低場核磁共振技術對驢肉食品的摻偽鑒別

朱瑩瑩，趙 瑜，張 麗，汝 驊

(1.蘇州市職業(yè)大學 教育與人文學院，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州紐邁分析儀器股份有限公司 研發(fā)部，江蘇 蘇州 215151)

驢肉營養(yǎng)價值豐富、美味可口，與牛肉和豬肉相比，蛋白質(zhì)含量更高，脂肪和膽固醇含量更低[1]，深受消費者喜愛和追捧。但驢的飼養(yǎng)數(shù)量卻呈現(xiàn)逐年下降趨勢，造成驢肉產(chǎn)量低，價格居高不下，驢肉摻假問題也隨之而來[2]。目前，我國尚未建立驢肉產(chǎn)品的定性或定量檢測檢驗標準。驢肉的鑒別主要采用聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction，PCR)及其衍生技術、近紅外技術和化學計量學分析方法、小分子代謝物檢測、核酸或蛋白質(zhì)鑒定技術等[3-8]。其中PCR技術具有強特異性和高靈敏度，已被廣泛應用到肉類成分的檢測中[9-10]。但該技術前處理復雜、檢測時間長，對驢肉樣品有破壞性，同時成本較高，無法滿足食品質(zhì)量安全部門對大規(guī)模和高通量檢測工作的監(jiān)管要求。近紅外技術因方便、快速、高效、無損、無化學試劑和環(huán)境污染等優(yōu)點，已被廣泛應用到農(nóng)畜產(chǎn)品的檢測中，但近紅外技術在檢測前需要建立預測模型[11]。

低場核磁共振技術 (low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)，通過檢測樣品中的氫質(zhì)子信號來研究樣品中水分、脂肪等物質(zhì)含量或特性，具有無損、快速、實時、準確等優(yōu)點，同時對樣品形狀、狀態(tài)和大小無規(guī)定，且對樣品不產(chǎn)生污染和破壞。目前已被應用到注水肉檢測[12]、牛乳摻假[13]、食用油品質(zhì)鑒別及摻假[14-15]以及黃明膠品牌[16]的快速鑒別上，但還沒有文獻報道將低場核磁共振技術應用到驢肉的品質(zhì)檢測或摻假鑒別上。

1 材料與方法

本研究以鹵煮熟驢肉和熟牛肉為研究對象，擬采用MesoMR23-060H-I低場核磁共振分析儀(蘇州紐邁分析儀器股份有限公司)，及其CPMG(carr purcell meiboom gill)序列檢測熟驢肉和熟牛肉樣品產(chǎn)生的核磁共振信號，運用儀器配套的反演軟件得到每個肉樣樣品的橫向弛豫譜及相關參數(shù)，利用化學計量學中主成分分析技術，對采集到的CPMG數(shù)據(jù)進行降維分析得到數(shù)據(jù)差異分析結果，為探索低場核磁共振技術在驢肉鑒別領域的應用提供試驗依據(jù)。

1)肉樣：分別取新鮮牛、驢肉和冷卻至室溫的熟牛、驢肉，切成長、寬、高約為1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的肉樣，取10個樣品，稱重后用于核磁數(shù)據(jù)的檢測和分析，每個樣品重復測量3次，取平均值作為該樣品的最終檢測結果用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

2)LF-NMR檢測方法。在溫度為23.5 ℃，濕度為78.1%的環(huán)境下，在儀器的共振頻率為23.40 MHz，磁體強度為0.55 T，線圈直徑為25 mm，磁體溫度為32 ℃條件下測試。T2測試條件：SFO1(MHz)=23.400 MHz，P1=15 us，P2=35.04 us，TE=0.15 ms，Tw=3 000 ms，NECH=5 000，PRG=1，NS=2。

使用核磁共振分析測量軟件及CPMG序列采集樣品橫向弛豫信號，采用SIRT 100000進行反演，得到牛、驢肉樣品的橫向弛豫圖譜。

3)水分含量的測定。參照國標《食品中水分的測定》 (GB5009.3-2016)[17]方法檢測肉樣中水分含量。水分含量/%=×100%，式中：W為烘干前肉樣的質(zhì)量；W為烘干至質(zhì)量恒定時肉樣質(zhì)量。

4)統(tǒng)計分析。用系統(tǒng)自帶的反演軟件對采集到的CPMG衰減曲線進行反演擬合，同時對CMPG序列數(shù)據(jù)及反演數(shù)據(jù)進行歸一化處理，利用SIMCA-P11.5對歸一化的CPMG序列數(shù)據(jù)進行主成分分析(principal component analysis，PCA)，使用R3.6.1軟件的hclust對歸一化的CMPG序列數(shù)據(jù)進行聚類分析，采用Origin8.5.1軟件對采集到的數(shù)據(jù)進行畫圖處理。新鮮肉樣和鹵煮肉樣的水分含量用SAS9.2軟件統(tǒng)計，采用單因素方差分析和Duncan’s多重比較法進行差異顯著性檢驗，結果以(平均數(shù)±標準差)的形式表示。

2 結果與討論

2.1 牛肉和驢肉水分含量分析

測定新鮮牛、驢肉以及鹵煮熟牛、驢肉的水分含量 (平均值±標準差)的結果為：新鮮牛、驢肉肉樣水分含量分別為(69.6±5.1)%、(70.3±2.7)%；鹵煮熟牛肉和熟驢肉的水分含量分別為(43.9±7.1)%、(41.2±4.3)%。由此可知，無論是新鮮的肉樣還是熟肉樣，牛肉和驢肉樣品之間的含水量均沒有顯著性差異(P>0.05)，表明使用水分含量無法直接鑒別牛肉和驢肉。

2.2 熟牛肉和熟驢肉的弛豫特性分析

熟牛肉和熟驢肉的NMR圖譜如圖1所示。由圖1(a)可知：熟牛肉樣品和熟驢肉樣品的CPMG序列回波峰的衰減曲線間存在一定的差異，其中，熟驢肉表現(xiàn)出更快的衰減速度，表明熟牛肉和熟驢肉內(nèi)部水分含量存在差異。由圖1(b)可知，T2橫向弛豫時間可以直觀地反映樣品中水分子流動性的強弱，熟牛肉和熟驢肉中的水分子主要以自由水(100~1 000 ms)、不易流動水(10~100 ms)和結合水 (0.1~10 ms)三種形式存在。由圖1(c)可知，熟牛肉樣品中結合水和自由水的占比較熟驢肉高(P<0.05)。因此，熟牛肉和熟驢肉樣品內(nèi)部水分組成狀態(tài)存在顯著差異。

圖1 熟牛肉和熟驢肉樣品的NMR圖譜

2.3 熟牛、驢肉樣品CPMG序列聚類分析和主成分分析

使用R軟件對熟牛、驢肉樣品的CPMG序列回波峰點數(shù)據(jù)進行聚類分析和主成分分析，結果見圖2。聚類分析如圖2(a)所示，主成分分析如圖2(b)所示。

由圖2(a)可知，熟牛肉樣品和熟驢肉樣品的CPMG序列回波峰點數(shù)據(jù)間存在較遠距離，其弛豫特性存在較大差異。牛肉組內(nèi)10個樣品間的距離較近，除了8號驢肉樣品，驢肉組內(nèi)其他9個樣品間的距離較近，說明牛肉和驢肉組內(nèi)差異較小。

由圖2(b)可知，第一主成分PC1貢獻率為82.89%，第二主成分PC2貢獻率為16.03%，PC1和PC2的貢獻率之和超過98%，說明主成分分析可以較完整地反映原來CPMG多指標的數(shù)據(jù)信息，PC1可以將驢肉樣品和牛肉樣品完全分開，可以用來解釋組間差異。PC2可以用來解釋組內(nèi)差異，點與點之間的距離越遠，說明樣品差異越大。由此得出：驢肉組樣品和牛肉組樣品間存在較遠距離，在PC1方向上基本可以得到準確區(qū)分；驢肉組和牛肉組樣品的CPMG序列回波峰點數(shù)據(jù)間存在顯著差異，可以在PCA得分圖上很好地體現(xiàn)出來。

低場核磁共振技術主要通過研究樣品內(nèi)部氫原子核在永磁場中的自旋弛豫特性，分析樣品的弛豫時間變化來研究被測樣品的氫質(zhì)子特性，尤其是內(nèi)部水分的組成狀態(tài)，如結合水、自由水、不易流動水及其水分含量。熟牛肉和熟驢肉的內(nèi)部水分狀態(tài)存在較大差異，可以直接反映到PCA得分圖上。

圖2 牛、驢肉樣品CPMG序列聚類分析與主成分分析

3 結論

低場核磁共振技術在檢測過程中無需添加任何其他化學試劑，沒有復雜的前處理過程，樣品不會被污染和破壞，制樣方便，檢測時間短，是一種無損、快速檢測技術，結合主成分分析法，低場核磁共振技術能有效反應熟牛肉和熟驢肉的差異，在驢肉摻假和快速鑒別上具有較大的應用潛力。