趙姍姍，謝立娜，郄夢(mèng)潔，趙 燕

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，北京 100081)

牛奶因含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1-2]，廣受消費(fèi)者歡迎，2018年，我國(guó)牛奶產(chǎn)量和乳品加工企業(yè)均排在亞洲前列，乳品進(jìn)出口總額突破100億美元。2019年全國(guó)乳制品銷(xiāo)量更加大幅增長(zhǎng)，成為全球最大的乳品新興市場(chǎng)[3-4]。隨著食品跨國(guó)界和跨地區(qū)流通越來(lái)越頻繁、牧草資源和飼料價(jià)格上漲，市場(chǎng)上出現(xiàn)奶制品良莠不齊的現(xiàn)象，甚至復(fù)原乳冒充鮮奶的情況。類(lèi)似“三聚氰胺”事件時(shí)有發(fā)生。為此，我國(guó)在出臺(tái)的《中華人民共和國(guó)食品安全法實(shí)施條例》中規(guī)定建立健全了食品安全管理制度，通過(guò)逐步推動(dòng)實(shí)行有效的追溯體系，對(duì)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的不符合質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)的食品、農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行追本溯源，完善了懲罰性賠償制度[5]。食品產(chǎn)地溯源技術(shù)的研究有利于實(shí)施食品的原產(chǎn)地產(chǎn)品保護(hù)，特色食品保護(hù)；在食品安全事件發(fā)生時(shí)，有利于快速追溯污染源頭，實(shí)施有效召回，減少經(jīng)濟(jì)損失，保護(hù)消費(fèi)者身體健康，實(shí)現(xiàn)“從農(nóng)田到餐桌”的全程關(guān)注[6]。

目前應(yīng)用于食品產(chǎn)地溯源研究技術(shù)有穩(wěn)定同位素技術(shù)[7]、多元素分析技術(shù)[8]、紅外光譜技術(shù)[9]、核磁共振技術(shù)[10]等。穩(wěn)定同位素技術(shù)具有精確度高、靈敏度好、無(wú)污染等特性，近年來(lái)在食品產(chǎn)地溯源及真實(shí)性鑒別等方面得到了長(zhǎng)足發(fā)展和廣泛應(yīng)用[11]。本文主要闡述了穩(wěn)定同位素技術(shù)在牛奶及奶制品可追溯性的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，及對(duì)未來(lái)乳品產(chǎn)地溯源應(yīng)用的展望，以推動(dòng)穩(wěn)定同位素技術(shù)在牛奶及奶制品溯源研究工作的不斷深入和完善。

1 穩(wěn)定同位素技術(shù)的基本原理

同位素分餾效應(yīng)是指由于元素質(zhì)量數(shù)的不同，在物理、化學(xué)及生物化學(xué)作用過(guò)程中，生物體內(nèi)穩(wěn)定同位素以不同比值分配到兩種或兩種以上不同的物質(zhì)或同一物質(zhì)兩個(gè)相態(tài)的作用[11]。生物體因環(huán)境、氣候、土壤、生物代謝的影響利用從而發(fā)生同位素的自然分餾效應(yīng)，導(dǎo)致自然物質(zhì)中元素的同位素豐度呈現(xiàn)出顯著變化，從而使“重”、“輕”同位素比值發(fā)生變化，使得不同地理來(lái)源的生物體中穩(wěn)定同位素[12]比值存在較大差異，進(jìn)而反映出生物體所處的環(huán)境[13]。目前食品產(chǎn)地鑒別的研究中廣泛應(yīng)用的穩(wěn)定同位素主要為碳、氮、氫、氧、硫。

1.1 碳同位素

根據(jù)植物固定CO2的方式可分為C3、C4和CAM植物。C3植物經(jīng)光合作用的三羧酸循環(huán)產(chǎn)生，初始產(chǎn)物是3-磷酸甘油酯(三碳化合物)，如水稻、小麥等。C4植物以草酰乙酸(四碳化合物)為起始產(chǎn)物，由二羧酸循環(huán)產(chǎn)生，如甘蔗、玉米等。CAM植物是具景天酸代謝途徑的植物，多為多漿液植物，如仙人球。在自然界中，碳穩(wěn)定同位素有兩種，即12C、13C，12C豐度為98.89%，13C豐度為1.11%。C3植物中δ13C值變化在-34‰～-22‰之間，C4植物中δ13C值的變化在-19‰～-9‰之間，CAM植物中δ13C值變化范圍相比較寬，在-38‰～-13‰之間[14]。植物源性食品中所含碳同位素與光合作用中二氧化碳代謝途徑有關(guān)，因此，通過(guò)測(cè)定動(dòng)物體內(nèi)碳同位素豐度比(13C/12C)，即δ13C值，可以準(zhǔn)確判斷動(dòng)物攝入的飼料是C3植物還是C4植物，除此之外，植物源性食品中所含碳同位素還受外界環(huán)境因素的影響。研究表明，影響植物中碳穩(wěn)定同位素組成的環(huán)境因素有溫度、降水、光照、壓力及大氣中CO2的碳同位素組成等，它是生物因子與環(huán)境因子共同作用的結(jié)果[14-15]，能直接反映出植物生長(zhǎng)的地理環(huán)境。動(dòng)物源性食品的碳同位素組成與動(dòng)物食用的飼料息息相關(guān)，進(jìn)而可以推測(cè)動(dòng)物體的膳食中C3與C4植物所占比例[16-18]。

1.2 氮同位素

氮在自然界中存在14N和15N兩種穩(wěn)定同位素，14N豐度為99.635%，15N豐度為0.365%，氮同位素豐度比(15N/14N)的差值表示為δ15N。不同來(lái)源的含氮物質(zhì)中具有不同的氮同位素豐度。植物中δ15N值取決于土壤中的氮池(硝酸鹽和氨)，而土壤中δ15N值又取決于地理和氣候條件，并與農(nóng)業(yè)施肥有關(guān)[19]。動(dòng)物源性食品中氮同位素比值與動(dòng)物的食物源和新陳代謝有關(guān)，除此之外還與土壤中化學(xué)肥料的使用，及飼料中動(dòng)物源性成分有關(guān)[20]。

1.3 氫、氧同位素

自然界中的氫有1H(氕，H)、2H(氘，D)、3H(氚，T)三種同位素，其中1H、2H為穩(wěn)定同位素，1H豐度為99.985%，2H豐度為0.015%，氫同位素豐度比(2H/1H)的差值表示為δ2H。氧在自然界中存在16O、17O、18O三種穩(wěn)定同位素，16O豐度為99.759%，18O豐度為0.204%，通常用δ18O表示氧同位素豐度比(18O/16O)的差值。氫、氧元素構(gòu)成水分子，與水循環(huán)的示蹤密切相關(guān)。氧穩(wěn)定同位素的分餾作用主要是由于水的蒸發(fā)、濃縮和沉淀。一般而言，自然界中的氫、氧穩(wěn)定同位素具有緯度效應(yīng)、陸地效應(yīng)、季節(jié)效應(yīng)等，即隨著緯度的增加同位素比值減??；由海岸向內(nèi)陸同位素比值減??；溫度高的夏季重同位素更為富集[21]。同位素的分餾信息可通過(guò)奶牛飲食傳遞到牛奶中。動(dòng)物樣品中δ2H和δ18O值主要與動(dòng)物飲用水及距海遠(yuǎn)近相關(guān)，是反映地理環(huán)境的良好指標(biāo)[22-23]。此外氫穩(wěn)定同位素還與溫度、海拔高度和水同位素有關(guān)[24-25]。奶牛的品種也會(huì)對(duì)牛奶中δ18O值有一定影響，但其影響遠(yuǎn)小于膳食和地域因素[26]。

1.4 硫同位素

硫元素在自然界存在32S和34S兩種穩(wěn)定同位素，32S豐度為95.02%，34S豐度為4.21%，通常用δ34S表示硫同位素豐度比(34S/32S)的差值。硫元素在地質(zhì)研究中較為廣泛，常用來(lái)探索地質(zhì)構(gòu)造及環(huán)境演化，同時(shí)它也是酸雨污染研究中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。土壤中硫穩(wěn)定同位素組成與土壤地質(zhì)、降水、農(nóng)業(yè)施肥等因素有關(guān)，因而動(dòng)植物體中硫穩(wěn)定同位素組成與其產(chǎn)地來(lái)源密切相關(guān)，它能有效地表征地域來(lái)源[27-28]。

2 穩(wěn)定同位素技術(shù)在牛奶及奶制品中的應(yīng)用

對(duì)于不同的乳產(chǎn)品，同位素組成有一定差異[29]。由于受到奶牛的飼喂體系、新陳代謝、原產(chǎn)地的土壤地質(zhì)、環(huán)境等因素的影響，牛奶及其制品中穩(wěn)定同位素組成會(huì)呈現(xiàn)出差異，因此穩(wěn)定同位素組成可以反映乳品原產(chǎn)地的地理環(huán)境信息。目前，許多學(xué)者對(duì)于牛奶及奶制品的產(chǎn)地溯源研究都有了深入的探索。作為一種有效的溯源手段，穩(wěn)定同位素技術(shù)在液態(tài)奶、奶粉、奶酪、黃油等方面都有良好的應(yīng)用。

2.1 液態(tài)奶

穩(wěn)定同位素技術(shù)在液態(tài)奶中的研究主要集中在牛奶來(lái)源的追溯、有機(jī)牛奶等高價(jià)值牛奶的鑒別等方面。1997年，穩(wěn)定同位素技術(shù)首次用于研究牛奶的地理來(lái)源[19]。到目前為止，對(duì)牛奶來(lái)源的研究已經(jīng)包括許多國(guó)家。2007年，Crittenden等[30]從澳大利亞和新西蘭的七個(gè)乳業(yè)地區(qū)采集了牛奶樣本，并對(duì)其δ13C、δ15N、δ18O、δ34S、δ87Sr值進(jìn)行了分析，每個(gè)牛奶樣本都顯示了不同的同位素指紋。尤其是δ18O和δ13C值，符合各地區(qū)緯度和氣候的同位素分餾模式，可見(jiàn)，穩(wěn)定同位素技術(shù)在確定澳大拉西亞產(chǎn)奶制品的地理來(lái)源方面具有很好的潛力。Luo等[31]采集了大洋洲、美洲、歐洲和亞洲大陸牛奶樣品，分析了蛋白質(zhì)中δ13C和δ15N值以及牛乳水中δ2H和δ18O值，發(fā)現(xiàn)用δ13C、δ15N、δ2H和δ18O值可以對(duì)這些地區(qū)的牛奶產(chǎn)地進(jìn)行鑒別。穩(wěn)定同位素不僅可以追溯不同國(guó)家間的牛奶來(lái)源，也可以追溯同一國(guó)家不同地區(qū)的牛奶來(lái)源。Chesson等[32]檢測(cè)了美國(guó)不同地區(qū)的牛奶、市售牛奶、奶牛飲用水、自來(lái)水中δ2H和δ18O值，結(jié)果表明，產(chǎn)地的自來(lái)水解釋牛奶中δ2H和δ18O值不足以表征奶源產(chǎn)地，而牛奶和奶牛飲用水中δ2H和δ18O值呈正相關(guān)關(guān)系，可以用于牛奶產(chǎn)地來(lái)源研究。Chung等[33]對(duì)韓國(guó)有機(jī)牛奶中δ13C、δ15N、δ18O和δ34S值進(jìn)行了測(cè)定，并建立了判別模型，該模型在保寧、高昌和濟(jì)州地區(qū)顯示出良好的預(yù)測(cè)性，發(fā)現(xiàn)δ13C值是最重要的影響因素。Garbaras等[34]在夏季和冬季，在白俄羅斯的布雷斯特、戈梅爾、格羅德諾、明斯克和莫吉列夫地區(qū)采集了牛奶、水和飼料，測(cè)定了牛奶中δ18O值、乳酪蛋白中蛋氨酸δ34S值和特定乳組分中δ13C和δ15N值，其中牛奶中δ18O值在不同地區(qū)發(fā)生了變化，而δ13C值在夏季和冬季不同。中國(guó)對(duì)穩(wěn)定同位素技術(shù)溯源不同產(chǎn)地的牛奶也有報(bào)道。明荔莉等[35]通過(guò)元素分析-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀(EA-IRMS)建立了牛奶中碳穩(wěn)定同位素檢測(cè)方法，該方法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性均達(dá)到了同位素比值測(cè)定的要求，結(jié)果表明，不同產(chǎn)地、不同品牌的牛奶中δ13C值差異顯著。此外，穩(wěn)定同位素技術(shù)在羅馬尼亞[36]、馬來(lái)西亞[37]及阿根廷[38]不同地區(qū)的牛奶溯源中也起到了重要的作用。

牛奶中的穩(wěn)定同位素組成與飲食有著重要的相關(guān)性。δ13C值相對(duì)低的牛奶來(lái)自以草地為主的地區(qū)，而δ13C值相對(duì)較高的牛奶來(lái)自以農(nóng)作物種植為主的地區(qū)。Konbbe等[39]對(duì)6個(gè)月不同飼養(yǎng)條件下牛奶樣品中碳、氮穩(wěn)定同位素組成進(jìn)行了分析，牛奶中δ13C值取決于基于C3或C4植物的不同喂養(yǎng)方式，草飼條件下牛奶中δ13C值比玉米飼喂條件下的牛奶中δ13C值低，兩種喂食方式下，牛奶中δ15N值差異小于δ13C值，因?yàn)棣?5N值通常反映了不同地區(qū)不同農(nóng)業(yè)條件(如不同的肥料)[19, 40]。Camin等[41]以2個(gè)農(nóng)場(chǎng)的奶牛為研究對(duì)象，以不同種類(lèi)的C3植物和不同數(shù)量的玉米為飼料，研究了飼料和牛奶的穩(wěn)定同位素比值(δ13C、δ15N、δ18O、δ2H)，結(jié)果表明，乳酪蛋白和脂類(lèi)中δ13C與玉米在動(dòng)物日糧中的比例顯著相關(guān)，但是牛奶中δ18O值和酪蛋白中δ18O、δ2H值和δ15N值不僅受飼料中玉米含量的輕微影響，還與產(chǎn)地的地理氣候和土壤特征以及日糧中新鮮植物或青貯飼料的存在有更密切的關(guān)系。由于飼料組成對(duì)牛奶中碳穩(wěn)定同位素比值具有重要影響，因此穩(wěn)定同位素技術(shù)是鑒別有機(jī)牛奶等高價(jià)值牛奶的有效手段。Molkentin等[42]通過(guò)對(duì)碳穩(wěn)定同位素比值的分析，可以完全區(qū)分有機(jī)奶和常規(guī)奶。對(duì)于傳統(tǒng)飼養(yǎng)得到的牛奶，其脂肪的δ13C值為-26.6‰或者更高，而有機(jī)奶奶脂肪中δ13C值低于-28.0‰，這是由于傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)的基本飼料由60%的玉米青貯組成，有機(jī)農(nóng)場(chǎng)在放牧期間只使用少量的玉米青貯，而使用較高比例的草(C3植物)[43]。穩(wěn)定同位素技術(shù)也可以用于生鮮乳和復(fù)原乳的鑒別。Lin等[44]從不同季節(jié)的奶牛場(chǎng)采集牛奶和地下水樣品，測(cè)定了δ2H和δ18O值，研究了穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜法鑒別生乳和復(fù)原乳的可能性，結(jié)果表明，用地下水配制的復(fù)原牛奶和生鮮牛奶之間存在差異。

2.2 奶粉

奶粉是由鮮奶消毒后經(jīng)濃縮、噴霧、干燥而成的。鮮奶加工成奶粉后，水分降低，蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、脂肪等營(yíng)養(yǎng)素占比增加。奶粉是全球最常見(jiàn)的牛奶交易形式，國(guó)際貿(mào)易中奶粉常被用作其他產(chǎn)品(如嬰兒配方奶粉、糖果)的成分，有必要建立一個(gè)溯源體系，提供有關(guān)該混合物乳制品成分來(lái)源的信息。隨著“三聚氰胺”事件的發(fā)生，近年來(lái)，我國(guó)研究人員對(duì)奶粉的研究也逐漸增多，對(duì)奶粉的穩(wěn)定同位素研究大多集中于奶粉中碳、氮穩(wěn)定同位素。李鑫等[45]利用元素分析儀-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀建立了原料乳粉中δ13C和δ15N值的檢測(cè)方法，顯示出良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。δ13C值能直觀的反映出原料乳粉地域和奶牛喂養(yǎng)方式的不同，可以作為原料乳粉產(chǎn)地來(lái)源的指示參數(shù)，而原料奶粉中δ15N值的測(cè)定可以在健全產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)后起到初篩異常牛初乳的作用。不僅奶粉中的穩(wěn)定同位素比值可以提供奶粉的產(chǎn)地信息，酪蛋白和脂肪酸中的穩(wěn)定同位素比值也是重要的溯源標(biāo)志指標(biāo)。梁莉莉等[46]通過(guò)EA-IRMS技術(shù)測(cè)定了不同階段的嬰幼兒配方奶粉中酪蛋白的δ15N和δ13C值，研究發(fā)現(xiàn)δ15N和δ13C值與奶粉原產(chǎn)地具有相關(guān)性，且同一地區(qū)的嬰幼兒配方奶粉中酪蛋白的碳、氮穩(wěn)定同位素分布呈正相關(guān)，而在不同地區(qū)則存在顯著差異。蘇靜[47]以不同產(chǎn)地及適應(yīng)不同人群的15種奶粉為研究對(duì)象，測(cè)定分析了脂肪酸的碳、氫穩(wěn)定同位素比值，結(jié)果表明奶粉脂肪酸中δ13C值差異在奶源的地域性上得到反映，長(zhǎng)鏈脂肪酸中δ2H值也與地域特征有明顯關(guān)系；隨著碳鏈的延長(zhǎng)，其13C同位素在貧化，2H同位素在富集，兩種同位素變化趨勢(shì)正好相反。相比之下，國(guó)外利用穩(wěn)定同位素技術(shù)對(duì)奶粉的研究較少。Ehtesham等[48]研究了新西蘭各地的散裝奶粉和奶粉脂肪酸中δ13C和δ2H值與其產(chǎn)地的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)4種脂肪酸(C4∶0、C14∶0、C16∶0、C18∶1)和散裝奶粉中δ13C和δ2H值與產(chǎn)地有關(guān)，且采用脂肪酸δ13C和δ2H的線性判別分析(LDA)模型提供了最佳的分離效果。因此，脂肪酸的同位素組成可以作為奶粉中一個(gè)很好的標(biāo)志指標(biāo)，通過(guò)傳遞可靠的同位素信息來(lái)追蹤奶粉的區(qū)域來(lái)源。

2.3 奶酪

穩(wěn)定同位素比值也常作為奶酪產(chǎn)地溯源的關(guān)鍵參數(shù)。Camin等[49]對(duì)來(lái)自法國(guó)、意大利和西班牙三個(gè)國(guó)家奶酪中C、N、H、O、S穩(wěn)定同位素比值進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)酪蛋白和甘油中δ13C與奶牛飼料中玉米的含量呈正相關(guān)，甘油中δ18O值還與季節(jié)、溫度、濕度等因素有關(guān)，利用穩(wěn)定同位素比值對(duì)奶酪原產(chǎn)地進(jìn)行判別分析，判別正確率高達(dá)90%以上。Pillonel等[50]通過(guò)采集瑞士和法國(guó)的拉克雷特奶酪，證明了δ2H、δ13C、δ15N和δ34S值作為區(qū)分拉克雷特奶酪原產(chǎn)地指示物的潛力，根據(jù)主成分分析圖顯示，這四種穩(wěn)定同位素比值很好地表征了三個(gè)區(qū)域，即瑞士、法國(guó)西北和法國(guó)中東地區(qū)。除了對(duì)不同國(guó)家奶酪樣品的鑒別，利用穩(wěn)定同位素比值分析對(duì)鄰近地理區(qū)域奶酪的可追溯性也有報(bào)道。Valenti等[51]研究表明碳、氫、氧、氮和硫穩(wěn)定同位素比值的變化可以區(qū)分受保護(hù)原產(chǎn)地(PDO)區(qū)域內(nèi)附近地區(qū)生產(chǎn)的奶酪；其中硫和氮穩(wěn)定同位素比值提供了最好的鑒別效果(97.2%的奶酪正確分類(lèi))。利用碳氮穩(wěn)定同位素比值以及脂肪中的氧穩(wěn)定同位素比值還可以區(qū)分來(lái)自意大利不同地區(qū)的牛羊奶酪[52]。

穩(wěn)定同位素組成對(duì)來(lái)自不同地形特點(diǎn)的山區(qū)奶酪也有較好的區(qū)分效果。Bontempo等[53]研究了兩種典型的山地奶酪中H、C、N、O穩(wěn)定同位素比值，結(jié)果表明這些穩(wěn)定同位素組成與產(chǎn)地的植被類(lèi)型、地理?xiàng)l件、海拔高度有密切關(guān)系，其中δ15N值與植被類(lèi)型的關(guān)系更為密切，δ18O和δ2H值則與海拔高度更具有相關(guān)性。利用穩(wěn)定同位素比值，可以在兩個(gè)山區(qū)的兩種不同類(lèi)型的牧場(chǎng)中獲得樣品之間較好的區(qū)分度。相比于其他穩(wěn)定同位素，碳穩(wěn)定同位素更能表現(xiàn)出奶酪樣品的地域差異。Altieri等[54]根據(jù)碳、氮、氧穩(wěn)定同位素分析了馬蘇里拉奶酪的產(chǎn)地，實(shí)驗(yàn)表明，牛奶和奶酪中δ13C、δ15N值沒(méi)有明顯差異，表明碳和氮穩(wěn)定同位素在奶酪生產(chǎn)過(guò)程中未發(fā)生分餾效應(yīng)；δ13C值受飲食的影響，能反映出不同地域的信息，δ15N值由于會(huì)受到反芻動(dòng)物新陳代謝分級(jí)調(diào)節(jié)的影響，不能準(zhǔn)確的顯示地域差異。

2.4 黃油

利用H、C、N、O、S和Sr的穩(wěn)定同位素建立真實(shí)樣本數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)確定盲樣地理來(lái)源，可以在實(shí)際案例中獲得準(zhǔn)確的結(jié)果；在不同基質(zhì)樣本中測(cè)量穩(wěn)定同位素比值，不同實(shí)驗(yàn)室之間進(jìn)行比較，共同構(gòu)建完善的樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，已經(jīng)成功應(yīng)用到奶酪及黃油的產(chǎn)地溯源[55]。Rossmann等[56]采集了歐盟的不同國(guó)家及歐盟以外國(guó)家的黃油樣品，測(cè)定了黃油中δ13C，黃油蛋白中δ13C、δ15N、δ34S和δ87Sr，以及黃油水中δ18O值，結(jié)果顯示穩(wěn)定同位素比值可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出黃油的區(qū)域來(lái)源，其中δ15N和δ34S值在黃油產(chǎn)地鑒別中起到尤為重要的作用。

3 穩(wěn)定同位素技術(shù)結(jié)合其他溯源方法在奶制品中的應(yīng)用

穩(wěn)定同位素分析技術(shù)作為食品產(chǎn)地溯源研究的主要方法之一，與其他溯源技術(shù)結(jié)合能更快速有效的區(qū)分奶源產(chǎn)地及物種來(lái)源。

3.1 穩(wěn)定同位素結(jié)合礦物元素

礦物元素是一項(xiàng)有效的食品產(chǎn)地溯源指標(biāo)，主要是尋找與地域有關(guān)的特征元素。土壤、水、食物的礦物元素組成及含量都有其各自的特征圖譜，動(dòng)物不斷的從所生活的環(huán)境中獲取各種礦物元素，導(dǎo)致不同地域來(lái)源的乳制品中礦物元素與當(dāng)?shù)丨h(huán)境中的礦物元素有較強(qiáng)的相關(guān)性，從而具有典型的指紋特征。檢測(cè)礦物元素含量的儀器有原子吸收光譜儀(AAS)、原子熒光光譜儀(AFS)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)等。其中ICP-MS由于檢測(cè)精度高、檢出限低、靈敏度高、檢測(cè)速度快、可同時(shí)檢測(cè)多種元素的特點(diǎn)，在食品產(chǎn)地溯源方面的應(yīng)用日益增加。首次利用礦物元素研究乳制品的來(lái)源和品種是在1995年[57]，之后礦物元素分析被逐漸應(yīng)用于乳制品的溯源研究[58-60]。

3.2 穩(wěn)定同位素與化學(xué)成分的結(jié)合

脂肪酸是食品的固有屬性，能為溯源提供有效的信息，脂肪酸的組成和含量可作為食品來(lái)源鑒別指標(biāo)。奶制品中不同脂肪酸含量和比率與動(dòng)物的所處環(huán)境的土壤、氣候有關(guān)，同時(shí)也與飼料配比、飼養(yǎng)方式等因素密切相關(guān)，可以通過(guò)分析奶制品中脂肪酸的組成及含量特征對(duì)奶制品進(jìn)行產(chǎn)地溯源研究[67-68]。Molkentin等[69-70]通過(guò)乳脂肪碳穩(wěn)定同位素和脂肪酸的差異，對(duì)德國(guó)有機(jī)牛奶和常規(guī)奶進(jìn)行識(shí)別，由于有機(jī)奶中α-亞麻酸(C18:3ω3)和二十碳五烯酸(C20:5ω3)含量較高，所以脂肪酸可以將有機(jī)牛奶和傳統(tǒng)牛奶全區(qū)別開(kāi)來(lái)，而且有機(jī)奶δ13C值顯著低于常規(guī)奶δ13C值，研究還發(fā)現(xiàn)， C18:3ω3和δ13C之間有明顯的負(fù)相關(guān)性(r=-0.92)。Erich等[71]測(cè)定了乳蛋白、乳脂肪中碳同位素比值及α-亞麻酸含量，并用NMR對(duì)乳脂進(jìn)行了分析，多維度數(shù)據(jù)結(jié)合顯著提高了德國(guó)生奶和零售奶的鑒定準(zhǔn)確率，與單獨(dú)使用IRMS相比，分類(lèi)準(zhǔn)確率提高到95%。

氨基酸也可以用來(lái)鑒別不同地區(qū)的奶制品，游離氨基酸對(duì)于奶酪的香氣和口感至關(guān)重要，它們是由奶酪成熟過(guò)程中蛋白質(zhì)水解現(xiàn)象形成的。Manca等[72]采集了撒丁島、西西里島和阿普利亞的羊奶干酪，測(cè)定了酪蛋白中穩(wěn)定同位素比值(δ13C和δ15N)，并用高效液相色譜法測(cè)定了干酪樣品中部分游離氨基酸比值(His/Pro、Ile/Pro、Met/Pro和Thr/Pro)，應(yīng)用主成分分析、聚類(lèi)分析及線性判別分析方法進(jìn)行多元數(shù)據(jù)處理，結(jié)果表明，對(duì)變量Ile/Pro、Thr/Pro、δ13C和δ15N進(jìn)行線性判別分析后，樣品的判別正確率達(dá)到了100%。

4 總結(jié)與展望

4.1 問(wèn)題及建議

穩(wěn)定同位素技術(shù)也有一定局限性，除了飼料成分，物種、品種、動(dòng)物代謝、氣候、環(huán)境及采樣季節(jié)都會(huì)導(dǎo)致乳制品中穩(wěn)定同位素比值的變化，加工過(guò)程也會(huì)對(duì)乳制品同位素比值造成影響，使得小區(qū)域樣本產(chǎn)地鑒別難度較大。因此利用穩(wěn)定同位素技術(shù)溯源牛奶及奶制品，要考慮多種因素的影響。穩(wěn)定同位素技術(shù)不足以對(duì)牛奶及奶制品進(jìn)行產(chǎn)地溯源和真實(shí)性判別時(shí)，可以選擇將穩(wěn)定同位素技術(shù)與多種技術(shù)如礦物元素、化學(xué)成分分析等相結(jié)合，增加判別因子，從而得到更完整、更準(zhǔn)確的判別結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)牛奶及奶制品的產(chǎn)地精準(zhǔn)溯源。

4.2 展望

穩(wěn)定同位素技術(shù)在牛奶及奶制品產(chǎn)地溯源及真實(shí)性研究中具有獨(dú)特的作用，對(duì)乳制品產(chǎn)地追溯、有機(jī)乳以及復(fù)原乳的鑒別具有潛在的市場(chǎng)需求，但是我國(guó)對(duì)這方面的研究較少，可能是對(duì)穩(wěn)定同位素在動(dòng)物體內(nèi)的分餾機(jī)制了解不夠深入，影響了穩(wěn)定同位素技術(shù)在牛奶及奶制品產(chǎn)地溯源和真實(shí)性研究中的應(yīng)用。未來(lái)我們可以探索飼料和飲用水中穩(wěn)定同位素組成與牛奶及奶制品中穩(wěn)定同位素組成的關(guān)系，研究穩(wěn)定同位素比值在動(dòng)物代謝中的分餾過(guò)程及影響因素，將產(chǎn)地、飼料、飲用水、牛奶及奶制品一一對(duì)應(yīng)，加大真實(shí)樣本數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)充，牛奶及奶制品產(chǎn)地信息的更新，溯源系統(tǒng)不斷完善，我國(guó)乳制品行業(yè)將迎來(lái)發(fā)展新階段。