陳 璐，谷曉紅，張丙春，趙平娟，范麗霞

(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，山東省食品質(zhì)量與安全檢測技術(shù)重點(diǎn)實驗室，山東濟(jì)南250100)

食品的產(chǎn)地溯源系統(tǒng)是將食品從種植到銷售等過程的各種相關(guān)信息進(jìn)行記錄，能通過食品識別號對該產(chǎn)品進(jìn)行査詢認(rèn)證，追溯其在各環(huán)節(jié)中的信息的技術(shù)。近年來，世界各國都對食品產(chǎn)地溯源技術(shù)給予了高度的重視，開展了大量的研究工作。歐盟在其指令178/2002《通用食品法》中明確要求食品必須可追溯［1］(59-61);加拿大建立了國家農(nóng)業(yè)和食品可追溯體系(National Agriculture and Food Traceability System，NAFTS)。食品安全追溯主要有2個方式，第一是采用自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，從種植到銷售進(jìn)行信息記錄，也就是從產(chǎn)地、食品原料的供應(yīng)、加工、運(yùn)輸、最后到銷售的跟蹤;另一種方式是應(yīng)用溯源技術(shù)、從下往上進(jìn)行追溯，即消費(fèi)者在銷售點(diǎn)購買食品后發(fā)現(xiàn)存在安全問題，可以通過技術(shù)手段判別食品產(chǎn)地，向上逐層進(jìn)行追溯，確定問題來源，穩(wěn)定同位素分析技術(shù)、礦物元素指紋分析技術(shù)等溯源技術(shù)即是這種方式。我國也在逐步推進(jìn)食品安全溯源體系的建立，但目前為止，國內(nèi)關(guān)于食品產(chǎn)地溯源的研究更多的應(yīng)用在了地理標(biāo)志產(chǎn)品的保護(hù)上，而對食品產(chǎn)地溯源應(yīng)用在食品質(zhì)量安全追溯的研究并不多。筆者主要綜述了國內(nèi)外常用的食品產(chǎn)地溯源技術(shù)在不同種類食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期推動我國食品產(chǎn)地溯源技術(shù)的發(fā)展，為實現(xiàn)食品質(zhì)量安全追溯及保護(hù)地理標(biāo)志產(chǎn)品和特色食品提供一定的參考。

1 自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)(AIDC)

1.1 條形碼技術(shù)(barcode) 條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符，分為一維條形碼和二維條形碼［2］。條形碼技術(shù)不僅可以反映食品的產(chǎn)地，還可查詢食品安全信息，包括運(yùn)輸、儲藏信息。二維碼技術(shù)由于成本較低，是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，在國內(nèi)條形碼技術(shù)在水果［3-4］、畜禽［5-6］、蔬菜［7］等食品上有廣泛應(yīng)用。

1.2 射頻識別技術(shù)(RFID)RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。它可以存儲大量的信息，通過射頻信號同時對多個目標(biāo)對象進(jìn)行自動識別，且識別工作無須人工干預(yù)，并可工作于各種惡劣的環(huán)境下［8］。與條形碼技術(shù)相比，RFID技術(shù)可以儲存更多信息、識別響應(yīng)速度快、更加自動化，因此RFID技術(shù)的發(fā)展前景更加廣闊［9］。

我國臺灣政府已委任一家非盈利研究機(jī)構(gòu)開展推出應(yīng)用RFID技術(shù)的食品追溯系統(tǒng)試點(diǎn)，以增加購買食品的無形價值，并提高食品安全。并將應(yīng)用案例研究應(yīng)用到臺灣的連鎖便利店［10］。Feng使用RFID技術(shù)與PDA和條形碼打印機(jī)整合評估牛/牛肉可追溯系統(tǒng)，大大提高了食品追溯系統(tǒng)的自動化和效率，便于牛肉企業(yè)的管理［11］，但是RFID的高成本限制了RFID技術(shù)的發(fā)展，普遍認(rèn)為重復(fù)回收利用RFID標(biāo)簽會降低系統(tǒng)運(yùn)行的成本［8，11］。

2 穩(wěn)定同位素分析技術(shù)(IRMS)

不同地區(qū)來源的動植物體內(nèi)同位素組成受氣候、土壤、地形、水源及動植物代謝類型等因素的影響發(fā)生分餾效應(yīng)而存在差異，穩(wěn)定同位素反映了生物外部環(huán)境狀況，且不因化學(xué)添加劑的改變而改變［12］。因此，用不同穩(wěn)定同位素的豐度值的不同鑒定食品的產(chǎn)地來源的方法是可行的。在食品的產(chǎn)地溯源中，δ13C、δ15N、δ18O、δ34S、δ87Sr是常用的穩(wěn)定同位素指標(biāo)，被應(yīng)用在肉類、水果、乳制品等多個食品類別的產(chǎn)地識別中，表1列舉了部分相關(guān)文獻(xiàn)中的成功應(yīng)用。

3 礦物元素指紋分析技術(shù)

不同地區(qū)的環(huán)境因其土壤類型、污染、灌溉用水、大氣等因素，礦物元素含量有很大不同，食品中的元素含量與當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素密切相關(guān)，不同地區(qū)的食品中元素組成特征不同，因此用礦物元素來進(jìn)行食品的產(chǎn)地溯源是可行的。食品中礦質(zhì)元素分析技術(shù)是通過借助元素分析儀(EA)、原子吸收光譜儀(AAS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)和電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)等一起來實現(xiàn)的。隨著ICPMS的普及，由于ICP-MS操作方便，可以同時測定多種元素且檢測限低，成為礦物元素指紋分析技術(shù)的主要手段。在數(shù)據(jù)處理上，方差分析、多重比較分析、聚類分析和主成分分析等分析方法是礦質(zhì)元素指紋分析技術(shù)的常用方法。表2列舉了部分近期相關(guān)文獻(xiàn)中礦物元素指紋分析技術(shù)的應(yīng)用實例。

表1 穩(wěn)定同位素分析技術(shù)進(jìn)行不同食品類別的產(chǎn)地溯源實例

表2 礦物元素指紋分析技術(shù)進(jìn)行不同食品類別的產(chǎn)地溯源實例

4 有機(jī)成分指紋分析技術(shù)

有機(jī)成分指紋分析包括食品中的蛋白質(zhì)、脂肪酸、香氣成分、糖、酸等組成的差異，通過這些有機(jī)成分的差異可判斷產(chǎn)地來源［1］(59-61)。有機(jī)成分指紋分析用到的技術(shù)主要是檢測食品揮發(fā)性特征成分組成及其含量的氣相色譜技術(shù)和食品中特征成分的組成及含量的液相色譜技術(shù)。Zunin等利用GC-MS對來自希臘、西班牙、突尼斯、意大利的橄欖油中8種萜類化合物進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)根據(jù)α-古巴烯和α-衣蘭油烯的含量可以準(zhǔn)確區(qū)分開意大利橄欖油和非意大利橄欖油。Alonso-Salces等運(yùn)用反相高效液相色譜技術(shù)測定了咖啡豆中的酚醛酸和甲基黃嘌呤，發(fā)現(xiàn)酚酸和肉桂酸可以作為判別喀麥隆、越南、印度尼西亞咖啡豆產(chǎn)地的特征成分［27］。

5 近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜技術(shù)是一種快速、高效地識別食品產(chǎn)地的技術(shù)，近紅外光譜技術(shù)的樣品一般不需要前處理，可以直接測定，進(jìn)行無損分析。近紅外光譜的產(chǎn)生主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷，記錄的主要是含氫基團(tuán)振動的倍頻和合頻吸收，涵蓋了大多數(shù)類型有機(jī)化合物的組成和分子結(jié)構(gòu)信息。不同產(chǎn)地來源的農(nóng)產(chǎn)品，因其生長環(huán)境、氣候、土壤、水質(zhì)等的不同，導(dǎo)致食品中蛋白質(zhì)、脂肪、糖分、水分等主成分的組成和含量存在較大差異，而這些成分的差異可反映在近紅外光譜上，從而統(tǒng)計分析出來。近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)地溯源的光譜預(yù)處理方法通常有一階導(dǎo)數(shù)、平滑等，進(jìn)一步使用建模和聚類分析方法等［28-33］。近期近紅外光譜技術(shù)在產(chǎn)地溯源的應(yīng)用實例見表3。

6 分子生物學(xué)技術(shù)

生長于不同環(huán)境的農(nóng)產(chǎn)品的微生物數(shù)量、種類和特性存在很大差異，變性梯度凝膠電泳技術(shù)(PCR-DGGE)和限制性酶切片段長度多態(tài)性技術(shù)(PCR-RFLP)可以對微生物菌群多樣性進(jìn)行分析，從而判斷農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地。

Sheikha等采集了哥倫比亞、埃及、烏干達(dá)和馬達(dá)加斯加4個地區(qū)的酸漿果，并運(yùn)用PCR-DGGE技術(shù)分析了酸漿果的酵母菌DNA，檢測發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)酸漿果的酵母菌群有顯著性差異，可用于酸漿果的原產(chǎn)地辨別［34］。Arcuri等采集巴西米納斯吉拉斯州不同地區(qū)的米納斯奶酪攜帶的微生物群落，運(yùn)用PCR-DGGE對其16SrDNA V3區(qū)進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，不同地區(qū)的米納斯奶酪的微生物群落不同，有些特殊的微生物是某一地區(qū)的奶酪的特有微生物，可用于產(chǎn)地區(qū)分［35］。Gauthier等采用PCR-RFLP技術(shù)對歐洲不同國家的玉米樣品中23個RFLP位點(diǎn)與地理位置的相關(guān)性進(jìn)行研究，實現(xiàn)產(chǎn)地溯源［36］。單核苷酸多態(tài)性(SNP)是第3代的分子標(biāo)記，是指同一位點(diǎn)的不同等位基因之間個別核苷酸的差異，這種差異包括單個堿基的缺失或插入［37］。Bazakos等通過5個SNP標(biāo)記對希臘不同地區(qū)橄欖進(jìn)行區(qū)分［38］。

表3 近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行不同食品類別的產(chǎn)地溯源實例

7 多種技術(shù)聯(lián)用

隨著食品產(chǎn)地溯源技術(shù)的發(fā)展，多種技術(shù)聯(lián)用也在不斷發(fā)展。由于化學(xué)成分含量的差異可反映產(chǎn)品種類、生長環(huán)境等產(chǎn)地信息，因而穩(wěn)定同位素分析技術(shù)、礦物元素分析技術(shù)、有機(jī)成分指紋分析技術(shù)相結(jié)合的分析方法得到了很多的應(yīng)用，可以提高食品產(chǎn)地溯源判別的準(zhǔn)確性。Zhao等使用穩(wěn)定同位素分析和多元素分析研究結(jié)合，使得牛肉在我國的地理來源可以很好地分辨出來［39］。蜂蜜［40］、葡萄酒［41］也有使用分析技術(shù)聯(lián)用的方法實現(xiàn)產(chǎn)地溯源。

8 結(jié)語

近年來，人民生活水平的日益提高使得人民對食品安全、食品品質(zhì)有了更高的要求。很多國家對產(chǎn)地溯源的研究在于建立健全的食品安全追溯體系，我國在這一方面也做出了很大的努力，同時我國有很多特色食品，對地理標(biāo)志產(chǎn)品的保護(hù)也是推動我國食品產(chǎn)地溯源技術(shù)發(fā)展的重要推力。產(chǎn)地溯源的方法很多，發(fā)展適合不同食品特征的溯源方法、發(fā)展多技術(shù)聯(lián)用的溯源方法、提高溯源的準(zhǔn)確性是今后產(chǎn)地溯源技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

［1］王成，趙多勇，王賢，等.食品產(chǎn)地溯源及確證技術(shù)研究進(jìn)展［J］.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2013(B09):59-61.

［2］祝勝林，吳同山，李巖.可追溯系統(tǒng)在養(yǎng)豬業(yè)中的應(yīng)用研究［J］.豬業(yè)科學(xué)，2013(8):18.

［3］張洪勝.蘋果等農(nóng)產(chǎn)品掀起“二維碼熱潮”［J］.煙臺果樹，2015(1):27.

［4］李新剛，吳德順.水果溯源信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.科技風(fēng)，2012(2):45.

［5］王爍，劉世洪，鄭火國，等.新疆牛肉可追溯系統(tǒng)研究與實現(xiàn)［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(26):10856-10859.

［6］田夫林.我國自主研制畜禽二維碼標(biāo)識誕生［J］.中國動物保健，2008(3):22.

［7］馬鴻健，柳平增，張耘凡，等.生姜溯源信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報，2014，35(6):250-253.

［8］張姝楠，郭波莉，潘家榮.RFID技術(shù)在食品全程跟蹤與追溯中的應(yīng)用［J］.食品研究與開發(fā)，2007，28(9):148-151.

［9］KANGY S，LEE Y H.Development of generic RFID traceability services［J］.Computers in industry，2013，64(5):609-623.

［10］HONGI H，DANGJF，TSAIY H，et al.An RFIDapplication in the food supply chain:A case study of convenience stores in Taiwan［J］.Journal of food engineering，2011，106(2):119-126.

［11］FENGJ，F(xiàn)UZ，WANGZ，et al.Development and evaluation on a RFID-based traceability system for cattle/beef quality safety in China［J］.Food control，2013，31(2):314-325.

［12］郭波莉，魏益民，潘家榮.同位素指紋分析技術(shù)在食品產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(3):284-289.

［13］項洋，郝力壯，牛建章，等.穩(wěn)定性碳，氮，氫同位素在牦牛產(chǎn)地區(qū)分中的應(yīng)用［J］.食品科學(xué)，2015，36(12):191-195.

［14］黃島平，陳秋虹，林葵，等.穩(wěn)定碳?xì)渫凰卦诟探郛a(chǎn)地溯源中應(yīng)用初探［J］.科技與企業(yè)，2013(17):256.

［15］HORACEK M，MIN JS.Discrimination of Korean beef from beef of other origin by stable isotope measurements［J］.Food chemistry，2010，121(2):517-520.

［16］ERASMUSS W，MULLER M，VAN DER RIJST M，et al.Stable isotope ratio analysis:A potential analytical tool for the authentication of South African lamb meat［J］.Food chemistry，2016，192:997-1005.

［17］CRITTENDENRG，ANDREWAS，LEFOURNOURM，et al.Determining the geographic origin of milk in Australasia using multi-element stable isotope ratio analysis［J］.International dairy journal，2007，17(5):421-428.

［18］RUMMEL S，HOELZL S，HORN P，et al.The combination of stable isotope abundance ratios of H，C，N and Swith 87 Sr/86 Sr for geographical origin assignment of orange juices［J］.Food chemistry，2010，118(4):890-900.

［19］PORTARENA S，GAVRICHKOVA O，LAUTERI M，et al.Authentication and traceability of Italian extra-virgin olive oils by means of stable isotopes techniques［J］.Food chemistry，2014，164:12-16.

［20］才讓卓瑪，趙云濤，章超樺，等.基于無機(jī)元素分析的香港牡蠣產(chǎn)地溯源技術(shù)初探［J］.廣東海洋大學(xué)學(xué)報，2015，35(3):94-98.

［21］郭波莉，魏益民，潘家榮，等.多元素分析判別牛肉產(chǎn)地來源研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40(12):2842-2847.

［22］譚凱燕，梁曉琳，繆璐，等.多元素分析判別奶粉產(chǎn)地來源研究［J］.食品工業(yè)科技，2015，36(2):52-56.

［23］SUN S，GUO B，WEI Y，et al.Multi-element analysis for determining the geographical origin of mutton from different regions of China［J］.Food chemistry，2011，124(3):1151-1156.

［24］FRAGNI R，TRIFIRò A，NUCCI A.Towards the development of a multielement analysis by ICP-oa-TOF-MSfor tracing the geographical origin of processed tomato products［J］.Food control，2015，48:96-101.

［25］MARTIN A E，WATLINGRJ，LEEGS.The multi-element determination and regional discrimination of Australian wines［J］.Food chemistry，2012，133(3):1081-1089.

［27］ALONSO-SALCESR M，SERRA F，RENIEROF，et al.Botanical and geographical characterization of green coffee(Coffea arabicaand Coffea canephora):chemometric evaluation of phenolic and methylxanthine contents［J］.Journal of agricultural and food chemistry，2009，57(10):4224-4235.

［28］趙海燕，郭波莉，魏益民，等.近紅外光譜對小麥產(chǎn)地來源的判別分析［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44(7):1451-1456.

［29］張鵬，李江闊，陳紹慧，等.近紅外光譜用于鑒別蘋果產(chǎn)地的研究［J］.食品科技，2014，39(11):305-309.

［30］孫瀟，史巖.近紅外光譜技術(shù)對加工后雞肉產(chǎn)地溯源的研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2015，31(6):315-321.

［31］張龍，潘家榮，朱誠.近紅外光譜分析技術(shù)在花生原產(chǎn)地溯源中的應(yīng)用［J］.食品科學(xué)，2013，34(6):167-170.

［32］湯麗華，劉敦華.基于近紅外光譜技術(shù)的枸杞產(chǎn)地溯源研究［J］.食品科學(xué)，2011，32(22):175-178.

［33］LIUY，MA D，WANGX，et al.Prediction of chemical composition and geographical origin traceability of Chinese export tilapia fillets products by near infrared reflectancespectroscopy［J］.LWT-food science and technology，2015，60(2):1214-1218.

［34］EL SHEIKHA A F，DURAND N，SARTERS，et al.Study of the microbial discrimination of fruits by PCR-DGGE:Application to the determination of the geographical origin of Physalis fruits from Colombia，Egypt，Uganda and Madagascar［J］.Food control，2012，24(1):57-63.

［35］ARCURI E F，EL SHEIKHA A F，RYCHLIK T，et al.Determination of cheese origin by using 16SrDNA fingerprinting of bacteria communities by PCR-DGGE:Preliminary application to traditional Minas cheese［J］.Food control，2013，30(1):1-6.

［36］GAUTHIER P，GOUESNARD B，DALLARD J，et al.RFLP diversity and relationships among traditional European maize populations［J］.Theoretical and applied genetics，2002，105(1):91-99.

［37］宋君，雷紹榮，郭靈安，等.DNA指紋技術(shù)在食品摻假、產(chǎn)地溯源檢驗中的應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(6):3226-3228.

［38］BAZAKOSC，DULGER A O，UNCU A T，et al.A SNP-based PCR-RFLP capillary electrophoresis analysis for the identification of the varietal origin of olive oils［J］.Food chemistry，2012，134(4):2411-2418.

［39］ZHAOY，ZHANGB，CHENG，et al.Tracing the geographic origin of beef in China on the basis of the combination of stable isotopes and multielement analysis［J］.Journal of agricultural and food chemistry，2013，61(29):7055-7060.

［40］ALISSANDRAKIS E，KIBARIS A C，TARANTILIS P A，et al.Flavour compounds of Greek cotton honey［J］.Journal of the science of food and agriculture，2005，85(9):1444-1452.

［41］GREMAUD G，QUAILE S，PIANTINI U，et al.Characterization of Swiss vineyards using isotopic data in combination with trace elements and classical parameters［J］.European food research and technology，2004，219(1):97-104.