水产品产地溯源技术研究进展

王 倩 赵姗姗 郄梦洁 白 扬 郭 军 赵 燕

（1.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，农业农村部农产品质量安全重点实验室，北京100081；2.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特010018）

水产品富含人体必需的营养物质以及一些生物活性物质，具有很高的营养价值[1]。随着人类对食品质量的要求日益增高，水产品品质直接影响着消费者的生活质量和健康状况。水产品来自不同的产地，由于其生产的全球性及消费量的增加，在水产品生产过程中发生食品欺诈的概率也越来越高[2～3]，这些事件不仅影响消费者的安全和权益，而且会影响国际贸易关系。为了保证消费者权益，欧盟关于渔业产品第1379/2013号条例规定，水产品标签中应正确标明鱼种、地理来源、养殖方式的信息[4]。国外对水产品的溯源报道较多，而国内对水产品溯源的研究刚刚起步[5]。溯源技术的出现可使得产品得到监管和保障，因此对水产品进行识别和对产地进行溯源已成为亟待解决的问题。

一、稳定同位素技术

稳定同位素溯源技术是一种基于生物体内稳定同位素差异的溯源技术。稳定同位素的组成携带环境因子的信息，并在气候、地形、生物代谢类型等因素的影响下会引起自然丰度的变异，即同位素分馏作用[6]。稳定同位素技术基本原理与依据是同位素的自然分馏效应，使不同来源的物质中同位素组成比例存在显著差异从而进行产地溯源与真实性研究[7]。常用于水产品溯源的稳定同位素有δ13C、δ15N、 δ2H、 δ18O[8]。一般而言， 水产品体内的C、H、O、N等元素主要依靠食物链摄取。这些稳定同位素的比率受到了地理、气候和生产方式等各种因素的影响，因此生物体内同位素的丰度差异能为判断水产品的来源提供可靠依据[9]。δ13C和δ15N是追溯野生和养殖水产品来源最常用的指标，因为它们主要来源于摄入的食物[3]。通过测定海产品的碳和氮同位素组成就可追踪鱼类等的迁移。不同地区养殖水产品中δ13C和δ15N的差异主要与每个地区或国家养殖水产品饲料混合物的不同有关。生物体中H与O同位素主要与生物体饮用的水源有关，与所食用的食物关系不大。

在水产品产地溯源研究中，TURCHINI等[10]对来自澳大利亚不同农场的鳕鱼体内同位素进行了分析，结果表明，用δ13C和δ15N可以明确地将鱼类与特定的饮食联系起来，而δ18O将鱼类与特定的水源相关联。因此，这些同位素的结合可以区分来自不同农场的鱼类。马冬红等[11]对来自广东、海南、广西、福建4个地域的罗非鱼组织中氢同位素组成的差异进行了比较，结果表明，不同地域的罗非鱼组织中δ2H同位素组成有显著差异，δ2H同位素是罗非鱼产地溯源的一项很有潜力的指标。KIM等[12]对来自不同国家的鲭鱼、黄鱼、鳕鱼中δ13C和δ15N进行了测定，结果显示，不同地区的水产品中δ13C和δ15N差异显著，并且在不同物种间也表现出差异。才让卓玛[13]在7个地区采集了香港牡蛎样品，对其稳定同位素和无机元素进行了测定，结果显示，判别模型中盲样的正确判别率达83.3%，可见指纹信息的组合分析可对香港牡蛎的产地进行溯源。

目前在水产品的生产消费中还存在将养殖水产作为野生水产进行销售的现象，以低经济价值的鱼类来代替高经济价值的同属鱼类，以达到获取更高收益的目的，因此对水产品的生产方式进行鉴别有重要意义。MOLKENTIN等[14]从德国市场收集了有机和传统水产养殖的鳟鱼和鲑鱼，对其脱脂干物质中δ13C和δ15N稳定同位素进行了分析，结果发现，无论是生鲜的、熏制的还是腌制的，都可以成功地将有机养殖与传统养殖的鲑鱼和褐鳟鱼进行区分。海产品生产最重要的因素是养殖动物的饮食和季节变化。SCHRODER等[15]利用稳定同位素将94%的大西洋鲑鱼和虹鳟鱼幼苗分类到正确的农场或自由生活组。LI等[16]对我国和美国16个地点不同盐度养殖的太平洋白虾进行了采集和鉴别，并测定了16种虾养殖中使用的商品饲料δ13C和δ15N值，结果显示，在高盐度水中养殖的虾相比在淡水养殖的虾富含13C，饲料中δ15N与虾中δ15N呈正相关趋势。此外，有研究表明，季节变化是影响水产品溯源的一个因素，SANT’ANA等[3]比较了不同季节的人工养殖和野生的巴西淡水鲶鱼中C和N同位素的组成，结果显示，雨季养殖的鱼中δ15N显著增加，而旱季则没有，而在两个季节中都观察到δ13C的增强。δ13C和δ15N的联合测定在所有条件下表现出了可追溯性，并且在鱼类和鱼类产品进行同位素鉴定时，需要考虑季节变化。

综上所述，采用稳定同位素技术可以有效鉴定水产品的地理来源与养殖方式，将多个稳定同位素结合使用可为水产品的溯源提供完整的信息，可更好地确定水产养殖产品的来源。稳定同位素技术在水产品产地溯源与真实性研究中的应用见表1。

二、DNA分析技术

DNA分析技术可应用于动物、植物以及微生物源性产品的产地溯源以及真实性鉴定。DNA分析技术的产生源于DNA的遗传与变异[31]。DNA分析技术具有易分型、重复性好、检测手段简单快捷等特点，是目前国际上公认的最具发展潜力和应用价值的快速溯源技术[32]。XING等[33]对来自台湾海峡沿线市场上的商业鱼类和加工产品共365个样品进行了识别分类，将其鉴定为12个目、38个科、66个属和86个物种，结果显示，不同物种间平均距离是种内平均距离的49倍，并对物种进行了聚类，结果表明，微型DNA条形码可对鱼类进行有效认证。CHANGIZI等[34]在伊朗鉴定了9种进口鱼类，使用线粒体基因COI的约650个碱基直接测序的DNA条形码显示，3个明太鱼样品（所有样品的11%）标签错误，表明DNA条形码可有效对鱼类种类进行鉴别。CAWTHORN等[35]从南非的海产食品批发商和零售点采集了248个鱼类样本，对COI基因的650个碱基对进行了测序并进行了物种鉴定，结果DNA条形码能够对95%的样本进行明确的物种水平识别。

表1 稳定同位素技术在水产品产地溯源与真实性研究中的应用

水中的细菌群落与鱼类的共生微生物区系有着直接的联系，因此对水产品所携带微生物的群落进行鉴定，进而可判断其产地来源。目前常用的技术为聚合酶链式反应－变性梯度凝胶电泳（polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，PCR－DGGE） 技术[36]。LE NGUYEN等[37]采集了越南不同地区的鲶鱼，采用PCR－DGGE对其携带的微生物群落的16S rDNA进行检测，结果显示，鲶鱼携带微生物的16S rDNA可用于追溯鱼的来源，并且可对同一地点不同季节采集的样品进行区分。TATSADJIEU等[38]利用PCR－DGGE技术对喀麦隆北部3个不同湖泊罗非鱼携带的微生物的16S rDNA进行了检测，结果显示，不同湖泊微生物群落的16S rDNA谱有显著差异，可用于区分罗非鱼的产地。DNA技术近几年在产地溯源和真实性研究中的应用见表2。

三、矿物元素指纹图谱技术

矿物元素指纹图谱技术是一种广泛用于确定食品地理来源的方法。水产食品中微量元素的组成及含量受其生长环境尤其水质的影响，因此矿物元素对水产品进行地理分类有一定作用[36]。LIU等[55]采用电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP－MS）技术对我国渤海、黄海和东海的39个海参样品中15个元素（Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Hg和Pb）进行了测定，结果用主成分分析（principal component analysis，PCA）、 聚类分析（cluster analysis，CA）对3种水环境中的海参样品进行了准确的鉴别，线性判别分析的整体正确分类率与交叉验证率均为100.0%，结果表明，矿物元素分析技术可应用于我国海参的产地追溯。CUSTÓDIO等[56]用火焰原子吸收光谱法测定了葡萄牙4个地点的野生和养殖鱼类中Cd、Hg和Pb元素含量，结果显示，野生鱼体内的有毒元素含量高于人工养殖鱼。GUO等[57]对东海3个地点采集的不同鱼类中25个元素进行了测定，结果显示，PCA可以鉴别同一种鱼类样品产地的来源，而偏最小二乘判别分析（partial least-squares discriminant analysis，PLS－DA）和概率神经网络（probabilistic neural networks，PNN）分析结果显示，在不需要区分鱼的种类的前提下，这两者对样品的地域来源进行鉴别的准确率分别达到97.92%和100%。

表2 DNA分析技术在水产品产地溯源和真实性研究中的应用

在水产品溯源的实际应用中，会受到品种、年龄、饲料和气候等多方面的影响，从而对水产品的溯源有着很大的挑战[58]。因此矿物元素溯源技术通常与其他技术联合使用对水产品进行溯源，其中将稳定同位素和矿物元素分析技术结合的应用较多，以获得更可靠的结果[9]。GOPI等[28]对来自亚太地区的黑虎对虾中碳氮稳定同位素和31种元素进行了测定，结果显示，矿物元素对样品的生产方法和地理来源判别准确率达100%，碳氮稳定同位素的判别准确率达95%。ORTEA等[22]对虾中C、N稳定同位素及5种元素（As、Cd、Pb、P和S）进行了测定，分析结果显示，两种技术结合对虾地理来源和生产方法（野生和养殖）有100%的预测能力，对生物种类的分类正确率为93.5%。近年来矿物元素指纹图谱技术在水产品产地溯源和真实性研究中的应用见表3。

表3 矿物元素指纹图谱技术在水产品产地溯源和真实性研究中的应用

四、气相色谱技术

气相色谱（gas chromatography，GC）技术可对样品中的化学物质进行分离，具有较高的准确性，不仅可对样品进行定性鉴别，还可进行定量分析，体现特征成分间的含量差异[60]。脂肪酸是机体的主要能量来源之一，对水生动物的生长、发育、繁殖以及其他的生理机能有着重要的意义，目前在水产品中通过分析脂肪酸指纹图谱进行溯源已有广泛应用[61]。BUSETTO等[62]对来自丹麦、荷兰和西班牙的大比目鱼中脂肪酸组成与稳定同位素进行了测定，结果表明，脂肪酸组成可以区分野生和人工养殖的大比目鱼，将稳定同位素比值与脂肪酸组成结合对不同地区来源的野生大比目鱼有很好的鉴别效果。GRIGORAKIS等[63]测定了野生和人工养殖的金头鲷中脂肪酸的组成，结果显示，人工养殖的金头鲷中脂质的含量显著高于野生金头鲷，并且脂肪的沉积表现出明显的季节变化，春季末沉积最少，夏季末沉积最多。CARBONERA等[64]调查了巴西淡水鱼的脂肪酸的组成数据，对数据进行统计分析，结果显示，野生鱼类总高不饱和脂肪酸（highly unsaturated fatty acids，HUFA） 与n－3较高，n－6与n－6/n－3较低。结果表明，脂肪酸组成可对野生鱼类与人工养殖鱼类进行分类。总之，近年来气相色谱技术在水产品产地溯源和真实性研究中得到了较广泛应用[14，17，24～25，65～67]。

五、近红外光谱技术

近红外光谱（near infrared spectroscopy，NIR）结合多元数据分析，在农产品分析中发挥了重要作用。近红外光谱检测技术因具有快速、无损、操作简单等特点被应用于水产品产地溯源与真实性鉴别中[68～72]。陶琳等[68]采用近红外漫反射光谱法对来自4个不同产地的96个干刺参样品进行了产地鉴别，采集其在5 000～4 000 cm－1波段的光谱并采用主成分聚类（perron cluster analysis，PCCA）对光谱数据进行分析，结果表明，可成功对干刺参样品进行产地鉴别。OTTAVIAN等[69]利用近红外光谱对野生和人工养殖的海鲈鱼样品进行了鉴别，并对光谱数据进行PCA和PLS－DA分析，结果显示，具有良好的区分效果；此外，研究还发现最具预测性的光谱区域为CH、CH2、CH3和水基团的光谱吸收区，这与样品中脂肪、脂肪酸和水含量相关。LV等[70]采用近红外反射光谱采集1 000～1 799 nm的光谱，对不同种类的淡水鱼样品进行了鉴别，结果显示，基于主成分分析结合线性判别分析与快速傅里叶变换结合线性判别分析的模型预测精度有100%。结果表明，线性判别分析结合近红外反射光谱可以作为淡水鱼类分类的有效方法。

六、研究趋势与展望

经研究统计，2004－2020年，水产品产地溯源与真实性研究中主要使用稳定同位素技术、DNA分析技术、气相色谱技术、矿物元素指纹图谱技术和近红外光谱技术。其中稳定同位素和DNA分析技术在水产品中的应用较多，各占34%和31%，气相色谱技术、矿物元素指纹图谱技术和近红外光谱技术应用占比分别为16%、11%和8%。水产品溯源与真实性判别会受到物种类别、产地来源及生产方式等因素的影响，每种溯源技术都具有其特有的优势与局限性。稳定同位素组成可以反映其所在环境，且不受添加剂的影响。稳定同位素技术具有前处理简单，样品用量少，检测时间短等优点，但其分析仪器设备昂贵，成本较高，且易受饲料的影响[73]。DNA分析技术是在DNA水平上直接检测生物个体间的差异。DNA分子易于保存，所得序列稳定，不受环境因素的影响，在产地溯源与真实性研究中具有较高的判别结果。气相色谱技术在水产品溯源中主要用于养殖方式的鉴别，可快速对物质进行分析，分辨率高，检测灵敏，目前在食品产地溯源中应用比较广泛。但水产品中脂肪酸含量易受喂养环境和贮存条件等因素影响，使其在进行产地溯源与真实性研究中有一定的难度。矿物元素指纹图谱技术检测精度高，检出限低及检测指标多，而样品前处理复杂，对样本量及样本处理要求较高，因此检测结果相对不稳定。近红外光谱技术检测过程中对样品要求较低，样品前处理简单，检测速度快，降低了检测成本，但其检测结果易受到样品、仪器和操作方式的影响。此外，建立稳定可靠的近红外产地溯源与真实性判别模型，需要收集大量样本建立模型和进行验证。

水产品的品质受到养殖方式、品种及产地等因素的影响，目前溯源技术在水产品的产地鉴别与真实性识别中的应用相对较少，而市场上食品安全存在着许多问题，为了更好地解决这些问题需要进一步研究溯源技术在水产品中的应用。任何一种溯源技术都有局限性，后续研究应多考虑将多个溯源技术结合进行分析，并加大样本量的检测，建立更准确的模型以及更全面的溯源数据体系，加快水产养殖产品可追溯系统的发展，促进我国食品产业向安全、营养、有序的方向发展。