稳定同位素质谱技术对市售有机蔬菜的鉴别研究

廖望　范若宁　赵雅梦

随着生活水平的提升，人们对饮食的要求也逐步提高，开始寻找富有膳食纤维与多种维生素的食物，“轻食”概念悄然走红。轻食起源于17世纪英国贵族的下午茶，最初是指那些制作简单、食用方便的点心饮品，经过几百年发展，轻食的定义发生了翻天覆地的变化。如今的轻食指简单、健康、自然、均衡的低糖、低脂食品，其烹饪方式多采用生食、蒸、煮等，避免油炸和爆炒，从而减少脂肪含量，更好地保持食品的原始滋味。

市面上的轻食品种包括蔬果沙拉、三明治、全麦面包等，各式各样的轻食品种中不可或缺的配料就是蔬菜。目前，市面上售卖的蔬菜可分为常规蔬菜和有机蔬菜两类。有机蔬菜是指在生长过程中不使用人工合成化肥、农药、食品添加剂等一系列非自然或对环境有影响的物质而培养出的蔬菜。相较常规蔬菜，有机蔬菜在生产上对环境的危害小，有助于作物的自然生长以及提高土地的可持续利用率。此外，有机蔬菜的口感更佳，有益维生素、矿物质等营养物质含量高于常规蔬菜，深受消费者的青睐。但由于有机食品售价较高，无良商家使用普通食品代替有机食品的问题时有发生，有机食品的真实性问题受到广泛关注。稳定同位素指纹分析、DNA指纹图谱、代谢组学、化学计量学等技术被认为是食品真实性鉴定、掺假鉴别的有效工具。就有机蔬菜而言，它与常规蔬菜的主要差异在于种植中肥料的使用，常规食品在培育过程中会加入化肥等无机肥料，而有机蔬菜在生产过程使用动物粪便等纯天然肥料，因此它们在碳、氮等同位素比值上存在差异，δ15N、δ13C等同位素比值是鉴别有机食品的指标之一。

稳定同位素比质谱（Isotope Ratio Mass Spectrometry 简称IRMS）是测量C、N、O、S等元素稳定同位素比值的分析仪器，其原理是通过高温转化将样品中的氮（和碳）转变为氮气（和二氧化碳），随后运用质谱仪进行定量分析，在追溯食品产地和食品污染源、鉴别有机食品和食品掺假及示踪农（兽）药在生物体内吸收、代谢和分布规律等研究中有着广泛应用。

本实验利用稳定同位素比技术对市售有机蔬菜和普通蔬菜的稳定同位素比值特征进行对比研究，为市售有机蔬菜的真实性鉴别提供了一种研究方法。

1.实验部分

1.1仪器与材料

同位素比质谱仪（Delta V advantage，美国Thermo Fisher公司）；高通量冷冻研磨仪（48LD，上海般诺生物科技有限公司）；电子天平（WXTS3DU，梅特勒-托利多上海有限公司）；电热鼓风干燥箱（DHG-9145A，上海一恒科学仪器有限公司）；同位素标准物质（USGS40；USGS41）。

1.2样品前处理方法

随机选取上海市普陀区菜市场销售的7种常见轻食蔬菜，每种蔬菜分别采购有机和常规标识的两种品种。

样品处理参照农业行业标准NY/T 2419-2013，对新鲜植物样本进行预处理：首先分别取50mg新鲜植株剪碎，在100℃烘箱中烘30min杀青，后降温至80℃烘干至易碎状态。其次采用球磨机将烘干后的样品粉碎，置于离心管中备用。最后将粉末状样品用锡纸杯对每种样品平行包样4个，称量质量为150-300μg。

1.3数据采集与分析方法

数据采集利用同位素比质谱仪完成，其参数条件如下。元素分析仪参数设定：高温裂解炉980℃，载气吹扫流量设为180mL/min，氧气注入流量设为175mL/min，注入2-4秒。

数据分析方法如下：根据同位素比值标准品实测值与理论值之比对样本的δ15N和δ13C测量值进行校正，其中USGS40和USGS-41a两种标准品δ15N理论值分别为-4.52和47.55，δ13C理论值分别为-26.39和36.55。

2.结果与讨论

2.1不同蔬菜的δ15N和δ13C值总体特征比较

采用元素分析仪-稳定同位素比质谱仪检测各蔬菜中碳、氮稳定同位素比值，谱图如图1所示，谱峰分别为参考气（Ref N2和Ref CO2）、样品中碳元素转化的CO2（samp N2）及氮元素转化的N2（samp N2）；有机蔬菜和常规蔬菜中δ15N箱式图如图2所示，可以看出有机蔬菜的δ15N普遍高于常规蔬菜。

2.2有机蔬菜和常规蔬菜δ13C的对比

对同一蔬菜的常规和有机两种类型样品分别进行检测，δ13C的对比结果如表1所示。可以看出，在两种生菜及苦细叶、西兰花、菠菜中，有机样品的δ13C平均值均略高于常规样品，而在芝麻菜和紫甘蓝中，常规样品的δ13C平均值略高于有机样品，δ13C值在绝大部分有机和常规蔬菜中的差别并不明显。

此外，本研究还对同种有机蔬菜不同部位δ13C值進行对比。如表2所示，西兰花的花蕾平均δ13C值为-25.53‰，略高于根茎δ13C值，基本无差别。菠菜叶部的δ13C值略高根茎，可以看出，同种蔬菜不同部位δ13C值未发生明显变化。因此，仅利用δ13C值无法对有机蔬菜进行准确有效的鉴定。

2.3有机蔬菜和常规蔬菜δ15N值的对比

对不同类型蔬菜的δ15N值进行对比，从图2中可知，在7种蔬菜中，菠菜的δ15N比值处于较高水平（δ15N值范围为16.59-21.11‰），平均值为18.25‰，芝麻菜略低，δ15N值范围为6.27-16.00‰，平均值为11.08‰。相比之下，紫甘蓝和西兰花的δ15N范围明显降低，可以得出蔬菜δ15N值的大小顺序为菠菜>芝麻菜>绿生菜>红生菜>苦细叶>紫甘蓝>西兰花。从图中还可以发现，同种类蔬菜如同属莴苣属的绿生菜和红生菜的δ15N值十分接近，分别为8.12‰和8.01‰，说明同种蔬菜之间的δ15N值极为相近。

2.3.1同种蔬菜不同部位的δ15N值比较

同种蔬菜不同部位的δ15N值比较如表3所示，其中有机西兰花花部平均δ15N值小于有机西兰花的茎部δ15N平均值，有机菠菜的叶部δ15N平均值小于有机菠菜茎部的δ15N平均值。在两种蔬菜的常规样品中，也存在着茎部δ15N值大于花部/叶部δ15N值的规律。因此可以得出，植物底部的δ15N值略高于其上部分，也符合植物对肥料的吸收和由根部向上运输的规律。

2.3.2差异显著性分析

将蔬菜按照采购商标上有机与无机类型分组，通过T-检验分析两组间差异是否显著，当p值<0.05时，可认为两组总体有显著差异，其结果如表4所示。对于绿生菜，检测出有机样品δ15N值范围显著高于常规样品（p值为7.71E-06<0.05），有机红生菜也略高于常规红生菜（δ15N值范围6.76-7.58‰），苦细叶、芝麻菜、西兰花等有机蔬菜样品检测的δ15N值范围均大于常规样品且都存在明显差异。因此，对同种蔬菜而言，有机蔬菜的δ15N值大于常规蔬菜，蔬菜中的δ15N值测定可以作为有机或常规蔬菜的判断条件。

小结

本课题对普陀区市场上销售的7种常见轻食蔬菜进行δ15N和δ13C同位素比值特征研究，并对数据进行T-检验等统计分析，发现有机蔬菜样品的δ15N值普遍高于其对应的常规蔬菜样品，且其根部的δ15N值也略大于其尖部。因此，认为有机蔬菜的δ15N同位素比值普遍高于无机蔬菜，而有机蔬菜和常规蔬菜的δ13C值没有显著差异，可以推断出δ13C值并不适用于蔬菜的有机鉴定。本研究表明，蔬菜样品中δ15N同位素比值可作为一种判断轻食蔬菜是否为有机蔬菜的标准。