陳修紅，冀 鵬，何國亮，夏 然，李祖明，劉 佳,

（1.國貿(mào)食品科學研究院有限公司，國家副食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 102209；2.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司，營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室，北京 102209；3.北京聯(lián)合大學生物化學工程學院，北京 100023）

牛肉富含蛋白質(zhì)、氨基酸和多種礦物質(zhì)，脂肪含量相對較低，是西方發(fā)達國家的主要消費肉食之一[1?2]，其價格遠遠高于雞肉、鴨肉、豬肉等[3]。隨著人們生活水平的提高以及飲食結構的改變，我國居民對牛肉的需求量也在日益攀升，對牛肉的品質(zhì)指標和食品安全指標提出了更高要求。近年來，隨著食品安全監(jiān)管部門檢測技術的不斷完善和更新，食品摻假手段也在日益“進化”，不法商販通過將食用膠與水混合注入待宰動物體內(nèi)的方式來增重以謀取暴利[4]，這些食用膠是一類高分子植物多糖，含有大量的氫鍵，能與蛋白質(zhì)結合形成巨大的網(wǎng)狀結構，并易與水結合形成膜從而鎖住水分阻止水分遷移[5?6]，這會導致按GB 5009.3-2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》第三法蒸餾法測定水分含量的結果偏低，達到牛肉水分含量指標表觀合格的目標而躲過市場監(jiān)管，導致市場上出現(xiàn)了“注水”牛肉的升級版“注膠”牛肉，嚴重損害消費者的利益并威脅民眾的生命健康。

根據(jù)國家標準GB 2760-2014《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》，允許使用于食品的食用膠約有40 種，其中肉制品使用最為廣泛的食用膠多為卡拉膠、瓜爾膠、黃原膠、魔芋膠等[7]。目前，畜禽肉中僅有卡拉膠一種食用膠的標準檢測方法，BJS201804《畜肉中卡拉膠的測定》和NY/T 3876-2021《豬肉中卡拉膠的檢測 液相色譜一串聯(lián)質(zhì)譜法》，無法實現(xiàn)食用膠注膠摻假的通用型檢測。由于食用膠多為碳水化合物，由不同的單體（如葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露糖、阿拉伯糖等）以β糖苷鍵、α糖苷鍵及二者混合的不同鏈接方式而成的多糖大分子[8?9]，通?？赏ㄟ^化學酸解或生物酶解為小分子糖進行測定[10?11]。目前檢測食品中糖含量的方法主要有滴定法、高效液相色譜法、液質(zhì)連用法、離子色譜法等[12?15]，滴定法操作步驟繁瑣，前處理耗時較長；液相色譜法示差檢測法靈敏度低，平衡時間長；液質(zhì)聯(lián)用儀設備昂貴，結果易受基質(zhì)效應影響；離子色譜法測定糖具有樣品前處理簡單，無需衍生，且專一性強、靈敏度高的特點，應用于糖類的測定被廣泛關注[13?14]。

本研究樣品水提物經(jīng)蛋白沉降后，利用化學酸解的方式水解為單糖，通過離子色譜-脈沖安培檢測器，同時分離測定牛肉水解產(chǎn)物中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、核糖等6 種糖組分。旨在建立一種操作簡便、靈敏度高、分離度好，能夠快速、準確地測定6 種糖組分方法，積累牛肉水解產(chǎn)物中6 種糖組分的本底數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)“注膠牛肉”的摻假檢測提供一種新的思路和方向。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛肉 北京市各大型農(nóng)產(chǎn)品市場；瓜爾豆膠浙江一諾生物科技有限公司；阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、核糖 標準品，中國計量科學研究院；50%氫氧化鈉溶液 德國Merck 公司；硫酸、無水乙醇 分析純，國藥集團；三氯乙酸 分析純，阿拉丁試劑公司；廣譜pH 試紙 NEWSTAR 新星；實驗室用水是符合國家標準GB/T6682-2008 規(guī)定的一級水，使用前制備。

ICS-5000+離子色譜儀（脈沖安培檢測器，Au 工作電極，Ag/AgCl 參比電極，Chromenleon6.80 SR15色譜工作站） 美國ThermoFisher 公司；GM2000 刀式研磨儀 德國Retsch 公司；HS4 磁力攪拌器 德國IKA 公司；Allegra 64R 高速冷凍離心機 美國貝克曼公司；SR-2DS 振蕩器 日本TAITEC 公司；KQ-500DB 型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器；SWT-100 恒溫水浴搖床 杭州米歐儀器；BPG-9070A 精密鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器；BSA 224-CW 天平（感量0.0001 g） 美國Sartorius 公司；Milli-Q 超純水系統(tǒng) 德國Merck 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液配制 精密稱取阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、核糖等標準品10 mg（精確至0.0001 g），加水溶解定容至10 mL，得濃度為1.0 mg/mL 的標準儲備液。精密吸取適量，配制成葡萄糖濃度為10 μg/mL、其他單糖濃度為1 μg/mL 的混合標準溶液?；旌蠘藴嗜芤杭铀鸺壪♂尦蓸藴氏盗泄ぷ饕?，獲得葡萄糖濃度為0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 μg/mL，其他單糖濃度為0.025、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 μg/mL 的溶液，臨用現(xiàn)配。

1.2.2 注膠牛肉制備 牛肉樣品經(jīng)刀式研磨儀搗碎，備用。本研究以瓜爾豆膠為例，自制注膠牛肉。精密稱取0.5 g 瓜爾豆膠，加入1 mL 無水乙醇在磁力攪拌器上攪拌分散，在攪拌狀態(tài)下倒入4 ℃冰箱預冷水10 mL，室溫條件下100 r/min 充分攪拌2 h 以上制備瓜爾豆膠水溶液。精密稱取樣品5 g（精確至0.001 g）于50 mL 離心管中，加入2 mL 制備好的瓜爾豆膠水溶液，充分渦旋混勻模擬制備注膠牛肉樣品。

1.2.3 樣品前處理 精密稱取測試樣品5 g（精確至0.001 g）于50 mL 離心管中（注膠牛肉按 1.2.2 制備），加入質(zhì)量濃度為1%三氯乙酸溶液至50 mL，振蕩器震蕩10 min，4 ℃條件下10000 r/min 離心5 min，轉移上層溶液放入80 ℃水浴鍋中加熱5 min[16?18]繼續(xù)沉淀，冰水迅速冷卻，4 ℃條件下10000 r/min離心5 min，轉移10.0 mL 上清液到20 mL 水解管中，加入濃度為4.0 mol/L 硫酸溶液1.8 mL，封蓋搖勻，置于鼓風干燥箱中100 ℃加熱水解2 h[19]，冷卻至室溫，轉移至100 mL 比色管中，并用20 mL 超純水清洗水解管合并至比色管，用少量4.0 mol/L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 至6.0~8.0，加水定容，搖勻后移取2.0 mL至10 mL 容量瓶中，用水定容。過0.22 μm 水系濾膜，待測。

1.2.4 前處理條件優(yōu)化 精密稱取測試樣品5 g（精確至0.001 g）于50 mL 離心管中，對蛋白質(zhì)沉淀：沉淀劑（水和1%三氯乙酸溶液）、沉淀溫度（60、80、90 ℃）；水解條件：水解時間（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h）、水解酸度（1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 mL 的4.0 mol/L 硫酸溶液）等進行單因素實驗。

1.2.5 色譜條件 色譜柱：Dionex CarboPacTMPA20保護柱（3 mm×30 mm）、Dionex CarboPacTMPA20（3 mm×150 mm）；柱溫：30 ℃；流速：0.5 mL/min；進樣量：10 μL；流動相：淋洗液A（0.2 mol/L 氫氧化鈉溶液），淋洗液B（5 mmol/L 氫氧化鈉溶液）；洗脫程序：?30~0 min 淋洗液A（色譜柱再生）；0~20 min 淋洗液B（等度洗脫）；檢測器：脈沖安培PAD 檢測器（Au 工作電極，Ag/AgCl 參比電極），檢測器溫度30 ℃，檢測器四電位波形見表1；采集時間：20 min。對標準溶液和樣品溶液按以上色譜條件進樣分析，依據(jù)保留時間定性，采用外標法定量。

表1 糖測定的積分安培檢測波形Table 1 Integrated pulsed amperometric detection waveforms for sugars

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Thermo Chromenleon 6.80 SR15 色譜工作站進行數(shù)據(jù)采集，并利用Excel 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 樣品前處理條件的優(yōu)化

食品基質(zhì)復雜，雜質(zhì)不僅會對目標峰產(chǎn)生干擾，還容易對進樣針、色譜柱及檢測器等造成不良影響[7]，在樣品前處理過程中對沉淀蛋白質(zhì)的方法進行了優(yōu)化，同時還考察了不同的酸度、時間等水解條件。

2.1.1 蛋白質(zhì)沉淀 常見的除蛋白的方法有金屬復合鹽法[15]、有機試劑法[20?21]、pH 沉淀法[22?23]、加熱變性法[24]等。本研究樣品前處理過程分別考察了將超純水和1%三氯乙酸作為提取溶劑時的溶液澄清度，發(fā)現(xiàn)1%三氯乙酸能通過降低提取液pH 而使蛋白質(zhì)變性提高澄清度；在此基礎上考察了60、80、90 ℃等不同溫度下的蛋白質(zhì)沉淀情況，結果表明，80 ℃條件下提取液基本能達到澄清透明狀態(tài)。因此，確定1%三氯乙酸溶液作為蛋白沉淀劑并輔助80 ℃加熱沉淀效果較好滿足離子色譜分析測試要求，如圖1 所示。

圖1 蛋白沉淀效果圖Fig.1 Efficacy of protein precipitation注：1：水提物；2：1%三氯乙酸提取物；3：1%三氯乙酸提取物在80 ℃加熱沉淀，雙平行。

2.1.2 水解條件 為了考察不同條件對樣品中多糖水解能力的影響，本文以樣品中添加一定量的瓜爾豆膠為考察物，選取瓜爾豆膠的分子組分半乳糖和甘露糖以及牛肉糖原的分子組分葡萄糖含量為目標結果，優(yōu)化了水解酸度、水解時間等條件，結果如圖2 所示。

圖2 不同水解時間和加酸體積對糖含量的影響Fig.2 Effects of different hydrolysis time and acid volume on sugar contents

由圖2 可以看出，隨著時間的增長，半乳糖、甘露糖、葡萄糖含量先升高后降低，水解2.0 h 時三種單糖含量最高，為最佳水解時間；水解時間低于2.0 h，多糖分子水解不完全，導致單糖含量較低；水解時間超過2.0 h，高溫液態(tài)水中單糖易發(fā)生脫水反應，生產(chǎn)糠醛或其衍生物[25?26]。隨著酸用量的增加，半乳糖、甘露糖、葡萄糖含量先升高后降低，酸用量為1.8 mL即水解酸度[H+]為1.2 mol/L 時三種單糖含量最高，為最佳水解酸度，繼續(xù)增加酸用量單糖會在高溫和酸性條件下會顯現(xiàn)糠醛副反應，即單糖開始轉化為羥甲基糠醛[27?28]，三種單糖濃度開始下降。因此，本實驗選擇最佳的水解條件為1.8 mL，100 ℃加熱時間為2 h。

2.2 色譜條件優(yōu)化

糖類物質(zhì)一般為弱酸性，其pKa 值約在12~14 之間。在堿性溶液中其存在形式為陰離子狀態(tài)，可選用氫氧化鈉淋洗液洗脫，通過陰離子交換色譜柱實現(xiàn)分離[29?31]。試驗用葡萄糖濃度為10 μg/mL、其他單糖濃度為1 μg/mL 的混合標準溶液考察了用CarboPacTMPA20 色譜柱不同的淋洗液濃度、流速、柱溫等色譜條件。

2.2.1 淋洗液濃度的篩選 本研究對比了在10、5、3 mmol/L 等三種不同濃度氫氧化鈉溶液作為淋洗液B 對色譜分離情況的影響，平行進樣三次，如圖3所示。實驗表明，淋洗液的氫氧化鈉溶液濃度的高低對分離效果和分離時間有直接影響，過高濃度10 mmol/L 淋洗液色譜出峰過快導致半乳糖和葡萄糖無法完全分離，如圖3a 所示；過低濃度3 mmol/L淋洗液色譜峰能給完全分離，但會增加色譜峰保留時間甚至發(fā)生保留時間漂移，如圖3c 所示。綜合以上因素，選取分離度較好和出峰時間適宜的5 mmol/L氫氧化鈉作為淋洗液B 進行洗脫，色譜圖見圖3b。

圖3 不同淋洗液濃度下的色譜圖Fig.3 Chromatograms at different eluent concentrations注：1：阿拉伯糖；2：半乳糖；3：葡萄糖；4：甘露糖；5：果糖；6：核糖；圖4~圖6 同；a：10 mmol/L 淋洗液；b：5 mmol/L 淋洗液；c：3 mmol/L 淋洗液。

2.2.2 流速的篩選 本研究考察了在0.2、0.5、0.8 mL/min 等三種不同流速對色譜分離情況的影響，如圖4 所示。實驗表明，隨著流速的提高，出峰時間提前，色譜峰型變窄響應值增大；當流速設為0.2 mL/min 時，如圖4a 所示，出峰較慢、色譜峰展寬、響應值低，采集時間需要延長為40 min；當流速提升至0.8 mL/min 時，如圖4b 所示，系統(tǒng)壓力有明顯提高，基線不平穩(wěn)波動較大；當流速設為0.5 mL/min時，如圖4c 所示，色譜峰分離度良好。選取0.5 mL/min流速進行測定。

圖4 不同流速下的色譜圖Fig.4 Chromatograms at different eluent flows注：a：0.2 mL/min 流速；b：0.8 mL/min 流速；c：0.5 mL/min 流速。

2.2.3 柱溫的篩選 本研究對比考察了25、30 和35 ℃三個不同的柱溫對色譜分離度和靈敏度方面的差異，如圖5 所示。結果表明，隨著柱溫的升高，出峰時間提前，響應值增大。當柱溫為25 ℃時，如圖5a 所示，出峰較慢、色譜峰展寬、響應值低，采集時間需要延長；增加柱溫至35 ℃，如圖5c 所示，雖然目標物靈敏度無明顯變化，果糖和核糖分離度比柱溫為30 ℃（如圖5b 所示）稍差，考慮到色譜柱的使用溫度越低使用壽命越長這個因素，最終選擇測定柱溫為30 ℃。

圖5 不同柱溫下的色譜圖Fig.5 Chromatograms at different column temperatures注：a：25 ℃柱溫；b：30 ℃柱溫；c：35 ℃柱溫。

綜上，在30 ℃柱溫條件下，以0.5 mL/min 流速用5 mmol/L 氫氧化鈉作為淋洗液B 進行洗脫能夠?qū)崿F(xiàn)6 種糖較好地分離，色譜圖如圖6 所示。

圖6 混合糖標準溶液色譜圖Fig.6 Chromatogram of mixed sugar standards

2.3 方法學考察實驗

2.3.1 標準曲線與檢出限 將系列標準工作液按優(yōu)化色譜條件進樣分析，分別以濃度和峰面積為橫、縱坐標繪制標準曲線，并計算線性回歸方程和相關系數(shù)。對標準溶液進行逐級稀釋，以信噪比S/N 等于3 時的溶液濃度為檢出限。結果表明，葡萄糖在0.25~2.50 μg/mL；阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、果糖、核糖在0.025~0.25 μg/mL 范圍內(nèi)線性關系良好，各中糖組分線性范圍、回歸方程、相關系數(shù)r、檢出限等見表2。

表2 6 種化合物的線性范圍、回歸方程、檢出限（S/N=3）、定量限（S/N=10）Table 2 Linear ranges, regression equations, LODs (S/N=3) and LOQs (S/N=10) of the six compounds

2.3.2 方法重復性 取牛肉樣品6 份，按 1.2.3 樣品前處理方法進行操作，在優(yōu)化的色譜條件下上機進樣分析測試，計算樣品中6 種糖組分含量和相對標準偏差，結果見表3。結果表明，相對標準偏差RSD 介于2.3%~5.5%，該方法重復性良好。

表3 重復性測定結果（n=6）Table 3 Repeatability test results (n=6)

2.3.3 方法加標回收率 牛肉樣品12 份，均分成4 組，每組3 個平行樣。其中，1 組為本底測定，另外3 組按低、中、高三個濃度水平加入混合標準品溶液，按方法要求操作并測定，分別計算6 種糖組分的回收率，測定結果見表4。結果顯示，6 種糖組分的回收率良好，范圍在79.6%~116.5%之間，具有較高的準確度。

表4 加標回收率測定結果（n=3）Table 4 Recovery test results (n=3)

2.3.4 市售樣品檢測 為了驗證方法的適用性，本次實驗選取市售30 份牛肉樣品對其以已建立的方法對阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、核糖6 種糖組分含量進行測定，結果見表5。測定結果顯示，本次實驗收集的市售牛肉均檢出半乳糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、核糖等，這與早年英國科學家梅西等人驗證的牛肉中存在葡萄糖、果糖、甘露糖和核糖等結論基本一致[32?35]，并未檢出阿拉伯糖。同時，往其中一份牛肉樣品中添加少量（約0.2%）的瓜爾豆膠，對其按已建立的方法進行糖組分含量的測定，發(fā)現(xiàn)半乳糖、甘露糖的含量明顯提高，其中，甘露糖占總糖占比由0.05 提高至0.25，明顯高于另外29 份市售牛肉樣本的0.03~0.19。這是由于樣品中添加的瓜爾豆膠是一種半乳甘露聚糖[36]，分子由半乳糖和甘露糖（1:2）組成，經(jīng)前處理水解后勢必增加瓜爾豆膠特征單糖甘露糖的占比。僅1 份市售樣本的甘露糖占總糖占比為0.24，與添加的瓜爾豆膠的陽性樣本基本一致。由此表明，可以通過添加不同類型的食用膠（卡拉膠、黃原膠、瓜爾膠、魔芋膠等）至牛肉樣品中，通過本研究所建立的檢測方法，積累獲得各種食用膠的特征單糖甘露糖占比，為實現(xiàn)“注膠牛肉”的摻假檢測提供了一定的可行性。

表5 市售牛肉樣品6 種糖組分測定結果Table 5 Determination results of six sugars in commercial beef samples

續(xù)表 5

3 結論

本文建立了離子色譜-脈沖安培檢測方法同時測定牛肉水解產(chǎn)物中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、核糖6 種糖組分的含量，并對樣品的前處理及色譜條件進行了考察和優(yōu)化，使其可用于市售樣品的檢測。結果表明，6 種糖在本方法條件下能夠完全分離，葡萄糖在0.25~2.50 μg/mL、其他5 種糖在0.025~0.25 μg/mL 之間線性關系良好，精密度RSD在2.3%~5.5%，回收率在79.6%~116.5%之間。該方法便于操作、靈敏度高、分離度好，能夠準確、快速地測定牛肉水解產(chǎn)物中糖組分含量，為實現(xiàn)注膠肉的檢測提供一種新的思路和方向。