穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)對(duì)市售有機(jī)蔬菜的鑒別研究

廖望　范若寧　趙雅夢(mèng)

隨著生活水平的提升，人們對(duì)飲食的要求也逐步提高，開始尋找富有膳食纖維與多種維生素的食物，“輕食”概念悄然走紅。輕食起源于17世紀(jì)英國貴族的下午茶，最初是指那些制作簡單、食用方便的點(diǎn)心飲品，經(jīng)過幾百年發(fā)展，輕食的定義發(fā)生了翻天覆地的變化。如今的輕食指簡單、健康、自然、均衡的低糖、低脂食品，其烹飪方式多采用生食、蒸、煮等，避免油炸和爆炒，從而減少脂肪含量，更好地保持食品的原始滋味。

市面上的輕食品種包括蔬果沙拉、三明治、全麥面包等，各式各樣的輕食品種中不可或缺的配料就是蔬菜。目前，市面上售賣的蔬菜可分為常規(guī)蔬菜和有機(jī)蔬菜兩類。有機(jī)蔬菜是指在生長過程中不使用人工合成化肥、農(nóng)藥、食品添加劑等一系列非自然或?qū)Νh(huán)境有影響的物質(zhì)而培養(yǎng)出的蔬菜。相較常規(guī)蔬菜，有機(jī)蔬菜在生產(chǎn)上對(duì)環(huán)境的危害小，有助于作物的自然生長以及提高土地的可持續(xù)利用率。此外，有機(jī)蔬菜的口感更佳，有益維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量高于常規(guī)蔬菜，深受消費(fèi)者的青睞。但由于有機(jī)食品售價(jià)較高，無良商家使用普通食品代替有機(jī)食品的問題時(shí)有發(fā)生，有機(jī)食品的真實(shí)性問題受到廣泛關(guān)注。穩(wěn)定同位素指紋分析、DNA指紋圖譜、代謝組學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)等技術(shù)被認(rèn)為是食品真實(shí)性鑒定、摻假鑒別的有效工具。就有機(jī)蔬菜而言，它與常規(guī)蔬菜的主要差異在于種植中肥料的使用，常規(guī)食品在培育過程中會(huì)加入化肥等無機(jī)肥料，而有機(jī)蔬菜在生產(chǎn)過程使用動(dòng)物糞便等純天然肥料，因此它們?cè)谔?、氮等同位素比值上存在差異，?5N、δ13C等同位素比值是鑒別有機(jī)食品的指標(biāo)之一。

穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜（Isotope Ratio Mass Spectrometry 簡稱IRMS）是測(cè)量C、N、O、S等元素穩(wěn)定同位素比值的分析儀器，其原理是通過高溫轉(zhuǎn)化將樣品中的氮（和碳）轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)猓ê投趸迹?，隨后運(yùn)用質(zhì)譜儀進(jìn)行定量分析，在追溯食品產(chǎn)地和食品污染源、鑒別有機(jī)食品和食品摻假及示蹤農(nóng)（獸）藥在生物體內(nèi)吸收、代謝和分布規(guī)律等研究中有著廣泛應(yīng)用。

本實(shí)驗(yàn)利用穩(wěn)定同位素比技術(shù)對(duì)市售有機(jī)蔬菜和普通蔬菜的穩(wěn)定同位素比值特征進(jìn)行對(duì)比研究，為市售有機(jī)蔬菜的真實(shí)性鑒別提供了一種研究方法。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與材料

同位素比質(zhì)譜儀（Delta V advantage，美國Thermo Fisher公司）；高通量冷凍研磨儀（48LD，上海般諾生物科技有限公司）；電子天平（WXTS3DU，梅特勒-托利多上海有限公司）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9145A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（USGS40；USGS41）。

1.2樣品前處理方法

隨機(jī)選取上海市普陀區(qū)菜市場(chǎng)銷售的7種常見輕食蔬菜，每種蔬菜分別采購有機(jī)和常規(guī)標(biāo)識(shí)的兩種品種。

樣品處理參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2419-2013，對(duì)新鮮植物樣本進(jìn)行預(yù)處理：首先分別取50mg新鮮植株剪碎，在100℃烘箱中烘30min殺青，后降溫至80℃烘干至易碎狀態(tài)。其次采用球磨機(jī)將烘干后的樣品粉碎，置于離心管中備用。最后將粉末狀樣品用錫紙杯對(duì)每種樣品平行包樣4個(gè)，稱量質(zhì)量為150-300μg。

1.3數(shù)據(jù)采集與分析方法

數(shù)據(jù)采集利用同位素比質(zhì)譜儀完成，其參數(shù)條件如下。元素分析儀參數(shù)設(shè)定：高溫裂解爐980℃，載氣吹掃流量設(shè)為180mL/min，氧氣注入流量設(shè)為175mL/min，注入2-4秒。

數(shù)據(jù)分析方法如下：根據(jù)同位素比值標(biāo)準(zhǔn)品實(shí)測(cè)值與理論值之比對(duì)樣本的δ15N和δ13C測(cè)量值進(jìn)行校正，其中USGS40和USGS-41a兩種標(biāo)準(zhǔn)品δ15N理論值分別為-4.52和47.55，δ13C理論值分別為-26.39和36.55。

2.結(jié)果與討論

2.1不同蔬菜的δ15N和δ13C值總體特征比較

采用元素分析儀-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀檢測(cè)各蔬菜中碳、氮穩(wěn)定同位素比值，譜圖如圖1所示，譜峰分別為參考?xì)猓≧ef N2和Ref CO2）、樣品中碳元素轉(zhuǎn)化的CO2（samp N2）及氮元素轉(zhuǎn)化的N2（samp N2）；有機(jī)蔬菜和常規(guī)蔬菜中δ15N箱式圖如圖2所示，可以看出有機(jī)蔬菜的δ15N普遍高于常規(guī)蔬菜。

2.2有機(jī)蔬菜和常規(guī)蔬菜δ13C的對(duì)比

對(duì)同一蔬菜的常規(guī)和有機(jī)兩種類型樣品分別進(jìn)行檢測(cè)，δ13C的對(duì)比結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，在兩種生菜及苦細(xì)葉、西蘭花、菠菜中，有機(jī)樣品的δ13C平均值均略高于常規(guī)樣品，而在芝麻菜和紫甘藍(lán)中，常規(guī)樣品的δ13C平均值略高于有機(jī)樣品，δ13C值在絕大部分有機(jī)和常規(guī)蔬菜中的差別并不明顯。

此外，本研究還對(duì)同種有機(jī)蔬菜不同部位δ13C值進(jìn)行對(duì)比。如表2所示，西蘭花的花蕾平均δ13C值為-25.53‰，略高于根莖δ13C值，基本無差別。菠菜葉部的δ13C值略高根莖，可以看出，同種蔬菜不同部位δ13C值未發(fā)生明顯變化。因此，僅利用δ13C值無法對(duì)有機(jī)蔬菜進(jìn)行準(zhǔn)確有效的鑒定。

2.3有機(jī)蔬菜和常規(guī)蔬菜δ15N值的對(duì)比

對(duì)不同類型蔬菜的δ15N值進(jìn)行對(duì)比，從圖2中可知，在7種蔬菜中，菠菜的δ15N比值處于較高水平（δ15N值范圍為16.59-21.11‰），平均值為18.25‰，芝麻菜略低，δ15N值范圍為6.27-16.00‰，平均值為11.08‰。相比之下，紫甘藍(lán)和西蘭花的δ15N范圍明顯降低，可以得出蔬菜δ15N值的大小順序?yàn)椴げ?gt;芝麻菜>綠生菜>紅生菜>苦細(xì)葉>紫甘藍(lán)>西蘭花。從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，同種類蔬菜如同屬萵苣屬的綠生菜和紅生菜的δ15N值十分接近，分別為8.12‰和8.01‰，說明同種蔬菜之間的δ15N值極為相近。

2.3.1同種蔬菜不同部位的δ15N值比較

同種蔬菜不同部位的δ15N值比較如表3所示，其中有機(jī)西蘭花花部平均δ15N值小于有機(jī)西蘭花的莖部δ15N平均值，有機(jī)菠菜的葉部δ15N平均值小于有機(jī)菠菜莖部的δ15N平均值。在兩種蔬菜的常規(guī)樣品中，也存在著莖部δ15N值大于花部/葉部δ15N值的規(guī)律。因此可以得出，植物底部的δ15N值略高于其上部分，也符合植物對(duì)肥料的吸收和由根部向上運(yùn)輸?shù)囊?guī)律。

2.3.2差異顯著性分析

將蔬菜按照采購商標(biāo)上有機(jī)與無機(jī)類型分組，通過T-檢驗(yàn)分析兩組間差異是否顯著，當(dāng)p值<0.05時(shí)，可認(rèn)為兩組總體有顯著差異，其結(jié)果如表4所示。對(duì)于綠生菜，檢測(cè)出有機(jī)樣品δ15N值范圍顯著高于常規(guī)樣品（p值為7.71E-06<0.05），有機(jī)紅生菜也略高于常規(guī)紅生菜（δ15N值范圍6.76-7.58‰），苦細(xì)葉、芝麻菜、西蘭花等有機(jī)蔬菜樣品檢測(cè)的δ15N值范圍均大于常規(guī)樣品且都存在明顯差異。因此，對(duì)同種蔬菜而言，有機(jī)蔬菜的δ15N值大于常規(guī)蔬菜，蔬菜中的δ15N值測(cè)定可以作為有機(jī)或常規(guī)蔬菜的判斷條件。

小結(jié)

本課題對(duì)普陀區(qū)市場(chǎng)上銷售的7種常見輕食蔬菜進(jìn)行δ15N和δ13C同位素比值特征研究，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行T-檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)有機(jī)蔬菜樣品的δ15N值普遍高于其對(duì)應(yīng)的常規(guī)蔬菜樣品，且其根部的δ15N值也略大于其尖部。因此，認(rèn)為有機(jī)蔬菜的δ15N同位素比值普遍高于無機(jī)蔬菜，而有機(jī)蔬菜和常規(guī)蔬菜的δ13C值沒有顯著差異，可以推斷出δ13C值并不適用于蔬菜的有機(jī)鑒定。本研究表明，蔬菜樣品中δ15N同位素比值可作為一種判斷輕食蔬菜是否為有機(jī)蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)。