雙向電泳技術(shù)鑒別牛羊乳品真實(shí)性

劉鳴暢，侯艷梅，王 斌，楊艷歌，吳亞君,*

（1.中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176；2.海普諾凱營養(yǎng)品有限公司，湖南 長沙 410005）

隨著食品多樣化發(fā)展，高端乳及其制品產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，羊乳作為高端小眾乳品以其致敏性低、營養(yǎng)成分易于吸收等特點(diǎn)受消費(fèi)者青睞，這大大促進(jìn)了羊乳及其制品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，銷量也逐年增加[1-2]，銷售額從2012年的20萬 元增長至2016年的52億 元[3]。但是在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動下，一些不法商販將牛乳或牛乳蛋白添加到羊乳等高值乳品及其制品中牟取利益[4-6]。為規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展，保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益，2015版《食品安全法》中明確規(guī)定，禁止生產(chǎn)經(jīng)營“摻雜摻假”食品，從法律層面將食品安全提升到更重要的位置，表明了打擊食品造假摻假、保障老百姓食品安全的決心。在2016年6月，國家食品藥品監(jiān)督管理總局加強(qiáng)對嬰幼兒配方粉等特殊食品的監(jiān)管力度，頒布了《嬰幼兒配方乳粉產(chǎn)品配方注冊管理辦法》，其中明確規(guī)定嬰幼兒配方乳粉原料為羊乳（粉）的，產(chǎn)品名稱可標(biāo)注為嬰幼兒配方羊乳粉，并且應(yīng)當(dāng)在配料表中標(biāo)明每100 g產(chǎn)品中羊乳（粉）所占比例，以及乳清蛋白粉來源。這一系列舉措，反映出2008年以來，監(jiān)管部門對乳品尤其嬰幼兒配方粉安全的重視，也增加了企業(yè)約束力，增強(qiáng)了消費(fèi)者信心。

目前，已經(jīng)報道了一系列乳源成分核酸[7-8]、蛋白[9]、理化[10-12]、免疫[13-14]等檢測方法。Banerjee等[15]通過對線粒體DNA的D-loop區(qū)核酸片段進(jìn)行特異性擴(kuò)增，可檢測到液態(tài)乳或乳酪中0.1%的牛源性成分；Chen Renkun等[16]采用高效液相色譜與電噴霧-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，可以精準(zhǔn)檢測到羊乳中含量不小于5%的牛乳成分；Chen Qi等[17]采用超高效液相色譜串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法技術(shù)，通過對β-乳球蛋白特征肽段定量檢測，實(shí)現(xiàn)對羊乳及其制品中牛乳成分的精準(zhǔn)定量檢測；Anguita等[18]針對牛乳β-酪蛋白制備單克隆抗體，制備酶聯(lián)免疫吸附（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）檢測試劑盒，可對鮮乳及乳酪中的牛源β-酪蛋白成分進(jìn)行檢測。不同方法應(yīng)用范圍不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，核酸檢測靈敏度高，可檢測出較低成分的摻假物，但是由于嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)工藝復(fù)雜，物料多樣，容易造成交叉污染，因其中輔料的添加產(chǎn)生假陽性信號。ELISA檢測簡單快速，可作為快速篩查手段，但是現(xiàn)有市場上的抗體種類以及ELISA檢測產(chǎn)品范圍有限，而且對抗體質(zhì)量依賴性較高，不利于大范圍推廣。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定量檢測，適合作為確證方法，但液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用首先要通過蛋白酶將乳蛋白進(jìn)行酶切，而嬰幼兒配方粉經(jīng)過復(fù)雜加工工藝，其原料生產(chǎn)、貯存以及乳粉生產(chǎn)工藝的差別可導(dǎo)致不同程度的美拉德反應(yīng)[19]，這會造成酶切位點(diǎn)修飾，影響酶切效率，此外，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)采用靶標(biāo)肽段檢測，對于未知物種來源或未知加工方式的樣品難以檢測。

雙向電泳（two-dimensional gel electrophoresis，2DGE）作為研究蛋白質(zhì)組的重要技術(shù)之一[20]，1975年由O’Farrell發(fā)明，并成功對大腸桿菌蛋白進(jìn)行了分離[21]。2DGE技術(shù)把復(fù)雜蛋白混合物中的蛋白質(zhì)在第一向等電聚焦電泳和第二向十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-sulphate polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）2 個維度上進(jìn)行分離[22]，從而達(dá)到良好的分離效果，獲得更全面、更豐富的蛋白質(zhì)信息，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、動物學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)等多個領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用[23-25]。2DGE技術(shù)可以直觀地展現(xiàn)不同種類、來源食品蛋白的差異[26]，本實(shí)驗(yàn)室也采用2DGE技術(shù)實(shí)現(xiàn)燕窩真?zhèn)巫R別[27]，并制定出入境檢驗(yàn)檢疫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；建立蜂王漿蛋白質(zhì)組檢測的2DGE方法[28]，評價蜂王漿新鮮度，豐富了蜂王漿新鮮度檢測指標(biāo)。

本研究采用2DGE技術(shù)，對牛乳、羊乳及其制品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同乳源乳品蛋白差異。同時通過對梯度配比的羊乳嬰幼兒配方粉與牛乳嬰幼兒配方粉以及市售樣品的檢測，驗(yàn)證2DGE技術(shù)可以作為評價牛羊乳真?zhèn)蔚囊粋€重要手段。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

嬰幼兒配方羊乳粉、羊乳清粉、牛乳清粉、巴氏殺菌羊乳 海普諾凱營養(yǎng)品有限公司；牛乳配方粉樣品、液態(tài)牛乳 市購。

預(yù)染蛋白分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、兩性電解質(zhì)（Bio-Lyte 4/6 Ampholyte、Bio-Lyte 5/7 Ampholyte）、IPG預(yù)制膠條（7 cm，pH 4～7）、30%丙烯酰胺溶液、1.5 mol/L三羥甲基氨基甲烷（tris(hydroxymethyl)methyl aminomethane，Tris）溶液（pH 8.8）、四甲基乙二胺、二硫蘇糖醇、3-[3-（膽酰胺丙基）二甲氨基]丙磺酸內(nèi)鹽 美國Bio-Rad公司；BCA蛋白定量試劑盒 德國Merck公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Labsystems Multiskan Spectrum酶標(biāo)儀 美國Thermo公司；5418R冷凍離心機(jī) 德國Eppendorf公司；Mini Protean 3 Cell垂直板電泳儀、PharosFX激光成像系統(tǒng)美國Bio-Rad公司；MS3渦旋儀 德國IKA公司；HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市白塔新寶儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

稱取1.5 g嬰幼兒配方乳粉樣品置于15 mL離心管中，加10 mL去離子水，渦旋振蕩，至充分溶解。使用BCA蛋白定量試劑盒對鮮乳樣品和乳粉樣品溶液的總蛋白進(jìn)行測定，將蛋白質(zhì)量濃度調(diào)整為20 mg/mL，于4 ℃保存，備用。

1.3.2 等電聚焦電泳

將樣品從4 ℃取出，渦旋振蕩，吸取10 μL樣品和150 μL水化液（8 mol/L尿素、4% 3-[3-（膽酰胺丙基）二甲氨基]丙磺酸內(nèi)鹽、40 mmol/L Tris、100 mmol/L二硫蘇糖醇、0.5%兩性電解質(zhì)）混勻，使用IPG膠條進(jìn)行等電聚焦電泳。條件設(shè)定為50 V主動水化8 h；250 V線性30 min；500 V快速30 min；4 000 V線性3 h；4 000 V快速40 000 V·h。

1.3.3 SDS-PAGE

SDS-PAGE參照《蛋白質(zhì)技術(shù)手冊》[29]中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行。其中分離膠濃度為12%。電泳條件為10 mA恒流電泳。電泳完畢，凝膠用考馬斯亮藍(lán)染液（50%甲醇、10%醋酸、0.25%考馬斯亮藍(lán)R250）染色1 h，用脫色液（25%甲醇、10%醋酸）脫色至凝膠背景消失，用蒸餾水浸泡1 h，隨后用凝膠成像系統(tǒng)拍照。

1.3.4 凝膠掃描及分析

將脫色并經(jīng)過蒸餾水浸泡的凝膠放入PharosFX激光成像系統(tǒng)，收集2DGE圖譜，使用PDQuest軟件進(jìn)行圖譜定量比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法重復(fù)性結(jié)果

圖1 液態(tài)乳樣品圖譜重復(fù)性結(jié)果Fig. 1 2DGE maps of liquid cow milk repeatability evaluation in 3 independent experiments

為確保所采用的方法在蛋白組分分析中有良好的重復(fù)性，對同一份液態(tài)乳樣品進(jìn)行3 次獨(dú)立重復(fù)2DGE分析，如圖1所示，蛋白點(diǎn)的位置與數(shù)量均保持一致，表明方法的重復(fù)性良好。分別測定圖1中高豐度蛋白點(diǎn)P1和低豐度蛋白點(diǎn)P2對其絕對光密度（蛋白點(diǎn)光密度×蛋白點(diǎn)面積）和相對光密度（蛋白點(diǎn)光密度×蛋白點(diǎn)面積與圖譜總蛋白點(diǎn)的平均光密度×蛋白點(diǎn)面積的比值）的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD），結(jié)果如表1所示，P1和P2蛋白點(diǎn)3 次相對光密度的RSD低于絕對光密度的RSD，說明2DGE蛋白點(diǎn)相對光密度重復(fù)性最優(yōu)。

表1 光密度重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Repeatability of optical density values in replicate experiments

2.2 牛羊乳特征蛋白篩選結(jié)果

圖2 牛羊乳及其制品2DGE圖譜Fig. 2 2DGE maps of cow and goat milk and milk products

如圖2所示，通過與現(xiàn)有研究[29]比對，牛乳、羊乳中所含蛋白種類基本相同，但由于性質(zhì)差異，在液態(tài)乳和嬰幼兒配方粉的圖譜中可以發(fā)現(xiàn)，酪蛋白中牛源αS1-酪蛋白（cow αS1-casein，C-αS1-CN）和羊源αS1-酪蛋白（goat αS1-casein，G-αS1-CN）等電點(diǎn)基本相同，但C-αS1-CN分子質(zhì)量大于G-αS1-CN；牛源αS2-酪蛋白（cow αS2-casein，C-αS2-CN）和羊源αS2-酪蛋白（goat αS2-casein，G-αS2-CN）分子質(zhì)量相同，但G-αS2-CN等電點(diǎn)更大；牛源β-酪蛋白（cow β-casein，C-β-CN）和羊源β-酪蛋白（goat β-casein，G-β-CN）的分子質(zhì)量和等電點(diǎn)基本相同。乳清蛋白中，牛源β-乳球蛋白（cow β-lactoglobulin，C-β-LG）和羊源β-乳球蛋白（goat β-lactoglobulin，G-β-LG）分子質(zhì)量相同，G-β-LG等電點(diǎn)大于C-β-LG；牛源α-乳白蛋白（cow α-lactalbumin，C-α-LA）和羊源α-乳白蛋白（goat α-lactalbumin，G-α-LA）的分子質(zhì)量和等電點(diǎn)基本相同。但是，每種乳在加工過程中，蛋白變化較小，所以初步選定C-αS1-CN、牛源κ-酪蛋白（cow κ-casein，C-κ-CN）、G-αS2-CN和G-β-LG作為乳源特征蛋白，判別羊乳嬰幼兒配方粉中是否添加牛乳成分。

2.3 檢測靈敏度結(jié)果

為考察乳源標(biāo)志蛋白點(diǎn)C-αS1-CN、C-κ-CN、G-αS2-CN和G-β-LG的最低檢測限及線性關(guān)系，將羊乳嬰幼兒配方粉與牛乳嬰幼兒配方粉進(jìn)行梯度配比，使牛乳嬰幼兒配方粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、5%、10%、20%、50%、80%、95%、100%，并進(jìn)行2DGE實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示，通過PDQuest軟件分析，確定蛋白點(diǎn)光密度，并繪制工作曲線，如圖4所示。

圖3 不同配比梯度的乳粉樣品2DGE圖譜Fig. 3 2DGE maps of different proportions of cow milk powder

圖4 不同配比梯度的乳粉樣品牛羊乳特征蛋白光密度Fig. 4 Optical density values of different proportions of characteristic protein components in cow milk and goat milk

結(jié)果表明，C-αS1-CN、C-κ-CN、G-αS2-CN和G-β-LG蛋白的檢測靈敏度均可達(dá)到5%，其中，C-αS1-CN蛋白線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.97，可作為牛乳成分指征蛋白；G-β-LG蛋白線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.98，可作為羊乳成分指征蛋白。C-κ-CN和G-αS2-CN蛋白特異性良好，但線性關(guān)系較差，可作為乳源判定的輔助指標(biāo)。

2.4 市售樣品檢測結(jié)果

圖5 市售樣品2DGE圖譜Fig. 5 2DGE maps of commercialized samples

表2 市售樣品檢測結(jié)果Table 2 2DGE detections of commercialized milk samples

從市場上購買8 份樣品，包括1 個液態(tài)羊乳產(chǎn)品、2 個液態(tài)牛乳樣品，1 個羊乳嬰幼兒配方粉產(chǎn)品、1 個牛乳嬰幼兒配方粉產(chǎn)品，2 個酸羊乳產(chǎn)品和1 個酸牛乳產(chǎn)品采用2DGE方法進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖5、表2所示?？梢钥闯?，市售液態(tài)羊乳、羊乳嬰幼兒配方粉和酸羊乳1中，均存在羊乳特征蛋白G-β-LG，可判定為羊乳產(chǎn)品。市售液態(tài)牛乳、牛乳嬰幼兒配方粉和酸牛乳中，可檢測到牛乳特征蛋白C-αS1-CN和C-κ-CN，可判定為牛乳產(chǎn)品。而酸羊乳2中，未檢測到羊乳特征蛋白G-β-LG，而牛乳特征蛋白C-αS1-CN和C-κ-CN清晰可見，判斷其為牛乳偽造的羊乳產(chǎn)品。

3 討論與結(jié)論

蛋白質(zhì)組分析技術(shù)越來越多地應(yīng)用于食品檢測。雖然相比于質(zhì)譜技術(shù)，2DGE技術(shù)對手工操作依賴較大，似乎容易出現(xiàn)結(jié)果不穩(wěn)定的情況[30]。但本實(shí)驗(yàn)研究表明，通過購買、配制標(biāo)準(zhǔn)化試劑，嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程，可以達(dá)到良好的重復(fù)性。采用相對定量方法時，蛋白點(diǎn)相對光密度比較穩(wěn)定，說明相對定量法可用于模擬摻假樣品中摻假物的半定量檢測。但是由于不同乳制品及不同廠家加工工藝差異較大，對蛋白質(zhì)可能造成不同程度的影響，此外，營養(yǎng)強(qiáng)化蛋白的添加也可能造成蛋白比例的變化[31]，所以本方法不適于用作乳制品摻假成分的定量檢測。通過與已開展的牛羊乳相關(guān)2DGE研究結(jié)果[32]對比，發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)得到的牛、羊乳蛋白指紋圖譜和報道的圖譜基本相同。牛、羊乳蛋白指紋圖譜之間存在明顯差異，主要體現(xiàn)在αS1-酪蛋白分子質(zhì)量不同，αS2-酪蛋白、κ-酪蛋白以及β-乳球蛋白等電點(diǎn)不同，為牛羊乳制品中的鑒定提供了很好的指標(biāo)。2DGE利用等電點(diǎn)和分子質(zhì)量二維的信息，對蛋白的判定比較準(zhǔn)確，加上在檢測過程中，不存在類似聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)這種指數(shù)放大信號，或者類似ELISA依賴抗體質(zhì)量的情況，因此不會發(fā)生交叉污染或假信號的情況，可以作為樣品鑒定的確證方法。相比于質(zhì)譜技術(shù)，雖然前者通量更高，但2DGE具有直觀地在同一張圖譜上呈現(xiàn)樣品所有蛋白點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)還是其他技術(shù)無法比擬的，這種直觀性和完整性在不同樣品之間的比對，尤其是未知標(biāo)志蛋白，或未知樣品來源的情況下，尤其具有優(yōu)勢。同時，2DGE與質(zhì)譜，主要是基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行質(zhì)譜的良好銜接也為后續(xù)的蛋白精準(zhǔn)鑒定提供條件。

雖然2DGE技術(shù)相比于質(zhì)譜技術(shù)，在復(fù)雜樣品（摻雜）的鑒定上存在識別難度，不同物種或組織來源蛋白分辨率不夠高，但是對于乳品蛋白，蛋白種類相對較少，酪蛋白和清蛋白分區(qū)明顯，體現(xiàn)在圖譜上就是蛋白點(diǎn)數(shù)量較少，分布區(qū)域清晰，差異明顯，加上乳品樣品前處理簡單，無需復(fù)雜的酶解過程，不會造成處理過程中蛋白的損失，對指紋圖譜的模式影響小，因此適用于2DGE技術(shù)。通過構(gòu)建2DGE標(biāo)準(zhǔn)圖庫，也可以減少檢測過程中對標(biāo)準(zhǔn)樣品的依賴，適合市售商品的常規(guī)檢測。

通過梯度配比實(shí)驗(yàn)，即可判定乳品中質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于5%的牛乳蛋白成分，能夠滿足市售樣品摻偽監(jiān)管需求。其中C-αS1-CN和G-β-LG相對含量和乳粉的摻雜比例具有良好的線性關(guān)系，可以用于定量檢測。針對8 份市售樣品的檢測，發(fā)現(xiàn)1 份用牛乳冒充羊乳，整個判定過程清晰直觀，一方面說明本方法對實(shí)際產(chǎn)品和不同類型產(chǎn)品的適用性，另一方面也說明市場的確存在不同物種來源乳品的摻假。在后續(xù)的研究中，本課題組將擴(kuò)大對市場樣品的篩查范圍，同時探索定量檢測方法，更精確地判定商品標(biāo)識的真實(shí)性。

2DGE圖譜信息豐度高、結(jié)果穩(wěn)定直觀，通過對圖譜中牛乳特征蛋白點(diǎn)的識別，即可判定乳品中質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于5%的牛乳蛋白成分，可以作為評價羊乳真?zhèn)蔚拇_證方法。