基于標(biāo)志物的食品溯源技術(shù)研究進(jìn)展

趙璐瑤， 段曉亮， 張 東， 劉建壘， 洪 宇， 劉 輝， 孫 輝

(國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院 糧食品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)研究所，北京 100037)

隨著食品安全問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，食品的來(lái)源受到各國(guó)管理部門(mén)和消費(fèi)者的高度關(guān)注。各國(guó)紛紛出臺(tái)政策，保護(hù)地區(qū)名牌和特色產(chǎn)品。歐盟對(duì)地域名優(yōu)特產(chǎn)品的認(rèn)證有3種標(biāo)簽，即原產(chǎn)地保護(hù)產(chǎn)品(PDO)、地區(qū)名牌保護(hù)產(chǎn)品(PGI)和傳統(tǒng)特色保護(hù)產(chǎn)品(TSG)[1]。中國(guó)一直在推行無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品、綠色食品、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品和農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志食品(稱(chēng)作“三品一標(biāo)”)[2]，以保護(hù)名優(yōu)特食品。目前，食品的可追溯性和原產(chǎn)地認(rèn)證已成為消費(fèi)者和行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

由于我國(guó)食品市場(chǎng)準(zhǔn)入制度和溯源體系的不完善，使得原產(chǎn)地保護(hù)產(chǎn)品和名優(yōu)特食品以假亂真、以次充好的現(xiàn)象嚴(yán)重。為保護(hù)地方特色食品，消除國(guó)際貿(mào)易壁壘，在國(guó)內(nèi)發(fā)展全面和準(zhǔn)確的食品溯源技術(shù)意義十分重大[3]。基于標(biāo)志物的研究目前在食品、醫(yī)藥、環(huán)境及畜牧等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在食品、環(huán)境和畜牧領(lǐng)域，標(biāo)志物研究可以指示危害物的暴露[4, 5]，明確危害物的危害機(jī)制；在醫(yī)藥領(lǐng)域，可以通過(guò)標(biāo)志物研究指示疾病的發(fā)生和機(jī)理[6, 7]。近年來(lái)，基于特征標(biāo)志物的研究也逐漸應(yīng)用于食品溯源領(lǐng)域，并取得了一定進(jìn)展。

研究證明，食品中化學(xué)成分與食品的地理和品種來(lái)源有關(guān)[8]。食品溯源主要是分析和表征不同來(lái)源食品中的特異性標(biāo)志物的技術(shù)，目前主要采用光譜、核磁共振、質(zhì)譜、和分子生物學(xué)等技術(shù)，通過(guò)分析食品的有機(jī)組成、揮發(fā)性成分、同位素含量與比率、DNA圖譜、蛋白質(zhì)含量、多酚等特征標(biāo)志物[9]，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)研究，建立能區(qū)分食品來(lái)源的特征指紋圖譜，從而對(duì)不同種類(lèi)食品進(jìn)行溯源[10]。

本文綜述了近年來(lái)常用基于特征標(biāo)志物的食品溯源技術(shù)在不同種類(lèi)食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展，分析了各溯源技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足，并展望了今后食品溯源技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì)。

1 基于標(biāo)志物的食品溯源技術(shù)

1.1 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法可充分發(fā)揮色譜的高效分離性能和質(zhì)譜的高靈敏度優(yōu)勢(shì)，通過(guò)色譜的時(shí)間分離和質(zhì)譜的空間分離的有機(jī)結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中特征標(biāo)志物的分析和檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同食品的產(chǎn)地溯源[11]。基于色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法的適用性，常見(jiàn)的特征標(biāo)志物包括黃酮類(lèi)、多酚類(lèi)、氨基酸、揮發(fā)物、脂質(zhì)等小分子等，通過(guò)對(duì)不同地理來(lái)源食品中不同物質(zhì)的含量進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)溯源分析的特征標(biāo)志物是常見(jiàn)的研究思路。

1.1.1 高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS/MS)

HPLC-MS/MS是以高效液相色譜為分離手段，以質(zhì)譜為鑒定工具的一種分離分析技術(shù)[12]。因其適用范圍廣、靈敏度高、定性定量能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在食品溯源分析領(lǐng)域中被廣泛使用，尤其適用于食品中特征小分子化合物的分析和檢測(cè)，如多酚類(lèi)和黃酮類(lèi)物質(zhì)等。但是由于目前食品中一些特征化合物的商用標(biāo)品不夠全面，導(dǎo)致在對(duì)一些特征標(biāo)志物的定性和定量方面缺乏依據(jù)。同時(shí)，該技術(shù)不適用對(duì)一些生物大分子標(biāo)志物如蛋白質(zhì)、淀粉等進(jìn)行檢測(cè)，因此對(duì)大宗糧食的研究和應(yīng)用較少。

蜂蜜中富含豐富的黃酮類(lèi)和多酚類(lèi)物質(zhì)，且在不同花粉來(lái)源的蜂蜜中成分和含量差異較大。Jasna等[13]利用高效液相色譜(DAD檢測(cè)器)-質(zhì)譜(ESI源)法對(duì)7種不同類(lèi)型的蜂蜜中的黃酮類(lèi)物質(zhì)如楊梅酮、木犀草素、槲皮素、柚苷配基、芹菜素、莰菲醇、松屬素、柯因和高良姜素等進(jìn)行了測(cè)定，線(xiàn)性判別分析法(LDA)顯示這些黃酮類(lèi)物質(zhì)的含量可以對(duì)85%的樣品進(jìn)行正確溯源，可作為溯源標(biāo)志物。Zhou等[14]基于HPLC-MS/MS進(jìn)行了本地純正蜂蜜和油菜蜂蜜進(jìn)行了溯源分析。以山奈酚、桑色素和阿魏酸為標(biāo)志物，對(duì)本地純正蜂蜜和油菜蜂蜜進(jìn)行了鑒別。應(yīng)用主成分分析(PCA)、和偏最小二乘判別分析(PLS-DA)可以對(duì)兩種蜂蜜進(jìn)行正確分類(lèi)。

可可中含有較多的多酚物質(zhì)，多酚也是巧克力的主要成分。Cambrai等[15]基于丙酮-水提取劑用液-液萃取的方法，結(jié)合HPLC-MS/MS對(duì)12個(gè)國(guó)家和地區(qū)47個(gè)不同品種的巧克力樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，多酚類(lèi)標(biāo)志物可以根據(jù)地理來(lái)源對(duì)巧克力樣品進(jìn)行正確分類(lèi)。

可見(jiàn)，基于HPLC-MS/MS分析不同食品中多酚類(lèi)和黃酮類(lèi)物質(zhì)物質(zhì)種類(lèi)和含量的差異可以實(shí)現(xiàn)食品溯源，但在判別準(zhǔn)確度上仍需要提升。因此尋找高靈敏度的特征標(biāo)志物是該類(lèi)方法發(fā)展的方向。

1.1.2 氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS/MS)

近年來(lái)，氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)不斷發(fā)展，檢測(cè)靈敏度不斷提高，尤其是在頂空進(jìn)樣和二維氣相等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用[16]，該技術(shù)逐漸在分析揮發(fā)性成分，從而達(dá)到溯源目的的研究方面優(yōu)勢(shì)日益顯著。GC-MS/MS適用于一些易揮發(fā)小分子特征標(biāo)志物的檢測(cè)和分析，對(duì)于一般非極性標(biāo)志物，在測(cè)定時(shí)需要衍生。因此該技術(shù)的適用范圍不如HPLC-MS/MS廣。

一些食品如水果和食用油等通常都具有自身獨(dú)特的香氣，因此GC-MS/MS技術(shù)在對(duì)這些食品的溯源分析上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。Giannetti等[17]基于HS/SPME-GC/MS檢測(cè)了意大利東北部蘋(píng)果共42個(gè)品種中118種揮發(fā)物，結(jié)果顯示其中25種揮發(fā)物可以用于蘋(píng)果品種鑒別的特征標(biāo)志物。Cajka等[18]建立了一種基于頂空固相微萃取(HS-SPME)的氣相色譜-離子阱質(zhì)譜聯(lián)(GC-ITMS)快速分析橄欖油中揮發(fā)物標(biāo)志物的方法，并建立了對(duì)不同地區(qū)橄欖油溯源的模型。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN-MLP)對(duì)分類(lèi)模型進(jìn)行了改進(jìn)，獲得了較高的識(shí)別能力(90.1%)和預(yù)測(cè)能力(81.1%)。

氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)主要對(duì)食品中一些特征揮發(fā)物進(jìn)行檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的溯源分析，因此只適用于一部分食品的溯源分析。同時(shí)，高靈敏度揮發(fā)性標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)和鑒別也是其未來(lái)的方向。

1.1.3 液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(HPLC-qTOF/MS)

隨著高分辨質(zhì)譜的不斷發(fā)展及各種小分子譜庫(kù)的不斷完善，HPLC-qTOF/MS逐漸應(yīng)用于食品基質(zhì)中小分子的分析和檢測(cè)[19]，尤其適用于未知成分及復(fù)雜成分的食品的溯源分析，對(duì)于篩選食品中的特征標(biāo)志物，具有較好的發(fā)展前景。該技術(shù)尤其擅長(zhǎng)分析食品中的未知組分，通過(guò)非靶向的檢測(cè)方式進(jìn)行差異分析，因此通量更高。同時(shí)，高分辨質(zhì)譜具有較高的靈敏度，有利于發(fā)現(xiàn)一些未知高靈敏的特征溯源標(biāo)志物。

Vaclavik等[20]研究探討了基于(HPLC-qTOF/MS)的代謝組學(xué)技術(shù)在紅酒產(chǎn)地溯源分析中的應(yīng)用前景。選取了三種不同地理來(lái)源的赤霞珠、梅洛和黑比諾共51種葡萄酒，PCA和PLS-DA結(jié)果顯示，判別模型能夠?qū)?6%的樣品正確分類(lèi)。Guo等[21]對(duì)成熟蜂蜜和未成熟蜂蜜中20種主要多酚類(lèi)成分進(jìn)行了靶向代謝組學(xué)分析，結(jié)果表明，多酚類(lèi)物質(zhì)可以作為區(qū)分成熟蜂蜜和未成熟蜂蜜的標(biāo)志物。同時(shí)，細(xì)胞結(jié)果顯示兩種蜂蜜均能減輕H2O2對(duì)細(xì)胞的損傷，但未成熟蜂蜜對(duì)抗氧化基因表達(dá)的誘導(dǎo)作用較弱，因此成熟蜂蜜的質(zhì)量更好。

Alc等[22]采用HPLC-qTOF-MS對(duì)15個(gè)特級(jí)初榨橄欖油樣品中的極性脂質(zhì)和游離脂肪酸進(jìn)行了同時(shí)表征，共鑒定出24種極性脂質(zhì)，包括19種磷脂、5種亞砜、以及27種游離脂肪酸，其中包括幾種微量的奇鏈和極長(zhǎng)鏈脂肪酸，基于PLS-DA建立了區(qū)分不同地域橄欖油的判別模型，表明脂質(zhì)也可以作為鑒別橄欖油地理來(lái)源的標(biāo)志物。隨后分析了橄欖油在貯藏過(guò)程中脂質(zhì)的變化，結(jié)果表明磷脂水解、甘油酯的水解和氧化是導(dǎo)致橄欖油品質(zhì)劣變的主因。

目前，HPLC-qTOF/MS技術(shù)還是受限于小分子數(shù)據(jù)庫(kù)的完善度，相信隨著數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，HPLC-qTOF/MS技術(shù)在食品溯源分析中的應(yīng)用越來(lái)越多，未來(lái)也會(huì)有更多靈敏度高、特異性強(qiáng)的特征標(biāo)志物被鑒定出來(lái)用于食品溯源分析中。

1.1.4 實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜(DART-MS)

DART-MS[23]無(wú)需或只需極少的樣品前處理的程序，即可快速、高通量地分析獲得樣品的代謝物輪廓信息，如黃酮類(lèi)和酚類(lèi)物質(zhì)等標(biāo)志物的分析與測(cè)定。相比于基于ESI的敞開(kāi)式離子化技術(shù)，DART-MS對(duì)中低極性標(biāo)志物具有很強(qiáng)的檢測(cè)能力，檢測(cè)靈敏度更高。另外，DART-MS分析一個(gè)樣品的時(shí)間約為30s，相比傳統(tǒng)質(zhì)譜分析技術(shù)，可以大大縮短分析時(shí)間，但在準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性上會(huì)比傳統(tǒng)質(zhì)譜分析技術(shù)稍差。目前，該技術(shù)在糧油溯源領(lǐng)域的應(yīng)用較少。Novotna等[24]采用DART-MS對(duì)40個(gè)番茄和24個(gè)辣椒樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示正離子模式的結(jié)果比負(fù)離子模式能更好地區(qū)分有機(jī)樣品和常規(guī)樣品。LDA對(duì)番茄和辣椒樣本的識(shí)別率分別為97.5%和100%。Chernetsova等[25]采用DART-MS對(duì)蜂膠中黃酮類(lèi)化合物和其它酚類(lèi)化合物進(jìn)行了實(shí)時(shí)分析，LDA結(jié)果顯示黃酮類(lèi)物質(zhì)和酚類(lèi)物質(zhì)可以作為特征標(biāo)志物對(duì)不同地域來(lái)源的蜂膠進(jìn)行區(qū)分和溯源。總之，DART-MS由于檢測(cè)速度快而頗具前景。同時(shí)，與HPLC-qTOF/MS技術(shù)類(lèi)似，建立全面(多樣本)的數(shù)據(jù)庫(kù)有助于進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，提升在食品溯源分析中的應(yīng)用潛力。

1.1.5 基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-qTOF/MS)

在MALDI-TOF/MS分析中，激光通過(guò)照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，使得基質(zhì)從激光中吸收能量并傳遞給生物分子，在電離過(guò)程中將質(zhì)子轉(zhuǎn)移到生物分子或從生物分子得到質(zhì)子，而使生物分子電離[26]。MALDI作為一種軟電離技術(shù)，適用于混合物中生物大分子標(biāo)志物的測(cè)定，目前在分析蛋白質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。Wang等[27]采用MALDI-qTOF/MS對(duì)蜂蜜中的蛋白質(zhì)進(jìn)行了指紋圖譜分析和條形碼的研制，建立了分析蜂蜜的地理來(lái)源的鑒定方法，表明基于蛋白質(zhì)的標(biāo)志物也可以實(shí)現(xiàn)溯源分析。目前MALDI-qTOF/MS應(yīng)用于食品溯源分析中的研究不多。但是蛋白質(zhì)是食品中三大營(yíng)養(yǎng)素之一，相信隨著MALDI-qTOF/MS儀器和技術(shù)的不斷普及，MALDI-qTOF/MS在食品溯源領(lǐng)域?qū)⒂懈嗟膽?yīng)用。

1.2 元素分析技術(shù)

目前，基于元素的溯源分析技術(shù)主要依賴(lài)于IR-MS和ICP-MS兩類(lèi)儀器，通過(guò)對(duì)不同地源食品中的元素特征進(jìn)行分析，通過(guò)建模軟件明確可以實(shí)現(xiàn)溯源分析的特征標(biāo)志物。常見(jiàn)的標(biāo)志物有穩(wěn)定同位素如δ2H、δ13C、δ15N等，以及無(wú)機(jī)元素Fe、Co、Ni、Se、Rh、Eu、Pr等。

1.2.1 穩(wěn)定同位素質(zhì)譜(IR-MS)

IR-MS技術(shù)根據(jù)食品中不同元素同位素豐度的差異可以將不同來(lái)源的食品進(jìn)行區(qū)分。食品原料中同位素組成受氣候、地形、土壤及生物代謝類(lèi)型等因素的影響而發(fā)生自然分餾效應(yīng)，從而使不同來(lái)源食品原料中的同位素自然豐度存在差異。因此，相比前面提到的質(zhì)譜技術(shù)，食品原料內(nèi)同位素豐度的差異可以反應(yīng)食品地源性特征，作為標(biāo)志物能為食品地理來(lái)源提供更為有用的信息。

目前，IR-MS技術(shù)在食品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如大米、食用油、蜂蜜、動(dòng)物性食品、果汁等食品的溯源領(lǐng)域。Kropf等[28]利用全反射X射線(xiàn)熒光光譜和IR-MS法分別對(duì)洋槐蜂蜜、檸檬蜂蜜、栗子蜂蜜中的主要成分和穩(wěn)定碳、氮同位素比率進(jìn)行了測(cè)定。分析結(jié)果表明，洋槐蜂蜜可以通過(guò)脯氨酸、游離酸含量以及蜂蜜中蛋白質(zhì)的δ13C值等特征標(biāo)志物與其他種類(lèi)蜂蜜相區(qū)別。由于花粉的地域性和植物源性，IR-MS在蜂蜜溯源分析檢測(cè)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。另外，IR-MS在蜂蜜的真實(shí)性驗(yàn)證方面應(yīng)用也較為廣泛，如鑒別無(wú)蛋白蜂蜜的真實(shí)性、利用穩(wěn)定碳同位素比率鑒別摻雜碳-4糖漿蜂蜜等。

Camin等[29]建立了基于多元素(H，C，N，S)穩(wěn)定同位素比值對(duì)歐洲地區(qū)的羊肉溯源的分析方法。結(jié)果顯示，不同地區(qū)羊肉樣品的多元素同位素比值存在顯著差異。Rummel等[30]建立了基于穩(wěn)定同位素(δ2H、δ13C、δ15N)等標(biāo)志物，確定橙汁的地理來(lái)源的方法。對(duì)來(lái)自北美、南美、非洲和歐洲等地區(qū)的共150個(gè)正宗橙汁樣品進(jìn)行了分析，成功地進(jìn)行了橙汁原料柑橘產(chǎn)區(qū)的判別。

在IR-MS分析中，食品中的平均氫同位素比值與生產(chǎn)區(qū)降水和地下水的平均氫同位素比值顯著相關(guān)。碳氮同位素比值受飼養(yǎng)方式和氣候的影響。硫同位素比值受產(chǎn)地地理位置和地表地質(zhì)條件的影響。基于同位素比值標(biāo)志物的溯源分析，可以準(zhǔn)確地反應(yīng)食品的地理特征。由于同位素比值標(biāo)志物的測(cè)定依賴(lài)大型儀器IR-MS，且其普及度沒(méi)有質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)高，因此限制了該溯源技術(shù)的發(fā)展。

1.2.2 等離子發(fā)射光譜-質(zhì)譜法(ICP-MS)

ICP-MS能夠在痕量和超痕量水平上[31]，對(duì)食品中的金屬或非金屬元素進(jìn)行定量檢測(cè)。由于各食品原料產(chǎn)地的環(huán)境，如地質(zhì)、氣候和栽培方式等的不同，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法能夠獲得食品獨(dú)特的元素標(biāo)志物，從而達(dá)到對(duì)食品溯源的目的。該技術(shù)與IR-MS類(lèi)似，都是通過(guò)反映食品原料的地理來(lái)源特征，來(lái)達(dá)到溯源的目的。但是在對(duì)地理來(lái)源特別接近的食品進(jìn)行分析時(shí)，則難以達(dá)到預(yù)期效果。

ICP-MS具有檢測(cè)限低，分析速度快和多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多的研究者應(yīng)用到食品溯源分析中。Batista等[32]利用ICP-MS對(duì)巴西不同的蜂蜜進(jìn)行了多元素(42種)分析，并利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)結(jié)合所建立的化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)對(duì)蜂蜜樣品進(jìn)行了分類(lèi)。此外，還利用多層感知器(MLP)，支持向量機(jī)(SVM)和隨機(jī)森林算法(RF)建立了蜂蜜中多元素指紋圖譜，結(jié)果表明多元素含量特征可作為標(biāo)志物進(jìn)行巴西蜂蜜的植物源和地源性溯源分析，以及用于蜂蜜的質(zhì)量控制。

大米是世界上近一半人口的主食，研究大米溯源技術(shù)非常重要，以防止大米標(biāo)簽錯(cuò)誤、摻假、以次充好等問(wèn)題。Pracha等[33]建立了基于高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜(HR-ICP-MS)方法對(duì)泰國(guó)大米溯源的方法。主成分分析(PCA)和判別分析(DA)等多元數(shù)據(jù)分析方法顯示泰國(guó)茉莉花大米可通過(guò)多元素標(biāo)志物與國(guó)外稻谷樣品進(jìn)行區(qū)分。此外，DA顯示該模型可以根據(jù)大米產(chǎn)地(北部、東北部或中部)區(qū)分泰國(guó)大米。

Gonzálvez等[34]通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 (ICP-OES) 對(duì)西班牙大米樣品進(jìn)行微量元素測(cè)定，以實(shí)現(xiàn)溯源分析。來(lái)自包括瓦倫西亞、塔拉戈納、穆?tīng)栁鱽啞Ｋ固乩遵R杜拉、日本、巴西和印度等共107個(gè)樣品用于建模，線(xiàn)性判別分析 (LDA) 結(jié)果顯示樣品中32種元素(Al、As、Ba、Bi、Cd、Ca、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Li、Mg、Mn、Mo、Ni、K、Se、Na、Sr、Tl、Ti、Zn、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Er 和 Yb)的含量可作為標(biāo)志物區(qū)分不同地域的大米，正確判別率為91.30%。Lange等[35]對(duì)巴西9個(gè)城市共17個(gè)生產(chǎn)地的土壤、稻谷和稻殼中的常量和微量元素進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果顯示，籽粒中砷的種類(lèi)、以及稻殼中元素可作為標(biāo)志物有效判定巴西稻谷的地理來(lái)源。

此外，Lqa等[36]研究了化肥和農(nóng)藥的施用對(duì)水稻中某些礦物質(zhì)元素的含量的影響，以排除這些礦物元素對(duì)大米溯源模型的準(zhǔn)確性的影響。首先進(jìn)行了不同施肥和農(nóng)藥用量的田間實(shí)驗(yàn)，采用ICP-MS進(jìn)行元素測(cè)定。結(jié)果顯示，受肥料影響顯著的元素有Fe、Co、Ni、Se、Rh、Eu、Pr、Tl和Pt。受農(nóng)藥影響顯著的元素是Al、Co和Ni。排除上述元素后，F(xiàn)isher判別法結(jié)果顯示剩下的元素可作為標(biāo)志物且對(duì)大米溯源判別的準(zhǔn)確性為98.9%。

總之，ICP-MS依賴(lài)于食品中的元素組成和含量對(duì)食品進(jìn)行溯源分析，由于基于元素的溯源標(biāo)志物依賴(lài)于食品的生長(zhǎng)環(huán)境，因此在食品產(chǎn)地溯源中應(yīng)用較廣，且準(zhǔn)確度較高。但是依賴(lài)元素的標(biāo)志物技術(shù)對(duì)地源接近的食品判別準(zhǔn)確度不高，需結(jié)合其他技術(shù)聯(lián)合使用。

1.3 DNA指紋圖譜技術(shù)

DNA指紋圖譜技術(shù)是建立在DNA分子標(biāo)記的基礎(chǔ)上，以生物個(gè)體間核苷酸序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記(分子標(biāo)記)[37]。該技術(shù)可直接在DNA水平上檢測(cè)生物個(gè)體間的差異，是生物個(gè)體在DNA水平上遺傳變異的直接反映。現(xiàn)代分子生物學(xué)將分子標(biāo)記( Molecular marker) 定義為：染色體上特定的、可辨別的物理區(qū)域，其遺傳能夠被監(jiān)測(cè)。DNA 指紋技術(shù)可應(yīng)用于動(dòng)、植以及微生物源性產(chǎn)品的真?zhèn)舞b定、摻假鑒定以及名特優(yōu)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源鑒定。其中RFLP (restriction fragment length polymorphism)、SSR ( Simple sequence repeat )、ISSR(inter-simple sequence repeat) 以及SNP(Single nucleotide polymorphism) 等DNA指紋技術(shù)已成為目前食品真?zhèn)舞b定、產(chǎn)地溯源的主流分子生物學(xué)技術(shù)。食品中的特征SSR和SNP等均是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)地溯源的有效標(biāo)志物。基于DNA的溯源技術(shù)依賴(lài)于食品原料的標(biāo)記進(jìn)行溯源分析，準(zhǔn)確度更高，但是適用范圍不廣。比如一些食品在加工過(guò)程中，其DNA會(huì)被破壞，如烘焙、輻照等均可以對(duì)DNA造成傷害。

SNP是指同一位點(diǎn)的不同等位基因之間個(gè)別核苷酸的差異，這種差異包括單個(gè)堿基的缺失或插入。采用SNP可以實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體的區(qū)分，被公認(rèn)為最有應(yīng)用前景的遺傳標(biāo)記[38]。Dimauro等[39]采用單核苷酸多態(tài)性芯片對(duì)意大利荷斯坦牛、布朗牛和西門(mén)塔爾牛三個(gè)牛品種的公牛進(jìn)行了基因分型和鑒別。判別結(jié)果顯示，340個(gè)SNP位點(diǎn)能在染色體水平上對(duì)三個(gè)品種的牛進(jìn)行正確鑒定。最終選擇了一組包含48個(gè)SNPs的方法用于開(kāi)發(fā)新的快檢程序。

SSR也稱(chēng)為微衛(wèi)星DNA (Microsatellite DNA)，是一類(lèi)由幾個(gè)核苷酸(一般為1～6個(gè))為重復(fù)單位組成的長(zhǎng)達(dá)幾十個(gè)核苷酸的串聯(lián)重復(fù)序列。每個(gè)SSR兩側(cè)的序列一般是相對(duì)保守的單拷貝序列，用于設(shè)計(jì)引物[40]。由于SSR重復(fù)數(shù)目變化很大，所以SSR標(biāo)記能揭示比RFLP更高的多態(tài)性，此即SSR標(biāo)記的原理。Vietina等[41]對(duì)歐洲21個(gè)單品種橄欖油進(jìn)行了9個(gè)核型和2個(gè)短型SSR分析。結(jié)果顯示，利用本文所研究的SSR標(biāo)記作為標(biāo)志物，可以對(duì)橄欖油進(jìn)行溯源分析。除此以外，Silletti等[42]基于微管蛋白多態(tài)性(TBP)的DNA指紋圖譜開(kāi)發(fā)了一種新的檢測(cè)方法TBP-light，TBP作為特征標(biāo)志物已被用于不同小麥鑒定、小麥和其他谷物的鑒定中。

對(duì)于植物油而言，由于經(jīng)過(guò)壓榨、脫酸等步驟，所以油中很難提取到高純度的DNA，限制了基于DNA的植物油溯源技術(shù)的發(fā)展。Su等[43]建立了一種簡(jiǎn)便、靈敏、高效的基于DNA的植物油種鑒定和可追溯性的檢測(cè)工具。提出了一種基于非二氧化硅基雙極性納米復(fù)合材料的DNA提取方法，該納米顆粒包括親水性聚甲基丙烯酸甲酯核，其具有豐富的毛細(xì)血管、修飾有DNA親和力的分子的親水性泡以及涂層疏水聚苯乙烯層。納米顆粒溶于油，從水相中吸附DNA，DNA回收率高。因此，從完全精制植物油大豆、花生、菜籽和棉籽油中提取的DNA純度很高，可通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量PCR，以葉綠體基因ribulose-1,5-二磷酸(rbcL)為靶點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)增，通過(guò)對(duì)兩種或三種油料的混合植物油的種類(lèi)和配比的測(cè)定，可以確定植物油來(lái)源種類(lèi)及其配比。

DNA指紋圖譜技術(shù)依賴(lài)于食品原料中基因內(nèi)部序列的差異對(duì)食品進(jìn)行溯源，因此準(zhǔn)確度更高。同時(shí)，如以SNP為特征標(biāo)志物的溯源分析可以達(dá)到個(gè)體水平的鑒定，因此在食品溯源領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。另外，隨著DNA提取方法和PCR方法的不斷發(fā)展，基于SSR、SNP等標(biāo)志物的溯源技術(shù)將有很大的發(fā)展空間。

1.4 多技術(shù)聯(lián)合分析

有的食品基質(zhì)較復(fù)雜，基于單一的溯源技術(shù)確定的特征標(biāo)志物難以實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的產(chǎn)地或品種進(jìn)行準(zhǔn)確判別，往往聯(lián)合三種及以上技術(shù)進(jìn)行食品中成分和元素等特征標(biāo)志物的分析，達(dá)到對(duì)食品準(zhǔn)確溯源的目的。多技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，尤其適用于對(duì)復(fù)雜食品，或者地源很近的食品溯源分析，通過(guò)聯(lián)合不同水平和種類(lèi)的特征標(biāo)志物，可以提高溯源的準(zhǔn)確度。

基于元素和無(wú)機(jī)化合物的溯源分析可以對(duì)食品的地理來(lái)源進(jìn)行較好的判別，目前已有很多關(guān)于大米溯源技術(shù)的研究。Zhi等[44]采用IR-MS和ICP-MS分析了我國(guó)不同產(chǎn)區(qū)的粳米與東南亞(泰國(guó)和馬來(lái)西亞)地區(qū)的粳米的7個(gè)穩(wěn)定同位素比值(δ13C、δ15N、δ18O、207/206Pb和208/207Pb)和25個(gè)元素濃度(Na、Ca、Fe、Zn、Rb、Ag、Cd等)，建立了PCA和LDA模型。經(jīng)交叉驗(yàn)證，結(jié)果顯示這些標(biāo)志物對(duì)我國(guó)不同產(chǎn)地稻谷樣品的“盲樣”檢驗(yàn)準(zhǔn)確率均高于90.0%，東南亞進(jìn)口稻谷樣品的“盲樣”檢驗(yàn)準(zhǔn)確率均高于85.0%。Wang等[45]以中國(guó)6個(gè)水稻生產(chǎn)省(黑龍江、吉林、江蘇、浙江、湖南和貴州)和亞洲4個(gè)水稻生產(chǎn)國(guó)(泰國(guó)、馬來(lái)西亞、菲律賓和巴基斯坦)的水稻樣品為研究對(duì)象，分析了不同海拔、不同緯度、不同耕作方式栽培的不同品種水稻的穩(wěn)定同位素特征，對(duì)不同地理特征的樣品進(jìn)行了基于δ13C、δ15N、δ18O、207/206Pb和208/207Pb等特征標(biāo)志物的PCA和DA模型建立。

Bontempo等[46]利用IR-MS、ICP-MS和離子色譜法(IC)測(cè)了西紅柿中13C/12C、15N/14N、18O/16O、D/H、34S/32S等5種同位素比率及礦物元素Li、Be、B等46種礦物元素和硝酸鹽、氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽等4種化合物的含量，并利用線(xiàn)性判別分析對(duì)Gd、La、δ34S、δ15N等17種成分進(jìn)行了判別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些標(biāo)志物對(duì)意大利三個(gè)區(qū)域皮埃蒙特、艾米利亞-羅馬涅和阿普利亞的西紅柿的交叉驗(yàn)證正確率在95%以上。

結(jié)合食品成分分析和DNA指紋圖譜技術(shù)，有利于聯(lián)合食品原料中品種的差異信息，對(duì)食品進(jìn)行正確溯源和判別。Haiyan等[47]研究了小麥來(lái)源、基因型及其相互作用，為根據(jù)小麥籽粒指紋圖譜的地理溯源提供參考，表明小麥基因型也可以作為標(biāo)志物來(lái)指示小麥來(lái)源。Locatelli等[48]測(cè)定了意大利榛子中的脂肪酸譜、多酚含量和DNA指紋圖譜、抗氧化性和蛋白質(zhì)形態(tài)。包含化學(xué)和基因組數(shù)據(jù)集的主成分分析(PCA)結(jié)果顯示以上這些標(biāo)志物可以區(qū)分不同地方的同一品種的榛子。同時(shí)，基因組數(shù)據(jù)證實(shí)RAPD能夠區(qū)分相同地域不同品種的榛子。

色譜-質(zhì)譜技術(shù)與元素分析技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行食品溯源分析具有較好的適用性和應(yīng)用前景。Marisol等[49]采用HPLC-MS/MS、ICP-MS和原子吸收光譜(AAS)對(duì)羅馬尼亞兩個(gè)不同產(chǎn)區(qū)的22種葡萄酒進(jìn)行了分析，PCA結(jié)果顯示，酚類(lèi)化合物中(+)-兒茶素、(-)-表兒茶素、對(duì)香豆酸、阿魏酸和白藜蘆醇以及無(wú)機(jī)元素Ba、Be、Cr、Cs、Li、Mg、Na、Ni、Sr、U和Zn是區(qū)分不同品種葡萄酒有效的標(biāo)志物。Daniela等[50]研究了意大利和亞洲枸杞的不同，結(jié)合ICP-MS、HPLC-MS/MS、IR-MS三種分析方法，確定了5種穩(wěn)定同位素比值、57礦物元素和14類(lèi)胡蘿卜素可作為特征標(biāo)志物區(qū)分兩地枸杞。Xie等[51]研采用營(yíng)養(yǎng)(氨基酸)和地理參數(shù)(穩(wěn)定同位素、元素分析)追蹤來(lái)自?xún)?nèi)蒙古五個(gè)城市共11個(gè)地區(qū)的牛奶來(lái)源。結(jié)果表明，營(yíng)養(yǎng)(氨基酸)與地理圖形參數(shù)(穩(wěn)定同位素、元素)相結(jié)合是最佳的溯源標(biāo)志物。

關(guān)于食品產(chǎn)地溯源的研究很少集中在城市，或者縣域甚至更小區(qū)域，但小區(qū)域食品可追溯性是研究的趨勢(shì)和難點(diǎn)。因?yàn)椋?dāng)可追溯性區(qū)域非常接近時(shí)，需要找到新的參數(shù)來(lái)增強(qiáng)小范圍區(qū)域可追溯性的準(zhǔn)確性。因此，色譜-質(zhì)譜技術(shù)與元素分析技術(shù)相結(jié)合的方式為提高溯源準(zhǔn)確度，以及研究小區(qū)域食品溯源提供了新的思路。

2 總結(jié)與展望

食品溯源技術(shù)是基于能夠表征食品品種和地域特征的化學(xué)、生物分析方法和多元數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立的一套甄別食品來(lái)源的技術(shù)體系。不同溯源技術(shù)的檢測(cè)指標(biāo)和基本原理不同，但關(guān)鍵是探尋和表征不同來(lái)源食品的特異性標(biāo)志物。食品種類(lèi)繁多、生長(zhǎng)區(qū)域廣闊，而且地理指紋信息還受季節(jié)、年際等因素的影響，因此，需要不斷探索研究與食品地域和品種密切相關(guān)，且相對(duì)穩(wěn)定的溯源指標(biāo)體系，建立穩(wěn)定、有效、實(shí)用的判別模型。此外，食品產(chǎn)地溯源技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，判別模型和數(shù)據(jù)庫(kù)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化能提高其應(yīng)用效率，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，是今后重要的研究方向。