基于稳定同位素和元素指纹技术的新疆三文鱼地理产地鉴别

《Food Control》：Geographic origin discrimination of Xinjiang salmon using stable isotope and elemental fingerprinting

　　

摘要

新疆三文鱼已成为中国最重要的内陆水产品之一，市场对可靠的产地鉴定需求日益增长，以保护消费者并防止市场标签错误。本研究结合同位素分析和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）元素图谱，以区分新疆三文鱼与其他中国产区（青海和山东）以及挪威进口三文鱼。稳定同位素（δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O）和元素含量与主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和线性判别分析（LDA）等化学计量模型相结合，用于产地分类。新疆三文鱼呈现出独特的化学指纹特征，其钠（1.5 mg g^-1）、镁（0.7 mg g^-1）、铁（17.0 mg kg^-1）和锰（0.3 mg kg^-1）浓度较高，同时具有独特的同位素特征（δ¹³C = ?21.8‰，δ¹⁵N = 8.0‰，δ²H = ?121.6‰，δ¹⁸O = 13.9‰），反映了高山淡水系统、区域地球化学特征和水产养殖实践的影响。PCA在新疆与非新疆三文鱼之间提供了探索性分离，而监督式PLS-DA实现了近乎完全的分类（R²Y = 1.000，Q² = 0.997）。置换检验证实了PLS-DA模型的稳健性，并表明模型无过拟合迹象。VIP分析识别出钡（Ba）、镁（Mg）和钾（K）作为新疆产地分类的主要标志物。LDA进一步展示了强大的分类性能，训练分类准确率为94.4%，内部交叉验证准确率为87.5%。总体而言，稳定同位素与元素图谱分析结合监督式化学计量建模，为新疆三文鱼的产地鉴定提供了一种稳健可靠的方法，并为地理来源验证和水产欺诈预防提供了有力的工具。

引言

鱼类品种或地理来源的误报不仅损害消费者信任，还影响国际贸易、渔业管理和公共卫生（Fox等人，2018；Kroetz等人，2020；Lawrence等人，2022）。全球大西洋鲑（Salmo salar）产业尤其容易受到影响，因为其复杂的国际供应链中，来自挪威、中国和中亚等地区的养殖和野生鱼类可能会以误导性标签销售（Camin等人，2016；Fox等人，2018；Warner等人，2019）。因此，准确的产地验证对于维护食品安全、质量控制、公平市场行为和法规合规至关重要。

中国是全球最大的海鲜市场之一和进口国，近年来作为冷水性鲑科鱼类生产国发展迅速，特别是在新疆维吾尔自治区，以"三文鱼"名义销售的红鱼已成为重要的淡水养殖产品（FAO，2024）。新疆地区拥有源自天山山脉的融雪和冰川补给河流系统，提供了广泛而优质的淡水水资源，具备低温且相对无污染的水质条件，适合鲑科鱼类养殖。近年来，由于消费者对高质量国产淡水鱼产品需求增加，以及对食品安全和海洋环境污染的担忧日益增长，新疆三文鱼产量大幅扩展。新疆淡水养殖系统独特的水力和环境条件预计会产生独特的同位素和元素指纹特征，使该地区特别适合开展地理来源鉴定和溯源研究（FAO，2024）。

稳定同位素分析（SIA）已成为食品溯源验证和欺诈检测的有力方法（Camin等人，2016；Kelly等人，2005）。生物组织的同位素组成反映了有机体栖息地和饲料的环境及饮食特征，这些特征因气候、水文和生态条件而呈现地理差异。碳（δ¹³C）和氮（δ¹⁵N）同位素可提供有关饲料来源和营养级的信息。具体而言，δ¹³C值主要受饲料成分的光合作用途径（C₃和C₄植物）以及支撑水生食物网的初级碳源影响，而δ¹⁵N值反映营养级位置以及区域氮循环和地方农业实践，包括影响基线氮同位素组成的肥料类型和投入量（Peterson & Fry，1987；Post，2002）。相比之下，氢（δ²H）和氧（δ¹⁸O）同位素主要受当地水体同位素组成控制，后者受降水模式、温度、蒸发和其他气候因素影响。因此，碳、氮、氢和氧同位素的联合应用可提供互补信息，能有效区分来自不同产区的鱼类。

除了稳定同位素分析，使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）进行元素指纹分析已成为食品鉴定研究中的重要补充工具。鱼类组织中的元素组成受环境水质化学特性、盐度、地质输入和喂养实践强烈影响，可区分水生产区（Bontempo等人，2019；Swearer等人，2003）。诸如锶（Sr）、钡（Ba）、钠（Na）、镁（Mg）和铁（Fe）等元素已被广泛用作环境示踪剂，因为它们在鱼类组织中的积累反映了区域地球化学和水文条件（Ikem & Egilla，2008；Marengo等人，2018）。因此，稳定同位素与元素数据的整合可提供更全面的地理来源鉴定化学指纹。

以往研究已证明稳定同位素技术在各类食品（包括肉类、乳制品和海鲜）产地追溯中的成功应用（Camin等人，2016）。然而，将多种同位素系统（C、N、H、O）与元素图谱结合用于肌肉组织以表征来自不同地点的 marine 和淡水养殖环境的三文鱼的研究相对较少。

这一差距对于中国新兴内陆三文鱼产区，特别是新疆，尤其相关。新疆的淡水养殖系统与传统的海洋来源三文鱼生产环境存在显著差异（NOAA，2023；Shu等人，2025）。挪威被选为代表混合淡水-海洋来源的进口三文鱼产地，因为它是向中国出口大西洋鲑的最大国家，并具有成熟的国际市场地位（FAO，2024）。相比之下，青海代表内陆淡水养殖系统，而山东代表中国主要沿海海洋产区。这些对比生产环境提供了独特的环境和同位素基线，适合评估地理来源鉴别能力。

本研究旨在：（1）表征新疆采集三文鱼的稳定同位素（δ¹⁵N、δ¹³C、δ²H、δ¹⁸O）和元素含量（C、N、Na、Mg、K、Ca、P、S、Mn、Fe、Cu、Zn、Sr、As、Se和Ba），并与青海、山东和挪威样本进行比较；（2）评估地理同位素和元素差异与环境因素（如温度、盐度和水质成分）的关系；（3）应用多种多变量统计方法（PCA、PLS-DA和LDA）评估结合同位素和元素指纹区分新疆三文鱼与其他产地的分类潜力。

本研究不仅有助于推进同位素和元素整合方法在海鲜溯源和产地标签验证中的应用，还将提升三文鱼供应链的透明度，支持监管和商业环境中的食品欺诈预防工作。

章节摘要

采样地点与样本采集

三文鱼样本来自四个代表不同地理和环境条件的地点：新疆、青海和山东省（中国），以及挪威（图1）。这些地区涵盖内陆淡水系统、高海拔环境、沿海养殖系统以及来自混合盐度峡湾环境的北大西洋三文鱼产区，为同位素比较提供了广泛的环境梯度。

新疆三文鱼样本直接从养殖场所采集

各地稳定同位素与元素含量

三文鱼样本的同位素和元素含量总结于表1，显示存在显著地理差异（p < 0.05）。碳（%C）和氮（%N）含量在各地间变化相对较小。新疆三文鱼表现出与挪威三文鱼相当的高%C值，而%N值与青海和山东观察到的相似。山东和青海样本中略低的%C和较高的%N含量可能表明组织差异

结论

本研究证明，整合稳定同位素分析和ICP-MS元素图谱为新疆三文鱼产地鉴定提供了有效方法。同位素和元素组成的显著差异区分了新疆三文鱼与其他中国产区及挪威进口三文鱼，反映了环境条件和养殖实践的差异。在评估的化学计量模型中，PLS-DA显示出最强的鉴别能力

CRediT作者贡献声明

赵多勇：资源获取、项目管理、调查研究。鞠雁君：可视化、形式分析、概念构思。Bayan Nuralykyzy：写作-审阅与编辑、写作-原稿撰写、方法论、数据管理。Karyne M. Rogers：写作-审阅与编辑、可视化。马帅：形式分析、数据管理。李春林：写作-审阅与编辑、资源获取、调查研究、资金获取。袁宇伟：监督指导、概念构思。牛舒慧：验证、方法论，

未引用参考文献

Logan等人，2008；NOAA，2023；Post，2002；Post等人，2007。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的经济利益或可能影响本文所述工作的个人关系。

致谢

本研究得到开放基金农产品质量安全风险评估实验室（乌鲁木齐）、农业农村部（xjnkywdzc-2025002-06-kt6）以及农产品溯源学科贡献专项基金、浙江省农业科学院（2025-ZAAS）的支持。

Bayan Nuralykyzy|Yanjun Ju|Shuhui Niu|Jing Nie|Hanyi Mei|Ma Shuai|Karyne M. Rogers|Yuwei Yuan|Chunlin Li|Duoyong Zhao

农业农村部农产品质量安全风险评估实验室，乌鲁木齐 830091，中国