摘 要：本文详细的总结了稳定同位素比率质谱法在食品检测和溯源体系中的应用，并简单介绍其优缺点，最后展望其发展方向。
关键词：同位素比率质谱法；食品检测；溯源；应用
Abstract：In this paper， we mainly summarized the applications of stable isotope ratio mass spectrometry （IRMS） in food detection and traceability system. In the meantime， the merits and demerits of IRMS were introduced briefly. At last， the development direction of IRMS in food detection and food traceability was prospected.
Key words：Isotope ratio mass spectrometry （IRMS）； Food detection； Traceability； Application
中图分类号：O657.63；TS201.6
人们对日常食品的安全性和真实性的要求越来越高，然而，许多食品和食品配料，如蜂蜜、牛奶、果汁、饮料和食用油等都存在掺假的可能性。掺假行为不仅侵犯了消费者的合法权益，还严重损害食品市场的稳定发展[1-5]。基于此背景，有必要对食品掺假检测方法加以探索，逐步改善行业现状。就目前来看，各国均对食品安全以及食品质量管理问题给予了高度重视，以法国为代表的西方国家在食品追溯体系的构建与优化方面率先踏出了关键性的一步，由此可见，多元化的科学信息记录体系已经在现代生活中发挥出了越来越重要的作用[6-7]。在这些情况之下，产生同位素质谱检测技术。同位素质谱检测技术在食品质量控制和检测等多方面的研究正处于蓬勃发展阶段[8]。西方国家于20世纪80年代就各类食品展开了同位素分析，覆盖了水果、肉类、蔬菜和饮料等多个领域。本文详细的总结了稳定同位素比率质谱法在不同食品检测和溯源体系中的应用，并展望了其发展方向。
1 稳定同位素比率质谱法在食品分析和溯源中的應用
1.1 蜂蜜掺假鉴别
蜂蜜指的是一种天然甜味物质，其成分为蜜蜂自身分泌物和所采集的蜜露、植物花蜜或植物分泌物等，蜂蜜的形成还需要依靠充分的酿造过程[9]。然而，在纯正的蜂蜜中掺入糖浆和甜味剂的行为经常发生[10-11]。欧盟及其他国际蜂蜜标准、国际食品法典委员会[12-13]规定，蜂蜜的真实性包括蜂蜜品质、品种以及产地来源，商品蜂蜜必须标明蜂蜜的品种名称以及产地来源。就现阶段而言，元素分析-同位素比率质谱法（EA-IRMS）是国际通用的蜂蜜检测方法，主要原理在于对蜂蜜中C4植物糖浆含量的检测[14-15]。我国也在2002年颁布了《蜂蜜中C4植物糖含量测定方法——稳定C同位素比率法》的国家标准，应用稳定碳同位素质谱技术，以蜂蜜中的蛋白为内标，通过对蜂蜜及其蛋白中碳同位素δ13C值的测定，从而建立C4植物糖含量的测定公式，对防止蜂蜜掺假行为和规范蜂蜜产品市场产生了积极的作用。国外科学家探究表明，C3植物为蜜源植物的主要类型，就δ13C‰值而言，大约处于-30‰～-22‰。δ13C‰值位于-14‰～-9‰的C4植物则是高果糖玉米糖浆植物的主要产源。从化学成分来看，上述两种类型的植物往往会形成同样的碳水化合物，其区别之处表现在C同位素的比值方面。两种碳水化合物混合物的比例往往会决定混合物的C同位素比值。在上述研究基础之上，科研人员就掺有不同高果糖玉米糖浆比例的蜂蜜样品加以研究，样品来源于几百个不同的国家，样本类型分为两种，分别为人工制备和纯天然样品。样品检测结果表明，区别产假蜂蜜以及纯正蜂蜜的标准在于同位素比值不同，掺假蜂蜜δ13C值>-21.5‰，纯正蜂蜜δ13C值<-23.5‰。并计算得到，99.996%为假蜂蜜概率。胡柳花[16]等利用稳定C同位素质谱仪检测洋槐蜂蜜、紫云英蜂蜜和混合蜂蜜等在掺入玉米高转化糖浆以及蔗糖之后δ13C值的波动状态。结果发现，C4植物糖蔗糖和玉米糖浆的δ13C值偏离蜂蜜δ13C值较大；δ13C值与蜂蜜较为接近的糖类为C3植物糖大米麦芽糖以及甜菜糖。
1.2 果汁掺假鉴别
果汁掺假的主要方式为添加一些源于其他原料但是果汁中本身含有的组分，例如苹果汁中添加果葡糖浆、蛋白糖、柠檬酸苹果酸、香精和黄原胶等[17-18]。和检测蜂蜜真假的原理一样，利用稳定碳同位素可以检测果汁掺假。国外科学家测定了高果糖玉米糖浆的δ13C值为-9.7‰，然后，通过对纯苹果汁中的δ13C值的测定来验证C的稳定同位素丰度值在掺假果汁鉴定方面的作用，最终得到如下结论：仅从δ13C值来看，不同苹果汁的此项指标均为-25.4‰，由此可见，种植区位因素、品种因素这两类因素不会对苹果汁的δ13C值产生显著影响。牛丽影[19]等为了鉴别非浓缩还原果汁与浓缩还原果汁，采用IRMS法对NFC和FC橙汁与苹果汁中水的δD和δ18O值进行了测定，结果发现，NFC橙汁和苹果汁的δD与δ18O值均显著高于FC果汁，并且δD与δ18O 值与NFC果汁含量呈二次回归关系。利用稳定的C同位素分析很难检测出桔汁中是否掺有甜菜糖浆。于是科学家另辟蹊径，利用稳定H同位素进行鉴别。其研究结论建立在一项关键发现的基础之上，即桔汁蔗糖以及甜菜糖浆蔗糖中碳氢键中δ2H的平均值分别为-27‰与-143‰，从两者分离出的蔗糖δ2H值有明显的差别。
1.3 酒类掺假鉴别
从目前国内外葡萄酒市场的情况来看，假冒伪劣现象十分常见，主要掺假手段为在“半汁葡萄酒”“调配型葡萄酒”或年份较差葡萄汁中通过加糖处理发酵，以此来滥竽充数，冒充高端葡萄酒以高昂的价格出售。之所以会出现上述现象，主要原因在于现阶段尚未探索出一套较为科学、操作简便的高端检测手段[20]。蒋露[21]等采用了同位素分馏核磁共振技术和同位素质谱技术测定葡萄酒中稳定性同位素D/H和18O/16O的比值。结果发现，葡萄糖若在酿造前加入了糖，其次甲基位点（D/H）Ⅱ以及乙醇分子中甲基位（D/H）Ⅰ含量会呈现出特定的变化；而通过测定葡萄酒水分中18O/16O的比值，可有效地鉴别全汁葡萄酒和半汁葡萄酒。国外研究人员采用气象色谱-氧化-同位素质谱技术检测了170种欧洲酒类中的丙三醇，进行13C/12C的同位素比值测试，最后用丙三醇的δ13C值来判断酒中是否掺假，结果证实该法真实可靠。他们利用顶空气相色谱-氧化-同位素质谱技术检测多种气泡酒和软饮料的13C/12C同位素比值，这种方法不但包含全自动的分析系统，而且省去了前期的提纯和净化步骤，促进了通过测定CO2气体中的δ13C值来判断食品真实性的发展，但是，需要与其他同位素数据共同作为最终的测试和分析。
1.4 食醋质量鉴别
为了杜绝食醋伪劣掺假等一系列方法，相关人士探索出多种标准的工业醋酸检测方法，其中尤以如下两种方法的优势最为突出，分别为同位素质谱技术和天然同位素分馏核磁共振技术。上述两种技术结合使用，主要对醋酸来源加以鉴定，明确是否有工业醋酸的添加。上述鉴定方法的依据为C3植物的δ13C值与C4植物的δ13C值存在差异[22]。国外科学家以IRMS方法为依据，对天然来源醋酸以及工业醋酸及其对应的前提分子乙醇加以分析，上述两种来源的醋酸种类数分别为34种和19种，结果显示，在一些情况下，不能只依靠δ13C值数据的分析来对两种来源的醋酸进行有效地鉴定与分析，若能够有效结合SNIF-NMR技术的作用，那么便能够得到较好的区分效果。Ryota[23]等将研究对象定为14种食醋，以顶空固相微萃取-气相色譜-高温还原/氧化-同位素质谱联用技术为手段，对萃取参数加以优化，得到了δ13C值的测定结果重复性最佳的醋酸浓度值，即10 mg/mL。在此浓度值下进行醋δ2H值的测定，结果显示，C3植物来源以及C4植物来源的醋δ2H值分别为-180‰以下以及-180‰以上。在此基础上就醋原料成分加以分析鉴定，最终肯定了C4植物的主导地位。
1.5 食用油质量鉴别
从消费者的角度来看，掺伪植物油会严重威胁其身体健康[24-25]。金青哲[26]等将研究对象定为花生油与玉米油掺合物，以碳同位素比率质谱法为手段展开了检测分析活动。C3转化途径的花生油以及C4转化途径的玉米油脂肪酸组成的获得依靠GC方法来实现，主要脂肪酸δ13C值的确定以GC-EA-IRMS方法为依托。在完成上述工作之后，进行标准曲线的绘制，曲线内容为米油与花生油混合油中主要脂肪酸的δ13C值-混合比例。通过上述几个步骤的检测分析，能够确定花生油与玉米油中δ13C值具备较大差异，花生油掺合水平能够通过其与未知植物油的掺合处理来确定，检出比例约在15个百分点以上。Guo[27]等通过EA-IRMS和GC-IRMS法测定了从中国食用油籽样品及其单体脂肪酸中提取的12种油类的稳定碳同位素比值，结果表明，C3植物种子中提取出的油类其δ13C值的范围为-26.8‰～-30.7‰，而C4植物种子中提取出的油类其δ13C值在-14.1‰～-16.2‰。通过GC-MS法，18种脂肪酸被辨别出来，而它们的同位素丰度也被测量出来。从脂肪酸和稳定碳同位素比值的数据中可以找到一些灵敏的标记去检测中国食用油的掺假掺杂问题。Angerosa[28]等为了得到几种橄榄油样品的地理来源信息，采用稳定同位素比率质谱法分析测试了分别来自于希腊和摩洛哥等国家的油橄榄果实所制成的油的δ13C值以及δ13O值，结果发现，拥有不同气候特征的地区，其δ13C值以及δ13O值有所差异，而气候特征相近的地区，其同位素比值相近。
1.6 其他食品鉴别
同位素质谱技术在还可以应用于其他食品的分析鉴别，如王娜[29]等建立了GC/C-IRMS技术用于测定鱼油原料鳀鱼及其主要食物桡足类浮游动物的二十二碳六烯酸（DHA）、二十碳五烯酸（EPA）的C同位素。通过研究表明，不同生长环境中的食物来源的C同位素特征往往会在鱼体脂质的DHA、EPA中加以保存，这便是鱼体脂质的DHA、EPA的C同位素值会受生长环境因素的影响而表现出较大的差别的原因。鱼油品质的鉴别便可以通过DHA、EPA中C的同位素特征的对比来实现。张遴[30]等通过比较固体和液体进样技术，成功的探索出一条蔗糖、甜菜糖鉴别方法，主要以蔗糖和甜菜糖的同位素比率δ13C值为测定指标，充分发挥元素分析-稳定同位素比质谱联用技术的作用。
1.7 食品溯源
利用IRMS可以追溯动物的饲料原料，日粮成分往往会对产品中13C的丰度产生关键的影响作用，玉米便是其中典型的代表。相比于普通的牧草（C3植物）而言，玉米这种C4植物的δ13C值要相对较高，这一特征也会在主食相应饲料原料的动物体内加以延续。孙淑敏等将研究样本定为饲料样品、羊颈毛、羊肉，其来自于不同牧区，以IRMS法为手段，检测指标为δ13C值和δ15N值。研究结果显示，牧草种类会对不同地域羊组织的δ13C值、δ15N值产生严重影响，进而使其表现出显著差异。与此同时，还肯定了牧草与羊组织中δ13C值的相关性。另外，羊颈毛、粗脂肪、脱脂羊肉内的δ13C值和δ15N值的相关性更强。通过上述研究结果，可以确定稳定性C、N同位素在羊肉产地以及饲喂体系追溯活动中的重要参考作用，肯定了羊肉产地溯源研究过程中粗脂肪、羊颈毛、脱脂羊肉的重要参考作用。不过，受动物组织分馏作用的影响，动物组织中同位素组成的差异也较为明显，其对于日粮同位素组成的直观折射作用也会被一定程度的削弱。国外科学家分析表明，若遵循从小到大的规律，那么不同牛组织中δ13C值的顺序为：肾脏、肝脏、肌肉、毛发。以日粮为标准来加以分析，肾脏脂肪δ13C值相对较低，而血浆、毛发、肝脏、肌肉、全血中的δ13C值则相对较高。上述研究为牛奶地理溯源提供了一条可以遵循的依据。国外研究人员将研究目光着眼于中度泌乳水平的荷斯坦奶牛，就两种地理环境下奶牛所产牛奶的18O和2H的丰度展开分析，以当地饮水为参考指标，确定了当地饮水对牛奶内18O和2H的丰度的重要相关性。最后，还探讨了维度因素以及高度因素的影响作用，并得到了确定的结论。
2 结语
稳定同位素质谱在食品检测以及溯源的应用有以下优点：实验操作简便、灵敏度高、能够有效区分被追踪物质的来源。不过，还是应该认识到，这种方法同样具备着相应的弊端，实验结果会受到使用密度、气候条件等因素的影响，实验结果不稳定等，从客观上来讲，此方法能够在物种起源追溯、食品真伪鉴定等多个领域发挥出重要的作用，其未来发展潜力是不可小觑的。目前来说，已见报道的食品检测主要有蜂蜜、酒、肉类、食醋等等，其在食品检测以及溯源领域具备较大发展潜力。不过，从目前来看，稳定同位素分析法尚未得到有效的实践，其应用范围相对较窄，仍然需要就此课题进行更为深入的分析与探索，从而为广大消费者的健康以及知情权倾尽全力。
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