穩(wěn)定同位素質(zhì)譜在植源性食品真實(shí)性鑒定和產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用綜述

孫雨茜 王寧 楊晨曄 王同

摘要：隨著食品安全問題頻發(fā)，食品安全領(lǐng)域的食品真實(shí)性鑒定和產(chǎn)地溯源問題越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注，穩(wěn)定同位素技術(shù)成為食品真實(shí)性鑒定和產(chǎn)地溯源方面強(qiáng)有力的分析手段，并具有可追溯性、綠色、無放射性、易操作等特點(diǎn)。在植物源性食品安全領(lǐng)域，通過穩(wěn)定同位素技術(shù)獲取的同位素指紋主要集中于C、N、H、O、S同位素。作為輕同位素，C、N、H、O、S同位素主要通過同位素比率質(zhì)譜（IRMS）進(jìn)行分析。本文主要介紹基于IRMS的穩(wěn)定同位素分析的原理、分類，重點(diǎn)回顧IRMS在植物源性食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括食品的摻假鑒別、有機(jī)食品的鑒定和食品產(chǎn)地溯源3個(gè)方面，旨在推動(dòng)同位素食品安全數(shù)據(jù)庫的建立，促進(jìn)同位素技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜;植源性食品;真實(shí)性鑒定;產(chǎn)地溯源;同位素指紋;食品安全數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào)： TS201.6 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2021）14-0026-07

隨著市場全球化的深入發(fā)展和居民生活條件的切實(shí)改善，消費(fèi)者期望獲取更多關(guān)于食品真實(shí)性、產(chǎn)地來源、生長條件和加工工藝方面的信息。近年重大食品問題的頻發(fā)，各國政府和有關(guān)國際組織都高度重視，為了保障食品安全，保護(hù)地區(qū)品牌和特色產(chǎn)品，確保貿(mào)易公平，各國陸續(xù)建立了食品真實(shí)性評(píng)鑒制度和食品溯源體系。英國、日本、印度和歐盟等已相繼出臺(tái)與食品安全有關(guān)的法規(guī)，例如歐盟在《歐盟法規(guī)》（178/2002）中對(duì)水果和蔬菜的可追溯性作出要求[1]，歐盟委員會(huì)2007年第267號(hào)條例確立食品的真?zhèn)螛?biāo)簽，標(biāo)簽包括受保護(hù)的原產(chǎn)地名稱和傳統(tǒng)特色保證。食品真實(shí)性鑒定和食品溯源是確保食品質(zhì)量和食品安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，穩(wěn)定同位素指紋分析、DNA指紋圖譜、代謝組學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)被認(rèn)為是進(jìn)行食品真實(shí)性鑒定、摻假鑒別的有效工具。穩(wěn)定同位素指紋分析技術(shù)有示蹤、指示、整合三大功能，能夠有效追溯食品的來源，作為食品真實(shí)性鑒定和產(chǎn)地鑒別的強(qiáng)有力分析手段。穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜（elemental analysis-isotope ratio mass spectrometry，簡稱IRMS）可以追溯食品的產(chǎn)地和食品污染源、鑒別有機(jī)食品和食品摻假以及示蹤農(nóng)獸藥在生物體內(nèi)吸收、代謝和分布規(guī)律[2]，歐洲的注冊(cè)商品集中于動(dòng)物源性食品，只有5%左右的注冊(cè)商品為植物源性食品[3]，不均衡的比例導(dǎo)致對(duì)植物源性真實(shí)性鑒定與食品溯源方面的發(fā)展相對(duì)滯后于動(dòng)物源性食品，目前有關(guān)食品真實(shí)性鑒定和產(chǎn)地溯源在植物源性食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括食品摻假鑒別、有機(jī)食品認(rèn)證和食品產(chǎn)地溯源3個(gè)方面。本研究主要介紹了IRMS的原理、分類及其在植源性食品真實(shí)性鑒定與溯源領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，旨在促進(jìn)該技術(shù)在植物源性食品安全領(lǐng)域的發(fā)展和食品追溯系統(tǒng)的完善，進(jìn)一步維護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的權(quán)益以及市場秩序。

1 穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜

1.1 穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜技術(shù)原理

同位素比質(zhì)譜儀由樣品進(jìn)樣系統(tǒng)、電子轟擊離子源系統(tǒng)、磁場質(zhì)量分析器系統(tǒng)、多通道法拉第杯檢測(cè)器系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等7個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。IRMS利用離子光學(xué)和電磁原理，按照質(zhì)荷比（m/z）進(jìn)行分離，從而測(cè)定同位素質(zhì)量和相對(duì)含量，其原理是在離子源中將導(dǎo)入的氣體（H2、CO2、N2、CO、SO2）離子化，通過離子化、質(zhì)量分離和離子檢測(cè)將樣品定量，將待測(cè)樣品與參考?xì)庀啾容^，得到相對(duì)于國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的同位素比值。

同位素組成一般采用同位素豐度、同位素比值或δ值表示，其中用δ值表示較多，其計(jì)算公式如下：

δ=（R樣品/R標(biāo)準(zhǔn)-1）×1 000‰。

式中：δ表示樣品中2種同位素比值相對(duì)于某一標(biāo)準(zhǔn)品同位素比值的相對(duì)千分率，可以反映同位素組成的變化;R表示樣品或標(biāo)準(zhǔn)品中重同位素與輕同位素豐度比，R標(biāo)準(zhǔn)采用國際統(tǒng)一的參考值，例如13C/12C和15N/14N的國際參照標(biāo)準(zhǔn)一般采用VPDB（一種箭石化石）、空氣中氮?dú)猓銻值分別為 0.011 180 2、0.003 678 2。

1.2 穩(wěn)定同位素比技術(shù)分類

根據(jù)不同外設(shè)預(yù)處理裝置，可以將IRMS分為元素分析儀-同位素比質(zhì)譜（EA-IRMS）、多用途氣體在線制備裝置-同位素比質(zhì)譜（GasBench-IRMS）、氣相色譜-同位素比質(zhì)譜（GC-IRMS）、液相色譜-同位素比質(zhì)譜（LC-IRMS）、痕量氣體預(yù)濃縮裝置-同位素比質(zhì)譜（PreCon-IRMS）和碳酸鹽裝置-同位素比質(zhì)譜（KIEL IV-IRMS），用于食品中同位素檢測(cè)的主要有EA-IRMS、GC-IRMS、PreCon-IRMS和LC-IRMS。EA-IRMS可用于檢測(cè)整個(gè)液體樣品、固體樣品或是從樣品中分離的某一組織中的同位素，是目前應(yīng)用最廣泛的同位素分析技術(shù);GC-IRMS可用于檢測(cè)從樣品中提取的某一種或混合氣體化合物的同位素，例如檢測(cè)植物油中脂肪酸的δ13C、酒中揮發(fā)性成分的δ13C、可可油中脂肪酸的δ13C、酒中乙醇的δ13C與δ18O、水果中揮發(fā)物的δD與δ13C[4];LC-IRMS可用于檢測(cè)從樣品中提取的非揮發(fā)性化合物的同位素，例如蜂蜜中各類糖組分的 13C、葡萄酒中乙醇和甘油的13C;PreCon-IRMS 可以檢測(cè)果汁、葡萄酒、白酒中的水同位素組成。然而，目前關(guān)于GC-IRMS、LC-IRMS和GasBench-IRMS應(yīng)用于食品真實(shí)性鑒定的案例遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于EA-IRMS，EA-IRMS的工作原理如圖1所示。

2 穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜應(yīng)用

目前，IRMS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于食品安全、地質(zhì)、海洋、環(huán)境和農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，作為真實(shí)性鑒定和溯源體系中的基礎(chǔ)部分發(fā)揮著巨大作用。用IRMS技術(shù)鑒定植源性食品包含許多方面，如虛假標(biāo)簽、關(guān)于產(chǎn)地的虛假信息及摻假。IRMS在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用主要是利用同位素在自然界中的分餾效應(yīng)，即生物體內(nèi)同位素的組成因物理、化學(xué)及生物化學(xué)等因素，導(dǎo)致不同種類或不同地域來源食品原料中同位素的自然豐度存在差異，由此區(qū)分不同種類的產(chǎn)品及其可能來源地。IRMS技術(shù)在植源性食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在解決食品是否摻假、食品是否有外源性添加成分、農(nóng)產(chǎn)品是否為有機(jī)產(chǎn)品、食品原料產(chǎn)地溯源等方面的問題。

2.1 食品摻假鑒別

因利益驅(qū)動(dòng)，食品市場摻假現(xiàn)象層出不窮，如果汁摻假、蜂蜜摻假、食用油摻假、酒摻假、食用醋摻假等[5]。此外，為了牟取更多利益并避開檢測(cè)盲區(qū)，摻假技術(shù)不斷升級(jí)，所以用IRMS對(duì)食品進(jìn)行摻假鑒別的技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展。

2.1.1 果汁摻假 果汁摻假最早始于20世紀(jì)70年代，大部分果汁如蘋果汁、葡萄汁來源于C3植物，而摻假的蔗糖、玉米糖漿來源于C4植物，目前利用δ13C值在C3、C4植物中的差異來鑒定果汁是否摻假。農(nóng)作物的C同位素受光合作用類型的影響，因光合羧化酶及羧化時(shí)空的差異，導(dǎo)致不同光合途徑中碳同位素的分餾程度不同，C3植物的δ13C值明顯低于C4植物。C4植物主要利用磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEP）固定HCO3—，δ13C值為-20‰～-9‰[6]，C3植物利用1，5-二磷酸核酮糖酶（RuBP）固定CO2，其δ13C值為-35‰～-21‰（大氣中CO2的δ13C值約為-8‰）。大部分農(nóng)作物如水稻、小麥、大豆、甜菜等均為C3植物，玉米、甘蔗、小米、高粱等屬于C4植物。

對(duì)于果汁中C4植物糖和有機(jī)酸摻假，可以將純正果汁中植物糖、有機(jī)酸的δ13C值與市售果汁δ13C值進(jìn)行比對(duì)來判別是否摻假。譚夢(mèng)茹等用EA-IRMS技術(shù)建立純正葡萄汁的C同位素?cái)?shù)據(jù)庫，通過測(cè)定純正葡萄汁中糖、有機(jī)酸的δ13C值，將糖、有機(jī)酸的δ13C的差值（-1.63‰～0.72‰）作為鑒定純正果汁的標(biāo)準(zhǔn)，從而鑒定市售葡萄汁是否摻入外源性C4植物糖和有機(jī)酸，陽性檢出率達(dá)36.47%。高效液相色譜-同位素比質(zhì)譜（HPLC-IRMS）也可用于日常質(zhì)量控制，鑒定市售果汁是否添加了外源C4植物糖或有機(jī)酸[7]。Guyon等利用HPLC-IRMS檢測(cè)來自不同產(chǎn)地的35份檸檬樣品，樣品中有機(jī)酸、葡萄糖、果糖的δ13C平均值分別為（-25.40±1.62）‰、（-23.83±1.82）‰、（-25.67±1.72）‰，基于這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果來鑒定30份市售果汁的真實(shí)性，通過檢測(cè)市售的24份非濃縮還原（NFC）檸檬汁、6份濃縮還原（FC）檸檬汁的δ13C值，發(fā)現(xiàn)有10種果汁添加了C4植物來源的有機(jī)酸或糖，且未在產(chǎn)品標(biāo)簽中說明[8]。

對(duì)于果汁摻水現(xiàn)象，可將果汁的H、O同位素作為標(biāo)記物檢測(cè)。地理氣候條件會(huì)影響H、O同位素的組成，包括經(jīng)緯度、海拔、降水、灌溉、地面水等。由于蒸騰作用導(dǎo)致植物葉片、果實(shí)中的水同位素富集，鮮榨果汁中的H、O同位素偏離全球大氣降水線的值，而摻水果汁中H、O同位素比值與全球大氣降水中H、O同位素接近，歐洲果汁行業(yè)代表協(xié)會(huì)限定了果汁的δ18O最小值[9]。此外，O同位素也受到收貨期、氣候條件和地理?xiàng)l件的影響，因此有學(xué)者建議為近幾年的水果建立詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫。

2.1.2 蜂蜜摻假 為了降低生產(chǎn)成本，很多不良商家在蜂蜜中摻入廉價(jià)的植物糖漿。蜂蜜來源于C3植物，δ13C值為（-25.1±1.1）‰，摻假添加的玉米糖漿和蔗糖來源于C4植物，其δ13C值為（-11.4±0.8）‰，當(dāng)純蜂蜜中的摻假物（玉米糖漿或蔗糖）含量超過15%以上時(shí)，則能夠被檢測(cè)出來。而針對(duì)同樣來源于C3植物的大米糖漿摻假，可以通過LC-IRMS技術(shù)檢測(cè)蜂蜜樣品中糖組分的δ13C值，作為鑒定蜂蜜是否摻假的指標(biāo)之一。Dong等提出利用蜂蜜全樣的δ13C值和蜂蜜中蛋白的δ13C值來鑒定蜂蜜是否摻假，結(jié)果顯示，純蜂蜜全樣和蛋白的δ13C值分別為-27.2‰～-23.5‰、-26.9‰～-23.6‰，并發(fā)現(xiàn)純蜂蜜全樣δ13C值和純蜂蜜蛋白的δ13C值有較強(qiáng)的相關(guān)性，r2達(dá)0.944[10]。Luo等用蜂蜜全樣、蛋白、單糖（葡萄糖、果糖）的δ13C值和蜂蜜全樣的δ2H值來鑒定蜂蜜是否摻假，包括是否存在C3植物糖摻假[11]。

2.1.3 食用油摻假 在食用油摻假研究方面，當(dāng)食用油、摻假油分別來自C3、C4植物時(shí)，δ13C是檢測(cè)C3植物油是否摻入C4植物油的敏感指標(biāo)[12]。市場上的橄欖油、大豆油、亞麻籽油、山茶花油來源于C3植物，玉米油來源于C4植物。Huang等利用δ13C值鑒別大豆油、橄欖油和玉米油，首先檢測(cè)了橄欖油（西班牙、意大利）、大豆油（中國）、玉米油（美國、中國），發(fā)現(xiàn)橄欖油和大豆油的δ13C值為-29.8‰～-28.61‰，玉米油的δ13C值為-16.25‰～-15.46‰，再將不同比例的玉米油分別加入橄欖油、大豆油中，發(fā)現(xiàn)加入不同比例玉米油對(duì)橄欖油和大豆油δ13C值的影響規(guī)律，說明13C可以作為鑒定市場上橄欖油和大豆油是否摻假的有效指標(biāo)[13]。當(dāng)食用油和摻假油的碳同位素比值差異大時(shí)，適合通過IRMS技術(shù)鑒定食用油是否摻假，但對(duì)于碳同位素指紋圖譜相近的油品，應(yīng)聯(lián)合多指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)[14]。

2.1.4 酒摻假 葡萄酒的主要成分為水、乙醇和甘油，葡萄酒的摻假主要是在葡萄酒發(fā)酵過程中添加外源食用乙醇、糖或水，以滿足乙醇度的國家標(biāo)準(zhǔn)。食用乙醇主要來自玉米發(fā)酵，利用食用乙醇與葡萄酒中乙醇的δ13C值不同，可以鑒定葡萄酒的真實(shí)性。采用液相色譜-同位素比質(zhì)譜（LC-IRMS）技術(shù)測(cè)定葡萄酒中乙醇、甘油的δ13C值，具有較好的重現(xiàn)性，可以作為葡萄酒摻假檢測(cè)的基礎(chǔ)技術(shù)手段[15]。也可采用GasBench-IRMS技術(shù)分析葡萄酒中H、O同位素，鑒定其是否添加外源水。王道兵等通過模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葡萄酒水中δ18O與外源水含量呈線性相關(guān)，可應(yīng)用于葡萄酒中外源水含量的判別[16]。

2.2 有機(jī)食品的鑒定

有機(jī)食品來源于有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，根據(jù)國際有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)加工。國際上對(duì)有機(jī)食品的研究在不斷深入，有機(jī)食品在生產(chǎn)過程中不使用有毒或持久的農(nóng)藥、合成氮肥、抗生素、合成激素和基因工程、污泥或輻射[17]。有機(jī)食品相對(duì)于無公害食品的最大特點(diǎn)就是未使用人工合成的化學(xué)/無機(jī)肥料。在所有輕同位素中，δ15N是鑒定有機(jī)農(nóng)作物最具發(fā)展?jié)摿Φ闹笜?biāo)，影響農(nóng)作物δ15N特征的主要因素有肥料種類和組成、施肥時(shí)間和強(qiáng)度、土壤營養(yǎng)和土壤類型、當(dāng)?shù)貧夂颉⑸锕痰饔谩⒐痰鞴俸湍挲g[18]。因肥料合成期間氮素轉(zhuǎn)化的差異，有機(jī)肥料的δ15N值高于合成肥料的δ15N值（-6‰～6‰），通常大于5‰，為1‰～37‰，而化肥的δ15N值與空氣的δ15N值（0）相近。因而施加有機(jī)肥能夠提高植物的 δ15N 值，施加化肥會(huì)貧化植物的δ15N值，對(duì)于大多數(shù)以氮肥作為主要氮素來源的陸地生植物、溫室作物和精細(xì)種植作物，有機(jī)種植的δ15N值明顯高于常規(guī)種植。但有機(jī)種植植物與常規(guī)種植植物δ15N值會(huì)有重疊，所以常要與其他同位素、元素標(biāo)記或特定標(biāo)記物結(jié)合來鑒別有機(jī)食品。通過有機(jī)作物和常規(guī)作物中N、C同位素的差異，采用IRMS技術(shù)來鑒定有機(jī)食品，在有機(jī)蔬菜、水果、植物油、葡萄酒、咖啡等方面均有報(bào)道。

2.2.1 有機(jī)大米的鑒定 目前市售的普通大米也可以達(dá)到?jīng)]有農(nóng)藥殘留的標(biāo)準(zhǔn)，故不能僅依靠農(nóng)藥殘留檢測(cè)來鑒定有機(jī)食品[3]，而δ15N、δ13C值的差異可以將有機(jī)大米和普通大米區(qū)分開。δ15N可以作為有機(jī)大米認(rèn)證的有效指標(biāo)，但δ13C、δ15N容易受到土壤肥力和局部農(nóng)業(yè)氣候的影響，僅靠2種同位素特征無法準(zhǔn)確將有機(jī)大米與綠色大米、常規(guī)大米分開，應(yīng)輔以食品的元素特征進(jìn)行區(qū)分。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，非有機(jī)水稻大量使用合成肥料（如KNO3、KH2PO4和CaHPO4），而有機(jī)水稻主要使用動(dòng)物糞便和堆肥，導(dǎo)致非有機(jī)水稻的鈣、鉀元素含量更高，因此將水稻的同位素特征和元素特征結(jié)合，通過偏最小二乘判別分析模型能夠區(qū)分有機(jī)水稻和非有機(jī)水稻，經(jīng)驗(yàn)證，該方法對(duì)2014—2017年4年間有機(jī)水稻的認(rèn)證準(zhǔn)確度達(dá)100%[19]。

當(dāng)大米全樣的C、N同位素特征不足以鑒定其是否為有機(jī)大米時(shí)，也可以通過分析大米中特定成分的C、N同位素來辨別有機(jī)稻米和非有機(jī)稻米。Chung等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)大米、綠色大米的δ15N值比普通大米更高，而有機(jī)大米和綠色大米間的δ15N值差異不顯著，通過檢測(cè)大米中脂肪酸、氨基酸的δ13C、δ15N值，可以區(qū)分有機(jī)大米、綠色大米和普通大米。大米全樣δ13C值與大米脂肪酸δ13C值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.596以上，大米全樣δ15N值與大米氨基酸δ15N值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.834以上[3]。

2.2.2 有機(jī)蔬菜鑒定 姚志鵬等研究發(fā)現(xiàn)，肥料施用造成土壤同位素特征改變，萵苣內(nèi)葉對(duì)土壤的同位素變化最敏感，比萵苣外葉和根部更適合應(yīng)用于有機(jī)蔬菜的同位素檢測(cè)，萵苣內(nèi)葉的δ15N值可作為判斷有機(jī)萵苣種植過程中是否施用化肥的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[20]。但是對(duì)于長生長期（>80 d）蔬菜（番茄[21]、南瓜、茄子、馬鈴薯、玉米等）而言，靠δ15N值不足以鑒定其種植方式。當(dāng)鑒定田間種植的有機(jī)番茄時(shí)，對(duì)特定成分的同位素分析法優(yōu)于對(duì)整個(gè)樣品進(jìn)行同位素分析。Bontempo等對(duì)有機(jī)番茄和普通番茄進(jìn)行C、N、H、O、S同位素分析發(fā)現(xiàn)，樣品間的δ15N值差異最明顯，但僅依靠δ15N值并不能區(qū)分有機(jī)番茄和普通番茄，用氣象色譜-同位素比質(zhì)譜（GC-IRMS）分析田間栽培番茄的9種氨基酸，可以提高對(duì)有機(jī)番茄的鑒別能力，特別是谷氨酸（Glu）的 δ15N、δ13C值比直接檢測(cè)番茄全樣的同位素?cái)?shù)據(jù)更能有效鑒別有機(jī)食品[22]。然而，氨基酸同位素分析對(duì)于溫室種植的有機(jī)番茄的鑒定能力較差，可能由于溫室種植環(huán)境的二氧化碳、空氣濕度比田間種植環(huán)境更高，導(dǎo)致溫室種植的番茄中谷氨酸的δ13C值的偏差，表明在對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行有機(jī)認(rèn)證時(shí)，必須考慮種植條件（溫室或田間）。對(duì)于溫室種植的有機(jī)番茄，通過氨基酸同位素進(jìn)行有機(jī)認(rèn)證的方式仍需進(jìn)一步研究。Floare-Avram等研究發(fā)現(xiàn)，δ18O結(jié)合元素（Al、Se、Pb等）和4，4′-雙對(duì)氯苯基三氯乙烷（4，4′-DDT）能夠區(qū)分溫室番茄和田間番茄[23]。

2.2.3 其他 Perini等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)柑橘、有機(jī)草莓和有機(jī)桃子果肉的δ15N值、抗壞血酸含量和總可溶物含量與常規(guī)水果差異顯著，可以據(jù)此區(qū)分有機(jī)水果和常規(guī)水果，但還無法界定有機(jī)水果指標(biāo)的閾值，因?yàn)橹笜?biāo)閾值還受水果種類、品種、種植年份影響[24]。

2.3 食品產(chǎn)地溯源

如何保護(hù)產(chǎn)品的地理標(biāo)志、保護(hù)其商業(yè)價(jià)值受到消費(fèi)者和生產(chǎn)商的廣泛關(guān)注。生物體同位素自然分餾的結(jié)果就是生物體所處環(huán)境的“自然指紋”[5]，根據(jù)“自然指紋”可判斷食品原料的生長環(huán)境并對(duì)其進(jìn)行溯源。目前尚沒有通用的方法用于鑒定農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地，同位素指紋圖譜輔以化學(xué)計(jì)量法（PCA、OPLS-DA等）進(jìn)行食品產(chǎn)地溯源，是具有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ǎ钤缡加?0世紀(jì)90年代，近年來國內(nèi)外學(xué)者相繼對(duì)大米、葡萄酒、咖啡、橄欖油、蔬菜、果汁、茶葉等植源性食品進(jìn)行溯源研究[25-28]。

2.3.1 谷物 谷物作為最重要的主食，主要包括大米、小麥、大豆等，是能量、蛋白和脂肪的主要來源，近年來隨著消費(fèi)者對(duì)高質(zhì)量谷物追求的提高，對(duì)谷物產(chǎn)地溯源的需求也在不斷提升[29]。在進(jìn)行產(chǎn)地溯源時(shí)，需要考慮氣候、海拔、與海洋的距離等因素對(duì)谷物同位素豐度的影響。Liu等通過同位素（C、N、H等）和其他元素（Na、Ca、Fe、Zn等）結(jié)合，建立主成分分析（PCA）和逐步線性判別分析（LDA）來追溯精制大米的地理來源，通過盲樣分析，對(duì)中國不同產(chǎn)地（黑龍江、浙江、江蘇、湖南和廣州）的大米認(rèn)證準(zhǔn)確率達(dá)90%，對(duì)東南亞產(chǎn)地（泰國、馬來西亞）大米的認(rèn)證準(zhǔn)確度達(dá)85%[30]。Chen等檢測(cè)黑龍江富錦市和五常市的稻花香米發(fā)現(xiàn)，稻米中δ18O、δD指標(biāo)能夠區(qū)分稻米產(chǎn)地，而在同一株稻米的優(yōu)勢(shì)粒、強(qiáng)勢(shì)粒中，C、N、O、H同位素分布有差異，表明在鑒別稻米產(chǎn)地時(shí)需要考慮到不同穗位置谷粒的同位素組成差異[31]。

Liu等在2011—2013年間收集來自中國3個(gè)不同區(qū)域的10種基因型共270份小麥籽粒樣品，研究地域、基因型、收獲年份和交互作用對(duì)樣品C、N、H同位素指紋的影響，發(fā)現(xiàn)樣品同位素指紋均受地域、基因型、收獲年份和交互作用的影響，其中地域影響最顯著，地域?qū)π←溩蚜、N、H同位素差異的貢獻(xiàn)率分別為47.57%、58.02%、27.96%。當(dāng)標(biāo)記物差異不顯著時(shí)，可以結(jié)合元素分析再通過化學(xué)計(jì)量法分辨不同產(chǎn)地的谷物樣本[32]。劉宏艷等研究發(fā)現(xiàn)，全麥粉與制粉產(chǎn)品中C、N同位素具有地域特征，可用于小麥及其制粉產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源[33]。Luo等檢測(cè)來自澳大利亞、美國、加拿大和中國的35份小麥樣品，通過元素分析-同位素比質(zhì)譜（EA-IRMS）檢測(cè)C、N值可以區(qū)分不同產(chǎn)地的小麥[34]。Rashmi等分析來自印度鄰國的20份小麥樣品，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域小麥的C同位素差異顯著，而樣品間N同位素差異不顯著[35]。

2.3.2 食用油 Portarena等選取在2009—2011年產(chǎn)自意大利南北方不同地域的特級(jí)初榨橄欖油，對(duì)387個(gè)樣本中的C、O同位素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，橄欖油的同位素比值與地區(qū)緯度、溫度、降水量和干熱指數(shù)有關(guān)，而與地區(qū)的海拔、經(jīng)度和大氣相對(duì)濕度無關(guān)，不同年份收獲的橄欖油間同位素差異顯著，環(huán)境不是影響橄欖油同位素豐度的唯一因素，而成熟度和基因型對(duì)橄欖油同位素分餾的影響有待繼續(xù)研究[36]。Banerjee等通過EA-IRMS得出，橄欖油與當(dāng)?shù)卮髿馑械腛、H同位素的分餾系數(shù)α18Ooliver-water、α2Holiver-water分別為（1.03±0.001）、（0.894±0.003），表明橄欖油同位素組成不受其加工工序的影響，主要受灌溉植物的大氣水影響，H、O同位素是進(jìn)行橄欖油產(chǎn)地溯源的理想指標(biāo)[37]。Gumus等將C同位素和元素結(jié)合，對(duì)不同來源的橄欖油進(jìn)行產(chǎn)地溯源，通過化學(xué)計(jì)量法分類，得出δ13C、Fe、Zn指標(biāo)對(duì)樣品產(chǎn)地溯源起著主導(dǎo)作用[38]。

提取自摩洛哥堅(jiān)果中的摩洛哥果油可以作為食用油，具有優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值，Taous等選取2012年7、8月摩洛哥西南部5個(gè)地區(qū)的摩洛哥果油和果樹種子，發(fā)現(xiàn)樣品中的C、O同位素組成與地區(qū)的環(huán)境（地理、水文、氣候）有關(guān)，說明可以利用同位素技術(shù)區(qū)分摩洛哥果油的產(chǎn)地，保護(hù)產(chǎn)品的質(zhì)量和商業(yè)價(jià)值[39]。

2.3.3 果汁/飲料 目前同位素法應(yīng)用于果汁溯源中，僅是一種具有發(fā)展前景的溯源技術(shù)，對(duì)于果汁產(chǎn)地溯源的有效指標(biāo)尚處在探索階段，缺乏完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。Rummel等分析來自美國北部和南部、非洲、歐洲等地區(qū)共150份橙汁樣品多種同位素比值，包括的δ2H、δ13C、δ15N、δ34S和87Sr/86Sr值，發(fā)現(xiàn)樣品在基于地理、氣候和巖性差異所表現(xiàn)出的同位素豐度差異可以用來鑒定橙汁原料產(chǎn)地[40]。

2.3.4 其他 利用GC-IRMS測(cè)定葡萄酒中5種揮發(fā)性成分（乙醇、丙三醇、乙酸、乳酸乙酯、2-甲基-丁醇）的穩(wěn)定同位素C的比值，能夠區(qū)別來自法國、澳大利亞、中國和美國4個(gè)產(chǎn)地共54種葡萄酒產(chǎn)地，表明葡萄酒中揮發(fā)性成分的δ13C值可應(yīng)用于葡萄酒產(chǎn)地溯源[41]。Baron等將IRMS和ICP-MS結(jié)合，建立阿根廷蜂蜜的元素、同位素指紋圖譜，用于評(píng)估蜂蜜的地理來源，典型相關(guān)分析和廣義過程分析結(jié)果表明，土壤、水、蜂蜜樣品間的一致性為91.5%，不同區(qū)域樣品間的差異明顯，表明元素、同位素成分與蜂蜜產(chǎn)地的土壤和水特征有關(guān)[42]。通過H同位素可以區(qū)分德國南部和北部的核桃，北部的核桃更富集H同位素，并通過地區(qū)年降水量和采樣點(diǎn)的地形特征來進(jìn)行數(shù)據(jù)差異分析[43]。結(jié)合線性判別分析（LDA）、k-近鄰法（k-NN）和支持向量機(jī)（SVM）對(duì)來自巴西不同產(chǎn)地的咖啡的C、N、H、O同位素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)地溯源分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)巴西咖啡進(jìn)行產(chǎn)地溯源是個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，只有SVM模型能區(qū)分圣保羅生產(chǎn)的咖啡，準(zhǔn)確度達(dá)75%[26]。Peng等研究祁門紅茶與鄰近的東直縣、貴池縣紅茶的C、N同位素差異發(fā)現(xiàn)，N同位素可以將祁門紅茶與鄰縣的紅茶區(qū)分，k-NN模型驗(yàn)證后準(zhǔn)確度達(dá)91.6%，為祁門紅茶的產(chǎn)地溯源提供有力證據(jù)。考慮到品種、葉片成熟度和加工工藝對(duì)紅茶C、N值的影響，得出品種和葉片成熟度影響δ15N值，品種差異影響δ13C值[28]。

3 討論與結(jié)論

為了提高IRMS技術(shù)對(duì)有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的鑒別能力和適用性，建議采取更廣泛的取樣方法和配套分析技術(shù)，如采用農(nóng)藥殘留檢測(cè)和硝酸鹽、硫酸鹽等含氧陰離子的同位素比值分析。用IRMS進(jìn)行食品產(chǎn)地溯源時(shí)，取得的樣本量越大越好，同位素的指標(biāo)越多越好。當(dāng)作物耕種區(qū)域鄰近時(shí)，原料產(chǎn)地溯源就會(huì)比較困難，缺乏穩(wěn)定的溯源模型，很多學(xué)者采用多種同位素比值和多種元素含量等多指標(biāo)相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品原料的產(chǎn)地溯源。

采用IRMS對(duì)植源性食品中多種同位素指紋特征進(jìn)行高精度和準(zhǔn)確度分析，有助于建立真實(shí)、安全、可行的同位素?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。然而僅依靠IRMS技術(shù)對(duì)食品進(jìn)行摻假鑒別和真實(shí)性鑒定常常是不充分的，需要將IRMS技術(shù)輔以其他分析手段，如多元素法、光譜指紋圖譜和化學(xué)方法等。將IRMS技術(shù)與核磁共振、電感耦合等離子體質(zhì)譜等技術(shù)聯(lián)用，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)量統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合，是未來的研究趨勢(shì)。通過建立同位素的食品安全數(shù)據(jù)庫，形成包含檢測(cè)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，使檢測(cè)工作更經(jīng)濟(jì)、更高效。

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