摘""要：咖啡是世界三大飲料植物之一，是服務(wù)熱區(qū)鄉(xiāng)村振興建設(shè)和國家“一帶一路”倡議的重要經(jīng)濟(jì)作物。海南咖啡品質(zhì)佳、價(jià)格高、收益好，然而目前市場上存在以次充好、冒名頂替的現(xiàn)象，導(dǎo)致海南咖啡品牌形象嚴(yán)重受損。因此，開發(fā)海南咖啡產(chǎn)地溯源鑒定技術(shù)對推進(jìn)海南咖啡的身份標(biāo)識化具有重要意義。本研究借助電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)（inductively"coupled"plasma-mass"spectrometry，"ICP-MS）對國內(nèi)外中?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)68份咖啡商品豆的13種礦質(zhì)元素（K、Mg、Ca、Cu、Fe、Ba、Co、Mo、Ni、Zn、Se、Cd、As）含量進(jìn)行測定，利用主成分分析（principal"component"Analysis，"PCA）、正交偏最小二乘法判別分析（orthogonal"partial"least"squares-discriminant"analysis，"OPLS-DA）和聚類分析對我國海南和國外中?？Х壬唐范沟漠a(chǎn)地進(jìn)行分類，并利用線性判別分析（linear"discriminant"analysis，"LDA）建立中粒咖啡的產(chǎn)地判別模型。結(jié)果表明：不同礦質(zhì)元素間存在顯著相關(guān)關(guān)系，海南產(chǎn)區(qū)和國外產(chǎn)區(qū)咖啡商品豆的As、Ca、Fe、K和Zn含量間存在顯著差異；OPLS-DA分析依據(jù)5種元素的組成特征將咖啡樣品分成海南和國外2組；利用元素As、K、Ca含量建立的線性判別模型可以將海南和國外的中?？Х壬唐范惯M(jìn)行區(qū)分，交叉驗(yàn)證和回代驗(yàn)證的正確判別率分別是92.3%和96.2%；聚類分析的產(chǎn)地判別準(zhǔn)確率為89.7%。上述研究結(jié)果證明礦質(zhì)元素指紋特征可用于海南咖啡的產(chǎn)地溯源，為今后海南咖啡的品牌保護(hù)提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：咖啡；礦質(zhì)元素；產(chǎn)地溯源中圖分類號：S667.9""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Traceability"of"Hainan"Coffee"Origin"Based"on"Fingerprint"Characteristics"of"Mineral"Elements

WANG"Xi’ao1，2，3，"PENG"Xianrui1，4，"HU"Lisong1，5，6，"HUANG"Lifang1，2，3，5，7，"AN"Na1，"WANG"Xiaoyang1，2，3，5，7，"YAN"Lin1，2，3，5，7*

1."Spice"and"Beverage"Research"Institute，"Chinese"Academynbsp;of"Tropical"Agricultural"Sciences，"Wanning，"Hainan"571533，"China;"2."Coffee"Hainan"Engineering"Research"Center，"Wanning，"Hainan"571533，"China;"3."International"Joint"Research"Center"for"Tropical"Spice"Beverages，"Wanning，"Hainan"571533，"China;"4."Institute"of"Crop"Science，"Chinese"Academy"of"Agricultural"Sciences，"Beijing"100081，"China;"5."Key"Laboratory"of"Genetic"Resources"Utilization"of"Spice"and"Beverage"Crops，"Ministry"of"Agriculture"and"Rural"Affairs，"Wanning，"Hainan"571533，"China;"6."National"Key"Laboratory"of"Tropical"Crop"Biological"Breeding，"Sanya，"Hainan"572024，"China;"7."Hainan"Provincial"Key"Laboratory"of"Genetic"Improvement"and"Quality"Regulation"for"Tropical"Spice"and"Beverage"Crops，"Wanning，"Hainan"571533，"China

Abstract："Coffee"is"one"of"three"major"beverage"plants"in"the"world，"which"is"an"important"economic"crop"serving"the"revitalization"and"construction"of"rural"areas"in"hot"areas"and"national"“the"Belt"and"Road”"initiative."Hainan"coffee"has"good"quality，"high"prices"and"good"earnings."Currently，"there"is"a"phenomenon"of"using"inferior"products"and"impersonating"others"in"the"market，"which"is"seriously"damaged"the"brand"image"of"Hainan"coffee."Therefore，"the"development"of"Hainan"coffee"origin"traceability"identification"technology"is"of"great"significance"for"promoting"identification"of"Hainan"coffee."In"this"study，"we"used"inductively"coupled"plasma-mass"spectrometry"technology"to"determine"the"content"of"13"mineral"elements"（K，"Mg，"Ca，"Cu，"Fe，"Ba，"Co，"Mo，"Ni，"Zn，"Se，"Cd，"As）"in"68"coffee"bean"samples"from"main"production"areas"of"robusta"coffee"bothnbsp;domestically"and"internationally."Principal"component"analysis，"orthogonal"partial"least"squares-discriminant"analysis"and"cluster"analysis"were"used"to"classify"the"production"areas"of"medium"grain"coffee"beans"in"Hainan"and"abroad."A"model"for"identifying"the"origin"of"medium"grained"coffee"was"established"using"linear"discriminant"analysis."The"results"showed"that"there"was"a"significant"correlation"between"different"mineral"element."And"content"of"elements"As，"Ca，"Fe，"K，"and"Zn"between"Hainan"and"foreign"production"areas"were"significantly"different;"OPLS-DA"analysis"divided"coffee"samples"into"two"groups，"Hainan"and"foreign"areas，"based"on"composition"characteristics"of"five"elements."Fisher"discriminant"model"established"by"using"content"of"elements"As，"K，"and"Ca"could"distinguish"robusta"coffee"beans"from"Hainan"and"abroad."The"correct"discriminant"rates"of"cross"test"and"back"generation"test"were"92.3%"and"96.2%，"respectively."The"accuracy"of"cluster"analysis"in"identifying"product"origin"was"89.7%."The"above"research"results"demonstrated"that"fingerprint"characteristics"of"mineral"elements"could"be"used"for"origin"tracing"of"Hainan"coffee，"which"provided"key"technical"support"for"brand"protection"of"Hainan"coffee"in"the"future.

Keywords："coffee;"mineral"elements;"origin"tracebility

DOI："10.3969/j.issn.1000-2561.2025.02.015

咖啡被譽(yù)為“世界三大飲料植物之首”，是世界重要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物?？Х鹊母郊又递^高、市場潛力巨大。2023年全球咖啡產(chǎn)量為1028.55萬t，其中小粒種為583.89萬t，占56.77%；中粒種為444.66萬t，占43.22%[1]。中國咖啡主產(chǎn)區(qū)為云南、海南和四川等地，2023年我國咖啡種植面積為7.80萬hm2，產(chǎn)量為14.79萬t，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為55.07億元，我國已成為全球重要的咖啡生產(chǎn)、貿(mào)易和消費(fèi)大國之一。海南是我國咖啡規(guī)模化種植的起源地，也是我國中?？Х鹊膬?yōu)勢產(chǎn)區(qū)。海南具有發(fā)展精品咖啡的獨(dú)特地理氣候條件，經(jīng)過多年的發(fā)展已形成“興隆咖啡”“福山咖啡”等獨(dú)具地方特色的國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品。海南的中?？Х绕焚|(zhì)佳、價(jià)格高、收益好，在市場上受到消費(fèi)者的廣泛青睞，然而目前市場上充斥著大量非海南產(chǎn)地的咖啡制品，生產(chǎn)成本和商業(yè)價(jià)格相對較低，給海南的本土咖啡產(chǎn)品帶來較大的市場沖擊，不僅大大降低了農(nóng)民的收入，還導(dǎo)致海南咖啡品牌形象嚴(yán)重受損。因此急需建立海南咖啡產(chǎn)地溯源鑒定方法，推進(jìn)海南咖啡身份的標(biāo)識化，在保障消費(fèi)者權(quán)益的同時(shí)，切實(shí)保護(hù)海南咖啡品牌。

目前，關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源鑒定方法較為豐富，包括代謝物檢測[2]、礦質(zhì)元素指紋特征[3-4]、穩(wěn)定同位素示蹤[4]、近紅外光譜[5]、分子標(biāo)記[6-7]等多種研究技術(shù)。農(nóng)產(chǎn)品中的礦質(zhì)元素含量與其生長環(huán)境緊密相關(guān)，不同產(chǎn)區(qū)農(nóng)產(chǎn)品具有特異的元素指紋特征[4]，加之礦質(zhì)元素在農(nóng)產(chǎn)品中的含量相對穩(wěn)定，檢測方法簡單高效，因此，目前該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于中草藥[3-4]、糧食[8]、煙草[9]、葡萄酒[10]等農(nóng)副產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源和道地性鑒定中[11]。CHEN等[12]基于不同年份和產(chǎn)區(qū)的水稻樣品，采用ICP-MS結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立了水稻的物源模型；WU等[13]針對來自陜西省3個不同地區(qū)的27份中華蜜蜂蜂蜜樣品中的18種元素進(jìn)行了多元分析，發(fā)現(xiàn)元素含量的顯著差異可用于區(qū)分中華蜜蜂蜂蜜的地理來源；DEBBARMA等[14]研究發(fā)現(xiàn)，菠蘿蜜種質(zhì)和位置因素對果實(shí)的多元素積累特征有主要影響，并借助線性判別分析對印度菠蘿蜜的地理來源進(jìn)行了有效區(qū)分。上述研究結(jié)果表明，礦質(zhì)元素指紋特征可為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源的建立和標(biāo)準(zhǔn)化提供理論依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù)支撐。

礦質(zhì)元素指紋特征分析在咖啡的產(chǎn)地溯源分析中也得到了應(yīng)用。MOHAMMED等[15]在研究中發(fā)現(xiàn)Ca元素在也門咖啡中含量極高，可用于區(qū)分也門與埃塞俄比亞咖啡；埃塞俄比亞不同地區(qū)咖啡樣本的礦質(zhì)元素含量特征也存在顯著差異。WORKU等[16]結(jié)合XRF和ICP-MS的多元素和穩(wěn)定同位素圖譜區(qū)分埃塞俄比亞咖啡的產(chǎn)地來源；VALENTIN等[17]利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定了來自5大洲15個國家的咖啡豆中59種元素，并利用主成分分析和線性判別分析進(jìn)行數(shù)據(jù)處理構(gòu)建產(chǎn)地判別模型；此外，來自世界主要種植地區(qū)的純產(chǎn)地烘焙、研磨的濃縮咖啡飲料其礦質(zhì)元素含量也存在顯著差異，南美洲的咖啡樣品富含各種礦質(zhì)元素，而中美洲的樣品通常礦質(zhì)元素含量較低[18]。目前應(yīng)用礦質(zhì)元素指紋特征開展咖啡產(chǎn)地溯源辨別的相關(guān)報(bào)道僅局限于小粒種咖啡，且研究涉及的主產(chǎn)區(qū)大多局限于非洲、美洲等咖啡生產(chǎn)及消費(fèi)大國，而關(guān)于我國海南中?？Х鹊牡V質(zhì)元素指紋特征及產(chǎn)地溯源研究尚未見相關(guān)報(bào)道。

本研究收集了來自我國海南和國外中?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)的68份咖啡樣品，基于ICP-MS技術(shù)明確了咖啡商品豆中的13種礦質(zhì)元素指紋特征，分析了不同礦質(zhì)元素間的相關(guān)關(guān)系，挖掘了我國海南和國外中粒咖啡商品豆中的差異礦質(zhì)元素，并在此基礎(chǔ)之上借助主成分分析、OPLS-DA分析和聚類分析對不同產(chǎn)地的咖啡商品豆進(jìn)行分類，利用LDA分析建立了中粒咖啡的產(chǎn)地判別模型，為海南優(yōu)質(zhì)咖啡商品豆的質(zhì)量安全控制和產(chǎn)地溯源奠定重要基礎(chǔ)。

1""材料與方法

1.1""材料

供試材料為68份咖啡生豆樣品，分別來源于中國海南省咖啡主產(chǎn)區(qū)（瓊中、澄邁、白沙、萬寧）和國外主產(chǎn)區(qū)（印度、印度尼西亞、越南、烏干達(dá)），在咖啡收獲期采摘后經(jīng)去皮、脫膠、水洗、烘干后備用。

1.2""方法

1.2.1""樣品處理""將每份咖啡豆樣品磨碎混勻，稱取200"mg于試管中，加入3"mL濃硝酸（西隴科學(xué)，汕頭，分析純）室溫放置數(shù)小時(shí)至樣品全部溶解，然后置于120"℃的LWY84B型遠(yuǎn)紅外消煮爐（格萊莫，武漢）中加熱消煮。待試管中的樣品澄清透明后，將消煮爐溫度升高至150"℃，排除試管內(nèi)硝酸，直至試管中樣品剩余1"mL時(shí)取出。

1.2.2""含量測定""將試管中的樣品用超純水稀釋到15"mL，期間沖洗試管壁不少于2次。將15"mL離心管置于離心機(jī)中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為3600"r/min，時(shí)間為15"min。提取上清用于13種礦質(zhì)元素（As、Ba、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Mo、Ni、Zn、Cd、Co、Se）的指紋特征分析，檢測儀器為350Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜（PerkinElmer），運(yùn)行參數(shù)設(shè)置射頻功率為1600"W，霧化器流速為0.98"L/min，輔助氣流速為1.2"L/min，等離子體氣流速為15"L/min。

1.3""數(shù)據(jù)處理

利用IBM"SPSS"Statistics"26.0"軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析、主成分分析、線性判別分析和聚類分析。正態(tài)性檢驗(yàn)采用Shapiro-Wilk"test；相關(guān)性分析采用斯皮爾曼相關(guān)性分析，并進(jìn)行雙尾顯著性檢測；聚類分析采用歐式距離法。利用MetaboAnalyst"6.0網(wǎng)站（https：//www.met aboanalyst.ca/）進(jìn)行PCA散點(diǎn)圖、OPLS-DA得分散點(diǎn)圖及VIP圖繪制。

2""結(jié)果與分析

2.1""咖啡生豆中礦質(zhì)元素含量特征

不同產(chǎn)地咖啡豆中的K、Mg、Cu、Fe、Ni、Zn元素含量呈正態(tài)分布，其余元素含量不符合正態(tài)分布。K是咖啡生豆中含量最高的常量元素，平均含量可達(dá)14429.647"mg/kg；微量元素含量表現(xiàn)為Fegt;Cugt;Zngt;Bagt;Nigt;Cogt;Mogt;Se，重金屬元素含量表現(xiàn)為Asgt;Cd。Ba的變異系數(shù)超過100%（表1），說明不同產(chǎn)地咖啡豆中Ba元素含量存在較大差異。

為明確不同礦質(zhì)元素間的關(guān)系，采用斯皮爾曼相關(guān)性分析對咖啡生豆中的13種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行探究。由表2可知，在13種礦質(zhì)元素中，諸多礦質(zhì)元素間存在極顯著的相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01），如As與Cd、Ca與Mg、Fe與K、K與Mg呈極顯著正相關(guān)，而Mo與Ni呈極顯著負(fù)相關(guān)；部分礦質(zhì)元素間存在顯著的相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），K與Se、Fe與Mg呈顯著正相關(guān)，Ca與Co、Co與Se呈顯著負(fù)相關(guān)。上述研究結(jié)果表明，咖啡生豆中的礦質(zhì)元素之間具有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，為完成咖啡生豆的產(chǎn)地溯源鑒別奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2""不同產(chǎn)地咖啡豆中礦質(zhì)元素含量差異顯著性比較

對我國海南和國外產(chǎn)區(qū)中粒咖啡生豆的礦質(zhì)元素含量進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果表明，咖啡生豆中的As、Ca、Fe、K和Zn元素含量在我國海南產(chǎn)區(qū)和國外產(chǎn)區(qū)間存在顯著性差異，而Ba、Cu、Mg、Mo、Ni、Cd、Co和Se元素含量在不同產(chǎn)地間無顯著差異（Plt;0.05）。我國海南產(chǎn)區(qū)咖啡生豆中的As、Ca、Zn元素含量顯著高于國外產(chǎn)區(qū)，其中我國海南產(chǎn)區(qū)咖啡生豆中的As元素含量是國外產(chǎn)區(qū)的3.6倍，而國外產(chǎn)區(qū)咖啡生豆的

Fe和K元素含量則顯著高于我國海南產(chǎn)區(qū)（表3）。上述結(jié)果說明不同產(chǎn)地咖啡生豆中的礦質(zhì)元素含量存在顯著差異，As、Ca、Fe、K和Zn"5種礦質(zhì)元素含量可能是咖啡豆產(chǎn)地溯源的重要依據(jù)。

2.3""礦質(zhì)元素指紋對咖啡豆產(chǎn)地的鑒別分析

2.3.1""主成分分析""主成分分析（PCA）能夠?qū)⒍鄠€變量通過降維的方式擬合為少數(shù)主成分，從而最大程度保留原始變量的信息。為進(jìn)一步探究不同產(chǎn)地咖啡生豆礦質(zhì)元素含量的特征關(guān)系，對13種礦質(zhì)元素進(jìn)行主成分分析，并采用巴特利特球形度檢驗(yàn)（Bartlett’s"sphericity"test）來判斷原始變量之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，巴特利特球形度檢驗(yàn)的顯著性為Plt;0.05，球形假設(shè)被拒絕，說明各變量之間存在相關(guān)性，可以進(jìn)行主成分分析（表4）。

以特征值大于1為原則，提取了5個主成分，每個主成分都是13個原始變量的線性組合，其中PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別是27.031%和19.378%，元素Fe、K和Mg的含量在PC1上有較大載荷，As、Ca和Cd在PC2上載荷較高，在PC3上元素Mo和Se有較大載荷，Cu、Zn和Co在PC4上載荷較高，Ba和Ni在PC5上有較大載荷（表5）。5個主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)76.568%，說明這5個主成分可將咖啡生豆中的礦質(zhì)元素含量信息表達(dá)出來，可用于咖啡生豆的產(chǎn)地溯源。

為直觀表現(xiàn)不同產(chǎn)地咖啡礦質(zhì)元素的分布規(guī)律，提取方差貢獻(xiàn)率最高的2個主成分PC1和PC2來繪制二維散點(diǎn)圖（圖1），結(jié)果表明，國外與我國海南的樣品其礦質(zhì)元素含量存在明顯的分離趨勢，但國外樣品的置信橢圓部分并未與我國海南的樣品完全分離，說明這2個主成分雖然能夠達(dá)到對不同產(chǎn)地咖啡生豆礦質(zhì)元素含量指標(biāo)降維的目的，但不能得到較好的分類效果，因此應(yīng)采取其他多元統(tǒng)計(jì)分析方法來獲得更好的咖啡原產(chǎn)地溯源結(jié)果。

2.3.2""正交偏最小二乘法判別分析""正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA）是一種有監(jiān)督的判別分析統(tǒng)計(jì)方法，橫坐標(biāo)代表組間差異，縱坐標(biāo)達(dá)標(biāo)組內(nèi)差異。以咖啡產(chǎn)區(qū)分類作為自變量，利用5種具有顯著性差異的礦質(zhì)元素含量（As、Ca、Fe、K和Zn）作為因變量進(jìn)行OPLS-DA降維分析。結(jié)果表明，利用OPLS-DA分析可以很好地將我國海南和國外產(chǎn)區(qū)的咖啡區(qū)分開來（圖2A）。在圖2B中，As、Zn和K元素的VIP值大于1，說明這3種元素是對咖啡產(chǎn)地貢獻(xiàn)較大的變量，因此可以作為中?？Х犬a(chǎn)地溯源的標(biāo)志性礦質(zhì)元素，為我國海南咖啡的產(chǎn)地溯源鑒別提供重要依據(jù)。

2.3.3""線性判別分析""線性判別分析（LDA）又稱為Fisher線性判別，是一種監(jiān)督學(xué)習(xí)的降維技術(shù)，數(shù)據(jù)集中的每個樣本均有類別輸出，目前被廣泛用于農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源研究中?；谏鲜龇治鼋Y(jié)果，利用5種礦質(zhì)元素（As、Ca、Fe、K和Zn）可以很好地將我國海南和國外產(chǎn)區(qū)的中?？Х榷箙^(qū)分開，本研究進(jìn)一步利用這5種礦質(zhì)元素對我國海南和國外產(chǎn)區(qū)的中?？Х榷惯M(jìn)行LDA分析，獲得我國海南和國外中?？Х榷巩a(chǎn)地溯源鑒定模型，得到2個判別函數(shù)分別為Y中國海南=-198.690As–0.136Ca+0.020K–130.048；Y國外=-422.212As–0.205Ca+0.025K–175.801；所述的判別函數(shù)Y中國海南和Y國外以As、Ca、K元素含量為變量，單位為mg/kg；比較Y中國海南和Y國外的數(shù)值大小，Y中國海南gt;Y國外，則該咖啡樣品的產(chǎn)地為中國海南，反之則來源于國外。另外，本研究對利用3種礦質(zhì)元素含量建立的模型進(jìn)一步開展回代檢驗(yàn)和交叉驗(yàn)證。在回代檢驗(yàn)中，對95.2%的中國海南產(chǎn)地樣本和100%的國外產(chǎn)地樣本進(jìn)行了正確分類，即不同產(chǎn)地的回代驗(yàn)證正確率達(dá)96.2%；在交叉驗(yàn)證中，對90.5%的中國海南產(chǎn)地樣本和100%的國外產(chǎn)地樣本進(jìn)行了正確分類，即不同產(chǎn)地的交叉驗(yàn)證正確率達(dá)92.3%，判別結(jié)果良好。

2.3.4""聚類分析""為進(jìn)一步直觀讀出各樣品的所屬分類，本研究基于13種礦質(zhì)元素的定量數(shù)據(jù)對來自中國海南和國外的68份咖啡樣品進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，采用歐式距離法繪制分類樹狀圖。由圖3可知，當(dāng)歐式距離為5時(shí)，68份咖啡樣品被劃分為2類，其中有7份來自中國海南產(chǎn)區(qū)咖啡樣品（HN16、HN18、HN19、HN20、HN21、HN17、HN1）被錯誤地劃分到國外產(chǎn)區(qū)組，分類正確率為89.7%，說明礦質(zhì)元素聚類分析結(jié)果與咖啡產(chǎn)地具有一定的相關(guān)性，聚類分析也可作為中國海南咖啡產(chǎn)地溯源鑒別的依據(jù)。

3""討論

據(jù)報(bào)道，咖啡的產(chǎn)地溯源技術(shù)涉及代謝組學(xué)、礦質(zhì)元素、穩(wěn)定同位素、近紅外光譜及分子標(biāo)記等多種研究方法[19]?？Х榷怪械奶卣餍源x物包括咖啡因、綠原酸、葫蘆巴堿、脂肪、蛋白質(zhì)及多種揮發(fā)性成分，這些代謝物受地域環(huán)境影響，被認(rèn)為是產(chǎn)品溯源的重要指標(biāo)[2]，應(yīng)用咖啡的特征代謝物進(jìn)行產(chǎn)地溯源鑒別已經(jīng)取得了初步進(jìn)展[20-22]。代謝物的提取雖然相對簡單，但是代謝物含量的測定受環(huán)境和實(shí)驗(yàn)操作影響較大，數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差。相比之下，分子標(biāo)記鑒定技術(shù)則是從基因組水平進(jìn)行產(chǎn)地識別的分子鑒定技術(shù)，這種方法操作簡單、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，適用于多種農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源和道地性鑒定[6，"23-24]，在咖啡上也有相關(guān)報(bào)道[25]，但是由于這種鑒定方法需要提取DNA，對農(nóng)產(chǎn)品的生理狀態(tài)具有一定要求，因此只限于生咖啡的產(chǎn)地溯源。穩(wěn)定同位素作為原產(chǎn)地特征表征物質(zhì)效果較好，但同位素C、N、O、P、S作為產(chǎn)地溯源的有效指標(biāo)建立的數(shù)學(xué)模型可靠性有待提高，結(jié)合同位素Se之后，雖然產(chǎn)地判別準(zhǔn)確率大幅度提升，但在實(shí)際操作過程中由于操作要求高、實(shí)驗(yàn)儀器昂貴，因此很難推廣[19]。另外，近紅外光譜技術(shù)在咖啡產(chǎn)地溯源中得到了應(yīng)用[26]，但由于測定結(jié)果受粒徑大小、分布、性狀等物理狀態(tài)和樣本采集時(shí)間、加工過程等因素影響較大，因此采用該技術(shù)需要完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來排除各種影響因素的干擾。而對于礦質(zhì)元素產(chǎn)地溯源鑒定技術(shù)來說，無論是收獲年份、成熟度、生咖啡還是烘焙咖啡對元素組成幾乎無影響[18]，且成本較低，操作簡單，因此本研究選用該方法對中國海南和國外產(chǎn)區(qū)的咖啡豆進(jìn)行了產(chǎn)地溯源判別分析。

對于不同產(chǎn)區(qū)和品種的咖啡來說，用于其產(chǎn)地溯源判別的特征元素存在明顯區(qū)別。HABTE等[27]認(rèn)為微量元素和痕量元素是判別咖啡樣品來源的最佳元素；MEHARI等[28]在研究中發(fā)現(xiàn)，P、Mn、S、Cu和Fe是埃塞俄比亞東部、西部和南部咖啡樣品的最具鑒別性元素；MOHAMMED等[15]則認(rèn)為Ca元素是區(qū)分也門和埃塞俄比亞咖啡的主要元素；在OLIVEIRA等[18]的研究中，Ca和Mn被認(rèn)為是鑒定世界主要咖啡種植區(qū)來源的最佳元素；在非洲、美洲和亞洲產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)地溯源研究中，利用Rb、Sr和Ba可以完成咖啡的產(chǎn)地溯源。在本研究中，我們收集了來自我國海南產(chǎn)區(qū)和國外產(chǎn)區(qū)的68份咖啡樣品，共完成了13種礦質(zhì)元素測定，篩選到5種存在顯著性差異的礦質(zhì)元素（As、Ca、Fe、K、Zn），最后利用As、Ca和K元素建立了中國海南和國外中?？Х鹊漠a(chǎn)地判別模型，為中國海南咖啡的品牌保護(hù)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

除測定指標(biāo)的選擇外，用于產(chǎn)地鑒別的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法也是決定咖啡產(chǎn)地溯源準(zhǔn)確性的重要環(huán)節(jié)。翟慧楠等[22]結(jié)合PCA和PLS-DA分析，將來自海南不同產(chǎn)地的咖啡品種進(jìn)行了區(qū)分；MOHAMMED等[15]利用PCA分析及聚類分析對也門咖啡和埃塞俄比亞咖啡進(jìn)行分類；WORKU等[16]利用LDA分析追蹤了來自埃塞俄比亞4個咖啡主產(chǎn)區(qū)的103份咖啡樣品的來源，準(zhǔn)確率可達(dá)89%；MEHARI等[28]利用脂肪酸組成數(shù)據(jù)結(jié)合LDA分析，構(gòu)建了埃塞俄比亞咖啡產(chǎn)地識別和預(yù)測能力分別為95%和92%的分類模型；另外，GIRAUDO等[26]基于OPLS-DA分析開發(fā)了來源于9個國家的咖啡產(chǎn)地溯源模型，該模型的預(yù)測能力可達(dá)98%以上，比本研究的判別率高，主要是因?yàn)闃颖玖枯^大且不同產(chǎn)地之間的距離較遠(yuǎn)，因此準(zhǔn)確性較高。在本研究中，我們分別采用了PCA分析、OPLS-DA分析和聚類分析對來自我國海南和國外的咖啡樣品進(jìn)行了分類，構(gòu)建了LDA線性判別模型，交叉驗(yàn)證和回代驗(yàn)證的準(zhǔn)確率分別可達(dá)92.3%和96.2%，聚類分析準(zhǔn)確性也可達(dá)89.7%，判別效果相對較好。為了進(jìn)一步提高中國海南咖啡產(chǎn)地溯源判別的準(zhǔn)確性，后續(xù)研究應(yīng)增加樣本數(shù)量，豐富測定指標(biāo)，選擇多維度的分析方法，綜合多種判別模型，建立專屬中國海南咖啡的產(chǎn)地溯源判別體系。

4""結(jié)論

本研究借助電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)對來自國內(nèi)外中?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)的68份咖啡商品豆的13種礦質(zhì)元素（K、Mg、Ca、Cu、Fe、Ba、Co、Mo、Ni、Zn、Se、Cd、As）含量進(jìn)行了定量測定，通過顯著性分析和相關(guān)性分析等方法解析了不同產(chǎn)區(qū)中?？Х壬唐范沟牡V質(zhì)元素指紋特征，利用PCA分析、OPLS-DA分析和聚類分析對中國海南和國外中?？Х壬唐范沟漠a(chǎn)地進(jìn)行分類，并利用LDA分析建立了不同產(chǎn)區(qū)中?？Х壬唐范沟漠a(chǎn)地溯源判別模型。結(jié)果表明，我國海南產(chǎn)區(qū)和國外產(chǎn)區(qū)咖啡商品豆中的As、Ca、Fe、K和Zn含量存在顯著性差異；利用PCA分析不能將我國海南產(chǎn)區(qū)和國外產(chǎn)區(qū)的咖啡商品豆有效地分離開來，而OPLS-DA依據(jù)5種元素的組成特征將咖啡樣品分成中國海南和國外2組；利用As、K、Ca含量建立的線性判別模型可以將中國海南和國外的中粒咖啡商品豆進(jìn)行區(qū)分，交叉驗(yàn)證和回代驗(yàn)證的正確判別率分別是92.3%和96.2%；聚類分析的產(chǎn)地判別準(zhǔn)確率為89.7%。本研究基于礦質(zhì)元素指紋特征建立的中?？Х犬a(chǎn)地溯源鑒別模型可為中國海南咖啡的品牌保護(hù)提供參考依據(jù)。

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