穩定同位素質譜技術對市售有機蔬菜的鑒別研究

廖望　范若寧　趙雅夢

隨著生活水平的提升，人們對飲食的要求也逐步提高，開始尋找富有膳食纖維與多種維生素的食物，“輕食”概念悄然走紅。輕食起源于17世紀英國貴族的下午茶，最初是指那些制作簡單、食用方便的點心飲品，經過幾百年發展，輕食的定義發生了翻天覆地的變化。如今的輕食指簡單、健康、自然、均衡的低糖、低脂食品，其烹飪方式多采用生食、蒸、煮等，避免油炸和爆炒，從而減少脂肪含量，更好地保持食品的原始滋味。

市面上的輕食品種包括蔬果沙拉、三明治、全麥面包等，各式各樣的輕食品種中不可或缺的配料就是蔬菜。目前，市面上售賣的蔬菜可分為常規蔬菜和有機蔬菜兩類。有機蔬菜是指在生長過程中不使用人工合成化肥、農藥、食品添加劑等一系列非自然或對環境有影響的物質而培養出的蔬菜。相較常規蔬菜，有機蔬菜在生產上對環境的危害小，有助于作物的自然生長以及提高土地的可持續利用率。此外，有機蔬菜的口感更佳，有益維生素、礦物質等營養物質含量高于常規蔬菜，深受消費者的青睞。但由于有機食品售價較高，無良商家使用普通食品代替有機食品的問題時有發生，有機食品的真實性問題受到廣泛關注。穩定同位素指紋分析、DNA指紋圖譜、代謝組學、化學計量學等技術被認為是食品真實性鑒定、摻假鑒別的有效工具。就有機蔬菜而言，它與常規蔬菜的主要差異在于種植中肥料的使用，常規食品在培育過程中會加入化肥等無機肥料，而有機蔬菜在生產過程使用動物糞便等純天然肥料，因此它們在碳、氮等同位素比值上存在差異，δ15N、δ13C等同位素比值是鑒別有機食品的指標之一。

穩定同位素比質譜（Isotope Ratio Mass Spectrometry 簡稱IRMS）是測量C、N、O、S等元素穩定同位素比值的分析儀器，其原理是通過高溫轉化將樣品中的氮（和碳）轉變為氮氣（和二氧化碳），隨后運用質譜儀進行定量分析，在追溯食品產地和食品污染源、鑒別有機食品和食品摻假及示蹤農（獸）藥在生物體內吸收、代謝和分布規律等研究中有著廣泛應用。

本實驗利用穩定同位素比技術對市售有機蔬菜和普通蔬菜的穩定同位素比值特征進行對比研究，為市售有機蔬菜的真實性鑒別提供了一種研究方法。

1.實驗部分

1.1儀器與材料

同位素比質譜儀（Delta V advantage，美國Thermo Fisher公司）；高通量冷凍研磨儀（48LD，上海般諾生物科技有限公司）；電子天平（WXTS3DU，梅特勒-托利多上海有限公司）；電熱鼓風干燥箱（DHG-9145A，上海一恒科學儀器有限公司）；同位素標準物質（USGS40；USGS41）。

1.2樣品前處理方法

隨機選取上海市普陀區菜市場銷售的7種常見輕食蔬菜，每種蔬菜分別采購有機和常規標識的兩種品種。

樣品處理參照農業行業標準NY/T 2419-2013，對新鮮植物樣本進行預處理：首先分別取50mg新鮮植株剪碎，在100℃烘箱中烘30min殺青，后降溫至80℃烘干至易碎狀態。其次采用球磨機將烘干后的樣品粉碎，置于離心管中備用。最后將粉末狀樣品用錫紙杯對每種樣品平行包樣4個，稱量質量為150-300μg。

1.3數據采集與分析方法

數據采集利用同位素比質譜儀完成，其參數條件如下。元素分析儀參數設定：高溫裂解爐980℃，載氣吹掃流量設為180mL/min，氧氣注入流量設為175mL/min，注入2-4秒。

數據分析方法如下：根據同位素比值標準品實測值與理論值之比對樣本的δ15N和δ13C測量值進行校正，其中USGS40和USGS-41a兩種標準品δ15N理論值分別為-4.52和47.55，δ13C理論值分別為-26.39和36.55。

2.結果與討論

2.1不同蔬菜的δ15N和δ13C值總體特征比較

采用元素分析儀-穩定同位素比質譜儀檢測各蔬菜中碳、氮穩定同位素比值，譜圖如圖1所示，譜峰分別為參考氣（Ref N2和Ref CO2）、樣品中碳元素轉化的CO2（samp N2）及氮元素轉化的N2（samp N2）；有機蔬菜和常規蔬菜中δ15N箱式圖如圖2所示，可以看出有機蔬菜的δ15N普遍高于常規蔬菜。

2.2有機蔬菜和常規蔬菜δ13C的對比

對同一蔬菜的常規和有機兩種類型樣品分別進行檢測，δ13C的對比結果如表1所示。可以看出，在兩種生菜及苦細葉、西蘭花、菠菜中，有機樣品的δ13C平均值均略高于常規樣品，而在芝麻菜和紫甘藍中，常規樣品的δ13C平均值略高于有機樣品，δ13C值在絕大部分有機和常規蔬菜中的差別并不明顯。

此外，本研究還對同種有機蔬菜不同部位δ13C值進行對比。如表2所示，西蘭花的花蕾平均δ13C值為-25.53‰，略高于根莖δ13C值，基本無差別。菠菜葉部的δ13C值略高根莖，可以看出，同種蔬菜不同部位δ13C值未發生明顯變化。因此，僅利用δ13C值無法對有機蔬菜進行準確有效的鑒定。

2.3有機蔬菜和常規蔬菜δ15N值的對比

對不同類型蔬菜的δ15N值進行對比，從圖2中可知，在7種蔬菜中，菠菜的δ15N比值處于較高水平（δ15N值范圍為16.59-21.11‰），平均值為18.25‰，芝麻菜略低，δ15N值范圍為6.27-16.00‰，平均值為11.08‰。相比之下，紫甘藍和西蘭花的δ15N范圍明顯降低，可以得出蔬菜δ15N值的大小順序為菠菜>芝麻菜>綠生菜>紅生菜>苦細葉>紫甘藍>西蘭花。從圖中還可以發現，同種類蔬菜如同屬萵苣屬的綠生菜和紅生菜的δ15N值十分接近，分別為8.12‰和8.01‰，說明同種蔬菜之間的δ15N值極為相近。

2.3.1同種蔬菜不同部位的δ15N值比較

同種蔬菜不同部位的δ15N值比較如表3所示，其中有機西蘭花花部平均δ15N值小于有機西蘭花的莖部δ15N平均值，有機菠菜的葉部δ15N平均值小于有機菠菜莖部的δ15N平均值。在兩種蔬菜的常規樣品中，也存在著莖部δ15N值大于花部/葉部δ15N值的規律。因此可以得出，植物底部的δ15N值略高于其上部分，也符合植物對肥料的吸收和由根部向上運輸的規律。

2.3.2差異顯著性分析

將蔬菜按照采購商標上有機與無機類型分組，通過T-檢驗分析兩組間差異是否顯著，當p值<0.05時，可認為兩組總體有顯著差異，其結果如表4所示。對于綠生菜，檢測出有機樣品δ15N值范圍顯著高于常規樣品（p值為7.71E-06<0.05），有機紅生菜也略高于常規紅生菜（δ15N值范圍6.76-7.58‰），苦細葉、芝麻菜、西蘭花等有機蔬菜樣品檢測的δ15N值范圍均大于常規樣品且都存在明顯差異。因此，對同種蔬菜而言，有機蔬菜的δ15N值大于常規蔬菜，蔬菜中的δ15N值測定可以作為有機或常規蔬菜的判斷條件。

小結

本課題對普陀區市場上銷售的7種常見輕食蔬菜進行δ15N和δ13C同位素比值特征研究，并對數據進行T-檢驗等統計分析，發現有機蔬菜樣品的δ15N值普遍高于其對應的常規蔬菜樣品，且其根部的δ15N值也略大于其尖部。因此，認為有機蔬菜的δ15N同位素比值普遍高于無機蔬菜，而有機蔬菜和常規蔬菜的δ13C值沒有顯著差異，可以推斷出δ13C值并不適用于蔬菜的有機鑒定。本研究表明，蔬菜樣品中δ15N同位素比值可作為一種判斷輕食蔬菜是否為有機蔬菜的標準。