掃描電鏡和穩(wěn)定碳同位素比質(zhì)譜法鑒別馬鈴薯淀粉中的摻假玉米淀粉

王紹清，武士奎，穆同娜，曹 紅，曹寶森

(國家食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗中心，北京 100094)

掃描電鏡和穩(wěn)定碳同位素比質(zhì)譜法鑒別馬鈴薯淀粉中的摻假玉米淀粉

王紹清，武士奎，穆同娜，曹 紅，曹寶森

(國家食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗中心，北京 100094)

為有效辨別食用淀粉摻假，運用掃描電鏡和穩(wěn)定碳同位素比質(zhì)譜技術(shù)對馬鈴薯淀粉中摻假玉米淀粉行為進行定性和半定量鑒別。根據(jù)馬鈴薯淀粉與玉米淀粉在顆粒超微形貌上的明顯差別，運用掃描電鏡清晰辨別出馬鈴薯淀粉中摻假的玉米淀粉顆粒。當(dāng)玉米淀粉的摻假量大于10%時，根據(jù)二者在穩(wěn)定碳同位素比上的自然顯著差異，穩(wěn)定碳同位素比法不僅能夠定性鑒別馬鈴薯淀粉中的玉米淀粉摻假行為，而且依照給出的公式可以估算出摻假玉米淀粉的含量。本法可作為國內(nèi)淀粉市場上產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督的檢測方法。

食品摻假；馬鈴薯淀粉；玉米淀粉；超微形貌；掃描電鏡(SEM)；穩(wěn)定碳同位素比(SCIR)

食品偽造或摻假行為已經(jīng)成為現(xiàn)代社會中除農(nóng)獸藥殘留、化學(xué)污染、濫用生長激素等傳統(tǒng)因素[1-4]外，又一威脅食品安全的重要因素，例如三聚氰胺牛奶、蘇丹紅食品等危害食品安全事件，不僅嚴(yán)重?fù)p害消費者健康，而且造成惡劣社會影響。因此積極開發(fā)食品摻假的檢驗技術(shù)是保障食品質(zhì)量和食品安全的關(guān)鍵。

淀粉，作為人類植物性食物的主要能量來源，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代食品加工業(yè)。但隨著國內(nèi)淀粉生產(chǎn)加工貿(mào)易的發(fā)展，食用淀粉中的摻假現(xiàn)象也越來越猖獗。針對淀粉中使用滑石粉和二氧化鈦等提高淀粉虛假質(zhì)量的摻假行為，國家制定了一系列檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。然而對于不同種類淀粉之間的摻假現(xiàn)象，這些標(biāo)準(zhǔn)卻無能為力。如馬鈴薯淀粉中摻假玉米淀粉，二者同屬淀粉，

外觀形態(tài)和物理化學(xué)性質(zhì)都非常接近[7]，無論感官檢驗還是理化分析檢測都難以快速辨別。這類摻假現(xiàn)象雖然對消費者的身心沒有嚴(yán)重傷害，但他們擾亂了市場秩序，對守法的生產(chǎn)者所造成經(jīng)濟損失是無法彌補的。本研究擬通過掃描電子顯微鏡和同位素比質(zhì)譜儀，對經(jīng)提純的馬鈴薯和玉米淀粉顆粒的超微形貌和穩(wěn)定碳同位素比進行觀察分析，找出差別，從而開發(fā)一種可以對馬鈴薯淀粉中摻假玉米淀粉進行定性和半定量鑒別的方法，為有效監(jiān)督國內(nèi)淀粉市場秩序提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯、玉米原料 市購；淀粉樣品 自制。

化學(xué)試劑(均為分析純) 北京化工試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

S3400N型掃描電子顯微鏡 日本日立高新技術(shù)有限公司；穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀 英國Sercon公司；Rotofix 32A離心機 德國Hettich公司；GZX-9140 MBE鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 淀粉提取

稱取50g原料(馬鈴薯塊莖或干玉米顆粒)，經(jīng)去離子水洗滌干凈后，于100mL 1g/mL的亞硫酸氫鈉溶液中浸泡過夜。樣品粉碎后，漿液過100目標(biāo)準(zhǔn)篩，篩下的淀粉懸濁液經(jīng)離心(4000r/min，20min)分離得淀粉沉淀。所得淀粉沉淀用超純水反復(fù)洗滌、離心3次后，分散于0.2g/mL的氫氧化鈉溶液中放置3～5h。再在同樣離心條件下分離出淀粉，并用去離子水反復(fù)清洗、離心3遍，最后所得沉淀再分散于去離水中，靜置沉降，倒掉上清液后，除去上面有顏色部分，將剩余的淀粉置于烘箱中，40℃烘干過夜。

1.3.2 掃描電鏡觀察

稱取5mg淀粉樣品于1mL 50%乙醇溶液中，超聲勻化成淀粉懸濁液。將上述淀粉懸濁液滴于潔凈硅片上，乙醇在紅外燈下烘烤揮發(fā)盡后，剩下的淀粉顆粒均勻地粘附于硅片的光滑表面上。然后將制備好的硅片反面用導(dǎo)電膠帶固定在樣品臺上，裝入掃描電鏡觀察室，進行觀察。為了準(zhǔn)確反映淀粉顆粒的原始超微形貌特征，所觀察的淀粉樣品都未經(jīng)噴金，直接在低電壓下觀察拍照。

1.3.3 穩(wěn)定碳同位素比(δ13C)測定

δ13C是在Sercon公司的連續(xù)流穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀20-20H上進行測定的。稱取2.2mg(精確到0.1mg)的淀粉樣品加入6mm×4mm的錫杯中，然后封口卷成小球。每個淀粉樣品如上制備兩個δ13C分析樣品。在制備δ13C分析用標(biāo)準(zhǔn)樣時，每個標(biāo)準(zhǔn)樣使用1.5μL橄欖油標(biāo)樣[(δ13Cstd=－(28.51±0.16)‰]。測試時，每8個分析樣品插入兩個標(biāo)準(zhǔn)品，一個作為參考樣用于自動校正數(shù)據(jù)漂移，一個設(shè)為備用。按照預(yù)先編輯的樣品序列進行測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯與玉米淀粉顆粒超微形貌對比

與普通光學(xué)顯微鏡相比，掃描電子顯微鏡(掃描電鏡，SEM)，具有更高的放大倍率和分辨率。對于肉眼難以辨別的不同種類的淀粉顆粒，在掃描電鏡下，不僅可以分辨每一個淀粉顆粒，而且不同種類淀粉在顆粒超微形貌上的差別也清晰可鑒[8-11]。據(jù)此通過掃描電鏡可以對不同種類淀粉的摻假現(xiàn)象進行定性鑒別。如圖1 (A)所示，馬鈴薯淀粉顆粒大小不一，大的顆粒長徑多大于30μm，且呈不規(guī)則的馬鈴薯塊莖的形狀，但它們的短徑與長徑的比例都遠小于1；小的顆粒長徑為10～30μm，圓球或近似圓球形狀，短徑與長徑的比例接近1。馬鈴薯顆粒表面都十分圓滑，沒有突出的棱角和直邊。然而圖1(B)的掃描電鏡照片顯示，玉米淀粉顆粒的尺寸比大的馬鈴薯淀粉顆粒小得多，粒徑為5～20μm，與小的馬鈴薯顆粒相近，但呈不規(guī)則的多面體形貌，且具有清晰的棱角和直邊。這與文獻中報道的觀察結(jié)果相似[12-16]，因此根據(jù)馬鈴薯淀粉與玉米淀粉顆粒在超微形貌上的清晰差別，二者很容易被區(qū)分開來。

圖1 馬鈴薯淀粉(A)與玉米淀粉(B)顆粒的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.1 Scanning electron microscopic picture of potato starch and maize starch

2.2 穩(wěn)定碳同位素比法半定量測定馬鈴薯淀粉中摻假玉米淀粉的含量

淀粉是植物光合作用的產(chǎn)物。不同植物來源的淀粉因為光合作用的合成途徑不同，具有不同的13C/12C比值(用千分比的變化率表示，δ13C)。根據(jù)光和作用合成途徑的不同，現(xiàn)有植物主要分為碳-3植物，碳-4植物和CAM植物。其中碳-3植物的δ13C值遠低于碳-4植物的δ13C值[17]。據(jù)此原理，同位素技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于果汁、肉等食品溯源、食品真假鑒別和食品污染來源追溯等食品安全監(jiān)督領(lǐng)域[18-21]，如蜂蜜真假判別的國家標(biāo)準(zhǔn)方法[22]。經(jīng)檢驗，馬鈴薯屬于碳-3植物,玉米屬于碳-4植物。因此根據(jù)穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀測定的馬鈴薯淀粉樣品的δ13C值，可以判斷其中是否摻假玉米淀粉。當(dāng)馬鈴薯淀粉樣品的δ13C值，遠高于馬鈴薯淀粉的正常δ13C值時，則可判斷里面摻假了玉米淀粉。依照穩(wěn)定碳同位素比的稀釋效應(yīng)，還可以估算摻假玉米淀粉的含量。

往馬鈴薯淀粉中摻入不同比例的玉米淀粉，制成一系列不同程度摻假的馬鈴薯淀粉樣品，測定δ13C值，以真實玉米淀粉含量(Mr)為橫坐標(biāo)表示在圖2中。對圖2中的結(jié)果進行線性回歸發(fā)現(xiàn)，摻假馬鈴薯淀粉樣品的δ13C值，與樣品中的玉米淀粉含量呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)

R2=0.999。因此，已知純馬鈴薯淀粉的δ13C值δ13CP，純玉米淀粉的δ13C值δ13CM，和玉米淀粉摻假的馬鈴薯淀粉樣品的δ13C值δ13CS可以估算出樣品中的玉米淀粉含量(M)，公式如下：

式中：代入的δ13CP和δ13CM值是在測定國內(nèi)不同產(chǎn)地、不同工藝和不同品種的19個馬鈴薯淀粉和38個玉米淀粉的δ13C值后，統(tǒng)計平均所得：δ13CP=－(25.05± 0.87)‰；δ13CM=－(10.94±0.30)‰。

圖2 馬鈴薯淀粉中摻假不同比例玉米淀粉后的δ13C值隨玉米淀粉含量(Mr)的變化Fig.2 Change of δ13C in potato starch adulterated with maize starch at various contents

圖3 自制摻假馬鈴薯淀粉樣品中的真實玉米淀粉含量(Mr)與依照式(1)估算的摻假玉米淀粉含量(Mc)對比Fig.3 Comparison between real content of maize starch (Mr) and calculated maize starch content (Mc) according to the equation for adulterated potato starch

為驗證式(1)的有效性，將一系列不同程度的玉米淀粉摻假的馬鈴薯淀粉的δ13C值，代入式(1)，估算出玉米淀粉近似含量Mc。圖3中，Mc被表示為真實玉米淀粉含量M的函數(shù)。圖3的直線是理想狀態(tài)下，即Mc=Mr時的線性結(jié)果。從圖3可以看出，當(dāng)摻假玉米淀粉含量Mr＜10%時，Mc相對 Mr的偏離比較大，這主要因為不同地域生產(chǎn)的馬鈴薯和玉米淀粉的δ13C值的并不完全相同，如上所述有一定的分布范圍。當(dāng)Mr＞10%時，Mc與Mr非常接近。所以，式(1)適用于估算馬鈴薯淀粉中玉米淀粉含量高于10%時的摻假行為的鑒別。

2.3 掃描電鏡法與穩(wěn)定碳同位素比法的比較

如上所述，穩(wěn)定碳同位素比法只有當(dāng)玉米淀粉摻假比例高于10%時，能夠?qū)郊佻F(xiàn)象進行定性和半定量鑒別，當(dāng)摻假比例低于10%時，很難給出明確的鑒別結(jié)論。但是運用掃描電鏡，雖然不能對摻假的玉米淀粉含量進行快速估算，但由掃描電鏡的高分辨率所帶來的高靈敏度，是此方法的特點。即當(dāng)馬鈴薯淀粉中玉米淀粉的含量遠低于10%時，仍然可以快速準(zhǔn)確地對摻假現(xiàn)象進行鑒別。圖4 中給出了當(dāng)玉米淀粉摻假含量為2%和6%時，摻假樣品的掃描照片。圖4中箭頭所指對象即摻假的玉米淀粉顆粒，其他顆粒都是馬鈴薯淀粉。從照片中可以看出，即使摻假玉米淀粉含量低至2%，在被摻假的馬鈴薯淀粉樣品的掃描電鏡照片中，很容易辨別出玉米淀粉顆粒(圖4A)。當(dāng)摻假玉米淀粉含量從2%增加到6%時，照片中的玉米淀粉顆粒數(shù)量明顯增加(圖4B)。據(jù)此可以對檢測樣品中玉米淀粉摻假含量進行簡單估算和比較。

圖4 摻假2%(A)和6%(B)玉米淀粉的馬鈴薯淀粉照片F(xiàn)ig.4 Scanning electron microscopic picture of potato starch adulterated with 2% and 6% maize starch

3 結(jié) 論

根據(jù)馬鈴薯淀粉與玉米淀粉在超微形貌和穩(wěn)定碳同位素比上的差別，綜合運用掃描電鏡和穩(wěn)定碳同位素比質(zhì)譜技術(shù)，不僅能夠快速對所有馬鈴薯淀粉樣品中任何比例的玉米淀粉摻假行為進行定性鑒別，而對于摻假比例高于10%時，可通過穩(wěn)定碳同位素比法，由公式(1)估算玉米淀粉摻假比例。

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Detection of Adulterated Maize Starch in Potato Starch by Scanning Electron Microscope and Stable Carbon Isotope Ratio Analysis

WANG Shao-qing，WU Shi-kui，MU Tong-na，CAO Hong，CAO Bao-sen
(China National Food Quality and Safety Supervision and Inspection Center, Beijing 100094, China)

In order to distinguish the adulteration of edible starch, scanning electron microscope (SEM) and stable carbon isotope ratio (SCIR) analysis were used to qualitatively and semi-quantitatively identify the adulteration of maize starch in potato starch. Due to the difference in microscopic morphology between potato and maize starch granules, the adulterated maize starch granules can be easily distinguished from potato starch granules under SEM. Moreover, the SCIR technology can not only qualitatively discriminate the adulterated maize starch from potato starch, but also determine the content of adulterated maize starch at the condition of higher than 10%. This method can be used as product quality supervision of domestic starch market.

food adulteration；potato starch；maize starch；microscopic morphology；scanning electron microscope (SEM)；stable carbon isotope ratio (SCIR)

TS207.7

A

1002-6630(2010)22-0332-04

2009-09-17

王紹清(1972—)，男，高級工程師，博士，研究方向為食品質(zhì)量安全。E-mail：wwwshq@hotmail.com