利用红外光谱法检测奶粉中的淀粉掺伪

舒友琴,张贺凡,胡 平

(河南牧业经济学院 食品与生物工程学院，河南 郑州 450046)

乳制品是食品掺假的常见对象之一，有些供应商在奶粉中掺入价格相对较低的面粉、米粉、糊精、淀粉和大豆蛋白等，以获取差额利润[1]。利用国标方法鉴别奶粉掺假，过程繁琐、耗时长，且需要大量的试剂。为保护消费者的利益，杜绝奶粉掺假违法行为的发生，亟待建立一种快速、准确鉴别奶粉掺假的方法。

利用红外光谱法对样品进行检测，无需进行复杂的预处理，样品检测可在一分钟内完成，检测过程对样品基本无损耗且分辨率高。已有学者将红外光谱法应用于乳制品的质量监控，如原料乳新鲜度的快速测定，原料乳理化指标的快速识别[2]，奶粉中三聚氰胺[3]、尿素[4]、四环素[5]和麦芽糊精[6]等掺伪的检测。王宁宁等[7]采用近红外光谱技术结合化学计量法对奶粉的淀粉掺伪进行检测，效果较好。本试验采用红外光谱法，检测掺加不同量淀粉的奶粉，以期建立快速鉴别奶粉中淀粉掺伪的红外光谱法。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

Nicolet 380FT-IR尼高丽红外光谱仪(美国ThermoFisher公司)。BSA224S分析天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)。玛瑙研钵(上海新诺仪器设备有限公司)。可溶性淀粉(纯度≥99%)。溴化钾(纯度≥99%)。市售品牌1牛奶粉、品牌2牛奶粉和某品牌羊奶粉。

1.2 掺淀粉的奶粉样品配制

称取市售品牌1牛奶粉30份，依次增大淀粉掺入量，混匀，配制30个掺淀粉的奶粉样品，置于称量瓶中，依次标记为D1～D30，如表1所示。

表1 掺淀粉的奶粉样品配制 g

配制5个不同淀粉含量的品牌1牛奶粉样品，分别标记为样品1、样品2、样品3、样品4、样品5。

1.3 红外光谱测定法

IR光源，波数为4000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1，扫描次数为32次，扫描之前先采集空白背景，红外光谱仪预热30 min，消除外界环境的影响，提高光谱数据的有效信息量[8]。对光谱数据采用平均平滑法进行处理，选用平滑窗口大小为15，以很好地滤除由各种因素产生的高频噪声。样品数据为3次扫描光谱在特征吸收峰处的平均值。

1.4 酶水解法测定样品中的淀粉含量

掺伪样品中淀粉含量的测定依照酶水解法(GB 5009.9-2016)进行。

2 结果与分析

2.1 淀粉和奶粉的红外光谱特征

对淀粉、牛奶粉和羊奶粉进行红外光谱分析，结果如图1所示。576 cm-1附近为淀粉结构模式振动，1157 cm-1和1018 cm-1附近为C-O键伸缩振动，1375 cm-1附近的吸收峰归属于C-H弯曲振动，2900 cm-1附近的中强度峰是CH2反对称伸缩振动，3500 cm-1附近出现吸收强度特别高的峰是O-H键伸缩振动。品牌1和品牌2牛奶粉的红外光谱图相似，主要体现在脂肪、蛋白质和碳水化合物三大营养物质方面，其中2924 cm-1、2853 cm-1、1746 cm-1和1159 cm-1分别为脂肪中CH3、CH2、C=O和C-O的特征吸收峰，1658 cm-1和1546 cm-1是蛋白质中NH2的特征吸收峰，1541 cm-1是N-H的特征吸收峰[9]。牛奶粉和羊奶粉红外光谱图的差别主要集中在指纹区，这可能是由于羊奶粉样品中含有类胡萝卜素、β-酪蛋白和as1-酪蛋白等所致。

通过对图1的分析发现，淀粉在3500 cm-1处的吸光度极强，而奶粉在此处吸光度较弱，这可能是由于奶粉中碳水化合物的含量较少。淀粉是葡萄糖的聚合体，主要官能团为-OH和-CHO[10]。因此确定3500 cm-1为特征吸收峰对淀粉进行定量分析。

图1 淀粉和奶粉红外光谱对照图

从表1中随机选取10种不同淀粉掺加量的奶粉样品，对其红外光谱图进行依次叠加，发现随着淀粉掺加量的增加，样品在3500 cm-1处的吸光度线性递增，结果如图2所示。

图2 不同淀粉添加量奶粉样品的红外叠加图

2.2 奶粉掺淀粉模型的建立及回归分析

利用酶水解法测定奶粉掺伪样品(D1～D30)的淀粉含量，利用红外光谱分析法测定样品(D1～D30)在特征吸收峰3500 cm-1处的吸光度，结果如表2所示。

表2 样品中淀粉含量和特征峰处吸光度

应用SPSS进行回归分析，得到回归标准化预计值和回归标准化残差图(图3)。由图3可以看出，大部分点的标准化残差在-2到+2之间，说明回归方程显著[11]，但是点D10、D25、D28不在置信区间-2到+2之间，去除D10、D25、D28三个点后进行线性拟合，以酶水解法测得的淀粉含量(g/100 g)为横坐标，以红外光谱法特征峰吸光度为纵坐标，进行回归分析，绘制相关性曲线(图4)，线性方程为y=0.034x+0.582，R2=0999。以信噪比RSN=3确定样品的检出限，检出低限为0.52 g/100 g。

图3 30种样品回归标准化预计值和回归标准化残差

图4 奶粉样品的淀粉含量与样品特征峰处吸光度相关性

2.3 精密度和准确度

分别利用酶水解法和红外光谱法对样品1的淀粉含量进行测定，结果如表3所示。从表3可以看出，利用红外光谱法鉴别奶粉中的淀粉掺伪，效果较好。

表3 精密度和准确度

2.4 加标回收率

按照1.4方法对5个牛奶粉掺伪样品的淀粉含量进行测定。按照1.3光谱条件进行光谱分析，并将特征峰吸光度代入回归方程，计算掺伪量和加标回收率，结果如表4所示。

表4 加标回收试验结果

2.5 重现性试验结果

在第一天、第三天、第五天对样品1进行红外光谱测量，再将其在3500 cm-1处的吸光度代入回归分析方程，得出淀粉掺伪量，结果如表5所示。

表5 重现性试验结果

3 结论

通过对奶粉、淀粉和奶粉掺伪样品的红外光谱图进行对比分析，确定淀粉的红外特征吸收峰为3500 cm-1。利用回归分析和最小二乘法建立了样品淀粉含量与特征吸收峰处的吸光度之间的回归方程y=0.034x+0.582，相关系数为0.999。与国标酶水解法相比较，红外光谱分析法测定奶粉中的淀粉含量，样品前处理简单，所用试剂较少，测定速度快。