2013年我與中科院地化所共同主持了一個關于醬香型白酒的穩(wěn)定性同位素溯源體系研究的重大科技項目。溯源技術是食品安全監(jiān)管，防止貿(mào)易欺詐，保護公平交易的重要手段，是重建消費者食品安全信心的重要措施，是保障“問題食品”快速、有效召回的基礎?！吨腥A人民共和國食品安全法》、《中華人民共和國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》要求建立食品追溯體系（Food traceability system）。食品追溯體系溯源技術主要分為兩大類：一是電子編碼信息技術，消費者通過包裝上電子信息載體識別食品的產(chǎn)地來源。根據(jù)電子信息載體的不同，將電子信息編碼技術主要分為條形碼技術和RFID（Radio Frequency Identification Devices 即無線射頻識別技術）技術；二是綜合溯源性技術，主要有礦物元素分析技術、穩(wěn)定同位素技術和有機成分分析技術，以及生物方法如虹膜特征技術和 DNA溯源技術。這些技術以檢測食品本身的成分作為主要手段，利用計量學分析技術處理數(shù)據(jù)，從而可以獲得食品的加工、產(chǎn)地來源等信息。我們主要進行的是綜合溯源性技術，且以穩(wěn)定同位素技術及其他成分分析技術中用氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜技術得到的有機風味特征物質(zhì)化學成分分析為主，結(jié)合我們已初步建立的礦物元素分析技術，用計量學分析技術處理數(shù)據(jù)進行綜合溯源。
一、 研究背景及國內(nèi)外技術現(xiàn)狀
穩(wěn)定性同位素是生物體（包括食品）的一種自然指紋。自然界中，生物體的大多數(shù)化學元素都存在著多種穩(wěn)定的同位素。同種元素的各種同位素由于質(zhì)量或自旋核效應不同，其在一定程度上會引起元素的物理化學性質(zhì)發(fā)生變化，稱為同位素效應。同位素進行溯源主要是基于同位素的自然分餾效應。由于生物體在與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換時會受到氣候、環(huán)境、生物代謝類型等因素的影響，導致其體內(nèi)的同位素組成發(fā)生自然分餾效應，致使不同來源的生物體中同位素自然豐度存在差異，這種差異攜帶著環(huán)境因子的信息，能夠反映生物體所處的環(huán)境，可為食品產(chǎn)地溯源提供一種獨立、可靠的特征指紋信息，用于判斷食品的產(chǎn)地來源，以及鑒定食品標簽聲明的真實性。
食品產(chǎn)地溯源中，C、N、H、O、S 和 Sr 是幾種常用的同位素。不同的同位素組成受環(huán)境因素（地形、氣候、土壤）的影響而發(fā)生的不同分餾作用，可反映不同的地域和膳食信息。植物體中的碳同位素組成（13C/12C）主要與植物光合作用途徑（C3、C4途徑）有關，它的分布模式通過食物鏈傳遞到動物組織中，可反映動物的膳食信息。利用穩(wěn)定性同位素的質(zhì)量平衡原理可以估算動物營養(yǎng)中 C3和C4食物的比例。植物中的氮同位素組成（15N/14N）與其固氮方式有關，同時受地域環(huán)境、農(nóng)業(yè)施肥及土地利用方式的影響。動物體中 δ15N 值同時受食物源和自身新陳代謝的影響，在不同營養(yǎng)級間發(fā)生富集作用。一般營養(yǎng)每升高一級，氮同位素平均富集 3‰～5‰。因此，穩(wěn)定性氮同位素組成可用于確定生態(tài)系統(tǒng)中生物體所處的營養(yǎng)級，也可以作為食物來源的指示劑。大氣降水中的氫和氧同位素組成（2H/1H，18O/16O）具有明顯的緯度效應、海拔效應、大陸效應和季節(jié)效應，有隨緯度和海拔的升高而降低，隨離海距離的增加而降低，隨氣溫的升高而增大的變化趨勢。動植物體不斷從環(huán)境中獲得水，其組織中的δD和δ18O值與當?shù)亟邓芮邢嚓P，直接反映其生長的地域信息。硫同位素組成(34S/32S)受其天然來源、及人類活動來源的影響，有很大的變化范圍。不同硫源生物體中的δ34S 可反映其地理來源信息。土壤和動植物中鍶同位素組成(87Sr/86Sr)主要取決于其基巖的地質(zhì)年齡和初始的 Rb/Sr值，而不受人類活動、氣候、季節(jié)變化的影響。其變化范圍與碳、氮、氫、氧等輕同位素不同，因此在地域鑒別方面將很有幫助。尤其是在氣候環(huán)境類似的不同地區(qū)，其生物體中的H和O同位素組成類似，但由于其巖石結(jié)構的不同可能使 δ87Sr存在差異，因此Sr在判別微地區(qū)產(chǎn)品中非常有效。
從20世紀80年代開始，以C、N、O、H等輕同位素為主的同位素指紋分析已廣泛應用于食品原料如飲料、葡萄酒、乳品等的溯源和鑒別工作。如鑒別產(chǎn)品真假，美國學者Wllite. J. W首次提出了采用穩(wěn)定同位素比值分析法檢驗蜂蜜的真假，Whlte博士研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有的蜜源植物屬C3植物，其δ13C值大約在-30‰～-22‰之間，自然界中在這個范圍之外的蜜源植物寥寥無幾。Whlte分析了500多個來自不同國家和地區(qū)的純正天然蜂蜜樣品，也分析了大量人工制備的摻有不同比例高果糖玉米糖漿的蜂蜜樣品。通過對這些蜂蜜樣品測試結(jié)果的分析統(tǒng)計，得出的結(jié)論是：δ13C值負于-23.5‰的蜂蜜是沒有摻假的純正蜂蜜，δ13C值大于-21.5‰的蜂蜜，假蜜的概率為99.996%。C、N、H和O同位素可用于鑒別橄欖油的產(chǎn)地。Sr同位素是判別果汁、咖啡產(chǎn)地來源的有效參數(shù)。Dordevic等通過對2000年至2010年間產(chǎn)于意大利的5220個葡萄酒樣中水和乙醇的D/H，及13C/12C and 18O/16O穩(wěn)定同位素比例分析，及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到了很好的地域區(qū)分效果。Sieper等提出了對同一樣品中C、H、N、S同位素進行同時測定的分析系統(tǒng)，對水、果汁、奶酪及酒中乙醇進行了測定，并統(tǒng)計分析，極大地縮短了分析時間，結(jié)果滿意。Asfaha等[31]將金屬鍶同位素與C、N、O、S輕同位素結(jié)合，多元素同位素譜對產(chǎn)于歐洲的谷物類樣品進行了溯源研究，結(jié)果顯示，可以對15處產(chǎn)地進行溯源。由于僅依靠同位素分析只能大致劃分瑞士葡萄酒產(chǎn)區(qū)，并不能實現(xiàn)產(chǎn)區(qū)的準確溯源，Gremaud等將同位素比值（2H/1H乙醇，18O/16O葡萄酒水分）、元素含量（B、Sr等9種元素）和化學成分含量（甲醇、酸度、蘋果酸、果糖等）3種變量結(jié)合，采用線性判別分析實現(xiàn)了瑞士國內(nèi)相距較近的產(chǎn)區(qū)間的判別，單因素分析發(fā)現(xiàn)18O/16O葡萄酒水分、Sr、Rb和甲醇含量對鑒別的貢獻率較大，多因素分析將瑞士分為4個紅酒產(chǎn)區(qū)，如此高的鑒別能力尚屬首次。
國內(nèi)在穩(wěn)定同位素溯源方面的研究較少，主要在植物和動物樣品方面，如在不同省份茶葉中C、H穩(wěn)定同位素的鑒別技術研究，以及C同位素在蜂蜜打假中的研究，結(jié)果顯示不甚理想；結(jié)合礦物元素的C、N、Sr穩(wěn)定同位素在我國牛肉產(chǎn)地溯源可行性研究；應用C、N、H、O同位素對肉雞，及其喂養(yǎng)飼料和水的研究，以進行有效溯源；以及C、N、H同位素結(jié)合礦物元素及近紅外光譜對羊肉產(chǎn)地進行溯源的研究；尚未見以有機風味特征物質(zhì)化學組分結(jié)合C、H、N、S同位素、礦物元素及相應主要生產(chǎn)原料相關指標一起，并結(jié)合化學計量學方法進行醬香型白酒風味特征組成及溯源的相關研究。
二、研究目標與內(nèi)容
本項目的主要目標為：對醬香型白酒的風味物質(zhì)特征組分及特征生物標識物的C、H、N、S及Sr等同位素，并結(jié)合酒中常微量元素以及生產(chǎn)中主要生產(chǎn)原料水、高粱、小麥等的相關成分進行分析，并進行多變量統(tǒng)計分析下的溯源研究，以對醬香型白酒的主體風味物質(zhì)特征及可追溯性擬定關鍵組分、特征生物標識物及相應指標、規(guī)范或標準，以更有利于其產(chǎn)品質(zhì)量提升與控制以致產(chǎn)量提高，對其質(zhì)量安全體系建設、打假、品牌建設以及以茅臺為代表的我省醬香型白酒的風味特征組分的確定做出貢獻。
項目主要研究內(nèi)容為：用氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜（GC-TOFMS）等相關技術，如頂空進樣、液液萃取、固相微萃取等，對醬香系列產(chǎn)品的風味物質(zhì)特征化學組分結(jié)合相關標準物質(zhì)進行分離及定性定量分析，在此基礎下，結(jié)合已有研究報道及相關資料，計算醬香型白酒產(chǎn)品中各組分的OAV(odor activity value)值，OAV高的物質(zhì)確定為其特征關鍵香氣組分，并通過感官試驗驗證結(jié)論。將其中組分分類成酯類、酸類、羰基化合物、醇類、雜環(huán)類等物質(zhì)，通過主成分分析探尋組分與香型之間的關聯(lián)。鑒于其他香型白酒的主體特征風味組分都已明確，將選擇與1-2種其他傳統(tǒng)香型，如濃香或清香型白酒進行比較研究，探尋香型與香型間組分的關聯(lián)，同時也是對相關技術方案、路線及實驗手段的實驗印證。
在醬香風味特征關鍵香氣組分基礎上，應用連續(xù)流穩(wěn)定同位素質(zhì)譜（IRMS-MAT253、Isoprime GC-IRMS）進行醬香型白酒產(chǎn)品C、N、H、S穩(wěn)定同位素比值及Sr表面熱電離質(zhì)譜同位素比值測定（IsoProbe-T），風味特征關鍵香氣組分單分子的C、N、H同位素比值測定，以及主要原料水、高粱、小麥等的C、N、H、S及Sr穩(wěn)定同位素比值分析測定。
對醬香型白酒產(chǎn)品應用AAS、ICP-MS、ICP-AES等儀器進行常微量礦物元素分析測定，同時主要原料水、高粱、小麥等進行相關常微量礦物元素進行分析測定。
從三個層次對上述數(shù)據(jù)進行主成分分析、聚類分析和判別分析等在內(nèi)的多變量統(tǒng)計分析，建立溯源技術體系。
（一）分別進行：①醬香型白酒產(chǎn)品有機化學組成及特征風味組成及含量指紋圖譜等的化學成分分析的溯源研究；②醬香型白酒產(chǎn)品礦物常微量元素含量的化學成分分析的溯源研究，以及與主要原料水、高粱、小麥等的相關性研究；③醬香型白酒產(chǎn)品C、N、H、S及Sr同位素比值，以及風味特征關鍵香氣組分單分子的C、N、H同位素比值溯源研究，以及與主要原料水、高粱、小麥等相應同位素的相關性研究。
（二）分別進行：①多同位素比值分析+礦物元素含量分析；②多同位素比值分析+有機化學組成及特征風味組成及含量指紋圖譜分析；礦物元素含量分析+有機化學組成及特征風味組成及含量指紋圖譜分析；兩兩溯源技術體系研究。
（三）多同位素比值分析+礦物元素含量+機化學組成及特征風味組成及含量指紋圖譜分析的三元溯源技術體系研究。
三、研究的經(jīng)濟與社會價值
白酒是貴州省的主要經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，以茅臺酒為代表的醬香型白酒是目前國內(nèi)銷售增長最快的白酒，也是假制仿冒最多的白酒，嚴重擾亂了市場次序，對消費者的健康和消費心理也產(chǎn)生了嚴重影響，進而影響相關企業(yè)的生產(chǎn)和品牌建設，制約其進一步發(fā)展。本研究項目利用氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜（GC- TOF-MS）及連續(xù)流穩(wěn)定同位素質(zhì)譜（Isoprime GC‐IRMS）等進行醬香型白酒系列產(chǎn)品的風味物質(zhì)特征及特征生物標識物的C、H、N、S及Sr等同位素，并結(jié)合酒中常微量元素以及生產(chǎn)中主要原料的相關成分進行溯源研究，對醬香型白酒的主體風味物質(zhì)特征及可追溯性擬定關鍵組分、規(guī)范或標準指標，以更有利于其產(chǎn)品質(zhì)量提升與控制以致產(chǎn)量提高，對其質(zhì)量安全體系建設、打假、品牌建設以及以茅臺為代表的我省醬香型白酒的風味特征組分的確定做出貢獻，項目很有必要。項目完成后取得的成果可在我省白酒行業(yè)的相關企業(yè)推廣實施，有利于我省白酒行業(yè)相關產(chǎn)品整體質(zhì)量控制水平提升、安全性提高及產(chǎn)能擴大，打假及品牌建設。
四、四化發(fā)展，抱團提升科技水平
中國醬香白酒科技發(fā)展歷史，經(jīng)過了醬酒科技發(fā)展的“黃金十年”，正在向著“白金十年”挺進，我們白酒技術人一直在尊重傳統(tǒng)工藝的前提下，堅持科技創(chuàng)新，為醬香型白酒朝著“標準化，自動化，數(shù)字化，科技化”四化方向發(fā)展而努力。現(xiàn)在提出的標準化、自動化、數(shù)字化都是立足于科技化，沒有科技化的支撐，前三化都是無根之水。然而每一次科技革命都會導致產(chǎn)業(yè)升級，隨著第六次科技革命的到來，前三化可能今后會變成“虛擬化、仿生化、納米化”等等，但是終究是立足于科技化，所以科技化是白酒行業(yè)發(fā)展的立足點與重要動力！然而白酒行業(yè)連第一次科技革命的機械化大生產(chǎn)都沒有完成，更不要說即將到來的第六次科技革命了。白酒生產(chǎn)企業(yè)將會在繼承傳統(tǒng)工藝的基礎上，堅持科技創(chuàng)新，這將是白酒行業(yè)發(fā)展的重要動力。
醬香型白酒的穩(wěn)定性同位素溯源體系研究恰好反映了醬香型白酒的研究許多是有著共性關鍵技術的，大家都面臨著相似或者共同的技術問題，比如說丟糟的綜合處理利用，比如說醬香型白酒的主體香成分研究，比如說溯源等等。我們貴州的白酒企業(yè)，很多歷史悠久，文化底蘊深厚，但是科技研發(fā)力量大多薄弱，撇開茅臺不說，其他的酒廠真正有實力進行研發(fā)的很少，而站在行業(yè)的角度上，白酒行業(yè)內(nèi)的重大共性問題是必須要諸多酒廠一起聯(lián)合來研究的。當年馬克思一句“全世界無產(chǎn)者聯(lián)合起來”的豪言讓無數(shù)勞動人民成為了歷史的創(chuàng)造者，現(xiàn)在是發(fā)出“全中國醬酒聯(lián)合起來”的時代強音時候了，破冰逆行，迎接科技白酒的春天，迎接醬香白酒的春天！
