食品溯源技術(shù)研究進(jìn)展

馬慧鋆，余冰雪，李妍，晉澤怡，張曉力*

1 (北京工商大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京，100048) 2(吉林大華機(jī)械制造有限公司， 吉林 長春，130103)

食品溯源技術(shù)研究進(jìn)展

馬慧鋆1，余冰雪1，李妍2，晉澤怡1，張曉力1*

1 (北京工商大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京，100048) 2(吉林大華機(jī)械制造有限公司， 吉林 長春，130103)

食品安全是關(guān)乎每個(gè)人民的生存大事，而食品溯源技術(shù)是解決食品安全性問題的重要技術(shù)之一。文中主要從物理、化學(xué)、生物方法3種食品溯源技術(shù)展開討論，分別討論了近紅外光譜溯源技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽溯源技術(shù)、同位素溯源技術(shù)、礦物元素溯源技術(shù)、有機(jī)成分溯源技術(shù)、虹膜特征技術(shù)和DNA溯源這7種溯源方法的原理與國內(nèi)外研究進(jìn)展，并對(duì)這7種技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，分別討論了其優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用前景。

食品溯源；物理方法；化學(xué)方法；生物方法

民以食為天，隨著人民生活水平的提高，人們?cè)絹碓阶⒅厥称钒踩Ｒ鉀Q食品安全性問題有效的方法之一就是食品溯源?！笆称匪菰础笔恰笆称焚|(zhì)量安全溯源體系的簡(jiǎn)稱”，最早是因“瘋牛病”而建立起來的溯源體系，在后來逐漸應(yīng)用到食品方面。歐盟要求從2005年1月1日起在歐盟內(nèi)銷售的所有食品都可進(jìn)行追蹤與溯源，否則不允許進(jìn)行買賣與交易；美國雖然沒有強(qiáng)制性的食品可溯源體系，但仍要求產(chǎn)品進(jìn)行登記與產(chǎn)品的完整性溯源報(bào)告[1]。在國內(nèi)，溫家寶已向世界做出承諾：“中國人將從根本上改善中國產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全現(xiàn)狀，絕不能以人的健康和生命換取企業(yè)的利益和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。食品安全問題的背后是對(duì)人民生活、社會(huì)穩(wěn)定等方面嚴(yán)重的危害”[2]。食品溯源的目的是為了提升消費(fèi)者對(duì)食品消費(fèi)的信心，提升國際競(jìng)爭(zhēng)力。

1 食品溯源技術(shù)

1.1 物理方法溯源

1.1.1 近紅外光譜溯源

近紅外光是光譜范圍在780～2 526 nm 的介于可見光和中紅外光之間的電磁波，通過采集光譜信息并借助化學(xué)計(jì)量法進(jìn)行建模，通過各個(gè)光譜反映樣品中有機(jī)物的組成成分與含量，再利用有機(jī)物成分與含量的不同來進(jìn)行食品溯源。常用的化學(xué)計(jì)量方法有：簇獨(dú)立軟模式分類法(soft independent modeling of class analogy，SIMCA)、線性判別分析(linear discriminant analysis，LDA)、偏最小二乘法(partial least squares-discriiminate analysis， PLS-DA)、主成分分析(principal component analysis，PCA)、聚類分析(cluster analysis，CA)、正則化分析(regularized discriminant analysis，RDA)等，用近紅外光譜對(duì)食品進(jìn)行溯源結(jié)合不同的化學(xué)計(jì)量方法會(huì)有不同的效果。SINELLI等在利用近紅外光譜技術(shù)分別結(jié)合LDA和SIMCA兩種化學(xué)計(jì)量方法對(duì)112組初榨橄欖油進(jìn)行分類，并利用傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)方法對(duì)112組橄欖油樣品進(jìn)行分類，對(duì)比兩種方法，結(jié)果表明近紅外光譜分析法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，說明近紅外光譜分析法是一個(gè)可靠，廉價(jià)和快速的分類工具[3]。COZZOLINO等利用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合最小二乘法(PLS-DA)、主成分分析(PCA)和線性判別分析(LDA)技術(shù)對(duì)巴拉圭茶的地理起源進(jìn)行標(biāo)識(shí)，利用PLS-DA和LDA技術(shù)獲得的整體分辨率分別為76%和100%，結(jié)果表明近紅外光譜技術(shù)結(jié)合多變量分析可作為一種快速、客觀的巴拉圭茶地理起源標(biāo)識(shí)技術(shù)[4]。MARIA等用近紅外光譜技術(shù)對(duì)38組2個(gè)品牌來自3個(gè)不同地區(qū)(巴西的納塔爾、薩爾瓦多和里約熱內(nèi)盧)的乳粉進(jìn)行蛋白質(zhì)含量測(cè)定，主成分分析(PCA)和偏最小二乘(PLS)多元校正被用來預(yù)測(cè)總蛋白，簇獨(dú)立軟模式分類法(SIMA)也被用于全譜分類，最終分類結(jié)果接近100%，因此近紅外光譜技術(shù)是一種很有前途的食品分類溯源法[5]。SUM等對(duì)來自3個(gè)牧場(chǎng)2個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)的羔羊肉進(jìn)行產(chǎn)地溯源分析與預(yù)測(cè)羊肉中的13C和15N的值，利用PCA、PLS-DA、LDA和偏最小二乘回歸(partial least square regression，PLSR)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終結(jié)果表明近紅外光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量方法可作為一種快速、有效的地理溯源與13C、15N值估計(jì)法[6]。HAUGHEY等對(duì)來自不同地區(qū)的137個(gè)玉米酒糟及可溶物(distillers dried grains with solubles， DDGS)進(jìn)行分析，利用不同的近紅外光譜儀結(jié)合不同化學(xué)計(jì)量法對(duì)DDGS進(jìn)行地理起源分析，結(jié)果表明2種方法都能很好的將不同地理起源DDGS樣品區(qū)分開來[7]。管蹺等采用近紅外光譜并結(jié)合模式識(shí)別技術(shù)對(duì)4個(gè)品牌共160組食醋進(jìn)行分析，分別用多元散射校正(multiplicative scatter correction， MSC)、二階導(dǎo)數(shù)(secondary derivative， SD)、標(biāo)準(zhǔn)正交變量變換(standardized normal variate，SNV)這幾種不同光譜預(yù)處理方法，并用PLS-DA與SIMCA兩種建模方式，最后結(jié)果表明用近紅外光譜技術(shù)對(duì)食醋進(jìn)行產(chǎn)品溯源，并用MSC與SD結(jié)合的方法對(duì)光譜預(yù)處理，并用SIMCA的方法進(jìn)行建模的方法可以實(shí)現(xiàn)溯源目的且溯源效果最好[8]。李勇等對(duì)來自4個(gè)不同地區(qū)的58個(gè)肉牛牛肉樣品處理后利用近紅外光譜分析技術(shù)并結(jié)合主成分分析(PCA)、聚類分析(CA)、判別分析(LDA)建模，最后成功地對(duì)牛肉進(jìn)行了產(chǎn)品溯源，且正確率高[9]。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)及標(biāo)簽溯源

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的物與物之間互聯(lián)的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)一般由射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)系統(tǒng)、產(chǎn)品命名服務(wù)器(object naming service，ONS)、信息服務(wù)器(physical markup language，PML)和應(yīng)用管理系統(tǒng)這四部分組成。其中RFID是物聯(lián)網(wǎng)溯源的基本技術(shù)，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。標(biāo)簽溯源主要是利用條碼技術(shù)并結(jié)合相應(yīng)的硬件設(shè)備進(jìn)行溯源。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間采用RFID技術(shù)對(duì)畜禽類產(chǎn)品進(jìn)行追溯。但RFID技術(shù)其成本較高，因此電子印刷為實(shí)現(xiàn)超低成本的RFID提供了一個(gè)有效的途徑[10]。在過去的十年來，RFID技術(shù)在食品供應(yīng)鏈中的可追溯系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)快速增長中扮演著重要角色。AMADOR和EMOD開發(fā)了一個(gè)RFID溫度溯源系統(tǒng)用于物流運(yùn)輸管理，最大限度地減少所采用的傳感器數(shù)量，只監(jiān)測(cè)熱相關(guān)地的位置[11]。CATARINUCCI等采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks，WSN)與RFID系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)從葡萄園到葡萄酒消費(fèi)的可追溯性以及相關(guān)電磁和部署問題，證實(shí)了物聯(lián)網(wǎng)溯源技術(shù)的可行性[12]。在國內(nèi)，2012年開發(fā)研制了小麥粉溯源系統(tǒng)，其將二維碼與RFID技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)原材料的編碼規(guī)則、加工和可追溯批次等，并將該系統(tǒng)在小麥面粉廠應(yīng)用一年，最后結(jié)果表明可溯源能力明顯提高[13]。2013年開發(fā)和評(píng)估了一個(gè)牛/牛肉溯源系統(tǒng)，該系統(tǒng)由RFID、個(gè)人數(shù)字助理(personal digital assistant，PDA)技術(shù)及條碼打印技術(shù)組合成，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化結(jié)果，表明應(yīng)用該系統(tǒng)獲得了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和傳輸及高效率的牛牛肉供應(yīng)的信息跟蹤[14]。

1.2 化學(xué)方法溯源

1.2.1 同位素溯源

同位素溯源技術(shù)的基本原理與依據(jù)是同位素的自然分餾效應(yīng)[15]。穩(wěn)定同位素比值可以反映動(dòng)植物種類及其所在環(huán)境，因此，穩(wěn)定同位素可用來提供食品信息，用作食品溯源研究[16]。在食品溯源中，常用的同位素有C、H、O、N、S、B、Sr、和Pb。不同種類的同位素相應(yīng)的分析技術(shù)也不同，C、H、O、N、S等輕同位素一般用同位素比率質(zhì)譜儀(isotope ratio mass spectrometry，IRMS)和相應(yīng)的同位素分餾-核磁共振儀(site-specific natural isotope fractionation -nuclear magnetic resonance，SNIF-NMR)進(jìn)行分析，而Sr、Pb、等重同位素一般用熱電離質(zhì)譜(thermal ionization mass spectrometry，TIMS)和多收集器等離子體質(zhì)譜(multi-collector magnetic sector Inductively coupled plasma mass spectrometry，MC-ICP-MS)進(jìn)行分析。應(yīng)用同位素對(duì)食品進(jìn)行產(chǎn)地溯源時(shí)也需結(jié)合相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量的方法。在葡萄酒來源分析中用到的元素包括C、H、O、N、Pb和Sr等。其中C、H、O等輕元素受氣候等影響較大，易發(fā)生改變， Sr的同位素受季節(jié)溫度影響不大，因此可以用來做為葡萄酒產(chǎn)地溯源分析的同位素[17]。還有研究發(fā)現(xiàn)葡萄酒中的87Sr、86Sr比值與土壤中的差異不大，因此更能確定可用Sr對(duì)葡萄酒產(chǎn)地進(jìn)行溯源[18]。CAMIA等應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(inductively coupled plasma optical emission specrometry，ICP-OES)對(duì)來自阿根廷拉藩帕的32組蜂蜜樣品進(jìn)行分析，并使用主成分分析(PCA)，聚類分析(CA)，線性判別分析(LDA)等化學(xué)計(jì)量方法，結(jié)果表明，以樣品獲得地圣羅莎省省會(huì)城市為中心方圓50 km內(nèi)蜂蜜與其他地方的蜂蜜有著明顯的不同，因此應(yīng)用該方法可實(shí)現(xiàn)了蜂蜜的產(chǎn)地溯源[19]。MOLKENTIN等用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)成功鑒別有機(jī)牛奶與一般的牛奶，發(fā)現(xiàn)有機(jī)牛奶中的13C、15N含量與一般奶中該元素含量有著明顯的不同，并運(yùn)用多變量分析法以增加魯棒性減少有機(jī)牛奶中的例外認(rèn)證，成功實(shí)現(xiàn)牛奶溯源[20]。CAMIN等對(duì)產(chǎn)自意大利的橙子、克萊門氏的桃子、小柑橘、草莓等進(jìn)行成分同位素分析，發(fā)現(xiàn)15N/14N的比例，抗壞血酸(VC)和可溶性固形物是用來區(qū)分有機(jī)水果與常規(guī)栽培水果的區(qū)別，結(jié)合同位素和化學(xué)標(biāo)記物鑒別不同品種的有機(jī)水果與傳統(tǒng)水果這一功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)[21]。RUMMEL等用87Sr/86Sr的比值區(qū)分來自歐洲不同地區(qū)的208頭牛，并成功分辨這些牛來自12個(gè)不同的歐洲地區(qū)，這證明鍶同位素溯源技術(shù)可成功用于牛的產(chǎn)地溯源[22]。在國內(nèi)方面，陳歷水等研究發(fā)現(xiàn)13C和15N可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)黑加侖果汁產(chǎn)地的有效溯源，不同地區(qū)黑加侖果實(shí)中的15N值有著顯著差異，且15N值隨著地理緯度增加呈減小的趨勢(shì)，部分地區(qū)的13C值有著顯著差異，且其值與土壤中含量有著明顯的相關(guān)性[23]。呂軍等利用多種穩(wěn)定同位素對(duì)來自山東省、內(nèi)蒙古自治區(qū)和山西省的牛肉進(jìn)行產(chǎn)地溯源分析，測(cè)定其粗蛋白中13C、15N、2H和18O的值，并對(duì)其進(jìn)行分析，結(jié)果表明13C、15N、2H和18O值可對(duì)牛肉產(chǎn)地進(jìn)行追溯，且可用13C推測(cè)各地牛肉飼料的主要成分[24]。

1.2.2 礦物元素溯源

植物中的礦物元素的成分與含量與食品所處的環(huán)境密切相關(guān)，且礦物元素比較穩(wěn)定，因此利用礦物元素進(jìn)行植物產(chǎn)地溯源切實(shí)可行；動(dòng)物體內(nèi)的礦物元素也會(huì)顯現(xiàn)出地區(qū)差異性。在國內(nèi)外都有利用礦物元素進(jìn)行溯源的實(shí)例。在國外方面，HERNNDEZ等人利用原子吸收分光光度法測(cè)定了來自加那利群島和其他地方生產(chǎn)的116份蜂蜜樣品中的10種金屬含量，并通過主成分分析、聚類分析、判別分析和邏輯回歸分析(logistic regression，LR)，最后成功確定了蜂蜜樣品的起源[25]。BETTINA等測(cè)定來自不同國家的56種家禽肉和53種干牛肉樣品中的礦物元素含量，利用方差分析(analysis of variance，ANOVA)和線性判別分析(LDA)法識(shí)別單一或組合元素，最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明用As、Na、Rb、Se、Sr和Tl這些元素對(duì)家禽肉進(jìn)行分類溯源的正確率為77%，用As、B、Ba、Ca、Cd、Cu、Dy、Er、Fe、Li、Mn、Pd等元素對(duì)牛肉溯源正確率為79%[26]。趙海燕等利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測(cè)定來自4個(gè)地區(qū)120份小麥中的24種礦物元素的含量，并對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、主成分分析和判別分析，最后發(fā)現(xiàn)不同地域小麥中元素含量各有不同，結(jié)果表明不同地域來源的大多數(shù)樣品都能被正確區(qū)分，且還篩選出11項(xiàng)可用于礦物溯源的元素[27]。何忠萍等采用全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)測(cè)定蜂蜜樣品中礦物元素含量，在單目標(biāo)溯源方法基礎(chǔ)上引進(jìn)啞變量回歸和校正模型，從而建立了產(chǎn)地和蜜源雙目標(biāo)溯源方法[28]。龔自明等采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES)法對(duì)來自湖北四大茶區(qū)35份茶樣中的K、Ca、Mg、Mn等9種礦物元素進(jìn)行分析測(cè)定，結(jié)果最終篩選出6項(xiàng)可用于綠茶產(chǎn)地判斷的指標(biāo)分別為K、Ca、Mg、Mn、Fe和Mo，用其建立的判別模型溯源正確率為100%[29]。

1.2.3 有機(jī)成分溯源

有機(jī)成分主要為脂肪、蛋白質(zhì)、糖類、維生素和香氣成分等組成，不同來源的同一種食品的有機(jī)成分與含量有著明顯的差異，這也為其產(chǎn)地追溯提供了可能性，該技術(shù)主要是利用氣相色譜法(gas chromatography，GC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)和高效液相色譜法(high performance liquid chromatography，HPLC)等方法測(cè)定其有機(jī)成分的組成與含量[30]。有機(jī)成分中的葡萄糖、脂肪酸、維生素和氨基酸等常用來作為食品產(chǎn)地溯源的指標(biāo)。STANIMIROVA等研究基于揮發(fā)性化合物驗(yàn)證蜜蜂產(chǎn)地的可能性，采用頂空固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)結(jié)合全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(gas chromatography time-of-flight mass spectrometry，GC-TOF-MS)來分析蜂蜜的揮發(fā)性成分，分別利用線性判別分析(LDA)、簇獨(dú)立軟模式分類法(SIMCA)、判別偏最小二乘法(distinguish partial least squares，DPLS)和支持向量機(jī)(support vector machine，SVM)對(duì)蜂蜜進(jìn)行產(chǎn)地判斷，最后結(jié)果表明GC-TOF-MS法結(jié)合LDA、DPLS和SVM可以成功應(yīng)用于鑒別非原產(chǎn)地保護(hù)認(rèn)證的蜂蜜[31]。DIRAMAN等對(duì)268組橄欖油樣品進(jìn)行分析，這些樣品來自6個(gè)不同地區(qū)，對(duì)其脂肪酸進(jìn)行分析測(cè)量，結(jié)合判別分析法對(duì)兩組不同年份采集橄欖油的產(chǎn)地溯源正確率分別為74.5%和74.8%，該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)油酸、亞油酸、亞麻酸、十七烷酸、棕櫚酸及其反式同分異構(gòu)體是最好的橄欖油溯源有機(jī)物[32]。LONGOBARDI等對(duì)揮發(fā)性化合物和同位素含量及比值進(jìn)行分析用來預(yù)測(cè)意大利馬鈴薯的地理起源地點(diǎn)，利用頂空固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜(HS-SPME/GC-MS)和同位素比質(zhì)譜(IRMS)來測(cè)定馬鈴薯中的揮發(fā)性成分和同位素，最后結(jié)果表明兩者單獨(dú)分析所得產(chǎn)地溯源正確率相同都為91.7%，而揮發(fā)性成分和同位素兩者結(jié)合可得到100%的產(chǎn)地判別正確率[33]。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明揮發(fā)性物質(zhì)可用于食品的產(chǎn)地溯源，結(jié)合同位素的話，溯源正確率會(huì)有所提高。在國內(nèi)方面，程碧君等從不同省份隨機(jī)采集牛肉樣品，比較這些樣品中的脂肪酸組成及含量特征，初步建立用于牛肉產(chǎn)地溯源的脂肪酸體系，篩選有效脂肪酸指標(biāo)體系并建立模型，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)區(qū)的牛肉中脂肪酸的組成和含量有顯著差異，可用來鑒別牛肉產(chǎn)地來源[34]。胡德玉等對(duì)來自中國17個(gè)產(chǎn)地的臍橙進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)臍橙中可溶性固形物含量、可滴定酸度(titratable acidity，TA)、糖組分、有機(jī)酸、氨基酸含量等的物理特性及化學(xué)成分均顯著不同。其中可溶性固形物含量與年平均氣溫、降雨量、日照時(shí)間顯著相關(guān)，TA和VC含量與年平均溫度、日照數(shù)相關(guān)等等，這些都為臍橙的產(chǎn)地溯源提供了可能[35]。馬奕顏等利用理化分析方法對(duì)來自4個(gè)地區(qū)90個(gè)獼猴桃樣品測(cè)定VC、VE、總糖含量，并用穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜儀測(cè)量其碳、氮、氫同位素的比率，利用判別分析法研究穩(wěn)定同位素與有機(jī)成分結(jié)合對(duì)獼猴桃產(chǎn)地來源的判定效果，結(jié)果表明，VC、VE及總糖可輔助區(qū)分地理環(huán)境相似的樣品，兩者結(jié)合可明顯提高獼猴桃產(chǎn)地來源的判斷效果[36]。

1.3 生物方法溯源

1.3.1 DNA溯源

DNA溯源技術(shù)是生物溯源的重要方法之一。DNA溯源技術(shù)源于DNA的遺傳與變異，每一個(gè)個(gè)體都有著獨(dú)一無二的DNA序列，因此其對(duì)應(yīng)的DNA圖譜也獨(dú)一無二，可以用來標(biāo)記不同生物個(gè)體。發(fā)達(dá)國家早在2000年初就建立了基于DNA溯源技術(shù)的食品追溯系統(tǒng)，而我國的DNA溯源技術(shù)才剛剛起步。DNA追溯技術(shù)主要有3種標(biāo)記方法：擴(kuò)增片段長度多態(tài)性(amplified fragment length polymorphism，AFLP)、微衛(wèi)星標(biāo)記(simple sequence repeats，SSR)和單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)。AFLP標(biāo)記技術(shù)是荷蘭科學(xué)家ZABEAU和VOS在1992年將RFLP的可靠性和RFAD的簡(jiǎn)便性相結(jié)合所創(chuàng)立的，具有分辨率高穩(wěn)定性好、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但其技術(shù)費(fèi)用高，對(duì)DNA純度及完整性要求高。SSR標(biāo)記法可標(biāo)記的等位基因數(shù)目較多，提供豐富的序列信息，也正是因?yàn)槿绱似鋷蛷?fù)雜，目前對(duì)其應(yīng)用還是較為困難。SNP標(biāo)記在基因組中分布很廣泛，用其易于判型，適合于快速、規(guī)?；Y查，而且其對(duì)DNA的要求不高。RICARDO等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在食品加工過程鏈中肉樣品最適合，其利用SSR標(biāo)記對(duì)150個(gè)樣品進(jìn)行追溯，可追溯性與他們各自的肉類同行有100%的確定性，這證實(shí)了DNA溯源的可行性[37]。ORR等選出18個(gè)不同基因中的SNP，并由這18個(gè)不同的SNP組建了DNA指紋圖譜，而且成功對(duì)528頭牛進(jìn)行了溯源[38]。MONTEMURRO等對(duì)10個(gè)品種的橄欖油進(jìn)行溯源，并從6個(gè)AFLP引物組合中選出合適的引物組合，將測(cè)量結(jié)果繪制成系統(tǒng)進(jìn)化樹，最終成功對(duì)橄欖油進(jìn)行區(qū)分[39]。ANGELICA等利用變性高效液相色譜(denaturing high performance liquid chromatography，DHPLC)技術(shù)建立一個(gè)SNP為基礎(chǔ)的方法來實(shí)現(xiàn)小麥品種溯源，DHPLC技術(shù)運(yùn)用了20個(gè)SNP標(biāo)記(8個(gè)轉(zhuǎn)化，12個(gè)顛換)，得到的結(jié)果表示DHPLC技術(shù)在食品科學(xué)領(lǐng)域的首次應(yīng)用將有助于保持產(chǎn)品的可追溯性[40]。在國內(nèi)方面，我國DNA溯源技術(shù)起步較晚，張小波等對(duì)基于SNP標(biāo)記的DNA溯源技術(shù)進(jìn)行研究，為尋找多態(tài)性信息含量豐富的SNP位點(diǎn)，采用RFLP-PCR方法檢測(cè)了豬的12個(gè)SNP候選標(biāo)記，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6個(gè)SNP位點(diǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)，這6個(gè)分別為SNP1、SNP2、SNP3、SNP4、SNP5、和SNP12，這項(xiàng)研究為建立豬肉產(chǎn)品的DNA溯源系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)[41]。吳瀟等在11個(gè)品種，192個(gè)個(gè)體中檢測(cè)了24個(gè)SSR標(biāo)記的遺傳多樣性，并篩選出了11個(gè)可用于豬肉溯源的SSR標(biāo)記，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了溯源模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明這11個(gè)SSR標(biāo)記可區(qū)分100個(gè)個(gè)體，成功說明了運(yùn)用SSR標(biāo)記的DNA溯源的可行性[42]。這些實(shí)例都證實(shí)了DNA溯源的可行性，且DNA溯源技術(shù)易于分型、檢測(cè)手法簡(jiǎn)單，且迅速，所得的DNA分子易于保存，所得DNA序列穩(wěn)定，不受周圍影響，而且普遍存在于動(dòng)植物界中，易于取材，對(duì)于傳統(tǒng)理化性質(zhì)檢測(cè)不能區(qū)分的近緣生物來說，DNA溯源有著顯著的優(yōu)勢(shì)，且與其他溯源技術(shù)相比，其成本低廉。隨著科技的進(jìn)步，分子生物學(xué)的發(fā)展，鑒別、溯源方式正在從傳統(tǒng)的理化性質(zhì)的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿铀缴系臋z測(cè)，這更是為DNA溯源的推廣提供了基礎(chǔ)，雖然這項(xiàng)技術(shù)還并不成熟，但在不久的將來它有著廣闊的前景。

1.3.2 虹膜特征技術(shù)

虹膜是位于瞳孔和鞏膜之間的部位，虹膜的形成由遺傳基因決定，自然界中不可能出現(xiàn)2個(gè)虹膜完全相同的情況，因此虹膜可作為生物身份標(biāo)識(shí)物。應(yīng)用虹膜特征技術(shù)對(duì)大型動(dòng)物進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)，再結(jié)合條碼及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可做到對(duì)大型動(dòng)物食品進(jìn)行跟蹤與監(jiān)督。FLOM和SAFIR在1987首次提出運(yùn)用虹膜進(jìn)行生物特征識(shí)別的概念，虹膜識(shí)別作為一種穩(wěn)定有效的生物特征識(shí)別方式，應(yīng)用于大型動(dòng)物識(shí)別中, 可以消除其他動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)中的欺騙和設(shè)備功能異?，F(xiàn)象。PILLAI等提出了一種基于稀疏性好的虹膜圖像算法，與大多數(shù)現(xiàn)有算法不同的是，該算法對(duì)對(duì)噪聲有一定的魯棒性，但當(dāng)噪聲超過一定限度時(shí)，該算法的識(shí)別率會(huì)快速下降[43]。KARN等提出了一種基于魯棒主成分分析(RPCA)的虹膜識(shí)別方法，用來解決由于眼瞼和睫毛遮擋、鏡面反射等造成虹膜圖像模糊的問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法在識(shí)別精度和計(jì)算效率上都達(dá)到了良好的成果[44]。在國內(nèi)，方超等以奶牛為例，討論了人眼虹膜識(shí)別技術(shù)運(yùn)用于大型動(dòng)物識(shí)別是存在的3個(gè)難點(diǎn)：圖像采樣、虹膜定位、特征提取，并構(gòu)建了從養(yǎng)殖場(chǎng)到屠宰場(chǎng)、加工場(chǎng)、包裝場(chǎng)到銷售地整個(gè)基于虹膜識(shí)別的肉類可追溯系統(tǒng)[45]。盧紅科等采用虹膜識(shí)別技術(shù)作為識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)，并構(gòu)建了溯源系統(tǒng)的基本框架，該系統(tǒng)采用虹膜編碼和分割批號(hào)、加工批號(hào)結(jié)合轉(zhuǎn)化為電子編碼，用來標(biāo)識(shí)大型肉類動(dòng)物，在運(yùn)輸銷售階段也同樣構(gòu)建了溯源系統(tǒng)，這一整套的溯源體系可為將來肉類動(dòng)物的溯源的實(shí)現(xiàn)提供參考[46]。李超等根據(jù)牛眼虹膜非同心橢圓的結(jié)構(gòu)特征和圖像反射變換不變特征的性質(zhì)提出了采用內(nèi)、外邊界3步定位的方法對(duì)牛眼虹膜進(jìn)行快速定位，并將牛眼虹膜內(nèi)、外邊界轉(zhuǎn)化為圓形進(jìn)行處理，根據(jù)上述方法進(jìn)行仿真處理，發(fā)現(xiàn)這種方法可避免虹膜信息丟失，并提高算法速度[47]。對(duì)運(yùn)用虹膜特征技術(shù)來進(jìn)行食品溯源具有重要的參考意義。虹膜特征技術(shù)在食品安全溯源中一般用于基礎(chǔ)信息采集，是作為動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)的一個(gè)重要工具，若要運(yùn)用虹膜特征技術(shù)進(jìn)行食品溯源，應(yīng)對(duì)采集到的虹膜特征信息進(jìn)行編碼并結(jié)合相應(yīng)的條碼及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成完整的溯源體系。

2 對(duì)比分析

溯源技術(shù)在不同種類食品中應(yīng)用得十分廣泛，對(duì)于不同食品原材料，所采用的溯源技術(shù)也有所不同。相關(guān)食品溯源技術(shù)的應(yīng)用及溯源效果的比較如表1所示。

由表1可發(fā)現(xiàn)溯源技術(shù)最主要應(yīng)用于肉類食品溯源中，此外溯源技術(shù)在飲料、蜂蜜及橄欖油中應(yīng)用的也較為廣泛。在對(duì)植物源材料溯源中礦物元素、有機(jī)成分溯源技術(shù)是主要部分，近紅外光譜、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽及DNA溯源技術(shù)在各方面應(yīng)用的都較為廣泛。其中近紅外光譜及同位素溯源技術(shù)運(yùn)用到較為多的化學(xué)計(jì)量方法，且用近紅外光譜溯源技術(shù)可發(fā)現(xiàn)，結(jié)合不同化學(xué)計(jì)量法會(huì)有不同精度的溯源結(jié)果。在這幾種溯源方法中礦物元素、有機(jī)成分同位素溯源法常常結(jié)合使用，以提高溯源精度。而DNA溯源技術(shù)的3類不同標(biāo)記方法，各自有著不同的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，針對(duì)不同溯源對(duì)象應(yīng)選擇合適的標(biāo)記方法，能有效提高溯源精度。

表1 食品溯源技術(shù)對(duì)比

注：針對(duì)同種動(dòng)物源或植物源采取不同溯源技術(shù)，主要根據(jù)不同溯源技術(shù)的取材難易、前處理的復(fù)雜程度、耗時(shí)、經(jīng)濟(jì)成本、適用性、結(jié)合化學(xué)計(jì)量法的算法難易性及溯源能力(即溯源正確率)對(duì)各種溯源技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)打分。溯源技術(shù)評(píng)價(jià)打分0～5分，每個(gè)“+”代表1分，“+”越多代表評(píng)分越高。

3 結(jié)語

我國對(duì)《食品安全法》進(jìn)行了修訂，新的《食品安全法》加強(qiáng)了對(duì)食品安全的監(jiān)管力度，有利于政府對(duì)食品安全進(jìn)行更好的把握[48]，這體現(xiàn)了國家對(duì)食品安全的關(guān)心。食品溯源可有效減小食品作假、假冒偽造等安全性問題。當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)及標(biāo)簽溯源運(yùn)用的最為廣泛，但其缺乏統(tǒng)一的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這限制了其發(fā)展；而近紅外光譜與虹膜技術(shù)特征溯源由于其技術(shù)及建模方式、算法的局限性使得其普及較為困難；同位素溯源技術(shù)雖然效果較好，但其成本較高且效率慢，并不適合我國國情的發(fā)展；礦物元素及有機(jī)成分溯源結(jié)果易受環(huán)境影響，樣品不易儲(chǔ)存，且操作技術(shù)較為繁瑣；而DNA溯源技術(shù)樣品原料足，分析速度快，靈敏度高，特異性強(qiáng)，適用范圍廣，且對(duì)技術(shù)、原料的要求不高，適合進(jìn)行近一步的發(fā)展與討論，相信隨著科學(xué)技術(shù)的近一步發(fā)展，DNA溯源技術(shù)將有著更為廣闊的發(fā)展空間。

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Research progress in food traceability technology

MA Hui-jun1, YU Bing-xue1, LI Yan2, JIN Ze-yi1, ZHANG Xiao-li1*

1 (Beijing Technology and Business University, School of Computer and Information Engineering, Beijing 100048,China)2(Jilin Dahua Machine Mfg.Co.Lfd., Changchun 130103,China)

Food traceability technology is a very important technology in solving food safety issues. Three kinds of food traceability technology, such as physical technology, chemical technology and biological technology are discussed, including near infrared spectroscopy traceability technology, internet label traceability technology, isotope traceability technology, mineral element traceability technology, organic component traceability technology , iris recognition traceability technology and DNA traceability technology. The advantages, disadvantages and application prospects of different food traceability technology are discussed.

food traceability; physical method; chemical method; biological method

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201705044

碩士，講師(張曉力為通訊作者，E-mail：zhangxli@th.btbu.edu.cn)。

科研基地建設(shè)-科技創(chuàng)新平臺(tái)-優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)科技成果轉(zhuǎn)化支撐項(xiàng)目(19008001237)

2016-08-15，改回日期：2016-10-11