稳定同位素质谱分析技术及其在食品检验中的应用研究进展

段鹤君，赵立文

（北京疾病预防控制中心，北京100013）

稳定同位素质谱分析技术及其在食品检验中的应用研究进展

段鹤君，赵立文*

（北京疾病预防控制中心，北京100013）

简述稳定同位素质谱分析技术的基本原理，综述该技术几年来在食品安全溯源及真伪鉴别中的应用研究进展，重点介绍其在婴幼儿奶粉掺假、蜂蜜掺假及产地溯源、植物油掺假、酒水溯源及掺假及动物食品产地溯源及掺假检验等方面的研究及应用，展望该技术在食品安全中的发展前景。

稳定同位素质谱仪；食品安全；掺假；产地溯源

民以食为天，食源安全问题不仅和广大人民群众的健康息息相关，也对系到国家经济，社会稳定有着重大影响［1-2］。

同位素质谱技术最初应用在核工业、地质学、天然矿业、天然气及考古等领域［3］。随着仪器科学的进步，同位素质谱技术也开始进入农业和食品方面的检测和质量控制等研究工作领域。稳定同位素质谱技术可用于区分合成的和天然的食品的添加物［4］；来自不同产地的化合物可能显示不同的同位素组成及地域信息。依据植物的代谢途径的差异，测定蜂蜜同位素比值判别是否掺入了植物糖浆［5-6］。也可以通过肥料，环境和代谢途径鉴别有机食品与传统食品的差别［7］。近年来，食品掺假水平日新月异，需要更加先进的科学检测手段进行应对。随着科学技术的进步，稳定同位素术质谱技术在食品安全检测中掺假鉴别、产地溯源等方面均已建立起成熟的检测方法。在乳制品、蜂蜜、果汁、油脂，葡萄酒及白酒掺假，动物食品、葡萄酒、饲料原料的地域溯源检测方面均有重要作用。

1　在婴幼儿食品检验中的应用

婴幼儿配方奶粉是婴幼儿的主要食品，而婴幼儿又是化学污染物暴露的高危人群。奶粉的定量方法有凯氏定氮法、高效液相色谱法、近红外光谱法、傅里叶变化红外光谱法、紫外分光光度法、氨基酸分析法等，但是这些方法均以奶粉中蛋白质的含量判断，并没有解决奶源产地溯源、奶粉掺假等问题［8］。

近年来婴幼儿奶粉掺假事件频出，国内奶粉市场掺假的现象不断发生，所以直接影响了婴幼儿的食品安全。追溯原料奶的产地和奶源质量非常关键，李鑫等［9］采用元素分析-稳定同位素质谱（EA-IRMS）同时测定原料乳粉中δ15N和δ13C值，研究表明在国内和国外奶源δ13C值呈规律性变化，而δ15N无明显变化。用于提高乳粉中氮含量的非法添加物如尿素、三聚氰胺等的测定δ15N值均为负值，与其他蛋白类高氮物质有显著区别。δ15N值下降趋势可以作为一种有效监控原料乳粉掺假的判别方法。

针对同一奶源产地以及不同奶源产地婴幼儿配方奶粉源产地的鉴别，梁莉莉等［10］利用EA-IRMS对其中酪蛋白的δ15N和δ13C值进行了测定，发现δ15N和δ13C与奶源产地有一定的相关性，同一产地的婴幼儿配方奶粉中酪蛋白的δ15N和δ13C值分布范围一致，而不同奶源产地的则存在差异。同时测定15N和13C值并共同比较，可以进行奶源产地一致性的判别。

2　蜂蜜掺假检验中的应用

天然蜂蜜是一种高附加值的营养品，在市场上的销售价格也逐年提高，然而少数不法生产厂家为了追求利润，降低成本，在纯正蜂蜜中掺入廉价的植物糖浆，损害消费者利益，稳定同位素质谱的引入食品掺假和产地溯源，通过同位素比值范围可以判别市售蜂蜜掺假［11］。

胡柳华等［12］在蜂蜜、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜中掺入玉米高转化糖浆、植物蔗糖和大米麦芽糖等，采用稳定同位素质谱仪考察δ13C值的变化情况。植物糖蔗糖和玉米糖浆与未掺入的蜂蜜中δ13C值偏离较大。植物糖甜菜糖和大米麦芽糖与未掺入的蜂蜜中δ13C较为接近。混合蜜中掺入蔗糖，混合蛮、紫云英蜂蜜和洋槐蜂蜜中掺入玉米高转化糖浆后，其δ13C值随掺入量的增加而增大。蜂蜜中蛋白质的δ13C值基本没有变化。罗东辉等在38个纯正蜂蜜样品测得碳同位素δ13C值数据；其中蛋白质和蜂蜜的δ13C差值约为-9.5%果糖和葡萄糖的δ13C差值在-6.4%～5.3%之间，对市售的150个样品分析进行鉴定，有58个样品掺有C3和C4的植物糖浆的阳性样品，市售蜂蜜中的掺假率为38.7%。国家质量监督检验检疫总局颁布了新的蜂蜜国家标准GB/T 18796-2002《蜂蜜》，紧接着又颁布了C4同位素鉴定国家标准GB/T18932.1-2002《蜂蜜中碳-4植物糖含量测定方法稳定碳同位素比率法》［13-14］。

3　植物油检验中的应用

食用植物油是日常生活的必需品，然而一些不法经营者为了牟取暴利在高附加值成品油中掺入廉价的植物油，比如橄榄油中添加大豆油、菜籽油或非食用油等［15-16］。朱绍华［17］发现茶油和玉米油的δ13C值的差异很大，当玉米油在15%以上时，可以明确地判别茶油是否掺假了玉米油，并能对其百分含量做定量计算，用气相色谱法获得C4转化途径的玉米油和C3转化途径的花生油的脂肪酸组成，再用同位素比值质谱仪（GC-C-IRMS）确定脂肪酸δ13C值，人工和天然产物分子的同位素比例具有显著性差异。植物碳元素通过C3，C4，CAM途径转化，δ13C存在较大差异。

4　酒水、饮料的产地溯源检验中的应用

牛丽影等［18］采用同位素比率质谱法（IRMS）在判别非浓缩还原（NFC）果汁与FC苹果汁中水的δ2H、δ18O值进行了测定，结果表明，NFC橙汁δ2H与δ18O值均显著高于浓缩还原（FC）果汁。并且δ2H、δ18O值与NFC果汁含量关系可用于NFC果汁含量的判别。由此可见，现今的IRMS的方法可以用于鉴别果汁的真伪，提高我国的果汁标准规范，并与国际接轨促进出口［19-20］。还有研究表明，葡萄酒中掺入蒸馏水按照不同比例混匀，氧同位素比值（δ18O）对于葡萄酒随着掺入蒸馏水的比例增加而下降，因此GASbech II-IRSM可以判别葡萄酒中是否掺入外来水，以及外来水的含量［21］。另有研究表明，不同产地酒水的数据分析，可以通过地理标志（原产地）、非地理标志（非原产地）和该区域以外的地区的区分。吴浩［22］利用气相色谱-燃烧-同位素质谱（GC-C-IRMS）分析了产自法国、澳大利亚、美国和中国共54种葡萄酒中5类组分的碳稳定同位素值，有效的区分不同产地的葡萄酒，说明葡萄酒挥发性成分稳定碳同位素可应用于葡萄酒的产地溯源。其次就是葡萄酒产假的问题，为了获得经济利润，不法商贩添加乙醇等增加酒精度，添加甘油增加口感甘甜。李学民等［23］测定葡萄酒中甘油和乙醇δ13C值的分析方法，对40个葡萄酒样品进行了测定，甘油和乙醇的δ13C值具有较强的相关性，而外源性不具有此性质。因此在判定葡萄酒中是否掺假提供了有力依据。

5　动物产品产地及掺假鉴别中的应用

近年来，受疯牛病、禽流感等影响，采用稳定同位素质谱法检测动物食品产地的研究相应增加，即为一种有效追溯产品产地的方法。抽取不同国家出口的牛肉样品经检测后获得C、N和S同位素比值范围，检测结果表明欧美地区牛肉中的C、N同位素组成存在很大差异，而欧洲国家之间的牛肉的δ13C、δ15N值也存在明显差异；综合分析C、N、S同位素，还可区分出常规养殖的牛肉与有机养殖的牛肉［24］。郭波莉［25］通过对牛肉中C、N的分析对其产地溯源，经过聚类分析判断牛肉产地来源，进一步探明δ13C值依次递减的顺序为牛尾毛＞脱脂牛肉＞牛肉粗脂肪，说明各组织中稳定性碳同位素组成变化趋势一致，均可作为判断牛膳食及其来源地的样品材料，饲料对牛各组织中稳定性碳同位素组成的影响远大于品种对其的影响［25］。牛各组织中的稳定性碳同位素组成取决于主膳食成分，而少量的浓缩饲料、添加剂等饲料成分对其的影响很小，利用δ13C值可进行产地溯源。

6　稳定同位素在食品安全的发展前景

稳定同位素溯源技术已经成为食品安全领域中有效成分掺假、产地溯源、地域溯源、动物饲料成分鉴别方面中有突出优势［26-29］。国内外食品产假技术有多种检测方法，同位素比值的检测技术可以用于食品安全领域中鉴别食品成分产假，食品污染物来源，追踪产品原产地及判断动物饲料原料产假等方面。目前，针对我国面临的一些棘手的食品安全事件中的非法添加都可以有效的解决。比如三聚氰胺非法添加婴幼儿奶粉，IRMS已经有相应的研究工作，未来可以作为重要的检测手段之一。还有些进口橄榄油、中药材及茶叶等食品的真伪、溯源，IRMS分析技术均可扩展到不同的应用范围。肉制品中同位素组成不仅仅受饲料中同位素影响，也受动物代谢、饲料，或者不同地区（高原、平原等）饲养的影响，产地判断难度增加，另外气候环境、加工过程等因素对各组织中同位素组成有影响［30］。所以在稳定同位素检测基础之上，动植物的机理与环境之间关系的深入研究也是迫在眉睫。利用稳定同位素质谱对蜂蜜、葡萄酒、食醋酱油等产地溯源的数据库，建立一套检测技术及检测标准的科学预警系统，可以不断的降低成本、提高检测效率，更在实际检测工作中得以快速应用，实现其应用价值。

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Application of Stable Isotope Mass Spectrometry in Food Safety Inspection

DUAN He-jun，ZHAO Li-wen*
（Beijing Center Diseases Prevention and Control，Beijing 100013，China）

A review on the stable isotope mass spectrometry analysis technique and its application in food safety traceability and authenticity.Focuses on the application of its in infant milk powder adulterated，honey adulteration and provenance，adulteration of vegetable oils，drinks traceability and adulteration and animal food production traceability and adulteration detection.Meanwhile，made some suggestions to develop prospect in food safety.

stable isotope mass spectrometry；food safety；adulteration；traceability adulteration areas

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.049

北京市居民膳食双酚A、壬基酚风险评估（2011-1013-01）

段鹤君（1978—），女（汉），副研究员，博士，研究方向：食品安全与评估。

赵立文，男，副主任技师。

2016-05-20