何偉忠 趙多勇 范盈盈 王 成 劉 志

(1新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室/新疆農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830091；2新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研管理處，新疆 烏魯木齊 830091；3 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品信息溯源重點實驗室，浙江 杭州 310021)

紅棗(red jujube)在中國已有4 000 多年的栽培歷史，是一種珍貴的藥食同源水果，中國的紅棗資源占世界的98%以上[1]。紅棗被普遍認為是具有醫(yī)藥、食品和進補三種功能的健康水果，深受大眾的青睞[2-3]。同時，紅棗也具有很高的經(jīng)濟價值，是新疆地區(qū)主要的經(jīng)濟農(nóng)產(chǎn)品之一，也是重要的出口創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品。新疆東南地區(qū)若羌灰棗和南部地區(qū)和田玉棗是已獲批國家地理標志保護(protected geographical indication，PGI)認證的優(yōu)質(zhì)紅棗品牌，其市場價格和品牌競爭力較高[2-4]。然而，當(dāng)前新疆紅棗地理標志產(chǎn)品保護主要靠認證授權(quán)和標簽，極易被不法商販假冒，損害合法生產(chǎn)商信譽和消費者的正當(dāng)權(quán)益。同時，商品銷售過程中的產(chǎn)地信息失真和缺失，導(dǎo)致政府職能部門監(jiān)管困難，食品安全問題來源排查困難[5-8]。因此，開發(fā)新疆紅棗產(chǎn)地溯源新策略，對保護新疆紅棗地理標志品牌、提升政府質(zhì)量安全監(jiān)管能力、確保其食品質(zhì)量安全、促進該地區(qū)紅棗產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展極為重要。

目前，關(guān)于紅棗產(chǎn)地溯源的相關(guān)研究十分缺乏，報道的文獻主要基于化學(xué)指紋分析[9-10]，近紅外光譜分析[11-12]等技術(shù)進行產(chǎn)地區(qū)分，準確度和穩(wěn)定性均不能滿足精準溯源的要求。近年來，穩(wěn)定同位素比率分析技術(shù)和礦物多元素分析技術(shù)逐步成為國際上農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地溯源的公認關(guān)鍵技術(shù)之一，已在谷物、茶葉、水果、肉類及乳制品等產(chǎn)品溯源中取得成功的應(yīng)用[13-19]。然而，尚鮮見關(guān)于該技術(shù)在紅棗原產(chǎn)地溯源領(lǐng)域的研究報道。農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)定同位素和礦物多元素溯源技術(shù)的原理是基于農(nóng)產(chǎn)品的穩(wěn)定同位素自然分餾，反映其特定生長環(huán)境和種植/飼養(yǎng)模式，而礦物元素指紋同樣與種植土壤基質(zhì)背景與施肥歷史息息相關(guān)，因而能夠成為其產(chǎn)地指示的天然“烙印”[20-21]。非固氮類植物源性農(nóng)產(chǎn)品中氮同位素(即15N)主要來自土壤和肥料中的無機硝酸鹽(NO3-或NO2-等)[22-23]，而礦物元素為從栽培土壤中吸收的無機元素離子[24]。此外，植物中積累的碳同位素(13C)主要來自大氣中的二氧化碳(CO2)，微生物活動排出的甲烷(CH4)和耕種土壤中的無機碳酸根離子(CO33-和HCO3-)也可通過植物的光合作用轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)(糖，脂肪或蛋白質(zhì)的形成)[25-26]。而氫(2H)和氧(18O)同位素來自產(chǎn)地的降水和灌溉水[27]。因此，分析不同產(chǎn)區(qū)紅棗的穩(wěn)定碳、氮、氫、氧同位素比率(即δ13C、δ15N、δ2H、δ18O)及礦物多元素的差異可以為其產(chǎn)地溯源提供重要的地理信息依據(jù)[28]。

本研究旨在探究新疆紅棗不同產(chǎn)區(qū)灰棗和駿棗的營養(yǎng)品質(zhì)、穩(wěn)定同位素和礦物多元素特征的差異，并結(jié)合化學(xué)計量學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與建模工具，建立兩類參數(shù)的產(chǎn)地溯源判別模型，比較兩類參數(shù)溯源的模型判別精準度，為穩(wěn)定同位素及礦物元素替代營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)進行新疆不同產(chǎn)區(qū)灰棗和駿棗溯源應(yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 樣本采集 紅棗樣本的采樣地點和數(shù)量設(shè)置以新疆紅棗典型種植區(qū)及種植規(guī)模為基礎(chǔ)，以各產(chǎn)區(qū)縣市為基本單元，于2016 進行實地調(diào)查采樣。樣本采集地點涉及棗園和基地，采樣數(shù)量總計灰棗36 份、駿棗47 份。

采樣點地理分布信息如圖1 所示。各地區(qū)具體分布縣市如下，其中東南部地區(qū)包括若羌縣和且末縣，南部地區(qū)包括于田縣、昆玉市、策勒縣，西南部地區(qū)包括麥蓋提縣、澤普縣、伽師縣，西北部地區(qū)包括阿克蘇市、庫車縣、沙雅縣，北部地區(qū)包括托克遜縣。

每個采樣點沿果園地塊對角線方向采集一份紅棗自然風(fēng)干干果樣本，每份樣本采集紅棗干果500 g，保存于-20℃冰箱，備用。

1.1.2 試劑 穩(wěn)定同位素標準品:IAEA-CH-6(δ13C＝-10.4‰)；IAEA-CH-7(δ13C ＝-29.2‰，δ2H ＝-100.3‰)；IAEA-600(δ13C ＝-27.8‰，δ15N ＝1‰)；B2174(δ13C ＝-37.3‰，δ15N ＝-0.45‰)；B2203(δ13C＝-27.85‰，δ2H ＝-25.3‰，δ18O ＝21.0‰)，用于紅棗4 種穩(wěn)定同位素比率多點校正，由國際原子能機構(gòu)(International Atomic Energy Agency，IAEA)提供。高純氫氣、氧氣、二氧化碳氣體、氮氣和氬氣(H2、O2、CO2、N2和Ar):純度＞99.99%，上海今工特種氣體有限公司。紅棗營養(yǎng)品質(zhì)分析中果糖(純度＞99.9%)、葡萄糖(純度＞99.9%)、總黃酮(以柚配質(zhì)C 糖甙類為基準，純度＞99.9%)分析標準品，美國Sigma-Aldrich試劑公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

Elementar vario PYRO cube 元素分析儀，德國Elementar 公司；Isoprime 100 穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀，英國Isoprime 公司；ICAPQC 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、ICAP6300 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國Thermo 公司；FOSS-8400 全自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS 公司；Agilent 1260 INFINITY 高效液相色譜儀，美國Agilent 公司；S-433D 氨基酸分析儀，德國Sykam公司；UV-1900 紫外分光光度計，日本Shimadzu 公司；FZG-20 真空干燥機，常州力馬干燥科技有限公司；A-310 攪碎機，中國漢美頓公司；F-200 萬能粉碎機，江蘇瑰寶集團；Milli-Q 超純水儀，德國Merck 公司；XP6百萬分之一克電子天平，美國METTLER TOLEDO 公司；Mars 6 微波消解系統(tǒng)，美國CEM 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣本前處理 紅棗干果樣本經(jīng)清洗、去核、打漿后置于-20℃冰柜中冷凍保存，取冷凍樣本直接進行營養(yǎng)品質(zhì)和礦物元素含量分析。同時，冷凍樣品經(jīng)真空冷凍干燥、破碎過80 目篩后得到精細粉末，用于穩(wěn)定同位素比率(δ13C、δ2H、δ18O 和δ15N)分析。

1.3.2 營養(yǎng)品質(zhì)測定 品質(zhì)分析指標共計29 項，參考文獻[30]測定樣品總?cè)坪铜h(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，CAMP)含量，其他指標均根據(jù)相應(yīng)的國家或行業(yè)標準進行定量分析，具體如表1所示。

表1 紅棗營養(yǎng)品質(zhì)指標的分析方法Table 1 Analysis methods of nutrient quality indexes of jujube samples

(1)總?cè)坪繙y定

樣品測定:稱2.00 g 勻漿樣，加50.0 mL 80%乙醇，震蕩3 min，超聲45 min，過濾，濾液用80%乙醇稀釋10 倍。吸0.5 mL 稀釋液于60℃水浴，氮吹揮干溶劑，加0.2 mL 0.5%香草醛-冰醋酸，再加0.8 mL 高氯酸，60℃水浴10 min，然后加5 mL 冰醋酸，搖勻，放置15 min，在548 nm 波長處比色。

標準曲線制作:稱0.002 35 g 熊果酸，用無水乙醇定容至10 mL，制備濃度為0.235 mg·mL-1的標準儲備溶液；分別吸取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL 標準儲備溶液于試管內(nèi)，標樣在60℃水浴條件下用氮氣吹干，然后測定并繪制標準曲線。

(2)CAMP 含量測定

樣品測定:稱3.00 g 勻漿樣于100 mL 離心管中，加80 mL 去離子水，移入100 mL 容量瓶中，80℃超聲1 h，冷卻，定容，搖勻，過濾于三角瓶中，取2 mL 左右上清液過0.45 μm 濾膜于waters 進樣瓶中。高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC)檢測條件:檢測波長258 nm；色譜柱:美國Waters 公司X Bridge RP C18 柱(4.6 mm×150 mm，5 μm)；流動相:甲醇∶0.02 mol·L-1磷酸二氫鉀水溶液(1 ∶9，v ∶v)；流速:恒定1 mL·min-1；柱溫:60℃。

標準曲線制作:稱取2.00 mg CAMP 標準品溶于10 mL 甲醇中，制備濃度為0.20 mg·mL-1的標準儲備溶液；分別吸取0.05、0.10、0.25、0.50、1.50、2.50 mL標準儲備溶液于10 mL 容量瓶，用甲醇定容。依次進行測定并繪制標準曲線。

1.3.3 穩(wěn)定同位素分析

1.3.3.1 碳、氮穩(wěn)定同位素測定 為保證樣品在同位素比率質(zhì)譜(isotope ratio mass spectrometry，IRMS)中的檢測信號響應(yīng)值在2～10 nA 之內(nèi)，初探試驗確定了紅棗粉末稱樣量為1.0 mg，紅棗稱樣量為1.5 mg，用錫箔杯包成方塊狀，平行3 個重復(fù)樣，壓擠排出空氣，按順序放入120 位自動進樣器進入元素分析儀中，經(jīng)高溫充分燃燒并充分氧化還原，樣品中碳、氮元素分別轉(zhuǎn)化為純凈的CO2和N2氣體，經(jīng)Ar 氣稀釋后進入同位素質(zhì)譜儀檢測。具體參數(shù):元素分析儀的氧化爐和還原爐溫度分別為920 和600℃，N2吹掃流量為230 mL·min-1；同位素質(zhì)譜檢測時間為550 s，純N2和高純CO2作為儀器精準度參考氣。

1.3.3.2 氫、氧穩(wěn)定同位素測定 稱取1.0 mg 紅棗粉末，用銀杯包成方塊，平行2 份重復(fù)樣，壓擠排出空氣，然后置于自動進樣器上送入元素分析儀，經(jīng)高溫裂解，產(chǎn)生高純CO 和H2氣體，經(jīng)稀釋后進入同位素質(zhì)譜儀進行檢測。具體參數(shù):氦氣流量為125 mL·min-1，燃燒爐溫度為1 450℃；同位素質(zhì)譜檢測時間為950 s，以高純O2和H2作為參考氣。

1.3.3.3 穩(wěn)定同位素比率計算 由于元素重同位素自然豐度相對較低，儀器獲取的重輕同位素的比值(R)極小。國際上通常采用將己知同位素比值的標準品作為參照，計算未知樣本中穩(wěn)定同位素比率的相對值(δ):

式中，R樣品為所測樣品中重同位素與輕同位素豐度比，即13C/12C，15N/14N，18O/16O，2H/1H；R標準為國際標準樣品中重同位素與輕同位素豐度比，δ13C 的參考標準為V-PDB(維也納-PeeDee 箭石標準品)，δ15N 的參考標準為Air(空氣)，δ18O 和δ2H 的參考標準為VSMOW(維也納標準平均海洋水)。

1.3.4 礦物元素分析 參考GB/T 5009.268 -2016[39]進行樣品礦物元素含量分析。

將紅棗果肉冷凍干燥精細粉末(200.00 mg)樣品在含有5.0 mL 硝酸的60 mL 酸洗微波爐容器中消化，并在微波消解系統(tǒng)中加熱至60℃，控制恒溫模式消解40 min。冷卻后，向容器中加入1.0 mL H2O2，然后置于160℃的石墨加熱器上蒸發(fā)酸，直至消化液體積減少至約為1.0 mL。隨后用去離子水將冷卻的消化液稀釋至25.0 mL，設(shè)置3 次平行，用于電感耦合等離子體質(zhì)譜(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS) 分析?；旌蟽?nèi)標溶液(10 ng·mL-1): Y(GSB04-1788-2004)，Sc(GSB04-1757-2004)，Ge(GSB 04-1728-2004)，Rh(GSB 04-1746-2004)的混合物使用于國家有色金屬和電子材料分析測試中心(北京)購買的標準品制備。Re(GSB 04-1745-2004)用以監(jiān)測和檢查儀器漂移。含有所有21 種待分析元素的標準溶液購自Sigma-Aldrich，并用去離子水稀釋成5 個不同濃度的等分試樣用于多點校準。儀器精度和再現(xiàn)性(以RSD 表示)分別為±0.04%和±1.0%。所有21 種元素，加標試驗的回收率在84.3%～108%范圍內(nèi)，標準偏差為±13.0%～19.0%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

利用SPSS 19.0 軟件(美國IBM 公司)對測定數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(one-way ANOVA、LSD 多重比較，顯著水平設(shè)定為P＝0.05)。同時運用SIMCA-P 13.0 軟件(瑞典Umetrics 公司)操作偏最小二乘判別分析(partial least squares-discriminant analysis，PLSDA)進行多因素產(chǎn)地溯源建模，比較品質(zhì)營養(yǎng)與穩(wěn)定同位素和礦物多元素產(chǎn)地溯源的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆不同產(chǎn)地紅棗營養(yǎng)品質(zhì)特征差異

由表2 可知，不同產(chǎn)區(qū)灰棗的營養(yǎng)指標差異較大，其中東南部若羌地理標志保護產(chǎn)區(qū)紅棗的蛋白質(zhì)(6.1%)、自由氨基酸(4.8%)、多糖(22.4 g·100g-1)、總?cè)?18.6 mg·g-1)和總黃酮含量(507.7 mg·100 g-1)略高于西南部地區(qū)紅棗，總體顯著高于北部地區(qū)紅棗。不同地區(qū)駿棗的營養(yǎng)指標同樣具有較大差異，南部和田地理標志保護紅棗中多糖(25.3 g·100g-1)、 CAMP(646.8 μg·g-1)含量同樣明顯高于西北部和西南部地區(qū)紅棗，但蛋白質(zhì)(5.6%)、自由氨基酸(4.3%)和總黃酮含量(291.3 mg·100g-1)則低于其他兩個地區(qū)。此外，兩個品種紅棗間營養(yǎng)品質(zhì)特征也存在較大差異，不同產(chǎn)區(qū)的灰棗蛋白質(zhì)平均 含 量(4.2% ～6.1%) 和CAMP 含 量(97.7 ～289.4 μg·g-1)總體低于駿棗(蛋白質(zhì)含量5.6%～6.0%、CAMP 含量558.5 ～664. 8 μg·g-1)。表明紅棗的營養(yǎng)品質(zhì)差異不僅受產(chǎn)地的影響，而且與紅棗的品種也有較大關(guān)系。

基于灰棗和駿棗間營養(yǎng)品質(zhì)具有較大差異，ANOVA 分析分別對新疆不同產(chǎn)區(qū)的灰棗和駿棗中單個營養(yǎng)指標進行產(chǎn)地間差異性比較。由表2 可知，新疆北部地區(qū)灰棗和其他3 個產(chǎn)區(qū)灰棗中還原糖、蛋白質(zhì)、CAMP 含量具有明顯差異，其值總體顯著低于其他幾個產(chǎn)區(qū)，而東南部地理標志保護產(chǎn)區(qū)紅棗的各項營養(yǎng)指標在所有產(chǎn)區(qū)中處于較高水平。對于駿棗而言，新疆南部地理標志產(chǎn)區(qū)的營養(yǎng)指標除總?cè)坪涂傸S酮含量比其他兩個產(chǎn)區(qū)紅棗相對較低外，其營養(yǎng)品質(zhì)略高或差異不大。

2.2 新疆紅棗營養(yǎng)品質(zhì)特征產(chǎn)地溯源建模

利用測定的不同產(chǎn)區(qū)的紅棗樣本中13 項營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)，嘗試構(gòu)建PLS-DA 產(chǎn)地溯源判別模型。新疆4個產(chǎn)區(qū)(北部、東南部、西南部和西北部)共計50 個灰棗樣本和3 個產(chǎn)區(qū)(南部、西北部、西南部)共計47 個駿棗樣本的29 個營養(yǎng)指標數(shù)據(jù)，分別構(gòu)成為50×29 和47×29 大小的數(shù)據(jù)矩陣。利用PLS-DA，實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)降維，提取特征變量，建立新疆不同產(chǎn)區(qū)灰棗和駿棗產(chǎn)地溯源模型。

如圖3-a 所示，新疆4 個產(chǎn)區(qū)50 個灰棗樣本在前2 個特征變量，即潛變量坐標空間的投影可以初步分成4 個重疊類別區(qū)域，除北部區(qū)域的灰棗樣本外，東南部、西北部和西南部地區(qū)的灰棗樣本類別區(qū)域嚴重重疊。由營養(yǎng)指標參數(shù)載荷圖(3-b)可知，可溶性固溶物、還原糖、果糖、葡萄糖行列對第一個潛變量具有較大貢獻權(quán)重，而總糖、多糖、自由氨基酸類對第二潛變量具有較大貢獻權(quán)重。由3-c 可知，第一潛變量和載荷變量可以將47 個駿棗樣本劃分為重疊的三個類別區(qū)域，南部地區(qū)樣本和其他2 個區(qū)域樣本具有一定的重疊，而西北部和西南部駿棗類別區(qū)域重疊更為嚴重，這是因為后2 個產(chǎn)區(qū)地域更為接近，氣候及人類活動更為相似。由圖3-d 可知，可溶性固溶物、水分、谷氨酸在載荷圖中離原點距離最大，對主成分貢獻載荷最大，是新疆駿棗產(chǎn)地溯源的最重要的判別指標。

通過留一法交叉驗證評估建立灰棗和駿棗的PLS-DA 產(chǎn)地溯源判別模型(表3)。基于營養(yǎng)品質(zhì)建模的產(chǎn)地溯源結(jié)果可知，對于灰棗而言，北部和東南部地區(qū)的產(chǎn)地判別準確度分別高達100%和90.91%，西北部地區(qū)達到88.89%，能夠有效地區(qū)分其真實的產(chǎn)地來源。但西南部地區(qū)的判別準確度僅為75.00%，尚不能滿足產(chǎn)地溯源的要求。因此，基于營養(yǎng)指標的灰棗產(chǎn)地溯源，無法將西南部產(chǎn)區(qū)灰棗與西北部和東南部地區(qū)產(chǎn)品進行準確區(qū)分。而對于駿棗，南部地區(qū)的判別準確度為100%，但西北部、西南部地區(qū)的判別準確度僅分別為69.20%和84.20%，且西北部地區(qū)駿棗產(chǎn)品誤判為西南地區(qū)駿棗產(chǎn)品的可能性非常大。值得注意的是，西南部和西北部產(chǎn)區(qū)的駿棗都無法冒充南部地理標志產(chǎn)區(qū)的駿棗產(chǎn)品，這能夠解決保護地理標志產(chǎn)區(qū)駿棗產(chǎn)品的難題。但當(dāng)前基于營養(yǎng)品質(zhì)溯源模型仍不足以承擔(dān)新疆各產(chǎn)區(qū)精準溯源的任務(wù)。

2.3 新疆不同產(chǎn)地紅棗穩(wěn)定同位素及礦物元素特征差異

由表4 可知，礦物元素Cr、Mo、Co、Ni、Cu、As、Cd、Sb 和Pb 含量在不同區(qū)域間非常接近，且兩個品種紅棗間的4 種同位素比率和其他礦物元素含量差異較大。對于穩(wěn)定同位素比率特征而言，δ13C、δ15N 和δ2H值不僅在兩種棗品種之間存在較大差異，且在不同地區(qū)間也存在顯著差異，而δ18O 值除北部地區(qū)外(其值為34.6‰)，其他六個地區(qū)兩種棗的δ18O 值均接近31.5‰。對于礦物元素含量，特別是Na、Mg、P、K、Ca、Ti、Sr，不同區(qū)域或品種間的含量差異較大。表4 中不同小寫字母表示每兩組之間顯著差異，其中，Na、K、Fe和Al 含量主要表現(xiàn)出明顯的地域差異，東南、西南和南部地區(qū)棗中礦物元素含量總體高于西北部和北部地區(qū)，這可能是由于前三個地區(qū)的年降水量較少，干旱程度較高，導(dǎo)致果肉中水分含量低從而礦物元素含量高。但K 和Sr 含量受紅棗品種影響，駿棗和灰棗中的含量差異同樣較大。此外，Ca 含量受產(chǎn)地和品種的共同影響。圖4 通過箱線圖的形式呈現(xiàn)了灰棗和駿棗穩(wěn)定同位素和礦物元素中一些重要變量之間的差異。

2.4 新疆紅棗穩(wěn)定同位素及礦物元素特征產(chǎn)地溯源建模

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圖2 新疆不同產(chǎn)區(qū)灰棗(a～f)和駿棗(g～m)營養(yǎng)品質(zhì)單因素方差分析圖Fig.2 One-way ANOVA comparison results of nutrient quality of Hui jujube (a-f) and Jun jujube (g-m) in different regions of Xinjiang province

圖3 基于營養(yǎng)指標的新疆不同產(chǎn)區(qū)灰棗(a-b)和駿棗(c-d)組分含量的PLS-DA 分析Fig.3 PLS-DA modeling of nutrient compositions of Hui jujube(a-b) and Jun jujube(c-d)samples from different producing areas of Xinjiang

表3 PLS-DA 模型的一次交叉驗證判斷灰棗和駿棗產(chǎn)地溯源的準確性Table 3 Cross-validation accuracy of origin traceability of two varieties of Hui and Jun jujube samples using PLS-DA model

表3(續(xù))

表4 新疆不同地區(qū)采集的灰棗、駿棗樣本的穩(wěn)定同位素和多元素分析結(jié)果Table 4 Stable isotopes and multi-element analysis results of Hui and Jun jujube collected from different regions of Xinjiang

圖4 2016年新疆不同產(chǎn)區(qū)灰棗和駿棗穩(wěn)定同位素比率和元素含量ANOVA 分析箱線圖Fig.4 ANOVA boxplots of stable isotope ratios and elemental contents of Hui jujube and Jun jujube samples collected from different areas in Xinjiang.

為了避免品種差異的影響，分別對灰棗和駿棗的原產(chǎn)地溯源進行了區(qū)分。分析灰棗和駿棗樣品的4 種穩(wěn)定同位素比率和21 種礦物元素含量，可分別構(gòu)成2個原始數(shù)據(jù)矩陣，大小分別為51×25 和48×25。移除1 個具有異常值的駿棗樣品，使用2 個尺寸為51×25和47×25 的X 矩陣來構(gòu)建PLS-DA 判別模型(圖5)。對于2016年從新疆4 個地區(qū)(北部、東南部、西北部和西南部)收獲的灰棗樣品，除西北部和西南部略有重疊外，樣本在前2 個LV(即LV1 和LV2)坐標系投影的得分圖分為4 個類別區(qū)域(圖5-a)，其中LV1 和LV2 分別解釋了原始數(shù)據(jù)X 矩陣的22.9%(R2X[1])和15.3%(R2X[2])的變異方差。4 個地區(qū)灰棗樣本的交叉驗證判別準確率分別為100%、100%、94.74%和87.50%，總體判別準確度高達94.12%(表3)。由變量載荷圖可知(圖5-b)，δ15N、Ni、Fe、Ti 等變量在載荷圖中離原點的距離大，對灰棗溯源判別模型的貢獻最大。對于2016年從新疆3 個地區(qū)(南部、西北部和西南部)采集的駿棗樣本，在前2 個LV(即LV1 和LV2)投影的得分圖將它們分成3 個群集，僅西北部和西南部地區(qū)略有重疊(圖5-c)，其中LV1 和LV2 分別解釋了X 矩陣26.2%(R2X[1])和8.25%(R2X[2])的方差，即原始數(shù)據(jù)鑒別的特征擬合到前兩個潛在變量中。3 個地區(qū)駿棗樣本的交叉驗證判別準確率分別為100%，92.31%和94.74%，總體判別準確度95.74%(表3)。由變量載荷圖可知(圖5-d)，δ15N、δ13C、Se、Pb 等變量對駿棗溯源判別模型的貢獻最大。結(jié)果表明，穩(wěn)定同位素比和礦物元素特征分析是2016年新疆紅棗溯源的可靠方法。

圖5 基于穩(wěn)定同位素和礦質(zhì)元素指標的新疆不同產(chǎn)區(qū)灰棗(a～b)和駿棗(c～d)組分含量的PLS-DA 分析Fig.5 PLS-DA modeling of stable isotope ratios and elemental contents of Hui jujube(a-b) and Jun jujube(c-d) samples from different producing areas of Xinjiang

此外，通過比較基于紅棗品質(zhì)因子和穩(wěn)定同位素及礦物元素產(chǎn)地溯源模型判別準確度可知，穩(wěn)定同位素和礦物元素的產(chǎn)地溯源判別準確度明顯高于營養(yǎng)品質(zhì)的溯源技術(shù)(表3)，這主要歸因于穩(wěn)定同位素和礦物元素與產(chǎn)地環(huán)境相關(guān)性更緊密，能夠更好地表達環(huán)境因素差異對紅棗特征的影響。因此，可以通過深入探索紅棗營養(yǎng)品質(zhì)和穩(wěn)定同位素及礦物元素特征的相關(guān)性，進一步闡述地理環(huán)境因素對品質(zhì)營養(yǎng)的影響機制，為紅棗的產(chǎn)地溯源和品牌保證提供基礎(chǔ)。

3 討論

新疆不同產(chǎn)區(qū)的2 個紅棗品種(灰棗和駿棗)的營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)與穩(wěn)定同位素比率和礦物元素含量參數(shù)單因素方差分析(ANOVA)顯示存在一定的差異，但單個指標不足以將所有的紅棗樣品明顯區(qū)分。通過PLS-DA 分別對營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)、穩(wěn)定同位素比率與礦物元素含量等多因素參數(shù)同時建模，能夠較為滿意地實現(xiàn)對新疆各產(chǎn)區(qū)紅棗尤其是地理標志保護產(chǎn)品(東南部若羌灰棗和南部和田駿棗)的產(chǎn)地區(qū)分。由此可知，紅棗的營養(yǎng)品質(zhì)、穩(wěn)定同位素比率與礦物元素含量能夠呈現(xiàn)其特有產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境特征，都可以作為紅棗產(chǎn)地溯源的重要變量參數(shù)。然而，相對營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)而言，穩(wěn)定同位素及礦物元素分析技術(shù)可以成為紅棗產(chǎn)地溯源的一種更可靠的替代方法，其產(chǎn)地溯源準確度明顯高于營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)的結(jié)果。這是因為，紅棗中營養(yǎng)指標不僅與產(chǎn)地環(huán)境息息相關(guān)，同時也受紅棗品種、人類活動的影響，因而給產(chǎn)地鑒別準確度帶來較大的不確定性。而紅棗中穩(wěn)定同位素組成能為其產(chǎn)地溯源提供一種科學(xué)、獨立、不可改變的，并隨整個食品鏈流動的身份鑒定信息，其組成僅于大尺度的環(huán)境條件，如光照、溫度、水源和土壤背景等，不易受人類活動的影響，因而能夠保證更高的穩(wěn)定性和準確度。而紅棗中礦物元素的積累與當(dāng)?shù)赝寥辣倔w特征(如礦物元素含量、pH 值、有機質(zhì)等)息息相關(guān)，同時也受產(chǎn)地微氣候(如光照、降雨量、溫度等)的影響。穩(wěn)定同位素和礦物元素特征受本身差異性(品種、成熟度、品質(zhì)等)的影響相對較小，與產(chǎn)地間氣候因素和土壤環(huán)境的關(guān)聯(lián)度更高，因此，其地理差異尺度能夠克服同種屬作物間的品種差異，從而能夠提供更準確的產(chǎn)地溯源判別。本研究對紅棗的營養(yǎng)品質(zhì)、穩(wěn)定同位素結(jié)合礦物元素特征兩類參數(shù)分別進行產(chǎn)地溯源建模，對比了他們對新疆不同產(chǎn)地紅棗溯源的性能差異。

通過分析比較了新疆不同產(chǎn)地兩個紅棗品種(灰棗和駿棗)的各項營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)、4 種同位素比率及礦物元素含量特征，研究不同產(chǎn)地間的差異，闡述紅棗營養(yǎng)品質(zhì)與其產(chǎn)地環(huán)境的內(nèi)在關(guān)系及影響變化規(guī)律。同時，分別利用上述兩類指標，結(jié)合PLS-DA 法構(gòu)建新疆不同產(chǎn)區(qū)的灰棗和駿棗的產(chǎn)地溯源判別模型。結(jié)果表明，營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)能夠初步區(qū)分東南地區(qū)若羌灰棗和南部地區(qū)和田玉棗地理標志產(chǎn)品與其他地區(qū)產(chǎn)品，但各地區(qū)仍具有較高的誤判可能性，但穩(wěn)定同位素及礦物元素的產(chǎn)地溯源模型，能夠明顯提升產(chǎn)地判別準確度，有望能夠作為優(yōu)質(zhì)的地理標志保護產(chǎn)區(qū)紅棗產(chǎn)地的一種可靠確證方法，為鑒別地理標志保護產(chǎn)區(qū)紅棗產(chǎn)品的真實性提供理論依據(jù)和技術(shù)手段。本研究雖然實現(xiàn)了新疆不同產(chǎn)地紅棗產(chǎn)品，尤其是地理標志紅棗產(chǎn)品的產(chǎn)地區(qū)分建模，挖掘了各產(chǎn)地特征指標，但對各產(chǎn)地特征于特定生態(tài)環(huán)境(光照、溫度、降雨量、土壤背景等)的調(diào)節(jié)機制缺乏相應(yīng)的闡述，后續(xù)工作需進一步說明紅棗中穩(wěn)定同位素比率和礦物元素含量特征形成的內(nèi)在機制，更清楚的理解其作為產(chǎn)地溯源指標的內(nèi)在意義。

4 結(jié)論

本研究表明，紅棗營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)的溯源模型對新疆不同產(chǎn)區(qū)灰棗和駿棗產(chǎn)品的總體溯源判別準確度分別為86.00%和85.11%。而穩(wěn)定同位素及礦物元素特征參數(shù)溯源模型能夠明顯提升判別準確度，兩種紅棗產(chǎn)地溯源總體判別準確度分別高達94.12%和95.74%，尤其對東南部地區(qū)若羌灰棗和南部地區(qū)和田駿棗地理標志產(chǎn)品的判別準確度接近100%，說明其完全能夠替代營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)作為新疆不同產(chǎn)區(qū)紅棗產(chǎn)品產(chǎn)地溯源的可靠指標。因此，本研究通過對比紅棗中營養(yǎng)品質(zhì)與穩(wěn)定同位素及礦物元素兩類參數(shù)的產(chǎn)地溯源性能，證明后者能夠提供更為精準的產(chǎn)地溯源判別結(jié)果。