當(dāng)你擰開一瓶印著“100%”標(biāo)志的椰子水，暢飲那份清甜時(shí)，有沒有想過，喝進(jìn)嘴里的可能是一位“替身演員”？

新京報(bào)消費(fèi)研究院采購的四款市面上常見的宣稱100%椰子水產(chǎn)品

近日，新京報(bào)的一記“實(shí)錘”讓椰子水行業(yè)經(jīng)歷了一場信任地震：四款市面上常見的以“100%椰子水”被檢出添加了外源水和糖。

面對商家信誓旦旦的承諾和消費(fèi)者滿腹的狐疑，新京報(bào)拿出了一把極其特殊的“照妖鏡”。這把鏡子不看形狀、不看顏色，只看原子核里的那一點(diǎn)點(diǎn)重量差異。

那些陽澄湖的洗澡蟹、同仁堂的磷蝦油、摻糖漿的蜂蜜以及冒充產(chǎn)地的武夷山大紅袍，都在這面“照妖鏡”下原形畢露。

這把照妖鏡被稱作“同位素檢測”，這真是“科技”碰上了科技，李鬼碰上了李逵。

李逵還是李鬼？

一種高端且樸素的“試金石”

你可能要問：同位素，一個(gè)常出現(xiàn)在化學(xué)課本里的高冷詞匯，生活中到底有多大作用？

同位素檢測技術(shù)(同位素指紋方法)是現(xiàn)代科學(xué)研究的重要工具，通過分析物質(zhì)里不同同位素組成，科學(xué)家可以知道這個(gè)東西是從哪里來的、經(jīng)過了哪些變化，甚至能判斷它是不是純天然的。

那么，什么是元素的同位素呢？

簡單點(diǎn)說，同一種元素，就像同一個(gè)大家族里的兄弟姐妹。比如“碳”家族，所有碳原子都有6個(gè)質(zhì)子，但有的家里中子數(shù)量多、顯得“胖”一點(diǎn)，有的中子少、顯得“瘦”一點(diǎn)。這些“胖瘦”不同的家人，就是同位素。

重點(diǎn)是：不同來源的東西，它里面同位素的“胖瘦比例”是獨(dú)一無二的，就像人的指紋。

邏輯控看這里↓↓↓

元素的最小單位是原子。原子里面有一個(gè)原子核，外面圍著帶負(fù)電的電子。原子核由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成。如果兩個(gè)原子質(zhì)子數(shù)相同，但中子數(shù)不同，它們就是同一種元素的“同位素”。

我們知道自然界的所有物質(zhì)都是由化學(xué)元素組成的，目前，人類已知的化學(xué)元素有118種(其中約90種天然存在于自然界)。這些元素分別各自占據(jù)門捷列夫元素周期表中的一個(gè)位置，每種元素之間的區(qū)別在于它們的質(zhì)子數(shù)不同。

化學(xué)元素的基本粒子叫做原子，原子由致密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負(fù)電的電子組成，而原子核由帶正電的質(zhì)子和電中性的中子組成。當(dāng)某些元素具有相同的質(zhì)子數(shù)，只是中子數(shù)不同時(shí)，我們稱它們?yōu)橥辉氐耐凰�，意即在元素周期表中占�?jù)相同位置的原子。大多數(shù)天然元素都存在幾種穩(wěn)定的同位素。

根據(jù)原子核是否穩(wěn)定(是否發(fā)生衰變)，同位素又可以分為放射性同位素和穩(wěn)定同位素。正是借助穩(wěn)定同位素的穩(wěn)定性，科學(xué)家們開發(fā)了同位素指紋方法。

自然界中某一元素的各種穩(wěn)定同位素的相對含量被稱為元素豐度，即某特定同位素的原子數(shù)占該元素的總原子數(shù)的百分比。以碳(C)元素為例，碳同位素有12C、13C和14C三個(gè)同位素，12C和13C為穩(wěn)定碳同位素，其自然豐度分別是98.89%與1.11%。

同位素組成正是建立在同位素豐度概念上的。仍以C同位素為例，穩(wěn)定碳同位素組成通常由δ13C表示，即為樣品的R值與標(biāo)準(zhǔn)樣品R值的千分偏差(其中R=12C/13C，即輕同位素與重同位素的豐度比)，其計(jì)算公式為：

公式中，R標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的R值，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)一般為國際公認(rèn)的自然物質(zhì)。自然界的所有物質(zhì)都有自己的同位素組成。

如何辨真假？

自然界中，C4植物(如甘蔗、玉米)與C3植物(如椰子、水稻)因光合作用中碳固定方式不同，其糖分中的碳同位素組成也因此存在明顯差異。

椰子，屬于C3型植物，它身體里的碳同位素天生就“偏瘦”——重同位素含量低。而甘蔗、玉米這些C4型植物，剛好相反，碳同位素“偏胖”。

于是，科學(xué)家只需要做一件事：稱一稱椰子水里碳原子的“體重分布”。

如果測出來的結(jié)果，本該“偏瘦”的椰子水突然“變胖”了——那對不起，說明里面混進(jìn)了玉米或甘蔗的糖。不管商家在包裝上把“100%”印得有多大，在數(shù)據(jù)面前，都得乖乖現(xiàn)形。

邏輯控看這里↓↓↓

自然界中，C4植物(如甘蔗、玉米)與C3植物(如椰子、水稻)因光合作用中碳固定方式不同，其關(guān)鍵酶對13C的排斥程度各異，導(dǎo)致體內(nèi)穩(wěn)定碳同位素比例顯著不同，其糖分中的碳同位素組成也因此存在明顯差異。其中C3植物對13C排斥較強(qiáng)，體內(nèi)13C含量較低，而C4植物對13C排斥較弱，體內(nèi)13C含量較高。

我們可以看到兩種植物的碳同位素范圍完全不存在交集，因此通過檢測成品椰子水的碳同位素比值，可以精準(zhǔn)判斷椰子水中是否添加了外源(C4 植物來源)的糖。

但該方法也存在一定的局限性，例如甜菜糖屬于C3植物糖，若產(chǎn)品添加了甜菜糖，則無法通過該方法檢測出來。

除了檢測椰子水的真假，利用C同位素檢測技術(shù)也被應(yīng)用于蜂蜜真假的鑒定，是公認(rèn)的蜂蜜摻假檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。

因?yàn)槊鄯浯蠖鄶?shù)喜歡采集C3植物(如刺槐、油菜)的花粉，假如測定蜂蜜的δ13C超過值-23.5‰，則大概率是摻假蜂蜜。

你知道嗎？借助C同位素可以檢測椰子水和蜂蜜是否如商家所說的純天然 100%，借助其他同位素甚至可以對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)地溯源。

陽澄湖“洗澡蟹”打假，

讓產(chǎn)地造假現(xiàn)形

生活在特定環(huán)境中的生物體，不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)交換，其同位素組成就能夠在很大程度上反映所處環(huán)境的同位素特征。而不同地區(qū)由于地質(zhì)地理環(huán)境、氣候條件等自然因素不同，其土壤和水體中的基底同位素組成也存在顯著差異。

基于這一原理，我們可以借助某種特定元素的同位素組成，對特定農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)地溯源，這就是常說的“同位素指紋”方法。

每年中秋節(jié)前后，大閘蟹(學(xué)名“中華絨螯蟹”)的季節(jié)便到了，陽澄湖等湖區(qū)產(chǎn)出的大閘蟹，更是因其優(yōu)良品質(zhì)而備受人們青睞。然而，近年來，一些不法商販用其他地方拉過去的“洗澡蟹”冒充知名湖區(qū)產(chǎn)品，這就使得大閘蟹原產(chǎn)地的鑒定成為至關(guān)重要的問題。

以往人們常使用形態(tài)指標(biāo)鑒定法來確定大閘蟹原產(chǎn)地，即要從大閘蟹的體長、齒間距、步足長等外部形態(tài)指標(biāo)出發(fā)，識別大閘蟹的原產(chǎn)地。除此之外，基于生物學(xué)指數(shù)、可食部分比例、營養(yǎng)成分組成的生化指標(biāo)鑒定法、識別微量元素的元素指紋特征鑒定法等，也常被用于大閘蟹原產(chǎn)地測定。但這些方法往往存在檢測效率低下、檢測結(jié)果不夠準(zhǔn)確等問題。

陽澄湖大閘蟹 圖源：見水印

為了解決這個(gè)問題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，通過分析蟹殼中的鍶(Sr)同位素的組成，發(fā)現(xiàn)同一只大閘蟹不同部位的Sr同位素組成一致，同一產(chǎn)地的大閘蟹Sr同位素組成也是一致的，但不同產(chǎn)地的大閘蟹具有明顯不同的Sr同位素組成。

而且，大閘蟹體內(nèi)的Sr同位素組成與其產(chǎn)地水源相似，并不受飼料的影響，這也說明了螃蟹的Sr同位素組成主要受控于其長期生活的水源，從而實(shí)現(xiàn)了對大閘蟹原產(chǎn)地的精確測定。

與水源地Sr同位素組成息息相關(guān)的大閘蟹S同位素組成 圖源：見水印

近年來，我國在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源方面取得了顯著進(jìn)展。通過碳、氫、氧、硫、鍶等穩(wěn)定同位素指紋與礦物元素信息相結(jié)合的多元判別手段，不僅顯著提升了對牛羊肉、牛奶、葡萄酒、車?yán)遄拥犬a(chǎn)品來源的識別精度，也為西湖龍井茶、云南普洱茶等地理標(biāo)志產(chǎn)品的真?zhèn)舞b別與原產(chǎn)地保護(hù)提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。

隨著農(nóng)產(chǎn)品市場流通日趨復(fù)雜，仿冒與產(chǎn)地混淆的手段也層出不窮，但“魔高一尺，道高一丈”，我們正源鑒偽的技術(shù)也在不斷升級更新。展望未來，隨著同位素?cái)?shù)據(jù)庫的持續(xù)完善、分析標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一以及人工智能等先進(jìn)手段的深度融合，相信同位素指紋方法必將以更強(qiáng)的“道行”，為大家“舌尖上的美味”保駕護(hù)航。