非線性化學(xué)指紋圖譜在生乳摻雜鑒別方面的應(yīng)用

□ 周彬彬 楊代明 方宣啟 張繼紅 湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院

非線性化學(xué)指紋圖譜在生乳摻雜鑒別方面的應(yīng)用

□ 周彬彬 楊代明 方宣啟 張繼紅 湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院

生乳摻雜嚴(yán)重危害人民群眾身體健康，但該現(xiàn)象屢禁不止，研究生乳摻雜鑒別方法迫在眉睫。本研究利用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)，通過對(duì)待測生乳樣本與標(biāo)準(zhǔn)生乳的非線性化學(xué)指紋圖譜的直觀形狀差異比較、參數(shù)信息最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算、整體相似度計(jì)算的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)生乳中摻入的蔗糖、動(dòng)物水解蛋白、過氧化氫、食鹽的鑒別，為生乳摻雜鑒別提供新的思路和方法。

生乳；非線性化學(xué)指紋圖譜；摻雜鑒別

牛奶是生活中不可缺少的高營養(yǎng)價(jià)值食品，且是嬰幼兒早期除母乳外的唯一營養(yǎng)來源，其質(zhì)量關(guān)系到孩子的生命安全。然而近年來，奶粉質(zhì)量安全事件層出不窮，不良商家為牟取更多利益，往生乳中摻入豆?jié){、蔗糖、動(dòng)物水解蛋白、過氧化氫、食鹽、堿、尿素、揮發(fā)性氮和米湯等物質(zhì)，直接造成生乳摻假現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致國產(chǎn)奶粉的行業(yè)危機(jī)，如震驚全國的“三聚氰胺”事件就是不良商家向生乳中摻入三聚氰胺以提高“蛋白質(zhì)”含量。因此，從源頭著手，在奶源上控制生乳摻雜問題是解決奶粉生產(chǎn)危機(jī)的關(guān)鍵。

近十年來，指紋圖譜技術(shù)已成為公認(rèn)的控制天然藥物、中藥和食品質(zhì)量安全的最為有效的手段之一[1]。目前，我國所應(yīng)用的指紋圖譜技術(shù)一般包括薄層色譜指紋圖譜、高效液相指紋圖譜，毛細(xì)管電泳指紋圖譜、氣相色譜指紋圖譜、紅外指紋圖譜、振蕩指紋圖譜、DNA指紋圖譜和X射線衍射指紋圖譜等[2]。其中色譜指紋圖譜既可定性又可定量，且具有信息多維的特點(diǎn)，受到研究者的廣泛應(yīng)用。然而，隨著研究的深入，色譜指紋圖譜的局限性也逐漸體現(xiàn)，如氣相色譜僅適用于揮發(fā)性樣品成分和真溶液體系分析，多數(shù)情況下特征直觀性不強(qiáng)，仍需利用數(shù)學(xué)方法處理后的結(jié)果來評(píng)價(jià)和鑒別。

化學(xué)振蕩作為非線性化學(xué)領(lǐng)域中一種常見現(xiàn)象，廣泛存在于自然界中，在分析測試方面，化學(xué)震蕩現(xiàn)象最初被應(yīng)用于無機(jī)金屬離子的測定，隨著研究的深入，化學(xué)震蕩在有機(jī)物的檢測方面也獲得了一些應(yīng)用，隨后，研究者們將其應(yīng)用于復(fù)雜體系的檢測，如患者的血清和尿液。近年來，化學(xué)震蕩現(xiàn)象還被應(yīng)用于中藥研究?？梢?，化學(xué)振蕩反應(yīng)不僅能對(duì)無機(jī)物作出反應(yīng)，也能對(duì)有機(jī)物做作出反應(yīng)，同時(shí)也能對(duì)簡單體系和復(fù)雜體系作出反應(yīng)[5]。但到目前為止，將非線性化學(xué)振蕩反應(yīng)應(yīng)用于鑒別樣本真?zhèn)魏唾|(zhì)量評(píng)價(jià)的指紋圖譜研究還鮮有報(bào)道。因此，本研究針對(duì)目前市場上生乳摻雜現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，以生乳作為反應(yīng)底物和耗散物，建立生乳的非線性化學(xué)指紋圖譜，就摻入蔗糖、動(dòng)物水解蛋白、過氧化氫、食鹽的生乳的非線性化學(xué)指紋圖譜及其參數(shù)信息進(jìn)行了研究和討論。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蔗糖、動(dòng)物水解蛋白、30%過氧化氫、氯化鈉、10%（v/v）丙酮、1.00 mol/L硫酸、0.80 mol/L溴酸鈉、0.10 mol/L硫酸錳。

1.2 儀器與設(shè)備

MZ-1A型非線性化學(xué)指紋圖譜智能分析儀，湖南尚泰科技有限公司。

1.3 方法

設(shè)置反應(yīng)器溫度為55.0 ℃，磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為1 000 r/min；插入217-1型飽和甘汞電極和213型鉑電極，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)至電位E不隨時(shí)間t變化為止。

2 結(jié)果與討論

2.1 生乳非線性化學(xué)指紋圖譜體系的建立及參數(shù)

以硫酸錳為催化劑的“H++Mn2++丙酮+葡萄糖”B-Z化學(xué)振蕩反應(yīng)是最為典型的非線性化學(xué)振蕩體系，本研究以成分復(fù)雜的生乳代替葡萄糖作為耗散底物，建立生乳指紋圖譜非線性化學(xué)體系。其振蕩體系組成、濃度及反應(yīng)溫度見表1。

按實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法，反應(yīng)完成后即可獲得其非線性化學(xué)指紋圖譜。生乳非線性化學(xué)指紋圖譜包含的特征參數(shù)信息主要包括：誘導(dǎo)時(shí)間（t誘）；振蕩次數(shù)(NO)；振蕩壽命(tO)；最大振幅(Amax)；(振蕩周期(Tp)；停振時(shí)間(t停)；乳峰電位(Emax)和乳峰時(shí)間(tmax)。

2.2 生乳非線性化學(xué)指紋圖譜方法的穩(wěn)定性

取望同一奶源地產(chǎn)生乳樣品3份作為供試品，平行測定3次考察該方法的重復(fù)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一來源的同種樣本，在相同條件下測得的非線性化學(xué)指紋圖譜的各參數(shù)信息基本相同，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤2.5%，說明該方法具有很好的重復(fù)性。

將生乳樣品儲(chǔ)存在4 ℃冰箱中，分別在0、2、4、8、12 h和24h實(shí)驗(yàn)，檢測其指紋圖譜，以6次實(shí)驗(yàn)的指紋圖譜的參數(shù)的平均值為參照，每個(gè)圖譜的整體相似度值分別為0.999 4、0.998 1、0.998 5、0.999 2、0.998 9和0.997 6，說明該供試品24h內(nèi)非常穩(wěn)定。

2.3 摻雜生乳的鑒別

向生乳樣品中分別摻入蔗糖動(dòng)物水解蛋白、30%雙氧水溶液1mL/100mL（0.3%）和食鹽。對(duì)摻入雜質(zhì)的生乳樣本，采用相同的實(shí)驗(yàn)方法，獲取其非線性化學(xué)指紋圖譜，分別與生乳標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜置于同一橫坐標(biāo)中，如圖1所示，計(jì)算其整體相似度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻入蔗糖、動(dòng)物水解蛋白、過氧化氫、食鹽的生乳樣本的整體相似度分別為0.814 0、0.820 4、0.9027、0.110 5，與未摻入任何物質(zhì)的生乳樣本的整體相似度0.996 3相比，均有較為明顯的差異。

A∶正常生乳與摻蔗糖生乳；B：正常生乳與摻動(dòng)物水解蛋白生乳；C：正常生乳與摻30%雙氧水生乳；D：正常生乳與摻NaCl生乳；E：生乳對(duì)照樣本與純生乳

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)生乳摻雜樣品的鑒別，利用非線性化學(xué)指紋圖譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，提取摻雜樣品的非線性化學(xué)指紋圖譜的誘導(dǎo)時(shí)間、振蕩次數(shù)、振蕩壽命、最大振幅、振蕩周期、停振時(shí)間和乳峰時(shí)間等參數(shù)信息，并計(jì)算其與標(biāo)準(zhǔn)生乳指紋圖譜參數(shù)信息的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，見表2，同時(shí)結(jié)合以上計(jì)算的整體相似度信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)摻雜生乳的鑒別。

表1 振蕩體系組成、濃度及反應(yīng)溫度

表2 測試樣本與標(biāo)準(zhǔn)生乳非線性化學(xué)指紋圖譜參數(shù)信息的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

圖1 生乳樣品非線性化學(xué)指紋圖譜

3 結(jié)論

摻入蔗糖、動(dòng)物水解蛋白、過氧化氫、食鹽等物質(zhì)的生乳樣品因其化學(xué)成分種類及含量與正常生乳有差異，因而測得的非線性化學(xué)指紋圖譜的直觀特征也有明顯的不同，從而能很好地將摻假生乳鑒別出來。本研究是基于遠(yuǎn)離平衡條件下的非線性化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)的生乳摻雜快速檢測方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的生乳摻雜檢測的方法，本法無需分離提取等復(fù)雜的前處理，設(shè)備價(jià)格低廉，能現(xiàn)場快速檢測且檢出限低[8]；該研究方法與不直接涉及化學(xué)反應(yīng)過程的傳統(tǒng)指紋圖譜相比，是一種動(dòng)力學(xué)指紋圖譜，具有優(yōu)越的特征性，為生乳等復(fù)雜樣本的摻假鑒別提供了一種簡單快捷的新方法，為生乳的質(zhì)量控制提供技術(shù)支持。

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湖南省科技廳科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“利用非線性化學(xué)指紋圖譜法快速檢測食醋和生乳的摻偽鑒別技術(shù)研究”（編號(hào)：2014SK2016）。