基于稳定同位素及矿物元素分析的稻米产地溯源技术研究

摘要

农产品的真实产地信息是消费者、零售商、农民和管理部门等利益相关者最关心的问题之一。水稻作为最重要的农产品之一，给世界超过一半的人口供应着食物和营养。稻米特别是优质稻米的原产地鉴别对于保障公平贸易及消费者健康来说至关重要。稳定同位素与矿物元素指纹分析技术是日前国际上应用于鉴别食品真实性和产地溯源的一种新型有效工具。
　　本论文以稻米为研究对象，应用稳定同位素和矿物元素分析技术对不同产地稻米进行特征描述，通过深入考察5个亚洲国家（中国、泰国、马来西亚、菲律宾、巴基斯坦）和中国6个省份（黑龙江、吉林、江苏、浙江、湖南、贵州）稻米的产地关联规律，对利用稳定同位素和矿物元素分析技术对稻米产地溯源的可行性进行了研究。通过化学计量学手段（主成分分析、判别分析、聚类分析）对稻米中C、N、H、O、Pb等5种稳定同位素和Li、Be、Na、Mg、 Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Mo、Ag、 Cd、Sn、Sb、Ba、Pb、Bi等25种元素进行了产地溯源特征指标筛选确定，建立了特征指标群，并在此基础上建立了产地溯源预测模型，对该模型的判别结果进行了验证。
　　结果表明，通过对比不同国家、中国不同省份米源的稻米中δ13C、δD、δ15N、δ18O、206Pb/207Pb、208Pb/207Pb含量比值，不同国家和地区具有各自不同的同位素指纹特征，采用同位素指纹技术对稻米产地的判别是可行的。同位素δ13C、δD、δ15N、δ18O组合指标对不同国家产地正确判别率达85％以上，对中国不同省份产地的正确判别率达到95％以上，可作为稻米产地溯源的有效指标体系，而铅同位素指标对稻米产地的溯源效果不理想。
　　通过比对不同国家、中国不同省份来源的稻米具有的不同矿物元素指纹特征，发现采用矿物元素技术对稻米产地的判别是可行的。矿物元素组合Be、Ti、Fe、Ag、Cd、Bi指标对不同国家产地正确判别率为98％以上，Li、Ti、V、Fe、Rb、Ag组合对中国不同省份的正确判别率达到95％以上，因此，矿物元素组合建立的判别模型可以有效的进行稻米产地的溯源判别。同时探索了矿物元素组合对不同类别和不同种植方式的判别，其可以实现有效的判别。
　　通过比对不同的指纹特征，发现采用矿物元素在不同国家稻米产地和中国稻米产区、产地的判别上优于稳定同位素的判别;而采用稳定同位素和矿物元素组合在不同国家稻米产地和中国稻米产区、产地的判别上比单独的稳定同位素指标或矿物元素指标具有优越性，判别的指标可以得到简化并能提高产地的整体正确判别率;在类别的判别上，稳定同位素的整体正确判别率低于矿物元素，而矿物元素又低于稳定同位素和矿物元素组合。
　　此外，还探索研究了稻米强势粒及弱势粒中δ13C、δD、δ15N、δ18O稳定同位素的差异呈显著性，证明同一株稻米籽粒在不同部分存在分馏差异，对进一步明晰稻米植株体内分馏机制，利用稳定同位素技术精准分析稻米产地判别具有重要启示。
　　本研究的结果为稻米及其制品进行产地溯源和真实性鉴别提供了技术支撑;同时，本研究的研究方法和结果对于其他农产品，特别是植源性产品的产地溯源和真实性鉴别研究亦有重要的借鉴意义。化学计量学方法（聚类分析、主成分分析、判别分析等）是稻米产地溯源指标筛选及判别模型建立不可缺少的数学工具，不同方法使用前提条件需要仔细考察。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 研究的目的与意义

第二章 文献综述

2．1 食品溯源体系的建立与应用

2．1．1 食品溯源体系的建立

2．1．2 食品溯源体系的发展

2．1．3 食品溯源体系的应用

2．2 食品产地溯源技术研究进展

2．2．1 信息编码记录技术

2．2．2 食品分析技术

2．3 稳定同位素分析技术

2．3．1 稳定同位素溯源分析技术的基本原理

2．3．2 稳定同位素溯源分析技术在食品产地溯源中的应用研究进展

2．3．3 稳定同位素溯源分析技术的局限性

2．4 矿物元素溯源技术

2．4．1 矿物元素溯源的基本原理

2．4．2 矿物元素分析技术在食品产地溯源中的应用

2．4．3 矿物元素溯源技术的局限性

2．5 产地溯源化学计量学

2．6 本研究切入点

第三章 稻米稳定同位素特征与产地溯源模型构建研究

3．1 材料与方法

3．1．3 试验方法

3．2 结果与分析

3．2．1 采样点及采样量分析

3．2．2 不同产地稻米中稳定同位素的特征分析

3．2．3 不同类别稻米中稳定同位素的特征分析

3．2．5 不同海拔、经度、纬度稻米中稳定同位素的相关性分析

3．2．6 稻米中稳定同位素指标对产地的主成分分析

3．2．7 稻米中稳定同位素指标对产地的聚类分析

3．2．8 稻米中稳定同位素指标对产地的判别分析

3．3 讨论

3．3．1 稻米中稳定同位素碳、氮、氘、氧、铅的组成及差异

3．3．2 同位素指纹技术在稻米产地溯源研究中的可行性探讨

3．4 小结

第四章 稻米矿物元素特征与产地溯源模型构建研究

4．1 材料方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 仪器与试剂

4．1．3 试验方法

4．2 结果与分析

4．2．1 稻米中矿物元素指标的特征分析

4．2．2 稻米中矿物元素指标对产地的主成分分析

4．2．3 稻米中矿物元素指标对产地的聚类分析

4．2．4 稻米中矿物元素指标对产地的判别分析

4．3 讨论

4．4 小结

第五章 稻米稳定同位素与矿物元素综合模型的优化

5．1 材料与方法

5．2 结果与分析

5．2．1 稻米中稳定同位素和矿物元素组合指标对产地的主成分分析

5．2．2 稳定同位素和矿物元素组合指标对稻米产地的聚类分析

5．2．2 稳定同位素和矿物元素组合指标对稻米产地的判别分析

5．3 讨论

5．4 小结

第六章 稻米籽粒不同部位稳定同位素分馏特征初步研究

6．1 材料与方法

6．1．1 种植田信息

6．1．2 稳定同位素分析

6．1．3 数据分析

6．2 结果与讨论

6．2．1 强势粒(SS)和弱势粒(IS)中δ13C的变化

6．2．2 强势粒(SS)和弱势粒(IS)的δ15N变化

6．2．3 强势粒(SS)和弱势粒(IS)的δD变化

6．3 小结

第七章 全文结论

参考文献

附录

致谢

作者简历