穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜技術(shù)在食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

趙婭鴻

（山西省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，山西太原 030012）

食品工業(yè)是以農(nóng)副產(chǎn)品為原料加工、生產(chǎn)食品的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展、國(guó)家的食品安全戰(zhàn)略以及群眾的營(yíng)養(yǎng)健康。近年來(lái)，由于監(jiān)管體系不健全、檢測(cè)技術(shù)不完善等因素，部分不法商販在食品中摻雜造假，食品摻假問(wèn)題已成為繼食品安全問(wèn)題后引起國(guó)際社會(huì)廣泛關(guān)注的又一個(gè)熱點(diǎn)研究課題。

穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜技術(shù)自上世紀(jì)70 年代引進(jìn)食品分析領(lǐng)域以來(lái)，憑借自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前已成為世界各國(guó)食品監(jiān)管中鑒別食品摻假問(wèn)題的主要手段。其工作原理是基于含有多個(gè)不同質(zhì)量數(shù)原子的輕元素（碳、氫、氧、硫、氮） 在物理、化學(xué)及生化變化中會(huì)發(fā)生同位素分餾，導(dǎo)致其自然豐度呈現(xiàn)特異性變化的現(xiàn)象，而該技術(shù)將同位素分餾機(jī)理和食品（或其某特征化合物） 的穩(wěn)定同位素比值差異作為判別依據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中較常規(guī)理化分析方法有明顯優(yōu)勢(shì)。因此被廣泛應(yīng)用于蜂蜜、果汁及葡萄酒領(lǐng)域的檢驗(yàn)鑒別中，同時(shí)在食品原產(chǎn)地保護(hù)、產(chǎn)品溯源領(lǐng)域也有應(yīng)用研究。

1 在食醋檢驗(yàn)中的應(yīng)用

食醋中摻入工業(yè)醋酸是最常見(jiàn)的摻假方式，食醋中乙酸的δ13C 值與其原料緊密相關(guān)，因此測(cè)定乙酸中δ13C可對(duì)食醋原料進(jìn)行溯源，并能夠鑒定食醋中是否摻入了工業(yè)醋酸。

鐘其頂?shù)冉⒘藲庀嗌V-燃燒-穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜（GC-C-IRMS） 聯(lián)用法測(cè)定食醋中乙酸的δ13C方法，該方法用乙醇作為稀釋溶劑，基于毛細(xì)管氣相色譜柱分離技術(shù)，在不引起食醋中乙酸碳同位素分餾的情況下進(jìn)行分離純化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食醋中乙酸δ13C的準(zhǔn)確測(cè)定，通過(guò)參與國(guó)際同位素實(shí)驗(yàn)室間能力驗(yàn)證（FIT-PTS） 發(fā)現(xiàn)該方法能夠達(dá)到國(guó)際實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)的能力驗(yàn)證范圍。李潔莉等應(yīng)用該方法測(cè)定3 種工業(yè)用冰醋酸、2 種食用醋酸以及14 種商品化食醋中醋酸的δ13C值，發(fā)現(xiàn)食用醋酸的δ13C值在-11.57‰～-20.66‰之間，而工業(yè)冰醋酸的δ13C值在-24.45‰～-29.14‰之間，食用醋酸δ13C值明顯高于工業(yè)冰醋酸；鎮(zhèn)江香醋中的醋酸δ13C值在-22‰～-25‰之間，山西陳醋的δ13C 值在-13‰～20‰之間，白醋的δ13C值在-14‰～-25‰之間。因此GC-C-IRMS 技術(shù)不但可以區(qū)分工業(yè)冰醋酸和食用醋酸，而且可以區(qū)別部分不同來(lái)源和不同釀造工藝的食醋。王修寧等建立了一種利用元素分析-同位素比質(zhì)譜法（EA-IRMS） 測(cè)定食醋總碳同位素比值的方法，通過(guò)對(duì)31 種樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明：芳香醋δ13C值為-26.94‰～-23.46‰，糯米釀造食醋為-25.06‰～-22.40‰，蘋(píng)果醋為-27.99‰～-22.76‰，配制白醋為-19.06‰～-13.74‰，SD 值在0.02‰～0.25‰（n=6） 之間，在此基礎(chǔ)上結(jié)合聚類(lèi)分析法通過(guò)產(chǎn)地、原料及生產(chǎn)方式等差異將上述31 種食醋樣品分為兩大類(lèi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)價(jià)格較貴的芳香醋中摻入價(jià)格低廉的食醋和加入≥4%糯米釀造食醋、≥6%蘋(píng)果醋和≥2%配制白醋的摻偽鑒別。李鑫等利用液相色譜-同位素質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-IRMS） 測(cè)定了食醋中乙醇的碳同位素比值，并考察了食醋及其沉淀物與食醋中乙醇三者的碳同位素比值的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)食醋、工業(yè)酒精、玉米食用酒精、淀粉酒精、大米食用酒精和高粱食用酒精的乙醇δ13C在-31‰～-28‰范圍內(nèi)，但其中僅大米食用酒精與食醋中乙醇的碳同位素比值較為接近，因此可以實(shí)現(xiàn)判別以大米為原料的食醋是否摻入其他酒精。李鑫等還利用LC-IRMS 測(cè)定了食醋中的乙酸、乳酸和乙酸、乳酸試劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)食醋中乳酸δ13C值為-31.75‰～-20.91‰，而試劑乳酸δ13C值為-13.58‰～-9.86‰，因此還可以應(yīng)用于食醋乳酸摻偽鑒別中。

王奇等采用高效液相色譜-同位素比率質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC-IRMS） 結(jié)合有機(jī)酸專(zhuān)用柱Prevail Organic Acid 測(cè)定食醋中有機(jī)酸的碳同位素比，結(jié)果顯示食醋中乳酸與蘋(píng)果酸的δ13C值與其產(chǎn)地呈現(xiàn)顯著性差異，據(jù)此可為食醋的產(chǎn)地溯源提供有益參考。此外該團(tuán)隊(duì)還建立了元素分析/連續(xù)流-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜法（EA/GasBenchⅡ-IRMS） 測(cè)定食醋總碳、水中氧同位素比值（δ13C 和δ18O） 的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)山西食醋總碳δ13C值分布在-23.26‰～-20.80‰，水中氧的δ18O 值在-5.66‰～-4.49‰；鎮(zhèn)江食醋總碳δ13C 值在-25.93‰～-20.70‰，水中氧的δ18O值在-8.35‰～-5.61‰；結(jié)合碳氧同位素比值分析，可以將山西老陳醋、鎮(zhèn)江香醋和鎮(zhèn)江陳醋區(qū)分開(kāi)。這種碳氧同位素差異的存在，可為產(chǎn)地區(qū)分提供參考。

2 在果汁飲料檢驗(yàn)中的應(yīng)用

針對(duì)近年來(lái)食品流通領(lǐng)域上出現(xiàn)的以成本較低的濃縮還原（FC） 果汁冒充非濃縮還原（NFC） 果汁的現(xiàn)象，以及標(biāo)注為NFC 果汁的產(chǎn)品中NFC 含量有效測(cè)定的問(wèn)題，牛麗影等采用同位素比率質(zhì)譜法（IRMS） 對(duì)FC 與NFC 橙汁與蘋(píng)果汁中水的δ2H、δ18O 值進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NFC 橙汁和蘋(píng)果汁中兩者測(cè)定值都明顯高于FC 果汁，且兩值還與NFC 果汁中果汁含量呈二次回歸關(guān)系，該方法還可用于NFC 果汁含量的判別。此外，橙汁、桔汁、蘋(píng)果汁和檸檬汁等均來(lái)源于C3植物，而C3植物與C4植物所合成的碳水化合物在穩(wěn)定碳同位素比值上也存在著顯著差異。李鑫等建立了LC-IRMS 測(cè)定橙汁中多種糖組分δ13C值的方法，通過(guò)對(duì)13 種不同產(chǎn)地的橙果實(shí)榨汁處理，測(cè)定其果汁、果漿和多種糖組分的δ13C值，發(fā)現(xiàn)果汁和果漿的δ13C 差值均小于0.1%，葡萄糖和果糖的δ13C差值均小于0.05%，各組分δ13C的最大差值為0.226%；同時(shí)對(duì)4 種糖漿和2 種自制摻糖橙汁進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)以上6 種對(duì)象各組分的δ13C值與13 種鮮榨橙汁有明顯差異，可以通過(guò)比較多組分的差別來(lái)進(jìn)行摻假鑒別。譚夢(mèng)茹等采用元素分析-同位素比值質(zhì)譜法（EA-IRMS） 對(duì)純正葡萄汁摻假情況進(jìn)行研究，通過(guò)測(cè)定152 個(gè)不同產(chǎn)區(qū)純正葡萄汁的碳同位素比值（δ13C值），初步建立了純正葡萄汁的同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。檢測(cè)結(jié)果表明，純正葡萄汁中糖的δ13C值范圍為-26.92‰～-24.16‰，而有機(jī)酸的δ13C值范圍為-27.56‰～-24.99‰。根據(jù)上述2 個(gè)參數(shù)，提出了純正葡萄汁應(yīng)滿(mǎn)足的δ13C值要求：有機(jī)酸和糖的差值在-1.63‰～0.72‰范圍內(nèi)。同時(shí)該團(tuán)隊(duì)用EA-IRMS 對(duì)來(lái)自不同產(chǎn)地、多種類(lèi)的118 個(gè)純正蘋(píng)果汁中的糖、有機(jī)酸、果糖、葡萄糖、二糖、寡糖碳的同位素比值（δ13C值） 進(jìn)行測(cè)定，并建立了純正蘋(píng)果汁同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上還提出了純正蘋(píng)果汁應(yīng)滿(mǎn)足的δ13C值要求。

3 在酒類(lèi)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀通過(guò)測(cè)定樣本中δ18O 和δ13C值，在酒類(lèi)檢驗(yàn)中應(yīng)用主要有兩方面：其一，由于不同產(chǎn)區(qū)葡萄果汁樣本水中存在較大差異，可以作為鑒別葡萄酒是否添加外源水的客觀指標(biāo)，能夠用于葡萄酒產(chǎn)地鑒別的有效依據(jù)。陶宏兵等應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)建立來(lái)自不同產(chǎn)地、多種品種葡萄汁的δ18O 同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，為全汁葡萄酒及葡萄酒產(chǎn)地鑒定方法和標(biāo)準(zhǔn)的建立奠定了基礎(chǔ)。王道兵等建立并優(yōu)化了連續(xù)流-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜法（GasBenchⅡ-IRMS） 測(cè)定葡萄酒中δ18O 比值的在線(xiàn)分析方法，可以判斷葡萄酒中是否摻入外來(lái)水，以及外來(lái)水的含量。其二，葡萄酒摻假還存在添加乙醇等提高酒精度，添加甘油提升甘甜口感等摻假情況。李學(xué)民等建立了LC-IRMS 同時(shí)測(cè)定葡萄酒中甘油和乙醇δ13C值方法，測(cè)定了40 個(gè)葡萄酒樣品中甘油和乙醇δ13C值，分別為-26.87‰～-32.96‰、-24.06‰～-28.29‰，且具有較強(qiáng)的相關(guān)性。李學(xué)民等建立了EA-IRMS 測(cè)定乙醇δ13C 值的方法。另有研究表明，穩(wěn)定碳同位素可應(yīng)用于葡萄酒的產(chǎn)地溯源。吳浩等利用GC-C-IRMS 測(cè)定了來(lái)自中、美、法、澳等國(guó)的54 種葡萄酒中乙醇、丙三醇、乙酸、乳酸乙酯、2-甲基-丁醇等5 種揮發(fā)性組分的碳穩(wěn)定同位素比值，說(shuō)明葡萄酒揮發(fā)性成分穩(wěn)定碳同位素可應(yīng)用于葡萄酒的產(chǎn)地溯源。

4 在蜂蜜檢驗(yàn)中的應(yīng)用

天然蜂蜜資源相對(duì)有限，近年來(lái)隨著國(guó)民生活水平的提升使得天然蜂蜜的市場(chǎng)需求急劇增加，促使蜂蜜價(jià)格不斷上漲。一些不法廠商為了追求利潤(rùn)，降低成本，在天然蜂蜜中摻入其他物質(zhì)制假售假的現(xiàn)象也愈演愈烈。因此應(yīng)用同位素質(zhì)譜技術(shù)，通過(guò)同位素比值范圍來(lái)判別市售蜂蜜摻假情況十分重要。

上世紀(jì)70 年代，美國(guó)科學(xué)家J.W.White 最早將質(zhì)譜法用于檢測(cè)蜂蜜中碳同位素比值，用以鑒別蜂蜜中高果糖玉米糖漿含量，并通過(guò)試驗(yàn)研究先后建立了蜂蜜碳同位素比值分析（SCIRA） 和蜂蜜內(nèi)標(biāo)碳同位素比值分析（ISCIRA） 方法，研究發(fā)現(xiàn)蜜源植物的δ13C值均處于-28‰～-22‰范圍內(nèi)，而產(chǎn)生高果糖玉米糖漿的C4植物δ13C值在-20‰～-10‰之間，據(jù)此得出通過(guò)C3植物和C4植物間穩(wěn)定碳同位素比值的差異可以鑒別蜂蜜是否摻入高果糖玉米糖漿。我國(guó)頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18932.1－2002《蜂蜜中碳-4 植物糖含量測(cè)定方法穩(wěn)定碳同位素比率法》也是基于蜜源性植物主要為δ13C值處于-21‰～32‰范圍內(nèi)的C3植物，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于δ13C值在-9.7‰～19‰之間的C4植物，蜂蜜的δ13C值會(huì)隨著摻入C4植物糖而升高這一原理應(yīng)用穩(wěn)定碳同位素質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行蜂產(chǎn)品檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米糖漿等C4植物糖漿摻雜蜂蜜的有效鑒別。

胡柳花等通過(guò)穩(wěn)定碳同位素質(zhì)譜儀檢測(cè)混合蜜中摻入蔗糖，混合蜂蜜、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜等中摻入玉米高轉(zhuǎn)化糖漿后的δ13C值的變化情況，研究發(fā)現(xiàn)蔗糖、玉米糖漿等C4 植物糖的δ13C值較蜂蜜δ13C值偏大；甜菜糖、大米麥芽糖等C3植物糖的δ13C值與蜂蜜δ13C值較為接近；摻有蔗糖的混合蜜、摻有玉米高轉(zhuǎn)化糖漿的混合蜜、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜的δ13C值均與摻入量呈正相關(guān)，但蜂蜜蛋白質(zhì)的δ13C值基本未發(fā)生變化。羅東輝等應(yīng)用EA-IRMS、LC-IRMS 及液相色譜法（LC） 等3 種測(cè)定蜂蜜還原糖含量的方法，對(duì)篩選自120 份蜂蜜樣品中的15 份無(wú)蛋白蜂蜜樣品的真實(shí)性進(jìn)行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)被測(cè)樣品均為摻假摻雜產(chǎn)品。李鑫等擴(kuò)展了同位素比率質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用，完善了LC-IRMS 測(cè)定蜂蜜中多種糖組分δ13C值的方法，通過(guò)對(duì)3 種糖漿、3 種摻糖蜜和純正蜂蜜測(cè)定結(jié)果和圖譜的多重比較，發(fā)現(xiàn)僅采用元素分析聯(lián)用同位素比率質(zhì)譜（HT-IRMS） 無(wú)法完全鑒別出摻糖蜜，而結(jié)合HT-IRMS 和LC-IRMS2 種方法檢測(cè)則可以有效鑒別上述3 種摻假方式。

5 在植物油檢驗(yàn)中的應(yīng)用

食用油中富含人體自身無(wú)法合成但又必不可少的營(yíng)養(yǎng)成分，是大眾日常生活中必需的消費(fèi)品之一。食用油的價(jià)格與其產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值密切相關(guān)，部分不良商家為追求暴利，在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高、價(jià)格相對(duì)昂貴的橄欖油、核桃油等食用油中摻入劣質(zhì)廉價(jià)的大豆油、菜籽油或非食用油等，導(dǎo)致食用油市場(chǎng)魚(yú)目混珠，因此食用油摻雜摻假鑒別也非常必要。

金青哲等應(yīng)用GC-C-IRMS 測(cè)定得到了玉米油與棕櫚油主要脂肪酸的δ13C值，并繪制了混合油中3 種主要脂肪酸的δ13C值-混合比例的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)玉米油與棕櫚油的δ13C值差異很大，將兩者摻合后應(yīng)用該方法能實(shí)現(xiàn)15%以上的摻合水平檢測(cè)。此外，金青哲等利用氣相色譜儀（GC） 獲得C4轉(zhuǎn)化途徑的玉米油和C3轉(zhuǎn)化途徑的花生油脂肪酸組成，再用GC-C-IRMS 確定了3 種主要脂肪酸C16∶0、C18∶1、C18∶2 的δ13C值，并繪制了玉米油與花生油混合油中主要脂肪酸的δ13C值-混合比例的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)玉米油與花生油的δ13C 值差異也很大，應(yīng)用該方法能實(shí)現(xiàn)15%以上花生油的摻合水平檢測(cè)。朱紹華等發(fā)現(xiàn)茶油和玉米油兩者δ13C值的差異很大，當(dāng)玉米油摻入量在15%以上時(shí)，用穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜法能夠判別出茶油是否摻入了玉米油，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其百分含量的定量檢測(cè)。

6 展 望

盡管目前穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜技術(shù)已經(jīng)在食品領(lǐng)域及摻假鑒別中得到了一些實(shí)際應(yīng)用，然而對(duì)于形成完整、行之有效的檢驗(yàn)方法技術(shù)仍需進(jìn)一步探討和深入的研究，并且由于同位素儀設(shè)備和標(biāo)記物價(jià)格昂貴也限制了其應(yīng)用和發(fā)展，所以只有不斷開(kāi)發(fā)儀器的應(yīng)用，降低使用成本，才能在食品及其他領(lǐng)域的分析檢測(cè)中得到更廣泛的應(yīng)用。