礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)對(duì)糧食產(chǎn)地溯源的研究進(jìn)展

2018-01-17 22:59蔣再?gòu)?qiáng)

農(nóng)產(chǎn)品加工 2018年5期

蔣再?gòu)?qiáng)

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

0 引言

糧食作為人類維持生命需要的能量來(lái)源，消費(fèi)者對(duì)糧食的安全問(wèn)題關(guān)注度與日俱增，特別是化肥農(nóng)藥的過(guò)度使用，腐敗變質(zhì)糧的銷售及品質(zhì)優(yōu)良的糧食被冒充等現(xiàn)象屢禁不止，導(dǎo)致消費(fèi)者的人身健康安全及合法權(quán)益受到嚴(yán)重侵害。因此消費(fèi)者期待能夠?qū)?gòu)買的糧食產(chǎn)地有全方位了解，據(jù)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)調(diào)查顯示，糧食的產(chǎn)地來(lái)源是消費(fèi)者選擇糧食的主要依據(jù)。糧食產(chǎn)地溯源技術(shù)在對(duì)糧食的監(jiān)管、安全控制等方面占有十分重要的位置。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)糧食產(chǎn)地溯源較為廣泛，其主要的研究技術(shù)有電子舌技術(shù)、電子鼻技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)、同位素分析技術(shù)、DNA指紋圖譜技術(shù)、有機(jī)成分分析技術(shù)、礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)等。其中礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)主要包括紫外-可見(jiàn)分光光度法、火焰原子吸收光譜法（F-AAS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）和儀器中子活化法（INAA）等，其中紫外-可見(jiàn)分光光度法具有操作簡(jiǎn)單、定量分析效果好的優(yōu)點(diǎn)，但存在染色劑來(lái)源不便的缺點(diǎn)；F-AAS具有分析速度快、信號(hào)穩(wěn)定等特點(diǎn)，但存在對(duì)耐高溫元素?zé)o法檢測(cè)的缺點(diǎn)；ICP-MS具有檢測(cè)范圍廣、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但存在質(zhì)譜和非質(zhì)譜的交叉干擾；INAA適用于多種狀態(tài)樣品的檢測(cè)分析，但是存在分析成本高的缺點(diǎn)[1]。礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)被應(yīng)用于葡萄酒、蜂蜜、茶葉、咖啡、橄欖油、牛肉、大米等食品中。礦物元素指紋圖譜技術(shù)的原理是根據(jù)不同地區(qū)的土壤因與巖石風(fēng)化的母質(zhì)存在一定的相關(guān)性，進(jìn)而產(chǎn)生不同地區(qū)土壤中礦物元素的種類及含量有著地質(zhì)特異性差異。大致可分為常量元素、微量元素及痕量元素三大類。而礦物元素指紋圖譜技術(shù)是通過(guò)對(duì)來(lái)自不同地區(qū)的樣品中礦物元素的組成和含量進(jìn)行定量分析、方差分析及判別分析等數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法篩選出來(lái)的有效信息而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)地判別。主要綜述了礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在幾種糧食產(chǎn)地溯源中的研究現(xiàn)狀及急需解決的問(wèn)題，為其在糧食產(chǎn)地溯源應(yīng)用中快速發(fā)展。

1 礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在大米產(chǎn)地溯源中的研究

不同產(chǎn)地環(huán)境中的礦物元素可能存在差異，而且水稻自身不能合成礦物元素，需要從環(huán)境中攝取，根據(jù)這一特征可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大米的產(chǎn)地判別。宋雪健等人[2]對(duì)來(lái)自建三江、查哈陽(yáng)、五常3個(gè)水稻主產(chǎn)區(qū)的90份樣品利用ICP-MS檢測(cè)43種礦物元素，不同地區(qū)的精米中部分礦物元素存在顯著性差異，表明礦物元素可以作為大米產(chǎn)地溯源的判別依據(jù)。Li Gang等人[3]利用礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)對(duì)來(lái)自我國(guó)不同地區(qū)的大米樣品進(jìn)行產(chǎn)地判別研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)15種礦物元素含量的測(cè)定及利用Fibonacci分析法建立的判別模型其精度較高。Ariyama K等人[4]對(duì)來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、日本、泰國(guó)4個(gè)國(guó)家的大米進(jìn)行產(chǎn)地溯源研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將篩選出來(lái)的8種礦物元素分別結(jié)合KNN、SIMCA及LDA法建立的模型效果較好，其正確判別率均高達(dá)97%。

2 礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在大豆產(chǎn)地溯源中的研究

大豆的品種、種植條件等因素的不同，導(dǎo)致其自身含有的礦物元素種類及含量可能存在一定的差異。沈丹萍[5]對(duì)來(lái)自不同產(chǎn)地的大豆中的礦物元素進(jìn)行檢測(cè)并結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的大豆礦物元素因種類及含量存在顯著性差異（p＜0.05），故利用該方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)大豆產(chǎn)地的準(zhǔn)確判別。鹿保鑫等人[6]對(duì)來(lái)自不用年際的嫩江和北安地區(qū)42份大豆樣品進(jìn)行產(chǎn)地溯源研究。結(jié)果表明，利用礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)兩大主產(chǎn)區(qū)大豆的產(chǎn)地判別，其正確判別率均為100%。萬(wàn)婕等人[7]采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)來(lái)自江西、黑龍江、吉林和安徽4個(gè)產(chǎn)地同一品種大豆中的9種元素含量進(jìn)行測(cè)定，其中Fe，Al，Ca，Mn，Na，Zn元素的含量差異顯著（p＜0.05），根據(jù)這一特性能實(shí)現(xiàn)對(duì)這4個(gè)地區(qū)大豆產(chǎn)地進(jìn)行判別。

3 礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)在其他糧食產(chǎn)地溯源中的研究

作為藥食同源糧食之一的蕓豆，對(duì)其產(chǎn)地溯源判別極為重要。錢麗麗等人[8]對(duì)拜泉、依安2個(gè)蕓豆主產(chǎn)區(qū)的54份樣品中的31種礦物元素進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其對(duì)2個(gè)地區(qū)的蕓豆交叉檢驗(yàn)整體正確判別率達(dá)到94.1%以上。李平惠等人[9]通過(guò)對(duì)蕓豆中礦物元素的研究發(fā)現(xiàn)，Ca，As，Mg，Pt 4種元素在拜泉縣及依安縣兩地的蕓豆中存在顯著差異，建立的判別模型整體交叉驗(yàn)證正確判別率為94.4%。小麥產(chǎn)地溯源追蹤技術(shù)的建立有利于保護(hù)名優(yōu)小麥的品牌名譽(yù)、打擊小麥國(guó)際走私。Simon Branch等人[10]利用ICP-MS及同位素示蹤技術(shù)對(duì)來(lái)自歐美及加拿大地區(qū)的20份小麥樣品進(jìn)行研究，其正確判別率為100%。趙海燕等人[11]對(duì)來(lái)自山西、陜西、河北、河南4個(gè)小麥主產(chǎn)區(qū)的120份樣品中的24種礦物元素利用判別分析進(jìn)行產(chǎn)地判別，結(jié)果表明，Ba，Ca，Mn，Sb，Pb，U，V，Mg，Cr，Mo 和 Ni 11 種元素可用于存在顯著差異，可用于產(chǎn)地判別，且整體判別正確率為90.8%。劉宏艷等人[12]利用高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜儀（HR-ICP-MS）對(duì)來(lái)自陜西、河南、河北的10個(gè)品種90份小麥樣品并進(jìn)行礦物元素分析進(jìn)行產(chǎn)地判別，結(jié)果表明，Mg，Ca，Cu，Zn，Al，Mn，F(xiàn)e，As，Sr，Mo，Sb，Cd，Ba 11 種元素受地域影響較大，3個(gè)地區(qū)的小麥正確判別率均為100%。

4 結(jié)語(yǔ)

礦物元素的組成信息與糧食的生長(zhǎng)地域來(lái)源有直接或間接的相關(guān)性，是用于糧食產(chǎn)地溯源判別的有效方法之一，在大米、大豆及其部分雜糧中有廣泛的應(yīng)用，但也存在檢測(cè)費(fèi)用昂貴、前處理方式繁瑣等局限性。同時(shí)，因糧食品種、季節(jié)性、栽培技術(shù)、加工工藝等因素也會(huì)影響該技術(shù)的判別準(zhǔn)確性。另外，試驗(yàn)樣品的采集數(shù)量沒(méi)有準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的研究?jī)H局限于對(duì)單一樣品批次的檢測(cè)分析，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)化有待進(jìn)一步研究。未來(lái)的主要研究方向?qū)⒖梢詮囊韵聨追矫孢M(jìn)行：①礦物元素指紋圖譜分析技術(shù)對(duì)糧食產(chǎn)地溯源判別數(shù)據(jù)庫(kù)的建立；②研究礦物元素之間的拮抗和協(xié)同作用；③采用礦物元素指紋分析技術(shù)與多種技術(shù)相融合使用將成為未來(lái)研究的主要方向。

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[6]鹿保鑫，馬楠，王霞，等.基于主成分分析和判別分析的大豆產(chǎn)地溯源 [J].食品科學(xué)，2017（7）：1-13.

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