稳定同位素技术在农产品产地判别应用研究进展

2019-01-14张莹王杰杨娟罗红玉钟应富袁林颖徐泽邬秀宏

南方农业·上旬 2019年12期

张莹王杰杨娟罗红玉钟应富袁林颖徐泽邬秀宏

摘要稳定同位素技术因具有准确度高、无污染、灵敏度高等特性，近年来得到了长足的发展与广泛的应用。简介稳定同位素技术原理，综述了稳定同位素技术在大米、小麦、水果、茶叶、肉制品、奶制品、海产品等农产品产地判别中的研究进展。最后做了展望。

关键词稳定同位素技术;农产品;产地判别

中图分类号：S13 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.34.009

稳定同位素C、H、O、N的比率既不会遭受人为改变，也不会被外源化学物质改变，稳定性极好。利用同位素的自然分馏效应原理，使不同产地的样品因环境、气候、土壤的差别导致自然物质中元素的同位素丰度呈现出显著差异，由此可建立农产品产地判别稳定同位素技术[1]，该技术因具有准确度高、无污染、灵敏度高等特性，近年来得到了长足发展和广泛应用。本文重点介绍稳定同位素在大米、小麦、水果、茶叶、肉制品、奶制品、海产品等农产品产地判别中的研究进展，旨在推动稳定同位素溯源技术体系的建立，并促进稳定同位素与其他溯源技术相结合，达到农产品优质优价及保护消费者健康的目的。

1 稳定同位素技术原理

同位素包括稳定同位素和放射性同位素两大类，稳定同位素是指元素中原子序数相同，原子质量不同，化学性质基本相同，且半衰期大于10～15 a，不具有放射性的同位素[1]。

同位素分馏指由于质量数的差异，在物理、化学及生物化学（如结晶与溶化、扩散与热扩散、蒸发与冷凝、吸收与解吸等）作用过程中，生物体内稳定同位素发生自然分馏效应，同位素比值不同的两种物质或同一物质两个相态之间发生的同位素分配作用[2]。基于同位素分馏原理可以实现通过稳定同位素溯源。土壤、气候、地形、生物代谢类型等因素都可以引起同位素的分餾，从而导致生物体内某种元素“重”同位素和“轻”同位素比值的变化，使得不同地域来源的生物体中稳定同位素丰度值存在自然差异，进而反映出生物体所处的环境[3-4]。稳定同位素C、H、O、N是产地判别中研究最广泛的。

2 稳定同位素技术在植物源食品溯源中的应用

2.1 谷物

公维民等测试比较了我国10种产自于不同省份的大米的稳定同位素δ13C和δ15N值，发现我国大米δ13C值范围为-28.3%～-26.0%，北方大米δ13C值高于南方大米;δ15N值范围为1.1‰～4.1‰，南方与北方大米没有明显差异，均值基本相同;基于δ13C和δ15N值采用Q型系统聚类法分析，能够明显区分3个群集日本大米和1个群集中国大米产地，以及1个群集中国大米和2个群集美国大米产地[5]。张协光等建立了大米同位素比率质谱检测方法，发现不同地区的大米δ13C差异显著，能够利用检测δ13C值溯源大米产地[6]。

刘宏艳研究分析了小麦籽粒稳定同位素C、H、O、N比率受地域、储藏时间、基因型影响及方差贡献率情况，结果表明，δ13C可用于小麦籽粒、制粉产品、面筋蛋白、淀粉和粗纤维的产地溯源，δ15N、δ2H皆可用于小麦籽粒、制粉产品和面筋蛋白的产地溯源，而且采用同位素（δ13C、δ15N和δ2H）与87Sr/86Sr二者的结合可提高小麦产地的判别效果[7]。

2.2 水果

李安等建立了基于稳定同位素C、N、H、O比值的大桃产地判别模型，该模型对不同产地的大桃原始样本回代检验和交叉检验的整体正确判别率分别为97.8%和95.7%[8]。张遴等检测分析了我国11个省市红富士苹果稳定同位素δ13C，建立了红富士苹果主产区δ13C数据库，指出红富士苹果中的δ13C具有典型的区域独特性和稳定性，且不受形状及加工条件的影响，可以作为红富士苹果地理标志产品认证的依据[9]。马小卫等研究发现芒果δ13C存在显著的产地和品种差异，为芒果溯源提供理论支撑[10]。

2.3 茶叶

聂晶等采用元素分析仪-稳定同位素比率质谱测定了山东不同产地茶叶的稳定同位素比率，结果表明，山东各产地茶叶稳定同位素除了δ2H和δ18O外，其他指标无显著差异，沿海内陆地域δ2H和δ18O低于沿海地区，且呈现较高的线性相关性[11]。刘志比较了5种不同烘干方式对西湖龙井稳定同位素比率的影响，表明烘箱直接杀青烘干、微波杀青扁形机烘干、微波杀青烘箱烘干、扁形机杀青直接烘干和扁形机杀青摊晾烘干等烘干方式加工的西湖龙井茶同位素比率差异不显著，还建立了西湖龙井茶与山东茶叶、重庆茶叶稳定同位素线性判别模型，产地判别准确度均高于90%，判别模型稳定性好[12]。

3 稳定同位素技术在动物源食品溯源中的应用

3.1 奶制品

杨丽萍研究发现稳定同位素δ2H、δ13C、δ15N和δ34S与牛奶产地具有相关性[13]。明荔莉等建立了一种牛奶稳定同位素元素δ13C的检测方法，该方法的稳定性和准确性较好，均达到同位素比值测定的要求，利用该方法检测的不同产地牛奶δ13C比率差异显著，可应用于牛奶产地溯源[14]。

3.2 肉制品

吕军等研究发现应用稳定同位素δ13C比率可以区分山东、内蒙古和山西各地肉牛饲料的主要成分，ZHAO等研究表明食牧草为主的西藏肉牛与食玉米为主的山东、黑龙江的肉牛的δ13C比率差异显著[15-16]。王燕比较了绵羊4个不同部位肌肉稳定同位素δ13C和δ15N比率，结果没有明显差异，只能区分部分旗县绵羊肉样品，放牧饲养和圈养绵羊δ13C差异显著。用δ13C和δ15N值进行二维投射和层聚类分析，可以成功区分在呼伦贝尔和锡林郭勒放牧绵羊与西部区四子王旗、和林县和达拉特旗舍饲绵羊[17]。

3.3 海产品

赵新达采用δ13C区分了来自6个不同沿海地区的扇贝[18];黄丽英发现不同地区带鱼稳定同位素比值具有明显的地域特征[19];刘瑀认为采用δ13C值能够区分辽宁刺参、山东刺参[20];张旭峰通过测定扇贝闭壳肌δ13C和δ15N比率判断扇贝产地，结果表明，青岛和獐子岛虾夷扇贝δ13C和δ15N具有显著性差异，长岛和旅顺栉孔扇贝δ15N差异性显著，莱州、牟平和旅顺海湾扇贝δ13C和δ15N均差异性显著[21]。

4 结论与展望

稳定同位素技术具有区分农产品地理来源的重要作用，已在大米、小麦、玉米、葡萄酒、牛奶等农产品产地判别应用，但目前应用该技术溯源尚不十分成熟，结果受同位素指标、取样部位、极端气候、海拔、品种等影响较大，对部分农产品判别效果一般。单一的产地溯源技术越来越不能满足农产品产地判别要求，需开展融合稳定同位素技术、近红外光谱技术、矿物元素分析、指纹图谱技术等溯源技术，建立精确溯源模型，才能更加全面、准确地进行农产品产地追溯，在更大程度上保障消费者安全，保护地理标志农产品的名誉。

参考文献：

[1] 杜晓宁，张鹏帅，雷雯，等.稳定同位素技术在我国食品安全检测领域的应用进展[J].同位素，2019，32（3）：231-243.

[2] 李成，潘立刚，王纪华.稳定同位素技术在农产品产地溯源中的应用研究进展[J].农产品质量与安全，2013（5）：53-59.

[3] 赵哲，王嘉瑜，伍子豪，等.稳定同位素在农产品溯源中的研究进展[J].现代农业科技，2019（10）：213-217.

[4] 唐甜甜，解新方，任雪，等.稳定同位素技术在农产品产地溯源中的应用[J].食品工业科技，2019（11）：23-29.

[5] 公维民，马丽娜，王飞.我国大米碳氮穩定同位素比率特征及溯源应用[J].农产品质量与安全，2019（4）：9-12，40.

[6] 张协光，樊垚，熊岑，等.元素分析-同位素比率质谱法测定大米中碳同位素比值[J].食品工业，2017（3）：269-272.

[7] 刘宏艳，郭波莉，魏帅，等.小麦制粉产品稳定碳氮同位素组成特征[J].中国农业科学，2017，50（3）：556-563.

[8] 李安，陈秋生，赵杰，等.基于稳定同位素与稀土元素指纹特征的大桃产地判别分析[J].食品科学，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20190917.1604.034.html.

[9] 张遴，蔡砚.中国富士苹果碳同位素比的含量和分布特征[J].食品安全质量检测学报，2013（2）：501-503.

[10] 马小卫，王松标，姚全胜，等.芒果品种资源叶片碳稳定性同位素和比叶面积的差异[J].热带作物学报，2011，32（5）：901-905.

[11] 聂晶，张永志，赵明，等.山东茶叶轻稳定同位素和矿物元素特征与产地识别化学计量学分析[J].核农学报，2019，33（11）：2237-2245.