應(yīng)用鉛同位素比值和元素含量分析法識別有機雞樣品真實性

林 濤， 劉興勇， 邵金良， 李茂萱， 和麗忠， 鄒艷虹， 劉宏程,*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所， 云南 昆明 650223；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(昆明)， 云南 昆明 650223)

隨著畜禽業(yè)的迅速發(fā)展，有機雞肉產(chǎn)品不斷地受到我國消費者的青睞[1]。但是目前我國國家標(biāo)準(zhǔn)對于有機雞肉尚沒有明確的說明，有機認證管理不完善，使得市場上經(jīng)常出現(xiàn)以假亂真、亂貼有機標(biāo)簽的現(xiàn)象。目前，較多的研究主要集中于雞肉溯源、真實性識別等方面的研究，包括了近紅外光譜[2-3]和穩(wěn)定同位素技術(shù)[4-5]等。近紅外光譜技術(shù)的操作簡單、分析速度快、無污染，但是靈敏度較低、受樣品狀態(tài)和測定條件的影響較大，且數(shù)據(jù)處理繁瑣、模型建立較麻煩[6]。穩(wěn)定同位素技術(shù)穩(wěn)定性較好，測定操作簡單，目前已廣泛的應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源等方面[7-9]，但由于相對原子質(zhì)量較小的碳、氫、氧、氮等元素易出現(xiàn)同位素分餾現(xiàn)象而引起誤判[10]。近年來，鉛和鍶等質(zhì)量較大的金屬元素因其受環(huán)境影響較小、幾乎不發(fā)生同位素分餾現(xiàn)象而不斷地應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品等的溯源研究中[10-11]。

目前利用鉛同位素以及常見元素的含量對于雞肉溯源研究的報道較少，因此，文章對于相同品種的雞，分別采用有機養(yǎng)殖和常規(guī)養(yǎng)殖的方式，通過鉛同位素比值和常見元素含量的測定，利用主成分分析，聚類分析等化學(xué)計量學(xué)的方法，以期建立有機雞的溯源模型，為有機雞的鑒別研究提供新方法。

1 材料與方法

1.1 供試雞的飼養(yǎng)管理與樣品的采集

于云南省昭通市昭陽區(qū)郊外養(yǎng)殖，飼養(yǎng)的品種為草雞，取40只(公母各半)，于育雛期后分為2組，即有機養(yǎng)殖組和常規(guī)養(yǎng)殖組，每5只雞均飼養(yǎng)于2.0 m2的室內(nèi)區(qū)域。參照文獻[12]的飼料配比根據(jù)實際情況稍作改變：有機養(yǎng)殖組的飼料配比為65%有機玉米、25%有機大豆、9%魚粉和1% NaCl；常規(guī)養(yǎng)殖組所喂飼料為65%普通玉米、25%普通大豆、9%魚粉和1% NaCl。飲用水都采用去離子水，雞群每天固定在室外活動時間為4 h。

養(yǎng)殖2個月后(由于疾病、環(huán)境等因素，有機養(yǎng)殖和常規(guī)養(yǎng)殖的雞最終各選取了10只，共計20只)，采用相同的屠宰方式，將雞心作為取樣部位，低溫保藏并盡快運送至實驗室，用食品粉碎機充分粉碎混勻后待測。

1.2 儀器與試劑

ELAN 9000型DRC- e電感耦合等離子質(zhì)譜儀，美國PerkinElmer公司；DKQ- 4型智能控溫電加熱器，上海屹堯公司。

Pb SRM 981，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局；1 000 mg/L TI標(biāo)準(zhǔn)儲備液，國家鋼鐵材料測試中心；P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K、Se等元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 000 μg/mL)，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；濃硝酸、高氯酸(優(yōu)級純)，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；實驗用水為去離子水(電阻率>18 MΩ·cm)。

1.3 實驗方法

1.3.1樣品處理

參照文獻[13-15]的步驟并加以改進：準(zhǔn)確稱取經(jīng)粉碎后的新鮮雞心臟樣品1.000 0 g于50 mL燒杯中，再分別加入濃硝酸10 mL和高氯酸1 mL，靜置過夜后于180 ℃下消化至杯中的液體呈無色透明狀，待冷卻后加入1 mL硝酸使其中的固形物復(fù)溶，去離子水定容至25 mL，待測。同時采用相同方法處理試劑空白，每個樣品進行3次平行實驗。

1.3.2電感耦合等離子體質(zhì)譜測定

參照文獻中的方法[16]，利用20 ng/mL的TI標(biāo)準(zhǔn)溶液對電感耦合等離子體質(zhì)譜(inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS)的相關(guān)參數(shù)進行優(yōu)化，優(yōu)化后的儀器參數(shù)分別為：輔助氣流量1.2 L/min，等離子體氣流量15 L/min，霧化氣流量0.68 L/min，模擬電壓-1950 V，脈沖電壓1 100 V，電感耦合等離子體功率1 200 W，透鏡電壓6.8 kV。

分別將208Pb、207Pb、206Pb、204Pb、P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K等元素稀釋成不同濃度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；分別進行測定試劑空白消解液、試樣消解液中相關(guān)元素的信號強度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程自動得出試樣中待測元素的質(zhì)量比，并將元素204Pb與206Pb、207Pb與206Pb、208Pb與206Pb、207Pb與208Pb、207Pb與204Pb兩兩之間的含量相比得到各同位素的比值。

1.3.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗中選取了鉛同位素比值(204Pb/206Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb)，以及一些常量元素和微量元素等分析。不同變量之間差異較大，不能直接進行統(tǒng)計分析；因此，首先利用SPSS軟件將所得到的數(shù)據(jù)進行Z得分方法計算，使不同變量的權(quán)重相同，均值都為0，方差或標(biāo)準(zhǔn)偏差均為1，再通過SPSS軟件進行主成分分析和聚類分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機雞和普通雞樣品中鉛同位素比值及相關(guān)元素含量分析

利用ICP-MS分別對有機和普通雞樣品進行鉛同位素以及常見元素的含量測定并進行方差分析，結(jié)果如表1。其中鉛同位素比值204Pb/206Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素含量具有顯著性差異(p<0.05)，而鉛同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb的差異不顯著，表明204Pb以及P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K對于不同的雞樣品具有顯著的影響。

2.2 有機雞和普通雞樣品的主成分分析

通過對雞樣品中不同鉛同位素比值計算及相關(guān)元素含量的測定，利用主成分分析，從16個不同變量中共提取出6個主成分，如表2。結(jié)果表明，第1至第6主成分的貢獻率分別為29.718%、17.677%、15.937%、13.408%、8.590%和7.686%，累積貢獻率為93.016%。由主成分得分可知，第1主成分主要包括了同位素比值208Pb/206Pb、204Pb/206Pb和Zn、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素，第2主成分主要包括了同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和Mn、Mg、Cu、Na、K元素，第3主成分主要包括了同位素比值208Pb/206Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、Se元素，第4主成分主要包括了同位素比值208Pb/206Pb、204Pb/206Pb、208Pb/204Pb和P、Mn、Cu、Se元素，第5主成分主要包括了同位素比值207Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和P、Fe、Mg、Ca、Cu、Na、K元素，第6主成分主要包括了同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、204Pb/206Pb、207Pb/208Pb和Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、Se元素，初步表明Zn、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K為有機雞和普通雞樣品中的特征無機元素。

表1 有機雞和普通雞中鉛同位素比值和元素含量

同行不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

表2 鉛同位素比值和元素含量主成分分析結(jié)果

2.3 有機雞和普通雞樣品的聚類分析

根據(jù)上述所得的主成分標(biāo)準(zhǔn)化得分數(shù)據(jù)，進行聚類分析結(jié)果如圖1。結(jié)果表明，在聚類距離為25的位置，雞樣品被分為了兩大類，根據(jù)樣品信息的核對，與聚類分析的結(jié)果一致，即20個樣品被分為了有機養(yǎng)殖和常規(guī)養(yǎng)殖兩大類。

圖1 雞樣品中鉛同位素的聚類分析Fig.1 Clustering analysis of lead isotopes in chicken samples

2.4 有機雞和普通雞樣品的判別分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，通過SPSS軟件對雞樣品進行判別分析，得到的判別模型見式(1)、式(2)：

有機雞樣品判別模型：

y=-41 760.103x1+3 334.734x2+555 770.450x3+

2 210.281x4+0.592x5-163.140x6+43.555x7+

18 794.935x8-4.530x9+4.513x10-3 659.412x11+

1.046x12+0.326x13-2 898.142x14-17 863.707。

(1)

普通雞樣品判別模型：

y=-41 492.497x1+3 327.587x2+554 851.229x3+
2 200.704x4+0.650x5-158.077x6+54.589x7+
18 828.482x8-4.872x9+3.722x10-
3 656.056x11+1.136x12+0.358x13-
2 925.011x14-18 110.712。

(2)

式(1)、式(2)中：x1～x14分別為同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、204Pb/206Pb、207Pb/204Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K、Se元素含量。

利用該判別模型的初始分組正確率為100.0%，交叉驗證正確率為90%，同時通過判別模型，利用SPSS作圖(見圖2)。利用該判別模型可以較好地將有機雞和普通雞樣品區(qū)分來，且判別正確率較高，效果明顯。

圖2 有機雞和常規(guī)雞判別分析分布Fig.2 Discriminant analysis of organic chicken and conventional chicken

3 討 論

鉛在雞的體內(nèi)吸收、富集和排泄等代謝行為主要與雞的日齡、組織及性別有關(guān)，在相同的攝入條件下，未成年雞腦中的富集量高于成年雞[17]；隨著日齡的增加，腎臟、肝臟和脾臟中的鉛含量隨之升高，到達一定的含量后增加速度變慢甚至保持穩(wěn)定，飼養(yǎng)50 d后的雞肝臟中鉛含量明顯高于肌肉和血液[18]；同時不同的鉛形態(tài)被吸收的程度不同，有機態(tài)及易溶于水的鉛容易被雞吸收利用[19]。根據(jù)文獻[18-19]的報道，雞的內(nèi)臟對于元素的富集作用較強，同時根據(jù)本實驗室前期對于雞的各部位中鉛含量以及其他元素含量的測定，最終確定其心臟中的鉛和元素含量較高。

根據(jù)文獻[20-21]報道，動物中的元素含量不僅與其產(chǎn)地有關(guān)，還與其食用的飼料種類密切相關(guān)，因此本研究分別采用有機飼料與常規(guī)飼料喂養(yǎng)相同品種的雞，通過對雞樣品進行同位素及相關(guān)元素的含量測定，2種養(yǎng)殖模式下的雞中鉛同位素比值204Pb/206Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素含量具有顯著差異，取得了較好的效果，也增加了判別識別率。

4 結(jié) 論

利用ICP-MS分別對有機雞和普通雞中的鉛同位素比值和相關(guān)元素含量進行了測定，方差分析結(jié)果表明，鉛同位素比值204Pb/206Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素含量具有顯著性差異(p<0.05)；同時通過主成分分析和聚類分析等，得到相應(yīng)的判別模型，該模型的初始分組正確率為100.0%，交叉驗證正確率為90%，表明利用鉛同位素比值結(jié)合元素含量分析可以較好地用于有機雞樣品溯源識別。