，根据所使用的 PVI/PVP 类型（即，添加或不添加其他添加剂），金属去除的效率会有所不同。据报道，从白葡萄酒中去除铜比从红葡萄酒中更有效（Hirlam等人，2019），但造成这种差异的原因尚不确定。在PVI / PVP和PVPP处理的葡萄酒中已经检测到残留的吡咯烷酮，但是，发现无论共聚物处理如何，吡咯烷酮都可以从酵母代谢物形成葡萄酒中（Schubert等人，2010）。

在确定PVI/PVP从葡萄酒中去除铜的效率时，没有给出PVI/PVP对葡萄酒中不同形式的铜的作用的见解;也就是说，它对可能有害的硫化物结合形式的Cu或对可能有益的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 mg/L Cu（II） 后不久就添加了 PVI/PVP（Friedenberg 等人，2018 年，Mira 等人，2007 年），如此大量的铜添加量可能有利于去除一种形式的铜而不是另一种形式的铜（即，Cu-有机酸与 Cu-硫化物络合物）。此外，目前尚不确定PVI/PVP是单独去除Cu还是与其络合剂结合去除Cu。例如，如果在PVI/PVP处理过程中从Cu中释放出硫化物，则未络合的H会积累2S会对葡萄酒的质量造成不利影响。各种分析技术和方法已被验证可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-有机酸形式转化为最关键的葡萄酒成分（Clark 等人，2020 年）。

本研究的目的是评估两种不同类型的PVI/PVP在去除葡萄酒和模型葡萄酒中不同形式的铜的作用。初步分析为白葡萄酒中Cu去除效率的提高提供了一些解释。然后通过先前验证的电化学、比色和深层过滤技术测量铜的形式。为了深入了解在PVI/PVP处理后铜的结合剂是否仍留在葡萄酒中，我们测量了残留的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铜的能力。最后，还进行了模型葡萄酒研究，以评估PVI/PVP在去除铜澄清副产品（即多硫烷）方面的活性。

化学品和葡萄酒样品

铜（1000mg/L，ICP级）、硫化钠（99.5%）、甲硫酸钠（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） 0.2 μm 膜针式过滤器 （Phenex） 由 Phenomenex（澳大利亚新南威尔士州 Lane Cove West）提供。超纯水 （18.2 MΩ cm） 由 Milli-Q Plus 纯化系统（Merck Millipore、Bayswater、VIC、澳大利亚）产生。

使用的12%（v/v）乙醇水溶液

PVI/PVP的总铜去除量：白葡萄酒与红葡萄酒

正如 Hirlam 等人（2019 年）所报告的那样，为了确定与红葡萄酒相比，PVI/PVP 从白葡萄酒中去除总铜的效率提高的原因，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。虽然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，但收集了这个数据集（补充表2），

结论

PVI/PVP对Cu的去除受葡萄酒pH值的影响，因此在较低的pH值下，去除铜的效率更高。PVI/PVP处理可有效降低白葡萄酒中的所有Cu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的较高pH值阻碍了有机酸结合的Cu馏分的去除。