穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù)及其在食品檢驗中的應(yīng)用研究進展

段鶴君，趙立文

（北京疾病預(yù)防控制中心，北京100013）

穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù)及其在食品檢驗中的應(yīng)用研究進展

段鶴君，趙立文*

（北京疾病預(yù)防控制中心，北京100013）

簡述穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù)的基本原理，綜述該技術(shù)幾年來在食品安全溯源及真?zhèn)舞b別中的應(yīng)用研究進展，重點介紹其在嬰幼兒奶粉摻假、蜂蜜摻假及產(chǎn)地溯源、植物油摻假、酒水溯源及摻假及動物食品產(chǎn)地溯源及摻假檢驗等方面的研究及應(yīng)用，展望該技術(shù)在食品安全中的發(fā)展前景。

穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀；食品安全；摻假；產(chǎn)地溯源

民以食為天，食源安全問題不僅和廣大人民群眾的健康息息相關(guān)，也對系到國家經(jīng)濟，社會穩(wěn)定有著重大影響［1-2］。

同位素質(zhì)譜技術(shù)最初應(yīng)用在核工業(yè)、地質(zhì)學(xué)、天然礦業(yè)、天然氣及考古等領(lǐng)域［3］。隨著儀器科學(xué)的進步，同位素質(zhì)譜技術(shù)也開始進入農(nóng)業(yè)和食品方面的檢測和質(zhì)量控制等研究工作領(lǐng)域。穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)可用于區(qū)分合成的和天然的食品的添加物［4］；來自不同產(chǎn)地的化合物可能顯示不同的同位素組成及地域信息。依據(jù)植物的代謝途徑的差異，測定蜂蜜同位素比值判別是否摻入了植物糖漿［5-6］。也可以通過肥料，環(huán)境和代謝途徑鑒別有機食品與傳統(tǒng)食品的差別［7］。近年來，食品摻假水平日新月異，需要更加先進的科學(xué)檢測手段進行應(yīng)對。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，穩(wěn)定同位素術(shù)質(zhì)譜技術(shù)在食品安全檢測中摻假鑒別、產(chǎn)地溯源等方面均已建立起成熟的檢測方法。在乳制品、蜂蜜、果汁、油脂，葡萄酒及白酒摻假，動物食品、葡萄酒、飼料原料的地域溯源檢測方面均有重要作用。

1　在嬰幼兒食品檢驗中的應(yīng)用

嬰幼兒配方奶粉是嬰幼兒的主要食品，而嬰幼兒又是化學(xué)污染物暴露的高危人群。奶粉的定量方法有凱氏定氮法、高效液相色譜法、近紅外光譜法、傅里葉變化紅外光譜法、紫外分光光度法、氨基酸分析法等，但是這些方法均以奶粉中蛋白質(zhì)的含量判斷，并沒有解決奶源產(chǎn)地溯源、奶粉摻假等問題［8］。

近年來嬰幼兒奶粉摻假事件頻出，國內(nèi)奶粉市場摻假的現(xiàn)象不斷發(fā)生，所以直接影響了嬰幼兒的食品安全。追溯原料奶的產(chǎn)地和奶源質(zhì)量非常關(guān)鍵，李鑫等［9］采用元素分析-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜（EA-IRMS）同時測定原料乳粉中δ15N和δ13C值，研究表明在國內(nèi)和國外奶源δ13C值呈規(guī)律性變化，而δ15N無明顯變化。用于提高乳粉中氮含量的非法添加物如尿素、三聚氰胺等的測定δ15N值均為負值，與其他蛋白類高氮物質(zhì)有顯著區(qū)別。δ15N值下降趨勢可以作為一種有效監(jiān)控原料乳粉摻假的判別方法。

針對同一奶源產(chǎn)地以及不同奶源產(chǎn)地嬰幼兒配方奶粉源產(chǎn)地的鑒別，梁莉莉等［10］利用EA-IRMS對其中酪蛋白的δ15N和δ13C值進行了測定，發(fā)現(xiàn)δ15N和δ13C與奶源產(chǎn)地有一定的相關(guān)性，同一產(chǎn)地的嬰幼兒配方奶粉中酪蛋白的δ15N和δ13C值分布范圍一致，而不同奶源產(chǎn)地的則存在差異。同時測定15N和13C值并共同比較，可以進行奶源產(chǎn)地一致性的判別。

2　蜂蜜摻假檢驗中的應(yīng)用

天然蜂蜜是一種高附加值的營養(yǎng)品，在市場上的銷售價格也逐年提高，然而少數(shù)不法生產(chǎn)廠家為了追求利潤，降低成本，在純正蜂蜜中摻入廉價的植物糖漿，損害消費者利益，穩(wěn)定同位素質(zhì)譜的引入食品摻假和產(chǎn)地溯源，通過同位素比值范圍可以判別市售蜂蜜摻假［11］。

胡柳華等［12］在蜂蜜、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜中摻入玉米高轉(zhuǎn)化糖漿、植物蔗糖和大米麥芽糖等，采用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀考察δ13C值的變化情況。植物糖蔗糖和玉米糖漿與未摻入的蜂蜜中δ13C值偏離較大。植物糖甜菜糖和大米麥芽糖與未摻入的蜂蜜中δ13C較為接近。混合蜜中摻入蔗糖，混合蠻、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜中摻入玉米高轉(zhuǎn)化糖漿后，其δ13C值隨摻入量的增加而增大。蜂蜜中蛋白質(zhì)的δ13C值基本沒有變化。羅東輝等在38個純正蜂蜜樣品測得碳同位素δ13C值數(shù)據(jù)；其中蛋白質(zhì)和蜂蜜的δ13C差值約為-9.5%果糖和葡萄糖的δ13C差值在-6.4%～5.3%之間，對市售的150個樣品分析進行鑒定，有58個樣品摻有C3和C4的植物糖漿的陽性樣品，市售蜂蜜中的摻假率為38.7%。國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布了新的蜂蜜國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18796-2002《蜂蜜》，緊接著又頒布了C4同位素鑒定國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18932.1-2002《蜂蜜中碳-4植物糖含量測定方法穩(wěn)定碳同位素比率法》［13-14］。

3　植物油檢驗中的應(yīng)用

食用植物油是日常生活的必需品，然而一些不法經(jīng)營者為了牟取暴利在高附加值成品油中摻入廉價的植物油，比如橄欖油中添加大豆油、菜籽油或非食用油等［15-16］。朱紹華［17］發(fā)現(xiàn)茶油和玉米油的δ13C值的差異很大，當(dāng)玉米油在15%以上時，可以明確地判別茶油是否摻假了玉米油，并能對其百分含量做定量計算，用氣相色譜法獲得C4轉(zhuǎn)化途徑的玉米油和C3轉(zhuǎn)化途徑的花生油的脂肪酸組成，再用同位素比值質(zhì)譜儀（GC-C-IRMS）確定脂肪酸δ13C值，人工和天然產(chǎn)物分子的同位素比例具有顯著性差異。植物碳元素通過C3，C4，CAM途徑轉(zhuǎn)化，δ13C存在較大差異。

4　酒水、飲料的產(chǎn)地溯源檢驗中的應(yīng)用

牛麗影等［18］采用同位素比率質(zhì)譜法（IRMS）在判別非濃縮還原（NFC）果汁與FC蘋果汁中水的δ2H、δ18O值進行了測定，結(jié)果表明，NFC橙汁δ2H與δ18O值均顯著高于濃縮還原（FC）果汁。并且δ2H、δ18O值與NFC果汁含量關(guān)系可用于NFC果汁含量的判別。由此可見，現(xiàn)今的IRMS的方法可以用于鑒別果汁的真?zhèn)危岣呶覈墓瓨?biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并與國際接軌促進出口［19-20］。還有研究表明，葡萄酒中摻入蒸餾水按照不同比例混勻，氧同位素比值（δ18O）對于葡萄酒隨著摻入蒸餾水的比例增加而下降，因此GASbech II-IRSM可以判別葡萄酒中是否摻入外來水，以及外來水的含量［21］。另有研究表明，不同產(chǎn)地酒水的數(shù)據(jù)分析，可以通過地理標(biāo)志（原產(chǎn)地）、非地理標(biāo)志（非原產(chǎn)地）和該區(qū)域以外的地區(qū)的區(qū)分。吳浩［22］利用氣相色譜-燃燒-同位素質(zhì)譜（GC-C-IRMS）分析了產(chǎn)自法國、澳大利亞、美國和中國共54種葡萄酒中5類組分的碳穩(wěn)定同位素值，有效的區(qū)分不同產(chǎn)地的葡萄酒，說明葡萄酒揮發(fā)性成分穩(wěn)定碳同位素可應(yīng)用于葡萄酒的產(chǎn)地溯源。其次就是葡萄酒產(chǎn)假的問題，為了獲得經(jīng)濟利潤，不法商販添加乙醇等增加酒精度，添加甘油增加口感甘甜。李學(xué)民等［23］測定葡萄酒中甘油和乙醇δ13C值的分析方法，對40個葡萄酒樣品進行了測定，甘油和乙醇的δ13C值具有較強的相關(guān)性，而外源性不具有此性質(zhì)。因此在判定葡萄酒中是否摻假提供了有力依據(jù)。

5　動物產(chǎn)品產(chǎn)地及摻假鑒別中的應(yīng)用

近年來，受瘋牛病、禽流感等影響，采用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜法檢測動物食品產(chǎn)地的研究相應(yīng)增加，即為一種有效追溯產(chǎn)品產(chǎn)地的方法。抽取不同國家出口的牛肉樣品經(jīng)檢測后獲得C、N和S同位素比值范圍，檢測結(jié)果表明歐美地區(qū)牛肉中的C、N同位素組成存在很大差異，而歐洲國家之間的牛肉的δ13C、δ15N值也存在明顯差異；綜合分析C、N、S同位素，還可區(qū)分出常規(guī)養(yǎng)殖的牛肉與有機養(yǎng)殖的牛肉［24］。郭波莉［25］通過對牛肉中C、N的分析對其產(chǎn)地溯源，經(jīng)過聚類分析判斷牛肉產(chǎn)地來源，進一步探明δ13C值依次遞減的順序為牛尾毛＞脫脂牛肉＞牛肉粗脂肪，說明各組織中穩(wěn)定性碳同位素組成變化趨勢一致，均可作為判斷牛膳食及其來源地的樣品材料，飼料對牛各組織中穩(wěn)定性碳同位素組成的影響遠大于品種對其的影響［25］。牛各組織中的穩(wěn)定性碳同位素組成取決于主膳食成分，而少量的濃縮飼料、添加劑等飼料成分對其的影響很小，利用δ13C值可進行產(chǎn)地溯源。

6　穩(wěn)定同位素在食品安全的發(fā)展前景

穩(wěn)定同位素溯源技術(shù)已經(jīng)成為食品安全領(lǐng)域中有效成分摻假、產(chǎn)地溯源、地域溯源、動物飼料成分鑒別方面中有突出優(yōu)勢［26-29］。國內(nèi)外食品產(chǎn)假技術(shù)有多種檢測方法，同位素比值的檢測技術(shù)可以用于食品安全領(lǐng)域中鑒別食品成分產(chǎn)假，食品污染物來源，追蹤產(chǎn)品原產(chǎn)地及判斷動物飼料原料產(chǎn)假等方面。目前，針對我國面臨的一些棘手的食品安全事件中的非法添加都可以有效的解決。比如三聚氰胺非法添加嬰幼兒奶粉，IRMS已經(jīng)有相應(yīng)的研究工作，未來可以作為重要的檢測手段之一。還有些進口橄欖油、中藥材及茶葉等食品的真?zhèn)巍⑺菰矗琁RMS分析技術(shù)均可擴展到不同的應(yīng)用范圍。肉制品中同位素組成不僅僅受飼料中同位素影響，也受動物代謝、飼料，或者不同地區(qū)（高原、平原等）飼養(yǎng)的影響，產(chǎn)地判斷難度增加，另外氣候環(huán)境、加工過程等因素對各組織中同位素組成有影響［30］。所以在穩(wěn)定同位素檢測基礎(chǔ)之上，動植物的機理與環(huán)境之間關(guān)系的深入研究也是迫在眉睫。利用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜對蜂蜜、葡萄酒、食醋醬油等產(chǎn)地溯源的數(shù)據(jù)庫，建立一套檢測技術(shù)及檢測標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)預(yù)警系統(tǒng)，可以不斷的降低成本、提高檢測效率，更在實際檢測工作中得以快速應(yīng)用，實現(xiàn)其應(yīng)用價值。

［1］海生.食品質(zhì)量優(yōu)劣及摻假的快速鑒別［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2002

［2］Moore JC，Spink J，Lipp M.Development and application of a database of food ingredient fraud and economically motivated adulteration from 1980 to 2010［J］.J Food Sci，2012，77（4）：118-126

［3］楊杰，馬騰，劉玲，等.Gas BenchⅡ-IRMS測定地下水中溴同位素新技術(shù)［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2012，33（4）：397-401

［4］蔡莽勸，黃立新，王小康.IRMS和SNIF-NMR技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用及展望［J］.標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2012（2）：66-70

［5］郭波莉，魏益民，潘家榮.同位素溯源技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用［J］.核農(nóng)學(xué)報，2006，20（2）：148-153

［6］Dong L W，Chia D，White J W.Mass spectrometric13C/12C determination to distinguish honey and C3 plant syrups from C4 plant syrups（sugar cane and corn）in candied pineapple and papaya［J］. Journal of the Association of Official Analytical Chemiss，1979，62：928-930

［7］Ballin N Z.Authentication of meat and meat produc［J］.Meat Science，2010，86：577-587

［8］秦立虎，韓起文，孫武斌.鮮奶摻假的快速檢驗技術(shù)［J］.四川食品與發(fā)酵，2005，41（2）：56-61

［9］李鑫，陳小珍，張東雷，等.元素分析穩(wěn)定同位素質(zhì)譜同時測定占δ13C/δ15N在原料乳粉檢驗中的應(yīng)用［J］.分析科學(xué)學(xué)報，2013，29（3）：356-360

［10］梁莉莉，陳劍，侯敬麗，等.元素分析-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)在嬰幼兒配方奶粉奶源地追溯中的應(yīng)用［J］.質(zhì)譜學(xué)報，2015，36（1）：66-71

［11］李鑫，陳小珍，劉柱，等.同位素比率質(zhì)譜技術(shù)對蜂蜜摻假的鑒別［J］.現(xiàn)代食品科技，2013，29（4）：867-871

［12］胡柳花，李沈軼，李玉偉，等.利用穩(wěn)定碳同位素的ea-irms分析法研究植物糖漿對蜂蜜的影響［J］.中國食品學(xué)報，2010，10（2）：239-242

［13］羅東輝，羅海英，冼燕萍，等.同位素質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)鑒別無蛋白蜂蜜的真實性［J］.現(xiàn)代食品科技，2012，28（7）：862-866

［14］Padovan G J，De Jong D，Rodrigues L P，et al.Detection of adulteration of commercial honey samples by the13C/12C isotopic ratio［J］. Food Chemistry，2003，82（4）：633-636

［15］劉衛(wèi)霞，羅勇，楊維成.有機同位素稀釋質(zhì)譜法在食品安全分析中的應(yīng)用［J］.化學(xué)世界，2011，7（34）：1673-1674

［16］李昌，單良，王興國.食用油摻假檢測方法概述［J］.農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（農(nóng)產(chǎn)品加工），2007（5）：30-35

［17］朱紹華，張帆，王美玲，等，穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜法鑒別茶油中摻雜玉米油研究［J］.中國食物與營養(yǎng)，2013，19（3）：8-10

［18］牛麗影，胡小松，趙鐳，等.穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜法在NFC與FC果汁鑒別上的應(yīng)用初探［J］.中國食品學(xué)報，2009，9（4）：192-197

［19］胡亞，周春紅，鄭宏，等.蘋果汁摻假檢測及儲藏過程中營養(yǎng)物質(zhì)變化的研究倡［J］.浙江師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（3）：342-348

［20］徐生堅，李鑫，陳小珍，等.氫和氧穩(wěn)定同位素比率在橙汁摻假溯源鑒別中的應(yīng)用初探［J］.食品工業(yè)，2014（6）：175-178

［21］王道兵，鐘其頂，高紅波，等.GasbenchⅡ-irms測定葡萄酒水中δ18O方法研究［J］.質(zhì)譜學(xué)報，2014，35（4）：355-360

［22］吳浩，謝麗琪，靳保輝，等.氣相色譜-燃燒-同位素比率質(zhì)譜法測定葡萄酒中5種揮發(fā)性組分的碳同位素比值及其在產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用［J］.分析化學(xué)，2015（3）：344-349

［23］李學(xué)民，賈光群，曹彥忠，等.液相色譜-同位素比質(zhì)譜法同時測定葡萄酒中甘油和乙醇的δ13C值［J］.色譜，2013，31（12）：1201-1205

［24］Schmidt O，Quilter J M，Bahar B，et al.Inferring the origin and dietary history of beef from C，N and S stable isotope ratio analysis［J］. Food Chemistry，2005，91（3）：545-549

［25］郭波莉.牛肉產(chǎn)地同位素與礦物元素指紋溯源技術(shù)研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2007

［26］李鑫，陳小珍，蔣鑫.穩(wěn)定同位素比率技術(shù)對食醋真?zhèn)舞b別的應(yīng)用初探［J］.中國調(diào)味品，2015，12（6）：551-553

［27］田良良，曹立民，王建華，等.水產(chǎn)品中丙酸睪酮激素的同位素稀釋氣相色譜-質(zhì)譜法分析［J］.中國漁業(yè)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)，2011，1（3）：55-61

［28］孫樂樂，徐海亮，喬玉.發(fā)達國家食品安全研究方法對我國食品檢測的啟示［J］.食品工業(yè)科技，2012，33（22）：390-394

［29］高云峰.發(fā)達國家和地區(qū)食品質(zhì)量安全監(jiān)管模式研究及對我國食品安全監(jiān)管的啟示［J］.飼料博覽，2013，6（8）：60-64

［30］趙榮，陳紹志，喬娟.美國、歐盟、日本食品質(zhì)量安全追溯監(jiān)管體系及對中國的啟示［J］.世界農(nóng)業(yè)，2012，3（3）：55-56

Application of Stable Isotope Mass Spectrometry in Food Safety Inspection

DUAN He-jun，ZHAO Li-wen*
（Beijing Center Diseases Prevention and Control，Beijing 100013，China）

A review on the stable isotope mass spectrometry analysis technique and its application in food safety traceability and authenticity.Focuses on the application of its in infant milk powder adulterated，honey adulteration and provenance，adulteration of vegetable oils，drinks traceability and adulteration and animal food production traceability and adulteration detection.Meanwhile，made some suggestions to develop prospect in food safety.

stable isotope mass spectrometry；food safety；adulteration；traceability adulteration areas

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.049

北京市居民膳食雙酚A、壬基酚風(fēng)險評估（2011-1013-01）

段鶴君（1978—），女（漢），副研究員，博士，研究方向：食品安全與評估。

趙立文，男，副主任技師。

2016-05-20