生乳中豆?jié){、米湯摻假鑒別及其定量測定

方宣啟

楊代明2

劉嵐松1

周彬彬1

張 娟2

張繼紅1

(1. 湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，湖南 長沙 410111；2. 湖南省振華食品檢測研究院，湖南 長沙 410111)

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生乳中豆?jié){、米湯摻假鑒別及其定量測定

方宣啟1

楊代明2

劉嵐松1

周彬彬1

張 娟2

張繼紅1

(1. 湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，湖南 長沙 410111；2. 湖南省振華食品檢測研究院，湖南 長沙 410111)

為鑒別生乳摻假，采用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)，建立基于“溴酸鈉+硫酸錳+硫酸+丙酮”穩(wěn)態(tài)體系的不同奶源地的純生乳及摻入不同量豆?jié){、米湯的生乳的非線性化學(xué)指紋圖譜，利用指紋圖譜的直觀特征信息能很好地將摻豆?jié){、米湯的生乳鑒別出來，并能對摻假物的種類進行判斷。根據(jù)摻假生乳指紋圖譜參數(shù)信息與摻假量的關(guān)系，可對生乳中摻入豆?jié){、米湯的相對含量進行評估。非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)為原料乳中豆?jié){、米湯的摻假鑒別及摻入物質(zhì)的相對含量的評價提供了一種新的方法。

非線性化學(xué)指紋圖譜；生乳；摻假鑒別；定量測定

乳及乳制品是人們生活中不可或缺的高營養(yǎng)價值的食品，除母乳外，奶粉是嬰幼兒早期的唯一營養(yǎng)來源，其質(zhì)量對孩子的生命安全至關(guān)重要。 然而近年來，“三鹿奶粉事件”、安徽阜陽的“劣質(zhì)奶粉事件”以及最近的“皮革奶”等乳品安全事件讓人刻骨銘心，重創(chuàng)中國乳業(yè)的商業(yè)信譽。造成這些事件的一個重要原因就是生乳的質(zhì)量控制不過關(guān)。一些不良商家為了牟取更多利益，常往生乳中摻入豆?jié){、豆餅水、米湯、淘米水等與生乳外觀形狀相似的物質(zhì)，為掩蓋酸敗變質(zhì)現(xiàn)象或提高含氮量，又常被摻入堿、尿素、食鹽、植脂末、油脂粉、胺鹽、水解蛋白粉、揮發(fā)性氮等物質(zhì)。因此，如何能在奶源上把生乳摻假問題控制住是解決中國奶粉信任危機的當(dāng)務(wù)之急。

指紋圖譜是目前國際公認的中藥鑒別和質(zhì)量控制方法。近年來，建立中藥指紋圖譜所涉及的方法眾多，主要包括：高效液相色譜法[1-3]、薄層色譜法[4]、氣相色譜法[5-6]、高效毛細管電泳[7]、化學(xué)振蕩法[8]、紅外光譜法[9]、X射線衍射法[10]、DNA法[11]等。其中，色譜指紋圖譜由于具有分離效能高、選擇性好、檢測靈敏度高、既可定性又可定量的特點，研究最為深入應(yīng)用最為廣泛。但也有其局限性：如色譜指紋圖譜測定前必須對其有效成分進行分離、提取等預(yù)處理，操作繁瑣、耗時耗力、試劑消耗量大、分析成本高。所提取的成分只是分析樣本的部分化學(xué)組分，不能代表所有的有效成分且不同的提取方法獲得的化學(xué)組分也不一樣，因此色譜指紋圖譜實際上只是部分化學(xué)成分的群集表征。如氣相色譜指紋圖譜表征的是分析樣本的揮發(fā)性組分，液相色譜指紋圖譜也僅表征溶于提取劑的化學(xué)組分。另外，色譜指紋圖譜因色譜峰形變化少，直觀特征性不強，一般需用主成分分析、相似度計算等數(shù)學(xué)方法處理后方能實現(xiàn)鑒別的目的。同時，利用色譜峰的保留時間和峰強度僅能對單一組分進行定性定量分析，不能對樣本活性成分的整體含量及綜合效能進行評價。近年來發(fā)展起來的DNA摻偽鑒別技術(shù)，雖然因具有高效、準確、穩(wěn)定的優(yōu)點而廣受關(guān)注、也取得了較大的研究進展，但檢測費用昂貴，且DNA容易降解，很多加工食品不一定能提取出DNA；另外生產(chǎn)者也可以故意降解摻入物質(zhì)的DNA，這樣就達不到鑒別的目的。

非線性化學(xué)作為一門新的交叉學(xué)科，研究化學(xué)反應(yīng)體系在遠離平衡條件下，由體系中非線性過程的作用，所形成的各類非線性動力學(xué)行為，包括化學(xué)多重態(tài)、化學(xué)振蕩、Turing空間有序結(jié)構(gòu)、化學(xué)脈沖波、螺旋波、孤波、化學(xué)混沌和化學(xué)隨機共振等。其中，化學(xué)振蕩作為非線性化學(xué)領(lǐng)域中一種典型現(xiàn)象研究得最為深入，其反應(yīng)機理[12-14]及在單個成分分析檢測中的應(yīng)用[15-17]已獲得了大量的理論和應(yīng)用成果，但將非線性化學(xué)應(yīng)用于中藥、食品等復(fù)雜樣本的真?zhèn)舞b別及質(zhì)量控制研究，國外尚無文獻報道，中國也才剛剛起步[18-20]。非線性化學(xué)指紋圖譜是基于樣本成分參與的整個非線性化學(xué)反應(yīng)過程的動力學(xué)信息，是樣本成分信息的綜合表達，因而能更好地體現(xiàn)樣本總體成分及含量和化學(xué)性質(zhì)的差別。

因此，本研究擬以生乳作為反應(yīng)底物和耗散物，建立純生乳的非線性化學(xué)指紋圖譜，就摻入豆?jié){、米湯的生乳非線性化學(xué)指紋圖譜及其參數(shù)信息進行了研究和討論。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金屬鉑電極：213型，上海精密科學(xué)儀器有限公司；

復(fù)合甘汞電極：217型，上海精密科學(xué)儀器有限公司；

硫酸、丙酮：分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；

溴酸鈉：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；

硫酸錳：分析純，臺山市粵僑試劑塑料有限公司；

所用生乳樣本：湖南優(yōu)蜜乳業(yè)有限公司(常德)及湖南省長沙光明乳業(yè)有限公司(望城、武漢)。

1.2 儀器與設(shè)備

非線性化學(xué)指紋圖譜智能分析儀：MZ-1A 型，湖南尚泰科技有限公司。

1.3 試驗方法

開啟儀器電源，設(shè)置攪拌子轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，反應(yīng)器內(nèi)溫度為37.0 ℃。在反應(yīng)器中加入適量生乳樣本、 25.00 mL硫酸溶液(1.00 mol/L)、15.00 mL 硫酸錳溶液(0.10 mol/L，以 1.00 mol/L 硫酸溶液配制)和10.00 mL 丙酮溶液(10 mL/100 mL)于反應(yīng)器中，蓋好帶注射孔和電極的反應(yīng)器蓋，恒溫并開始計時并采集數(shù)據(jù)。 恒速攪拌5.0 min時，通過注射迅速加入5.00 mL溴酸鈉溶液(0.80 mol/L)，記錄E-t曲線至電位E不再隨時間t變化為止。

1.4 非線性化學(xué)指紋圖譜的參數(shù)信息

生乳非線性化學(xué)指紋圖譜中可以提取如下參數(shù)信息用作分析：① 誘導(dǎo)時間(t誘)，即加入溴酸鈉至開始發(fā)生振蕩反應(yīng)所需的時間；② 乳峰電位(E乳峰)和乳峰時間(t乳峰)，乳峰所對應(yīng)的電位和時間；③ 振蕩周期(T振蕩)；④ 振蕩次數(shù)(N振蕩)，即周期性反應(yīng)的次數(shù)；⑤ 振蕩壽命(t振蕩)，即發(fā)生振蕩反應(yīng)的時間；⑥ 起振電位(E起)；⑦ 停振電位(E停)和停振時間(t停)；⑧ 最大振幅(M振幅)，即振蕩過程中最大的振蕩幅度。

1.5 相似度計算

[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 特征參數(shù)的分析

2.2 方法的重復(fù)性分析

取望城產(chǎn)的生乳樣品3份為供試品，平行測定3次考察該方法的重復(fù)性，其指紋圖譜見圖1。由圖1可知，3份供試品在相同條件下測得的非線性化學(xué)指紋圖譜直觀形狀相似，具有相同的起伏趨勢。參數(shù)信息也基本相同，其相對標準偏差≤2.9% (見表1)，重現(xiàn)性好。

2.3 方法的穩(wěn)定性分析

取望城產(chǎn)的生乳為供試品，儲存在4 ℃冰箱中，分別在貯藏0，2，8，12，24 h時，加入振蕩體系中獲得其指紋圖譜，以5次試驗的參數(shù)的平均值為共有模式計算每個圖譜的相似度，其值分別為0.998 4，0.999 1，0.998 9，0.997 2，0.998 6，結(jié)果表明該供試品24 h內(nèi)穩(wěn)定。

2.4 不同批次生乳的非線性化學(xué)指紋圖譜分析

取同一奶源不同批次的生乳樣品，編號為：wc20150617、wc20150618、wc20150619建立其非線性化學(xué)指紋圖譜，見圖2。其E-t曲線起伏變化基本一致，振幅略有變化。以3批次獲得的指紋圖譜的參數(shù)的平均值為參照， 每個圖譜的整體相似度值分別為 0.997 2，0.998 1，0.999 4，表明該奶源的生乳質(zhì)量穩(wěn)定。

1. 第1次試驗 2. 第2次試驗 3. 第三次試驗圖1 望城產(chǎn)生乳樣品重復(fù)性試驗Figure 1 Repetitive experiment of raw milk from Wangcheng表1 生乳非線性化學(xué)指紋圖譜參數(shù)信息的重現(xiàn)性Table 1 The reproducibility of raw milk nonlinear chemical fingerprint parameters information

樣品Emin/Vtmin/stmax/sEmax/Vt誘/sE起/VT振蕩/sT停/sE停/Vt振蕩/sM振幅/V生乳-12990.47019491.046618510.938466.470320.697251810.1330生乳-22940.47109601.046218860.924365.769190.698350340.1406生乳-33030.47049531.046818550.937966.270050.697851500.1349RSD/%1.510.100.580.031.030.860.550.840.081.512.90

圖2 不同批次的生乳非線性化學(xué)指紋圖譜Figure 2 Nonlinear chemical fingerprint of raw milk from different baths

2.5 不同奶源地的生乳非線性化學(xué)指紋圖譜分析

取望城、常德、武漢3個奶源地的生乳，分別建立其非線性化學(xué)指紋圖譜，見圖3。其直觀形狀整體相似，乳峰出峰時間基本一致，振蕩壽命也較接近。但乳峰峰形略有不同，望城產(chǎn)的生乳乳峰形似標準大括號，武漢產(chǎn)的生乳乳峰形似變形大括號，常德產(chǎn)生乳乳峰則左右半部分呈不對稱狀。武漢產(chǎn)的生乳誘導(dǎo)時間明顯比望城和常德產(chǎn)的生乳短，其原因有待進一步考察。

2.6 摻豆?jié){生乳的檢驗

牛奶和豆?jié){外觀相近，均為乳白色液體，均為成分復(fù)雜、營養(yǎng)豐富的食品，但化學(xué)成分的種類、分子結(jié)構(gòu)及含量有明顯差異。按九陽豆?jié){機操作說明量取1杯黃豆，1.1 L水，磨成豆?jié){并用濾網(wǎng)過濾。取濾液配置成豆?jié){含量為10%，30%，40%，50%，60%，70%，80%的豆?jié){—生乳溶液建立其非線性化學(xué)指紋圖譜(圖4)。結(jié)果表明，摻入豆?jié){的生乳溶液指紋圖譜有其特征性，并隨著摻入量的增加呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。摻入豆?jié){的生乳樣本非線性化學(xué)指紋圖譜在加入溴酸鈉后無H峰段，會出現(xiàn)一個尖銳的乳峰，且出峰時間隨豆?jié){摻入量的增加而減小，最后與起振時間重合(見圖5)，根據(jù)此特征峰，可判斷生乳中摻假物質(zhì)是豆?jié){，無需采用模式識別等數(shù)學(xué)處理方法，直接利用其直觀信息就可以實現(xiàn)摻假鑒別。

圖3 不同產(chǎn)地的生乳非線性化學(xué)指紋圖譜Figure 3 Nonlinear chemical fingerprint of raw milk from different areas

由圖6～8可知，在0%～70%范圍內(nèi)，隨摻入豆?jié){量的增大以振蕩曲線中前15次振蕩的平均周期計圖譜的振蕩周期增大(見圖7)，誘導(dǎo)時間隨之增長(見圖6)，振蕩次數(shù)也隨之減少(見圖8)，且線性關(guān)系好，乳峰時間和振蕩次數(shù)的回歸方程分別為：t乳峰=42.89X+1 312.89和N振蕩=-0.827 9X+98.8，相關(guān)系數(shù)R分別為0.995 6和0.998 3；這些良好的線性關(guān)系為預(yù)測生乳中摻入豆?jié){的含量提供了必要條件。當(dāng)豆?jié){含量大于80%時，體系不發(fā)生振蕩?？紤]到不同產(chǎn)地生乳的誘導(dǎo)時間有些差異而振蕩次數(shù)相對穩(wěn)定，因此，在豆?jié){摻入量小于70%時，選擇振蕩次數(shù)(N振蕩)作為計算豆?jié){摻入量的數(shù)學(xué)公式。

2.7 摻米湯生乳的檢驗

米湯或淘米水呈白色渾濁狀，摻入生乳中僅從外觀上不易鑒別。按1∶1.2比例將大米放入水中，煮20 min熬制米湯。取濾液配置成米湯含量為10%，30%，40%，50%，60%，70%的米湯—生乳溶液建立其非線性化學(xué)指紋圖譜(圖9)。與生乳指紋圖譜比較，摻入米湯的生乳溶液的指紋圖譜有明顯的差異。加入溴酸鈉溶液時無H峰段，電位在急劇上升期出現(xiàn)小乳峰，且形狀發(fā)生變化。當(dāng)米湯摻入量大于60%時，電位迅速上升，無乳峰出現(xiàn)。與摻入豆?jié){的生乳溶液指紋圖譜比較，乳峰出峰時間不同，乳峰形狀有特征性差異。據(jù)此，可判斷生乳中摻入物是豆?jié){還是米湯。

由圖10、11可知，振蕩周期在10%～60%范圍內(nèi)隨摻入米湯量的增大而增大，誘導(dǎo)時間也隨之增長；振蕩次數(shù)隨豆?jié){摻入量的增加而減小(見圖12)；乳峰時間隨米湯摻入量的增加而減小，且有線性關(guān)系，乳峰時間的回歸方程為：t乳峰=1 020.03-8.978 9X，相關(guān)系數(shù)R為0.995 2(見圖13)。加入70%～100%米湯至體系中，反應(yīng)杯內(nèi)顏色變?yōu)榧t色，E-t曲線呈直線狀，無振蕩反應(yīng)發(fā)生。因此，在米湯摻入量10%～70%時，選擇峰值時間(t乳峰)作為計算米湯摻入量的數(shù)學(xué)公式。

圖4 不同摻豆?jié){量的生乳非線性化學(xué)指紋圖譜Figure 4 Nonlinear chemical fingerprint of raw milk with different amount of soybean milk

圖5 乳峰時間與豆?jié){含量的關(guān)系Figure 5 The relationship between the maximum value time and soybean milk content

圖6 誘導(dǎo)時間與豆?jié){含量的關(guān)系Figure 6 The relationship between induction time and soybean milk content

圖7 振蕩周期與豆?jié){含量的關(guān)系Figure 7 The relationship between oscillation period of and soybean milk content

圖8 振蕩次數(shù)與豆?jié){含量的關(guān)系Figure 8 The relationship between number oscillation and soybean milk content

圖9 不同摻米湯量的生乳非線性化學(xué)指紋圖譜Figure 9 Nonlinear chemical fingerprint of raw milk with different amount of rice water

圖10 誘導(dǎo)時間與米湯含量的關(guān)系Figure 10 The relationship between induction time and rice water content

圖11 振蕩周期與米湯含量的關(guān)系Figure 11 The relationship between oscillation period and rice water content

圖12 振蕩次數(shù)與米湯含量的關(guān)系Figure 12 The relationship between oscillation number and rice water content

圖13 乳峰出峰時間與米湯含量的關(guān)系Figure 13 The relationship between the maximum value time and rice water content

3 結(jié)論

非線性化學(xué)指紋圖譜表征的是包括待測樣本參與的振蕩體系的一系列非線性化學(xué)分樣過程中電位隨時間的變化情況。摻入豆?jié){或米湯的生乳樣本因其化學(xué)成分種類及含量與正常生乳有差異，從乳峰的形狀、時間及H峰段的有無即可判斷是否摻入了豆?jié){或米湯，從而能夠很好地將摻假生乳鑒別出來。在適當(dāng)?shù)亩節(jié){或米湯摻入量范圍內(nèi)，樣本指紋圖譜中的振蕩次數(shù)(或乳峰時間)與樣本摻入豆?jié){或米湯含量呈正比例關(guān)系，可計算出樣本中摻假物的含量。傳統(tǒng)的色譜、光譜指紋圖譜一般不直接涉及化學(xué)反應(yīng)，而非線性化學(xué)指紋圖譜是一種包含幾十個甚至上百個基元反應(yīng)的動力學(xué)指紋圖譜，具有優(yōu)越的特征性，且含有豐富的定性定量信息，為生乳等復(fù)雜樣本的摻假鑒別及摻假物相對整體含量的評價提供了一種簡單快捷的新方法。

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Identification and quantitative analysis of soybean milk and rice milk in raw milk

FANG Xuan-qi1

YANGDai-ming2

LIULan-song1

ZHOUBin-bin1

ZHANGJuan2

ZHANGJi-hong1

(1.HunanInstituteofFoodQualitySupervisionInspectionandReseach,Changsha,Hunan410111,China;2.HunanZhenhuaInstituteofFoodInspectionandReseach,Changsha,Hunan410111,China)

In order to identify raw milk, nonlinear chemical fingerprint of raw milk from different areas and that mixed with different content of soybean milk or rice water was established based on the steady system of “sodium bromate + manganese sulfate + Sulfate + acetone” by using nonlinear fingerprint technique . The raw milk samples that incorporated with soybean milk or rice water could be identified, and the adulterant could be judged by the characteristic information of their nonlinear chemical fingerprint. According to the relationship of parameter information and adulterant content, the relative global content of soybean milk or rice water could be measured. This may provide a new method for identification of raw milk mixed with soybean milk or rice water and evaluation of the adulterant relative content.

nonlinear chemical fingerprint; raw milk; identify; quantitative analysis

湖南省科技廳社會發(fā)展支撐計劃(編號：2014SK2016)

方宣啟，男，湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院工程師，碩士。

楊代明(1963-)，男，湖南省振華食品檢測研究院研究員級高工，碩士，E-mail:597353489@qq.com

2016-07-28

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.11.007