食品產(chǎn)地溯源技術(shù)的建立及應用（一）

發(fā)布時間：2021-01-03 17:46 編輯者：周世紅

食品產(chǎn)地溯源是指從終產(chǎn)品（或中間產(chǎn)品）一步追溯到“源頭”，包括產(chǎn)地或產(chǎn)地的某一個單元?？勺匪輪卧拇笮『鸵?guī)模取決于食品原料種類和種養(yǎng)殖情況。一般而言，對植物源性食品，可追溯到一個基地或一個區(qū)域；對動物源性食品，可追溯到大型動物的個體或小型動物的群或養(yǎng)殖基地。

食品溯源體系的建立及應用對保障食品安全、增強消費者信心具有重要意義。食品產(chǎn)地溯源是食品溯源體系的重要組成部分，有利于實施食品原產(chǎn)地保護戰(zhàn)略，保護名牌，保護特色產(chǎn)品，穩(wěn)定市場秩序，并在食源性疾病爆發(fā)時，能較準確地定位其發(fā)生的區(qū)域和范圍，采取有效應急措施，遏制食源性病原菌的擴散，建立食品快速召回體系。食品產(chǎn)地溯源技術(shù)主要包括同位素指紋圖譜技術(shù)、紅外光譜指紋技術(shù)、DNA分子指紋圖譜技術(shù)、化學輪廓指紋圖譜技術(shù)以及耦合技術(shù)等。

目前發(fā)達國家，如英國、德國等，主要采用的食品產(chǎn)地溯源指標包括同位素比率、礦物元素含量及比例、DNA分子指紋、有機成分（蛋白質(zhì)、脂肪、醇類等）的含量、微生物圖譜、感觀特性及揮發(fā)性成分等。

一、基本原理

同一種食品的原料，由于產(chǎn)地環(huán)境不同和生產(chǎn)方式不同，其物理特性、化學組成、遺傳基礎存在或多或少的差異，即形成不同產(chǎn)地的“指紋”，這是食品產(chǎn)地溯源的基礎。食品產(chǎn)地溯源技術(shù)的基本原理是根據(jù)食品的特點及其產(chǎn)地分布，通過代表性、典型性和極端性取樣，測定可能表征食品產(chǎn)地特性的物理指標、化學指標和生物性指標等，借助主成分分析、判別分析、聚類分析等統(tǒng)計手段，篩選和確定表征不同食品產(chǎn)地的特征性指標，初步建立食品產(chǎn)地溯源模型。在此前提下，擴大取樣數(shù)量，對初步食品產(chǎn)地溯源模型進行修正，確定食品產(chǎn)地溯源的特征指紋圖譜，包括同位素指紋圖譜、紅外光譜指紋圖譜、DNA分子指紋圖譜、化學組成指紋圖譜、微生物指紋圖譜等，建立食品產(chǎn)地特征指紋圖譜數(shù)據(jù)庫。對于一個未知產(chǎn)地的食品，測定其相應的特征性指標值，通過產(chǎn)地溯源模型計算，可判別該食品的產(chǎn)地。

二、指紋圖譜種類

1、同位素指紋圖譜

在自然界，同一個元素具有多種核素，它們的化學性質(zhì)幾乎相同，核素的質(zhì)子數(shù)相同，但中子數(shù)（或質(zhì)量數(shù)）不同。這些具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的核素互稱為同位素。如碳元素具有¹¹C、¹²C、¹³C、¹⁴C和¹⁵C五種同位素，質(zhì)子數(shù)均為6，中子數(shù)分別為5、6、7、8和9。根據(jù)是否具有放射性，可將同位素分為放射性同位素和非放射性同位素。如¹¹C、¹⁴C和¹⁵C為放射性同位素，¹²C和¹³C為非放射性同位素。放射性同位素在食品科學中的應用已經(jīng)進行了大量的研究，而非放射性同位素(也稱穩(wěn)定性同位素)近年來在農(nóng)業(yè)與食品科學中才被廣泛應用。

穩(wěn)定性同位素的研究在生物學領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速。在環(huán)境科學領(lǐng)域，穩(wěn)定性同位素的非放射性以及非破壞性整合的特征，已被應用于研究植物與其生物和非生物環(huán)境相互作用。20世紀80年代以來，穩(wěn)定性同位素技術(shù)在植物生態(tài)學研究中得到廣泛應用和發(fā)展，也已成為研究植物-環(huán)境相互關(guān)系的強有力工具，可以解決許多其他方法難以解決的問題，成為生態(tài)學和環(huán)境科學領(lǐng)域最有效的研究手段之一。在植物生理生態(tài)學方面，穩(wěn)定同位素(²H、¹³C、¹⁵N和180）可對生源元素的吸收、水分來源、水分平衡和利用效率等進行測定，從而研究植物的光合作用途徑；在生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學方面，穩(wěn)定同位素技術(shù)可用來研究生態(tài)系統(tǒng)的氣體交換、生態(tài)系統(tǒng)功能及對全球變化的響應等；在動物生態(tài)學方面，穩(wěn)定同位素也已廣泛應用于區(qū)分動物的食物來源、食物鏈、食物網(wǎng)和群落結(jié)構(gòu)以及動物的遷移活動等。

近幾年來，穩(wěn)定同位素已廣泛應用于食品溯源體系的建立。其基本前提是自然界中同位素的分餾作用。同位素分餾是指自然界中由物理、化學以及生物作用所造成的某一元素的同位素在兩種物質(zhì)或兩種物相間分配上的差異現(xiàn)象。引起同位素分餾的主要機制有兩種。第一種是同位素交換反應，是不同化合物之間、不同物相之間或單個分子之間發(fā)生同位素分配變化的反應，是可逆反應；反應前后的分子數(shù)、化學組分不變，只是同位素濃度在分子組分間重新分配。第二種是同位素動力學效應，是指物理或化學反應過程中同位素質(zhì)量不同所引起的反應速率的差異，是不可逆反應；在不可逆反應中，結(jié)果總是導致輕同位素在反應產(chǎn)物中富集。同位素比值（R）為某一元素的重同位素豐度與輕同位素豐度之比，例如D/H、¹³C/¹²C、¹⁵N/¹⁴N、¹⁸O/¹⁶O、³⁴S/³²S等。由于自然界中輕同位素的豐度很高，而重同位素的豐度很低，R值就很低且冗長繁瑣不便于比較，故在實際工作中采用了樣品的δ值來表示樣品的同位素比值。樣品（sq)的同位素比值Rsp與一標準物質(zhì)(st)的同位素比值Rsp比較，比較結(jié)果稱為樣品的δ值，其定義為：

Δ（‰)=Rsp/Rsp—1）X1000

即樣品的同位素比值相對于標準物質(zhì)同位素比值的千分之差。

對同位素標準物質(zhì)的要求包括：組成均一、性質(zhì)穩(wěn)定；數(shù)量較多、可長期使用；化學制備和同位素測量的手續(xù)簡便；大致為天然同位素比值變化范圍的中值，以便用于絕大多數(shù)樣品的測定，可以作為世界范圍的零點。

穩(wěn)定同位素技術(shù)在植源性食品溯源中應用的原理是根據(jù)植物種類不同，對環(huán)境中的穩(wěn)定同位素吸收差異，以及不同瑋度、不同氣候區(qū)、不同地理條件（內(nèi)路與沿海）氫、氧、碳、氮、硫同位素豐度的差異。植物中氫氧穩(wěn)定同位素比例主要受降雨以及灌溉水的影響，降水受同位素大氣分餾的影響；植物中碳穩(wěn)定同位素比例受植物種類、氣候條件和農(nóng)藝措施的影響；植物中氮穩(wěn)定同位素比例受植物種類、土壤條件和肥料種類的影響。而動物源性食品同位素比例主要受飼料和飲用水的影響。不同產(chǎn)地的動物源飼料和飲用水等同位素構(gòu)成存在顯著差異，這就為動物源性食品產(chǎn)地溯源提供了可能。

1、氫穩(wěn)定同位素

氫，相對原子質(zhì)量為1.00782503207，自然界中其同位素分別是氕、氘和氚氣（¹H，H、³H）。氕原子核只有1個質(zhì)子，豐度達99.98%，是構(gòu)造最簡單的原子，在自然界中非常穩(wěn)定，其半衰期大于2.8X1023年；氘為氫的一種穩(wěn)定形態(tài)同位素，相對原子質(zhì)量為2.0141017778，也被稱為重氫，它的原子核由1個質(zhì)子和1個中子組成；氚，亦稱超重氫，相對原子質(zhì)量為3.0160492777，它的原子核由1個質(zhì)子和2個中子組成，并帶有放射性，會發(fā)生β衰變，形成質(zhì)量數(shù)為3的氦，其半衰期為12.32年，自然界中存在量極微，從核反應制得。表4-1為氫同位素的物理特性。氫同位素分析結(jié)果均以標準平均大洋水（StandardMeanOceanWater，即SMOW）為標準報導，D/Hsmow=(155.76±0.10)X10^-6。圖4-1所示為天然物質(zhì)氘同位素含量圖（Holden，2004)。