穩定同位素技術在農產品產地判別應用研究進展

張瑩 王杰 楊娟 羅紅玉 鐘應富 袁林穎 徐澤 鄔秀宏

摘 ? 要 ? 穩定同位素技術因具有準確度高、無污染、靈敏度高等特性，近年來得到了長足的發展與廣泛的應用。簡介穩定同位素技術原理，綜述了穩定同位素技術在大米、小麥、水果、茶葉、肉制品、奶制品、海產品等農產品產地判別中的研究進展。最后做了展望。

關鍵詞 ? 穩定同位素技術;農產品;產地判別

中圖分類號：S13 ? ?文獻標志碼：C ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.009

穩定同位素C、H、O、N的比率既不會遭受人為改變，也不會被外源化學物質改變，穩定性極好。利用同位素的自然分餾效應原理，使不同產地的樣品因環境、氣候、土壤的差別導致自然物質中元素的同位素豐度呈現出顯著差異，由此可建立農產品產地判別穩定同位素技術[1]，該技術因具有準確度高、無污染、靈敏度高等特性，近年來得到了長足發展和廣泛應用。本文重點介紹穩定同位素在大米、小麥、水果、茶葉、肉制品、奶制品、海產品等農產品產地判別中的研究進展，旨在推動穩定同位素溯源技術體系的建立，并促進穩定同位素與其他溯源技術相結合，達到農產品優質優價及保護消費者健康的目的。

1 穩定同位素技術原理

同位素包括穩定同位素和放射性同位素兩大類，穩定同位素是指元素中原子序數相同，原子質量不同，化學性質基本相同，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量數的差異，在物理、化學及生物化學（如結晶與溶化、擴散與熱擴散、蒸發與冷凝、吸收與解吸等）作用過程中，生物體內穩定同位素發生自然分餾效應，同位素比值不同的兩種物質或同一物質兩個相態之間發生的同位素分配作用[2]。基于同位素分餾原理可以實現通過穩定同位素溯源。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，從而導致生物體內某種元素“重”同位素和“輕”同位素比值的變化，使得不同地域來源的生物體中穩定同位素豐度值存在自然差異，進而反映出生物體所處的環境[3-4]。穩定同位素C、H、O、N是產地判別中研究最廣泛的。

2 穩定同位素技術在植物源食品溯源中的應用

2.1 谷物

公維民等測試比較了我國10種產自于不同省份的大米的穩定同位素δ13C和δ15N值，發現我國大米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型系統聚類法分析，能夠明顯區分3個群集日本大米和1個群集中國大米產地，以及1個群集中國大米和2個群集美國大米產地[5]。張協光等建立了大米同位素比率質譜檢測方法，發現不同地區的大米δ13C差異顯著，能夠利用檢測δ13C值溯源大米產地[6]。

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

2.2 水果

李安等建立了基于穩定同位素C、N、H、O比值的大桃產地判別模型，該模型對不同產地的大桃原始樣本回代檢驗和交叉檢驗的整體正確判別率分別為97.8%和95.7%[8]。張遴等檢測分析了我國11個省市紅富士蘋果穩定同位素δ13C，建立了紅富士蘋果主產區δ13C數據庫，指出紅富士蘋果中的δ13C具有典型的區域獨特性和穩定性，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志產品認證的依據[9]。馬小衛等研究發現芒果δ13C存在顯著的產地和品種差異，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-穩定同位素比率質譜測定了山東不同產地茶葉的穩定同位素比率，結果表明，山東各產地茶葉穩定同位素除了δ2H和δ18O外，其他指標無顯著差異，沿海內陸地域δ2H和δ18O低于沿海地區，且呈現較高的線性相關性[11]。劉志比較了5種不同烘干方式對西湖龍井穩定同位素比率的影響，表明烘箱直接殺青烘干、微波殺青扁形機烘干、微波殺青烘箱烘干、扁形機殺青直接烘干和扁形機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、重慶茶葉穩定同位素線性判別模型，產地判別準確度均高于90%，判別模型穩定性好[12]。

3 穩定同位素技術在動物源食品溯源中的應用

3.1 奶制品

楊麗萍研究發現穩定同位素δ2H、δ13C、δ15N和δ34S與牛奶產地具有相關性[13]。明荔莉等建立了一種牛奶穩定同位素元素δ13C的檢測方法，該方法的穩定性和準確性較好，均達到同位素比值測定的要求，利用該方法檢測的不同產地牛奶δ13C比率差異顯著，可應用于牛奶產地溯源[14]。

3.2 肉制品

呂軍等研究發現應用穩定同位素δ13C比率可以區分山東、內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個不同部位肌肉穩定同位素δ13C和δ15N比率，結果沒有明顯差異，只能區分部分旗縣綿羊肉樣品，放牧飼養和圈養綿羊δ13C差異顯著。用δ13C和δ15N值進行二維投射和層聚類分析，可以成功區分在呼倫貝爾和錫林郭勒放牧綿羊與西部區四子王旗、和林縣和達拉特旗舍飼綿羊[17]。

3.3 海產品

趙新達采用δ13C區分了來自6個不同沿海地區的扇貝[18];黃麗英發現不同地區帶魚穩定同位素比值具有明顯的地域特征[19];劉瑀認為采用δ13C值能夠區分遼寧刺參、山東刺參[20];張旭峰通過測定扇貝閉殼肌δ13C和δ15N比率判斷扇貝產地，結果表明，青島和獐子島蝦夷扇貝δ13C和δ15N具有顯著性差異，長島和旅順櫛孔扇貝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 結論與展望

穩定同位素技術具有區分農產品地理來源的重要作用，已在大米、小麥、玉米、葡萄酒、牛奶等農產品產地判別應用，但目前應用該技術溯源尚不十分成熟，結果受同位素指標、取樣部位、極端氣候、海拔、品種等影響較大，對部分農產品判別效果一般。單一的產地溯源技術越來越不能滿足農產品產地判別要求，需開展融合穩定同位素技術、近紅外光譜技術、礦物元素分析、指紋圖譜技術等溯源技術，建立精確溯源模型，才能更加全面、準確地進行農產品產地追溯，在更大程度上保障消費者安全，保護地理標志農產品的名譽。

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（責任編輯：丁志祥）