蛋白粉和奶粉的鑒偽技術(shù)研究進展

曹春廷，孫建霞，白衛(wèi)濱 ，楊 勇，歐仕益，吳希陽

(1.暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州510632;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川雅安625014;3.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東廣州510090)

蛋白粉和奶粉是孕婦和嬰兒特別關(guān)注的一類食品，消費量十分巨大，因此有些不法商家為了降低生產(chǎn)成本，往往會對其進行摻假，這不僅影響蛋白粉和奶粉的品質(zhì)，而且會影響消費者的健康。目前蛋白粉和奶粉中主要存在四類摻假現(xiàn)象，第一類是三聚氰胺和尿素等非蛋白成分摻假，這種摻假方式會引起乳中總氮含量變化，可以逃避凱氏定氮法對奶粉和蛋白粉中蛋白質(zhì)含量真實情況的定量。向蛋白粉和奶粉添加三聚氰胺，每1kg 牛奶中添加0.1g 三聚氰胺，就能提高0.4%的蛋白質(zhì)含量［1］。三聚氰胺不但沒有實際作用，更沒有任何營養(yǎng)價值，而且三聚氰胺對人體有害，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)動物長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，如膀胱、腎部結(jié)石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌［2］。尿素作為一種天然非蛋白成分存在于蛋白粉和奶粉中，一般認(rèn)為尿素含量介于20～30mg/100mL 為牛奶的正常含量范圍［3］，但個體奶牛的奶樣中尿素含量存在較大差異，因此向奶粉和蛋白粉中摻假尿素來提高總氮含量是很容易的。第二類是大豆蛋白等異源蛋白摻假，這種摻假方式會引起蛋白質(zhì)種類的變化。在世界各地，大豆蛋白作為一種非常重要和廉價植物蛋白被添加到奶粉和各種食品中，雖然添加植物蛋白對人體沒有傷害，但是很大程度降低了奶粉的營養(yǎng)價值。第三類是乳清粉等乳源性蛋白摻假，向奶粉中添加乳源蛋白，引起酪蛋白與清蛋白比例變化，可改變奶粉中的營養(yǎng)成分組成，影響奶粉的品質(zhì)。第四類是菜籽油等非乳脂肪摻假，這種摻假方式會引起乳脂肪成分的改變。因為奶粉主要成分中，脂肪含量占27%［4］，因此向奶粉中添加非乳脂肪在大多數(shù)國家是非法的。對于蛋白粉和奶粉中的各種摻假現(xiàn)象，都存在一些檢查方法來對摻假物進行定量和定性的分析，從而對蛋白粉和奶粉的質(zhì)量進行檢測和監(jiān)督。本文對各種檢測方法進行匯總，并對各種方法的優(yōu)劣進行分析。

1 研究現(xiàn)狀

對奶粉和蛋白粉四種摻假現(xiàn)象研究，現(xiàn)在主要研究非蛋白成分三聚氰胺和尿素的摻假，而其他成分摻假現(xiàn)象研究不多。在研究蛋白粉和奶粉摻假問題時大部分使用電泳、氣相色譜、液相色譜等方法，研究的靈敏度差異不是很明顯。另一種主要的研究趨勢就是用近紅外光譜分析法對奶粉和蛋白粉中的各種摻雜物進行檢測，此方法可以對奶粉中的主要成分建模，或者對摻假成分建模來實現(xiàn)奶粉摻假的無損檢測。用分子檢測方法對奶粉中異源蛋白摻假的研究不多，且效果不是很理想。

2 摻假檢測方法

2.1 非蛋白成分摻假

2.1.1. 三聚氰胺的檢測

2.1.1.1 高效毛細(xì)管電泳法 高效毛細(xì)管電泳法檢測三聚氰胺具有樣品前處理簡單，試劑消耗少，用時少等特點。Zana 等在用高效毛細(xì)管電泳(HPCE)測三聚氰胺過程中，使用聚二甲基二烯(PDDAC)和聚丙基苯乙烯(PSS)涂抹的石英毛細(xì)管，可達到減少2.4min 分離時間并同時保持最大效率的效果。該方法檢出限為0.06mg/kg，三聚氰胺在0.2～10.0mg/L 的范圍內(nèi)有良好的線性相關(guān)(r ＞0.9997)，加標(biāo)回收率在93.5%～104.0%范圍內(nèi)［5］。而丁曉靜等選擇用未涂抹的石英毛細(xì)管在235nm 波長處檢測，該方法與前者在檢出限和相關(guān)系數(shù)上一致，6min 之內(nèi)即可完成一次樣品分析［6］。饒欽雄等建立了奶粉中三聚氰胺的高效毛細(xì)管電泳-二極管陣列檢測器(HPCE-DAD)檢測方法，奶粉中三聚氰胺的定量限為1.0mg/kg，在1～100mg/L范圍內(nèi)線性良好，r2＞0.997，加標(biāo)回收率為72.2%～97.3%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1% ～3.9%［7］。金慧等采用加壓毛細(xì)管電色譜檢測三聚氰胺，三聚氰胺在0.8～80mg/L 質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好(r ＞0.9990)，檢出限為0.4mg/L，在添加水平為2～100mg/kg時的回收率為71%～82%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為5.1% ～8.5%［8］。同毛細(xì)管液相色譜相比，譜帶展寬效應(yīng)較低，色譜峰形尖銳，柱效高等特點，相同條件下，響應(yīng)值更高。

2.1.1.2 液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法 大多數(shù)學(xué)者采用反相離子對色譜柱對三聚氰胺進行檢測。A.Filazi 等用離子緩沖液-乙腈作為流動相，其中離子緩沖液為檸檬酸和辛烷磺酸鈉，三聚氰胺的線性范圍為0.05～5mg/kg，回收率均在95%～109%之間，奶粉中三聚氰胺的檢出限為110μg/kg，定量限為340μg/kg［9］。丁濤等采用高效液相色譜-二極管陣列檢測法(HPLCDAD)和高效液相色譜-電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜法(HPLCMS/MS)測定植物源性蛋白中殘留的三聚氰胺，二者的檢出限分別為10、0.5mg/kg［10］。而尹利輝等采用0.025mol/L 醋酸銨溶液-乙腈(50∶50)作為流動相，獲得三聚氰胺的線性范圍為0.20 ～50.00mg/L(r =0.9999)，加標(biāo)回收率在97%～103%之間，方法檢測限為0.2mg/kg，定量限為0.6mg/kg［11］。同樣有科學(xué)家用親水相互作用色譜及陽離子交換色譜采用不同的流動相對三聚氰胺進行檢測，劉菊等對三種色譜法分析可知，反相離子對色譜法對三聚氰胺響應(yīng)值最高，而陽離子交換色譜法則能用最短時間檢測出三聚氰胺，親水相互作用色譜法在假陽性的判斷上可做其他兩種方法的補充［12］。

2.1.1.3 分子印跡聚合物(MIPs)法 MIPs 是采用本體聚合法制備，利用三聚氰胺或者及其結(jié)構(gòu)類似物環(huán)丙氨嗪為模板分子，甲基丙烯酸(MAA)為功能性單體，乙二醇甲基丙烯酯作為交聯(lián)單體制成的一個復(fù)雜的印跡分子。Huang 等利用分子印跡聚合物(MIPs)能夠特異性識別目標(biāo)分子(模板分子)的特性，將MIPs 作為吸附劑進行固相萃取，再用液相色譜或者質(zhì)譜儀對萃取的三聚氰胺進行檢測。三聚氰胺的質(zhì)量濃度在0.2～20μg 范圍內(nèi)良好的線性關(guān)系(r ＞0.999)，加標(biāo)回收率為83.4%～103%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于5.6%［13-14］。而為了減少本體聚合法所帶來的制得粒子不規(guī)則，印跡位點會被包埋在聚合物內(nèi)部，和難以洗脫模板分子等缺點，牛計偉等采用沉淀聚合法制備了高選擇性和強吸附容量的MIPs。該方法對奶粉樣品中痕量三聚氰胺的殘留檢測，三聚氰胺在濃度為0.1～50μmol/L 的范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r = 0.999，加標(biāo)回收率89.7%～100.6%，檢出限為0.06μmol/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)不高于3.1%［15］。

2.1.1.4 熒光光譜法 熒光光譜法檢測三聚氰胺有兩種方法，第一種方法是，楊成方等利用穩(wěn)態(tài)熒光光譜和同步熒光光譜特征，采用280nm 的激勵光照射奶粉-水溶液時，能發(fā)射峰值位于330nm 的熒光。當(dāng)Δλ(固定發(fā)射光波長和激勵光的波長差常數(shù))為38nm 時，會出現(xiàn)奶粉同步熒光峰位位于283nm，三聚氰胺位于319nm，奶粉-三聚氰胺混合溶液中兩個峰位均存在的現(xiàn)象［16］。但此方法只能對三聚氰胺定性分析，不能定量分析。第二種方法是，Dong 等在252nm 激發(fā)光照射下，金納米粒子會在370nm 處發(fā)出熒光，三聚氰胺同金納米粒子聚合，熒光加強。監(jiān)控?zé)晒饧訌婍憫?yīng)，可檢測奶粉中三聚氰胺含量，該方法的檢出限為6.1 ×10-10mol/L(3σ)，在8.0 ×10-10～8.0 ×10-8mol/L 范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系［17］。同其他與三聚氰胺有相似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)相比，金納米粒子對三聚氰胺有很強的敏感性，降低了其他類似物的干擾。

2.1.1.5 酶聯(lián)免疫檢測方法 同早前酶聯(lián)免疫檢測相比，Hong 等采用間接競爭酶聯(lián)免疫吸附法對三聚氰胺進行檢測，發(fā)現(xiàn)具有同環(huán)丙氨嗪更低的交叉反應(yīng)性，交叉反應(yīng)性得到很好的評估等特點。通過4，6-二氨基-1，6-二氫-1，3，5-三嗪-2-基硫基與丙酸反應(yīng)獲得三聚氰胺半抗原，與卵白蛋白耦合為三聚氰胺免疫原或包被原。三聚氰胺的質(zhì)量濃度在14.9 ～108.5ng/mL 線性關(guān)系良好，方法檢測限為8.9ng/mL［18］。張建勛等采用間接競爭酶聯(lián)免疫法檢測奶粉中三聚氰胺時，將奶粉稀釋10 倍消除基質(zhì)對檢測過程的影響。三聚氰胺的線性范圍是17.4 ～345.5ng/mL，半抑制濃度(IC50)61.3ng/mL。奶粉加標(biāo)回 收 率 68.1% ～91.0%，變 異 系 數(shù) 2.4% ～14.5%［19］。

2.1.1.6 氣相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法(LC-MS/MS) 氣質(zhì)聯(lián)用法與高效液相法相比有可降低假陽性率，提高準(zhǔn)確度等特點，硅烷化衍生可以有效地去除基質(zhì)干擾。婁大偉等用苯代三聚氰胺做內(nèi)標(biāo)物，硅烷化衍生，用氣相色譜-質(zhì)譜法對奶粉中三聚氰胺進行測定。三聚氰胺濃度在0.1～50.0mg/L 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，最低檢測限為0.1μg/g，添加奶粉中的三聚氰胺回收率102.0%～104.2%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.2%［30］。Hong 等利用氣相色譜-質(zhì)譜法同時測定三聚氰胺、三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺［21］。Xiao 等在用氣相色譜-質(zhì)譜法定性定量測定三聚氰胺過程中，無衍生步驟，采取13C315N3-三聚氰胺同位素做內(nèi)標(biāo)物，用一個偶聯(lián)系統(tǒng)直接檢測。三聚氰胺濃度在0.05～2mg/kg 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢出限為0.01mg/kg，加標(biāo)回收率為93.9% ～102%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差3.1%～4.2%［22］。這種條件下用LC-MS/MS 檢測更便宜，更方便。

2.1.2尿素測定

2.1.2.1 同位素稀釋質(zhì)譜法 奶粉中尿素的檢測有二乙酰一肟分析法，Chemspec 分析儀，酶促反應(yīng)，紅外光譜法和PH 化驗。但這些方法檢測出來的結(jié)果真實性和評價的可追蹤性仍然是個問題。Xin 等用同位素稀釋氣相色譜質(zhì)譜法檢測奶粉中尿素含量，將［13C，15N2］尿素標(biāo)記作為內(nèi)標(biāo)物加入奶粉中，在離子條件為m/z153 和m/z156 進行質(zhì)譜檢測，用內(nèi)標(biāo)法計算實際奶粉樣品中尿素含量［23］。

2.1.2.2 液相色譜法 王余波等基于親水相互作用色譜(HILIC)技術(shù)建立液相色譜法來檢測，用Polar-Silica 色譜柱為固定相，磷酸二氫銨溶液-乙腈作流動相，檢測波長為200nm 體系下，尿素與三聚氰胺及其衍生物得到基線分離，檢測發(fā)現(xiàn)奶粉中尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1600～2400mg/kg［24］。

2.1.2.3 分級消解法 代洪靜等對奶粉中的多種假蛋白摻雜物進行定量分析，在微波輔助，180℃條件下，用8mol/L 的鹽酸將奶粉中三聚氰胺、尿素、氯化銨等酰胺態(tài)氮全部消解和奶粉中10% 酰胺態(tài)氮消解，分別滴定其含氮量，達到非蛋白質(zhì)物質(zhì)的定量分析，假蛋白的加標(biāo)回收率98.84%～99.65%，方法的檢出限量為0.1%左右［25］。該方法可以同時定量分析多種酰胺態(tài)氮假蛋白，準(zhǔn)確分析摻假奶粉中真實蛋白質(zhì)含量，適用簡單機構(gòu)對乳品質(zhì)量檢測。

2.2 異源蛋白和乳源蛋白摻假

2.2.1 高效液相色譜-質(zhì)譜法(HPLC-MS) Dion 等在分析奶粉中摻雜植物蛋白進行鑒定，用HPLC-MS可檢測出大量來自大豆植物蛋白的多肽。此過程中，用灌注反相色譜分離多肽，高乙腈濃縮物洗脫大豆蛋白，內(nèi)熒光檢測洗脫的大豆蛋白。本方法不采用傳統(tǒng)的紫外檢測-是由于紫外檢測產(chǎn)生的圖像為低峰強度，并且存在由基質(zhì)化合物和洗脫液產(chǎn)生的基線動蕩問題。此方法可檢測奶粉中低摻雜量的大豆蛋白，摻雜量在0～5%均可檢測［26］。M.C.Garcia 等以線性二進制梯度含0.1%三氟乙酸的乙腈-水作為流動相，反相色譜柱條件下進行檢測［27］。此方法解決了針對以前大豆蛋白檢測免疫學(xué)法、電泳、色層析法不能對不同加工條件下(加熱、發(fā)酵、殺菌)的乳制品以及摻雜來源的檢測。

2.2.2 電泳法 宋宏新等用SDS-PAGE 分析牛乳蛋白質(zhì)，以脫脂牛乳為對照，分析牛乳中摻入不同比例大豆蛋白粉和乳清蛋白粉的樣品，兩種蛋白粉摻入牛乳的最低檢出限分別為0.79 和4.4(m/m)［28］。劉婷等用涂有聚丙烯酰胺親水性涂層的石英毛細(xì)管檢測摻入大豆蛋白的乳粉，建立了奶粉中添加大豆分離蛋白的半定量檢測方法［29］。該方法具有快速、高效、樣品用量少、經(jīng)濟等優(yōu)點。

2.2.3 分子檢測法 岳巧云等應(yīng)用實時熒光PCR 技術(shù)來鑒別奶粉中大豆蛋白的摻假，以大豆內(nèi)源參照基因lectin 為指標(biāo)，對奶粉中摻入大豆粉等植物成分進行定性、定量分析研究。結(jié)果表明，往脫脂奶粉中添加不同類型的大豆制品，其檢測限各有不同，用純大豆粉摻雜，摻入量達0.1%甚至有可能更低時也可以檢出［30］。Fa 等應(yīng)用PCR 技術(shù)對嬰兒奶粉中添加轉(zhuǎn)基因大豆蛋白成分進行檢測，但沒有進行定量研究［31］。Khulod 等應(yīng)用PCR 技術(shù)對奶粉種類來源進行檢測，用線粒體2S rRNA 基因為引物，來檢測各種奶粉中是否含有不同種類的奶粉［32］。分子檢測方法具有特異性強、靈敏度高、操作簡便、省時等特點，但應(yīng)用此技術(shù)對奶粉和蛋白粉摻假現(xiàn)象的檢測并不常見。

2.3 非乳脂肪摻假

2.3.1 MALDI-QTOF MS 法檢測 Jerusa 等采用激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI-QTOF MS)來檢測奶粉中摻雜非奶粉脂肪。該方法用純正乙烷除去奶粉中的乳脂肪，將樣品滴入一定量1% (m/v)2，5-二羥基苯甲酸基質(zhì)溶液的樣品進行質(zhì)譜分析，得到清晰的質(zhì)譜圖。摻雜奶粉與正常奶粉質(zhì)譜圖對比在881.8、907.8m/z 上有明顯升高［4］。此方法解決了帶有外源性脂肪的乳清稀釋奶粉摻假，避免了經(jīng)典檢測方法的弊端。

2.3.2 氣相色譜分析 Gutierrez 等用氣相色譜對各種植物油和動物油中的三酰甘油進行色譜分析，然后將摻雜量同奶粉中三酰甘油含量改變建立一個簡單的回歸分析，可得到回歸方程。用這種方法可對摻假動植物油樣品低于 10% 檢測正確率達到94.4%［33］。

2.4 綜合檢測法

以上各種檢測方法都是針對奶粉和蛋白粉中的一種摻假物或者同種摻假類型的多個摻假物單獨檢測，而近紅外光譜法可以對奶粉和蛋白粉中的各種摻雜現(xiàn)象進行檢測。而且目前檢測奶粉的標(biāo)準(zhǔn)方法均為化學(xué)方法，化驗過程復(fù)雜，涉及專用儀器及分析設(shè)備，檢測時間長，而且測試成本高且破壞樣品，無法滿足實時檢測要求，而近紅外光譜法是能無損快速分析生物材料的方法。應(yīng)用近紅外光譜對奶粉和蛋白粉摻假檢測主要有兩種研究方向，其中一種就是對奶粉中的主要檢測成分檢測。最初鄧月娥等采用傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)對奶粉中主要成分蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物進行檢測，利用奶粉中主要成分紅外光譜圖具有明顯的指紋特征，應(yīng)用于奶粉質(zhì)控具有一定的優(yōu)勢［34］。后來，將近紅外光譜法同建模相結(jié)合，能更有效的檢測奶粉質(zhì)量。建模方式多種多樣，常用的有傳統(tǒng)的偏最小二乘法(PLS)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)與支持向量回歸(SVM)等。

Di 等用最小二乘向量機(LS-SVM)根據(jù)光譜透射率建立了蛋白質(zhì)預(yù)測模型，用最小二乘向量機(LS-SVM)和傳統(tǒng)偏最小二乘法(PLS)建立回歸模型，用LS-SVM 對短波近紅外光譜建模效果最好［35］。Di 等用LS-SVM 對不同牌子奶粉中主要化學(xué)成分脂肪、蛋白質(zhì)奶粉、碳水化合物進行建模，實驗結(jié)果為脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物的預(yù)測分析過程中判定系數(shù)分別為0.981、0.984 和0.982，證明此法可對奶粉檢測達到很好效果［36-37］。雖然此方法需對每種奶粉進行建模，此過程比較繁瑣，但一旦建模成功就可以很方便的應(yīng)用于奶粉的檢測。張華秀等用Boosting 理論的回歸建模算法 Boosting 一偏最小二乘法(BPLS)，建立了奶粉中蛋白質(zhì)含量的近紅外模型，優(yōu)于偏最小二乘法建模［38］。Maria 等用多元線性回歸的連續(xù)算法(MLR-SPA)建模，樣品的預(yù)測均方根誤差為0.11%(w/w)，優(yōu)于主要組分回歸(PCR)和偏最小二乘法(PLS)［39］。用近紅外光譜法檢測奶粉，需要找出更好的建模方式，使得預(yù)測均方根誤差減少，才能使此方法在檢測奶粉更準(zhǔn)確。

第二種研究方向為對摻假的成分進行建模。彭攀等利用近紅外光譜技術(shù)同時檢測奶粉中的植脂末，天然大豆分離蛋白粉和麥芽糊精多個摻假成分。研究表明近紅外光譜技術(shù)可以對奶粉中已知的摻假物進行快速判定，對未知摻假物的定性判定準(zhǔn)確度不高［40］。因此用近紅外光譜測奶粉的摻假成分，需要對盡可能多類型的摻假物建模。Roman 等用近紅外光譜和中紅外光譜檢測奶粉中摻雜的三聚氰胺，比較PLS、ANN、SVM 等不同的建模方法，用合適的建模方法，可使得三聚氰胺檢出限低于1mg/kg［41］。但是，目前沒有找出最適的建模方法。

3 展望

非蛋白成分摻假已經(jīng)研究得很多，技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但因非蛋白成分摻假種類多樣，且變化較快，需進行快速追蹤。而異源蛋白摻假現(xiàn)象普遍存在但研究缺乏，因此需加強異源蛋白摻假技術(shù)的研究，對其的檢測方法中，SDS-PAGE 電泳法雖然快速、高效、樣品用量少、經(jīng)濟等優(yōu)點，但是其分辨率和檢測的精密度不高。液質(zhì)聯(lián)用用于異源蛋白摻假檢測具有快速，靈敏度高等特點，但檢測限沒有分子檢測方法低。近紅外光譜法用于異源蛋白摻假檢測具有無損快速等特點，但是研究過程中建模花費時間過長，且最優(yōu)的建模方式還未找出，實際應(yīng)用尚難普及。分子檢測方法作為一種新型的檢測方法應(yīng)用于各種食品摻假現(xiàn)象的檢測，具有特異性強、靈敏度高、操作簡便、省時等特點。但是分子檢測方法在奶粉和蛋白粉中摻假現(xiàn)象的研究十分缺乏，而且研究結(jié)果不理想。綜上所述，用PCR、指紋圖譜、多重PCR 等分子檢測方法對奶粉和蛋白粉異源蛋白摻假進行定性和定量研究急需展開。

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