穩(wěn)定同位素技術(shù)在水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式鑒別中的研究與應(yīng)用

鄭 丹，夏珍珍，彭西甜，周有祥，彭立軍

(湖北省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，湖北省農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)與安全重點實驗室，武漢 430064)

近年來隨著漁業(yè)綜合生產(chǎn)能力的迅速提高，我國水產(chǎn)品的產(chǎn)量進入了高速增長期，部分水產(chǎn)品供應(yīng)得到了極大的滿足。水產(chǎn)品行業(yè)在追求產(chǎn)量的過程中，往往存在投入品使用不規(guī)范的問題，使得水產(chǎn)行業(yè)暴露出一系列食品安全問題，如2006年爆發(fā)的多寶魚()中氯霉素、孔雀石綠、硝基呋喃及代謝物等多種漁藥殘留超標事件。為了緩解水產(chǎn)品供應(yīng)和市場需求的矛盾關(guān)系，國家提出了農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革，積極對漁業(yè)進行轉(zhuǎn)型升級，推進以犧牲環(huán)境為代價的粗放養(yǎng)殖方式向生態(tài)化可持續(xù)性的養(yǎng)殖方式轉(zhuǎn)變。水產(chǎn)品的生產(chǎn)方式(如野生狀態(tài)、生態(tài)化養(yǎng)殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖等)的轉(zhuǎn)變不僅對水產(chǎn)品的質(zhì)量安全和營養(yǎng)品質(zhì)具有積極的影響，也促進了生態(tài)資源的可持續(xù)利用。

另一方面，在大部分水產(chǎn)品產(chǎn)量滿足多數(shù)人日常飲食消費的同時，人們對水產(chǎn)品的需求也逐漸從數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變。具有較高營養(yǎng)價值的海洋魚類如三文魚()、比目魚等品種，以及更注重養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境的野生魚類，在市場上的供應(yīng)相對緊缺。物以稀為貴，這些海魚、野魚、生態(tài)魚類的供應(yīng)緊張?zhí)Ц吡怂鼈兊氖袌鰞r格。為了保證消費者權(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)品標簽中應(yīng)正確標明魚種、地理來源和養(yǎng)殖方式等信息，即實行水產(chǎn)品追溯標簽制。為了填補市場缺口，水產(chǎn)行業(yè)的以次充好、以假亂真的現(xiàn)象屢見不鮮，這類消費欺詐行為擾亂了正常的市場秩序，使得消費者和合法商家的權(quán)益受到侵害，因而對水產(chǎn)品的養(yǎng)殖方式進行溯源具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，可用于水產(chǎn)品溯源分析的指標包括化學組分、感官特性、遺傳譜圖、礦物元素和同位素等，應(yīng)用的主要儀器手段包括光譜法、核磁共振法、酶聯(lián)免疫、基因檢測、色譜和質(zhì)譜等。其中，穩(wěn)定同位素分析技術(shù)在溯源和摻假鑒別方面有著較好的優(yōu)勢，目前已被應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品領(lǐng)域。農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品中穩(wěn)定同位素信息涵蓋了其生長環(huán)境、地理位置和營養(yǎng)級等多種信息，物品體內(nèi)的穩(wěn)定同位素比的差異可作為其“指紋圖譜”，以精準區(qū)分物品的不同。穩(wěn)定同位素分析通過對生態(tài)系統(tǒng)中相關(guān)物種的分析，可以充分了解不同環(huán)境模式下生物的攝食特點及其穩(wěn)定同位素組成。因而，這一技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于植物性和動物性食品的產(chǎn)地以及飼養(yǎng)方式的研究。該文從水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式的角度入手，重點闡述了穩(wěn)定同位素技術(shù)在水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式鑒別的研究現(xiàn)狀。一方面，按照水產(chǎn)品種類的不同，分別從海水產(chǎn)品和淡水產(chǎn)品的角度闡述了穩(wěn)定同位素技術(shù)在養(yǎng)殖方式鑒別中的應(yīng)用現(xiàn)狀。另一方面，從鑒別技術(shù)手段的角度，闡述了穩(wěn)定同位素在漁業(yè)養(yǎng)殖方式鑒別方面的優(yōu)勢和不足，以及為提高鑒別準確率而采用的輔助技術(shù)和多元統(tǒng)計策略。

1 水產(chǎn)品養(yǎng)殖現(xiàn)狀

由于水文地理條件(水文特征、藻屑和沉積物等)以及養(yǎng)殖方式的不同，水產(chǎn)品的營養(yǎng)成分會隨之發(fā)生改變，因而水產(chǎn)品的品質(zhì)好壞極大地依賴于產(chǎn)地及養(yǎng)殖方式。目前，我國評價水產(chǎn)品質(zhì)量的標準體系主要是參照農(nóng)產(chǎn)品的無公害產(chǎn)品、綠色產(chǎn)品、有機產(chǎn)品和地理標志產(chǎn)品的“三品一標”認證體系。無公害水產(chǎn)品是指無污染、無毒害、安全優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)品，是進入市場的基本準入條件；綠色水產(chǎn)品是指優(yōu)良生態(tài)環(huán)境、按照綠色食品標準生產(chǎn)、實行全程質(zhì)量控制并獲得綠色食品標志使用權(quán)的安全、優(yōu)質(zhì)食用水產(chǎn)品及相關(guān)加工產(chǎn)品；有機水產(chǎn)品是指在生產(chǎn)過程中不使用人工合成的肥料、農(nóng)藥、生長調(diào)節(jié)劑和飼料添加劑等可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品，它強調(diào)加強自然生命的良性循環(huán)和生物多樣性；地理標志水產(chǎn)品是指產(chǎn)自特定地域，所具有的質(zhì)量、聲譽或其他特性本質(zhì)上取決于該產(chǎn)地的自然因素和人文因素，經(jīng)審核批準以地理名稱進行命名的水產(chǎn)品。通過比較分析可知，無公害、綠色和有機產(chǎn)品的環(huán)境友好度依次增加，生產(chǎn)方式更加趨近于自然化、生態(tài)化的養(yǎng)殖方式，而地理標志產(chǎn)品具有很強的地域要求和人文特征?！叭芬粯恕笔菄彝苿拥摹⒁云髽I(yè)為主體的高度組織化的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量評價方式，評價過程主要以安全指標為認證參數(shù)。隨著廣大人民群眾對水產(chǎn)品的需求由量到質(zhì)轉(zhuǎn)變，“三品一標”認證的水產(chǎn)品無法定性或定量的描述其與產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系。人們普遍認為水地產(chǎn)的養(yǎng)殖方式和營養(yǎng)品質(zhì)密切相關(guān)，如深海養(yǎng)殖比人工塘養(yǎng)的魚滋味更豐富，因而從養(yǎng)殖方式的角度來衡量的水產(chǎn)品的品質(zhì)更具現(xiàn)實意義。

我國天然水域、人工水體和沿海港、塭都適合水產(chǎn)養(yǎng)殖。目前，養(yǎng)殖的水產(chǎn)種類繁多，包括魚類、甲殼類、貝類、爬行類和兩棲類等。對于海水養(yǎng)殖來說，除自然海域捕撈的方式外，養(yǎng)殖方式還包括傳統(tǒng)的港、塭養(yǎng)殖、現(xiàn)代漁業(yè)的池養(yǎng)、浮式網(wǎng)箱養(yǎng)殖、深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖以及路基工廠化養(yǎng)殖等。養(yǎng)殖的品種從單一品種向多營養(yǎng)層級的綜合養(yǎng)殖方式轉(zhuǎn)變，多營養(yǎng)層級的綜合養(yǎng)殖實現(xiàn)了系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)在不同營養(yǎng)級之間的循環(huán)利用，降低了環(huán)境壓力，提高了水產(chǎn)品的品質(zhì)，如加拿大構(gòu)建的魚、貝、藻類的綜合種養(yǎng)模式。近年來，這一綜合養(yǎng)殖方式也在我國得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用，如江蘇開展的灘涂貝類與紫菜的立體養(yǎng)殖方式、山東榮成海草床多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖等，開辟了魚、貝、藻和參生態(tài)高效的綜合養(yǎng)殖新途徑。

對于淡水產(chǎn)品，我國養(yǎng)殖產(chǎn)量位居世界首位，養(yǎng)殖方式可細分為池塘養(yǎng)殖、稻田養(yǎng)殖、圍欄養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖和大水面漁業(yè)養(yǎng)殖等。其中池塘養(yǎng)殖占據(jù)主要地位，具體可細分為單養(yǎng)和混養(yǎng)兩種模式，單養(yǎng)模式多適合養(yǎng)殖鱖魚()、黃顙魚()、羅非魚()、南美白對蝦()等肉食和雜食性品種。而池塘混養(yǎng)模式更為普遍，適用于“青()、草()、鰱()、鳙()”四大家魚和鱖魚、黃顙魚、中華鱉()和河蟹等的多品種和不同比例的混合養(yǎng)殖。稻田養(yǎng)殖是將稻田生態(tài)系統(tǒng)與水產(chǎn)養(yǎng)殖相結(jié)合形成漁稻復合系統(tǒng)，現(xiàn)已形成了稻-魚、稻-蝦、稻-鱉、稻-蟹的綜合養(yǎng)殖方式。圍欄養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、大水面漁業(yè)適合在湖泊、水庫中養(yǎng)殖大宗淡水魚、河蟹和河蝦等。其中全國湖泊和水庫中的淡水養(yǎng)殖產(chǎn)品絕大多數(shù)符合有機、綠色水產(chǎn)品標準，大水域漁業(yè)也逐步由“高產(chǎn)”養(yǎng)殖向生態(tài)環(huán)保和天然餌料喂養(yǎng)的生態(tài)化漁業(yè)發(fā)展。

綜上可知，目前水產(chǎn)養(yǎng)殖方式呈現(xiàn)多樣化、生態(tài)化發(fā)展的特點，且已建立健全以企業(yè)為主體的水產(chǎn)品認證體系。因而，通過可靠的技術(shù)手段實現(xiàn)水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式和質(zhì)量水平的分類鑒別，對于提高生態(tài)漁業(yè)的價值、配置養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、改善水產(chǎn)品品質(zhì)以及實現(xiàn)漁業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2 穩(wěn)定同位素溯源技術(shù)

2.1 穩(wěn)定同位素技術(shù)原理

同位素是指原子中質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的核素，有放射性同位素和穩(wěn)定同位素之分。其中穩(wěn)定同位素不受半衰期的影響，且無放射性危害。雖然穩(wěn)定同位素之間化學性質(zhì)無顯著的差異，但受環(huán)境影響的同位素分餾效應(yīng)非常適合用于長時間的產(chǎn)品示蹤實驗。穩(wěn)定同位素在自然界含量極低，用絕對量表達同位素的差異比較困難，因而國際上公認使用相對量來表示同位素的富集程度，計算公式為：

δ=(/-1)×1 000‰

其中為樣品中測得的重同位素與輕同位素的豐度比值。

穩(wěn)定同位素技術(shù)可用于水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式的鑒別與溯源，其通過水產(chǎn)品中穩(wěn)定同位素的比值與可能的食物來源的穩(wěn)定同位素比值做比較，從而推斷可能的食物來源，攝食種類比例、食物季節(jié)變化和時空變化等，從而鑒別出水產(chǎn)品的養(yǎng)殖方式和產(chǎn)品品質(zhì)。一般用于鑒別養(yǎng)殖方式的穩(wěn)定同位素包含碳13/碳12(C/C)、氫2/氫1(H/H)、氧18/氧16(O/O)、氮15/氮14(N/N)、硫34/硫32(S/S)和鍶87/鍶86(Sr/Sr)六種。水產(chǎn)品中的δC、δN同位素可以反映攝食種類的變化，δH、δO同位素反映水產(chǎn)品養(yǎng)殖環(huán)境的溫度、海拔和降水的變化特征，δS、δSr同位素則主要反映養(yǎng)殖水體中地質(zhì)環(huán)境特征。因此，可通過水產(chǎn)品中一組或多組同位素特征鑒別其養(yǎng)殖方式。

2.2 穩(wěn)定同位素技術(shù)的特點

隨著分析對象的深入，穩(wěn)定同位素技術(shù)用于溯源分析可以分為全樣品穩(wěn)定同位素分析、特性化合物穩(wěn)定同位素分析和位置穩(wěn)定同位素分析三類，這些方法的分析目標由宏觀分析對象向微觀特定化合物深入，進而能夠?qū)崿F(xiàn)更為小尺度差異的鑒別與溯源，從而提高了鑒別的準確率。目前，常用做分析的特異性化合物包括單糖、有機酸、氨基酸、脂肪酸和揮發(fā)性小分子中δC、δN同位素，如通過市售果汁中有機酸和果糖等的δC同位素分析，GUYON等實現(xiàn)了市售果汁純度的鑒別；通過對不同來源的蝦夷扇貝()中多種單糖的δC、δN同位素分析，方志強等實現(xiàn)了蝦夷扇貝的來源分析，且相較于單一同位素分析提高了準確度；GREULE等測定香草醛分子以及香草醛甲氧基上的δC和δH，并將兩組δC和δH用散點圖分析，建立了判別香草醛摻假的區(qū)間。利用穩(wěn)定同位素技術(shù)鑒別時，有時需要選取產(chǎn)品中的某一種或者幾種組分進行分析。此時，需要其他儀器的輔助，如高效液相色譜-穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜(HPLC-IRMS)和氣相色譜-穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜(GC-IRMS)等，將待測組分分離后檢測。此外，選擇適當基質(zhì)的穩(wěn)定同位素標準物質(zhì)有助于提高鑒別溯源的有效性和準確度。

3 穩(wěn)定同位素養(yǎng)殖方式鑒別的研究現(xiàn)狀

3.1 海水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式鑒別

海水產(chǎn)品營養(yǎng)物質(zhì)豐富，如不飽和脂肪酸含量較高，通常被認為具有比淡水魚類更高的營養(yǎng)價值。不同養(yǎng)殖方式下的海水產(chǎn)品品質(zhì)存在較大差別，海水產(chǎn)品易受市場消費的追捧，經(jīng)濟價值較高，冒充養(yǎng)殖方式以次充好的問題也較為突出，因而對海水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式的鑒別與溯源非常必要。

3.1.1 甲殼類海產(chǎn)品

目前，穩(wěn)定同位素溯源與鑒別已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海水產(chǎn)品的貝類和蝦類等甲殼類海產(chǎn)品。一些典型的穩(wěn)定同位素技術(shù)用于海水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式溯源的文獻如表1所示。蔡星媛等利用穩(wěn)定同位素技術(shù)，比較了筏養(yǎng)和底播兩種養(yǎng)殖魁蚶()方式的穩(wěn)定同位素差異，發(fā)現(xiàn)δC、δN同位素值存在季節(jié)差異，但是隨季節(jié)變化趨勢相反，五月差異不明顯，九月筏養(yǎng)區(qū)魁蚶的δC、δN值均顯著高于底播區(qū)。這是由于兩者食物來源不同，筏養(yǎng)區(qū)魁蚶的食物主要來源于浮游植物，而底棲魁蚶的主要來源為底棲微藻，因而通過魁蚶中δC、δN穩(wěn)定同位素值可鑒別其生產(chǎn)方式。ORTEA等通過δC、δN穩(wěn)定同位素及鉛(Pb)、鎘(Cd)、砷(As)、磷(P)和硫(S)元素分析結(jié)合化學計量學探究了商品基圍蝦()的生產(chǎn)方式、產(chǎn)地和種類的鑒別，且生產(chǎn)方式和產(chǎn)地預測正確率達到100%，基圍蝦種類鑒別正確率達到93.5%。CARTER等從蝦的同位素和微量元素的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，澳大利亞對蝦()的δC、δH同位素值和As、鋅(Zn)、鉀(K)要高于進口蝦。文中分析出現(xiàn)這種差異的原因可能是進口對蝦通常在水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施中飼養(yǎng)，并在澳大利亞銷售前冷凍，因而通過δC、δH同位素和微量元素差異可以實現(xiàn)澳大利亞對蝦與進口對蝦的區(qū)分。對于甲殼類產(chǎn)品，δC、δN穩(wěn)定同位素具有較好的養(yǎng)殖模式和食物來源指征，甲殼類產(chǎn)品含有豐富的元素成分，輔助一些元素指標能更好地對養(yǎng)殖模式進行區(qū)分。

表1 海水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式穩(wěn)定同位素比較

3.1.2 海水魚類

(1)穩(wěn)定同位素結(jié)合元素分析和組成分析

為了得到比較準確的溯源結(jié)果，除了單一的穩(wěn)定同位素分析外，還會結(jié)合如脂肪酸、蛋白質(zhì)和氨基酸等組成分析的手段。如，ROJAS等分別對10種野生和40種人工金尾海鯛()肌肉樣本的δC和δN同位素分析，發(fā)現(xiàn)兩種同位素提供了一種很好的區(qū)分標志，即野生海鯛的δN和δC分別為7.5‰～15.5‰和-19.1‰～-14.6‰，人工養(yǎng)殖的則為11.0‰～16.3‰和-23.3‰～-20.5‰。TURCHINI等通過穩(wěn)定同位素結(jié)合形態(tài)學、脂肪酸和營養(yǎng)成分分析嘗試區(qū)分戶內(nèi)循環(huán)、戶外浮籠和徑流循環(huán)三類漁場的鱈()，結(jié)果表明不同漁場間魚的δC、δN同位素與其飼料密切相關(guān)，δO同位素與水源密切相關(guān)，結(jié)合δC、δN、δO穩(wěn)定同位素可以實現(xiàn)不同漁場鱈的有效區(qū)分，此外還發(fā)現(xiàn)通過脂肪酸、形態(tài)和組成分析等能夠很好地實現(xiàn)野生和養(yǎng)殖魚的區(qū)分。AURSAND等利用穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜、氣相色譜分析了安大略鮭()的魚油以及肌肉中脂質(zhì)提取物的12種脂肪酸組成、H/H和C/C值，并通過核磁共振分析法分析了14個同位素簇H摩爾分數(shù)，結(jié)合多種組成和同位素數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了野生安大略鮭以及其魚油制品的人工養(yǎng)殖和野生兩類生產(chǎn)方式的區(qū)分。DEMPSON等發(fā)現(xiàn)相較于人工養(yǎng)殖鮭，野生鮭中有顯著的N富集和C值減少的情況，其中野生鮭的δN、δC平均值分別為(12.75±0.38)‰和(-20.51±0.23)‰，人工養(yǎng)殖鮭的δN、δC平均值分別為(10.96±0.19)‰和(-19.25±0.17)‰，因而通過二者相結(jié)合可以有效實現(xiàn)野生和養(yǎng)殖鮭的區(qū)分。TREMBACZOWSKI等利用鮭魚鱗片中的δC、δS穩(wěn)定同位素值的區(qū)別能夠很好地區(qū)分野生和養(yǎng)殖兩種生長方式的鮭魚，研究發(fā)現(xiàn)野生鮭的δC、δS同位素分別在-31～21‰和-13‰～7‰之間，飼養(yǎng)鮭魚則分別在在-22‰～29‰和11‰～26‰之間。SERRANO等分析了金頭鯛的白肉、紅肉、肝臟、鰓和性腺部分的δC、δN同位素，發(fā)現(xiàn)脫脂后養(yǎng)殖魚的δC同位素較野生的平均減少(2.9±0.4)‰，δN同位素較野生的平均多(1.5±0.2)‰，因而通過穩(wěn)定同位素特征可以很好地將養(yǎng)殖和野生的金頭鯛區(qū)分開來。WANG等開發(fā)了一種新的基于氨基酸的同位素分析方法，通過分析不同魚的氨基酸同位素，不僅可以精確地區(qū)分野生、有機和傳統(tǒng)養(yǎng)殖的鮭魚群，還可以區(qū)分它們是以昆蟲還是大型藻類為食。在一個不斷開發(fā)新飼料蛋白和功能添加劑的行業(yè)，特異氨基酸同位素分析法是溯源三文魚和其他海水產(chǎn)品的一種很有前景的手段。

δC和δN同位素能夠更好的反映魚類產(chǎn)品在生命周期中攝食來源及代謝吸收后的情況，因而對于鑒別魚類產(chǎn)品的養(yǎng)殖模式具有很好的指示作用。同時為了提高區(qū)分度，特定組織和化合物成分中的同位素特征也進一步分析，如魚鱗、魚油以及魚肉中氨基酸中的同位素特征。整體以及細節(jié)部位的同位素特征結(jié)合魚類產(chǎn)品特有的蛋白質(zhì)、脂肪酸和氨基酸這些主要的營養(yǎng)成分特征能夠?qū)ζ漯B(yǎng)殖方式起到一個更為精準的區(qū)分，這種溯源模式背后機理值得我們進一步研究。

(2)多元統(tǒng)計輔助穩(wěn)定同位素技術(shù)

在一些復雜情況下，不同養(yǎng)殖方式引起的同位素特征差異并不明顯，無法直接觀察到，往往需要借助統(tǒng)計學方法，因而需建立一些分類模型從而實現(xiàn)不同養(yǎng)殖方式的區(qū)分。如DOUGLAS等測定了不同養(yǎng)殖方式下金頭鯛的脂肪酸含量、魚油中的δC、δO同位素值、磷脂膽堿中的N同位素值和脂肪酸中δC同位素值，通過這些數(shù)據(jù)結(jié)合主成分分析可以區(qū)分野生的和養(yǎng)殖的金頭鯛。BUSETTO等分析了大鯪鲆()的δC、δN同位素比值和脂肪酸數(shù)據(jù)，單純地從這些數(shù)據(jù)上無法找到一個直觀的分類閾值，但結(jié)合現(xiàn)行判別分析和獨立軟模式類簇法的方法可以很好地實現(xiàn)野生和人工養(yǎng)殖的大鯪鲆的區(qū)分。FASOLATO等應(yīng)用多元統(tǒng)計的方法，結(jié)合魚的生物量統(tǒng)計和魚肉組織中的脂肪酸組成、δC、δN同位素比值可以有效區(qū)分歐洲海鱸()的養(yǎng)殖方式。BELL等測定了不同養(yǎng)殖方式下鱸魚的總δC、δO同位素值和脂肪酸含量，另外通過特定化合物同位素分析測定了甘油δN、脂肪酸δC，結(jié)合這些數(shù)據(jù)與PCA方法可以用于野生鱸魚和養(yǎng)殖鱸的快速區(qū)分。THOMAS等通過分析171份鮭樣品的脂肪酸組成和穩(wěn)定同位素特征，發(fā)現(xiàn)膽堿中的δN值和總魚油中的δO值可以很明顯的區(qū)分鮭的養(yǎng)殖方式，再結(jié)合亞油酸C18：2n-6所占脂肪酸的質(zhì)量分數(shù)可以有效地判斷市場上野生鮭標簽使用是否恰當。GOPI等為了驗證穩(wěn)定同位素是一種有效的鑒別海水產(chǎn)品來源的方式，選取了澳洲鱸和澳大利亞虎蝦()作為分析對象，通過他們的δC、δN穩(wěn)定同位素實現(xiàn)了不同產(chǎn)地澳洲鱸魚和不同生產(chǎn)方式下澳大利亞虎蝦的區(qū)分，從而證明了穩(wěn)定同位素適用于海水產(chǎn)品生產(chǎn)方式和產(chǎn)地的鑒別。此外，GOPI等將X射線熒光(XRF)掃描儀和穩(wěn)定同位素結(jié)合，分析了尖吻鱸()穩(wěn)定同位素和元素數(shù)據(jù)，將獲得的數(shù)據(jù)通過多元分析、隨機森林和現(xiàn)行判別等方法，建立統(tǒng)計模型用于生產(chǎn)方式和地理差異的預測，通過比較發(fā)現(xiàn)結(jié)合兩組數(shù)據(jù)建立的預測模型的正確率為81%，要高于單一數(shù)據(jù)建立的預測模型，因而多分析手段配合穩(wěn)定同位素分析可以進一步提高魚類生產(chǎn)方式預測的準確度。

3.2 淡水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式的鑒別

3.2.1 甲殼類淡水產(chǎn)品

淡水養(yǎng)殖的甲殼類產(chǎn)品多以蝦蟹為主，目前對于淡水甲殼類的穩(wěn)定同位素溯源主要用于不同養(yǎng)殖模式下的食性區(qū)分。如周正等利用穩(wěn)定同位素技術(shù)比較了稻蝦共作養(yǎng)殖方式和池塘精養(yǎng)模式下的食性和營養(yǎng)級差異，通過比較發(fā)現(xiàn)，共作模式下克氏原鰲蝦()的δC值介于-34.22‰～-25.34‰之間，δN值介于2.72‰～5.97‰，精養(yǎng)模式下克氏原鰲蝦的δC值介于-31.76‰～-26.38‰，δN值介于2.33‰～8.05‰之間，通過與養(yǎng)殖環(huán)境中的植物和浮游顆粒物的同位素值比較，可以計算出不同養(yǎng)殖方式下的蝦的營養(yǎng)級別，在精養(yǎng)模式下克氏原螯蝦的營養(yǎng)級為2.34，高于共作模式下的1.79。通過對比食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，雖然不同養(yǎng)殖方式下克氏原螯蝦的生態(tài)空間利用率接近，但由于共作模式的食物網(wǎng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)多樣性較高，群落的營養(yǎng)生態(tài)位范圍較寬，食物網(wǎng)的營養(yǎng)冗余程度較低，不同物種競爭激烈程度較低。與精養(yǎng)模式相比，稻蝦共作模式中克氏原螯蝦更偏向植食性。

3.2.2 淡水魚類

與海水魚不同，淡水魚的養(yǎng)殖方式更為多樣，養(yǎng)殖環(huán)境更為復雜，即使是同一種養(yǎng)殖方式，在不同地區(qū)由于環(huán)境、土壤、水源和氣候等因素的差別也會使產(chǎn)品品質(zhì)存在顯著差異。穩(wěn)定同位素技術(shù)在淡水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式鑒別上的研究報道較少，如表2所示。CURTIS等分析了云斑狗魚()耳石中δC、δO穩(wěn)定同位素比和鋇(Ba)、硼(B)、錳(Mn)、K、銣(Rb)、鈉(Na)、鍶(Sr)七種元素，結(jié)合這兩類參數(shù)能很好地實現(xiàn)野生狗魚和養(yǎng)殖狗魚的區(qū)分。SANTS-ANA等研究了野生和人工養(yǎng)殖的巴西淡水魚的化學組成和穩(wěn)定同位素的季節(jié)性變化規(guī)律，通過比較不同季節(jié)淡水魚的蛋白質(zhì)、水分、肥美度和同位素差異，發(fā)現(xiàn)在雨季養(yǎng)殖魚比野生魚有更好的營養(yǎng)狀況，且δN同位素要顯著富集，而旱季則沒有發(fā)現(xiàn)富集現(xiàn)象。此外，無論旱季還是雨季，養(yǎng)殖魚的δC同位素都觀察到了富集的現(xiàn)象。因此，利用δC、δN穩(wěn)定同位素可以溯源巴西淡水魚的生產(chǎn)方式以及季節(jié)。劉志等通過分析鯉魚()魚磷的穩(wěn)定同位素，區(qū)分了我國洞庭湖范圍內(nèi)野生、湖泊養(yǎng)殖和池塘養(yǎng)殖的鯉魚，發(fā)現(xiàn)池塘養(yǎng)殖的鯉魚鱗片的C和N值相對富集于野生和湖泊養(yǎng)殖的鯉魚，造成這一現(xiàn)象的原因是池塘養(yǎng)殖鯉魚攝入的動物蛋白衍生飼料較野生和湖區(qū)養(yǎng)殖的鯉魚多，文中進一步通過魚鱗的穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)和元素數(shù)據(jù)結(jié)合(PLS-DA)方法實現(xiàn)了三類湖區(qū)水產(chǎn)的區(qū)分。

表2 淡水產(chǎn)品養(yǎng)殖方式穩(wěn)定同位素比較

我國淡水魚類大多都是混養(yǎng)模式，因而通過對淡水魚不同混養(yǎng)模式下的同位素特征進行分析，并結(jié)合其攝食來源和環(huán)境沉積物等的穩(wěn)定同位素進行比對分析，可以揭示淡水產(chǎn)品的攝食類型和主要的食物來源，從而間接判定水產(chǎn)品的養(yǎng)殖方式。皮坤等通過對我國主要的淡水魚草魚和黃顙魚的池塘沉降物的δC、δN穩(wěn)定同位素示蹤分析，以及沉降顆粒物的總氮、總碳、總有機碳以及總有機氮的特征分析，發(fā)現(xiàn)主養(yǎng)黃顙魚池塘顆粒沉降物中總氮、總碳、總有機碳以及總有機氮含量均顯著高于主養(yǎng)草魚池塘，主養(yǎng)黃顙魚和草魚池塘沉降顆粒物的δC平均值分別為-25.3‰和-25.4‰，δN同位素平均值分別為6.2‰和5.9‰。

3.3 穩(wěn)定同位素在養(yǎng)殖方式鑒別中的應(yīng)用特點

通過總結(jié)上述研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定同位素在養(yǎng)殖方式的溯源中存在以下特點：(1)利用元素以δC、δN同位素為主，δH、δO、δS同位素為輔。目前，在養(yǎng)殖方式鑒別領(lǐng)域的應(yīng)用研究多用δC、δN同位素，δC、δN同位素跟水產(chǎn)養(yǎng)殖的攝食來源有關(guān)，能極大地反映水產(chǎn)品攝食的種類。另外，水產(chǎn)品中的穩(wěn)定同位素分析由總的穩(wěn)定同位素特征向水產(chǎn)品中某一類化合物分子中的穩(wěn)定同位素特征轉(zhuǎn)變。(2)多種分析手段相結(jié)合。單一的穩(wěn)定同位素技術(shù)在野生和有機養(yǎng)殖水產(chǎn)品中進行溯源比較困難，需借助其他的技術(shù)手段共同分析，如元素分析、脂肪酸分析、氨基酸分析等。(3)需借助一定統(tǒng)計學方法。對于特定的鑒別，需要借助一些統(tǒng)計學方法建立定量的生產(chǎn)方式預測模型，目前用到的統(tǒng)計學方法主要有：多元統(tǒng)計分析、主成分分析、偏最小二乘判別分析等。在養(yǎng)殖方式鑒別研究中，對于除穩(wěn)定同位素方法以外的分析方法、分析對象以及統(tǒng)計方法的補充都是為了提高生產(chǎn)方式鑒別的準確度。因而，提高準確率是鑒別的首要目標，但是在提高鑒別準確度的同時更應(yīng)該分析同位素特征以及其他內(nèi)含物成分與養(yǎng)殖方式的相關(guān)性聯(lián)系，從而揭示溯源機理。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，穩(wěn)定同位素技術(shù)已經(jīng)成為水產(chǎn)品生產(chǎn)方式的一種有效的鑒別手段。目前的生產(chǎn)方式鑒別主要集中在海水產(chǎn)品，而淡水產(chǎn)品的生產(chǎn)方式鑒別研究較少。今后可從以下幾方面著手深入研究穩(wěn)定同位素技術(shù)在水產(chǎn)品養(yǎng)殖模式鑒定方面的應(yīng)用。(1)加強對淡水產(chǎn)品養(yǎng)殖的模式，尤其是復雜生態(tài)養(yǎng)殖方式的淡水產(chǎn)品整體的穩(wěn)定同位素特征分布特征研究。(2)為了提高區(qū)分度，需加強對某個部位或某類化合物的同位素特征的研究，并將這類養(yǎng)殖方式的同位素特征之間的關(guān)系進行深度利用。(3)統(tǒng)計學方法對養(yǎng)殖方式鑒別起著至關(guān)重要的作用，但目前使用的統(tǒng)計學方法相對單一，需要盡可能豐富建模方法從而從數(shù)據(jù)挖掘的角度提高鑒別模型的預測效率。通過以上三方面的研究以期為生態(tài)化養(yǎng)殖方式生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品提供行之有效的技術(shù)監(jiān)管或認證手段。