穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù)及其在食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

段鶴君，趙立文

（北京疾病預(yù)防控制中心，北京100013）

穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù)及其在食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

段鶴君，趙立文*

（北京疾病預(yù)防控制中心，北京100013）

簡(jiǎn)述穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù)的基本原理，綜述該技術(shù)幾年來(lái)在食品安全溯源及真?zhèn)舞b別中的應(yīng)用研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹其在嬰幼兒奶粉摻假、蜂蜜摻假及產(chǎn)地溯源、植物油摻假、酒水溯源及摻假及動(dòng)物食品產(chǎn)地溯源及摻假檢驗(yàn)等方面的研究及應(yīng)用，展望該技術(shù)在食品安全中的發(fā)展前景。

穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀；食品安全；摻假；產(chǎn)地溯源

民以食為天，食源安全問(wèn)題不僅和廣大人民群眾的健康息息相關(guān)，也對(duì)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)，社會(huì)穩(wěn)定有著重大影響［1-2］。

同位素質(zhì)譜技術(shù)最初應(yīng)用在核工業(yè)、地質(zhì)學(xué)、天然礦業(yè)、天然氣及考古等領(lǐng)域［3］。隨著儀器科學(xué)的進(jìn)步，同位素質(zhì)譜技術(shù)也開(kāi)始進(jìn)入農(nóng)業(yè)和食品方面的檢測(cè)和質(zhì)量控制等研究工作領(lǐng)域。穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)可用于區(qū)分合成的和天然的食品的添加物［4］；來(lái)自不同產(chǎn)地的化合物可能顯示不同的同位素組成及地域信息。依據(jù)植物的代謝途徑的差異，測(cè)定蜂蜜同位素比值判別是否摻入了植物糖漿［5-6］。也可以通過(guò)肥料，環(huán)境和代謝途徑鑒別有機(jī)食品與傳統(tǒng)食品的差別［7］。近年來(lái)，食品摻假水平日新月異，需要更加先進(jìn)的科學(xué)檢測(cè)手段進(jìn)行應(yīng)對(duì)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，穩(wěn)定同位素術(shù)質(zhì)譜技術(shù)在食品安全檢測(cè)中摻假鑒別、產(chǎn)地溯源等方面均已建立起成熟的檢測(cè)方法。在乳制品、蜂蜜、果汁、油脂，葡萄酒及白酒摻假，動(dòng)物食品、葡萄酒、飼料原料的地域溯源檢測(cè)方面均有重要作用。

1　在嬰幼兒食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用

嬰幼兒配方奶粉是嬰幼兒的主要食品，而嬰幼兒又是化學(xué)污染物暴露的高危人群。奶粉的定量方法有凱氏定氮法、高效液相色譜法、近紅外光譜法、傅里葉變化紅外光譜法、紫外分光光度法、氨基酸分析法等，但是這些方法均以奶粉中蛋白質(zhì)的含量判斷，并沒(méi)有解決奶源產(chǎn)地溯源、奶粉摻假等問(wèn)題［8］。

近年來(lái)嬰幼兒奶粉摻假事件頻出，國(guó)內(nèi)奶粉市場(chǎng)摻假的現(xiàn)象不斷發(fā)生，所以直接影響了嬰幼兒的食品安全。追溯原料奶的產(chǎn)地和奶源質(zhì)量非常關(guān)鍵，李鑫等［9］采用元素分析-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜（EA-IRMS）同時(shí)測(cè)定原料乳粉中δ15N和δ13C值，研究表明在國(guó)內(nèi)和國(guó)外奶源δ13C值呈規(guī)律性變化，而δ15N無(wú)明顯變化。用于提高乳粉中氮含量的非法添加物如尿素、三聚氰胺等的測(cè)定δ15N值均為負(fù)值，與其他蛋白類(lèi)高氮物質(zhì)有顯著區(qū)別。δ15N值下降趨勢(shì)可以作為一種有效監(jiān)控原料乳粉摻假的判別方法。

針對(duì)同一奶源產(chǎn)地以及不同奶源產(chǎn)地嬰幼兒配方奶粉源產(chǎn)地的鑒別，梁莉莉等［10］利用EA-IRMS對(duì)其中酪蛋白的δ15N和δ13C值進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)δ15N和δ13C與奶源產(chǎn)地有一定的相關(guān)性，同一產(chǎn)地的嬰幼兒配方奶粉中酪蛋白的δ15N和δ13C值分布范圍一致，而不同奶源產(chǎn)地的則存在差異。同時(shí)測(cè)定15N和13C值并共同比較，可以進(jìn)行奶源產(chǎn)地一致性的判別。

2　蜂蜜摻假檢驗(yàn)中的應(yīng)用

天然蜂蜜是一種高附加值的營(yíng)養(yǎng)品，在市場(chǎng)上的銷(xiāo)售價(jià)格也逐年提高，然而少數(shù)不法生產(chǎn)廠家為了追求利潤(rùn)，降低成本，在純正蜂蜜中摻入廉價(jià)的植物糖漿，損害消費(fèi)者利益，穩(wěn)定同位素質(zhì)譜的引入食品摻假和產(chǎn)地溯源，通過(guò)同位素比值范圍可以判別市售蜂蜜摻假［11］。

胡柳華等［12］在蜂蜜、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜中摻入玉米高轉(zhuǎn)化糖漿、植物蔗糖和大米麥芽糖等，采用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀考察δ13C值的變化情況。植物糖蔗糖和玉米糖漿與未摻入的蜂蜜中δ13C值偏離較大。植物糖甜菜糖和大米麥芽糖與未摻入的蜂蜜中δ13C較為接近?；旌厦壑袚饺胝崽?，混合蠻、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜中摻入玉米高轉(zhuǎn)化糖漿后，其δ13C值隨摻入量的增加而增大。蜂蜜中蛋白質(zhì)的δ13C值基本沒(méi)有變化。羅東輝等在38個(gè)純正蜂蜜樣品測(cè)得碳同位素δ13C值數(shù)據(jù)；其中蛋白質(zhì)和蜂蜜的δ13C差值約為-9.5%果糖和葡萄糖的δ13C差值在-6.4%～5.3%之間，對(duì)市售的150個(gè)樣品分析進(jìn)行鑒定，有58個(gè)樣品摻有C3和C4的植物糖漿的陽(yáng)性樣品，市售蜂蜜中的摻假率為38.7%。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布了新的蜂蜜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18796-2002《蜂蜜》，緊接著又頒布了C4同位素鑒定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18932.1-2002《蜂蜜中碳-4植物糖含量測(cè)定方法穩(wěn)定碳同位素比率法》［13-14］。

3　植物油檢驗(yàn)中的應(yīng)用

食用植物油是日常生活的必需品，然而一些不法經(jīng)營(yíng)者為了牟取暴利在高附加值成品油中摻入廉價(jià)的植物油，比如橄欖油中添加大豆油、菜籽油或非食用油等［15-16］。朱紹華［17］發(fā)現(xiàn)茶油和玉米油的δ13C值的差異很大，當(dāng)玉米油在15%以上時(shí)，可以明確地判別茶油是否摻假了玉米油，并能對(duì)其百分含量做定量計(jì)算，用氣相色譜法獲得C4轉(zhuǎn)化途徑的玉米油和C3轉(zhuǎn)化途徑的花生油的脂肪酸組成，再用同位素比值質(zhì)譜儀（GC-C-IRMS）確定脂肪酸δ13C值，人工和天然產(chǎn)物分子的同位素比例具有顯著性差異。植物碳元素通過(guò)C3，C4，CAM途徑轉(zhuǎn)化，δ13C存在較大差異。

4　酒水、飲料的產(chǎn)地溯源檢驗(yàn)中的應(yīng)用

牛麗影等［18］采用同位素比率質(zhì)譜法（IRMS）在判別非濃縮還原（NFC）果汁與FC蘋(píng)果汁中水的δ2H、δ18O值進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，NFC橙汁δ2H與δ18O值均顯著高于濃縮還原（FC）果汁。并且δ2H、δ18O值與NFC果汁含量關(guān)系可用于NFC果汁含量的判別。由此可見(jiàn)，現(xiàn)今的IRMS的方法可以用于鑒別果汁的真?zhèn)危岣呶覈?guó)的果汁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并與國(guó)際接軌促進(jìn)出口［19-20］。還有研究表明，葡萄酒中摻入蒸餾水按照不同比例混勻，氧同位素比值（δ18O）對(duì)于葡萄酒隨著摻入蒸餾水的比例增加而下降，因此GASbech II-IRSM可以判別葡萄酒中是否摻入外來(lái)水，以及外來(lái)水的含量［21］。另有研究表明，不同產(chǎn)地酒水的數(shù)據(jù)分析，可以通過(guò)地理標(biāo)志（原產(chǎn)地）、非地理標(biāo)志（非原產(chǎn)地）和該區(qū)域以外的地區(qū)的區(qū)分。吳浩［22］利用氣相色譜-燃燒-同位素質(zhì)譜（GC-C-IRMS）分析了產(chǎn)自法國(guó)、澳大利亞、美國(guó)和中國(guó)共54種葡萄酒中5類(lèi)組分的碳穩(wěn)定同位素值，有效的區(qū)分不同產(chǎn)地的葡萄酒，說(shuō)明葡萄酒揮發(fā)性成分穩(wěn)定碳同位素可應(yīng)用于葡萄酒的產(chǎn)地溯源。其次就是葡萄酒產(chǎn)假的問(wèn)題，為了獲得經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，不法商販添加乙醇等增加酒精度，添加甘油增加口感甘甜。李學(xué)民等［23］測(cè)定葡萄酒中甘油和乙醇δ13C值的分析方法，對(duì)40個(gè)葡萄酒樣品進(jìn)行了測(cè)定，甘油和乙醇的δ13C值具有較強(qiáng)的相關(guān)性，而外源性不具有此性質(zhì)。因此在判定葡萄酒中是否摻假提供了有力依據(jù)。

5　動(dòng)物產(chǎn)品產(chǎn)地及摻假鑒別中的應(yīng)用

近年來(lái)，受瘋牛病、禽流感等影響，采用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜法檢測(cè)動(dòng)物食品產(chǎn)地的研究相應(yīng)增加，即為一種有效追溯產(chǎn)品產(chǎn)地的方法。抽取不同國(guó)家出口的牛肉樣品經(jīng)檢測(cè)后獲得C、N和S同位素比值范圍，檢測(cè)結(jié)果表明歐美地區(qū)牛肉中的C、N同位素組成存在很大差異，而歐洲國(guó)家之間的牛肉的δ13C、δ15N值也存在明顯差異；綜合分析C、N、S同位素，還可區(qū)分出常規(guī)養(yǎng)殖的牛肉與有機(jī)養(yǎng)殖的牛肉［24］。郭波莉［25］通過(guò)對(duì)牛肉中C、N的分析對(duì)其產(chǎn)地溯源，經(jīng)過(guò)聚類(lèi)分析判斷牛肉產(chǎn)地來(lái)源，進(jìn)一步探明δ13C值依次遞減的順序?yàn)榕Ｎ裁久撝Ｈ猓九Ｈ獯种?，說(shuō)明各組織中穩(wěn)定性碳同位素組成變化趨勢(shì)一致，均可作為判斷牛膳食及其來(lái)源地的樣品材料，飼料對(duì)牛各組織中穩(wěn)定性碳同位素組成的影響遠(yuǎn)大于品種對(duì)其的影響［25］。牛各組織中的穩(wěn)定性碳同位素組成取決于主膳食成分，而少量的濃縮飼料、添加劑等飼料成分對(duì)其的影響很小，利用δ13C值可進(jìn)行產(chǎn)地溯源。

6　穩(wěn)定同位素在食品安全的發(fā)展前景

穩(wěn)定同位素溯源技術(shù)已經(jīng)成為食品安全領(lǐng)域中有效成分摻假、產(chǎn)地溯源、地域溯源、動(dòng)物飼料成分鑒別方面中有突出優(yōu)勢(shì)［26-29］。國(guó)內(nèi)外食品產(chǎn)假技術(shù)有多種檢測(cè)方法，同位素比值的檢測(cè)技術(shù)可以用于食品安全領(lǐng)域中鑒別食品成分產(chǎn)假，食品污染物來(lái)源，追蹤產(chǎn)品原產(chǎn)地及判斷動(dòng)物飼料原料產(chǎn)假等方面。目前，針對(duì)我國(guó)面臨的一些棘手的食品安全事件中的非法添加都可以有效的解決。比如三聚氰胺非法添加?jì)胗變耗谭?，IRMS已經(jīng)有相應(yīng)的研究工作，未來(lái)可以作為重要的檢測(cè)手段之一。還有些進(jìn)口橄欖油、中藥材及茶葉等食品的真?zhèn)?、溯源，IRMS分析技術(shù)均可擴(kuò)展到不同的應(yīng)用范圍。肉制品中同位素組成不僅僅受飼料中同位素影響，也受動(dòng)物代謝、飼料，或者不同地區(qū)（高原、平原等）飼養(yǎng)的影響，產(chǎn)地判斷難度增加，另外氣候環(huán)境、加工過(guò)程等因素對(duì)各組織中同位素組成有影響［30］。所以在穩(wěn)定同位素檢測(cè)基礎(chǔ)之上，動(dòng)植物的機(jī)理與環(huán)境之間關(guān)系的深入研究也是迫在眉睫。利用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜對(duì)蜂蜜、葡萄酒、食醋醬油等產(chǎn)地溯源的數(shù)據(jù)庫(kù)，建立一套檢測(cè)技術(shù)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)預(yù)警系統(tǒng)，可以不斷的降低成本、提高檢測(cè)效率，更在實(shí)際檢測(cè)工作中得以快速應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。

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Application of Stable Isotope Mass Spectrometry in Food Safety Inspection

DUAN He-jun，ZHAO Li-wen*
（Beijing Center Diseases Prevention and Control，Beijing 100013，China）

A review on the stable isotope mass spectrometry analysis technique and its application in food safety traceability and authenticity.Focuses on the application of its in infant milk powder adulterated，honey adulteration and provenance，adulteration of vegetable oils，drinks traceability and adulteration and animal food production traceability and adulteration detection.Meanwhile，made some suggestions to develop prospect in food safety.

stable isotope mass spectrometry；food safety；adulteration；traceability adulteration areas

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.049

北京市居民膳食雙酚A、壬基酚風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（2011-1013-01）

段鶴君（1978—），女（漢），副研究員，博士，研究方向：食品安全與評(píng)估。

趙立文，男，副主任技師。

2016-05-20