非线性化学指纹图谱在生乳掺杂鉴别方面的应用

□ 周彬彬 杨代明 方宣启 张继红 湖南省食品质量监督检验研究院

非线性化学指纹图谱在生乳掺杂鉴别方面的应用

□ 周彬彬 杨代明 方宣启 张继红 湖南省食品质量监督检验研究院

生乳掺杂严重危害人民群众身体健康，但该现象屡禁不止，研究生乳掺杂鉴别方法迫在眉睫。本研究利用非线性化学指纹图谱技术，通过对待测生乳样本与标准生乳的非线性化学指纹图谱的直观形状差异比较、参数信息最大相对标准偏差计算、整体相似度计算的方式，实现对生乳中掺入的蔗糖、动物水解蛋白、过氧化氢、食盐的鉴别，为生乳掺杂鉴别提供新的思路和方法。

生乳；非线性化学指纹图谱；掺杂鉴别

牛奶是生活中不可缺少的高营养价值食品，且是婴幼儿早期除母乳外的唯一营养来源，其质量关系到孩子的生命安全。然而近年来，奶粉质量安全事件层出不穷，不良商家为牟取更多利益，往生乳中掺入豆浆、蔗糖、动物水解蛋白、过氧化氢、食盐、碱、尿素、挥发性氮和米汤等物质，直接造成生乳掺假现象严重，导致国产奶粉的行业危机，如震惊全国的“三聚氰胺”事件就是不良商家向生乳中掺入三聚氰胺以提高“蛋白质”含量。因此，从源头着手，在奶源上控制生乳掺杂问题是解决奶粉生产危机的关键。

近十年来，指纹图谱技术已成为公认的控制天然药物、中药和食品质量安全的最为有效的手段之一[1]。目前，我国所应用的指纹图谱技术一般包括薄层色谱指纹图谱、高效液相指纹图谱，毛细管电泳指纹图谱、气相色谱指纹图谱、红外指纹图谱、振荡指纹图谱、DNA指纹图谱和X射线衍射指纹图谱等[2]。其中色谱指纹图谱既可定性又可定量，且具有信息多维的特点，受到研究者的广泛应用。然而，随着研究的深入，色谱指纹图谱的局限性也逐渐体现，如气相色谱仅适用于挥发性样品成分和真溶液体系分析，多数情况下特征直观性不强，仍需利用数学方法处理后的结果来评价和鉴别。

化学振荡作为非线性化学领域中一种常见现象，广泛存在于自然界中，在分析测试方面，化学震荡现象最初被应用于无机金属离子的测定，随着研究的深入，化学震荡在有机物的检测方面也获得了一些应用，随后，研究者们将其应用于复杂体系的检测，如患者的血清和尿液。近年来，化学震荡现象还被应用于中药研究。可见，化学振荡反应不仅能对无机物作出反应，也能对有机物做作出反应，同时也能对简单体系和复杂体系作出反应[5]。但到目前为止，将非线性化学振荡反应应用于鉴别样本真伪和质量评价的指纹图谱研究还鲜有报道。因此，本研究针对目前市场上生乳掺杂现象严重的问题，以生乳作为反应底物和耗散物，建立生乳的非线性化学指纹图谱，就掺入蔗糖、动物水解蛋白、过氧化氢、食盐的生乳的非线性化学指纹图谱及其参数信息进行了研究和讨论。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蔗糖、动物水解蛋白、30%过氧化氢、氯化钠、10%（v/v）丙酮、1.00 mol/L硫酸、0.80 mol/L溴酸钠、0.10 mol/L硫酸锰。

1.2 仪器与设备

MZ-1A型非线性化学指纹图谱智能分析仪，湖南尚泰科技有限公司。

1.3 方法

设置反应器温度为55.0 ℃，磁力搅拌器转速为1 000 r/min；插入217-1型饱和甘汞电极和213型铂电极，打开数据采集系统采集数据至电位E不随时间t变化为止。

2 结果与讨论

2.1 生乳非线性化学指纹图谱体系的建立及参数

以硫酸锰为催化剂的“H++Mn2++丙酮+葡萄糖”B-Z化学振荡反应是最为典型的非线性化学振荡体系，本研究以成分复杂的生乳代替葡萄糖作为耗散底物，建立生乳指纹图谱非线性化学体系。其振荡体系组成、浓度及反应温度见表1。

按实验方法及数据处理方法，反应完成后即可获得其非线性化学指纹图谱。生乳非线性化学指纹图谱包含的特征参数信息主要包括：诱导时间（t诱）；振荡次数(NO)；振荡寿命(tO)；最大振幅(Amax)；(振荡周期(Tp)；停振时间(t停)；乳峰电位(Emax)和乳峰时间(tmax)。

2.2 生乳非线性化学指纹图谱方法的稳定性

取望同一奶源地产生乳样品3份作为供试品，平行测定3次考察该方法的重复性，结果发现同一来源的同种样本，在相同条件下测得的非线性化学指纹图谱的各参数信息基本相同，相对标准偏差≤2.5%，说明该方法具有很好的重复性。

将生乳样品储存在4 ℃冰箱中，分别在0、2、4、8、12 h和24h实验，检测其指纹图谱，以6次实验的指纹图谱的参数的平均值为参照，每个图谱的整体相似度值分别为0.999 4、0.998 1、0.998 5、0.999 2、0.998 9和0.997 6，说明该供试品24h内非常稳定。

2.3 掺杂生乳的鉴别

向生乳样品中分别掺入蔗糖动物水解蛋白、30%双氧水溶液1mL/100mL（0.3%）和食盐。对掺入杂质的生乳样本，采用相同的实验方法，获取其非线性化学指纹图谱，分别与生乳标准指纹图谱置于同一横坐标中，如图1所示，计算其整体相似度。实验结果表明，掺入蔗糖、动物水解蛋白、过氧化氢、食盐的生乳样本的整体相似度分别为0.814 0、0.820 4、0.9027、0.110 5，与未掺入任何物质的生乳样本的整体相似度0.996 3相比，均有较为明显的差异。

A∶正常生乳与掺蔗糖生乳；B：正常生乳与掺动物水解蛋白生乳；C：正常生乳与掺30%双氧水生乳；D：正常生乳与掺NaCl生乳；E：生乳对照样本与纯生乳

为进一步实现对生乳掺杂样品的鉴别，利用非线性化学指纹图谱数据处理系统，提取掺杂样品的非线性化学指纹图谱的诱导时间、振荡次数、振荡寿命、最大振幅、振荡周期、停振时间和乳峰时间等参数信息，并计算其与标准生乳指纹图谱参数信息的相对标准偏差，见表2，同时结合以上计算的整体相似度信息，实现了对掺杂生乳的鉴别。

表1 振荡体系组成、浓度及反应温度

表2 测试样本与标准生乳非线性化学指纹图谱参数信息的相对标准偏差

图1 生乳样品非线性化学指纹图谱

3 结论

掺入蔗糖、动物水解蛋白、过氧化氢、食盐等物质的生乳样品因其化学成分种类及含量与正常生乳有差异，因而测得的非线性化学指纹图谱的直观特征也有明显的不同，从而能很好地将掺假生乳鉴别出来。本研究是基于远离平衡条件下的非线性化学反应基础的生乳掺杂快速检测方法，相对于传统的生乳掺杂检测的方法，本法无需分离提取等复杂的前处理，设备价格低廉，能现场快速检测且检出限低[8]；该研究方法与不直接涉及化学反应过程的传统指纹图谱相比，是一种动力学指纹图谱，具有优越的特征性，为生乳等复杂样本的掺假鉴别提供了一种简单快捷的新方法，为生乳的质量控制提供技术支持。

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湖南省科技厅科技计划重点项目“利用非线性化学指纹图谱法快速检测食醋和生乳的掺伪鉴别技术研究”（编号：2014SK2016）。