張瑩 王杰 楊娟 羅紅玉 鐘應(yīng)富 袁林穎 徐澤 鄔秀宏

摘 ? 要 ? 穩(wěn)定同位素技術(shù)因具有準(zhǔn)確度高、無(wú)污染、靈敏度高等特性，近年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。簡(jiǎn)介穩(wěn)定同位素技術(shù)原理，綜述了穩(wěn)定同位素技術(shù)在大米、小麥、水果、茶葉、肉制品、奶制品、海產(chǎn)品等農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地判別中的研究進(jìn)展。最后做了展望。

關(guān)鍵詞 ? 穩(wěn)定同位素技術(shù);農(nóng)產(chǎn)品;產(chǎn)地判別

中圖分類號(hào)：S13 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.009

穩(wěn)定同位素C、H、O、N的比率既不會(huì)遭受人為改變，也不會(huì)被外源化學(xué)物質(zhì)改變，穩(wěn)定性極好。利用同位素的自然分餾效應(yīng)原理，使不同產(chǎn)地的樣品因環(huán)境、氣候、土壤的差別導(dǎo)致自然物質(zhì)中元素的同位素豐度呈現(xiàn)出顯著差異，由此可建立農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地判別穩(wěn)定同位素技術(shù)[1]，該技術(shù)因具有準(zhǔn)確度高、無(wú)污染、靈敏度高等特性，近年來(lái)得到了長(zhǎng)足發(fā)展和廣泛應(yīng)用。本文重點(diǎn)介紹穩(wěn)定同位素在大米、小麥、水果、茶葉、肉制品、奶制品、海產(chǎn)品等農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地判別中的研究進(jìn)展，旨在推動(dòng)穩(wěn)定同位素溯源技術(shù)體系的建立，并促進(jìn)穩(wěn)定同位素與其他溯源技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)及保護(hù)消費(fèi)者健康的目的。

1 穩(wěn)定同位素技術(shù)原理

同位素包括穩(wěn)定同位素和放射性同位素兩大類，穩(wěn)定同位素是指元素中原子序數(shù)相同，原子質(zhì)量不同，化學(xué)性質(zhì)基本相同，且半衰期大于10～15 a，不具有放射性的同位素[1]。

同位素分餾指由于質(zhì)量數(shù)的差異，在物理、化學(xué)及生物化學(xué)（如結(jié)晶與溶化、擴(kuò)散與熱擴(kuò)散、蒸發(fā)與冷凝、吸收與解吸等）作用過程中，生物體內(nèi)穩(wěn)定同位素發(fā)生自然分餾效應(yīng)，同位素比值不同的兩種物質(zhì)或同一物質(zhì)兩個(gè)相態(tài)之間發(fā)生的同位素分配作用[2]?；谕凰胤逐s原理可以實(shí)現(xiàn)通過穩(wěn)定同位素溯源。土壤、氣候、地形、生物代謝類型等因素都可以引起同位素的分餾，從而導(dǎo)致生物體內(nèi)某種元素“重”同位素和“輕”同位素比值的變化，使得不同地域來(lái)源的生物體中穩(wěn)定同位素豐度值存在自然差異，進(jìn)而反映出生物體所處的環(huán)境[3-4]。穩(wěn)定同位素C、H、O、N是產(chǎn)地判別中研究最廣泛的。

2 穩(wěn)定同位素技術(shù)在植物源食品溯源中的應(yīng)用

2.1 谷物

公維民等測(cè)試比較了我國(guó)10種產(chǎn)自于不同省份的大米的穩(wěn)定同位素δ13C和δ15N值，發(fā)現(xiàn)我國(guó)大米δ13C值范圍為-28.3%～-26.0%，北方大米δ13C值高于南方大米;δ15N值范圍為1.1‰～4.1‰，南方與北方大米沒有明顯差異，均值基本相同;基于δ13C和δ15N值采用Q型系統(tǒng)聚類法分析，能夠明顯區(qū)分3個(gè)群集日本大米和1個(gè)群集中國(guó)大米產(chǎn)地，以及1個(gè)群集中國(guó)大米和2個(gè)群集美國(guó)大米產(chǎn)地[5]。張協(xié)光等建立了大米同位素比率質(zhì)譜檢測(cè)方法，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)的大米δ13C差異顯著，能夠利用檢測(cè)δ13C值溯源大米產(chǎn)地[6]。

劉宏艷研究分析了小麥籽粒穩(wěn)定同位素C、H、O、N比率受地域、儲(chǔ)藏時(shí)間、基因型影響及方差貢獻(xiàn)率情況，結(jié)果表明，δ13C可用于小麥籽粒、制粉產(chǎn)品、面筋蛋白、淀粉和粗纖維的產(chǎn)地溯源，δ15N、δ2H皆可用于小麥籽粒、制粉產(chǎn)品和面筋蛋白的產(chǎn)地溯源，而且采用同位素（δ13C、δ15N和δ2H）與87Sr/86Sr二者的結(jié)合可提高小麥產(chǎn)地的判別效果[7]。

2.2 水果

李安等建立了基于穩(wěn)定同位素C、N、H、O比值的大桃產(chǎn)地判別模型，該模型對(duì)不同產(chǎn)地的大桃原始樣本回代檢驗(yàn)和交叉檢驗(yàn)的整體正確判別率分別為97.8%和95.7%[8]。張遴等檢測(cè)分析了我國(guó)11個(gè)省市紅富士蘋果穩(wěn)定同位素δ13C，建立了紅富士蘋果主產(chǎn)區(qū)δ13C數(shù)據(jù)庫(kù)，指出紅富士蘋果中的δ13C具有典型的區(qū)域獨(dú)特性和穩(wěn)定性，且不受形狀及加工條件的影響，可以作為紅富士蘋果地理標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證的依據(jù)[9]。馬小衛(wèi)等研究發(fā)現(xiàn)芒果δ13C存在顯著的產(chǎn)地和品種差異，為芒果溯源提供理論支撐[10]。

2.3 茶葉

聶晶等采用元素分析儀-穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜測(cè)定了山東不同產(chǎn)地茶葉的穩(wěn)定同位素比率，結(jié)果表明，山東各產(chǎn)地茶葉穩(wěn)定同位素除了δ2H和δ18O外，其他指標(biāo)無(wú)顯著差異，沿海內(nèi)陸地域δ2H和δ18O低于沿海地區(qū)，且呈現(xiàn)較高的線性相關(guān)性[11]。劉志比較了5種不同烘干方式對(duì)西湖龍井穩(wěn)定同位素比率的影響，表明烘箱直接殺青烘干、微波殺青扁形機(jī)烘干、微波殺青烘箱烘干、扁形機(jī)殺青直接烘干和扁形機(jī)殺青攤晾烘干等烘干方式加工的西湖龍井茶同位素比率差異不顯著，還建立了西湖龍井茶與山東茶葉、重慶茶葉穩(wěn)定同位素線性判別模型，產(chǎn)地判別準(zhǔn)確度均高于90%，判別模型穩(wěn)定性好[12]。

3 穩(wěn)定同位素技術(shù)在動(dòng)物源食品溯源中的應(yīng)用

3.1 奶制品

楊麗萍研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定同位素δ2H、δ13C、δ15N和δ34S與牛奶產(chǎn)地具有相關(guān)性[13]。明荔莉等建立了一種牛奶穩(wěn)定同位素元素δ13C的檢測(cè)方法，該方法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較好，均達(dá)到同位素比值測(cè)定的要求，利用該方法檢測(cè)的不同產(chǎn)地牛奶δ13C比率差異顯著，可應(yīng)用于牛奶產(chǎn)地溯源[14]。

3.2 肉制品

呂軍等研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用穩(wěn)定同位素δ13C比率可以區(qū)分山東、內(nèi)蒙古和山西各地肉牛飼料的主要成分，ZHAO等研究表明食牧草為主的西藏肉牛與食玉米為主的山東、黑龍江的肉牛的δ13C比率差異顯著[15-16]。王燕比較了綿羊4個(gè)不同部位肌肉穩(wěn)定同位素δ13C和δ15N比率，結(jié)果沒有明顯差異，只能區(qū)分部分旗縣綿羊肉樣品，放牧飼養(yǎng)和圈養(yǎng)綿羊δ13C差異顯著。用δ13C和δ15N值進(jìn)行二維投射和層聚類分析，可以成功區(qū)分在呼倫貝爾和錫林郭勒放牧綿羊與西部區(qū)四子王旗、和林縣和達(dá)拉特旗舍飼綿羊[17]。

3.3 海產(chǎn)品

趙新達(dá)采用δ13C區(qū)分了來(lái)自6個(gè)不同沿海地區(qū)的扇貝[18];黃麗英發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)帶魚穩(wěn)定同位素比值具有明顯的地域特征[19];劉瑀認(rèn)為采用δ13C值能夠區(qū)分遼寧刺參、山東刺參[20];張旭峰通過測(cè)定扇貝閉殼肌δ13C和δ15N比率判斷扇貝產(chǎn)地，結(jié)果表明，青島和獐子島蝦夷扇貝δ13C和δ15N具有顯著性差異，長(zhǎng)島和旅順櫛孔扇貝δ15N差異性顯著，萊州、牟平和旅順海灣扇貝δ13C和δ15N均差異性顯著[21]。

4 結(jié)論與展望

穩(wěn)定同位素技術(shù)具有區(qū)分農(nóng)產(chǎn)品地理來(lái)源的重要作用，已在大米、小麥、玉米、葡萄酒、牛奶等農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地判別應(yīng)用，但目前應(yīng)用該技術(shù)溯源尚不十分成熟，結(jié)果受同位素指標(biāo)、取樣部位、極端氣候、海拔、品種等影響較大，對(duì)部分農(nóng)產(chǎn)品判別效果一般。單一的產(chǎn)地溯源技術(shù)越來(lái)越不能滿足農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地判別要求，需開展融合穩(wěn)定同位素技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)、礦物元素分析、指紋圖譜技術(shù)等溯源技術(shù)，建立精確溯源模型，才能更加全面、準(zhǔn)確地進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地追溯，在更大程度上保障消費(fèi)者安全，保護(hù)地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品的名譽(yù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜曉寧，張鵬帥，雷雯，等.穩(wěn)定同位素技術(shù)在我國(guó)食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J].同位素，2019，32（3）：231-243.

[2] 李成，潘立剛，王紀(jì)華.穩(wěn)定同位素技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2013（5）：53-59.

[3] 趙哲，王嘉瑜，伍子豪，等.穩(wěn)定同位素在農(nóng)產(chǎn)品溯源中的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019（10）：213-217.

[4] 唐甜甜，解新方，任雪，等.穩(wěn)定同位素技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技，2019（11）：23-29.

[5] 公維民，馬麗娜，王飛.我國(guó)大米碳氮穩(wěn)定同位素比率特征及溯源應(yīng)用[J].農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2019（4）：9-12，40.

[6] 張協(xié)光，樊垚，熊岑，等.元素分析-同位素比率質(zhì)譜法測(cè)定大米中碳同位素比值[J].食品工業(yè)，2017（3）：269-272.

[7] 劉宏艷，郭波莉，魏帥，等.小麥制粉產(chǎn)品穩(wěn)定碳氮同位素組成特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50（3）：556-563.

[8] 李安，陳秋生，趙杰，等.基于穩(wěn)定同位素與稀土元素指紋特征的大桃產(chǎn)地判別分析[J].食品科學(xué)，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20190917.1604.034.html.

[9] 張遴，蔡硯.中國(guó)富士蘋果碳同位素比的含量和分布特征[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2013（2）：501-503.

[10] 馬小衛(wèi)，王松標(biāo)，姚全勝，等.芒果品種資源葉片碳穩(wěn)定性同位素和比葉面積的差異[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2011，32（5）：901-905.

[11] 聶晶，張永志，趙明，等.山東茶葉輕穩(wěn)定同位素和礦物元素特征與產(chǎn)地識(shí)別化學(xué)計(jì)量學(xué)分析[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2019，33（11）：2237-2245.

[12] 劉志，張永志，周鐵鋒，等.不同烘干方式對(duì)茶葉中穩(wěn)定同位素特征及其產(chǎn)地溯源的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2018，32（7）：166-174.

[13] 楊麗萍.穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)在區(qū)分不同奶源中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代食品，2019（11）：44.

[14] 明荔莉，范稚莉，畢林彬，等.碳穩(wěn)定同位素在牛奶產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用[J].檢驗(yàn)檢疫學(xué)刊，2019（5）：111-112.

[15] 李政，趙姍姍，郄夢(mèng)潔，等.動(dòng)物源性農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源技術(shù)研究[J].農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2019（3）：57-64.

[16] 趙燕，呂軍，楊曙明.穩(wěn)定同位素技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品溯源領(lǐng)域的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2015（6）：35-40.

[17] 王燕.內(nèi)蒙古綿羊肉碳氮穩(wěn)定同位素產(chǎn)地溯源可行性[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[18] 趙新達(dá)，劉瑀，陶韋，等.基于穩(wěn)定同位素指紋的水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源的研究——不同產(chǎn)地蝦夷扇貝穩(wěn)定同位素組成特征的分析[C].2018中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集（第二卷）.

[19] 黃麗英，范棟杰，張?jiān)滦?，?元素含量及穩(wěn)定同位素比值用于網(wǎng)銷帶魚產(chǎn)地溯源[J].分析化學(xué)，2019（3）：17.

[20] 劉瑀，趙新達(dá)，方志強(qiáng)，等.基于氨基酸碳穩(wěn)定同位素的黃渤海刺參產(chǎn)地溯源的研究[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2018，37（3）：377-382.

[21] 張旭峰，劉瑀，李穎，等.中國(guó)北方沿海3種養(yǎng)殖扇貝碳、氮穩(wěn)定同位素的組成特征[J].海洋科學(xué)，2017，41（2）：111-116.

（責(zé)任編輯：丁志祥）