穩(wěn)定碳氫同位素在柑桔產(chǎn)地溯源中應用初探

【摘要】探索穩(wěn)定碳氫同位素對柑桔產(chǎn)地溯源的可行性。利用穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀測定了來自廣西、湖南、福建、四川4個地域來源的柑桔果汁中δ13C和δD值。比較分析不同產(chǎn)地來源的柑桔果汁中碳氫同位素組成的差異。結(jié)果表明，柑桔果汁中δ13C，湖南、福建兩地樣品與廣西、四川兩地樣品之間的δ13C值有極顯著差異，且后者高于前者；不同地域柑桔果汁中δD同位素組成有極顯著差異，排序依次為廣西>湖南>福建>四川，δD值有顯著的相關(guān)性，柑桔果汁的δD值有隨著地理緯度增加而減小的趨勢。說明可以根據(jù)柑桔果汁中δ13C和δD值推斷柑桔產(chǎn)地。

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)定碳氫同位素；柑桔；產(chǎn)地溯源

中國是柑桔的重要原產(chǎn)地之一，有4000多年的栽培歷史。柑桔色彩鮮艷、酸甜可口，是常見的美味佳果。然而我國柑桔資源豐富，無論是栽培品種，還是野生、半野生種以及天然或人工育成的雜種類型等都極為繁多，形態(tài)復雜，即使不同地域出產(chǎn)的柑桔外形上也十分相近。光從外觀和口感上很難區(qū)分其產(chǎn)地來源，而柑桔的各種營養(yǎng)成分、理化指標也大同小異，無法作為其產(chǎn)地來源的檢驗依據(jù)。由于目前常用的理化分析方法及質(zhì)量指標（可溶性固形物、糖類和氨基酸態(tài)氮等）難以對這兩種果汁進行區(qū)分，柑桔的產(chǎn)地溯源有利于保護原產(chǎn)地，保護地區(qū)名牌，保護特色產(chǎn)品，確保公平競爭，增強消費者對食品安全的信心，并能有效防止食源性病源的擴散。因此，須建立一種穩(wěn)定、有效的溯源檢測方法能準確的判斷柑桔的來源產(chǎn)地。

同位素溯源技術(shù)是國際上目前用于追溯不同來源食品和實施產(chǎn)地保護的一種有效工具，植物組織中的同位素組成直接與其生長的地理環(huán)境與氣候環(huán)境密切相關(guān)，其中主要受地形的高度、緯度，大氣壓力、溫度、濕度、降雨量等因素的影響。目前，通過檢測同位素豐度的方法判斷產(chǎn)地來源的植物源產(chǎn)品主要包括果汁、飲料、酒、海洛因、尼古丁、丹參等[1～3]。早在20世紀末，發(fā)達國家即著手穩(wěn)定同位素技術(shù)在食品真實性鑒別方面的研究，并取得了多項成果[4]。20世紀70年代，法國Bricout在對比NCF果汁和濃縮還原果汁的水中δD的研究中發(fā)現(xiàn)NFC果汁中明顯富集δD的現(xiàn)象[5]；德國Don-gmann的研究表明蒸騰作用使植物細胞組織內(nèi)的水分子中富集δD[6]。

國內(nèi)應用穩(wěn)定同位素鑒別食品真實性的研究雖起步較晚，但也取得了初步成果 ：1994年，馬希漢介紹了碳氫氧同位素在果汁真實性鑒別領(lǐng)域的應用原理[7]；2008年，牛麗影在實驗條件下研究了NFC果汁和濃縮還原果汁的氫氧同位素差異[8]；2011年鐘其頂利用氫和氧穩(wěn)定同位素實現(xiàn)NFC橙汁和濃縮還原橙汁的有效鑒別[9]。但穩(wěn)定性碳氫同位素用于植物源性食品產(chǎn)地溯源的應用研究較少，利用碳氫穩(wěn)定同位素判斷柑桔產(chǎn)地的研究還未見報道。本試驗分析了來自我國四大產(chǎn)區(qū)的柑桔中碳氫穩(wěn)定同位素的組成差異，探討了穩(wěn)定性碳氫同位素指標用于柑桔產(chǎn)地溯源的可行性。

1、試驗材料與方法

1.1試驗材料

柑桔：分別從廣西（永?？h）、湖南（永州）、四川（新津縣）、福建（漳州）4個省的不同地區(qū)果園里采集，裝入自封袋中保藏，采樣點的具體情況見表1。

1.2主要儀器設備

MAT253 穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀（德國Finnigan公司）。

1.3試驗方法

1.3.1樣品前處理 選取新鮮、飽滿、無病斑、無劃痕的柑桔，去除果梗、果核和果皮，切成狀放入攪拌機中攪拌5min，2000r/min離心10min取上清液，制柑桔果汁冷藏待用。將果汁轉(zhuǎn)至蒸餾瓶內(nèi)，真空濃縮，餾出液作為測定氫同位素，濃縮果漿冷凍干燥，充分研磨粉末轉(zhuǎn)移至自封袋中，標記后放人干燥器中保存作為測定碳同位素。

1.3.2穩(wěn)定性氫同位素比率檢測 按照DZ/T 0184.19-1997進行同位素氫的測定，結(jié)果以δD表示：

δD‰ = （R樣品/R標準 -1）×l 000

式中：

R樣品-----所測樣品中2H豐度與1H的豐度比；

R標準--- 國際標準樣品中2H豐度與1H的豐度比；

δD的標準物質(zhì)為V-SMOW。

1.3.3穩(wěn)定性碳同位素比率檢測 按照DZ/T 0184.17-1997進行同位素碳的測定，計算公式為：

δ13C‰ = （R樣品/R標準-1）×l 000

式中：

R樣品-----所測樣品中13C豐度與12C的豐度比；

R標準--- 國際標準樣品中13C豐度與12C的豐度比；

δ13C的相對標準為V-PDB。

采用Excell軟件對柑桔果汁中δ13C和δD進行相關(guān)性處理。

2、結(jié)果與分析

2.1不同地域來源柑桔果汁中的碳氫同位素組成特征

測定了來自廣西、湖南、福建、四川地區(qū)的樣品δ13C和δD，結(jié)果如表2所示。

2.2柑桔果汁中碳同位素

4個地域之間柑桔果汁中碳同位素組成均有差異，大小依次排序為四川>廣西>福建>湖南。湖南與廣西、四川樣品的碳同位素組成無重疊，而與福建樣品的碳同位素組成有部分重疊，湖南與福建樣品無顯著差異，而湖南、福建兩地與廣西、四川兩地樣品之間有極顯著差異，且四川、廣西樣品的δ13C值明顯高于福建、湖南的樣品。在陸生植物組織中13C/12C比發(fā)生變化的主要原因是由于植物固定CO2的方式不同。植物固定CO2可通過C3途徑（即卡爾文循環(huán)）、C4途徑（即C4二羧酸途徑）和景天酸代謝（CAM）途徑。在C3途徑中，二氧化碳的受體是1，5一二磷酸核酮糖，它接受CO2后，在1，5一二磷酸核酮糖羧化酶的催化下，形成兩分子的3一磷酸甘油酸，因為它是三碳化合物，故稱C3途徑。柑桔為C3植物，C3光合途徑在二氧化碳的固定過程中顯示出很強的同位素效應，由于二磷酸核酮糖羧化酶的作用，C3植物偏向于對質(zhì)量較輕的碳同位素12C的吸收（同位素分餾率為29），它們的13C/12C比較小，δ13C的負值相應較大，一般在-22‰～-33‰之間。

2.3柑桔果汁中氫同位素

不同地域柑桔果汁中δD同位素組成有極顯著差異，排序依次為廣西>湖南>福建>四川，δD值有顯著的相關(guān)性，柑桔果汁的δD值有隨著地理緯度增加而減小的趨勢。柑桔果汁都比純凈水富集δD，這是由于蒸騰作用使植物組織內(nèi)的水富集δD。其中柑桔果汁中δD比純凈水高約50%，這與馬希漢介紹的情況相符。造成柑桔果汁中和有差異的原因，有兩方面：其一，是果樹生長區(qū)域的地下水、地表水中氫同位素組成。陸地上的水分最終來源于海洋，水循環(huán)中的蒸發(fā)、凝降過程都會導致氫氧同位素分餾，其中高緯度地區(qū)、高海拔地區(qū)以及距離海岸線遠

的地區(qū)水中δD值比較低，果汁中的水歸根結(jié)底是根系吸收的地下水/地表水，其δD是果汁水中氫同位素組成的基礎(chǔ)；其二，果樹的蒸騰作用會使植物組織內(nèi)部的水比地下水/地表水富集δD，其蒸騰作用強度受果樹生長條件的影響，溫暖、干燥的地區(qū)蒸騰強度較大，更容易富集δD。因此，δD是判斷產(chǎn)品地理來源的理想工具[10]。

2.4δ13C和δD同位素溯源

以柑桔果汁中δ13C和δD數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用貝葉斯判別分析方法可將不同地域來源的柑桔區(qū)分開來，δ13C數(shù)據(jù)正確判別率對于廣西、湖南、福建、四川分別為80%、80%、60%、60%，整體平均正確判別率僅為70% ；δD數(shù)據(jù)正確判別率對于廣西、湖南、福建、四川均為100%。

3、結(jié)論

在本試驗中，各地柑桔果汁中δ13C和δD數(shù)據(jù)顯著不同，不同地域來源的柑桔果汁δD值的差異顯著，有隨著地理緯度增加而減小的趨勢。因此，δD可作為判斷產(chǎn)品地理來源的一個有力指標，柑桔果汁中 同位素組成均可反映柑桔來源地的信息。在今后的研究分析中還可聯(lián)合δ18O、δ15N、δ34S等穩(wěn)定同位素指標來進行產(chǎn)地溯源，構(gòu)成柑桔的穩(wěn)定同位素產(chǎn)地溯源指紋圖譜，以提高穩(wěn)定同位素分析技術(shù)對柑桔產(chǎn)地溯源的準確性和實用性。