CN102192967A

CN102192967A - 利用重元素同位素比组成的谷物产地辨别方法

Info

Publication number: CN102192967A
Application number: CN2011100248785A
Authority: CN
Inventors: 有山薰; 川崎晃; 石田悦基
Original assignee: NISSHIN MAKING POWDER CO; JAPAN GRAIN INSPECTION ASSOCIATION
Current assignee: NISSHIN MAKING POWDER CO; JAPAN GRAIN INSPECTION ASSOCIATION; Nisshin Seifun Group Inc
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-09-21
Also published as: JP5037642B2; JP2011196706A

Abstract

本发明涉及利用重元素同位素比组成的谷物产地辨别方法，其课题是通过理化分析辨别谷物产地。分析谷物所含的锶及铅各自的同位素比、即由质量数87与86构成的锶同位素的存在比、由质量数208、207、206及204构成的铅同位素的存在比，利用上述分析信息辨别谷物的产地。

Description

利用重元素同位素比组成的谷物产地辨别方法

技术领域

本发明涉及辨别稻米、小麦、大麦等谷物的产地的方法。

背景技术

在稻米、小麦、大麦等谷物中，关于通过理化分析辨别产地的方法，以稻米为对象的研究进展最快。作为其方法，有下述研究报告：(i)通过进行DNA分析确认存在于各产地稻米中的碱基序列的差异来辨别产地的方法(专利文献1)；(ii)通过定量分析稻米中的各种元素，由存在于各产地稻米中的元素组成的差异来辨别产地的方法(非专利文献1)；(iii)通过分析氢、碳、氮、氧等轻元素的同位素比，由存在于各产地稻米中的同位素比信息的差异来辨别产地的方法(专利文献2及非专利文献2)；(iv)组合上述轻元素的同位素比的分析与钙、铜、铁、锶等微量元素的定量分析，由上述信息的差异来辨别产地的方法(专利文献3)；(v)通过分析重元素锶的同位素比，由各产地稻米的同位素比的差异来辨别产地的方法(非专利文献3)等。

所述方法(i)只能在欲辨别的产地的稻米之间品种不同等碱基序列有差异的情况下进行辨别。所述方法(ii)虽然显示了可以辨别的可能性，但尚在研究阶段，还未发展到能用于检查等的技术。所述方法(iii)通过稳定同位素比质谱分析装置测定轻元素的同位素比，由各产地稻米的同位素比信息的差异来辨别产地。即使是同一产地栽培得到的稻米，也由于栽培时的气温、湿度及施肥条件不同、距离海的远近、海拔等各种因素而变化，所以为了能用于检查，必须每年收集各个产地的数据，从而需要构筑庞大的数据库。所述方法(iv)相当于在所述方法(iii)中组合所述方法(ii)而得到的方法，但尚不能解决上述各方法的问题。所述方法(v)中作为对象的重元素同位素与轻元素不同，难以区分同位素。因此，如果是相同地域栽培的谷物，则几乎不会因部位、年份、品种而变化，谷物中的重元素同位素比与土壤中的有效态的重元素同位素比一致。即，能够由栽培土壤推测谷物的同位素比，也能进行反推，这是利用元素组成或轻元素同位素比进行的辨别法中所不具有的特点。另外，在通常的农业资材中几乎不含有锶和铅，可以忽略因农业活动导致的同位素比的变化。由上述内容可知，利用重元素同位素比辨别产地是至今被人们所非常期待的技术，但基于下述原因，研究例非常有限。

利用重元素同位素比的产地辨别研究中，几乎都是利用锶的例子。原因在于，这在地球化学或考古学中已经被大量利用，产地间有可能显示不同的同位素组成，同时谷物等中含有比较大量的锶，所以容易分析。至今为止的研究报告中，虽然能利用锶同位素比来进行一部分产地间的辨别，但即使是不同的产地，有时也形成类似的锶同位素比，所以仅依赖于锶同位素比的辨别有局限性。此外，地球化学或考古学中也大量利用铅同位素比，并且产地间有可能显示不同的同位素组成，但由于谷物中的浓度极低，所以在产地辨别研究中的利用没有进展。虽然也尝试将铅同位素比用于产地辨别，但存在分析精度较小或数据量较少的问题，仅停留在提示有可能辨别的阶段。

为了精确地确定锶同位素比(质量数：87/86)，必须除去难以用质谱分析装置分离的铷。原因在于，无法用仪器测定来分离质量数87的锶与质量数87的铷。至今为止使用阳离子交换树脂进行分离，需要较多时间。并且，谷物所含的铅量明显少于钾或钙之类其他矿物质成分，所以为了精确地确定铅同位素比，必须选择性地萃取铅并浓缩，但是并没有从农作物中简便地萃取锶及铅并进行浓缩的方法。

另外，重元素同位素比的产地间差异极小，所以用于产地辨别时要求精确的分析。作为上述目的的装置，经常使用表面热电离质谱分析装置与多重检测器型电感耦合等离子体质谱分析装置。前者虽然能进行高精度的测定，但存在为了得到精确的测定值而必须高度熟练的问题。后者是昂贵且特殊的装置，所以持有的机构少，在产地辨别研究中的利用有限，还妨碍在进行实际检查等的现场的利用。人们也研究了利用较廉价的单一检测器高分辨率电感耦合等离子体质谱分析装置来辨别葡萄酒的产地(非专利文献4)，但测定精度还不足以适用于谷物的产地辨别。

总之，铅同位素比分析中有下述分析上的课题：(i)抑制由使用的器具等污染样品的技术；(ii)因在植物中的浓度比锶更低而进行分离浓缩的技术；(iii)利用多接收器型电感耦合等离子体质谱分析装置进行的联合多重高灵敏度测定技术等，必须克服上述课题。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】特开2004-141079号公报

【专利文献2】特开2006-189351号公报

【专利文献3】国际公开第2007/124068号说明书

【非专利文献】

【非专利文献1】安井明美、进藤久美子，“分析化学”，日本分析化学会，49卷6号，2000年发行，p405-410

【非专利文献2】伊永隆史、铃木弥生子、中下留美子，“化学”，化学同人，63卷11号，2008年发行，p12-16

【非专利文献3】织田久男、川崎晃，“分析”，日本分析化学会，2002年12号，2002年发行，p678-683

【非专利文献4】B.Medina，et al.，Food Additives and Contaminants，2000，Vol.17，No.6，p435-445

发明内容

本发明的课题是提供利用理化分析辨别谷物产地的方法。

本发明人为了解决上述课题，进行了潜心研究，结果发现通过除利用一直以来所研究的锶之外，还利用铅的同位素比信息，可以辨别谷物产地，从而完成了本发明。

即，本发明的主旨如下所述。

(1)一种谷物产地辨别方法，所述方法是分析谷物所含的锶及铅的各自的同位素比，使用上述同位素比的分析信息辨别谷物产地。

(2)如上述(1)所述的方法，其包括下述工序：

工序(i)酸解谷物配制主要含有无机成分的溶液；

工序(ii)由工序(i)中配制的溶液分离、浓缩锶与铅，配制含有锶的溶液及含有铅的溶液；

工序(iii)通过质谱分析装置分析工序(ii)中配制的含有锶的溶液及含有铅的溶液，确定锶同位素比及铅同位素比；及

工序(iv)比较工序(iii)中确定的试样的锶同位素比及铅同位素比与来自于欲辨别产地的谷物的锶同位素比及铅同位素比的工序。

(3)如上述(2)所述的方法，其中，在工序(i)的酸解中，使用清洁的树脂制一次性管作为分解容器。

(4)如上述(2)或(3)所述的方法，其中，工序(ii)中，使用萃取色谱用树脂来进行锶与铅的分离、浓缩，所述萃取色谱用树脂使用了冠醚萃取剂。

(5)如上述(4)所述的方法，其中，冠醚萃取剂是4，4’(5’)二[叔丁基环己并]18-冠-6。

(6)如上述(2)～(5)中任一项所述的方法，其中，工序(iii)中，使用单一检测器型电感耦合等离子体质谱分析装置作为质谱分析装置。

如果是相同产地土壤栽培得到的谷物，则锶同位素比之类的重元素同位素比几乎不因部位、年份、品种而变化，谷物中的重元素同位素比与土壤中有效态的重元素同位素比一致。即，能够由产地土壤推测谷物的同位素比，并且也能进行反推。此外，同一产地内的变化比产地间的变化小，所以利用比使用元素组成或轻元素同位素比的现有方法少的数据量就能进行可靠性高的辨别。因此，根据本发明的方法，能够高精度地辨别稻米、小麦、大麦等谷物的产地。

附图说明

图1是表示稻米的Sr同位素比的图。

图2是表示稻米的Pb同位素比的二维坐标图。

图3是表示稻米的Sr同位素比与Pb同位素比的三维坐标图。

图4是表示大麦的Sr同位素比的图。

图5是表示大麦的Pb同位素比的二维坐标图。

图6是表示大麦的Sr同位素比与Pb同位素比的三维坐标图。

图7是表示小麦的Sr同位素比的图。

图8是表示小麦的Pb同位素比的二维坐标图。

图9是表示小麦的Sr同位素比与Pb同位素比的三维坐标图。

具体实施方式

以下，详细说明本发明。

本发明中作为对象的谷物优选为稻米、大麦及小麦，分别包括含有外皮的全粒谷物及除去外皮的谷粒，只要是加工时未被污染的谷物，则也包括饭、麦片、粉等粉碎物。

作为本发明的产地辨别方法，只要是分析谷物的锶同位素比及铅同位素比并利用其信息即可辨别谷物的产地的方法，则没有特别限定，例如优选包括下述的〔酸解〕工序、〔锶与铅的萃取〕工序、〔锶与铅的同位素比测定〕工序及〔利用锶与铅的同位素比组成的产地辨别〕工序。

〔酸解〕

该工序是将谷物进行酸解后配制主要含有无机成分的溶液的工序。由于谷物所含的铅量极少，所以为了抑制使用的器具等污染样品，以清洁的树脂制一次性管，例如消解管(DigiTube)(GL Sciences)为分解容器采集试样，再添加以硝酸为主的酸，利用例如DigiPREP酸解用加热块系统(GL Sciences)加热进行酸解，使有机物挥发，配制主要含有无机成分的溶液。此时，由于重元素难以进行同位素分类，所以无需完全分解试样所含的硅酸成分等。

〔锶与铅的萃取〕

该工序是由〔酸解〕工序中配制的溶液分离锶与铅并进行浓缩的工序。为了以高精度测定谷物的锶同位素比(质量数86与87的锶同位素的存在比)，必须分离谷物所含的Rb87。另外，通过酸解配制的溶液中含有高浓度的钾或钙等各种矿物质，同时只含有极少的铅，所以在该状态下无法精确地测定铅同位素比。为此，使用选择性地捕获锶与铅的树脂，进行精制、浓缩，配制含有高浓度的锶或铅的溶液。作为所述树脂，例如可以举出使用冠醚萃取剂的萃取色谱用树脂。作为所述冠醚萃取剂，例如可以举出专利第2620447号公报中记载的4，4’(5’)二[叔丁基环己并]18-冠-6(简称：二叔丁基环己并-18-冠-6)等。上述萃取剂通常用1-辛醇、1-庚醇、1-癸醇、异癸醇等长链醇稀释后分散于惰性树脂基材上。由此得到的物质能用作萃取色谱用树脂。作为上述萃取色谱用树脂，例如Sr树脂、Pb树脂，由Eichrom Technologies公司销售，可以使用上述市售品。例如用Sr树脂柱萃取的锶容易用稀硝酸或水洗脱。

通过利用上述树脂，可以简便、迅速(半日以内)地分离、浓缩锶与铅。〔锶与铅的同位素比测定〕

该工序是利用质谱分析装置(优选单一检测器型电感耦合等离子体质谱分析装置)确定锶与铅的同位素比的工序。由于产地间的同位素比的差异极少，所以必须以高精度确定同位素比，但利用同位素比分析用的质谱分析装置的方法停留在研究阶段，利用于实际检查等有局限性。为此，通过使用单一检测器型电感耦合等离子体质谱分析装置在最佳条件下测定，可以以相对标准偏差为0.1％左右或高于该程度的测定精度确定锶同位素比(质量数86与87的锶同位素的存在比)与铅同位素比(质量数204、206、207及208的铅同位素的存在比)。

〔利用锶与铅的同位素比组成辨别产地〕

根据上述工序，确定来自欲辨别产地内的各地域的谷物的锶与铅的同位素比，制作成数据库，与试样的同位素比组成进行比较，由此可以辨别产地。为了成为可靠性高的产地辨别法，必须不偏离对象产地且尽可能以产地为代表收集大量试样，得到数据。需要说明的是，锶同位素比利用质量数87与86的同位素成分的计数比。铅的稳定同位素存在4种(质量数：204、206、207、208)，利用由这四种同位素的计数得到的6种同位素比(质量数：208/207、208/206、208/204、206/207、207/204、206/204)。对来自各产地的谷物构筑数据库。

与预先构筑的锶同位素比和6种铅同位素比的数据库进行比较，确认接近于何产地的同位素组成，由此辨别产地。

本发明的方法可以根据目的，与氢、碳、氮、硫等轻元素的同位素比、1种或2种以上元素(例如选自Ba、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Mo、Ni、P、Rb、Sr及Zn的1种或2种以上元素)的浓度等其他要素一起判断，也可以根据产地土壤或谷物种类，如S.Rummel，et al，Food Chemistry，2010，Vol.118，p890-900所记载的那样，合并多个要素，由此可以提高辨别精度。需要说明的是，上述轻元素的同位素比可以根据该文献记载的方法进行测定，元素的浓度可以根据非专利文献1记载的方法进行测定。如上所述增加其它要素时，考虑到有利于辨别目标产地的观点、能得到精确的分析值的观点、分析的容易性、所要求的辨别精度等，从而确定其种类和数量。

【实施例】

以下记载实施例，但本发明并不限定于实施例的范围。

(实施例1)

〔试样〕

试样是粒状未加工的样品，详细情况如下所示。

【表1】

稻米试样的产地和种类

【表2】

大麦试样的产地和种类

【表3】

小麦试样的产地和种类

〔酸解〕

在4根消解管中分别称取约2.5g稻米，在2根消解管中各称取2.5g大麦及小麦。在各管中添加10mL 69％硝酸，利用DigiPREP酸解用加热块系统加热进行酸解。在此过程中添加2mL 30％过氧化氢促进分解，稍微错开盖子使酸从缝隙挥发。焦黑的情况下，添加少量69％硝酸与30％过氧化氢，继续分解直至焦物消失，使酸挥发。在稻米的残渣中加入1.5mL 69％硝酸，在大麦与小麦的残渣中加入3mL 69％硝酸，加热溶解，用超纯水将4管稻米的分解液、2管大麦及小麦的分解液洗入容量为15mL的离心管中，定容至约12mL的刻度，配制成约8M硝酸水溶液。

〔Sr与Pb的萃取〕

将装有分解液的离心管在3,000rpm下离心10分钟。不采集未分解的浮游物或沉淀物，仅将溶液部分上样至装有0.3mL Sr树脂的柱中。用8M硝酸清洗2次，每次1mL，用0.05M硝酸清洗2次，每次1mL，由此洗脱Sr。然后，用6M盐酸清洗3次，每次0.5mL，由此洗脱Pb。

通过该操作，可以在3小时左右的较短时间内简便地选择性萃取、浓缩Sr与Pb。

〔用于测定同位素比的Sr与Pb的定量〕

为了在同位素比测定中得到精确的值，必须使标准液与试样溶液的浓度一致。因此，通过电感耦合等离子体质谱分析装置定量Sr与Pb萃取液的浓度，分别配制浓度一致的Sr与Pb的标准液、Sr与Pb试样溶液。

〔Sr与Pb的同位素比测定〕

利用单一检测器高分辨率型电感耦合等离子体质谱分析装置确定Sr与Pb的同位素比。测定条件如下所示。

<Sr同位素比测定的条件>

同位素(Isotope)：Kr83、Rb85、Sr86、Sr87、Sr88

分辨率：低

质量窗(Mass Window)：5

稳定时间(Settling Time)：0.001

取样时间(Sample Time)：0.0010

样品单峰(Sample Per Peak)：200

检查窗(Search Window)：0

积分窗(Integration Window)：5

扫描类型(Scan Type)：电子扫描(EScan)

检测方式(Detection Mode)：二者(Both)

积分类型(Integration Type)：模拟(Analog)

运行(Run)：3

通过(Pass)：500

测定时间(Measurement Time)：1分23秒

校正方程(Correction Equation)：Sr86-1.5043^*Kr83

Sr87-0.3857^*Rb85

<Pb同位素比测定的条件>

同位素：Hg202、Pb204、Pb206、Pb207、Pb208

分辨率：低

质量窗：5

稳定时间：0.001

取样时间：0.0010

样品单峰：180

检查窗：0

积分窗：5

扫描类型：电子扫描

检测方式：二者

积分类型：计数(Counting)

运行：3

通过：1000

测定时间：2分31秒

校正方程：Pb204-0.2299^*Hg202

如下进行测定：将标准液(定量值已被确认的液体)测定2次以上得到稳定的计数与同位素比后，测定试样，最后测定标准液。需要说明的是，以相对试样10个点进行1次以上测试的比例来测定标准液。试样的同位素比使用前后标准液的同位素比进行校正来求出。校正式为(试样的同位素比测定值)×(标准液的同位素比的确认值)/(标准液的同位素比测定值)。Sr88的计数与Sr87/Sr86的确认没有直接关系，但为了通过计测保持一定值的Sr88/Sr86来确认在同位素比测定中没有产生问题，从而对其进行计测。

〔Sr与Pb的同位素比数据〕

锶同位素比仅为Sr87/Sr86，但铅的稳定同位素存在4种，它们的同位素比为质量数：208/207、208/206、208/204、206/207、207/204、206/204的6种组合。因此，铅同位素比的二维坐标图存在15种。稻米、大麦、小麦、各试样的Sr与Pb的上述同位素比数据的一部分示于图1～9。

〔利用锶与铅的同位素比信息辨别产地〕

测定欲辨别试样的锶与铅的同位素比，与图1～9的数据库比较来辨别产地。稻米的产地国辨别：

通过组合锶与铅的同位素比来辨别产地国。为了提高辨别的精度，进一步组合Na、Rb、Sr、Ba、Al、Fe、Co、Ni及Cu 9种元素的浓度(表4)。

大麦的产地国辨别：

通过组合锶与铅的同位素比来辨别产地国。为了提高辨别的精度，进一步组合元素的浓度等其他信息。

小麦的产地国辨别：

通过组合锶与铅的同位素比来辨别产地国。为了提高辨别的精度，进一步组合Rb、Sr、Mo、Ba及Cu 5种元素的浓度(表5)来辨别产地国。

〔稻米中的9种元素的定量〕

在酸解溶液中添加钇作为内标，稀释20倍，定量Na、Rb、Sr、Ba、Al、Fe、Co、Ni及Cu 9种元素。

〔稻米中的9种元素的浓度数据〕

稻米中的9种元素的浓度数据示于表4。

【表4】

稻米中的9种元素的定量分析结果(μg/g)

〔小麦中的5种元素的定量〕

在酸解溶液中添加钇作为内标，稀释40倍，定量Rb、Sr、Mo、Ba及Cu 5种元素。

〔小麦中的5种元素的浓度数据〕

小麦中的5种元素的浓度数据示于表5。

【表5】

小麦中的5种元素的定量分析结果(μg/g)

〔国内产地的辨别〕

虽然仅用重元素同位素比组成的分析结果难以确定作为产地的都道府县，但例如调查某试样是否是秋田县产时，如果分析值没有落入秋田县的数据库区域，就可以判断为非秋田县产。另外，例如如果是北海道产或岐阜县产等同位素比组成明显不同的产地之间，或者组合元素组成等其他指标，则也能进行国内产地间的辨别。

产业上的可利用性

根据本发明，通过物理化分析这一客观方法，可以高可靠性地辨别谷物产地。

Claims

1.一种谷物产地辨别方法，所述方法是分析谷物所含的锶及铅各自的同位素比，使用所述同位素比的分析信息辨别谷物产地。

2.如权利要求1所述的方法，其包括下述工序：

工序(i)酸解谷物配制主要含有无机成分的溶液；

工序(iv)比较工序(iii)中确定的试样的锶同位素比及铅同位素比与来自于欲辨别产地的谷物的锶同位素比及铅同位素比。

3.如权利要求2所述的方法，其中，工序(i)的酸解中，使用清洁的树脂制一次性管作为分解容器。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，工序(ii)中，使用萃取色谱用树脂来进行锶与铅的分离、浓缩，所述萃取色谱用树脂使用了冠醚萃取剂。

5.如权利要求4所述的方法，其中，冠醚萃取剂是4，4’(5’)二[叔丁基环己并]18-冠-6。

6.如权利要求2～5中任一项所述的方法，其中，工序(iii)中，使用单一检测器型电感耦合等离子体质谱分析装置作为质谱分析装置。