中国农业科学院都市农业研究所联合浙江省农业科学院、新西兰GNS国家同位素中心、新加坡科学技术与研究局等研究人员在国际食品顶级期刊《Food Chemistry》（影响因子9.231）上发表题为“A review of recent compound-specific isotope analysis studies applied to food authentication”的高水平综述。中国农业科学院都市农业研究所为第一通讯单位，植物与人体健康机理创新团队骨干科学家刘宏艳博士为本文第一作者。这项工作得到了国家自然科学基金（32202169）、四川省科技计划项目（2022JDJQ0063和2021JDRC0141）、国际原子能机构项目（D52042）、农产品可追溯性学科建设专项资金（2022-ZAAS）等项目的支持。

 

 

研究内容

 

近几十年来，消费者对提高食品安全和营养标准的需求不断增加，这导致人们对食品来源和真实性越来越感兴趣。食物的来源通常与特定的饮食文化或感官品质有关。如今，越来越多的国家实施“食品地理标志”认证，如PDO（受保护的原产地名称）或PGI（受保护的地理标志）。有机产品受到严格监管，并要求按照特定的行业标准进行种植、生产或加工。与传统食品相比，有机农产品通常售价更高，这为欺诈性错误标签提供了经济激励，取而代之的是更便宜的非有机产品。此外，蜂蜜、饮料（如茶、葡萄酒或果汁等）和植物提取物等高价值食品中经常出现非法添加糖或劣质“添加剂”产品以增加或延长产量的情况，这对食品安全和人类健康构成了重大威胁。

 

已经开发了许多技术来验证食物的真实性，包括稳定同位素、微量元素、近红外、代谢组学等。在这些食品认证技术中，通过同位素比质谱分析法（IRMS）进行稳定同位素分析是一种被广泛使用的方法。食品研究中最常用的稳定同位素是碳（¹³C/¹²C）、氢（²H/¹H）、氧（¹⁸O/¹⁶O）、硫（³⁴S/³²S）、氮（¹⁵N/¹⁴N）和锶（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）。自1975年以来，稳定同位素分析一直用于食品质量控制，并已用于鉴定谷物、水果、蔬菜、食用油、茶、肉、其他类型的食物和植物。

 

总体稳定同位素是全球最广泛应用的食品认证技术之一。它们可以在大多数类型的食物上测量，结果通常不会因生产方法而改变。然而，总体稳定同位素值代表食品中所有成分的平均值，在某些情况下，可能无法充分区分不同样品之间的同位素变化。“化合物特异性同位素分析”（CSIA）一词于1990年提出，它结合了气相色谱仪（GC），将复杂混合物中的单个化合物分离出来，并连接到同位素比质谱仪（IRMS），从而稳定样品中特定化合物的同位素比。分子水平比率提供了基于地理、种植和生态学中自然生态系统过程的关于食物组成的独特信息。因此，分离技术是进行更精确分析的重要步骤。

 

自20世纪90年代初第一台GC-IRMS机器以来，在线色谱已经发展到包括通过气相色谱或液相色谱系统分析的更复杂的化合物。这些单独的分子随后在燃烧界面中转化为简单的气体（例如CO₂、H₂、CO和N₂），然后在当代分析中进入连续流IRMS。气相色谱法（GC）与红外质谱联用是一种常见且经认可的应用方法，自1988年以来一直用于测量挥发性和小分子量分子。这项技术通常用于油、香料化合物和乙醇的认证。自2004年以来，液相色谱与同位素比质谱联用（LC-IRMS）扩大了元素分析-同位素比质谱法（EA-IRMS）和气相色谱-燃烧-同位素比质谱法（GC-C-IRMS）的应用范围。

 

尽管之前已经报道了LC-IRMS或GC-C-IRMS的应用，但在过去几年中，GC-C-IRMS和LC-IRMS的组合在食品认证方面的应用已经大幅增长。因此，这篇综述报告了过去五年中，主要从Web of Science Core Collection、ScienceDirect、PubMed、Springer和Wiley获得的食品认证案例的新CSIA原则和应用。这些文献描述了植物和动物产品的地理来源验证和农业生产过程的认证，以及植物提取物和精油的认证。

 

结论与展望

 

食品特定化合物稳定同位素分析（CSIA）是一种相对较新的食品鉴定和掺假检测技术。CSIA专注于分子水平的稳定同位素比率，本文综述了近年来CSIA在动植物源性食品、精油和植物提取物等领域的在线和离线应用（图1），讨论了不同食物鉴别技术应用范围和最新的研究进展。

 

特定化合物δ¹³C值被广泛用于食品产地溯源、有机生产和掺假鉴别。单个氨基酸和硝酸盐肥料的δ¹⁵N值可有效鉴别有机食品，而δ²H和δ¹⁸O值可用于将食品与当地降水联系起来进行产地验证。CSIA技术大多关注于脂肪酸、氨基酸、单糖、双糖、有机酸和挥发性化合物，可提供比总体同位素分析更为详细的来源和认证信息。

 

综上所述，CSIA在食品鉴定方面比总体稳定同位素分析具有更强的分析优势，特别是在蜂蜜、饮料、精油和加工食品鉴别方面。在未来的研究中，CSIA可与元素分析相结合，建立可靠的溯源指纹特征。后期可通过优化特定化合物在线和离线技术的预处理过程，开发更适宜的统计模型，以实现更好的食品真实性鉴别。

 

图1 CSIA在食品真实性鉴别方面的分析应用

  

参考文献： [1] Hongyan Liu, Jing Nie, Yi Liu, Syed Abdul Wadood, Karyne M. Rogers, Yuwei Yuan, Ren-YouGan (2023).A review of recent compound-specific isotope analysis studies applied to food authentication. Food Chemistry, 415, 135791.

 

来源 | 食品放大镜

 

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