宋 偉,沈貴蘭,韓 芳,鄧曉軍,周典兵,何雨婷,丁 磊,呂亞寧,鄭 平,*

(1.合肥海關(guān)技術(shù)中心,安徽合肥 230022;2.食品安全分析與檢測(cè)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥 230022;3.上海檢驗(yàn)檢疫科學(xué)技術(shù)研究院,上海 200135)

大西洋鮭魚(yú)屬鮭科鮭屬,俗名三文魚(yú)(Atlantic salmon),體呈紡錘狀,稍側(cè)扁,廣泛分布于北大西洋溫寒帶海域。成魚(yú)在溫寒帶海域活動(dòng),以小型魚(yú)類(lèi)、蝦類(lèi)及其他動(dòng)物為食,幼魚(yú)則棲息在干凈、高溶氧且有碎石的溪流,成長(zhǎng)2～4年后,再行降海。大西洋鮭魚(yú)富含脂質(zhì)、味道鮮美,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,是大西洋重要的經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)及游釣魚(yú)類(lèi)[1-4]。因?yàn)榈乩硪蛩叵拗?大西洋鮭魚(yú)在我國(guó)海域內(nèi)沒(méi)有自然分布,并且人工育苗技術(shù)有較大的難度,目前我國(guó)還沒(méi)有大西洋鮭魚(yú)的大規(guī)模養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。近年來(lái),隨著我國(guó)居民生活水平的提高,消費(fèi)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)層次出現(xiàn)了多元化,針對(duì)大西洋鮭魚(yú)的消費(fèi)也在持續(xù)上升,其中挪威、智利等國(guó)大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)量較高[5-8],已成為我國(guó)進(jìn)口大西洋鮭魚(yú)的主要來(lái)源地。

根據(jù)生物對(duì)元素富集作用的原理,生物體內(nèi)元素含量和分布應(yīng)該與產(chǎn)地環(huán)境特征相關(guān),來(lái)源于不同產(chǎn)地的同類(lèi)產(chǎn)品,元素含量會(huì)存在差異[9-12]。鑒于此,近些年應(yīng)用元素“指紋”分析技術(shù)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地溯源的探索越來(lái)越多。林昕等[13]對(duì)代表性的普洱茶古樹(shù)茶和臺(tái)地茶中的稀土元素進(jìn)行檢測(cè)分析,篩選出4個(gè)有效判別指標(biāo),身份判別檢驗(yàn)率達(dá)到100%;趙芳等[14]利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法測(cè)定葡萄酒中的稀土元素,對(duì)葡萄酒原產(chǎn)地鑒別開(kāi)展了研究,鹿保鑫等[15]采用ICP-MS分析大豆中礦物元素含量,有效進(jìn)行了大豆產(chǎn)地溯源研究。而對(duì)于水產(chǎn)類(lèi)動(dòng)物源產(chǎn)品的相關(guān)研究同樣具有判別性,Costas-Rodriguez等[16]對(duì)西班牙加利西亞地區(qū)5個(gè)不同湖泊的貽貝進(jìn)行了產(chǎn)地判別。趙鑒等[17]對(duì)遼河水系和長(zhǎng)江水系4個(gè)不同產(chǎn)地的中華絨螯蟹元素“指紋”的產(chǎn)地差異性進(jìn)行了研究并實(shí)現(xiàn)了有效判別。才讓卓瑪?shù)萚18]探討了無(wú)機(jī)元素測(cè)定對(duì)香港牡蠣產(chǎn)地溯源的可行性,利用主成分分析法和聚類(lèi)分析法對(duì)元素含量統(tǒng)計(jì)分析,初步實(shí)現(xiàn)了不同產(chǎn)地香港牡蠣中的產(chǎn)地溯源。此外應(yīng)用元素“指紋”技術(shù)對(duì)豬肉[19-20]、羊肉[21]、牦牛肉[22]、蜆[23]、中藥材[24]、枸杞[25]等產(chǎn)品進(jìn)行差異分析、產(chǎn)地溯源的應(yīng)用也均有報(bào)道。

無(wú)機(jī)元素的種類(lèi)和含量受特定的水生環(huán)境的影響,來(lái)源于不同產(chǎn)地的大西洋鮭魚(yú)在無(wú)機(jī)元素的含量上存在一定差異。本研究采用微波消解前處理技術(shù)結(jié)合ICP-MS的碰撞模式建立了大西洋鮭魚(yú)中Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al 10種無(wú)機(jī)元素含量的快速測(cè)定方法,并以相應(yīng)元素含量作為區(qū)分大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地溯源指標(biāo),對(duì)不同產(chǎn)地樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析,開(kāi)展了大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地溯源初步探索,以期為后期有效開(kāi)發(fā)不同產(chǎn)地大西洋鮭魚(yú)的判別方法提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液濃度均為1000 mg/L 國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心;45Sc、72Ge、209Bi、115In內(nèi)標(biāo)溶液1000 mg/L 國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心;硝酸 UP級(jí),蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司;硫酸、過(guò)氧化氫 優(yōu)級(jí)純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;氬氣 純度>99.99%;大蝦標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(GBW10050) 由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供;大西洋鮭魚(yú)樣本 來(lái)自上海檢驗(yàn)檢疫科學(xué)技術(shù)研究院日常進(jìn)口監(jiān)測(cè)樣品,其中進(jìn)口自挪威樣品10批,編號(hào)1～10號(hào),進(jìn)口自澳大利亞樣品10批,編號(hào)11～20號(hào),進(jìn)口自智利樣品10批,編號(hào)21～30號(hào)。

NexION 350D電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國(guó)PE公司;Mars X微波消解儀 美國(guó)CEM公司;PL2002天平 美國(guó)Mettler Toledo公司;Milli-Q超純水機(jī) 美國(guó)Millipore公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 準(zhǔn)確稱(chēng)取0.500 g(精確到0.001 g)已均勻處理的大西洋鮭魚(yú)樣品置于微波消解罐中,加入消解試劑,靜置30 min預(yù)消化后,設(shè)置最佳消解程序,蓋緊蓋子放置進(jìn)微波消解儀進(jìn)行消解,消解完全后,趕酸板趕酸后冷卻至室溫,將消化液過(guò)濾入10 mL離心管中,用水少量多次洗滌罐,洗液合并于離心管中并定容至刻度,混勻后上機(jī)檢測(cè)。

1.2.2 儀器條件 使用儀器日常調(diào)諧液對(duì)儀器條件進(jìn)行最優(yōu)化,獲得最佳工作條件。標(biāo)準(zhǔn)模式:RF功率:1300 W,霧化氣流量0.92 L/min,等離子氣流量16 L/min,輔助氣流量:1.2 L/min,透鏡電壓6.80 V,模擬電壓1600 V,脈沖電壓800 V,掃描方式為跳峰掃描,掃描次數(shù)為20,積分時(shí)間:50 ms;測(cè)量方式為模擬加脈沖,重復(fù)次數(shù)3次。KED模式:RF功率:1300 W,霧化氣流量0.92 L/min,等離子氣流量16 L/min,輔助氣流量:1.2 L/min,氦氣氣流量:3 L/min,透鏡電壓6.80 V,模擬電壓1600 V,脈沖電壓800 V,掃描方式為跳峰掃描,掃描次數(shù)為20次,積分時(shí)間:50 ms;測(cè)量方式為模擬加脈沖,重復(fù)次數(shù)3次。

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)的繪制 精密移取適量Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,用0.5%硝酸溶液稀釋配成Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al質(zhì)量濃度均為1 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。精密量取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,用0.5%硝酸溶液逐級(jí)稀釋成濃度為1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)3個(gè)產(chǎn)地大西洋鮭魚(yú)樣本元素進(jìn)行單因素方差分析、最小顯著差異法多重比較、聚類(lèi)分析及判別分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器檢測(cè)條件的優(yōu)化

為避免基體干擾,可通過(guò)添加與待測(cè)元素質(zhì)量相近的內(nèi)標(biāo)元素用于監(jiān)控和校正實(shí)時(shí)信號(hào),保證儀器的穩(wěn)定性。由于Ge、In、Sc、Bi在酸性基質(zhì)中較為穩(wěn)定[26],質(zhì)量和電離能與相應(yīng)的待測(cè)元素接近,實(shí)驗(yàn)選擇了72Ge、115In、45Sc、209Bi四種元素作為內(nèi)標(biāo)元素,使檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了保證,同時(shí)大大降低了基體效應(yīng)。另一方面,針對(duì)大部分氯化物、氧化物、氫化物等多原子離子干擾,實(shí)驗(yàn)選用He碰撞模式,利用動(dòng)能歧視(KED)模式的物理方法進(jìn)行去除,對(duì)于易受干擾的鈣、鉻、鐵元素,實(shí)驗(yàn)選用含較少多原子離子干擾的同位素43Ca、53Cr和57Fe進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)樣品中所含元素種類(lèi)及含量,考慮到樣品中多元素含量高低不等,特別是大西洋鮭魚(yú)樣品中鈣含量較高,而重金屬元素含量一般較低,為保證結(jié)果和檢測(cè)的準(zhǔn)確性,避免稀釋樣品溶液帶來(lái)的誤差,同時(shí)為減少高含量元素檢測(cè)時(shí)對(duì)儀器打拿極的傷害,選取RPa值的范圍(0.008～0.015)對(duì)鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液最大濃度點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳RPa值保證元素響應(yīng)在合理范圍內(nèi)。

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)大蝦標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(GBW10050)進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表1,通過(guò)t檢驗(yàn),實(shí)測(cè)值與參考值之間均不存在顯著性差異(P>0.05),所建立的方法獲得了較好的檢測(cè)效果。

表1 ICP-MS測(cè)定大蝦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=5)

2.2 方法檢出限和精密度

根據(jù)國(guó)際理論和化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的規(guī)定,用公式L=3Sb/S(Sb為空白多次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差,S為方法的靈敏度(即標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的斜率)計(jì)算儀器檢出限[27-28]。本試驗(yàn)對(duì)空白消解液連續(xù)測(cè)定11次[29],求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差(S),具體測(cè)定結(jié)果及線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。為了考察該方法的可靠性,按照優(yōu)化后的前處理方法與儀器模式對(duì)添加回收樣品進(jìn)行處理之后,使用ICP-MS進(jìn)行測(cè)定,每個(gè)元素重復(fù)5次測(cè)定,各元素的加標(biāo)回收率在93.5%～98.2%之間,同時(shí),檢測(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.73%～3.15%。

表2 10種元素線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)、檢出限、回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)

2.3 產(chǎn)地溯源分析

2.3.1 元素的含量及差異分析 通過(guò)對(duì)來(lái)自挪威、澳大利亞、智利3個(gè)產(chǎn)地進(jìn)口的大西洋鮭魚(yú)各取10批次進(jìn)行測(cè)試,Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al元素的含量見(jiàn)表3。采用單因素方差分析,3個(gè)產(chǎn)地大西洋鮭魚(yú)樣本間Ca、Fe、Cu、Mn、As、Cr、Al含量存在極顯著差異(P<0.01);Fe含量存在顯著差異(P<0.05);Zn、Pb含量在3個(gè)產(chǎn)地樣本間無(wú)顯著差異(P>0.05)。采用最小顯著差異法多重比較,顯示挪威與澳大利亞樣本之間Ca、Fe、Mn、As、Cr、Al含量差異顯著(P<0.05),Cu、Zn、Pb含量無(wú)顯著差異(P>0.05);挪威與智利樣品之間Ca、Cu、As、Cr含量差異顯著(P<0.05),Fe、Mn、Zn、Pb、Al含量無(wú)顯著差異(P>0.05);澳大利亞與智利樣品之間Ca、Fe、Cu、Mn、As、Al含量差異顯著(P<0.05),Zn、Pb、Cr含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。

表3 不同區(qū)域大西洋鮭魚(yú)中礦物元素含量(mg/kg)

注:用最小顯著差異法進(jìn)行多重比較。同行標(biāo)有不同小寫(xiě)字母者表示組間差異顯著(P<0.05);標(biāo)有相同小寫(xiě)字母者表示組間差異不顯著(P>0.05)。

2.3.2 聚類(lèi)分析 對(duì)30批不同來(lái)源的進(jìn)口大西洋鮭魚(yú)進(jìn)行聚類(lèi)分析,其中1～10號(hào)為挪威進(jìn)口樣品,11～20號(hào)為澳大利亞進(jìn)口樣品,21～30號(hào)為智利進(jìn)口樣品。應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件,采用Ward法,以歐式距離、平方歐氏距離、馬氏距離、閔氏距離等常用Q型聚類(lèi)進(jìn)行對(duì)比,確定平方歐氏距離效果最好。以平方歐氏距離為度量準(zhǔn)則,對(duì)30批樣品所得數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析,結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知,30批大西洋鮭魚(yú)可被分為三大類(lèi),1～10為第Ⅰ類(lèi),11～20為第Ⅱ類(lèi),21～30為第Ⅲ類(lèi),3個(gè)產(chǎn)地的進(jìn)口大西洋鮭魚(yú)樣品實(shí)現(xiàn)了區(qū)分。

圖1 不同區(qū)域大西洋鮭魚(yú)聚類(lèi)分析圖

2.3.3 判別分析 為進(jìn)一步了解各元素含量指標(biāo)對(duì)大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地的判別結(jié)果,對(duì)9種元素進(jìn)行逐步判別分析,剔除不必要的干擾變量,共篩選出5個(gè)對(duì)區(qū)分大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地方差貢獻(xiàn)較大的元素,即Ca、Fe、As、Cr、Al。以這5個(gè)元素含量為自變量建立大西洋鮭魚(yú)3個(gè)產(chǎn)地的Fisher判別模型,分別如下:

挪威:F1=-0.203CCa+2.649CFe+154.91CCr+22.185CAs+2.161CAl-57.061

澳大利亞:F2=0.986CCa+1.376CFe-70.524CCr-6.203CAs+1.125CAl-60.314

智利:F3=0.512CCa+5.643CFe-43.088CCr-8.455CAs+1.971CAl-50.392

利用判別模型對(duì)樣品進(jìn)行歸類(lèi),將所有測(cè)量樣本的5個(gè)元素含量分別代入上述判別模型中,以函數(shù)值最大的判別模型所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)地名作為判別結(jié)果。三地樣本的判別準(zhǔn)確率均為100%。采用交互驗(yàn)證法對(duì)建立的判別函數(shù)進(jìn)行回判,三地樣本的判別準(zhǔn)確率分別為90%、100%、100%(表4)。

表4 不同區(qū)域大西洋鮭魚(yú)元素含量的逐步判別分析

對(duì)三地大西洋鮭魚(yú)元素含量進(jìn)行典型判別分析,如圖2,不同地區(qū)的大西洋鮭魚(yú)樣品位于不同的空間,說(shuō)明元素指紋分析技術(shù)對(duì)大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地的判別效果較好,可用于大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地溯源。

圖2 不同區(qū)域大西洋鮭魚(yú)元素判別分析得分散點(diǎn)圖

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)建立了微波消解-ICP-MS測(cè)定大西洋鮭魚(yú)中Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al等10種元素含量的分析方法,以72Ge、115In、45Sc、209Bi作為內(nèi)標(biāo)元素消除基體干擾,選用He碰撞模式的動(dòng)能歧視(KED)技術(shù)消除多原子干擾,各元素檢出限在0.005～0.058 mg/kg,加標(biāo)回收率在93.5%～98.2%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在0.73%～3.15%。方法的回收率高,準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性較好,可以滿(mǎn)足日常檢測(cè)需求。

通過(guò)對(duì)來(lái)自挪威、澳大利亞、智利3個(gè)產(chǎn)地進(jìn)口的大西洋鮭魚(yú)中10種無(wú)機(jī)元素含量進(jìn)行測(cè)試,采用最小顯著差異法多重比較，挪威與澳大利亞樣本之間Ca、Fe、Mn、As、Cr、Al含量差異顯著(P<0.05),Cu、Zn、Pb含量無(wú)顯著差異(P>0.05);挪威與智利樣品之間Ca、Cu、As、Cr含量差異顯著(P<0.05),Fe、Mn、Zn、Pb、Al含量無(wú)顯著差異(P>0.05);澳大利亞與智利樣品之間Ca、Fe、Cu、Mn、As、Al含量差異顯著(P<0.05),Zn、Pb、Cr含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)聚類(lèi)分析和判別分析,開(kāi)展了大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地溯源初步探索,成功對(duì)30批不同來(lái)源的樣本進(jìn)行了區(qū)分,并建立大西洋鮭魚(yú)3個(gè)產(chǎn)地的Fisher判別模型。但由于樣品數(shù)量和產(chǎn)地來(lái)源較少,致使實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍存在局限性,今后需要擴(kuò)大采樣量和采樣地區(qū)進(jìn)行深入研究,進(jìn)而篩選并建立更有效的溯源指標(biāo)體系和判別模型,以更好地應(yīng)用于大西洋鮭魚(yú)產(chǎn)地溯源研究。