同位素指纹分析技术在食品产地溯源中的应用进展郭波莉Word文件下载.docx
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食品原产地;
同位素技术;
溯源
中图分类号:
TS201.6 文献标识码:
:
6819(2007320284206
郭波莉,魏益民,潘家荣.[J].农业工程学报,2007,23(3:
284-289.
GuoBoli,WeiYiminJPintheapplicationofisotopicfingerprintanalysistofoodorigintraceability[J].TransactionsE23(3:
284-289.(inChinesewithEnglishabstract
收稿日期:
2006205216 修订日期:
2006208215
基金项目:
国家自然科学基金(30671484;
“十五”国家重大科技专项(2001BA804A42
作者简介:
郭波莉(1974-,女,陕西渭南人,博士生,研究方向为农产品质量与食品安全。
北京 中国农业科学院农产品加工研究所,100094。
Email:
guoboli002@sohu.com
※通讯作者:
魏益民(1957-,男,陕西咸阳人,教授,博士生导师,研究方向为农产品质量与食品安全。
北京 中国农业科学院农产品加工研究所,5109信箱,100094。
weiyimin36@hotmail.com
0 引 言
建立健全食品追溯制度是保证食品安全、增强消费者对食品安全信心的基本原则之一。
食品的产地溯源是其非常重要的组成部分,它有利于实施产地保护,保护地区名牌,保护特色产品,确保公平竞争,并在疫病等食品安全事件发生时能有效防止食源性病原菌的扩散,有效召回产品。
瑞士公共卫生联邦局最新统计显示,82%的消费者表示食品的产地来源是他们购买选择食品的主要依据[1]。
同位素指纹分析是用于食品产地溯源的一项有效技术。
近年来,国际上在此方面进行了一些探索性的研究。
本文主要介绍了同位素指纹溯源技术的基本原理,产地溯源中几种常用同位素的变化机理,以及同位素指纹技术在食品产地溯源中的研究现状,旨在推动同位素溯源技术在食品安全领域的研究与应用,促进食品追溯制度的建立与完善。
1 同位素指纹溯源技术的基本原理
自然界中,生物体不断与外界环境进行物质交换,
体内同位素组成受气候、环境、生物代谢类型等因素影响而发生自然分馏效应,从而使不同来源的物质中同位
素自然丰度存在差异,这种差异携有环境因子的信息,反映生物体所处的环境条件。
生物体中稳定性同位素组成是物质的自然属性,可作为物质的一种“自然指纹”,区分不同来源的物质。
换言之,生物体中同位素指纹是
外部环境在生物体中打下的“烙印”[2,3]。
因此,同位素指纹是所有生物(包括食品产品的一个自然标签,它与生
物的生长环境密切相关,且不随化学添加剂的改变而改变,它能为食品产地溯源提供一种科学的、独立的、不可改变的,以及随整个食品链流动的身份鉴定信息。
利用此信息,不但可以直接判断产品的来源地,也可以作为一种监督、检查手段,确证货物是从认证的有机土地上生产出来的,确定标签上的声明和可追溯文档的真实性。
同位素的自然分馏效应是同位素指纹溯源技术的基本原理与依据。
2 产地溯源中常用同位素的变化机理
在食品产地溯源中,常用的同位素包括H、O、C、N、S、B、Sr和Pb。
不同的同位素组成受气候、地形、土壤及生物代谢类型等因素的影响其变化规律有很大差异。
2.1 氢、氧同位素
氢、氧是水分子的组成部分,它们是示踪水循环最
理想的同位素。
氢有1H、2H、3
H三种稳定同位素,常用2H1H表示稳定氢同位素组成;
氧有三种稳定性同位素:
16O、17O和18O,常用18O16O表示稳定氧同位素组
成[4]。
理论与实践研究表明,水中稳定性同位素比率在水循环中主要受混合作用及因物理条件如雨水的凝结、蒸发等变化引起同位素分馏作用而产生规律性的变化。
一般而言,自然界水中氢、氧同位素比率具有典型的纬
度效应、陆地效应、季节效应及高程效应,即∆18O、∆2H
4
82
值随纬度的增加而减小,由海岸向内陆方向呈递减趋势,气温越低重元素含量越低,海拔高度增加,∆18O、∆2H值减小,它们与地域密切相关[2]。
苏小四等分析了2000年8月~9月雨季和2001年3月~4月旱季黄河断面上河水的∆18O、∆2H的沿程变化情况,发现从黄河源头到入海口,黄河水具有稳定性同位素比例逐渐增大的趋势[5]。
水中的∆18O、∆2H值受温度和降水量的影响也发生变化。
高纬度地区影响降水中稳定同位素比率变化的主要因素是温度,在低纬度热带地区则是降水量,中纬度地区温度和降水量共同影响同位素比率的变化[6]。
动植物进行物质交换时,从环境中获得水,
素比率与其生长地域的环境直接相关。
2.2 碳同位素
有关,,∆13C值是生[7]。
根据植物固定CO2的方式可将其分为C3、C4和CAM植物。
不同种类植物的∆13C值有很大差异。
C3植物的∆13C值变化在-34‰~-22‰之间,以-27±
2‰范围内出现的频度最高;
C4植物的∆13C值变化在-19‰~-9‰之间,以-13±
2‰范围内出现的频度最高;
CAM植物的∆13C值变化范围较宽,在-38‰~-13‰之间,平均值为-17±
2‰,介于C3植物与C4植物之间[8]。
植物中碳同位素组成不但与其光合碳代谢途径有关,还受外界环境因子的影响。
据前人研究,影响植物碳同位素分馏的气候环境因素有温度、降水、压力、光照、大气压及大气中CO2的碳同位素组成等[8]。
温度是影响植物碳同位素分馏的重要气候因子,但它对植物∆13C值的影响结果比较复杂。
最近有学者认为∆13C-T是一种非线性关系,它具有抛物线的特征,抛物线的拐点对应着植物最佳生长温度点,如果温度低于最佳生长温度,∆13C-T则为正相关,反之,则为负相关。
植物在最佳生长温度点有最大的CO2的同化率和最大的碳同位素分馏。
植物的可利用水量也是影响植物碳同位素组成的重要因素。
当土壤含水量少、空气湿度降低以及降雨量不足时,植物为了减少水分的蒸发,会关闭气孔,导致气孔导通系数减小,从而引起植物叶内CO2浓度下降,光合作用产物的∆13C值升高,即∆13C值有随湿度的降低而增加的规律。
光照条件的变化可以影响植物叶子的气孔导通系数、CO2的吸收率及叶内CO2的分压,从而对植物的碳同位素组成产生影响,植物13C随光照的增强而增大。
大气压的变化可导致植物叶片内外CO2的分压(pipa的变化,从而影响植物碳同位素分馏。
许多研究结果表明,植物碳同位素组成随海拔高度的升高而变重,被认为主要是由大气压降低,植物的pipa值减小,植物碳同位素分馏变小的缘故。
此外,大气中的碳同位素组成不是一个常数,与大气的CO2浓度一样,它随时间和空间而发生变化。
通常情况下,CO2浓度较高的大气具有较低的∆13C值[8]。
2.3 氮同位素
氮有14N和15N,空气中14N15N值恒为1272,(N2的千分偏差来氮在地球上的丰度虽,氮是地。
不同来源的含氮物质中。
大气沉降NO-3的∆15N值范围为+2‰~+8‰,来自人类和动物废物的∆15N值其15N明显富集,范围为+10‰~+20‰,相反,人工合成的化学肥料的15N比较贫化,它们的∆15N值范围为-3‰~+3‰[9]。
植物中的氮取决于土壤中的氮池(硝酸盐和氨水,而土壤中氮同位素组成取决于地理和气候条件,并与农业施肥有关,它们会影响矿化、硝化、氮的吸收和反硝化等生物转化过程,进而影响氮同位素分馏效应和氮的流失程度[10]。
动物体中∆15N值受其食物源和新陈代谢两方面的因素影响。
呼吸过程导致相当大的氮同位素分馏,使氮同位素的富集度为3‰~4‰[11]。
2.4 硫同位素
硫同位素是金矿床研究中应用最广泛的稳定同位素之一,常用来判断成矿物质来源、探讨成矿构造、环境演化等,同时它也是研究酸雨中硫污染源的一项常用指标。
不同岩石类型中硫同位素组成有较大差异。
糜棱岩型矿石硫同位素值变化在-5.8‰~+0.8‰之间,峰值集中在0附近;
石英脉型矿石硫同位素值变化在+3.0‰~+11.0‰之间,但是峰值出现在+4‰和+8‰附近[12]。
不同地区降水中硫同位素组成有明显差异,这主要与大气污染的硫源有关。
在沿海地区以海源硫酸盐为主,而在重工业地区则以工业释放的SO2和固体颗粒物为主。
海源硫酸盐的∆34S值为典型的正值,大约为+20‰[13],煤炭燃烧产生的SO2和固体颗粒物的∆34S值随产煤地区的不同而异。
来自不同地区的煤和重油其形成的地质背景不同,它们的硫同位素组成有很大的差异,从而造成其燃烧产物中硫同位素组成不同。
珠江三角洲地区煤的燃烧产物SO2的硫同位素组成在4.1‰~5.7‰之间,颗粒物的硫同位素组成为11.8‰~12.3‰;
湘桂走廊地区煤的燃烧产物SO2的硫同位素组成在-19.4‰~1.7‰之间,颗粒物的硫同位素组成为-6.4‰~10.1‰[14];
贵阳地区煤炭的燃烧产生的SO2其∆34S平均值为-15.06‰,颗粒态硫∆34S582
第3期郭波莉等:
平均值为-2.32‰[15]。
土壤中硫同位素组成不但与地质环境、降雨等因素有关,还受施肥等农业生产条件
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