稳定碳氢同位素在柑桔产地溯源中应用初探

中国是柑桔的重要原产地之一，有4000多年的栽培历史。柑桔色彩鲜艳、酸甜可口，是常见的美味佳果。然而我国柑桔资源丰富，无论是栽培品种，还是野生、半野生种以及天然或人工育成的杂交类型等都极为繁多，形态复杂，即使不同地域出产的柑桔外形上也十分相近。光从外观和口感上很难区分其产地来源，而柑桔的各种营养成分、理化指标也大同小异，无法作为其产地来源的检验依据。由于目前常用的理化分析方法及质量指标（可溶性固形物、糖类和氨基酸态氮等）难以对这两种果汁进行区分，柑桔的产地溯源有利于保护原产地，保护地区，保护特色产品，确保公平竞争，增强消费者对食品安全的信心，并能有效防止食源性病源的扩散。因此，须建立一种稳定、有效的溯源检测方法能的判断柑桔的来源产地。 
　　同位素溯源技术是上目前用于追溯不同来源食品和实施产地保护的一种有效工具，植物组织中的同位素组成直接与其生长的地理环境与气候环境密切相关，其中主要受地形的高度、纬度，大气压力、温度、湿度、降雨量等因素的影响。目前，通过检测同位素丰度的方法判断产地来源的植物源产品主要包括果汁、饮料、酒、 、尼古丁、丹参等[1～3]。早在20世纪末，发达国家即着手稳定同位素技术在食品真实性鉴别方面的研究，并取得了多项成果[4]。20世纪70年代，法国Bricout在对比NCF果汁和浓缩还原果汁的水中δD的研究中发现NFC果汁中明显富集δD的现象[5]；德国Don-gmann的研究表明蒸腾作用使植物细胞组织内的水分子中富集δD[6]。 
　　国内应用稳定同位素鉴别食品真实性的研究虽起步较晚，但也取得了初步成果 ：1994年，马希汉介绍了碳氢氧同位素在果汁真实性鉴别领域的应用原理[7]；2008年，牛丽影在实验条件下研究了NFC果汁和浓缩还原果汁的氢氧同位素差异[8]；2011年钟其顶利用氢和氧稳定同位素实现NFC橙汁和浓缩还原橙汁的有效鉴别[9]。但稳定性碳氢同位素用于植物源性食品产地溯源的应用研究较少，利用碳氢稳定同位素判断柑桔产地的研究还未见报道。本试验分析了来自我国四大产区的柑桔中碳氢稳定同位素的组成差异，探讨了稳定性碳氢同位素指标用于柑桔产地溯源的可行性。 
　　1、试验材料与方法 
　　1.1试验材料 
　　柑桔：分别从广西（永福县）、湖南（永州）、四川（新津县）、福建（漳州）4个省的不同地区果园里采集，装入自封袋中保藏，采样点的具体情况见表1。 
　　1.2主要仪器设备 
　　MAT253 稳定同位素比值质谱仪（德国Finnigan公司）。 
　　1.3试验方法 
　　1.3.1样品前处理 选取新鲜、饱满、无病斑、无划痕的柑桔，去除果梗、果核和果皮，切成状放入搅拌机中搅拌5min，2000r/min离心10min取上清液，制柑桔果汁冷藏待用。将果汁转至蒸馏瓶内，真空浓缩，馏出液作为测定氢同位素，浓缩果浆冷冻干燥，充分研磨粉末转移至自封袋中，标记后放人干燥器中保存作为测定碳同位素。 
　　1.3.2稳定性氢同位素比率检测 按照DZ/T 0184.19-1997进行同位素氢的测定，结果以δD表示： 
　　δD‰ = （R样品/R标准 -1）×l 000 
　　式中： 
　　R样品-----所测样品中2H丰度与1H的丰度比； 
　　R标准--- 标准样品中2H丰度与1H的丰度比； 
　　δD的标准物质为V-SMOW。 
　　1.3.3稳定性碳同位素比率检测 按照DZ/T 0184.17-1997进行同位素碳的测定，计算公式为： 
　　δ13C‰ = （R样品/R标准-1）×l 000 
　　式中： 
　　R样品-----所测样品中13C丰度与12C的丰度比； 
　　R标准--- 标准样品中13C丰度与12C的丰度比； 
　　δ13C的相对标准为V-PDB。 
　　采用Excell软件对柑桔果汁中δ13C和δD进行相关性处理。 
　　2、结果与分析 
　　2.1不同地域来源柑桔果汁中的碳氢同位素组成特征 
　　测定了来自广西、湖南、福建、四川地区的样品δ13C和δD，结果如表2所示。 
　　2.2柑桔果汁中碳同位素 
　　4个地域之间柑桔果汁中碳同位素组成均有差异，大小依次排序为四川>广西>福建>湖南。湖南与广西、四川样品的碳同位素组成无重叠，而与福建样品的碳同位素组成有部分重叠，湖南与福建样品无显著差异，而湖南、福建两地与广西、四川两地样品之间有极显著差异，且四川、广西样品的δ13C值明显高于福建、湖南的样品。在陆生植物组织中13C/12C比发生变化的主要原因是由于植物固定CO2的方式不同。植物固定CO2可通过C3途径（即卡尔文循环）、C4途径（即C4二羧酸途径）和景天酸代谢（CAM）途径。在C3途径中，二氧化碳的受体是1，5一二磷酸核酮糖，它接受CO2后，在1，5一二磷酸核酮糖羧化酶的催化下，形成两分子的3一磷酸甘油酸，因为它是三碳化合物，故称C3途径。柑桔为C3植物，C3光合途径在二氧化碳的固定过程中显示出很强的同位素效应，由于二磷酸核酮糖羧化酶的作用，C3植物偏向于对质量较轻的碳同位素12C的吸收（同位素分馏率为29），它们的13C/12C比较小，δ13C的负值相应较大，一般在-22‰～-33‰之间。 
　　2.3柑桔果汁中氢同位素 
　　不同地域柑桔果汁中δD同位素组成有极显著差异，排序依次为广西>湖南>福建>四川，δD值有显著的相关性，柑桔果汁的δD值有随着地理纬度增加而减小的趋势。柑桔果汁都比纯净水富集δD，这是由于蒸腾作用使植物组织内的水富集δD。其中柑桔果汁中δD比纯净水高约50%，这与马希汉介绍的情况相符。造成柑桔果汁中和有差异的原因，有两方面：其一，是果树生长区域的地下水、地表水中氢同位素组成。陆地上的水分终来源于海洋，水循环中的蒸发、凝降过程都会导致氢氧同位素分馏，其中高纬度地区、高海拔地区以及距离海岸线远 
　　的地区水中δD值比较低，果汁中的水归根结底是根系吸收的地下水/地表水，其δD是果汁水中氢同位素组成的基础；其二，果树的蒸腾作用会使植物组织内部的水比地下水/地表水富集δD，其蒸腾作用强度受果树生长条件的影响，温暖、干燥的地区蒸腾强度较大，更容易富集δD。因此，δD是判断产品地理来源的工具[10]。 
　　2.4δ13C和δD同位素溯源 
　　以柑桔果汁中δ13C和δD数据为基础，用贝叶斯判别分析方法可将不同地域来源的柑桔区分开来，δ13C数据正确判别率对于广西、湖南、福建、四川分别为80%、80%、60%、60%，整体平均正确判别率仅为70% ；δD数据正确判别率对于广西、湖南、福建、四川均为100%。 
　　3、结论 
　　在本试验中，各地柑桔果汁中δ13C和δD数据显著不同，不同地域来源的柑桔果汁δD值的差异显著，有随着地理纬度增加而减小的趋势。因此，δD可作为判断产品地理来源的一个有力指标，柑桔果汁中 同位素组成均可反映柑桔来源地的信息。在今后的研究分析中还可联合δ18O、δ15N、δ34S等稳定同位素指标来进行产地溯源，构成柑桔的稳定同位素产地溯源指纹图谱，以提高稳定同位素分析技术对柑桔产地溯源的性和实用性。