舒友琴,張賀凡,胡 平

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

乳制品是食品摻假的常見(jiàn)對(duì)象之一，有些供應(yīng)商在奶粉中摻入價(jià)格相對(duì)較低的面粉、米粉、糊精、淀粉和大豆蛋白等，以獲取差額利潤(rùn)[1]。利用國(guó)標(biāo)方法鑒別奶粉摻假，過(guò)程繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，且需要大量的試劑。為保護(hù)消費(fèi)者的利益，杜絕奶粉摻假違法行為的發(fā)生，亟待建立一種快速、準(zhǔn)確鑒別奶粉摻假的方法。

利用紅外光譜法對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理，樣品檢測(cè)可在一分鐘內(nèi)完成，檢測(cè)過(guò)程對(duì)樣品基本無(wú)損耗且分辨率高。已有學(xué)者將紅外光譜法應(yīng)用于乳制品的質(zhì)量監(jiān)控，如原料乳新鮮度的快速測(cè)定，原料乳理化指標(biāo)的快速識(shí)別[2]，奶粉中三聚氰胺[3]、尿素[4]、四環(huán)素[5]和麥芽糊精[6]等摻偽的檢測(cè)。王寧寧等[7]采用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量法對(duì)奶粉的淀粉摻偽進(jìn)行檢測(cè)，效果較好。本試驗(yàn)采用紅外光譜法，檢測(cè)摻加不同量淀粉的奶粉，以期建立快速鑒別奶粉中淀粉摻偽的紅外光譜法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Nicolet 380FT-IR尼高麗紅外光譜儀(美國(guó)ThermoFisher公司)。BSA224S分析天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)。瑪瑙研缽(上海新諾儀器設(shè)備有限公司)?？扇苄缘矸?純度≥99%)。溴化鉀(純度≥99%)。市售品牌1牛奶粉、品牌2牛奶粉和某品牌羊奶粉。

1.2 摻淀粉的奶粉樣品配制

稱取市售品牌1牛奶粉30份，依次增大淀粉摻入量，混勻，配制30個(gè)摻淀粉的奶粉樣品，置于稱量瓶中，依次標(biāo)記為D1～D30，如表1所示。

表1 摻淀粉的奶粉樣品配制 g

配制5個(gè)不同淀粉含量的品牌1牛奶粉樣品，分別標(biāo)記為樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5。

1.3 紅外光譜測(cè)定法

IR光源，波數(shù)為4000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32次，掃描之前先采集空白背景，紅外光譜儀預(yù)熱30 min，消除外界環(huán)境的影響，提高光譜數(shù)據(jù)的有效信息量[8]。對(duì)光譜數(shù)據(jù)采用平均平滑法進(jìn)行處理，選用平滑窗口大小為15，以很好地濾除由各種因素產(chǎn)生的高頻噪聲。樣品數(shù)據(jù)為3次掃描光譜在特征吸收峰處的平均值。

1.4 酶水解法測(cè)定樣品中的淀粉含量

摻偽樣品中淀粉含量的測(cè)定依照酶水解法(GB 5009.9-2016)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉和奶粉的紅外光譜特征

對(duì)淀粉、牛奶粉和羊奶粉進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果如圖1所示。576 cm-1附近為淀粉結(jié)構(gòu)模式振動(dòng)，1157 cm-1和1018 cm-1附近為C-O鍵伸縮振動(dòng)，1375 cm-1附近的吸收峰歸屬于C-H彎曲振動(dòng)，2900 cm-1附近的中強(qiáng)度峰是CH2反對(duì)稱伸縮振動(dòng)，3500 cm-1附近出現(xiàn)吸收強(qiáng)度特別高的峰是O-H鍵伸縮振動(dòng)。品牌1和品牌2牛奶粉的紅外光譜圖相似，主要體現(xiàn)在脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方面，其中2924 cm-1、2853 cm-1、1746 cm-1和1159 cm-1分別為脂肪中CH3、CH2、C=O和C-O的特征吸收峰，1658 cm-1和1546 cm-1是蛋白質(zhì)中NH2的特征吸收峰，1541 cm-1是N-H的特征吸收峰[9]。牛奶粉和羊奶粉紅外光譜圖的差別主要集中在指紋區(qū)，這可能是由于羊奶粉樣品中含有類胡蘿卜素、β-酪蛋白和as1-酪蛋白等所致。

通過(guò)對(duì)圖1的分析發(fā)現(xiàn)，淀粉在3500 cm-1處的吸光度極強(qiáng)，而奶粉在此處吸光度較弱，這可能是由于奶粉中碳水化合物的含量較少。淀粉是葡萄糖的聚合體，主要官能團(tuán)為-OH和-CHO[10]。因此確定3500 cm-1為特征吸收峰對(duì)淀粉進(jìn)行定量分析。

圖1 淀粉和奶粉紅外光譜對(duì)照?qǐng)D

從表1中隨機(jī)選取10種不同淀粉摻加量的奶粉樣品，對(duì)其紅外光譜圖進(jìn)行依次疊加，發(fā)現(xiàn)隨著淀粉摻加量的增加，樣品在3500 cm-1處的吸光度線性遞增，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同淀粉添加量奶粉樣品的紅外疊加圖

2.2 奶粉摻淀粉模型的建立及回歸分析

利用酶水解法測(cè)定奶粉摻偽樣品(D1～D30)的淀粉含量，利用紅外光譜分析法測(cè)定樣品(D1～D30)在特征吸收峰3500 cm-1處的吸光度，結(jié)果如表2所示。

表2 樣品中淀粉含量和特征峰處吸光度

應(yīng)用SPSS進(jìn)行回歸分析，得到回歸標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)計(jì)值和回歸標(biāo)準(zhǔn)化殘差圖(圖3)。由圖3可以看出，大部分點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化殘差在-2到+2之間，說(shuō)明回歸方程顯著[11]，但是點(diǎn)D10、D25、D28不在置信區(qū)間-2到+2之間，去除D10、D25、D28三個(gè)點(diǎn)后進(jìn)行線性擬合，以酶水解法測(cè)得的淀粉含量(g/100 g)為橫坐標(biāo)，以紅外光譜法特征峰吸光度為縱坐標(biāo)，進(jìn)行回歸分析，繪制相關(guān)性曲線(圖4)，線性方程為y=0.034x+0.582，R2=0999。以信噪比RSN=3確定樣品的檢出限，檢出低限為0.52 g/100 g。

圖3 30種樣品回歸標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)計(jì)值和回歸標(biāo)準(zhǔn)化殘差

圖4 奶粉樣品的淀粉含量與樣品特征峰處吸光度相關(guān)性

2.3 精密度和準(zhǔn)確度

分別利用酶水解法和紅外光譜法對(duì)樣品1的淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，利用紅外光譜法鑒別奶粉中的淀粉摻偽，效果較好。

表3 精密度和準(zhǔn)確度

2.4 加標(biāo)回收率

按照1.4方法對(duì)5個(gè)牛奶粉摻偽樣品的淀粉含量進(jìn)行測(cè)定。按照1.3光譜條件進(jìn)行光譜分析，并將特征峰吸光度代入回歸方程，計(jì)算摻偽量和加標(biāo)回收率，結(jié)果如表4所示。

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

2.5 重現(xiàn)性試驗(yàn)結(jié)果

在第一天、第三天、第五天對(duì)樣品1進(jìn)行紅外光譜測(cè)量，再將其在3500 cm-1處的吸光度代入回歸分析方程，得出淀粉摻偽量，結(jié)果如表5所示。

表5 重現(xiàn)性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)奶粉、淀粉和奶粉摻偽樣品的紅外光譜圖進(jìn)行對(duì)比分析，確定淀粉的紅外特征吸收峰為3500 cm-1。利用回歸分析和最小二乘法建立了樣品淀粉含量與特征吸收峰處的吸光度之間的回歸方程y=0.034x+0.582，相關(guān)系數(shù)為0.999。與國(guó)標(biāo)酶水解法相比較，紅外光譜分析法測(cè)定奶粉中的淀粉含量，樣品前處理簡(jiǎn)單，所用試劑較少，測(cè)定速度快。