稳定同位素技术在食品鉴别中的应用

是否掺假?
食品生产
怎么生产?
产地溯源:
为什么人们想了解食品/饮料的产地？
名誉 / 信任:
a) 全球的著名品牌: 例如香槟
b) 本土产品: 人们更信任来自本土领域的食品 c) 非本土产品:人们更信任来自某一特定区域的食品
产地溯源:
为什么人们想了解食品/饮料的产地？
基于负面背景:
a) 食品丑闻：食品并非产自特定具有食品品质问题背景的区域
全球水同位素（氢和氧）在沉淀过程
中的分布模式
δ 2H 相同的分馏过程决定了相近的全球分布模式。
δ18O
Copyright 2003-2015 by Gabriel Bowen
苏格兰水中的
87Sr/86Sr
苏格兰水中的 87Sr/86Sr
245 Ma
底部基岩的年代
1000 Ma
食品产地溯源中的影响因子
2) 同位素特征会从环境
-0.50
-1.00
迁移到食品
-1.50
δ18O 在水和 威士忌中的 相关性
-11.00 -10.00 -9.00 -8.00 -7.00 -6.00 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00

-2.00
-2.50 -12.00
d18OVSMOW (water) [‰]
Meier-Augenstein, W., Kemp, H.F. & Hardie, S.M.L. 2012, Food Chemistry 133, 1070-1074
食品产地溯源广泛使用的同位素
同位素比例
2H/1H 18O/16O 13C/12C 15N/14N 34S/32S 87Sr/86Sr 207Pb/206Pb
区 分 食 品 来 源 地 的 能 力
较大区域(全球)
较小区域(国家/地区)
测量的同位素类别数量
确切地说，移动几步，你所在的地理位置就在改变，食品产地也是同样在改变。
食品产地溯源中的影响因子
样品提取物中特定化合物组分同位素分析 (例如：一系列的单脂类或氨基酸)
区 分 食 品 来 源 地 的 能 力
The Sunday Times 25/8/13
产地溯源： 利用同位素技术
两个假定:
δ15N 在苏格兰 的表层土中的 分布
1) 环境（土壤/水）的同位 素特征存在时空差异

0.50
d18O (whisky) = 0.228 d18O (water) + 0.824 R2 = 0.88
0.00
18 d OVSMOW (whisky) [‰]
化合物组分同位素分析
气相色谱-燃烧-稳定同位素质谱仪(δ13C, δ15N)
液相色谱-稳定同位素质谱仪(δ13C) SNIF-NMR® (δ2H) 点特异天然同位素分馏核磁共振
思考：
氧同位素的沉淀过程: 亚洲
1月份
七月份
Copyright 2003-2015 by Gabriel Bowen
同位素值在时间和空间上均呈现差异； 这些差异可以迁移入食品/饮料。
詹姆斯赫顿研究所由苏格兰政府城市环境科学和分析服务部资助。
Thank You
例如:
美国允许牛肉和猪肉中使用合成的生长激素，欧盟却严格禁止；
切尔诺贝利事件发生30年之后，欧盟仍禁用来自该区域的浆果和蘑菇； 2008年，欧洲爆发的病毒性甲型肝炎与秘鲁的贝类食品具有关系。
Which, July 2016
产地溯源:
为什么人们想了解食品/饮料的产地？
道德方面:
a) 旨在支持本地区域经济发展
样品提取物的全岩同位素分析 (例如： 水，脂肪，蛋白质) 整个样品的全岩同位素分析 (例如：肉)
测量的同位素类别数量
Techniques
全岩同位素分析 元素分析仪-稳定同位素比例 质谱仪 (δ13C, δ15N, δ34S) 高温元素分析仪-稳定同位素 比例质谱仪 (δ18O, δ2H) (或相 当的光腔衰荡光谱技术) 热电离质谱仪( δ87Sr, δ207Pb)
稳定同位素技术在食品鉴别
中的应用
B Thornton, C-A Craig, H Stephenson, R Wendler, C Shand & A Midwood
詹姆斯赫顿研究所简介
Aberdeen 阿伯丁
Dundee 邓迪
稳定同位素技术在食品鉴别 中的应用
食品产地 溯源
产地在哪里？
食品品质
b) 保护环境(缩小食品里程)
产地溯源:
为什么人们想了解食品/饮料的产地？
总结: 人们通过食品声誉来判断食品的来源和产地是否可信；
食品生产商通过欺诈方式获取高额利益；
真正食品生产商或政府部门为了保证食品品质体系安全。
产地溯源: 问题？
Manuka 蜂蜜
生产量 消费量
1,700 吨 (新西兰)
10,000 吨 (全球)
食品产地溯源中的影响因子
加入多元素测试技术，如ICP 或 TXRF
区 分 食 品 来 源 地 的 能 力
具有不同分馏过程的同位素，如氧和锶
具有相似分馏过程的同位素：如氧和氢
测量的同位素类别数量
TXRF用于苏格兰威士忌的产地溯源
全反射X-射线荧光仪
荧光
检测器
入射X-射线
反射X-射线
结果
食品产地溯源中的影响因子
Evans et al. 2015 Science of the Total Environment 537: 447-452
食品产地溯源中的影响因子
区 分 食 品 来 源 地 的 能 力 测量的同位素类别数量
通常情况下，食品产地溯源的能力 随测量的同位素种类的增加而增强
但是，仍有不少影响因素对这一规 律产生或多或少的影响
采用含氧在内的多同位素与多元素分析相结合来进行龙井茶的 产地溯源？ 采用δ18O 来鉴别龙井茶的产期，主要是用于区别价格昂贵的明 前茶和后期的龙井茶？
致谢
感谢袁玉伟研究员和齐沛沛博士的热忱邀请； 感谢浙江省农业科学院农产品质量标准研究所的支持； 感谢Maureen Procee 和Gillian Martin的技术辅助。
分馏情况 挥发，冷凝，沉淀 挥发，冷凝，沉淀
信息 地理信息（维度等） 地理信息（维度等）
C3 和C4 植物
营养水平, 农业操作
营养 (地理)
营养 (地理)
细菌环境
岩石年代和Rb/Sr 比例 岩石年代
地理信息(海洋)
地质(地理) 地质(地理)
Kelly et al. 2005 Trends in Food Science & Technology 16: 555-567
-140.0
-145.0
-150.0 -5.00
Βιβλιοθήκη Baidu
-4.00
-3.00
Bulk d18OVSMOW [‰]
-2.00
-1.00
0.00
1.00
2.00
Meier-Augenstein, W., Kemp, H.F. & Hardie, S.M.L. 2012, Food Chemistry 133, 1070-1074
思考：
对同位素数据库的需求
• 需建立食品的同位素数据库， 确保是非掺假食品的同位素值 • 覆盖区域全面 • 包含不同季节参数（多年数据）
思考：
统计学方法
通常涉及多变量的统计分析
龙井茶的产地溯源
1月份
7月份
氧同位素的沉淀过程: 亚洲
Copyright 2003-2015 by Gabriel Bowen
区 分 食 品 来 源 地 的 能 力
具有不同分馏过程的同位素，如氧和锶
具有相似分馏过程的同位素：如氧和氢
测量的同位素类别数量
δ18O 和 δ2H 共同定性
-110.0
-115.0
-120.0
Bulk d2HVSMOW [‰]
-125.0
-130.0
-135.0 Authentic Scottish Whisky Counterfeit Samples Suspect Sample Authentic mean Counterfeit C mean Counterfeit NC mean