水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源技術(shù)研究進(jìn)展

王 倩 趙姍姍 郄夢潔 白 揚(yáng) 郭 軍 趙 燕

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特010018）

水產(chǎn)品富含人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)以及一些生物活性物質(zhì)，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值[1]。隨著人類對食品質(zhì)量的要求日益增高，水產(chǎn)品品質(zhì)直接影響著消費(fèi)者的生活質(zhì)量和健康狀況。水產(chǎn)品來自不同的產(chǎn)地，由于其生產(chǎn)的全球性及消費(fèi)量的增加，在水產(chǎn)品生產(chǎn)過程中發(fā)生食品欺詐的概率也越來越高[2～3]，這些事件不僅影響消費(fèi)者的安全和權(quán)益，而且會影響國際貿(mào)易關(guān)系。為了保證消費(fèi)者權(quán)益，歐盟關(guān)于漁業(yè)產(chǎn)品第1379/2013號條例規(guī)定，水產(chǎn)品標(biāo)簽中應(yīng)正確標(biāo)明魚種、地理來源、養(yǎng)殖方式的信息[4]。國外對水產(chǎn)品的溯源報(bào)道較多，而國內(nèi)對水產(chǎn)品溯源的研究剛剛起步[5]。溯源技術(shù)的出現(xiàn)可使得產(chǎn)品得到監(jiān)管和保障，因此對水產(chǎn)品進(jìn)行識別和對產(chǎn)地進(jìn)行溯源已成為亟待解決的問題。

一、穩(wěn)定同位素技術(shù)

穩(wěn)定同位素溯源技術(shù)是一種基于生物體內(nèi)穩(wěn)定同位素差異的溯源技術(shù)。穩(wěn)定同位素的組成攜帶環(huán)境因子的信息，并在氣候、地形、生物代謝類型等因素的影響下會引起自然豐度的變異，即同位素分餾作用[6]。穩(wěn)定同位素技術(shù)基本原理與依據(jù)是同位素的自然分餾效應(yīng)，使不同來源的物質(zhì)中同位素組成比例存在顯著差異從而進(jìn)行產(chǎn)地溯源與真實(shí)性研究[7]。常用于水產(chǎn)品溯源的穩(wěn)定同位素有δ13C、δ15N、 δ2H、 δ18O[8]。一般而言， 水產(chǎn)品體內(nèi)的C、H、O、N等元素主要依靠食物鏈攝取。這些穩(wěn)定同位素的比率受到了地理、氣候和生產(chǎn)方式等各種因素的影響，因此生物體內(nèi)同位素的豐度差異能為判斷水產(chǎn)品的來源提供可靠依據(jù)[9]。δ13C和δ15N是追溯野生和養(yǎng)殖水產(chǎn)品來源最常用的指標(biāo)，因?yàn)樗鼈冎饕獊碓从跀z入的食物[3]。通過測定海產(chǎn)品的碳和氮同位素組成就可追蹤魚類等的遷移。不同地區(qū)養(yǎng)殖水產(chǎn)品中δ13C和δ15N的差異主要與每個地區(qū)或國家養(yǎng)殖水產(chǎn)品飼料混合物的不同有關(guān)。生物體中H與O同位素主要與生物體飲用的水源有關(guān)，與所食用的食物關(guān)系不大。

在水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源研究中，TURCHINI等[10]對來自澳大利亞不同農(nóng)場的鱈魚體內(nèi)同位素進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，用δ13C和δ15N可以明確地將魚類與特定的飲食聯(lián)系起來，而δ18O將魚類與特定的水源相關(guān)聯(lián)。因此，這些同位素的結(jié)合可以區(qū)分來自不同農(nóng)場的魚類。馬冬紅等[11]對來自廣東、海南、廣西、福建4個地域的羅非魚組織中氫同位素組成的差異進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，不同地域的羅非魚組織中δ2H同位素組成有顯著差異，δ2H同位素是羅非魚產(chǎn)地溯源的一項(xiàng)很有潛力的指標(biāo)。KIM等[12]對來自不同國家的鯖魚、黃魚、鱈魚中δ13C和δ15N進(jìn)行了測定，結(jié)果顯示，不同地區(qū)的水產(chǎn)品中δ13C和δ15N差異顯著，并且在不同物種間也表現(xiàn)出差異。才讓卓瑪[13]在7個地區(qū)采集了香港牡蠣樣品，對其穩(wěn)定同位素和無機(jī)元素進(jìn)行了測定，結(jié)果顯示，判別模型中盲樣的正確判別率達(dá)83.3%，可見指紋信息的組合分析可對香港牡蠣的產(chǎn)地進(jìn)行溯源。

目前在水產(chǎn)品的生產(chǎn)消費(fèi)中還存在將養(yǎng)殖水產(chǎn)作為野生水產(chǎn)進(jìn)行銷售的現(xiàn)象，以低經(jīng)濟(jì)價(jià)值的魚類來代替高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同屬魚類，以達(dá)到獲取更高收益的目的，因此對水產(chǎn)品的生產(chǎn)方式進(jìn)行鑒別有重要意義。MOLKENTIN等[14]從德國市場收集了有機(jī)和傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的鱒魚和鮭魚，對其脫脂干物質(zhì)中δ13C和δ15N穩(wěn)定同位素進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論是生鮮的、熏制的還是腌制的，都可以成功地將有機(jī)養(yǎng)殖與傳統(tǒng)養(yǎng)殖的鮭魚和褐鱒魚進(jìn)行區(qū)分。海產(chǎn)品生產(chǎn)最重要的因素是養(yǎng)殖動物的飲食和季節(jié)變化。SCHRODER等[15]利用穩(wěn)定同位素將94%的大西洋鮭魚和虹鱒魚幼苗分類到正確的農(nóng)場或自由生活組。LI等[16]對我國和美國16個地點(diǎn)不同鹽度養(yǎng)殖的太平洋白蝦進(jìn)行了采集和鑒別，并測定了16種蝦養(yǎng)殖中使用的商品飼料δ13C和δ15N值，結(jié)果顯示，在高鹽度水中養(yǎng)殖的蝦相比在淡水養(yǎng)殖的蝦富含13C，飼料中δ15N與蝦中δ15N呈正相關(guān)趨勢。此外，有研究表明，季節(jié)變化是影響水產(chǎn)品溯源的一個因素，SANT’ANA等[3]比較了不同季節(jié)的人工養(yǎng)殖和野生的巴西淡水鯰魚中C和N同位素的組成，結(jié)果顯示，雨季養(yǎng)殖的魚中δ15N顯著增加，而旱季則沒有，而在兩個季節(jié)中都觀察到δ13C的增強(qiáng)。δ13C和δ15N的聯(lián)合測定在所有條件下表現(xiàn)出了可追溯性，并且在魚類和魚類產(chǎn)品進(jìn)行同位素鑒定時，需要考慮季節(jié)變化。

綜上所述，采用穩(wěn)定同位素技術(shù)可以有效鑒定水產(chǎn)品的地理來源與養(yǎng)殖方式，將多個穩(wěn)定同位素結(jié)合使用可為水產(chǎn)品的溯源提供完整的信息，可更好地確定水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的來源。穩(wěn)定同位素技術(shù)在水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源與真實(shí)性研究中的應(yīng)用見表1。

二、DNA分析技術(shù)

DNA分析技術(shù)可應(yīng)用于動物、植物以及微生物源性產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源以及真實(shí)性鑒定。DNA分析技術(shù)的產(chǎn)生源于DNA的遺傳與變異[31]。DNA分析技術(shù)具有易分型、重復(fù)性好、檢測手段簡單快捷等特點(diǎn)，是目前國際上公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值的快速溯源技術(shù)[32]。XING等[33]對來自臺灣海峽沿線市場上的商業(yè)魚類和加工產(chǎn)品共365個樣品進(jìn)行了識別分類，將其鑒定為12個目、38個科、66個屬和86個物種，結(jié)果顯示，不同物種間平均距離是種內(nèi)平均距離的49倍，并對物種進(jìn)行了聚類，結(jié)果表明，微型DNA條形碼可對魚類進(jìn)行有效認(rèn)證。CHANGIZI等[34]在伊朗鑒定了9種進(jìn)口魚類，使用線粒體基因COI的約650個堿基直接測序的DNA條形碼顯示，3個明太魚樣品（所有樣品的11%）標(biāo)簽錯誤，表明DNA條形碼可有效對魚類種類進(jìn)行鑒別。CAWTHORN等[35]從南非的海產(chǎn)食品批發(fā)商和零售點(diǎn)采集了248個魚類樣本，對COI基因的650個堿基對進(jìn)行了測序并進(jìn)行了物種鑒定，結(jié)果DNA條形碼能夠?qū)?5%的樣本進(jìn)行明確的物種水平識別。

表1 穩(wěn)定同位素技術(shù)在水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源與真實(shí)性研究中的應(yīng)用

水中的細(xì)菌群落與魚類的共生微生物區(qū)系有著直接的聯(lián)系，因此對水產(chǎn)品所攜帶微生物的群落進(jìn)行鑒定，進(jìn)而可判斷其產(chǎn)地來源。目前常用的技術(shù)為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)－變性梯度凝膠電泳（polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，PCR－DGGE） 技術(shù)[36]。LE NGUYEN等[37]采集了越南不同地區(qū)的鯰魚，采用PCR－DGGE對其攜帶的微生物群落的16S rDNA進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，鯰魚攜帶微生物的16S rDNA可用于追溯魚的來源，并且可對同一地點(diǎn)不同季節(jié)采集的樣品進(jìn)行區(qū)分。TATSADJIEU等[38]利用PCR－DGGE技術(shù)對喀麥隆北部3個不同湖泊羅非魚攜帶的微生物的16S rDNA進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示，不同湖泊微生物群落的16S rDNA譜有顯著差異，可用于區(qū)分羅非魚的產(chǎn)地。DNA技術(shù)近幾年在產(chǎn)地溯源和真實(shí)性研究中的應(yīng)用見表2。

三、礦物元素指紋圖譜技術(shù)

礦物元素指紋圖譜技術(shù)是一種廣泛用于確定食品地理來源的方法。水產(chǎn)食品中微量元素的組成及含量受其生長環(huán)境尤其水質(zhì)的影響，因此礦物元素對水產(chǎn)品進(jìn)行地理分類有一定作用[36]。LIU等[55]采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP－MS）技術(shù)對我國渤海、黃海和東海的39個海參樣品中15個元素（Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Hg和Pb）進(jìn)行了測定，結(jié)果用主成分分析（principal component analysis，PCA）、 聚類分析（cluster analysis，CA）對3種水環(huán)境中的海參樣品進(jìn)行了準(zhǔn)確的鑒別，線性判別分析的整體正確分類率與交叉驗(yàn)證率均為100.0%，結(jié)果表明，礦物元素分析技術(shù)可應(yīng)用于我國海參的產(chǎn)地追溯。CUSTóDIO等[56]用火焰原子吸收光譜法測定了葡萄牙4個地點(diǎn)的野生和養(yǎng)殖魚類中Cd、Hg和Pb元素含量，結(jié)果顯示，野生魚體內(nèi)的有毒元素含量高于人工養(yǎng)殖魚。GUO等[57]對東海3個地點(diǎn)采集的不同魚類中25個元素進(jìn)行了測定，結(jié)果顯示，PCA可以鑒別同一種魚類樣品產(chǎn)地的來源，而偏最小二乘判別分析（partial least-squares discriminant analysis，PLS－DA）和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（probabilistic neural networks，PNN）分析結(jié)果顯示，在不需要區(qū)分魚的種類的前提下，這兩者對樣品的地域來源進(jìn)行鑒別的準(zhǔn)確率分別達(dá)到97.92%和100%。

表2 DNA分析技術(shù)在水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源和真實(shí)性研究中的應(yīng)用

在水產(chǎn)品溯源的實(shí)際應(yīng)用中，會受到品種、年齡、飼料和氣候等多方面的影響，從而對水產(chǎn)品的溯源有著很大的挑戰(zhàn)[58]。因此礦物元素溯源技術(shù)通常與其他技術(shù)聯(lián)合使用對水產(chǎn)品進(jìn)行溯源，其中將穩(wěn)定同位素和礦物元素分析技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用較多，以獲得更可靠的結(jié)果[9]。GOPI等[28]對來自亞太地區(qū)的黑虎對蝦中碳氮穩(wěn)定同位素和31種元素進(jìn)行了測定，結(jié)果顯示，礦物元素對樣品的生產(chǎn)方法和地理來源判別準(zhǔn)確率達(dá)100%，碳氮穩(wěn)定同位素的判別準(zhǔn)確率達(dá)95%。ORTEA等[22]對蝦中C、N穩(wěn)定同位素及5種元素（As、Cd、Pb、P和S）進(jìn)行了測定，分析結(jié)果顯示，兩種技術(shù)結(jié)合對蝦地理來源和生產(chǎn)方法（野生和養(yǎng)殖）有100%的預(yù)測能力，對生物種類的分類正確率為93.5%。近年來礦物元素指紋圖譜技術(shù)在水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源和真實(shí)性研究中的應(yīng)用見表3。

表3 礦物元素指紋圖譜技術(shù)在水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源和真實(shí)性研究中的應(yīng)用

四、氣相色譜技術(shù)

氣相色譜（gas chromatography，GC）技術(shù)可對樣品中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分離，具有較高的準(zhǔn)確性，不僅可對樣品進(jìn)行定性鑒別，還可進(jìn)行定量分析，體現(xiàn)特征成分間的含量差異[60]。脂肪酸是機(jī)體的主要能量來源之一，對水生動物的生長、發(fā)育、繁殖以及其他的生理機(jī)能有著重要的意義，目前在水產(chǎn)品中通過分析脂肪酸指紋圖譜進(jìn)行溯源已有廣泛應(yīng)用[61]。BUSETTO等[62]對來自丹麥、荷蘭和西班牙的大比目魚中脂肪酸組成與穩(wěn)定同位素進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，脂肪酸組成可以區(qū)分野生和人工養(yǎng)殖的大比目魚，將穩(wěn)定同位素比值與脂肪酸組成結(jié)合對不同地區(qū)來源的野生大比目魚有很好的鑒別效果。GRIGORAKIS等[63]測定了野生和人工養(yǎng)殖的金頭鯛中脂肪酸的組成，結(jié)果顯示，人工養(yǎng)殖的金頭鯛中脂質(zhì)的含量顯著高于野生金頭鯛，并且脂肪的沉積表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，春季末沉積最少，夏季末沉積最多。CARBONERA等[64]調(diào)查了巴西淡水魚的脂肪酸的組成數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示，野生魚類總高不飽和脂肪酸（highly unsaturated fatty acids，HUFA） 與n－3較高，n－6與n－6/n－3較低。結(jié)果表明，脂肪酸組成可對野生魚類與人工養(yǎng)殖魚類進(jìn)行分類?？傊陙須庀嗌V技術(shù)在水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源和真實(shí)性研究中得到了較廣泛應(yīng)用[14，17，24～25，65～67]。

五、近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜（near infrared spectroscopy，NIR）結(jié)合多元數(shù)據(jù)分析，在農(nóng)產(chǎn)品分析中發(fā)揮了重要作用。近紅外光譜檢測技術(shù)因具有快速、無損、操作簡單等特點(diǎn)被應(yīng)用于水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源與真實(shí)性鑒別中[68～72]。陶琳等[68]采用近紅外漫反射光譜法對來自4個不同產(chǎn)地的96個干刺參樣品進(jìn)行了產(chǎn)地鑒別，采集其在5 000～4 000 cm－1波段的光譜并采用主成分聚類（perron cluster analysis，PCCA）對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，可成功對干刺參樣品進(jìn)行產(chǎn)地鑒別。OTTAVIAN等[69]利用近紅外光譜對野生和人工養(yǎng)殖的海鱸魚樣品進(jìn)行了鑒別，并對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA和PLS－DA分析，結(jié)果顯示，具有良好的區(qū)分效果；此外，研究還發(fā)現(xiàn)最具預(yù)測性的光譜區(qū)域?yàn)镃H、CH2、CH3和水基團(tuán)的光譜吸收區(qū)，這與樣品中脂肪、脂肪酸和水含量相關(guān)。LV等[70]采用近紅外反射光譜采集1 000～1 799 nm的光譜，對不同種類的淡水魚樣品進(jìn)行了鑒別，結(jié)果顯示，基于主成分分析結(jié)合線性判別分析與快速傅里葉變換結(jié)合線性判別分析的模型預(yù)測精度有100%。結(jié)果表明，線性判別分析結(jié)合近紅外反射光譜可以作為淡水魚類分類的有效方法。

六、研究趨勢與展望

經(jīng)研究統(tǒng)計(jì)，2004－2020年，水產(chǎn)品產(chǎn)地溯源與真實(shí)性研究中主要使用穩(wěn)定同位素技術(shù)、DNA分析技術(shù)、氣相色譜技術(shù)、礦物元素指紋圖譜技術(shù)和近紅外光譜技術(shù)。其中穩(wěn)定同位素和DNA分析技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用較多，各占34%和31%，氣相色譜技術(shù)、礦物元素指紋圖譜技術(shù)和近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用占比分別為16%、11%和8%。水產(chǎn)品溯源與真實(shí)性判別會受到物種類別、產(chǎn)地來源及生產(chǎn)方式等因素的影響，每種溯源技術(shù)都具有其特有的優(yōu)勢與局限性。穩(wěn)定同位素組成可以反映其所在環(huán)境，且不受添加劑的影響。穩(wěn)定同位素技術(shù)具有前處理簡單，樣品用量少，檢測時間短等優(yōu)點(diǎn)，但其分析儀器設(shè)備昂貴，成本較高，且易受飼料的影響[73]。DNA分析技術(shù)是在DNA水平上直接檢測生物個體間的差異。DNA分子易于保存，所得序列穩(wěn)定，不受環(huán)境因素的影響，在產(chǎn)地溯源與真實(shí)性研究中具有較高的判別結(jié)果。氣相色譜技術(shù)在水產(chǎn)品溯源中主要用于養(yǎng)殖方式的鑒別，可快速對物質(zhì)進(jìn)行分析，分辨率高，檢測靈敏，目前在食品產(chǎn)地溯源中應(yīng)用比較廣泛。但水產(chǎn)品中脂肪酸含量易受喂養(yǎng)環(huán)境和貯存條件等因素影響，使其在進(jìn)行產(chǎn)地溯源與真實(shí)性研究中有一定的難度。礦物元素指紋圖譜技術(shù)檢測精度高，檢出限低及檢測指標(biāo)多，而樣品前處理復(fù)雜，對樣本量及樣本處理要求較高，因此檢測結(jié)果相對不穩(wěn)定。近紅外光譜技術(shù)檢測過程中對樣品要求較低，樣品前處理簡單，檢測速度快，降低了檢測成本，但其檢測結(jié)果易受到樣品、儀器和操作方式的影響。此外，建立穩(wěn)定可靠的近紅外產(chǎn)地溯源與真實(shí)性判別模型，需要收集大量樣本建立模型和進(jìn)行驗(yàn)證。

水產(chǎn)品的品質(zhì)受到養(yǎng)殖方式、品種及產(chǎn)地等因素的影響，目前溯源技術(shù)在水產(chǎn)品的產(chǎn)地鑒別與真實(shí)性識別中的應(yīng)用相對較少，而市場上食品安全存在著許多問題，為了更好地解決這些問題需要進(jìn)一步研究溯源技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用。任何一種溯源技術(shù)都有局限性，后續(xù)研究應(yīng)多考慮將多個溯源技術(shù)結(jié)合進(jìn)行分析，并加大樣本量的檢測，建立更準(zhǔn)確的模型以及更全面的溯源數(shù)據(jù)體系，加快水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的發(fā)展，促進(jìn)我國食品產(chǎn)業(yè)向安全、營養(yǎng)、有序的方向發(fā)展。