低场核磁共振技术对驴肉食品的掺伪鉴别

朱莹莹，赵 瑜，张 丽，汝 骅

(1.苏州市职业大学 教育与人文学院，江苏 苏州 215104；2.苏州纽迈分析仪器股份有限公司 研发部，江苏 苏州 215151)

驴肉营养价值丰富、美味可口，与牛肉和猪肉相比，蛋白质含量更高，脂肪和胆固醇含量更低[1]，深受消费者喜爱和追捧。但驴的饲养数量却呈现逐年下降趋势，造成驴肉产量低，价格居高不下，驴肉掺假问题也随之而来[2]。目前，我国尚未建立驴肉产品的定性或定量检测检验标准。驴肉的鉴别主要采用聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)及其衍生技术、近红外技术和化学计量学分析方法、小分子代谢物检测、核酸或蛋白质鉴定技术等[3-8]。其中PCR技术具有强特异性和高灵敏度，已被广泛应用到肉类成分的检测中[9-10]。但该技术前处理复杂、检测时间长，对驴肉样品有破坏性，同时成本较高，无法满足食品质量安全部门对大规模和高通量检测工作的监管要求。近红外技术因方便、快速、高效、无损、无化学试剂和环境污染等优点，已被广泛应用到农畜产品的检测中，但近红外技术在检测前需要建立预测模型[11]。

低场核磁共振技术 (low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)，通过检测样品中的氢质子信号来研究样品中水分、脂肪等物质含量或特性，具有无损、快速、实时、准确等优点，同时对样品形状、状态和大小无规定，且对样品不产生污染和破坏。目前已被应用到注水肉检测[12]、牛乳掺假[13]、食用油品质鉴别及掺假[14-15]以及黄明胶品牌[16]的快速鉴别上，但还没有文献报道将低场核磁共振技术应用到驴肉的品质检测或掺假鉴别上。

1 材料与方法

本研究以卤煮熟驴肉和熟牛肉为研究对象，拟采用MesoMR23-060H-I低场核磁共振分析仪(苏州纽迈分析仪器股份有限公司)，及其CPMG(carr purcell meiboom gill)序列检测熟驴肉和熟牛肉样品产生的核磁共振信号，运用仪器配套的反演软件得到每个肉样样品的横向弛豫谱及相关参数，利用化学计量学中主成分分析技术，对采集到的CPMG数据进行降维分析得到数据差异分析结果，为探索低场核磁共振技术在驴肉鉴别领域的应用提供试验依据。

1)肉样：分别取新鲜牛、驴肉和冷却至室温的熟牛、驴肉，切成长、宽、高约为1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的肉样，取10个样品，称重后用于核磁数据的检测和分析，每个样品重复测量3次，取平均值作为该样品的最终检测结果用于数据统计。

2)LF-NMR检测方法。在温度为23.5 ℃，湿度为78.1%的环境下，在仪器的共振频率为23.40 MHz，磁体强度为0.55 T，线圈直径为25 mm，磁体温度为32 ℃条件下测试。T2测试条件：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。

使用核磁共振分析测量软件及CPMG序列采集样品横向弛豫信号，采用SIRT 100000进行反演，得到牛、驴肉样品的横向弛豫图谱。

3)水分含量的测定。参照国标《食品中水分的测定》 (GB5009.3-2016)[17]方法检测肉样中水分含量。水分含量/%=×100%，式中：W为烘干前肉样的质量；W为烘干至质量恒定时肉样质量。

4)统计分析。用系统自带的反演软件对采集到的CPMG衰减曲线进行反演拟合，同时对CMPG序列数据及反演数据进行归一化处理，利用SIMCA-P11.5对归一化的CPMG序列数据进行主成分分析(principal component analysis，PCA)，使用R3.6.1软件的hclust对归一化的CMPG序列数据进行聚类分析，采用Origin8.5.1软件对采集到的数据进行画图处理。新鲜肉样和卤煮肉样的水分含量用SAS9.2软件统计，采用单因素方差分析和Duncan’s多重比较法进行差异显著性检验，结果以(平均数±标准差)的形式表示。

2 结果与讨论

2.1 牛肉和驴肉水分含量分析

测定新鲜牛、驴肉以及卤煮熟牛、驴肉的水分含量 (平均值±标准差)的结果为：新鲜牛、驴肉肉样水分含量分别为(69.6±5.1)%、(70.3±2.7)%；卤煮熟牛肉和熟驴肉的水分含量分别为(43.9±7.1)%、(41.2±4.3)%。由此可知，无论是新鲜的肉样还是熟肉样，牛肉和驴肉样品之间的含水量均没有显著性差异(P>0.05)，表明使用水分含量无法直接鉴别牛肉和驴肉。

2.2 熟牛肉和熟驴肉的弛豫特性分析

熟牛肉和熟驴肉的NMR图谱如图1所示。由图1(a)可知：熟牛肉样品和熟驴肉样品的CPMG序列回波峰的衰减曲线间存在一定的差异，其中，熟驴肉表现出更快的衰减速度，表明熟牛肉和熟驴肉内部水分含量存在差异。由图1(b)可知，T2横向弛豫时间可以直观地反映样品中水分子流动性的强弱，熟牛肉和熟驴肉中的水分子主要以自由水(100~1 000 ms)、不易流动水(10~100 ms)和结合水 (0.1~10 ms)三种形式存在。由图1(c)可知，熟牛肉样品中结合水和自由水的占比较熟驴肉高(P<0.05)。因此，熟牛肉和熟驴肉样品内部水分组成状态存在显著差异。

图1 熟牛肉和熟驴肉样品的NMR图谱

2.3 熟牛、驴肉样品CPMG序列聚类分析和主成分分析

使用R软件对熟牛、驴肉样品的CPMG序列回波峰点数据进行聚类分析和主成分分析，结果见图2。聚类分析如图2(a)所示，主成分分析如图2(b)所示。

由图2(a)可知，熟牛肉样品和熟驴肉样品的CPMG序列回波峰点数据间存在较远距离，其弛豫特性存在较大差异。牛肉组内10个样品间的距离较近，除了8号驴肉样品，驴肉组内其他9个样品间的距离较近，说明牛肉和驴肉组内差异较小。

由图2(b)可知，第一主成分PC1贡献率为82.89%，第二主成分PC2贡献率为16.03%，PC1和PC2的贡献率之和超过98%，说明主成分分析可以较完整地反映原来CPMG多指标的数据信息，PC1可以将驴肉样品和牛肉样品完全分开，可以用来解释组间差异。PC2可以用来解释组内差异，点与点之间的距离越远，说明样品差异越大。由此得出：驴肉组样品和牛肉组样品间存在较远距离，在PC1方向上基本可以得到准确区分；驴肉组和牛肉组样品的CPMG序列回波峰点数据间存在显著差异，可以在PCA得分图上很好地体现出来。

低场核磁共振技术主要通过研究样品内部氢原子核在永磁场中的自旋弛豫特性，分析样品的弛豫时间变化来研究被测样品的氢质子特性，尤其是内部水分的组成状态，如结合水、自由水、不易流动水及其水分含量。熟牛肉和熟驴肉的内部水分状态存在较大差异，可以直接反映到PCA得分图上。

图2 牛、驴肉样品CPMG序列聚类分析与主成分分析

3 结论

低场核磁共振技术在检测过程中无需添加任何其他化学试剂，没有复杂的前处理过程，样品不会被污染和破坏，制样方便，检测时间短，是一种无损、快速检测技术，结合主成分分析法，低场核磁共振技术能有效反应熟牛肉和熟驴肉的差异，在驴肉掺假和快速鉴别上具有较大的应用潜力。