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。
1.1 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]。
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。
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
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]。
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。
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
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。
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。
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