茶叶与产地环境中稳定同位素和矿物元素特征及其相关性研究

为探究茶叶与茶园土壤、灌溉水源等产地环境中稳定同位素和矿物元素特征及其相关性,采用元素分析同位素质谱联用仪(EA-IRMS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对山东日照和崂山的茶叶、栽培土壤及灌溉水源中4种稳定同位素比率(δ¹³C、δ¹⁵N、δD和δ¹⁸O)和23种矿物元素含量(Na、Mg、Al、K、Ca和Sr等)进行测定。结果显示,两地区中稳定同位素和矿物元素具有区域性特征,通过对茶叶中4种稳定同位素与栽培土壤(δ¹³C和δ¹⁵N)、灌溉水源(δD和δ¹⁸O)分别进行线性相关分析,结果表明,茶叶与栽培土壤中的δ¹⁵N相关性最大,R²为0.450 7,其次分别为栽培土壤中的δ¹³C(R²=0.289 5)、灌溉水源中的δ¹⁸O(R²=0.156 2)和δD(R²=0.021 4);同时,利用热图技术对茶叶与栽培土壤、灌溉水源中稳定同位素和矿物元素进行差异性及多重相关性分析,结果表明,茶叶与栽培土壤中δ¹³C呈较强负相关,而与灌溉水源中δ¹⁸O则无明显相关性。同时茶叶与栽培土壤中矿物元素也存在一定差异性,而茶叶中Cd、Li、Co、Sr、Mo与栽培土壤中相应矿物元素相关性较大。本研究初步揭示了稳定同位素在茶叶与栽培土壤、灌溉水源间的分馏情况以及与矿物元素的相关性,对研究农产品与环境因素间同位素分馏和元素累积规律具有一定的参考价值。     

稳定碳、氮同位素在牛肉加工过程中的分馏效应

为了探究牛肉及副产物中稳定碳、氮同位素在加工过程中的变化规律,确证稳定碳、氮同位素在牛肉加工制品产地溯源中的稳定性和有效性。本试验通过对牛肉进行不同时间的水煮、烤制和油炸3种处理,其中水煮和烤制加工时间分别为5、10、15、20、25和30 min,油炸加工时间分别为1、2、3、4和5 min;采用元素分析仪-稳定同位素比率质谱仪(EA-IRMS)测定脱脂牛肉、粗脂肪及副产物中δ¹³C和δ¹⁵N值。结果表明,脱脂牛肉中δ¹³C值在水煮、烤制和油炸3种加工方式不同加工时间之间均无显著差异,水煮和烤制后粗脂肪中δ¹³C值无显著变化,油炸后的牛肉粗脂肪δ¹³C值主要受植物油的影响,加工方式及加工时间对其无显著影响;水煮脱脂牛肉δ¹⁵N值在加工25、30 min时与对照组牛肉存在显著差异,但平均差值仅为0.3‰~0.9‰。牛肉稳定碳、氮同位素在不同加工过程中分馏效应较小,可有效用于牛肉加工半成品及成品的原产地溯源。     

加工方式对木姜叶柯甜茶速溶粉稳定同位素指纹的影响

为了研究加工方式对甜茶速溶粉稳定同位素指纹的影响,进而验证δ¹³ C、δ¹⁵ N用于甜茶及其速溶粉产地溯源的可行性,本试验分别以烘箱烘干和微波杀青2种烘干方式制备甜茶老叶和嫩叶4种原料,采用热水浸提、离心并干燥(喷雾干燥和冷冻干燥)的方法制备甜茶速溶粉,得到喷雾干燥速溶粉(ITSD)、冷冻干燥速溶粉(ITFD)和速溶粉副产物(ITBP)三类加工样品,并采用元素分析-同位素比率质谱仪(EA-IRMS)测定样品中的δ¹³C、δ¹⁵N值。结果表明,不同产地(湖南、四川、江西)甜茶杀青嫩叶δ¹³C、δ¹⁵N值存在显著差异(P<0.05),烘箱烘干法与微波杀青法制得的原料茶δ¹⁵N值存在差异,且 δ¹³C、 δ¹⁵N值在速溶粉加工产品(原料、速溶粉及副产物)间存在显著差异(P<0.05),但不同烘干原料制备的所有样品δ¹³ C、δ¹⁵N值之间存在极显著相关(P<0.01)。本研究结果为基于δ¹³C、δ¹⁵N溯源指纹进行甜茶原料或速溶茶粉的产地溯源提供了理论依据。     

元素分析-同位素比值质谱法同时测定蔬菜中碳、氮同位素的前处理方法优化

为探究过筛目数和热风干燥对蔬菜中碳、氮同位素的影响规律,本试验在验证了基于CO₂稀释的元素分析-同位素比值质谱(EA-IRMS)法可靠性的基础上,研究了过筛目数(20、40、60、80、100、200目)、杀青(105℃,30 min)与未杀青处理、热风干燥温度(45、60、75℃)对6种蔬菜(菠菜、豇豆、韭菜、莲藕、茄子、马铃薯)δ¹³C、δ¹⁵N值的影响。结果表明,以89%CO₂稀释比例下EA-IRMS同时测定δ¹³C、δ¹⁵N值的标准偏差满足检测精度要求;当过筛目数超过80目时,6种蔬菜样品的δ¹³C、δ¹⁵N值均趋于稳定且达到测定精度要求;以真空冷冻干燥处理所测的δ¹³C、δ¹⁵N值为参照,采用不同热风干燥温度(45、60和75℃)处理的茄子、菠菜、莲藕和杀青后韭菜中δ¹³C、δ¹⁵N值均无显著差异,但未杀青的韭菜在45℃热风干燥后其δ¹³C、δ¹⁵N值与参照值之间有显著差异(P<0.05),且热风干燥处理的豇豆(δ¹³C和δ¹⁵N值)和马铃薯(δ¹³C值)与参照值相比也表现出不同程度的差异。因此,采用89%CO₂稀释比例下EA-IRMS法同时测定蔬菜中δ¹³C、δ¹⁵N值是可行的;蔬菜样品在进行碳、氮同位素测定前应以不低于80目的过筛处理。茄子、菠菜、莲藕和韭菜蔬菜样品在制备过程可采用热风干燥方式,其中韭菜需进行杀青处理,而豇豆、马铃薯则建议采用真空冷冻干燥方式。本研究为蔬菜样品中碳、氮同位素同时测定及样品制备提供了一定的参考。     

山东茶叶轻稳定同位素和矿物元素特征与产地识别化学计量学分析

为保护我国山东地理标志茶叶,通过元素分析仪-稳定同位素比率质谱(EA-IRMS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定轻稳定同位素比值、矿物元素含量或同位素比进行特征挖掘及探讨,并采用化学计量学方法对山东不同产地的绿茶进行识别分析研究。结果表明,山东各产地茶叶中δ¹³C、δ²H、δ¹⁸O无显著差异,但δ²H和δ¹⁸O表现出沿海地区高于沿海内陆地区的规律,且δ¹⁸O与δ²H变化呈较高的线性相关性(R²=0.817 5);崂山产地的δ¹⁵N值较大,与其他产地间差异显著;临沂-泰安产地与崂山、胶南和日照三地地质条件不同,使得茶叶中某些矿物元素特征表现出空间分布上的差异。利用偏最小二乘判别分析分别对崂山、日照与山东其他产地建立茶叶识别模型,总体判别准确度分别为97.8%(崂山模型)和96.4%(日照模型),能够有效识别2个产地的茶叶。本研究结果可为茶叶中稳定同位素、矿物元素特征与产地环境的关联性分析,地理尺度更小的茶叶产地判别和地理标志产品保护提供研究思路。     

我国有机茶稳定同位素特征与δ15N标识相关性研究

为探明我国有机茶稳定同位素分布情况及δ¹⁵N标识的相关因素,本研究收集了全国不同地区申请有机茶认证企业的145个样品,采用元素分析-稳定同位素比率质谱仪测定稳定同位素比率(δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O),结合单因素方差分析和正态分布模型探究稳定同位素特征分布规律。结果表明,有机茶样品δ¹³C分布于-31.0‰ ~ -23.7‰之间,不同产地间差异不显著。δ²H和δ¹⁸O范围分别为-107.1‰ ~ -24.8‰和17.2‰ ~ 32.0‰,均存在显著地域差异。我国有机茶δ¹⁵N正态分布范围为-4.6‰ ~ 7.0‰,平均值为1.2‰。其中有机茶生产面积大的地区样品δ¹⁵N范围为1.6‰ ~ 5.8‰,显著高于生产面积小的地区(-2.5‰ ~ 0.4‰,P<0.01),表明δ¹⁵N指标作为有机茶标识特征与产区生产面积之间存在一定的相关性。本研究为基于稳定同位素技术的有机茶真伪鉴别提供了研究基础,为有机茶的认证与监管提供了一定的理论依据。     

花生油生产过程中稳定同位素变化规律及影响因素研究

花生油的稳定同位素特征研究是该技术应用于花生油掺假检测的基础,为探究花生油生产过程中碳、氢、氧的稳定同位素比值变化规律及其受产地、年份的影响,本试验收集了3个年份6个省份的花生样品,利用稳定同位素比值质谱仪(IRMS)测定油脂中3种元素的稳定同位素比值(δ¹³C、δ²H和δ¹⁸O)。结果表明,不同产地花生样品中,油脂的δ¹³C、δ²H和δ¹⁸O值均不相同。以δ¹³C为例,平均值由大到小依次为湖北>辽宁>广东>山东>河南>江苏,部分省份之间差异显著(P<0.05);因年份不同油脂稳定同位素特征也存在差异。另外,研究结果表明不同生产阶段的油脂中稳定同位素特征几乎一致,加工工艺的差异未改变油脂的稳定同位素分馏。可见,油脂中保留了花生的稳定同位素特征。本研究结果为花生油掺假检测技术研究提供了理论基础与应用可行性。     

样本干燥方法对甜瓜稳定同位素分析及产地溯源的影响

为了评估制样方法对高含糖量甜瓜样本轻稳定同位素分析的影响,本研究以甜瓜果皮、果肉匀浆样本为材料,分别采用热风喷粉干燥、真空冷冻干燥(-80℃,24 h)、真空微波干燥(2 min)、真空直接烘干(60℃,24 h)制备干燥样本,所有样本研磨制备精细粉末用于碳、氮、氢、氧稳定同位素比率(δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O)分析。对比4种方式制备样本在低温(-20℃)干燥箱存储60 d内重复测定结果的稳定性。结果表明,4种方式制备的高糖甜瓜果肉精细粉末极易吸湿潮解而干扰其δ²H、δ¹⁸O的测定,存储期长时样本值差异显著(P<0.05)。其中,真空冷冻干燥方式制备的瓜皮样本4种稳定同位素比率测定结果更稳定。真空冷冻干燥方式制样更易将甜瓜组织细胞壁破解后剩余的水分完全干燥,精细粉末样本在储藏过程中表现得更稳定,在不同储藏期的检测结果一致性高。通过对真空冷冻干燥方式制样的果皮样本稳定同位素比率进行偏最小二乘判别分析(PLS-DA)建模,区分新疆、广西、海南3个产地的58份甜瓜样本,判别准确度分别为100%、98.7%、89.1%。结果证明,真空冷冻干燥制备甜瓜果皮稳定同位素分析可以作为其产地确证的可靠方法,溯源模型可用于确证甜瓜原产地标签标识、保护地理标志产品。本研究为提升甜瓜产地溯源提供了新策略。     

青海高原油菜蜜稳定同位素产地特征与环境响应机制研究

为探究青海油菜蜜稳定同位素特征及影响因素,本研究利用元素分析-稳定同位素比率质谱(EA-IRMS)建立了油菜蜜总δ¹³C值及其内源蛋白质δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值的检测方法,分析了青海不同产地、不同年份油菜蜜及其内源蛋白质同位素特征差异,探讨了油菜蜜内源蛋白质稳定同位素与产地环境之间的关系。结果表明,青海省区域内油菜蜜内源蛋白质的δ¹³C值和δ¹⁵N值较稳定,不同产地、不同年份间无显著差异;不同年份油菜蜜内源蛋白质的δ¹⁸O值差异极显著(P<0.01),不同产地油菜蜜内源蛋白质的δ¹⁸O值及δ²H值均存在极显著差异(P<0.01)。在环境影响因素中,油菜蜜内源蛋白质δ¹⁸O值与生产季节降水量呈显著负相关(r=-0.822,P<0.05)。本研究结果为青海高原油菜蜜真实性鉴别与产地溯源研究提供了理论依据与技术支撑。     

不同产地羊肉稳定同位素特征差异及其溯源应用

为了探讨稳定同位素碳、氮、氧、氢对羊肉产地溯源的可行性,本研究分别从内蒙古、新疆、宁夏、新西兰、意大利5个地区采集羊肉样品,利用稳定同位素比率质谱仪(IRMS)测定脱脂羊肉的碳、氮、氧、氢稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O),结合多元统计学方法对不同地区间脱脂羊肉的δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值组成特征及变化规律进行分析。结果表明,δ¹³C值在5个地区间均存在显著性差异,而δ¹⁵N值和δ¹⁸O值除了在新西兰和意大利2个地区差异不显著外,在其他地区差异均显著;δ²H值仅在宁夏和新疆地区间以及内蒙古和新西兰地区间差异不显著。结合Fisher判别分析发现,利用δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值可以实现对羊肉产地区分,且利用δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值组合指标对羊肉产地的初始判别的整体正确率和交叉验证的整体判别正确率均达100%。本研究结果为δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值在羊肉产地溯源中的应用提供了参考。     

云南3种特色蜂蜜糖组分的稳定碳同位素比值测定与分析

为了研究云南3种特色蜂蜜的碳同位素分布规律,本试验采用元素分析-同位素比质谱法(EA-IRMS)和液相色谱-同位素比质谱法(LC-IRMS)对60份云南特色蜂蜜(苕子蜜、澳洲坚果蜜和橡胶蜜)的六项碳同位素比值,即果糖、葡萄糖、二糖、三糖、蜂蜜和蜂蜜蛋白的δ¹³C值进行了测定。对云南3种特色蜂蜜的六项碳同位素比值的分布区间、果糖与葡萄糖的差值(Δδ¹³C_{果糖-葡萄糖})、蛋白与蜂蜜的差值(Δδ¹³C_{蛋白-蜂蜜})、最大差值(Δδ¹³C_max)、果葡比(F/G)等参数进行了统计和偏最小二乘判别分析,并与现有蜂蜜掺假鉴别的指标进行了比对。结果表明,部分蜂蜜样品(占比20%)不满足现有评价标准(Δδ¹³C_max ≤±2.1‰)。通过构建偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)模型可以实现3个蜜种的有效分类鉴别,主要差异性指标为三糖的δ¹³C值、三糖含量和二糖含量。本研究结果为特色蜂蜜的鉴别和品质评价提供了技术支撑,有利于促进云南乃至我国蜂蜜品质和质量的提升。     

西藏茶叶稳定同位素特征与区域差异及环境因子关系分析

西藏茶叶具有高原茶品质特征,是助推西藏经济发展的重要高价值农产品。为探明西藏茶叶同位素特征,探索气象环境对茶叶同位素的影响,本研究收集了西藏不同海拔地区茶叶以及全国主产区茶叶样品,分析茶叶中稳定同位素值(δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O),同时收集部分采样点的环境气象信息,结合偏最小二乘法(PLS)探究西藏茶叶同位素特征及环境因子关联性。结果表明,西藏茶叶δ¹³C值分布于-31.9‰~-27.8‰之间,随海拔升高而降低,显著低于其他主产区样品(P<0.01),δ¹³C值主要与采样当月的日照时间和气温有关;西藏茶叶δ¹⁵N与其他主产区样品无显著差异,且与环境气象因子关联性较弱;δ²H值介于-111.5‰~-40.5‰之间,与环境气象因子关联性最强,受相对湿度等多种因素影响; δ¹⁸O值介于22.2‰ ~ 27.6‰之间,主要与气温关系密切。本研究结果为西藏茶叶产地特征挖掘提供了研究思路,为西藏茶叶品牌保护提供了一定的理论依据。     

稳定同位素和元素指纹分析在白术产地溯源中的应用

为解决道地药材白术的产地溯源问题,本研究采用稳定同位素比质谱仪(EA-IRMS)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定了6个产地168种白术中δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O和δ³⁴S值及41种矿质元素含量,并结合化学计量学对不同产地白术进行鉴别。结果表明,线性判别分析(LDA)可以区分6个产地的白术。基于不同变量共建立7种不同判别模型,其平均交叉验证率分别为:稳定同位与素(88.17%)、矿质元素(98.67%)、常量矿物元素(41.83%)、 痕量矿质元素(99.33%)、稳定同位素与矿物质元素(100%)、稳定同位素与常量矿质元素(91.83%)以及稳定同位素与痕量矿物质(98.83%)。其中,δ¹⁸O、 δ³⁴S值以及Li、Dy、Sm、Er等稀土元素是影响判别的主要因素,主要由产地地理位置、气候条件和土壤类型决定。综上,基于稳定同位素、矿质元素和化学计量学的方法可对不同产地白术进行产地溯源。     

西瓜稳定同位素与多元素特征分析及其产地溯源技术研究

本研究旨在利用稳定同位素与多元素分析技术结合化学计量学统计方法,开发不同省份西瓜产地溯源新策略。通过元素分析仪-同位素比质谱和电感耦合等离子质谱测定新疆、山东、广西、海南等产地的73份西瓜样本的碳、氮、氢、氧稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O)与16种矿物元素含量(Na、K、Ca、Sr、Ba、Pb等)。单因素方差统计分析表明,δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O值与Na、K、Ca、Cr、Mn等元素含量特征在各省份西瓜样本间具有显著差异(P<0.05),但单一变量不足以将4个产地的西瓜完全进行区分。通过典则判别分析进行多变量统计分析,提取特征变量,构建线性判别函数,可以实现4个省份西瓜样本的原产地区分。该方法对新疆、山东、海南样本判别准确度高达100%,而广西样本判别率为71.4%,误判为海南产地概率为28.6%。由此可知,该策略能够实现大尺度地理空间的西瓜产地溯源,为其产地标识确证和优质品牌保护提供了有效的技术手段。