基于氫氧穩定同位素的桃果原汁摻水鑒別

蔣 越 李 安 靳欣欣 潘立剛 張志勇

(1. 北京農學院食品科學與工程學院, 北京 102206; 2. 北京農業質量標準與檢測技術研究中心, 北京 100097)

中國作為世界上水果第一生產大國，其果汁類飲品因方便飲用、便于攜帶、營養價值高等諸多優勢[1]備受消費者青睞，且在軟飲料行業中也占有越來越重要的地位[2]。隨著近年來果汁產量的不斷增長，且果汁在生產加工過程中所需原料成本較高，一些不法企業常借以各種摻雜手段以達到降低成本的目的[3-4]，一定程度上阻礙了食品市場的穩定發展[5-7]。

水果原汁摻水是影響產品順利出口和國際聲譽的主要問題之一。針對果汁市場上出現的摻假現象及多變的造假技術，越來越多的國內外學者展開了相關研究，并提出了一系列的鑒別方法。目前，果汁摻水檢測可利用折光計檢測樣品的可溶性固形物、果汁的緩沖能力[8]、緩沖容量[9-10]及單體氧同位素[11-13]加以鑒別。而利用單體氧同位素進行果汁摻水鑒別時，存在一定局限性，往往會因同位素發生分餾使其準確性降低。試驗擬以天然桃汁中水分的氫氧同位素組成為參照對象，利用全自動真空冷凝抽提技術—元素分析儀—穩定同位素質譜儀法，使樣品在提水過程中同位素不發生分餾效應，綜合比較不同摻水比例下果汁中H、O兩種同位素組成同天然果汁中水分氫氧同位素組成的差異，并建立摻水鑒別方法，以彌補利用單體氧同位素鑒別方法的不足，旨在為建立桃汁摻水鑒別方法，建立食品安全可追溯體系[14]，推動穩定同位素技術在水果及其制品摻偽鑒別領域的深入研究和實際應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器及試劑

VSMOW2(δ2H=0‰，δ18O=0‰)、USGS45(δ2H VSMOW=-10.32‰，δ18O VSMOW=-2.238‰)、USGS47(δ2H VSMOW=-150.2‰，δ18O VSMOW=-19.80‰)：美國地質勘探局Reston穩定同位素實驗室；

GB04459(δ2H=-63.4‰，δ18O=-8.61‰)、GB04460(δ2H=-144‰，δ18O=-19.13‰)：中國地質科學院水文地質環境地質研究所；

穩定同位素比值質譜儀：MAT253型，美國賽默飛世爾公司；

元素分析儀：Flash 2000HT型，美國賽默飛世爾公司；

榨汁機：HR1832型，飛利浦(中國)投資有限公司；

旋渦混勻器：IKA VORTEX 4 Digital型，萊貝(上海)科技儀器有限公司；

真空冷凍干燥機：SCIENTZ-18N型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

全自動真空冷凝抽提儀：LI-2000型，北京理加聯合科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集 2019年7～8月于桃子成熟期前往北京市平谷區采摘同一品種的大桃樣品若干，具體選果要求：成熟度一致、著色較好的果實；單果質量相近；出汁率不低于75%；可溶性固形物含量為11%～15%。外源水樣：北京地區地下水，于2019年8月1日取自北京市平谷區。

1.2.2 樣品預處理 干布擦拭干凈樣品表面，去除果核及果柄，切塊，榨汁，將果渣與果汁分離，收集桃汁樣品裝盒后封口膜封口，于-25 ℃冷凍保藏。

1.2.3 桃汁摻水方案 以水分提取的桃汁樣品為摻偽對象，將已知氫氧同位素豐度比的外源地下水樣與桃汁樣品以不同比例添加至10 mL具塞離心管中，其中混合樣品的摻水比例依次為0%，5%，10%，20%，40%，80%，100%，渦旋混勻。

1.2.4 果汁水分提取 準確稱取1 g桃汁樣品裝入玻璃樣品瓶中，頂部塞滿脫脂棉以防止水果殘渣暴沸污染管路，利用自動水分真空抽提儀對桃汁樣品中的水分進行提取。提取時間2 h，提取溫度100 ℃，樣品收集冷阱溫度-90 ℃。待收集水分解凍后，過0.45 μm微孔濾膜并轉入進樣小瓶中，上機待測。

1.2.5 果汁水分提取方法評價 將桃汁樣品在真空冷凍干燥機中凍干48 h，分別加入與失水重量相等的標準水樣USGS45、GB04459、GB04460，攪勻，按1.2.4方法提取水樣并進行氫氧穩定同位素測定與分析評價。

1.3 氫氧穩定同位素分析及數據表達

將提取的樣品水分置于元素分析儀的自動進樣盤中，樣品于1 380 ℃下在玻璃碳珠催化作用下裂解為H2和CO，即樣品中的H和O元素轉化成H2和CO氣體，在氦載氣流和色譜柱吸附解吸后，H2和CO先后進入穩定同位素質譜儀進行同位素比值的測定。以VSMOW2、USGS45和USGS47為標準物質，采用3點校正的方式對測試結果進行校正[15]。元素分析—穩定同位素質譜儀(EA-IRMS)參數為：氦氣載氣流速100 mL/min；H、O裂解爐溫度1 380 ℃；分子篩色譜柱溫度60 ℃。采用相對測量法表達樣品同位素的組成，即將待測樣品中的同位素比值與標準物質的同位素比值進行比較，其結果稱為樣品的δ值，并按式(1)進行計算。氫氧同位素相對豐度比值均以平均海洋水的豐度為參照。

(1)

式中：

δhE——元素E的穩定同位素比率；

R樣品——樣品中元素E的穩定同位素相對豐度比；

R標準——標準參考物質中元素E的穩定同位素相對豐度比[16]。

1.4 數據處理

使用Excel 2007軟件整理各項結果，并采用Origin軟件作圖，采用SPSS 16.0軟件進行均值的差異顯著性及單因素方差分析(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 氫氧同位素同時測定方法評價

由表1可知，添加USGS45樣品中δ2H為(-11.10±1.39)‰，δ18O為(-2.38±0.53)‰；添加GB04459樣品中δ2H為(-62.50±0.59)‰，δ18O為(-7.95±0.41)‰；添加GB04460樣品中δ2H為(-142.00±3.40)‰，δ18O為(-20.26±2.14)‰，且P(δ2H)>0.05，P(δ18O)>0.05，說明利用此方法進行水分抽提的過程中樣品的δ2H與δ18O 無顯著性差異，即此過程中并未發生氫氧同位素的分餾效應，故利用此方法可有效提取桃汁中的水分。

表1 真空水分提取-EA-IRMS方法評價

2.2 基于氫氧同位素分析的鮮榨桃汁摻水鑒別

2.2.1 果汁摻水后的氫氧穩定同位素變化 研究[17]表明，北京地區大氣降水中δ2H和δ18O的平均值在7～9月份內呈溫度效應，δ2H和δ18O呈上升趨勢，且與地下水氫氧同位素較為接近。地下水來源于降水，在地下水形成過程(淋溶、徑流等)中總體上要比降水貧化。果樹的水源主要來源于大氣降水和地下水灌溉[18]，而水果中的水在果樹蒸騰、土壤水蒸發等共同作用下，導致果實吸收利用的水比地下水要富集。由圖1可知，當桃汁樣品中未加入外源水時，即在0%處鮮榨桃汁提取的水分中δ2H 為-44.55‰，δ18O為-4.70‰，地下水樣的δ2H為-64.65‰，δ18O為-9.14‰。隨著外源地下水樣占比的不斷增加，鮮榨桃汁中摻雜外源地下水后H、O同位素均呈明顯的重同位素貧化趨勢，且相關系數均>95%，三者之間呈良好的負相關性。

圖1 外源地下水樣對鮮榨桃汁氫氧同位素組成的影響

2.2.2 外源水樣的氫氧同位素多重比較分析 由表2可知，當地下水樣占待測樣品總比重≥10%時，δ2H差異顯著性概率依次為0.032 9，0.001 4，0.000 2，0.000 4，0.000 9；當地下水樣占待測樣品總比重≥20%時，δ18O的顯著性概率分別為0.012 5，0.000 2，0.000 4，0.000 5，說明當摻水比>20%時，P(δ18O)<0.05，此時摻水與未摻水桃汁存在顯著性差異，可利用單體O同位素準確鑒別鮮榨桃汁的真實性；而鮮榨桃汁摻水后，H同位素較O同位素變化更靈敏，當摻入外源地下水>10%時，摻水果汁與同鮮榨桃汁兩者的H同位素存在顯著性差異，即可檢出摻水，因此，可利用H同位素進行更少量的桃汁摻水鑒別。

表2 摻不同比例地下水下氫氧同位素多重比較?

2.2.3 基于H、O同位素桃汁摻水綜合鑒別 參照李濤等[19]的方法表達基于以H、O同位素兩項指標協同檢測桃汁在摻水過程中H、O同位素組成的變化關系。若其中的一項或兩項指標同鮮榨桃汁的有顯著性差異即可鑒別為陽性樣本，兩項均與鮮榨桃汁的無顯著性差異，則為陰性樣本。由表3可知，當地下水樣占待測樣品總比重為5%時，P(δ2H)>0.05，無顯著性差異，記作陰性樣品；當地下水樣占待測樣品總比重≥10%時，δ2H差異顯著性概率值P<0.05，即此時存在顯著性差異，記作陽性樣本；而當地下水樣占待測樣品總比重為5%，10%時，δ18O差異顯著性概率值P>0.05，記作陰性樣品；當地下水樣占待測樣品總比重≥20%時，δ18O顯著性概率P<0.05，較鮮榨桃汁相比存在顯著性差異，記作陽性樣本。綜合鑒定后表明：當鮮榨桃汁中摻加外源地下水樣，且地下水占比≥10%時，可利用H、O同位素協同鑒定實現對桃汁的摻水鑒別，與牛麗影等[20]、高敏[21]的方法相比，此方法具有無分餾、回收率高等優勢。

表3 氫氧同位素綜合鑒別結果?

3 結論

通過已知氫氧同位素比值水樣添加試驗證實了氫氧同位素協同鑒定方法在果汁水分提取過程中分餾效應不顯著，但方法具有可靠性；當地下水占比≥10%時便可實現桃汁摻水的鑒別，彌補了利用單體氧同位素進行果汁摻水鑒別的不足，但圍繞穩定同位素技術的應用原理、關鍵溯源因子及其影響因素等問題還有待深入研究。隨著摻假手段的層出不窮，應積極發展應用前景廣泛的新興技術，如穩定同位素技術等，通過多儀器、多方法、多元素連用的手段大力開發檢測技術[22]，通過實踐來改進方法，提高檢測的可靠性。