羊肉的產地溯源和鑒別技術研究進展

康 帥，任曉鏷,，彭增起

（1.塔里木大學食品科學與工程學院，新疆 阿拉爾 843300；2.南京農業(yè)大學食品科技學院，江蘇 南京 210095）

隨著近年來我國人民物質生活水平的提高，人們逐漸開始關注食品的營養(yǎng)價值和品質問題。肉類作為一種日常消費品，其需求量和品質要求與日俱增。在眾多肉類制品中，羊肉因其高蛋白、低脂肪且營養(yǎng)豐富、風味優(yōu)越的特點，逐漸受到消費者的青睞。2000年開始，我國的羊肉消費量逐年上升[1]。由圖1可知，2011—2020年，我國的羊肉產量和消費量整體呈上升趨勢，說明我國消費者對羊肉的需求量在不斷提升。

羊肉消費的增長促進了我國羊肉產業(yè)的進步，并且出現(xiàn)了一批以地區(qū)特色羊肉為賣點的地方羊肉品牌，對地方經濟的發(fā)展起到了一定的促進作用。羊肉消費量的上升有利于國內相關產業(yè)的發(fā)展，但與此同時，羊肉摻假、以次充好等問題也不斷浮現(xiàn)。這些食品安全問題不僅損害了消費者的身體健康，還對我國的羊肉產業(yè)，尤其是地方產業(yè)造成了一定程度的損害。羊肉產地溯源和鑒別技術的發(fā)展和研究為食品安全控制體系提供了技術支持，同時對地方羊肉品牌起到了保護作用。基于此，本文旨在通過對國內外羊肉產地溯源和鑒別技術的研究現(xiàn)狀進行分析總結，系統(tǒng)分析各種技術的優(yōu)勢及其存在的問題，以期為羊肉產地溯源和鑒別技術的進一步發(fā)展提供理論支持。

1 穩(wěn)定同位素分析技術

穩(wěn)定同位素分析技術是一種能夠有效追溯不同產地食品來源的技術，基于不同種類的穩(wěn)定同位素在不同生物中的分餾效應進行。穩(wěn)定同位素在生物體的成長過程中受到來自環(huán)境、飲食等因素的影響而產生分餾，使其在生物體內產生同位素差異，通過質譜技術等可以測定生物體內的穩(wěn)定同位素比值和種類，從而判斷其真實產地[2-3]。此技術選用的特征物，即穩(wěn)定同位素相對于其他特征物而言更加穩(wěn)定，不易受外界因素影響，因此在產地溯源、摻假鑒別和身份確認等領域均有應用[4-5]。

在世界范圍內，多位學者應用該技術對羊肉的產地溯源進行了研究。孫淑敏等[6]采集內蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟、呼倫貝爾市和阿拉善盟3 個牧區(qū)以及山東省菏澤市、重慶市2 個農區(qū)共計99 個羊肉樣本，采用穩(wěn)定性同位素比率質譜儀對羊肉中的δ13C、δ15N 2 種穩(wěn)定同位素進行分析。結果顯示，不同地區(qū)的羊肉樣品中穩(wěn)定同位素種類差異顯著，并且多種同位素指標的聯(lián)合判別能力更強。李政[7]對甘肅黑山羊、寧夏灘羊、新西蘭羊和安徽湖羊4 個品種的78 份羊肉樣品進行研究，其結果也表明多種同位素結合的判別能力高于單一指標判別，且同位素指標越多，判別能力越強。米瑞芳等[8]對內蒙古、寧夏、新疆、新西蘭、意大利5 個產地的76 份羊肉樣品進行研究，測定樣品中δ13C、δ15N、δ2H、δ18O 4 種穩(wěn)定同位素并進行顯著性分析，結果表明，δ13C在5 個地區(qū)羊肉中均存在顯著差異，δ15N和δ18O在國內的3 個地區(qū)差異顯著，國外2 個地區(qū)差異不顯著，這表明單一同位素的判別正確率較差，錯判的幾率較大，而多指標分析的正確率較高，能正確分類幾乎所有樣品。

有學者發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定同位素技術在不同部位樣品的判別分析中存在一定差異。李政[7]在對羊肉、全骨粉、脫脂骨粉和骨膠原進行溯源研究后發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定同位素技術對羊肉的判別能力高于全骨粉、脫脂骨粉和骨膠原；王倩等[9]的研究結果也表明，不同產地的羊肉、全骨粉、脫脂骨粉、骨膠原中同位素含量存在顯著差異，且羊肉的判別成功率高于全骨粉和骨膠原。

目前穩(wěn)定同位素技術在世界范圍內研究較為廣泛，針對樣品的采集、處理、分析均有較為深入的研究，但是仍存在一些問題。當前大部分研究多為針對不同地理位置所進行的溯源研究，對地理位置相近或相鄰地區(qū)樣本進行的研究較少，無法判斷該技術應用于相同或相似地理位置的樣品時能否準確判別。

2 礦物質元素溯源技術

生物體在成長過程中會從周圍環(huán)境中攝取礦物質元素并在體內累積，這些元素受當地環(huán)境因素的影響較大，具有較強的地區(qū)特異性，被認為是產地溯源和鑒別的有效指標。目前通過質譜技術結合化學計量方法可以測定和找出特異性礦物質元素，通過此類元素的種類和比例可以判斷出生物體的原產地。

由于礦物質元素易檢出、靈敏度高等優(yōu)點，礦物質元素溯源技術在國內外的各類食品中均有大量研究[10-15]。 孫淑敏等[16]采用電感耦合等離子體-質譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）對不同地區(qū)羊肉樣品中的礦物質元素進行測定，經方差分析后發(fā)現(xiàn)其中Na、Be、Al、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Ag、Sb、Ba、Tl、Pb、Th和U 21 種元素在不同地區(qū)的樣品中存在顯著差異，再進一步利用這些差異顯著的礦物質元素進行判別分析，結果顯示，農區(qū)和牧區(qū)樣品能夠全部被正確歸類，其判別正確率分別為93.9%和88.9%。馬夢斌[17]對來自寧夏鹽池縣、內蒙古自治區(qū)鄂托克前旗、陜西定邊縣和甘肅環(huán)縣4 個產區(qū)的共240 只灘羊進行ICP-MS分析，結果顯示，不同產地的羊肉樣品中部分元素的含量存在顯著差異，使用這些特征元素進行判別分析能將所有樣品正確分類，且判別正確率高達100%。王雪蓉等[18]使用ICP-MS針對寧夏鹽池縣3 個地區(qū)的共60 只灘羊進行測定，對得到的數據進行分析發(fā)現(xiàn)，鹽池縣3 個不同地區(qū)的羊肉樣品中K、Na、Ca、Mg、P、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Se、Rb、Sr、Mo、Sn和Ba 17 種礦物質元素存在顯著差異，并且通過篩選特征礦物質元素發(fā)現(xiàn)，與灘羊肉密切相關的礦物質元素和與地理環(huán)境相關的礦物質元素的判別正確率均高于90%，證實對隨機羊肉樣品的產地溯源和鑒別有效。目前，礦物質元素溯源技術在羊肉溯源上的表現(xiàn)優(yōu)良、發(fā)展成熟，適宜運用在羊肉的產地溯源研究中。

礦物質元素作為一種發(fā)展較為成熟的產地溯源和鑒別技術，其在鑒別不同地理環(huán)境的羊肉樣品上表現(xiàn)優(yōu)異，但仍存在一定的缺陷，例如操作步驟繁瑣、數據量龐大等，導致處理速度慢、鑒別時間長等問題[19-20]。同時，飼料中添加的礦物質元素也會影響畜禽體內礦物質元素的種類和含量，對溯源和鑒別研究有一定影響[21-22]。因此，在礦物元素產地溯源和鑒別研究中應圍繞如何縮短礦物質元素技術的鑒別時間并精簡操作，同時也應對環(huán)境等其他因素對羊肉中礦物質元素比值影響的相關機制進行對比分析。

3 近紅外光譜技術

近紅外光譜技術作為一種無污染、快速、簡便的檢測手段，近年來也被學者廣泛用于羊肉樣品的產地溯源和鑒別相關研究中。近紅外光譜是近紅外光照射物體后形成的吸收光譜，由于不同地區(qū)的環(huán)境、氣候、地理等因素會導致不同地區(qū)羊肉的化學成分和結構存在一定差異，其形成的吸收光譜也不同。采用近紅外光譜技術測定羊肉樣品的吸收光譜，結合化學計量方法對光譜圖進行分析，可以明確不同羊肉樣品的特異性指標，從而達到鑒別和溯源的目的[23-25]。

目前國內外都有針對該技術進行的研究。張寧等[26]運用近紅外光譜技術對山東、河北、內蒙古、寧夏4 個產地的144 份羊肉樣品進行溯源和鑒別分析，利用簇類獨立軟模式識別方法對4 個產地羊肉分別建立判別模型，且建立的模型基本能正確識別4 個不同產地的羊肉樣品，同時能100%識別其他產地羊肉。Dumalisile等[27]運用近紅外光譜結合線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）、偏最小二乘判別分析等化學計量方法對南非不同牧場的3 種中型羚羊和3 種大型羚羊肉樣進行研究，發(fā)現(xiàn)判別精準度達到68%～100%。Hoffman等[28]使用近紅外光譜儀對來自澳大利亞的3 種不同品種山羊肉 進行分析，發(fā)現(xiàn)在使用LDA結合二階導數近紅外光譜時，對單個肌肉樣本進行識別的正確率達到68%～94%。Cozzolino等[29]使用近紅外光譜結合主成分分析、LDA和相似性指數（similarity index，SI）等分析方法，對包括綿羊肉在內的多種肉類進行測定，發(fā)現(xiàn)使用LDA的分類準確率達到87.8%，而使用SI可以準確區(qū)分來自不同動物的肉類樣本。這均表明在羊肉樣品的溯源和鑒別分析中，近紅外光譜技術是一種有效的技術，且結合化學計量法后能取得更好的鑒別效果。

近紅外光譜技術目前在國內外有一定量的研究，其相比穩(wěn)定同位素技術和礦物質元素技術更加方便、快捷，且識別能力不弱于上述2 種技術，但是目前該技術仍存在建模精度較低、自動化程度低等問題[24,30]。接下來應重點圍繞近紅外光譜技術的建模精度、通用性、自動化程度及便攜式設備的開發(fā)進行研究。

4 DNA分子標記溯源技術

DNA分子標記技術是通過以生物個體間核苷酸序列的變異為基礎建立的遺傳標記來判斷不同生物個體差異，通過聚合酶鏈式反應等DNA檢測技術對特定的DNA分子標記進行分析檢測，以獲得該個體的DNA指紋圖譜，從而達到鑒別和溯源的一種技術[31-33]。目前該技術已經發(fā)展了限制性內切酶片段長度多態(tài)性、簡單重復序列及單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP） 3 代，其中SNP因具有數量大、遺傳穩(wěn)定性高、代表性強和易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點而被廣泛用于產地溯源 研究[34-38]。

在世界范圍內，已有多位學者使用SNP分子標記對羊肉進行了溯源和鑒別研究。Dimauro等[39]通過篩選出判別效果最好的110 個SNP和108 個多態(tài)信息含量較高的SNP，成功區(qū)分了來自意大利5 個不同地理區(qū)域的21 個綿羊種群。Wu Qiayu等[40]從美國國家生物技術信息中心數據庫中選擇8 個SNP，并檢測其在中國西北和東部飼養(yǎng)的135 只羊血液或肉樣本中的含量，結果表明，其中7 個SNP適合羊肉的產地溯源，每2 個羊個體具有相同基因型的概率為0.185%。

SNP分子標記具有數量多、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是在實際應用中也存在一些問題。該方法對于動物個體和品種的溯源鑒別需要依靠特異性SNP位點，但是由于樣品的種類、產地等差異，初次篩選出的SNP位點在不同樣品中的適用性較差，需要不斷擴大樣品數量并優(yōu)化篩選方法才能獲得理想的SNP組合[39,41]。當前由于研究的不足，相關數據庫還處在建立階段。隨著研究的進一步深入，未來SNP技術在食品溯源方面將發(fā)揮更為重要的作用。

5 基于脂肪酸的溯源和鑒別技術

基于脂肪酸的產地溯源和鑒別技術是通過利用色譜、質譜、光譜等方法測定羊肉中的脂肪酸指標達到判別和溯源目的的一種技術。不同地區(qū)的飼養(yǎng)方式、飼料種類、氣候環(huán)境等因素均會導致動物體內脂肪酸含量和種類等指標的不同，通過對比分析特征性脂肪酸的含量即可實現(xiàn)產地溯源和鑒別[42-46]。

當前，國內外都有基于脂肪酸進行的溯源或鑒別研究。賈菲菲等[47]從西北、西南、中原和東北4 個羊肉主產區(qū)分別選擇來自新疆、云南、山東和內蒙古的50 份羊肉樣品，分析其脂肪酸種類和含量差異，結果發(fā)現(xiàn)，除C15:0、C16:0、C16:1、C18:0和C20:0外，其余脂肪酸在不同地區(qū)間存在顯著性差異；進一步的主成分分析得出，可通過第1主成分和第2主成分對農區(qū)（山東、云南）和牧區(qū)（新疆、內蒙古）樣品進行區(qū)分，通過判別分析，發(fā)現(xiàn)單個產地的回代和交叉驗證正確率分別為100%和88%，表明該方法基本能夠區(qū)分4 個產地的羊肉樣品。 Osorio等[48]利用傅里葉變換中紅外光譜對不同養(yǎng)殖體系（母羊乳喂養(yǎng)和牛乳替代物喂養(yǎng)）的羔羊進行研究，檢測分析不同體系的脂肪酸種類及含量，發(fā)現(xiàn)其能夠明顯區(qū)分不同飼養(yǎng)系統(tǒng)的羔羊肉樣品。

基于脂肪酸的產地溯源和鑒別研究雖然取得了一定成效，但是由于脂肪酸組成和含量受飼料、基因、品種、年齡及貯藏條件的影響較大，導致其對于不同產地樣品進行判別時需考慮到各種條件的影響，盡可能減少干擾因素[43-44,49]。

6 基于風味化合物的產地溯源和鑒別技術

風味化合物是指食品在加工和烹飪過程中產生的具有揮發(fā)性的成分，其組成和含量對食品的風味起關鍵作用。不同種類、產地的羊肉中，其風味物質存在差異，利用這些差異可以繪制基于特征性風味化合物的指紋圖譜，從而實現(xiàn)產地溯源和鑒別[50-52]。近年來針對風味化合物的研究中，氣相色譜-質譜聯(lián)用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技術、電子鼻技術及GC-離子遷移譜（GC-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）技術較為常見。

李夢琪等[53]采用GC-MS分析青海藏羊和小尾寒羊肉發(fā)現(xiàn)，其部分揮發(fā)性風味物質存在顯著差異，結合聚類分析方法能夠有效將二者區(qū)分。孟新濤等[54]使用GC-IMS對新疆的阿勒泰羊、巴什拜羊、巴音布魯克羊、多浪羊、和田羊和哈薩克羊6 個品種的羊肉進行檢測，結果表明，GC-IMS能有效區(qū)分不同品種羊肉，且不同產區(qū)羊肉風味化合物組成差異較大，結合主成分分析可以有效區(qū)分阿勒泰羊、巴什拜羊、多浪羊和哈薩克羊，并且各品種羊肉均具有各自不同的特征性風味化合物，為各品種的產地溯源和鑒別提供了依據。Wang Qian等[55]采用電子鼻技術結合GC-MS，對摻有不同比例熟化鴨肉的小尾寒羊樣品進行檢測，結果發(fā)現(xiàn)，電子鼻能正確區(qū)分摻假樣品和羊肉樣品，最低檢測限為10%。

目前，在基于風味化合物的產地溯源和鑒別研究中，不同羊肉樣品均具有其特征性的風味化合物，利用這些特征性成分進行溯源和鑒別的效果良好，但同時也存在揮發(fā)性成分提取困難的問題；電子鼻技術相對簡單、成本低、檢測速度快，但目前的技術容易受到環(huán)境影響而出現(xiàn)偏差，且相對于其他技術其檢測限較高，對羊肉樣品中低含量揮發(fā)性成分的分析效果不佳[19-20]。下一步應圍繞如何有效提高揮發(fā)性成分的提取率開展研究。

7 其他產地溯源和鑒別技術

除以上提及的產地溯源和鑒別技術外，國內外學者還提出了一些其他技術。劉興勇等[56]針對云南5 個產地的黑山羊肉中的17 種水解氨基酸含量進行分析，發(fā)現(xiàn)不同產地黑山羊肉中的水解氨基酸含量存在顯著差異，通過聚類分析和K-最近鄰法可將5 個產地的黑山羊肉進行分類，其中麗江、龍陵和羅平的樣品能實現(xiàn)100%完全分類，通過人工神經網絡對昆明、石林、麗江3 個產地進行識別時，其正確率也高達100%。

張季等[57]使用快速蒸發(fā)電離質譜（rapid evaporative ionization mass spectrometry，REIMS）技術結合電子手術刀（iKnife）對習水麻羊、內蒙古羊、吉林羊和貴州羊進行檢測，聚類分析結果顯示，4 種不同的羊肉樣品可以互相區(qū)分，聚類效果良好，進一步建立識別模型，模型的識別率高達97.32%，同時對模型的可靠性進行驗證，發(fā)現(xiàn)結果匹配度為100%，證實了該模型體系及方法的可靠性。

iKnife-REIMS技術的優(yōu)點在于不需要對樣品進行前處理，只要采集一定數據即可對未知樣品進行分析，且可將分析時間縮短至數秒；但其缺點是需要大量的真實樣品用于建立驗證模型，因此目前該類研究數據較少，有待進一步研究。

現(xiàn)階段國內外羊肉溯源與鑒別技術優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1 現(xiàn)階段國內外羊肉溯源與鑒別技術優(yōu)缺點對比Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of mutton traceability and identification technologies

8 結 語

目前，國內外對肉類溯源技術的研究主要集中于牛肉、豬肉，羊肉的相關研究相對較少，但近年來也在不斷發(fā)展。本文綜述的羊肉產地溯源和鑒別技術，其判別正確率和對未知樣品的識別效果均較好，但是各種技術也分別存在一定的問題，亟待進一步完善解決。同時，目前針對羊肉的溯源和鑒別研究中，不同部位羊肉樣品對溯源的影響、同一地區(qū)的不同品種羊肉、不同地區(qū)的同一種類羊肉對產地溯源技術的影響等問題相關研究較少，存在一定的空白，應針對這些問題開展研究，進一步擴展和完善羊肉溯源和鑒別研究體系的廣度和深度。隨著將來對羊肉溯源和鑒別技術需求的不斷增加，所使用技術的檢測速度、便攜性和易操作性均面臨較大挑戰(zhàn)。單一技術的檢測范圍和能力均存在不足和限制，將多種技術聯(lián)合應用以提高溯源和鑒別的范圍和效果也是未來的發(fā)展方向之一，多種技術的融合運用能夠有效彌補單一技術的缺點，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。目前已有將2 種技術聯(lián)合使用的報道[58-59]，效果明顯證實了多種技術聯(lián)合使用的可行性。此外，對目前的產地溯源和鑒別技術進行更深層次的探索也極為重要。

在已有的溯源技術中，DNA分子標記技術具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ谌〉靡欢康难芯繑祿螅淠馨l(fā)揮出相較于其他溯源技術更快、更精準的溯源和鑒別能力，未來應瞄準DNA分子標記技術開展進一步的研究和探索，充分挖掘其潛力。