Research Progress of Stable Isotope Technology in Traceability of Poultry and Its Products
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摘要: 本文基于国内外禽类及其制品溯源的研究成果，针对市场上出现的禽类及其制品的产地和饲养方式造假（如普通鸡蛋冒充地理标志鸡蛋、自由散养鸡蛋、有机鸡蛋等）、禽类饲料成分掺假（如非法添加动物副产品、色素等）等问题，梳理了稳定同位素技术在禽类及其制品可追溯性的应用进展，在此基础上提出禽类及其制品溯源的现存问题和发展方向，以期为稳定同位素技术在禽类及其制品质量安全领域的深入研究及食品溯源体系完善提供参考。Abstract: Based on the research results of the traceability of poultry and its products at home and abroad, this paper aims at the problems in the market such as faking origin and feeding methods of poultry and its products (such as ordinary eggs posing as geographical indication eggs, free-range eggs, organic eggs, etc.), adulteration of poultry feed ingredients (such as illegal addition of animal by-products, pigments, etc.), reviews the application and progress of stable isotope technology in poultry and its products traceability, puts forward the existing problems and development direction of the traceability of poultry and its products, in order to provide the reference for the continuous deepening of stable isotope technology in poultry and its products research and the continuous improvement of food traceability systems.
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Keywords:
- poultry and its products /
- stable isotope technology /
- traceability
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我国是家禽生产和消费大国，禽肉、禽蛋已成为人们日常生活中不可或缺的重要动物源性食品，其质量安全关系到国计民生、社会稳定和产业发展[1]。2019年，我国禽肉和禽蛋相比于2000年分别增长了近45%和60%，禽肉已经成为仅次于猪肉的第二大肉类产品[2]。禽肉、禽蛋产品是我国农产品出口重要组成部分之一，在我国整体的对外贸易出口中也一直处于相对重要的位置[3]。然而，禽类及其制品屡屡出现质量问题或产地、饲养方式等真实性问题，禽类饲料掺假事件也数见不鲜，其行为严重损害了消费者利益，更会引发食品安全问题[4]。欧盟要求从2005年1月1日起在欧盟内销售的所有食品都可以进行追踪与溯源，否则不允许进行买卖与交易[5]；我国出台的《中华人民共和国食品安全法实施条例》的颁布实施，推进了食用农产品追溯体系的建设。对市场上销售的不符合质量安全标准的农产品将追根溯源，来保障农产品的质量和消费者的权益[6]。
目前常用的食品溯源技术有近红外光谱技术[7]、射频识别技术[8]、稳定同位素技术[9]、多元素分析技术[10]等。稳定同位素技术具有指示性、示踪性等多项溯源功能，以及测试前处理简单、样品用量少、精密度高、使用安全等特性，可基于食品本体属性数据与生产环节的自然信息关联分析，结合化学计量学[11]，可获取未知背景下产品的产地、饲料等信息[12-13]，是一类有效、准确的溯源方法。国内外利用稳定同位素技术大多集中对蜂蜜[14]、葡萄酒[15]、谷物[16]等植物性产品的产地真实性和掺假溯源研究。对于动物性产品同位素的分析研究，国内国外在牛[17]、羊[18]、乳制品[19]等产地溯源方面研究较多。而禽类及其制品组织中的同位素组成既受它们所食用的饲料中同位素组成的影响，也受代谢过程中同位素分馏的影响，由于禽类经常食用不同地区来源的饲料，或者一生中在不同地方饲养，致使对其溯源比较复杂[20]。稳定同位素技术在禽类及其制品的溯源应用处于刚刚起步阶段。
本文对稳定同位素技术在禽类及其制品来源、饲养方式、饲料成分溯源方面的国内外研究进行了系统评述，旨在推动我国禽类及其制品安全追溯制度的建立与完善，保障消费者的权益，为禽类及其制品溯源领域的研究提供理论依据。
1. 稳定同位素溯源技术的基本原理及特点
同位素指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素，根据有无放射性分为放射性同位素和稳定性同位素[21]，稳定同位素又分为C、H、O、N等轻同位素和Pb、Sr等重同位素。稳定性同位素在生物体内富集程度不同，造成这种富集程度差异的原因是生物体受到自然环境、代谢类型、农业生产活动等因素的影响并与外界进行物质交换，使得生物体内携带有环境因子的信息，组成了其特有的自然属性及特定的指纹分析图谱[22]。这种效应称为同位素的自然分馏效应，同位素的自然分馏效应是稳定同位素溯源基本原理和依据[23]。采用同位素技术所检测的样品中目标元素的稳定同位素存在自然丰度（以原子百分计的同位素的相对含量）差异[24]，得到目标元素的同位素组成变化，可以区分不同种类的产品及其可能来源地。近年来，稳定同位素技术应用于禽类及其制品的真实性鉴别和溯源方面，在检测中具有高灵敏、精准、整合、示踪和指示等独特的优势[25]，可为其提供科学独立、不可改变、权威的身份鉴定信息。具体的测定中，使用国际公用的参照标准物的相对量来表示同位素的富集程度，稳定同位素比计算公式[26]：
δX(‰)=(R样品/R标准−1)×1000 (1) 式（1）中，X为13C/12C、15N/14N、2H/1H、18O/16O。R样品和R标准分别为样品和标准物中的重轻同位素的丰度比。
禽制品中的同位素图谱属于自然标签，仅与新陈代谢和外界环境密切相关，不会随外源添加剂的改变而改变，特定生态系统的“同位素指纹”也不会随着时间的推移而改变。现常用稳定同位素有碳（δ13C）、氢（δ2H）、氧（δ18O）、氮（δ15N）、硫（δ34S）等。确定同位素值最常用三种稳定同位素技术：SIRA[27-28]、SNIF-NMR[29-30]、IDMS[31-32]，根据所测不同轻重元素又可分为不同仪器，它们的主要测定元素及特点见下表1。
表 1 各种稳定同位素技术的主要测定元素及特点Table 1. The main determination elements and characteristics of various stable isotope techniques方法 仪器 主要测定元素 特点 SIRA 元素分析同位素比质谱仪（EA-IRMS） C、H、O、N、S 1. 应用广泛，普遍适用各种食品
2. 样品用量少、仪器高灵敏度、检出限低、精准测定同位素含量
3. 不具放射性，相对安全水平衡同位素比质谱仪（EQ-IRMS） 气相色谱-燃烧-同位素比质谱仪（G-C-IRMS） 高效液相色谱-同位素比质谱仪（HPLC-IRMS） 热电离质谱仪（TIMS） Sr、Pb 多接收等离子体质谱仪（MC-ICP-MS） SNIF-NMR 核磁共振波谱仪 2H/1H、13C/12C 1. 应用发生发酵分解的食品葡萄酒和醋
2. 高灵敏、准确得知同位素在分子中的具体位置，
不同来源元素是否被混合IDMS 同位素稀释有机质（ID-OMS） C、N 1. 应用乳制品和肉类兽药残留
2. 简便快捷、灵敏度高、方法准确、测量的动态范围宽同位素稀释发光电质谱（ID-GDMS） 同位素稀释热电离质谱（ID-TIMS） 同位素稀释电感耦合等离子体质（ID-ICP-MS） 注：SIRA（多元素稳定同位素分析）、SNIF-NMR（点特异性天然同位素分馏核磁共振技术分析）、IDMS（稳定同位素稀释质谱分析） 2. 稳定同位素技术在禽类及其制品的溯源应用
2.1 禽类及其制品产地溯源
在禽类及其制品中，经农业部认证的地理标志产品有140余种，如大武口小公鸡、阳山鸡、梁平肉鸭、兴国灰鹅、长顺绿壳鸡蛋、淇河缠丝鸭蛋等。地理标志产品是具有地理标志（Protected Geographical Indication，PGI）标签和原产地名称（Protected Designations of Origin，PDO）的优质产品，与普通产品相比其零售价格高，为PDO/PGI生产商带来更高的经济效益。欧盟第1151/2012号条例指出加强对PDO/PGI产品的保护，使这些产品免受商业欺诈，需对禽类及其制品的产地进行溯源。
近年来，稳定同位素技术在确证禽类及其制品的产地溯源方面提供了有用的信息，现较多集中在鸡肉、鸡蛋的产地鉴别，常应用稳定同位素H、O、N、C、S等。动物源性食品中，2H/1H和18O/16O比值特征来自动物饮用水和食物中的水，可溯源地域信息；15N/14N比值变化与营养级、海洋和陆地植物、农业生产情况密切相关，13C/12C比值变化与饲料中C3、C4植物比例有关[33]，利用同位素N、C追溯原材料产地的食品信息；34S/32S比值由细菌决定。硫氧化细菌可将海水中的还原态硫化物氧化生成硫酸盐，其δ36S值约为23‰。海洋中的硫酸盐以气溶胶形式沉积在海洋的作物上，这些作物又被用于家禽饲料，通过测定S同位素可追溯原材料水域的食品信息[34]；87Sr/86Sr来源于岩石中能被生物体利用的含Sr矿化物，不同地区岩石中的Rb放射衰变产生不同含量的87Sr，可追随潜在的地质学信息、地域信息、当地区域饲养的动物信息，弥补气候相似条件下轻同位素区分产地效果不佳的问题[35]。一般情况，H、O与当地水源有直接关系，也随饮用水进入禽类体内，通过代谢进入禽制品中，故H、O与禽类及其制品的地理来源有良好相关性。动物产品中C、N同位素组成与生产系统有关和地理来源无关，与H、O等同位素结合可作为地理来源的间接指标[33]。
禽类及其制品中的同位素受禽类品种和所食食物的影响。表2列举了稳定同位素技术在禽类及其制品产地溯源中的应用。王耀球等[36]采用质构分析仪和稳定同位素质谱分析了清远地区阳山鸡、周心鸡、三黄鸡和麻鸡的不同组织的质构特性和C、N同位素的差异，表明同一地区的不同鸡品种，其质构指标、δ15N、δ13C会有一定差异。阳山鸡相比于其他三种鸡，3个部位的δ13C值含量低，δ15N含量高。δ15N值含量高的样品证明其蛋白含量高，口感好，在小产区溯源具有一定的可行性。同位素技术溯源鸡的地理来源均来自平原地区的鸡，而对高原地区鸡的地理来源研究相对较少。Zhaxi等[37]测定了西藏的藏鸡和平原地区的普通鸡的同位素值。普通鸡中的δ13C值范围为−17.5‰～−15.3‰，表明饲料中主要成分为C4植物，如玉米。藏鸡中的δ13C值偏负（−19.74‰±2.66‰），因藏鸡是原始饲养方式的家禽品种，以西藏牧场的C3植物为饲料主要来源。藏鸡中的δ13C低于以C4植物为食的普通鸡。Mackenzie等[38]对大蓝鹭、大白鹭、白鹭等9种不同鸟的蛋壳中C、N同位素进行分析，表明在同一觅食区进行摄食，不同鸟类之间同位素存在一定差异但差异不大，同一鸟类之间同位素几乎无差别；在不同觅食区进行摄食，同一鸟类之间同位素存在差异。摄入食物中δ15N、δ13C组成决定蛋壳中最终同位素的组成。饲料对家禽组织中同位素的影响大于品种对其的影响。
表 2 稳定同位素技术在禽类及其制品产地溯源中的应用Table 2. Application of stable isotope technique in the origin traceability of poultry and its products样品种类 研究对象 测定元素 仪器 数据处理 产地 文献来源 清远阳山鸡、周心鸡、
三黄鸡、麻鸡鸡胸肉、鸡翅和鸡腿 δ13C、δ15N EA-IRMS ANOVA 广东清远 2018
王耀球等[36]藏鸡、普通鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、δ18O、δ2H EA-IRMS ANOVA、PCA、
PLS-DA、HCA、DA西藏、山西、江西、
福建、吉林2021
Zhaxi等[37]不同种类鸟 蛋壳 δ13C、δ15N、
δ18OCF-IRMS
EA-IRMSMann-Whitney U test 美国 2015
Mackenzie等[38]鸡 鸡胸肉、鸡饲料、
鸡饮用水δ13C、δ15N、δ18O、δ2H EA-IRMS ANOVA、Duncan’s Multiple Momparison、LDA 中国 2007
王慧文[40]鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、δ18O、δ2H、δ34S EA-IRMS MANOVA、Duncan’s Multiple Momparison、PCA、 湖南、山东、
广东、北京2008
孙丰梅等[41]鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、Na、Mg、K、Ca EA-IRMS PCA、DA 黑龙江、山西、
江西、福建2016
Zhao等[42]鸡 鸡胸肉 δ18O、87Sr/86Sr MC-ICP-MS、IRMS ANOVA 巴西、法国、德国、
匈牙利、瑞士2008
Bettina等[43]鸡、火鸡 鸡肉 δ13C、δ15N、δ18O、δ2H、δ34S、87Sr/86Sr、Mg、Ti、Mo EA-IRMS、TIMS、ICP-MS CV、CA 欧洲、中国、巴西等 2016
Rees等[44]鸡 蛋黄、蛋清、
肝脏、鸡胸肉76Se IDMS、GC-MS MANOVA 英国 1983
Swanson等[45]鸡 颈部、胸部、背部、
翅膀、腿δ13C IRMS 日本、美国、中国 2002
Noriko等[46]鸡 胸肌、龙骨、
胫骨等不同组织δ13C EA-IRMS 时间指数函数 美国 2008
Pelícia[47]不同生产系统的鸡蛋 蛋清、蛋黄、
蛋壳壳、蛋膜δ13C、δ15N、
δ18O、δ34SIRMS ANOVA 英国 2013
Rock等[48]鸡 鸡蛋、胸肌、
大腿、肝脏、血δ13C、δ15N IRMS GLMs、MANOVA、ANOVA 巴西 2019
Denadai等[49]欧洲椋鸟 蛋黄、蛋清、蛋壳、
体羽、尾羽δ13C、δ15N IRMS GLMs 德国 2016
Yohannes等[51]大西洋海鹦 羽毛 δ15N IRMS 回归模型 加拿大 2013
Kouwenberg等[52]圈养大天鹅、绿头雁、
藤壶鹅、粉脚鹅血液、羽毛、
爪子、蛋组织δ13C、δ15N EA-IRMS LDA 欧洲 2012
Hahn等[53]海鸭 蛋黄、蛋清、
蛋壳、蛋壳膜δ13C、δ15N CF-IRMS CA、ANOVA 阿拉斯加 2012
Federer等[54]特日岛犀牛海雀、
日本鸬鹚、黑背鸥、
瑞日岛黑尾鸥蛋黄 δ13C、δ15N EA-IRMS
同位素混合模型、ANOVA日本 2012
Ito等[55]食物的同位素差异可通过食物链传递给动物，并在动物代谢中进一步分馏，使动物产品中的同位素组成有所不同[39]。若某个地区的饮食独特，当地饮用水同位素特征不同于别地，将有助于动物产品与其地理来源联系起来。王慧文[40]分析了饲料中同位素与鸡肉组织同位素之间关系，鸡肉粗蛋白的δ13C与饲料的δ13C呈极显著性差异（P<0.01），鸡肉粗蛋白的δ2H与饲料的δ 18O也呈极显著性（P<0.01）差异。根据鸡肉粗蛋白的δ 13C可来推测鸡饲料的主要成分，鸡肉粗蛋白的δ2H来计算饮用水中δ18O，可以追溯鸡肉的地理起源。北方的肉鸡主要以玉米-豆粕型饲料为主，南方的肉鸡则以小麦麸皮、稻米的副产品为主。湖南长沙鸡肉中的δ13C值为−25.6‰，相比于北京、山东、广东地区鸡肉中δ13C值（−17.5‰～−15‰）更偏负[41]。Zhao等[42]测定来自黑龙江、山西、江西、福建的鸡胸肉δ15N、δ13C值和12种元素值。四个产地鸡胸肉中的δ13C范围为−17.5‰～−15.7‰，表明饲料主要成分为玉米和C4植物，而江西鸡胸肉中的δ13C值低于其他三个地方，这可能的原因是江西省是我国最大水稻生产之一，饲料中水稻含量高。所有鸡胸肉中的δ15N值在1.8‰～4.2‰之间，江西鸡胸肉中δ15N值也低于其他三个省份，一方面原因可能是用作饲料的植物被施以化肥生长，导致植物中的δ15N偏低，另一方面是含有豌豆和大豆饲料可直接利用大气氮，导致δ15N值偏低。采用主成分分析（PCA）、判别分析（DA）得出四个产地鸡肉样品分类鉴别准确率100%。Bettina等[43]对巴西、法国、德国、匈牙利、瑞士的鸡胸肉δ18O和87Sr/86Sr进行测定，结论为δ18O区分了不同国家的家禽，87Sr/86Sr来追溯家禽的来源没有表现出明显的地理上不同，解释为在笼里育肥的商业化家禽与外界环境接触的相对较少，家禽使用的饲料种类大多在全球交易，导致Sr同位素差异不大。Rees等[44]测定巴西、法国、德国等17个国家的鸡和火鸡的δ13C、δ15N、δ2H、δ18O、δ36S、87Sr/86Sr和53种元素，交叉验证判别分析结果88.3%的家禽地理来源被正确分类，对中国、巴西、欧洲、智利、泰国、阿根廷的产地鉴别准确率分别为100%、94.1%、92%、82.6%、70.3%、50%。根据鸡组织中C同位素值变化范围来判断饲料中含玉米或大米，可将欧洲和主要以玉米为食的南美洲、泰国和中国等地饲养的家禽进行区分。
禽类摄入食物之后，在新陈代谢作用下发生分馏，不同组织中的同位素存在差异。Swanson等[45]将76Se添加至鸡的饲料中，经一段时间喂养，测得鸡不同组织中76Se的富集程度不同。在蛋黄、肝脏、蛋清、鸡胸肉的富集程度依次降低。日本家禽中，鸡的颈部、胸部、背部、翅膀和腿的δ13C值分别为−15.8‰、−15.0‰、−15.8‰、−15.2‰、−15.3‰，之间差异很小。来自中国、日本和美国的鸡翅中的δ13C值分别为−18.5‰、−17.2‰、−16.6‰，差异明显不同[46]。Pelícia等[47]在肉鸡不同生长阶段，喂养C3或C4类型植物组成的饲料，根据肉鸡组织中的δ13C来评估不同生长阶段肉鸡组织的碳周转率。胸肌的碳半衰期为1.78～8.20 d，龙骨的碳半衰期为1.91～12.24 d，胫骨的碳半衰期为2.32～10.71 d，腿部肌肉的碳半衰期为1.87～9.43 d，肠粘膜的碳半衰期为0.8～1.58 d，血浆的碳半衰期为0.64～1.71 d，血液的碳半衰期为2.61～11.07 d，羽毛生长期为1.84～28.41 d。幼年肉鸡组织的代谢速度较快，随着肉鸡年龄的增长，代谢速度减慢。因此，这些组织可用于追溯肉鸡生命各个阶段饲料和地理起源。
稳定同位素技术在禽类及其制品产地溯源的研究，还需进一步了解样品收集，样品制备方法对测定同位素组成的影响。Rock等[48]对7个不同生产系统鸡蛋成分的C、N、O、S同位素进行测定，相隔4个月收集两组鸡蛋。研究发现，随着时间的推移，特定生产系统的“同位素指纹”保持很好的一致性。禽蛋中含有50%以上的脂质，样品中脂质含量差异会混淆对C同位素的解释，一般去除脂质或采用算术校正来解释同位素丰度偏正的原因。为规范同位素研究中的样品制备方法，得出脂质提取过程不会改变所选组织（鸡胸肉、鸡腿、肝脏）和鸡蛋的C、N同位素值，及抗凝剂的使用也不会干扰血液和血浆的C、N同位素值。脂肪提取、干燥和抗凝剂等样品制备方法对鸡组织中C、N同位素分析是可行的[49]。氯仿-甲醇比石油醚提取禽类组织中脂质效果好，可以更彻底地去除脂质[50]。
2.2 禽类以及制品饲养方式溯源
随着消费者对禽蛋风味品质需求的增加，市场上出现笼养鸡蛋冒充自由散养、有机饲养鸡蛋等，因此利用稳定同位素技术鉴别禽蛋饲养方式变得很有必要。稳定同位素技术在禽类及其制品的饲养方式溯源中的应用见表3。
表 3 稳定同位素技术在禽类及其制品的饲养方式溯源中的应用Table 3. Application of stable isotope technique in tracing the feeding pattern of poultry and its products样品种类 研究对象 测定元素 仪器 数据处理 样品来源地 文献来源 笼养鸡、自由散养鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N EA-IRMS ANOVA 巴西 2012
Coletta等[58]笼养鸡、自由散养鸡 蛋黄、蛋清、蛋壳膜 δ13C、δ15N EA-IRMS LDA 北京 2016
戴祁等[59]笼养鸡、谷仓鸡，自由散养鸡、
有机饲养鸡蛋黄、蛋清、蛋壳膜 δ13C、δ15N EA-IRMS CA、LDA、箱线图 新西兰 2009
Rogers等[63]笼养鸡、谷仓鸡，自由散养鸡、
有机饲养鸡蛋清、饲料样品 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA、LSD 荷兰、新西兰 2015
Rogers[64]有机饲养鸡，普通鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、Na、Mg、K EA-IRMS、ICP-MS ANOVA
PCA北京、吉林 2016
Lv等[65]有机饲养鸡，普通鸡 羽毛 204Pb/206Pb、Pb、Zn、Fe ICP-MS PCA、CA 云南昭通 2018
林涛等[66]自由散养鸡、有机饲养鸡 蛋黄、蛋清 As、Ba、Cd、Co、 ICP-MS 决策树、贝叶斯算法 巴西 2015
Barbosa等[67]2.2.1 笼养和自由散养
目前，稳定同位素技术可有效溯源蛋鸡的饲养方式。不同饲养方式的蛋鸡受饲料种类、生活环境等因素的影响，导致组织中各同位素指标具有差异。δ13C、δ15N的结合可有效区分笼养和自由散养鸡蛋。草本物质、水、蛋白的摄入是决定动物组织和排泄物同位素特征的主要因素，代谢过程中的物理、化学和生物分馏过程是决定同位素组成的最终因素[56]。蛋鸡组织中的δ13C与饲料中C3、C4植物比例有关。蛋鸡组织中的δ15N主要与饲料中含N同位素食物在体内的同化及新陈代谢过程中发生的分馏有关。动物在呼吸作用下N同位素发生分馏，δ15N在每个营养水平上的富集度约为3‰。空气中约含有0.4%的N2经过物理过程和微生物的活动转化为无机形式（硝酸盐、氨）和有机形式（氨基酸、蛋白质），存在于土壤中被植物所利用。植物受土壤深度、植被类型、气候、施肥措施等因素影响使体内的δ15N（−4.0‰～14.6‰）不同[57]。Coletta等[58]得出自由散养鸡蛋中δ13C、δ15N值都高于笼养鸡蛋中的δ13C、δ15N，这可能是自由散养和笼养喂养的饲料不同，鸡摄入体内后在组织中分馏不同，且这种分馏随时间而变化。自由散养鸡的生长速度比笼养鸡生长快，其周转时间比笼养的鸡要快。另一个原因是散养鸡有更大生活空间，可自由觅食如蛆虫、甲虫、蚯蚓、种子等，来获取重要的额外蛋白质。戴祁等[59]用EA-IRMS测定自由散养和笼养鸡蛋各组分（蛋清、蛋黄、蛋壳膜）的δ13C、δ15N值，结论为鸡蛋各组分的δ13C值之间呈线性相关，各组分的δ15N值之间也呈线性相关，笼养鸡蛋蛋清和自由散养鸡蛋蛋清中δ13C值的分布范围分别为−18.96‰～−15.98‰、−18.00‰～−14.97‰，散养鸡蛋的δ13C相比笼养鸡蛋在范围上更为偏正，这可能是散养鸡摄入动物脂肪较多而使其组织脂肪含量高。脂肪对13C有贫化作用，脂肪含量越高，蛋清的δ13C越偏正。但两类饲养方式的饲料主要组成玉米和豆粕，δ13C值的交叠范围大，还需结合δ15N值[60]。自由散养鸡蛋蛋清中δ15N值的分布范围（3.02‰～4.37‰）高于笼养鸡蛋的δ15N值分布范围（1.66‰～2.68‰），散养鸡能自由觅食，获取动物蛋白，使其组织中δ15N更偏正。即结合δ13C和δ15N能区分自由散养和笼养鸡蛋。
2.2.2 有机饲养与传统饲养
有机食品通常被认为是更健康、更安全、市场价格较高的食品，在中国及大多数国家中越来越受欢迎[61]。有机蛋鸡的饲养主要是基于动物的生理和行为需要及喂养有机生长的饲料[62]。δ15N是区分有机饲养鸡蛋与传统饲养鸡蛋的有效指标，并确立有机鸡蛋真实性标签。Rogers等[63]对新西兰四种不同生产系统的鸡蛋、饲料进行了δ13C和δ15N分析，相比笼养和谷仓饲养的鸡蛋，自由散养和有机饲养的鸡蛋组分δ15N值富集率高达4‰。δ15N可区分四个不同生产系统的鸡蛋，反映了鸡的营养水平与商业复合饲料、有机谷物饲料、蛋白质的摄入有关。δ13C不能进行有效区分生产系统，但指示了饲料类型。Rogers等[64]进一步得出因荷兰和新西兰家禽饲料不同，两者之间同位素相关性差。新西兰在饲料中添加鱼骨粉，自由散养和有机饲养的蛋清都比相应的荷兰蛋清具有更偏正的δ15N。制定有机鸡蛋标签真实性的标准，建议新西兰有机鸡蛋蛋清的δ15N值为6.0‰以上，荷兰的有机鸡蛋蛋清的δ15N值为4.8‰以上，低于该值的有机鸡蛋需进一步调查。Lv等[65]测定北京常规、有机农场，吉林有机农场的鸡胸肉的δ13C、δ15N值和12种矿物元素，结论为有机组（北京有机组和吉林有机组）样品的δ13C、δ15N值均高于北京常规组，经主成分分析（PCA）可明确将有机组和常规组分类。但要考虑家禽饲料中含有高比例的玉米（C4）和低比例的大豆（C3）使δ13C值偏正，再给饲料中添加的动物蛋白使δ15N值也偏正，来冒充有机饲养。林涛等[66]利用Pb同位素比值（204Pb/206Pb）和相关元素含量分析能够对有机鸡进行有效溯源识别，为有机鸡的鉴别研究提供新的方法。
2.3 禽类饲料成分溯源
欧盟理事会制定了一项法规（178/2002/EC）中规定了动物饲料的可追溯性，在生产、加工和流通过程中任何指定阶段可追溯饲料的信息。现禽类饲料存在非法添加及掺假等问题，应用稳定同位素技术对禽类饲料进行真伪溯源。稳定同位素技术在禽类饲料成分溯源中的应用见表4。
表 4 稳定同位素技术在禽类饲料成分溯源中的应用Table 4. Application of stable isotope technique in tracing the composition of poultry feed样品种类 研究对象 测定元素 仪器 数据处理 样品来源地 文献来源 鸡蛋 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N IRMS MANOVA 巴西 2009
Denadai等[68]鸡蛋 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA 巴西 2011
Denadai等[69]鹌鹑 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N EA-IRMS GLM、MANOVA 巴西 2013
Mori等[70]家禽 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N IRMS MANOVA 巴西 2015
Luciene等[71]鸡 羽毛 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA 巴西 2011
Araujo等[72]鸡 鸡胸肉、鸡腿、大腿、翅膀 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA 巴西 2012
Cruz等[73]鸡 鸡胸肉 δ13C EA-IRMS 协方差分析 英国 2010
Rhodes等[75]鸡蛋 蛋黄、蛋清 13C/12C、
15N/14NEA-IRMS ANOVA、LDA 中国 2016
Sun等[78]鸡蛋 蛋黄、鸡饲料 δ13C、RCF 罗氏比色扇、EA-IRMS ANOVA 河北 2015
王慧文等[79]鸡蛋 蛋黄、鸡饲料 δ13C、δ15N、RCF 罗氏比色扇、EA-IRMS ANOVA、Duncan’s Multiple
Momparison、LDA河北 2015
孙丰梅等[80]海鸥 蛋黄、蛋清、羽毛 δ13C、δ15N、Hg IRMS、汞分析分光
光度计仪K-means、GLMM、REML 比利时 2017
Cátia等[81]注：仪器：IRMS（同位素比质谱）、EA-IRMS（元素分析-稳定同位素比质谱）、CF-IRMS（连续流同位素比质谱仪）、ICP-MS（电感耦合等离体质谱）、MC-ICP-MS（多接收等离子体质谱仪）；
数据处理：ANOVA（方差分析）、MANOVA（多元素方差分析）、PCA（主成分分析）、CA（聚类分析）、DA（判别分析）、
LDA（线性判别分析）、PLS-DA（偏最小二乘回归分析）、HCA（层次聚类分析）、Duncan’s Multiple Comparison（邓肯式多重比较）、GLMs（广义线性模型）、
CV（交叉验证）、MixSIR（贝叶斯混合模型）、Shapiro-Wilk test（夏皮罗-威尔克检验）、Mann-Whitney U test（曼-惠特尼U检验）、Mixed Linear Model（线性混合模型）、K-means（K-均值聚类分析）、GLMM（一般线性混合模型）、REML（残差最大似然法）2.3.1 动物副产品
2002年，欧洲议会和理事会第1774/2002号条例规定禁止从动物身体或身体部位获得转化蛋白质（牛肉、骨粉等）来喂养动物物种，旨在预防牛的海绵状脑炎（疯牛病）[33]。学者通过测定禽类蛋或组织的δ13C、δ15N关键有效指标，现集中对不同种类的禽类，不同饲料成分等因素对牛肉和骨粉（Bovine Meat and Bones Meal，BMBM）测定的影响。Denada等[68]对蛋鸡日粮进行八个不同处理对照饮食实验，喂养35 d随机收集鸡蛋，测定鸡蛋不同组分（蛋清、蛋黄）的δ13C、δ15N，MANOVA得出可以检出蛋不同组分的BMBM。后续Denadai等[69]还进一步得出BMBM在鸡蛋组分中最低可追踪水平为蛋清中有1.5%，蛋黄中有3.0%。改变研究禽类种类，测定日本鹌鹑蛋的δ13C、δ15N值，稳定同位素技术可从鹌鹑蛋组分中检出1%的BMBM含量[70]。禽类饲料中含有低量的麦麸、玉米面筋和酵母等成分不会干扰测定鸡蛋及其组分中BMBM的含量。以玉米、大豆、小麦麸皮粉为基础的日粮和其他添加了谷蛋白、BMBM、酵母的日粮；测定其δ13C、δ15N得出在鸡蛋及其组分中检出2.0%BMBM含量[71]。
随着稳定同位素溯源技术的发展和肉鸡日粮模式的认证，有必要了解家禽不同组织的同位素特征，后续集中在家禽饲料喂养时间、不同组织对内脏粉（Visceral Meal，VM））的检测影响研究。禽类组织同位素信号特征因饮食摄入的原因而变化缓慢，对于不含动物副产品饲料的养鸡场进行审计和认证时，可选取不需要牺牲家禽的取样策略很容易应用于家禽企业食品安全的关键控制点，如选取羽毛这样的组织。Araujo等[72]对肉鸡进行了不同日粮处理，在7、14、21、28、35、42 d的时间收集羽毛，测定羽毛的δ13C、δ15N得出家禽在喂养21 d可检测出VM。之前对禽蛋组分中动物副产品的研究较多，但禽肉中动物副产品检测的研究很少，在鸡肉中几乎不存在。鸡肉组织中N同位素比值的差异与肌肉纤维组成有很大关系，其不同的纤维成分允许适应不同的环境，并可能反映在不同的肉质。鸡肉组织中C同位素的变化部分与它们的生物化学组分（如脂类、碳水化合物和蛋白质）的组成百分比的差异有关，相对而言，脂类组分可以呈现13C的消耗。Cruz等[73]通过测定不同处理组的鸡胸肉、大腿、鸡腿、翅膀的δ13C、δ15N，均可检测出VM，并验证需将鸡喂养21 d以上可以检测出肉鸡饲料中VM。如果这项技术在家禽业的实践中得到验证，建议在家禽养殖场对禽类进行同位素分析取样，而不是在屠宰场或出口集装箱中取样。
2.3.2 C3、C4植物
家禽饲料中经常以禾本科的谷实饲料和它们加工后的副产品（玉米、高粱、大麦、燕麦、米糠类、甜菜、块根等）当做能量饲料[74]。欧洲委员会第1906/90号法规允许在零售禽肉制品上使用某些养殖方法的指标。这些指标通常被称为特殊营销术语。当涉及谷物饲料成分如“玉米饲料”该成分必须在家禽的育肥期内提供饲料配方至少含有50%（wt/wt）玉米[75]。现筛选出δ13C可有效区分饲料中含有玉米、甘蔗、小麦、大麦和燕麦等。植物组织的相对同位素组成（δ13C）主要是光合作用过程中CO2同位素分馏的函数，利用不同类型植物之间光合途径的差异，从大气CO2中获得13C稳定同位素的不同富集程度，产生的13C和12C的差异用IRMS测量[57]。植物的光合代谢有三种不同的类型：C3循环（Calvin cycle）、C4循环（HatchSlack pathway）、CAM循环（Crassulacean Acid Metabolism）。C3和C4循环的第一代谢产物分别是3-碳分子和4-碳分子。CAM植物在夜间有C4途径活性，在白天有C3途径活性[76]。大多数温带植物是C3植物（蔬菜、豆类、谷物和水果等），但许多热带植物是C4植物（玉米、甘蔗和牧草等）。不同光合途径的植物在δ13C值上表现出特定的范围。C3植物、C4植物的δ13C值范围分别是−22‰～−30‰、−10‰～−14‰[77]。玉米（C4）的δ13C相比小麦、大麦、甜菜等（C3）的δ13C值偏正。当家禽被喂养C3或C4植物时，可反映在组织上δ13C值的不同。以玉米为食的家禽组织的δ13C值在−15‰～−18.5‰，差异归于不同国家喂养家禽饲料中对玉米的使用量不同[46]。Rhodes等[75]以小麦、大豆粉（C3）为基础饲料，不含玉米组与玉米添加组进行对照实验，测定鸡胸肉的δ13C经协方差分析得出δ13C可以区分日粮中是否含有玉米。C同位素比值随日粮中玉米添加量的增加呈线性趋势，反映在鸡的脂肪和蛋白质。对该方法进行了盲法试验，对玉米喂养鸡进行了检测表明鸡肉蛋白质的δ13C含量是反映鸡日粮状况的可靠指标。
2.3.3 色素
鸡蛋的营养价值与蛋黄的颜色直接相关，不法商贩将人工色素添加到鸡的饮食中，以获得更深的黄色蛋黄颜色。学者对δ13C、δ15N指标进行筛选，得出δ13C是追溯禽制品色素的有效指标，并证明不同成分日粮喂养并不会改变δ13C对色素的有效溯源。Sun等[78]将蛋鸡随机分为日粮成分不同的4组，测定蛋黄罗氏蛋黄色扇（RCF）、δ13C、δ15N，得出蛋黄的RCF、δ13C随着玉米含量的增加呈增加趋势。人工色素组对RCF有显著影响，但无论色素的是否存在，δ13C值无显著差异，δ15N没有δ13C的变化规律。玉米组RCF与δ13C呈极强正相关，而色素组无相关性。δ13C可用于鉴别添加到鸡蛋中色素的来源。王慧文等[79]对产蛋鸡分成人工色素组和天然色素组，测定饲料δ13C与蛋黄RCF、δ13C，结论为蛋黄δ13C受日粮中玉米含量的影响，蛋鸡日粮的主要成分决定了蛋黄δ13C的组成。孙丰梅等[80]将产蛋鸡随机分为玉米含量不同组和色素添加量不同组，在试验第28 d和第56 d测定蛋黄的RCF、δ13C、δ15N，得出蛋黄的δ13C值可以追溯鸡蛋中的色素来源。不同成分日粮喂养均可得出δ13C是鉴别色素来源的有力指标。
3. 结果与展望
稳定同位素技术在禽类及其制品真实性鉴别和溯源方面是非常有用的分析工具，对禽类产地、饲养方式、饲料成分的溯源具有重大潜力。国际上在此方面已进行了一些探索性研究工作，筛选出C、H、O、N、S同位素为有效指标，初步证明该项技术是有效可行的。我国在这方面研究起步相对较晚，目前处于有效溯源指标探索阶段，还有许多问题亟待研究解决，主要表现在：气候、地形、地质等因素对食品中同位素组成的影响变化规律还不十分清楚，导致禽类产地溯源难度较大；禽类的食用混合饲料和浓缩饲料、每批饲料成分差异大，存在笼养禽类中添加大量蛋白源饲料成分混淆为自由散养禽类等问题；禽类受代谢类型、环境、季节、饲料、水等多因素影响，这些因素等对组织中同位素组成变化方面的研究较少；利用同位素溯源技术可检出非法物添加至饲料中，但具体类型无法得知；目前溯源研究集中在未加工生鲜禽肉，禽蛋制品，对于加工过程中对禽制品中同位素比值变化影响尚未了解；禽类因饮食、年龄、新陈代谢、营养压力等因素使组织中同位素发生分馏，一些机理并未得到系统性解决，如何选取代表性组织测定同位素进行研究。
为进一步加强稳定同位素在禽类及其制品溯源方面的准确性和有效性，在技术方面仍需加强以下几个方面的研究：充分挖掘同位素（C、H、O、N、Pb、S、Sr等）的潜在价值，禽类不同组织部位（羽毛、血液、肌肉等）和不同种类的禽类的同位素含量及差异，使研究更加细化与全面化；针对不同地区、不同生产系统的禽类及其制品，稳定同位素技术结合更尖端、高效的技术进行多指标多技术综合有效分析，建立起不同地区、不同生产系统相应有效指标体系；挖掘代谢类型自身因素，环境、季节等自然因素和加工过程中人为因素影响同位素在生物体内的组成及分馏效应的机理问题，结合有效成分进一步建立起更可信的判识体系；当前溯源研究不够全面、系统，目前也仅局限于在个别几个国家进行研究且样本量少，还未在全球范围内建立任何食品的同位素指纹溯源数据库或同位素指纹地图，接下来还需做大量的研究工作来建立完整数据库。随着禽类及其制品同位素指纹图谱溯源数据库的扩充，食品安全溯源体系不断完善，我国禽制品行业将迎来崭新的发展阶段。
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表 1 各种稳定同位素技术的主要测定元素及特点
Table 1 The main determination elements and characteristics of various stable isotope techniques
方法 仪器 主要测定元素 特点 SIRA 元素分析同位素比质谱仪（EA-IRMS） C、H、O、N、S 1. 应用广泛，普遍适用各种食品
2. 样品用量少、仪器高灵敏度、检出限低、精准测定同位素含量
3. 不具放射性，相对安全水平衡同位素比质谱仪（EQ-IRMS） 气相色谱-燃烧-同位素比质谱仪（G-C-IRMS） 高效液相色谱-同位素比质谱仪（HPLC-IRMS） 热电离质谱仪（TIMS） Sr、Pb 多接收等离子体质谱仪（MC-ICP-MS） SNIF-NMR 核磁共振波谱仪 2H/1H、13C/12C 1. 应用发生发酵分解的食品葡萄酒和醋
2. 高灵敏、准确得知同位素在分子中的具体位置，
不同来源元素是否被混合IDMS 同位素稀释有机质（ID-OMS） C、N 1. 应用乳制品和肉类兽药残留
2. 简便快捷、灵敏度高、方法准确、测量的动态范围宽同位素稀释发光电质谱（ID-GDMS） 同位素稀释热电离质谱（ID-TIMS） 同位素稀释电感耦合等离子体质（ID-ICP-MS） 注：SIRA（多元素稳定同位素分析）、SNIF-NMR（点特异性天然同位素分馏核磁共振技术分析）、IDMS（稳定同位素稀释质谱分析） 
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表 2 稳定同位素技术在禽类及其制品产地溯源中的应用
Table 2 Application of stable isotope technique in the origin traceability of poultry and its products
样品种类 研究对象 测定元素 仪器 数据处理 产地 文献来源 清远阳山鸡、周心鸡、
三黄鸡、麻鸡鸡胸肉、鸡翅和鸡腿 δ13C、δ15N EA-IRMS ANOVA 广东清远 2018
王耀球等[36]藏鸡、普通鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、δ18O、δ2H EA-IRMS ANOVA、PCA、
PLS-DA、HCA、DA西藏、山西、江西、
福建、吉林2021
Zhaxi等[37]不同种类鸟 蛋壳 δ13C、δ15N、
δ18OCF-IRMS
EA-IRMSMann-Whitney U test 美国 2015
Mackenzie等[38]鸡 鸡胸肉、鸡饲料、
鸡饮用水δ13C、δ15N、δ18O、δ2H EA-IRMS ANOVA、Duncan’s Multiple Momparison、LDA 中国 2007
王慧文[40]鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、δ18O、δ2H、δ34S EA-IRMS MANOVA、Duncan’s Multiple Momparison、PCA、 湖南、山东、
广东、北京2008
孙丰梅等[41]鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、Na、Mg、K、Ca EA-IRMS PCA、DA 黑龙江、山西、
江西、福建2016
Zhao等[42]鸡 鸡胸肉 δ18O、87Sr/86Sr MC-ICP-MS、IRMS ANOVA 巴西、法国、德国、
匈牙利、瑞士2008
Bettina等[43]鸡、火鸡 鸡肉 δ13C、δ15N、δ18O、δ2H、δ34S、87Sr/86Sr、Mg、Ti、Mo EA-IRMS、TIMS、ICP-MS CV、CA 欧洲、中国、巴西等 2016
Rees等[44]鸡 蛋黄、蛋清、
肝脏、鸡胸肉76Se IDMS、GC-MS MANOVA 英国 1983
Swanson等[45]鸡 颈部、胸部、背部、
翅膀、腿δ13C IRMS 日本、美国、中国 2002
Noriko等[46]鸡 胸肌、龙骨、
胫骨等不同组织δ13C EA-IRMS 时间指数函数 美国 2008
Pelícia[47]不同生产系统的鸡蛋 蛋清、蛋黄、
蛋壳壳、蛋膜δ13C、δ15N、
δ18O、δ34SIRMS ANOVA 英国 2013
Rock等[48]鸡 鸡蛋、胸肌、
大腿、肝脏、血δ13C、δ15N IRMS GLMs、MANOVA、ANOVA 巴西 2019
Denadai等[49]欧洲椋鸟 蛋黄、蛋清、蛋壳、
体羽、尾羽δ13C、δ15N IRMS GLMs 德国 2016
Yohannes等[51]大西洋海鹦 羽毛 δ15N IRMS 回归模型 加拿大 2013
Kouwenberg等[52]圈养大天鹅、绿头雁、
藤壶鹅、粉脚鹅血液、羽毛、
爪子、蛋组织δ13C、δ15N EA-IRMS LDA 欧洲 2012
Hahn等[53]海鸭 蛋黄、蛋清、
蛋壳、蛋壳膜δ13C、δ15N CF-IRMS CA、ANOVA 阿拉斯加 2012
Federer等[54]特日岛犀牛海雀、
日本鸬鹚、黑背鸥、
瑞日岛黑尾鸥蛋黄 δ13C、δ15N EA-IRMS
同位素混合模型、ANOVA日本 2012
Ito等[55]
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表 3 稳定同位素技术在禽类及其制品的饲养方式溯源中的应用
Table 3 Application of stable isotope technique in tracing the feeding pattern of poultry and its products
样品种类 研究对象 测定元素 仪器 数据处理 样品来源地 文献来源 笼养鸡、自由散养鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N EA-IRMS ANOVA 巴西 2012
Coletta等[58]笼养鸡、自由散养鸡 蛋黄、蛋清、蛋壳膜 δ13C、δ15N EA-IRMS LDA 北京 2016
戴祁等[59]笼养鸡、谷仓鸡，自由散养鸡、
有机饲养鸡蛋黄、蛋清、蛋壳膜 δ13C、δ15N EA-IRMS CA、LDA、箱线图 新西兰 2009
Rogers等[63]笼养鸡、谷仓鸡，自由散养鸡、
有机饲养鸡蛋清、饲料样品 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA、LSD 荷兰、新西兰 2015
Rogers[64]有机饲养鸡，普通鸡 鸡胸肉 δ13C、δ15N、Na、Mg、K EA-IRMS、ICP-MS ANOVA
PCA北京、吉林 2016
Lv等[65]有机饲养鸡，普通鸡 羽毛 204Pb/206Pb、Pb、Zn、Fe ICP-MS PCA、CA 云南昭通 2018
林涛等[66]自由散养鸡、有机饲养鸡 蛋黄、蛋清 As、Ba、Cd、Co、 ICP-MS 决策树、贝叶斯算法 巴西 2015
Barbosa等[67]
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表 4 稳定同位素技术在禽类饲料成分溯源中的应用
Table 4 Application of stable isotope technique in tracing the composition of poultry feed
样品种类 研究对象 测定元素 仪器 数据处理 样品来源地 文献来源 鸡蛋 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N IRMS MANOVA 巴西 2009
Denadai等[68]鸡蛋 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA 巴西 2011
Denadai等[69]鹌鹑 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N EA-IRMS GLM、MANOVA 巴西 2013
Mori等[70]家禽 蛋黄、蛋清、全蛋 δ13C、δ15N IRMS MANOVA 巴西 2015
Luciene等[71]鸡 羽毛 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA 巴西 2011
Araujo等[72]鸡 鸡胸肉、鸡腿、大腿、翅膀 δ13C、δ15N EA-IRMS MANOVA 巴西 2012
Cruz等[73]鸡 鸡胸肉 δ13C EA-IRMS 协方差分析 英国 2010
Rhodes等[75]鸡蛋 蛋黄、蛋清 13C/12C、
15N/14NEA-IRMS ANOVA、LDA 中国 2016
Sun等[78]鸡蛋 蛋黄、鸡饲料 δ13C、RCF 罗氏比色扇、EA-IRMS ANOVA 河北 2015
王慧文等[79]鸡蛋 蛋黄、鸡饲料 δ13C、δ15N、RCF 罗氏比色扇、EA-IRMS ANOVA、Duncan’s Multiple
Momparison、LDA河北 2015
孙丰梅等[80]海鸥 蛋黄、蛋清、羽毛 δ13C、δ15N、Hg IRMS、汞分析分光
光度计仪K-means、GLMM、REML 比利时 2017
Cátia等[81]注：仪器：IRMS（同位素比质谱）、EA-IRMS（元素分析-稳定同位素比质谱）、CF-IRMS（连续流同位素比质谱仪）、ICP-MS（电感耦合等离体质谱）、MC-ICP-MS（多接收等离子体质谱仪）；
数据处理：ANOVA（方差分析）、MANOVA（多元素方差分析）、PCA（主成分分析）、CA（聚类分析）、DA（判别分析）、
LDA（线性判别分析）、PLS-DA（偏最小二乘回归分析）、HCA（层次聚类分析）、Duncan’s Multiple Comparison（邓肯式多重比较）、GLMs（广义线性模型）、
CV（交叉验证）、MixSIR（贝叶斯混合模型）、Shapiro-Wilk test（夏皮罗-威尔克检验）、Mann-Whitney U test（曼-惠特尼U检验）、Mixed Linear Model（线性混合模型）、K-means（K-均值聚类分析）、GLMM（一般线性混合模型）、REML（残差最大似然法）
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