碳同位素在不同奶源鑒別中的應(yīng)用探討

崔琳琳,劉衛(wèi)國

(1.西安交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,陜西西安 710049;2.中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所,黃土與第四紀(jì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710075)

目前,食品安全問題受到全球的廣泛關(guān)注,而同位素技術(shù)的應(yīng)用給食品安全研究提供了新方法,并已成功的應(yīng)用于蜂蜜、果汁、葡萄酒、油脂等食品的摻假檢驗(yàn)[1-4],以及判斷乳品、肉品等產(chǎn)地來源及追溯動(dòng)物的飼料原料[5-7]等。

近年來,已有學(xué)者將穩(wěn)定同位素技術(shù)應(yīng)用到鑒別有機(jī)和非有機(jī)食品中,鑒別有機(jī)牛肉[8]或有機(jī)牛奶[9-10]。奶牛飲食中的同位素值通過食物鏈直接影響其產(chǎn)品的同位素值,因?yàn)閷?duì)于動(dòng)物源性食品,同位素比值雖然受動(dòng)物代謝過程中同位素分餾的影響,但主要還是由飲食決定[11-12]的。有機(jī)奶是按有機(jī)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),并經(jīng)第三方嚴(yán)格認(rèn)證的“最健康、最天然”的奶制品,與普通牛奶的不同主要在于飼料來源、奶牛的飼養(yǎng)方式。出產(chǎn)有機(jī)牛奶的奶牛是在天然牧場中放養(yǎng)、吃天然牧草長大的,牧草施的是天然肥料,兩者飼料來源的不同也使其所產(chǎn)奶的同位素值有所不同。

奶牛攝入飼料的類型同樣可以影響牛奶中的脂肪酸[13-14]。國外一些學(xué)者研究了有機(jī)牛奶與普通牛奶在脂肪酸含量方面的區(qū)別[9-10,15-17],認(rèn)為有機(jī)奶的多不飽和脂肪酸及亞麻酸含量相對(duì)較高,但對(duì)于亞油酸的結(jié)果有些不同。Bergamo[15]和 Collomb[16]認(rèn)為有機(jī)奶含有較多的亞油酸;而Molkentin[9-10]和 Ellis[17]則認(rèn)為兩者的亞油酸含量沒有較大區(qū)別。在國內(nèi)的報(bào)道中,普通奶與有機(jī)奶在脂肪酸含量上的區(qū)別還沒有明確提出。

目前的研究表明,通過生物標(biāo)記物和同位素手段鑒別有機(jī)和非有機(jī)牛奶可能會(huì)成為國際趨勢。本實(shí)驗(yàn)主要是研究市售及奶源牛奶的脂肪酸及其穩(wěn)定碳同位素,初步揭示國內(nèi)一些品牌牛奶在脂肪酸、碳同位素方面的差異,特別是普通牛奶與有機(jī)奶的區(qū)別,并探討奶牛飼料來源等方面的問題對(duì)這些指標(biāo)的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

1.1.1 市售牛奶的采集 同一季節(jié),在超市采購8種品牌的普通純牛奶,代號(hào)分別為SSP-1～SSP-8,其中,SSP-1和 SSP-2同時(shí)有有機(jī)奶SSO-1和 SSO-2。

1.1.2 奶牛場的牛奶采集 取自陜西省西安市臨潼區(qū)油槐鎮(zhèn)的兩處奶牛場,代號(hào)為NCP-1及NCP-2,這里的奶牛均采用家用飼料喂養(yǎng),認(rèn)為是普通奶源的代表。

1.1.3 天然牧場奶源 取自青海湖畔天然放牧的兩處奶牛場,代號(hào)為 MCO-1及MCO-2,這些奶牛都處于天然放牧狀態(tài),飼料為天然牧草,認(rèn)為是有機(jī)奶源的代表。樣品信息列于表1。

表1 牛奶的采樣信息Table 1 The information of milk collection

1.2 儀器與試劑

二氯甲烷、甲醇、正己烷、乙酰氯、脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(C12～C24)(均為色譜純):德國 Meker公司產(chǎn)品;氯化鈉(分析純):由天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠提供。

FD-1A-50型冷凍干燥機(jī):北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品;KQ-100DE型超聲振蕩器:昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品;氣相色譜儀:美國Agilent公司產(chǎn)品,帶有自動(dòng)進(jìn)樣器;MAT-252型同位素質(zhì)譜儀:美國 Thermo公司產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 提取并測定牛奶中的脂肪酸含量 將牛奶置于冰箱中冷凍成固體,然后在冷凍干燥機(jī)中凍干。稱約50 mg牛奶粉末于燒杯中,加入V(二氯甲烷)∶V(甲醇)=2∶1的混合溶液,超聲震蕩15 min,提取3次,將上清液吹干,向干燥的樣品中加入3 mL鹽酸化甲醇(V(甲醇)∶V(乙酰氯)=95∶5,在將乙酰氯加入甲醇之前,將甲醇冷凍至少30 min,避免反應(yīng)過于劇烈)和少量的N2,立即蓋上蓋子,60℃加熱12 h(overnight),將酯化后的樣品冷卻至室溫,轉(zhuǎn)移至長玻璃管中,加入3mL 5%NaCl溶液和4 mL正己烷,用Vortex抽提,取上層清液于小瓶中,吹干,用正己烷定容,做 GC分析(此實(shí)驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)[18])。

色譜柱:HP-1MS毛細(xì)管色譜柱(60.0 m×320μm×0.25μm);升溫程序:初始溫度40 ℃,保持1 min,以10℃/min升溫至150℃,再以6℃/min升溫至315 ℃,保持20 min;載氣:氦氣;進(jìn)樣口溫度310℃;進(jìn)樣量1μL;分流比4.0∶1;柱流速 1.3 mL/min;檢測器 FID溫度320℃。

1.3.2 測定牛奶中的有機(jī)碳同位素 取約1 mg凍干的牛奶粉末于石英管內(nèi),加入氧化銅、銅絲和鉑絲,抽好真空后密封,置于馬弗爐內(nèi),850℃下恒溫灼燒4 h,充分氧化。樣品爐冷卻至室溫后,在真空系統(tǒng)中用酒精-液氮冷阱收集純化CO2氣體,最后用MAT-252型同位素質(zhì)譜儀測定CO2的碳同位素。

碳同位素組成的表達(dá)式為:

式中:R樣品為樣品的碳同位素比值(13C/12C),R標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)的碳同位素比值(13C/12C)。

碳同位素組成相對(duì)于V-PDB標(biāo)準(zhǔn)。樣品的測定精度用實(shí)驗(yàn)室工作標(biāo)準(zhǔn)控制,每批樣品至少帶一個(gè)工作標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)樣品的重復(fù)分析誤差小于0.2%。

2 結(jié)果與討論

2.1 牛奶樣品的脂肪酸種類及含量

根據(jù)牛奶脂肪酸的氣相色譜圖,采用面積歸一化法定量,計(jì)算各脂肪酸的百分含量(g/100g脂肪酸總量),結(jié)果列于表2。

從表2可以看出,牛奶中飽和脂肪酸含量較高,以豆蔻酸(C14:0)、棕櫚酸(C16:0)及硬脂酸(C18:0)為主,3種脂肪酸占脂肪酸總量的50%以上,低級(jí)(碳14個(gè)以下)脂肪酸含量較低;而不飽和脂肪酸主要以油酸(C18:1)、亞油酸(C18:2)、十六烯酸、十四烯酸、二十碳四烯酸、亞麻酸(C18:3n-9,12,15)等為主。而且,各種品牌的牛奶中主要脂肪酸含量沒有明顯差別,而這幾種牛奶分別采自不同地區(qū),這也表明地區(qū)差異對(duì)脂肪酸含量的影響較小。但對(duì)于普通奶與有機(jī)奶來說,有些脂肪酸含量稍有差別,主要體現(xiàn)在有機(jī)奶的PUFA含量明顯高于普通奶,在MUFA方面差別不顯著,而SFA含量稍低于普通奶。在多不飽和脂肪酸含量上的差別,以亞麻酸與亞油酸最為顯著。這與奶牛所食飼料有關(guān),奶牛瘤胃內(nèi)的細(xì)菌可氫化75%～90%亞油酸和85%～95%亞麻酸,而奶牛攝入的高含量不飽和脂肪酸口糧能抑制奶牛瘤胃內(nèi)多不飽和脂肪酸氫化,或者直接或間接地影響瘤胃環(huán)境(如p H),從而影響脂肪酸在瘤胃中的新陳代謝以及脂肪酸的含量[19-20]。新鮮牧草相比于農(nóng)家飼料含有較高的多不飽和脂肪酸和高比例的亞麻酸,這就使以新鮮牧草為主要飼料的奶牛比以農(nóng)家飼料為主要飼料的奶牛所產(chǎn)牛奶的脂肪酸含量相對(duì)較高。表2為所測不同類型牛奶樣品的平均值,普通奶的亞麻酸含量在0.15%左右,而有機(jī)奶的亞麻酸含量在0.36%以上,與 Molkentin[10]研究的有機(jī)奶的亞麻酸含量有區(qū)別,這與脂肪酸的提取方法不同有關(guān);而有機(jī)奶亞油酸含量比普通奶高出2%以上,這與 Molkentin[10]研究的結(jié)果不同,但與Bergamo[15]和 Collomb[16]的研究結(jié)果一致。

2.2 牛奶碳同位素比值分析

2.2.1 普通奶與有機(jī)奶的碳同位素比值 實(shí)驗(yàn)比較了市售的相同品牌的普通奶與有機(jī)奶,以及兩處奶源地的牛奶,碳同位素比值結(jié)果列于表3?？梢钥闯?有機(jī)奶場所產(chǎn)牛奶的碳同位素值在-27‰～-30‰之間,而普通奶場所產(chǎn)牛奶的δ13C為-16‰左右,從奶牛場來說,有機(jī)牛奶的δ13C值比普通奶的偏負(fù)很多;對(duì)于市售牛奶,普通牛奶的δ13C值為-16‰左右,而有機(jī)牛奶的δ13C值在-18‰～-20‰之間,較普通牛奶稍微偏負(fù)。

δ13C值反映了奶牛飼料中C3植物與C4植物的比例,即飼料中C3及C4植物的比值。植物的δ13C值與光合作用方式有關(guān),C3植物δ13C值的變化范圍為-23‰～-35‰,平均值約為-27‰,C4植物δ13C值的分布范圍在-9‰～-19‰之間,平均值約為-13‰[21]。奶牛所食飼料中C3與C4植物配比不同,其所產(chǎn)牛奶的δ13C值也不同,列于表4。有機(jī)奶較普通奶的值偏負(fù)可以解釋為出產(chǎn)有機(jī)牛奶的奶牛是在天然牧場中放養(yǎng)、吃天然牧草長大的,這些牧草可能會(huì)摻雜一些C4植物,但大部分都是C3植物[16,22];而出產(chǎn)普通奶的奶牛是在一般圈養(yǎng)的養(yǎng)殖場長大,它們基本上以農(nóng)業(yè)玉米飼料為食,玉米是典型的C4植物,其δ13C偏正[2,16]。奶牛所食飼料的C3與C4植物比例就解釋了其所產(chǎn)牛奶同位素值的差異。

表2 各市售普通純牛奶的脂肪酸含量(g/100 g脂肪酸總量)Table 2 The content of fatty acids in various convention milk(g/100 g fatty acids)

表3 普通奶與有機(jī)奶平均脂肪酸含量(g/100 g脂肪酸總量)的差異Table 3 The difference of fatty acids content(g/100 g fatty acids)between convention and organic milk

表4 普通奶與有機(jī)奶的碳同位素δ13C對(duì)比Table 4 The carbon stable isotope ratio δ13C in convention and organic milk

另外,對(duì)于市售牛奶,為了使牛奶的保存期更長,廠商會(huì)進(jìn)行高溫處理或者加入一些添加劑,這可能使碳同位素之間有分餾,導(dǎo)致市售有機(jī)奶的碳同位素值較C3植物-23‰～-35‰的范圍稍偏正,但這不影響有機(jī)奶與普通奶之間的同位素差異。

2.2.2 不同品牌牛奶的碳同位素比值 實(shí)驗(yàn)測定了8種不同品牌牛奶的碳同位素值,列于表5。結(jié)果表明,現(xiàn)市售的8種牛奶的同位素值沒有明顯區(qū)別,并與奶牛場的新鮮牛乳的同位素值接近。這些牛奶都是普通奶,所產(chǎn)這些牛奶的奶牛主要是以農(nóng)業(yè)飼料為食,其碳同位素值在C4植物δ13C值的變化范圍內(nèi),而這些農(nóng)業(yè)飼料更多的是玉米飼料,不會(huì)因?yàn)榈貐^(qū)不同而不同,所以對(duì)于這些市售普通牛奶,地區(qū)差異對(duì)其δ13C值的影響較小。

表5 8種品牌鮮牛奶的碳同位素值δ13CTable 5 The carbon stable isotope ratio δ13C in various convention fresh milk

3 結(jié)論

通過對(duì)不同奶源的初步研究得出以下結(jié)論:

1)對(duì)于市售不同品牌的普通純牛奶,其脂肪酸含量和碳同位素比值沒有明顯差異,并且地區(qū)差異影響較小。

2)有機(jī)奶相比普通奶,其多不飽和脂肪酸含量相對(duì)較高,尤其在亞麻酸和亞油酸含量方面差異比較顯著,普通奶的亞麻酸含量在0.15%左右,而有機(jī)奶的亞麻酸含量在0.36%以上,有機(jī)奶的亞油酸含量比普通奶高出2%以上。

3)有機(jī)奶的碳同位素比值相比普通奶明顯偏負(fù),因?yàn)槌霎a(chǎn)有機(jī)奶的奶牛主要以天然牧草(C3植物)為食,而出產(chǎn)普通奶的奶牛飼料中更多的是家用飼料玉米(C4植物)。

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