蘇曉霞，楊海鶯，陳歷水，丁慶波

(中糧集團創(chuàng)新管理部食品研發(fā)中心，北京100020)

國外果汁產地溯源技術的研究進展

蘇曉霞，楊海鶯，陳歷水，丁慶波*

(中糧集團創(chuàng)新管理部食品研發(fā)中心，北京100020)

隨著人們生活水平的提高和食品安全問題的頻頻發(fā)生，消費者更加關注食品的來源。果汁產品的產地溯源也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。本文綜述了近年來幾種常用于果汁產品產地溯源技術的應用研究進展，主要包括質譜技術、色譜技術、光譜技術和其他技術，并展望了今后果汁產品產地溯源技術研究的發(fā)展趨勢。

產地溯源，果汁產品，質譜技術，色譜技術，紅外光譜，感官技術

1 質譜技術

質譜是一種測量離子荷質比(電荷－質量比)的分析技術［3］。通常，從質譜上可以得到化合物的分子量信息，用于分析化合物的結構與組成。質譜技術常和其他技術聯(lián)用，可用來分析同位素成分、有機物構造及元素成分等。目前，質譜技術是在果汁產品產地溯源中應用的最多的分析技術。

1.1 同位素比值質譜

同位素比值質譜是一種基于樣品同位素含量來區(qū)分化學組分一致的樣品的分析技術［4］。生物體內同位素組成受氣候、環(huán)境、生物代謝類型等因素的影響，從而不同種類及不同地域來源的食品原料中同位素的自然豐度存在差異，主要的指標有13C/12C，15N/14N，18O/16O，2H/1H 和34S/32S等，例如，植物中18O/16O的比例通常隨海洋的距離和海拔高度的變化而變化，因此可以根據樣品中同位素的含量和比例不同，來區(qū)分果汁產品的來源地［5］。

Rummel等［6］采用IRMS對來自多個地區(qū)的150個橙汁樣品中的多種同位素(C，H，N，S，Sr)進行了研究，發(fā)現離赤道越近(古巴、墨西哥和佛羅里達)，2H值越大，而古巴橙汁中34S值(8.8‰～10.96‰)明顯高于墨西哥(1.81‰～10.25‰)。另外，由于阿根廷種植區(qū)廣泛施用有機肥，其橙汁中15N值最高(8‰～9‰)，在意大利和希臘種植區(qū)，廣泛施用合成氮肥施，15N值最低(＜4‰)。Simpkins等［7］采用IRMS分別對來自澳大利亞的40個橙汁樣品，巴西的38個果肉樣品以及42個濃縮果汁樣品進行碳同位素研究，發(fā)現其同位素豐度都存在地域性差異。Barbara等［8］同樣采用IRMS對來自澳大利亞、美國、阿根廷、以色列、巴西及西班牙的橙汁樣品進行同位素研究，發(fā)現其13C值或15N值單一值未顯示出明顯的地域性差異，但將兩個值綜合起來分析，可以顯示出明顯的地區(qū)性分布。

穩(wěn)定性同位素分析在果汁中的研究應用已有20年的歷史了，最早是通過碳同位素分析鑒別C3植物產品如桔子汁、蘋果汁或葡萄汁中摻加C4植物產品如玉米糖漿或甘蔗糖。同位素豐度的差異能為果汁產品地理來源提供有用的信息。目前，科學家還在繼續(xù)分離與研究自然界中所有元素的穩(wěn)定同位素，這將為建立有效的果汁產品數據庫奠定基礎。盡管IRMS的操作難度較大，采購的成本高，樣品準備時間長，但是，IRMS仍然是在果汁產品的溯源中應用最廣泛的技術。

1.2 電感耦合等離子體質譜

ICP－MS是80年代發(fā)展起來的分析測試技術，它以獨特的接口將電感耦合等離子體(ICP)的高溫電離特性與四極質譜儀的靈敏快速掃描特性相結合，近年來已成為一種強大的元素分析技術。該技術檢出限低，可以達到痕量檢測(ppb～ppm)和超痕量(ppq～ppb)檢測水平，檢測范圍寬，包括了金屬元素和非金屬元素(無機物)［9］。其分析速度快、多元素同時分析等優(yōu)點而備受研究者青睞。

Perez等［10］采用ICP－MS對來自俄勒岡州、墨西哥、智利和阿根的三種新鮮果汁(草莓、藍梅和梨)的多種元素(Ca，Cd，Cr，Cu，Fe，K，Mg，Mn，Na，Ni，P，V，和Zn)進行研究，同時結合碳同位素和氮同位素研究，采用主成分分析和判別分析的方法對數據進行分析，利用線性判別函數、二次判別函數、神經網絡、遺傳神經網絡、層次樹等算法對不同的水果進行建模，顯示隨樣品和模型的不同，果汁產地的判別率可以達到70%到100%，同時，對俄勒岡地區(qū)的樣品中進行亞區(qū)域和亞種的細化，也可以顯示出地區(qū)性分布。Wayne等［11］利用ICP－MS結合ICP－AES的方法對來自澳大利亞和巴西的橙汁樣品中的22種元素進行了測定和分析，發(fā)現澳大利亞不同產區(qū)的橙汁具有明顯的地域差異，通過測定橙汁或橙皮中微量元素，結合多元分析能夠區(qū)分澳大利亞和巴西的復原濃縮果汁。

2 光譜技術

2.1 紅外光譜

將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，就形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子的組成和結構決定了其獨有的紅外吸收光譜，據此可以對分子進行結構分析和鑒定。紅外光譜是一種無損檢測技術，費用相對較低，可以同時應用到基礎研究和實際生產當中。根據紅外射線的波長范圍，紅外光譜通常被分成三個部分:遠紅外、中紅外(MIR)和近紅外(NIR)。MIR(4000～400cm－1)常用于研究分子基頻振動，與中紅外相比，遠紅外(400～10cm－1)能量較低，常用于轉動光譜的研究，而NIR(14000～4000cm－1)具有較高的能量，可以激發(fā)化合物振動的倍頻和合頻吸收，其中包含了大多數類型有機化合物的組成和分子結構的信息。從這一點來看，NIR在果汁產地溯源的研究當中具有更加廣泛的應用前景。

在葡萄酒行業(yè)中，葡萄的可溶性固形物含量、品種、產地是決定葡萄酒品質的三個最重要的因素。Arana等［12］采用NIR對來自不同地區(qū)的維尤拉葡萄和夏敦埃葡萄進行了研究，結果表明NIR不但能定量測定可溶性固形物含量，還可以對其品種和產地進行區(qū)分，利用不同的變量做判別分析，品種的判別率達到了97.2%，夏敦埃葡萄產地的判別率達到了79.2%。Liebmann等［13］采用NIR和ICP光譜技術，結合分析統(tǒng)計的方法對22個品種的橙汁進行了研究，利用光纖探頭記錄從1100～2500nm范圍內的譜圖，發(fā)現采用人工神經網絡的算法能夠對橙汁的品種和產地進行區(qū)分。總的來說，NIR是一種鑒定果汁產品產地的有效方法。

2.2 原子光譜法

原子光譜可以用于分析不同樣品中的金屬和非金屬的組成和含量。在不同的原子光譜技術當中，用于果汁的產地鑒定的主要包括原子吸收光譜法(Atomic absorption spectrometry，AAS)和原子發(fā)射光譜法(Atomic emission spectrometry，AES)。

Schwartz等［14］采用 ICP－AES和 AAS對橙汁和開心果中特定元素進行了研究，采用判別分析的方法建立模型預測地理來源。通過多次替換和交叉驗證的方法檢驗橙汁和開心果模型的準確度，結果表明橙汁產地的判別率有96%，開心果產地判別率有98%。兩者交叉驗證預測的判別率分別是88%和78%。Mchard等［15－16］采用AES對巴西和佛羅里達的冷凍濃縮橘子汁(FCOJ)中的28個元素進行了分析。Bayer等［17］在前者的工作基礎之上，把模式識別的技術應用到FCOJ的產地溯源當中，選擇了5個目標元素進行建模，結果表明5個元素足夠區(qū)別不同FCOJ地理來源。Simpkins等［18］采用ICP－AES和ICP－MS結合的方法測定了來自澳大利亞和巴西的80個橙汁樣品中的22種元素的含量，對澳大利亞和巴西濃縮果汁中的微量元素進行主成分分析，發(fā)現鋇和硼是最主要的兩種成分，且元素銣存在著明顯的差別，澳大利亞和巴西梨中的提取物同樣也因為地區(qū)的不同而不同。

2.3 核磁共振光譜

常用于食品分析中的核磁共振技術有低分辨率NMR(LR－NMR)和高分辨率NMR(HR－NMR)兩種，LR－NMR雖然操作簡單、價格便宜，但需要其他輔助方法進行定量分析，使其測量的精確度大大下降; HR－NMR雖成本高，但得到的樣品分子結構信息更豐富而使其在食品分析中的應用更廣泛［19］。但是，NMR在果汁產品溯源技術中的應用相對較少，其在果汁產地溯源的應用還處于探索階段。

Belton等［20］采用HR－NMR對不同品種的蘋果汁進行了研究，他們發(fā)現不同品種的蘋果汁的光譜差異很大，由此證明NMR具有應用到果汁的產地溯源當中的潛力，同時，也可以應用到摻假果汁的檢測當中。

3 色譜技術

3.1 液相色譜

色譜分離技術是一種分離復雜混合物中各個組分的有效方法。它是利用不同物質在由固定相和流動相構成的體系中具有不同的分配系數，當兩相作相對運動時，這些物質隨流動相一起運動，并在兩相間進行反復多次的分配，從而使各物質達到分離。色譜分析法有很多種類，從兩相的狀態(tài)分類，可分為氣相色譜法和液相色譜法，在果汁的產地溯源應用中，高效液相色譜應用的最多，而氣相色譜的應用相對較少。

Mouly等［21］采用LC對來自伯利茲和西班牙的巴倫西亞橙汁中的類胡蘿卜素進行了定量測定，西班牙的橙汁中的類胡蘿卜素的總含量為(17.0±5.0)mg·L－1，比伯利茲的橙汁中的總含量(4.8±1.0)mg·L－1更高，其他的一些類胡蘿卜素也表現出較大的地域差異，例如:伯利茲的果汁中茄紅素的含量(0.5%)比西班牙的果汁中的含量(1.8%)更低，西班牙的巴倫西亞果汁的中胡蘿卜素的含量(4.9%)比伯利茲的巴倫西亞果汁的中的含量(1.8%)更高。因此定量測定類胡蘿素也是一種能區(qū)分橙汁地理來源簡單有效的方法。

3.2 高效液相色譜

高效液相色譜是從液相色譜發(fā)展起來的一種色譜分析技術，主要用于有機化合物的分析，可以對已知80%左右的有機化合物進行分離和分析。因其具有靈敏度高、重現性好、樣品前處理簡單等優(yōu)點被廣泛應用，另外，在色譜柱后連有不同的檢測器，可對流出物進行連續(xù)檢測，為高效液相色譜的連續(xù)操作和自動化提供了可能。

Latti等［22］采用反相高效液相色譜法/二極管陣列檢測(RP－HPLC－DAD)技術對芬蘭不同地區(qū)的越橘中的花青素進行了分析，根據花青素含量對芬蘭南部和北部的越橘進行了識別。結果發(fā)現芬蘭南部地區(qū)(2500mg/100g，干重)花青素總量顯著低于北部地區(qū)(3000mg/100g，干重)，且北部地區(qū)越橘中主要存在的是飛燕草苷元，而南部地區(qū)越橘中主要是矢車菊素糖甙，從而根據花青素含量和不同糖苷配基能準確區(qū)分不同地區(qū)越橘。Dettmar等［23］采用HPLC和ICP對六個不同地區(qū)、9個品種的413個橙汁樣品進行了區(qū)分辨識，通過人工神經網絡的算法對數據進行了分析，結果表明真假的判別率為89.8%，巴倫西亞的果汁的判別率達到92.5%。

3.3 氣相色譜法

氣象色譜是對氣體物質或可以在一定溫度下轉化為氣體的物質進行檢測分析，其在果汁產品的產地溯源當中應用的相對較少，一方面是因為果汁的形態(tài)是液體，另一方面果汁當中的特征風味物質的特異性不是十分突出。

Blanch等［24］采用水蒸汽蒸餾溶劑萃取－氣相色譜－質譜法(SDE－GC－MS)和固相微萃取氣相色譜(SPME－GC)兩種方法對不同產地的果汁中的手性萜烯類化合物進行了研究，無論是采用哪種方法，4－萜品醇和β－香茅醇的對映體的比例均隨產地的不同而不同，而其他大部分的目標化合物的對映體的比例基本不變，因此，可以通過測定果汁中手性萜烯類化來進行產地區(qū)分。

4 其他技術

4.1 活化分析技術

當穩(wěn)定性核素受到中子、帶電粒子或高能光子的轟擊后，可轉變成放射性的核素。測量產物所放出的射線，可定量地測出原樣品中某一種或幾種元素的含量。利用這種原理檢測樣品中的痕量元素或微量樣品中的化學組成的技術稱為活化分析法。

Pellerano等［25］采用儀器自帶的中子活化分析對來自阿根廷不同地區(qū)的44個檸檬汁樣品進行多元素分析，選擇了11種元素(Br，As，Na，Rb，La，Cr，Sc，Fe，Co，Zn，Sb)進行測定，以IAEA V－10作為參比標準物質，通過主成分分析、線性判別分析等化學計量學的分析方法確定重要參數和進行數據分析，從而對果汁進行分類，發(fā)現采用線性判別的分析方法可以將不同地區(qū)的檸檬汁明顯的區(qū)分。

4.2 智能感官

外觀、氣味、味道和質地特性是決定食品質量的重要特征，感官分析(或感官評價)是確定產品質量的重要手段。感官分析需要組建評價小組對產品進行了測試，運用統(tǒng)計技術的方法對評價結果進行分析，因此，需要大量的評價人員、足夠的樣品量以及詳細的統(tǒng)計分析方法［26］。為了能夠精確的測量人類對食品的反應，研究人員正在積極尋找感官評價和儀器分析之間的相關性，因此智能感官技術得到了快速發(fā)展。近年來，通過有效的智能儀器感官評定逐步應用到果汁產品的質量評定、品類鑒定和產地溯源當中。具有代表性的智能感官儀器主要有電子舌和電子鼻。

電子鼻是一種模擬生物嗅覺的儀器，快速表征氣味物質的整體特征信息，并運用一定處理方法得出直觀的結果。智能感官技術與傳統(tǒng)的化學分析方法相比，不同在于傳感器輸出的并非樣品成分的分析結果，而是一種與樣品某些特性有關的信號模式，這些信號通過具有模式識別能力的計算機分析后，能夠得出對樣品特征的總體評價。Steine等［27］采用電子鼻對來自以色列、西班牙、伯利茲、古巴、弗羅里達的49個巴倫西亞橙汁樣品進行產地鑒定，根據揮發(fā)性成分片段，電子鼻能夠很好地區(qū)分伯利茲和古巴的橙汁樣品，經過對傳感器的校準，建立了五種原料來源的巴倫西亞橙汁的數據庫，因此，電子鼻有區(qū)分橙汁產地的潛力。

電子舌是一種模仿生物感受味覺機制的儀器，利用多傳感陣列測量液體樣品的特征響應信號，通過信號模式識別處理，對樣品進行定性或定量分析。電子鼻經常和電子舌聯(lián)合應用，可大大提高儀器的識別能力。Winquist等［28］分別用電子鼻和電子舌對橙汁、蘋果汁、菠蘿汁樣品進行了研究，采用主成分分析對數據進行處理，與電子鼻、電子舌單獨的結果相比，結合二者的聚類區(qū)分情況有很大改善，從平均預測誤差來看，將電子舌和電子鼻兩種方法結合起來對樣品的預測識別能力更高。Stone等［29］通過消費者感官評定和感官儀器評定兩種方式對蘋果汁進行了研究，結果表明，電子鼻與電子舌聯(lián)合使用能夠更好地獲得產品特征，可以預測蘋果汁的感官特征及其與消費者評定的關系。由此，可以證明智能感官分析方法在果汁產品的產地溯源中具有良好的應用前景。

5 展望

近年來，隨著人們生活水平的提高和果汁行業(yè)競爭的日益激烈，發(fā)達國家已經對多種水果進行了產地標示和保護，使得果汁產品產地溯源技術研發(fā)工作不斷深入，而我國在這一領域還處于空白，急需發(fā)展研究溯源技術。目前幾乎所有的果汁產品溯源技術都處于基礎研究階段，離實際應用還有一段距離，筆者認為，今后還需要朝著以下幾個方向發(fā)展。

5.1 通過分析檢測果汁中一種或幾種物質的含量能在一定程度上對其產地進行鑒定，但在實際的生產過程當中評價指標差異及波動較大，與單一特征指標分析相比，多指標分析得到的結果更加準確，特別在多元同位素分析、多元素分析方面尤其突出。

5.2 每一種技術都有其優(yōu)點和缺點，而到目前為止，還沒有一種獨立的技術能完全用于果汁產品產地溯源中，多種技術聯(lián)用更能準確地判斷果汁產品來源，因此，更多的分析技術將會應用到果汁產品的產地溯源當中，并且技術聯(lián)用更具應用前景。

5.3 近年來，人們對智能技術研究熱情的高漲，說明了人們對它們的熱切期望，隨著近紅外、電子舌、電子鼻等技術的快速發(fā)展，為達到快速、準確、廉價地鑒定產品來源的目的，無損及智能技術將成為果汁產品產地溯源的發(fā)展方向。

5.4 儀器分析必須和化學計量學相結合，不但可以從大量的數據中提取有效的信息，還可以優(yōu)化實驗設計和測量方法，應用正確的統(tǒng)計分析方法，才可能為建立果汁產品產地數據庫奠定基礎。

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Advance in the research of foreign analytical approaches to trace geographical origin of juice products

SU Xiao－xia，YANG Hai－ying，CHEN Li－shui，DING Qing－bo*
(Food Research and Development Center，Innovation and Brand Management Department，COFCO Limited，Beijing 100020，China)

With the improvement of living standards and the repeated occurrence of food safety incident，consumers were paying more attention to the geographical origin of food products.Consequently，trace geographical origin of juice products was facing great challenge.This overview concerned an investigation of the current analytical techniques that were being used for the determination of the geographical origin of juice products.The analytical approaches had been fractionized into four groups:Mass spectrometry techniques，chromatograph techniques，spectroscopic techniques，and other techniques.Finally，the future development of traceability technology was forecasted.

geographical origin;juice products;mass spectrometry;chromatogram;infrared spectroscopy; sensory technology

TS255.44

A

1002－0306(2012)08－0439－05

隨著人們生活水平的提高和食品安全問題的頻頻發(fā)生，消費者更加關注食品的來源。瑞士聯(lián)邦公共衛(wèi)生組織進行的一項評估表明，有82%的消費者表示食物的產地來源是他們決定是否購買食品的主要因素［1］。同時，貿易的發(fā)展和市場競爭的日益加劇，“三聚氰胺奶粉”、“砒霜果汁”、“人造鮮榨果汁”等重大食品安全問題使人們對食品的安全性要求更加嚴格。因此，世界各國相繼出臺了一系列保證食品質量和安全的政策措施，強調要從“農田到餐桌”進行全過程監(jiān)控，例如，2006年歐盟開始實行食品品質保證體系，包括PDO(原產地保護)、PGI(地理標示保護)和TSG(傳統(tǒng)特色保護)［2］。2011年3月，中國國家質檢總局和歐洲委員會啟動了農產品地理標志認證。水果是人類最喜歡的食物之一，具有豐富的營養(yǎng)元素。全球范圍內，多個地區(qū)的水果都具有地理標志，如美國佛羅里達州的柑橘、加州納帕谷的葡萄、巴西圣弗朗西斯科河谷的芒果，中國琯溪蜜柚和陜西蘋果等。目前，世界各國都在大量生產純果汁產品，且口味繁多。國外已經就果汁產品的產地溯源開展了一定的研究工作，但是研究的范圍較小，僅限于幾種常見水果，而我國在這方面的工作還未見報道。果汁產品的產地溯源主要是表征果汁產品的特異性指標，主要包括同位素含量與比率［7－9］、礦物質含量與組分［11－12］、有機組成［13－14］、揮發(fā)性成分［25］等，再通過化學計量學的方法對數據進行分析，建立果汁產品的特征指紋圖譜和模型，從而進行產地溯源。本文綜述了當下不同的分析技術在果汁產品產地溯源中應用的研究進展，其中包括化學計量學的方法。主要把這些分析方法細分為四組，分別是質譜技術、光譜技術、色譜技術和其他技術。同時，展望了今后果汁產品產地溯源技術研究的發(fā)展趨勢。

2011－05－16 *通訊聯(lián)系人

蘇曉霞(1985－)，女，碩士研究生，研究方向:食品感官分析。