許文娟 韓 芳 趙 晗 丁葵英 劉文鵬 田國寧

1.濰坊海關(guān) 山東濰坊 261041 2.合肥海關(guān) 安徽合肥 230000

近年來，食品安全問題頻發(fā)，人們對于肉類消費(fèi)品安全的關(guān)注點(diǎn)也從化學(xué)藥物殘留、微生物含量擴(kuò)展到肉類摻假問題上?！凹偃忾T”問題、國外冰凍多年的“僵尸肉”的曝光，加劇了人們對于肉類品質(zhì)安全的擔(dān)憂。肉類摻假不僅涉及經(jīng)濟(jì)利益，更嚴(yán)重?fù)p害消費(fèi)者權(quán)益和身體健康，尤其向清真肉制品中摻雜豬肉會涉及宗教信仰問題，嚴(yán)重影響社會安定[1,2]。

目前，國內(nèi)外對于摻假肉鑒定的傳統(tǒng)方法主要有二維聚丙烯酰胺凝膠電泳(2D SDS-PAGE)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)、酶聯(lián)免疫吸附測定(Elisa)、質(zhì)譜(MS)[3～6]。SDS-PAGE技術(shù)最先被用來鑒定肉類制品的組分，這種方法的缺陷是無法進(jìn)行痕量分析，檢測限也非常高(不同組分肉類含量在5%以上才能被檢出)。使用Elisa技術(shù)很難一次完成多種肉類產(chǎn)品的鑒定，且成本高。PCR法是目前肉質(zhì)鑒定的最通用方法，然而其DNA檢測試劑盒非常昂貴，前處理繁瑣耗時(shí)，另外肉類加工過程中DNA易遭破壞，限制了該方法使用。質(zhì)譜方法進(jìn)行肉類鑒別，是基于蛋白或多肽進(jìn)行的特異性檢測，需要復(fù)雜的前處理，對檢測工作者要求較高。以上傳統(tǒng)檢測方法雖然都可以實(shí)現(xiàn)肉類的真實(shí)性鑒別，但樣品預(yù)處理過程復(fù)雜、操作耗時(shí)、檢測成本高、對操作人員技術(shù)要求高，無法實(shí)現(xiàn)快速、無損、現(xiàn)場檢測。

電子鼻是基于目標(biāo)物的揮發(fā)性成分，采用氣體傳感器建立響應(yīng)曲線快速識別氣味組成的系統(tǒng)。設(shè)備無需對檢測對象進(jìn)行預(yù)處理，保留其完整性即可得到樣品中揮發(fā)成分的整體指紋信息。結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析方法，對指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立數(shù)據(jù)庫，即可實(shí)現(xiàn)未知物的快速定性和定量檢測[7～11]。

本文以混入不同比例豬肉的摻假牛肉為研究對象，研究電子鼻快速檢測牛肉中摻雜豬肉的可行性，結(jié)合主成分分析(PCA)定性鑒別摻假牛肉，為牛肉摻假快速檢測提供技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器、設(shè)備、工具

1.1.1 材料

試驗(yàn)用牛肉、豬肉樣品均購自山東濰坊佳樂家超市，樣品采購后分別單獨(dú)密封，至實(shí)驗(yàn)室后立即進(jìn)行樣品制備。

1.1.2 儀器、設(shè)備、工具

電子鼻PEN3型，德國Airsense公司；

絞肉機(jī)MR9401，摩飛公司；

天平，案板和刀具。

1.2 樣品制備

1.2.1 建模集樣品

以牛肉為基礎(chǔ)，制備摻入不同比例豬肉的假牛肉樣品，用于建模。將采購的新鮮牛肉、豬肉樣品去除筋膜和大部分脂肪后切小塊，按質(zhì)量比0%、10%、30%、50%、70%、100%將豬肉塊摻入牛肉塊中，將混合好的豬肉塊和牛肉塊放入絞肉機(jī)運(yùn)行10s，制備成摻假肉糜。每組摻假比例的樣品制備平行樣10個(gè)，每個(gè)樣品平行測定3次。

1.2.2 驗(yàn)證集樣品

以牛肉為基礎(chǔ)，制備摻入不同比例豬肉的假牛肉樣品，用于驗(yàn)證鑒別模型的準(zhǔn)確性。將采購的新鮮牛肉、豬肉樣品去除筋膜和大部分脂肪后切小塊，按質(zhì)量比0%、5%、15%、20%、30%、60%、80%、100%制備8種摻假比例的假牛肉樣品，每組樣品平行樣5個(gè)，共制備40個(gè)樣品作為驗(yàn)證集樣品。

1.3 電子鼻采集

取待分析樣品10g，置于100mL燒杯中，用三層保鮮膜密封，靜置平衡20min后，25℃環(huán)境下采用頂空吸氣法進(jìn)行電子鼻檢測。打開電子鼻系統(tǒng)，將零氣針和進(jìn)樣針通過保鮮膜插入燒杯，設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)：清洗時(shí)間60s，傳感器歸零時(shí)間5s，準(zhǔn)備時(shí)間5s，數(shù)據(jù)采集時(shí)間70s，進(jìn)樣流量200mL/min。每個(gè)樣品平行測定3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用電子鼻自帶WinMuster軟件對采集的傳感器響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(principal component analysis,PCA)，為提高清晰度，最終圖形通過origin繪制。采用Excel對10個(gè)傳感器的影響規(guī)律進(jìn)行繪圖和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 摻假牛肉的電子鼻傳感器響應(yīng)規(guī)律

對每組摻假樣品(9種摻假比例，共9組)，測定10個(gè)樣品在電子鼻10個(gè)傳感器陣列的響應(yīng)情況，對每個(gè)傳感器的響應(yīng)，提取其第70s的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，以每組摻假牛肉糜樣品在10個(gè)傳感器的第70s特征值均值進(jìn)行繪圖分析。結(jié)果如圖1。

圖1 不同比例摻假牛肉樣品在10個(gè)傳感器的響應(yīng)情況

如圖1所示，傳感器S2、S6、S8和S10對不同摻假肉的響應(yīng)較強(qiáng)烈，其它傳感器的響應(yīng)信號相對較低，且隨樣品組成變化不大。傳感器S2、S6的響應(yīng)呈現(xiàn)相同的規(guī)律，即隨著摻入豬肉的比例升高，傳感器信號的均值呈現(xiàn)下降趨勢，而S8和S10呈現(xiàn)相反的規(guī)律。說明不同摻假比例的牛肉樣品，在10個(gè)傳感器上的響應(yīng)規(guī)律不同，綜合其指紋信息，可以將其有效區(qū)分。

2.2 主成分分析

提取各比例摻假牛肉建模樣品在電子鼻10個(gè)傳感器陣列的第70s穩(wěn)態(tài)值數(shù)據(jù)，進(jìn)行主成分分析，研究該時(shí)間點(diǎn)信號對不同摻假牛肉的區(qū)分效果，其結(jié)果見圖2。

(摻豬肉比例：0% ◇10% ■30% □50% △70% 100%)圖2 不同摻豬肉比例的摻假牛肉的PCA分析圖

主成分分析結(jié)果表明，第一主成分的貢獻(xiàn)率為59.48%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為37.25%，兩者累積貢獻(xiàn)率為96.73%，說明兩個(gè)主成分能解釋大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，區(qū)分度很好。采用主成分分析方法，可將不同牛肉樣品分為3大類：純牛肉樣品(摻假比例0%)、純豬肉樣品(摻假比例100%)和摻假牛肉樣品(摻假比例10%～70%)。3大類樣品能很好區(qū)分，幾乎無交叉。對于摻假牛肉樣品組，摻假比例接近的樣品，其主成分分析中有部分?jǐn)?shù)據(jù)有重疊，但重疊情況不影響對摻假情況的定性判別，且不同比例摻假牛肉樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布呈現(xiàn)相同規(guī)律，即隨著第一主成分增加的方向，牛肉樣品中摻入豬肉的比例降低。

2.3 驗(yàn)證集樣品分析

采用1.2.2中制備的驗(yàn)證集樣品，按照本實(shí)驗(yàn)1.3方法采集電子鼻數(shù)據(jù)，與1.2.1中建模集樣品一起，提取各樣品第70s的特征值，同時(shí)進(jìn)行主成分分析。參照圖2，根據(jù)驗(yàn)證集樣品在主成分分析中的位置，判定其是否摻假。結(jié)果表明，經(jīng)主成分分析，參與驗(yàn)證的40個(gè)樣品中，有5個(gè)為純牛肉樣品，6個(gè)為純豬肉樣品，29個(gè)為摻假牛肉樣品。與驗(yàn)證集樣品真實(shí)情況(5個(gè)純牛肉，5個(gè)純豬肉，30個(gè)摻假牛肉樣品)相比，僅有1個(gè)樣品由摻假牛肉樣品判別為豬肉樣品，39個(gè)樣品判斷準(zhǔn)確，準(zhǔn)確率為97.5%。

3 結(jié)論

采用電子鼻結(jié)合主成分分析法成功實(shí)現(xiàn)了純牛肉、純豬肉、摻豬肉假牛肉的有效鑒別，2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為97.36%，很好覆蓋了10個(gè)電子鼻傳感器的信號數(shù)據(jù)。通過40個(gè)驗(yàn)證集樣品的驗(yàn)證，該方法建立的模型，判別準(zhǔn)確度為97.5%，可實(shí)現(xiàn)摻豬肉比例5%～80%的摻假牛肉的鑒別。通過繼續(xù)完善摻假比例數(shù)據(jù)，可使模型實(shí)用性和準(zhǔn)確性更高。