礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)對(duì)糧食產(chǎn)地溯源的研究進(jìn)展

蔣再強(qiáng)

摘要：糧食安全問題備受關(guān)注，糧食質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)的建立尤為重要。礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)因具有快速、高效、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于糧食產(chǎn)地溯源判別。綜述了該技術(shù)在大米、大豆及部分雜糧產(chǎn)地溯源判別方面的應(yīng)用研究進(jìn)展，提出了目前存在的問題并進(jìn)行了相關(guān)展望，為該技術(shù)在糧食產(chǎn)地溯源判別應(yīng)用上提供理論支持。

關(guān)鍵詞：糧食；礦物元素；產(chǎn)地溯源

中圖分類號(hào)：TS214.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.03.021

文章編號(hào)：1671-9646（2018）03a-0070-02

Abstract：The establishment of the food quality and safety traceability system is particularly important because of the concern of food security. The fingerprint analysis of mineral elements has been widely used in the origin of grain traceability because of its advantages of fast，high efficiency and low detection limit. In this paper，the application of this technology in identifying the origin of rice，soybean and partial grain producing areas was reviewed. And the existing problems were put forward and the related prospects were made，which provided theoretical support for the application of the technology in the discrimination of the origin of grain origin.

Key words：grain；mineral element；origin traceability

0 引言

糧食作為人類維持生命需要的能量來源，消費(fèi)者對(duì)糧食的安全問題關(guān)注度與日俱增，特別是化肥農(nóng)藥的過度使用，腐敗變質(zhì)糧的銷售及品質(zhì)優(yōu)良的糧食被冒充等現(xiàn)象屢禁不止，導(dǎo)致消費(fèi)者的人身健康安全及合法權(quán)益受到嚴(yán)重侵害。因此消費(fèi)者期待能夠?qū)徺I的糧食產(chǎn)地有全方位了解，據(jù)英國標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)調(diào)查顯示，糧食的產(chǎn)地來源是消費(fèi)者選擇糧食的主要依據(jù)。糧食產(chǎn)地溯源技術(shù)在對(duì)糧食的監(jiān)管、安全控制等方面占有十分重要的位置。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)糧食產(chǎn)地溯源較為廣泛，其主要的研究技術(shù)有電子舌技術(shù)、電子鼻技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)、同位素分析技術(shù)、DNA指紋圖譜技術(shù)、有機(jī)成分分析技術(shù)、礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)等。其中礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)主要包括紫外-可見分光光度法、火焰原子吸收光譜法（F-AAS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）和儀器中子活化法（INAA）等，其中紫外-可見分光光度法具有操作簡(jiǎn)單、定量分析效果好的優(yōu)點(diǎn)，但存在染色劑來源不便的缺點(diǎn)；F-AAS具有分析速度快、信號(hào)穩(wěn)定等特點(diǎn)，但存在對(duì)耐高溫元素?zé)o法檢測(cè)的缺點(diǎn)；ICP-MS具有檢測(cè)范圍廣、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但存在質(zhì)譜和非質(zhì)譜的交叉干擾；INAA適用于多種狀態(tài)樣品的檢測(cè)分析，但是存在分析成本高的缺點(diǎn)[1]。礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)被應(yīng)用于葡萄酒、蜂蜜、茶葉、咖啡、橄欖油、牛肉、大米等食品中。礦物元素指紋圖譜技術(shù)的原理是根據(jù)不同地區(qū)的土壤因與巖石風(fēng)化的母質(zhì)存在一定的相關(guān)性，進(jìn)而產(chǎn)生不同地區(qū)土壤中礦物元素的種類及含量有著地質(zhì)特異性差異。大致可分為常量元素、微量元素及痕量元素三大類。而礦物元素指紋圖譜技術(shù)是通過對(duì)來自不同地區(qū)的樣品中礦物元素的組成和含量進(jìn)行定量分析、方差分析及判別分析等數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法篩選出來的有效信息而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)地判別。主要綜述了礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在幾種糧食產(chǎn)地溯源中的研究現(xiàn)狀及急需解決的問題，為其在糧食產(chǎn)地溯源應(yīng)用中快速發(fā)展。

1 礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在大米產(chǎn)地溯源中的研究

不同產(chǎn)地環(huán)境中的礦物元素可能存在差異，而且水稻自身不能合成礦物元素，需要從環(huán)境中攝取，根據(jù)這一特征可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大米的產(chǎn)地判別。宋雪健等人[2]對(duì)來自建三江、查哈陽、五常3個(gè)水稻主產(chǎn)區(qū)的90份樣品利用ICP-MS檢測(cè)43種礦物元素，不同地區(qū)的精米中部分礦物元素存在顯著性差異，表明礦物元素可以作為大米產(chǎn)地溯源的判別依據(jù)。Li Gang等人[3]利用礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)對(duì)來自我國不同地區(qū)的大米樣品進(jìn)行產(chǎn)地判別研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)15種礦物元素含量的測(cè)定及利用Fibonacci分析法建立的判別模型其精度較高。Ariyama K等人[4]對(duì)來自中國、美國、日本、泰國4個(gè)國家的大米進(jìn)行產(chǎn)地溯源研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將篩選出來的8種礦物元素分別結(jié)合KNN、SIMCA及LDA法建立的模型效果較好，其正確判別率均高達(dá)97%。

2 礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在大豆產(chǎn)地溯源中的研究

大豆的品種、種植條件等因素的不同，導(dǎo)致其自身含有的礦物元素種類及含量可能存在一定的差異。沈丹萍[5]對(duì)來自不同產(chǎn)地的大豆中的礦物元素進(jìn)行檢測(cè)并結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的大豆礦物元素因種類及含量存在顯著性差異（p<0.05），故利用該方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)大豆產(chǎn)地的準(zhǔn)確判別。鹿保鑫等人[6]對(duì)來自不用年際的嫩江和北安地區(qū)42份大豆樣品進(jìn)行產(chǎn)地溯源研究。結(jié)果表明，利用礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)兩大主產(chǎn)區(qū)大豆的產(chǎn)地判別，其正確判別率均為100%。萬婕等人[7]采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)來自江西、黑龍江、吉林和安徽4個(gè)產(chǎn)地同一品種大豆中的9種元素含量進(jìn)行測(cè)定，其中Fe，Al，Ca，Mn，Na，Zn元素的含量差異顯著（p<0.05），根據(jù)這一特性能實(shí)現(xiàn)對(duì)這4個(gè)地區(qū)大豆產(chǎn)地進(jìn)行判別。

3 礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在其他糧食產(chǎn)地溯源中的研究

作為藥食同源糧食之一的蕓豆，對(duì)其產(chǎn)地溯源判別極為重要。錢麗麗等人[8]對(duì)拜泉、依安2個(gè)蕓豆主產(chǎn)區(qū)的54份樣品中的31種礦物元素進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其對(duì)2個(gè)地區(qū)的蕓豆交叉檢驗(yàn)整體正確判別率達(dá)到94.1%以上。李平惠等人[9]通過對(duì)蕓豆中礦物元素的研究發(fā)現(xiàn)，Ca，As，Mg，Pt 4種元素在拜泉縣及依安縣兩地的蕓豆中存在顯著差異，建立的判別模型整體交叉驗(yàn)證正確判別率為94.4%。小麥產(chǎn)地溯源追蹤技術(shù)的建立有利于保護(hù)名優(yōu)小麥的品牌名譽(yù)、打擊小麥國際走私。Simon Branch等人[10]利用ICP-MS及同位素示蹤技術(shù)對(duì)來自歐美及加拿大地區(qū)的20份小麥樣品進(jìn)行研究，其正確判別率為100%。趙海燕等人[11]對(duì)來自山西、陜西、河北、河南4個(gè)小麥主產(chǎn)區(qū)的120份樣品中的24種礦物元素利用判別分析進(jìn)行產(chǎn)地判別，結(jié)果表明，Ba，Ca，Mn，Sb，Pb，U，V，Mg，Cr，Mo和Ni 11種元素可用于存在顯著差異，可用于產(chǎn)地判別，且整體判別正確率為90.8%。劉宏艷等人[12]利用高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜儀（HR-ICP-MS）對(duì)來自陜西、河南、河北的10個(gè)品種90份小麥樣品并進(jìn)行礦物元素分析進(jìn)行產(chǎn)地判別，結(jié)果表明，Mg，Ca，Cu，Zn，Al，Mn，F(xiàn)e，As，Sr，Mo，Sb，Cd，Ba 11種元素受地域影響較大，3個(gè)地區(qū)的小麥正確判別率均為100%。

4 結(jié)語

礦物元素的組成信息與糧食的生長(zhǎng)地域來源有直接或間接的相關(guān)性，是用于糧食產(chǎn)地溯源判別的有效方法之一，在大米、大豆及其部分雜糧中有廣泛的應(yīng)用，但也存在檢測(cè)費(fèi)用昂貴、前處理方式繁瑣等局限性。同時(shí)，因糧食品種、季節(jié)性、栽培技術(shù)、加工工藝等因素也會(huì)影響該技術(shù)的判別準(zhǔn)確性。另外，試驗(yàn)樣品的采集數(shù)量沒有準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的研究?jī)H局限于對(duì)單一樣品批次的檢測(cè)分析，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)化有待進(jìn)一步研究。未來的主要研究方向?qū)⒖梢詮囊韵聨追矫孢M(jìn)行：①礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)對(duì)糧食產(chǎn)地溯源判別數(shù)據(jù)庫的建立；②研究礦物元素之間的拮抗和協(xié)同作用；③采用礦物元素指紋分析技術(shù)與多種技術(shù)相融合使用將成為未來研究的主要方向。

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