摘要:肉因其較高的營養(yǎng)價值和獨(dú)特的風(fēng)味而成為廣大消費(fèi)者飲食中最重要的組成成分之一。在高額利益的驅(qū)動下,肉及肉制品的加工生產(chǎn)中摻假問題頻繁發(fā)生。因此開發(fā)出能夠?qū)θ饧叭庵破返膿郊龠M(jìn)行有效鑒別的技術(shù)與方法對保障消費(fèi)者的利益具有重要意義。產(chǎn)品和消費(fèi)方式的不同決定了對摻假鑒別的側(cè)重點不同,因而對相應(yīng)摻假鑒別技術(shù)的要求也不同。本文闡述了目前用于肉及肉制品摻假檢測的常見方法的基本原理及其研究進(jìn)展,包括基于蛋白質(zhì)組學(xué)的免疫和質(zhì)譜技術(shù),基于DNA的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)以及基于無損檢測的傳感器和光譜技術(shù)。同時也對目前已知方法所存在的鑒別盲區(qū)和新的摻假鑒別技術(shù)的開發(fā)提出了建議,以期為肉類及其加工制品摻假鑒別提供一定的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:肉類;摻假;鑒別;蛋白質(zhì)組學(xué);DNA;無損檢測
肉是人類飲食的重要組成部分,因其富含蛋白質(zhì)、脂肪、鐵、鋅及VB6等人體正常生命活動所必需的物質(zhì),而廣受消費(fèi)者喜愛。近年來,隨著肉類消費(fèi)量的快速增長,摻假問題時有發(fā)生。肉制品摻假是指用一些價格低廉大量可用的原料來替代實際成分,如鴨肉、雞肉和鼠肉等低價肉替代高價的牛肉和羊肉;加工肉制品摻入動物內(nèi)臟、組織;或在某些情況下添加亞硝酸鹽、色素、防腐劑等食品添加劑使摻假肉制品在感官上更受歡迎。加工肉制品的原料肉在經(jīng)過切碎、混合、加熱以及殺菌等一系列復(fù)雜處理過程后,原有的形態(tài)特征已經(jīng)改變,無法輕易鑒定。肉及其加工制品摻假不僅損害消費(fèi)者的利益、破壞市場秩序,還可能危害消費(fèi)者的身體健康如過敏問題、摻假物有毒,甚至在一定程度上引起宗教問題。因而,采取準(zhǔn)確、高效、靈敏的鑒別技術(shù)鑒定摻假肉品具有重大意義。摻假肉品的鑒別主要包括以下3個方面:1)肉類來源的鑒定(如野生與養(yǎng)殖肉類、有機(jī)與傳統(tǒng)肉類、地理來源);2)肉類替代鑒定(肉類成分由其他動物物種、組織、脂肪或蛋白替代);3)鑒定非肉類成分添加劑(如水、添加劑)。隨著現(xiàn)代儀器及分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,肉品摻假的定性定量鑒別方法也更為多樣化。本文就國內(nèi)外肉及其加工制品摻假鑒別技術(shù)的研究進(jìn)展、各自存在的問題以及開發(fā)新方法的展望進(jìn)行了綜合論述,以期為肉類食品安全監(jiān)控和市場管理提供指導(dǎo)。
1 肉類產(chǎn)品摻假鑒別方法
傳統(tǒng)的摻假鑒別方法如感官和形態(tài)學(xué)判別已經(jīng)無法滿足當(dāng)下肉及其加工制品的安全控制需求,目前常用的方法有基于蛋白質(zhì)組學(xué)的免疫和質(zhì)譜(MS)技術(shù),基于DNA的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)鑒別手段,以及光譜、傳感器等無損檢測技術(shù)。表1就應(yīng)用于肉品摻假鑒別方面的方法進(jìn)行了總結(jié)。
表1 肉及其加工制品摻假鑒別主要方法
鑒別方法 | 分析技術(shù) | 優(yōu)點 | 缺點 |
蛋白質(zhì)組學(xué) | ELISA | 靈敏、檢測成本低 | 易出現(xiàn)假陽性、交叉反應(yīng) |
MS | 準(zhǔn)確度和精確度高 | 檢測成本高、耗費(fèi)時間長 | |
多重PCR | 檢測速度快,可同時分析多個樣品 | 對樣品DNA純度要求高 | |
DNA法 | PCR-RFLP | 特異性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高 | 操作復(fù)雜、實驗結(jié)果重復(fù)性較低 |
qPCR | 可實現(xiàn)定量檢測 | 需內(nèi)標(biāo)基因、需專業(yè)人員操作 | |
數(shù)字PCR | 檢測限低、定量準(zhǔn)確 | 所需儀器昂貴、試劑要求高 | |
傳感器法 | 電子鼻、電子舌 | 操作簡單、結(jié)果呈現(xiàn)快 | 準(zhǔn)確度低、 重復(fù)性低 |
光譜法 | 紅外光譜 | 檢測速度快、不破壞樣品 | 應(yīng)用于加工肉制品困難 |
拉曼光譜 | 準(zhǔn)確率高 | 檢測限高、需一定的樣品前處理 | |
HSI | 樣品內(nèi)部外部信息均呈現(xiàn)、精確度高 | 數(shù)據(jù)量大, 冗余信息多 | |
LIBS | 特異性強(qiáng)、 檢測速度快 | 檢測限高、 靈敏度差 |
注:ELISA.酶聯(lián)免疫吸附測定法;RFLP.限制性片段長度多態(tài)性;qPCR.實時熒光定量PCR;HSI.高光譜成像;LIBS.激光誘導(dǎo)擊穿光譜。
1.1 蛋白質(zhì)組學(xué)分析法
蛋白質(zhì)組意為一個基因組表達(dá)的所有蛋白質(zhì),包括不同亞型的蛋白和蛋白質(zhì)翻譯后修飾。肉類富含蛋白質(zhì),同種生物間蛋白組具有相對保守性,不同生物間蛋白組在含量、結(jié)構(gòu)上存在一定差異,因而蛋白質(zhì)可作為生物標(biāo)記物鑒別肉品摻假。常見的基于蛋白質(zhì)組學(xué)分析肉及其制品摻假的方法有免疫分析法、電泳分析法和MS分析法。
1.1.1 免疫法
免疫法中最常用的是ELISA,ELISA是將抗原抗體反應(yīng)的高度特異性與酶促反應(yīng)的高效性相結(jié)合的一種免疫學(xué)分析技術(shù),自20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來后廣泛應(yīng)用于肉類及其加工制品摻假檢測。ELISA的基本原理是:抗原或抗體吸附在固相載體表面,酶結(jié)合抗原或抗體后仍保持其酶活性與免疫活性,通過加入相應(yīng)的抗原或抗體,根據(jù)反應(yīng)后底物顏色的變化來判斷免疫反應(yīng)的進(jìn)行與否。Djurdievic等開發(fā)了一種基于單克隆抗體5D2 ELISA定量檢測熟紅肉中(豬肉、牛肉、羊肉、鹿肉、馬肉)添加熟禽肉(雞肉和火雞肉)的量。單克隆抗體5D2對雞和火雞的熟骨骼肌可溶性蛋白有很強(qiáng)的特異性,基于該方法理論上能檢測到紅肉中質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的熟禽,且ELISA信號與火雞肉和雞肉濃度的相關(guān)性強(qiáng)(r>0.994)。Mandli等采用辣根過氧化物酶結(jié)合抗豬免疫球蛋白G多克隆抗體ELISA檢測牛肉中豬肉摻假情況,在直接ELISA和競爭性ELISA基礎(chǔ)上,研發(fā)出免疫傳感器。通過競爭性免疫傳感器能在20min內(nèi)檢測到牛肉中0.01%的豬肉摻假量。酶聯(lián)免疫技術(shù)在鑒別肉類摻假方面具有快速、靈敏、重現(xiàn)性好以及檢測成本低等優(yōu)勢,但存在對一些物種有交叉反應(yīng),試劑選擇性高,不能同時分析多種成分等問題,并且加工肉制品中抗原易溶解,實驗結(jié)果容易出現(xiàn)假陽性。
1.1.2 MS技術(shù)
MS分析是蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)中確定和精確定量復(fù)雜生物樣品(如肉類和肉制品)蛋白質(zhì)和多肽的基本工具。MS法是一種測量離子質(zhì)荷比(質(zhì)量-電荷比)的分析方法,在蛋白質(zhì)組學(xué)中,通過將分離技術(shù)與MS技術(shù)相結(jié)合可實現(xiàn)不同動物來源蛋白或多肽的鑒別。
1.1.2.1 凝膠電泳結(jié)合MS技術(shù)
采用經(jīng)典的一維(1D)和二(2D)凝膠電泳技術(shù)可以分離定量蛋白質(zhì),凝膠電泳結(jié)合MS技術(shù)可實現(xiàn)高分辨率蛋白地分離和準(zhǔn)確定量。Kim等用雙向凝膠電泳(2DE)結(jié)合MS從鮮肉和凍融肉的滲出物中檢測到了450種蛋白質(zhì),鮮肉中有15種蛋白質(zhì)表達(dá)量較高(P<0.05),其中有22種蛋白質(zhì)可用于區(qū)分鮮肉和凍融肉。Montowska等分析了16種混合肉糜(由豬肉、牛肉、雞肉、鴨肉、鵝肉和火雞肉混合而成)及上述6種肉為原料的15種法蘭克福香腸中肌球蛋白輕鏈亞型結(jié)構(gòu)的不同,結(jié)果表明混合肉糜中10%的其他物種添加量能夠被檢測到。Naveena等比較了2DE和非膠分級分離電(OGE)分別結(jié)合MS技術(shù)檢測不同比例混合的山羊肉、綿羊肉和水牛肉。以從肌球蛋白輕鏈(MLC)1和MLC2中獲得的特異肽為生物標(biāo)志物,2DE結(jié)合MS能檢測到水牛肉中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%山羊肉和綿羊肉,而OGE結(jié)合MS技術(shù)能檢測到0.1%的山羊肉和綿羊肉摻假量。凝膠電泳結(jié)合MS技術(shù)鑒別肉品摻假具有一定的局限性,其中凝膠電泳較難分離分子質(zhì)量過大或過小的蛋白,并且特異性標(biāo)記蛋白或肽不易找到。
1.1.2.2 色譜-串聯(lián)MS技術(shù)
色譜法利用蛋白或者多肽在不同相態(tài)的選擇性分配,以流動相對固定相中的蛋白或者多肽進(jìn)行洗脫,不同的成分會以不同的速度沿固定相移動,最終達(dá)到分離的效果。蛋白酶解產(chǎn)物經(jīng)色譜-MS聯(lián)用技術(shù)電離分析后,可獲得每個肽段的MS圖,借助蛋白數(shù)據(jù)庫對肽段比對分析,進(jìn)而尋找特異性肽標(biāo)記物。古淑青等利用超高效液相色譜-四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜(UPLC-Q/Extractive HRMS)和高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(UPLC-Triple-QqQ-MS)相結(jié)合的方法,鑒定了牛肉、鴨肉、豬肉和雞肉中20個特征肽段,建立了檢出限低于0.5%的羊肉摻假鑒別測定方法。Watson等建立了一種分析肉中肌紅蛋白多肽的LC-MS方法,提取了豬肉、牛肉、羊肉和馬肉中肽段,運(yùn)用MS的多反應(yīng)監(jiān)控(MRM)高效篩選出肽生物標(biāo)記物,該方法具有檢測牛肉中1%馬肉添加量、羊肉中1%豬肉添加量和羊肉中1%牛肉添加量的潛力。水煮、油炸和燒烤等常用肉制品加工方式會導(dǎo)致一些蛋白的變性或者肽段降解,因而熱穩(wěn)定肽的鑒定具有重大的應(yīng)用價值。WangGuiji等對豬肉、雞肉、鴨肉、牛肉和羊肉等五種生肉和熟肉進(jìn)行全蛋白和多肽分析,以期尋找熱穩(wěn)定肽生物標(biāo)記物。經(jīng)超高效液相色譜串聯(lián)三重四極桿飛行時間質(zhì)譜法(UPLC-Q-TOF-MS)結(jié)合MRM在5個物種的生肉中鑒別了34種肽生物標(biāo)記物,其中有20種是熱穩(wěn)定性肽。Li Yingying等提出一種基于UPLC-MS/MS同時檢測豬肉、牛肉、羊肉、雞肉、鴨肉、大豆、花生、豌豆等8個物種的高通量MS方法,根據(jù)多肽的序列長度、覆蓋率以及熱穩(wěn)定性等參數(shù)篩選8個物種中的特異性多肽。使用這種方法,有可能檢測到8個物種中任何一個的0.5%的摻假量。色譜-MS聯(lián)用技術(shù)基于蛋白質(zhì)組學(xué)原理,摻假鑒別準(zhǔn)確率高,但需要繁瑣的樣品前處理,通常要經(jīng)過蛋白分離富集或蛋白酶解,時間成本高;對于分析經(jīng)過乳化、殺菌或加入其他食品添加劑的加工肉制品等復(fù)雜樣品較為困難;液相色譜、MS等儀器昂貴,并且需要一定的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
1.2 DNA分析法
脫氧核苷酸是核苷酸單元相連接形成多聚核苷酸鏈,再通過折疊、卷曲形成具有特定空間構(gòu)型的生命大分子。DNA作為細(xì)胞中的主要遺傳物質(zhì),在物種間具有高度保守性。DNA相較于蛋白質(zhì)具有更強(qiáng)的耐熱性,存在于所有生物體細(xì)胞中并不受物質(zhì)形態(tài)的影響,因而被廣泛應(yīng)用于肉類摻假檢測。目前DNA分析法的技術(shù)主要有DNA雜交和聚合酶鏈反應(yīng)。其中DNA雜交方法操作繁瑣、靈敏度低,尤其是對于摻假肉等混合樣品的檢測比較困難,因而PCR是肉類產(chǎn)品摻假檢測中的常用方法。
1.2.1 多重PCR
PCR是設(shè)計不同物種特定基因片段的引物大量體外擴(kuò)增DNA,通過得到的PCR產(chǎn)物的大小而鑒別物種的技術(shù)。多重PCR是在一個PCR反應(yīng)體系當(dāng)中加入多對引物,可快速、準(zhǔn)確地同時擴(kuò)增多個DNA靶點,進(jìn)而實現(xiàn)對多個肉類及其加工制品高效鑒別。Li等根據(jù)線粒體細(xì)胞色素b差異性位點設(shè)計了4種禽類(火雞、鴕鳥、雞和鴨)的特異性引物,通過多重PCR技術(shù)實現(xiàn)4種肉的鑒別。Tafvizi等使用牛肉、雞肉和大豆引物進(jìn)行多重PCR,檢測牛肉漢堡中摻假現(xiàn)象。結(jié)果表明,該技術(shù)能鑒別牛肉漢堡中雞肉和大豆蛋白的摻假,可應(yīng)用于其他加工肉制品的檢測。Prusakova等開發(fā)了一種優(yōu)化的多重PCR方法,基于8種肉類線粒體ATPase序列差異設(shè)計鑒別引物并構(gòu)建同時鑒定5種常見肉類(牛肉、羊肉、豬肉、雞肉和火雞)和3種常見違禁肉類(貓、狗、老鼠)的多重PCR反應(yīng)體系,此方法可以在單次PCR準(zhǔn)確鑒別8種肉類,檢測靈敏度可達(dá)皮克級 DNA。多重PCR技術(shù)鑒別肉類摻假速度快、準(zhǔn)確率高,但對于樣品DNA純度要求高,各鑒別物種在PCR反應(yīng)中易相互干擾。
1.2.2 PCR-RFLP
CR-RFLP是利用PCR擴(kuò)增一段保守基因序列,再使用適當(dāng)?shù)南拗菩院怂醿?nèi)切酶對PCR產(chǎn)物進(jìn)行酶切,通過分析酶切后的產(chǎn)物的特異性進(jìn)而判別不同DNA來源。Kumar等以線粒體細(xì)胞色素b基因為靶點,采用PCR-RFLP法鑒別了極其相近的幾個物種。通過Alu1和Taq1雙酶切PCR產(chǎn)物,可有效鑒別黃牛肉、水牛肉、綿羊肉、山羊肉和豬肉。Ali等以PCR-RFLP技術(shù),用四對引物分別從兔肉、老鼠肉、松鼠肉擴(kuò)增出了123、108、243bp基因片段,并使用指紋圖譜技術(shù)鑒定了酶切后的特征性基因片段。同時,使用該方法能鑒別出香腸中0.1%的老鼠肉或松鼠肉摻假。Hossain等選取來自線粒體細(xì)胞色素b和ND5的基因靶點,模擬肉制品加工過程,驗證所取基因靶點在加熱和高壓下均穩(wěn)定。通過雙基因靶向多重PCR-RFLP結(jié)合指紋圖譜鑒別黃牛肉、水牛肉和豬肉,能檢測到0.1%的摻假量。此外,對馬來西亞20種清真牛肉香腸的檢測結(jié)果表明:PCR-RFLP有應(yīng)用于加工肉制品的潛力。PCR-RFLP鑒別摻假特異性強(qiáng)、對PCR和酶切結(jié)果的雙重驗證保證了其準(zhǔn)確度高,但限制性核酸內(nèi)切酶酶切時易受目標(biāo)基因序列中酶切位點隨機(jī)突變的影響,易產(chǎn)生不確定的檢測結(jié)果,重復(fù)性較差。
1.2.3 qPCR
qPCR是在PCR體系中加入染料或者探針等熒光基團(tuán),通過熒光信號強(qiáng)度變化實時監(jiān)控反應(yīng)中DNA濃度的變化,從而實現(xiàn)對肉類產(chǎn)品進(jìn)行鑒別并定量。Lubis等開發(fā)了一種基于ZEMTM探針的新型qPCR技術(shù),豬肉DNA最低檢出限達(dá)1pg/?L,理論上能在羊肉、牛肉中檢測到0.001%豬肉摻假。朱揚(yáng)等制備了生牛肉和經(jīng)干、蒸、煮、燉、煎、炸、烤制處理的牛肉制品中摻入不同比例(10%、5%、1%、0.1%)豬肉的二元混合肉,通過普通PCR和qPCR擴(kuò)增來自線粒體基因Cytb序列,進(jìn)而實現(xiàn)定性和定量檢測。實驗結(jié)果表明:不同加工方式對肉中DNA含量、純度和穩(wěn)定性確實存在顯著性影響,但不影響摻假源的檢出。該方法對于清真肉類及其加工制品的監(jiān)控具有廣闊的應(yīng)用前景,為實現(xiàn)加工肉制品質(zhì)量監(jiān)控提供了可能。Kang等采用SYBR Green熒光定量PCR法檢測牛肉漢堡中豬肉的摻假量,通過比較優(yōu)化兩種常用DNA提取法和五種常用DNA量化方法,最終能在牛肉漢堡中檢測到0.01%豬肉含量。qPCR實現(xiàn)了肉類產(chǎn)品摻假的定量檢測,為對市場進(jìn)行精確控制提供了可能。
1.2.4 數(shù)字PCR
數(shù)字PCR是近年來迅速發(fā)展的一種核酸精確定量技術(shù),通過將模板大量稀釋到單個反應(yīng)單元進(jìn)行目標(biāo)分子的PCR擴(kuò)增,根據(jù)各個反應(yīng)體系中熒光值結(jié)合泊松分布原理確定原始基因模板的絕對拷貝數(shù)。這種定量方法無需考慮引物擴(kuò)增效率,且不依賴內(nèi)標(biāo)基因或標(biāo)準(zhǔn)曲線,具有靈敏度高、重復(fù)性好等優(yōu)點。Floren等以核基因F2為靶點,定量檢測了不同加工肉制品中原料肉的含量,并對牛肉中的摻假豬肉、馬肉進(jìn)行監(jiān)控。結(jié)果表明,運(yùn)用數(shù)字PCR,樣品中DNA最低檢出限為0.001%,最低定量限為0.01%。任君安等以單拷貝持家基因DNA復(fù)制蛋白A(A,RPA1)為靶基因,開展了羊肉中摻假豬肉的微滴式數(shù)字PCR定量檢測研究。該方法定量限為1%,且在5%~80%范圍內(nèi)絕對誤差小于±1.30%,相對誤差小于±10%,準(zhǔn)確度高。WangQiang等基于數(shù)字PCR鑒定山羊和綿羊肉,通過模擬肉丸和9種商業(yè)肉制品,驗證了數(shù)字PCR應(yīng)用于肉制品中羊肉檢測的可行性。數(shù)字PCR作為一種新型的DNA擴(kuò)增技術(shù),能實現(xiàn)DNA的絕對定量,在肉制品摻假方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于目前數(shù)字PCR只能絕對定量樣品中DNA的量,對于如何將DNA的拷貝數(shù)轉(zhuǎn)換成相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍處于起步階段。另一方面,數(shù)字PCR檢測通量低,且所需儀器昂貴。
1.3 傳感器法
傳感器技術(shù)是能將待測物質(zhì)的特異性成分,通過轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的物理化學(xué)信號輸出,從而對各種組分進(jìn)行定性和定量分析的技術(shù)。電子鼻和電子舌是常用于肉類產(chǎn)品摻假鑒別的傳感器技術(shù)。
1.3.1 電子鼻
電子鼻是基于人類對氣味的識別機(jī)制而設(shè)計的,氣敏傳感器吸附氣味分子,所產(chǎn)生的信號進(jìn)入信號處理系統(tǒng)進(jìn)行一定的分析,最后由模式識別系統(tǒng)完成對復(fù)雜氣體的綜合分析并呈現(xiàn)結(jié)果。李芳等建立了一種利用PEN3電子鼻快速鑒別鴨肉、鵝肉和雞肉的方法,采用線性判別式(LDA)和判別因子分析(DFA)方法建立識別模型,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,電子鼻能區(qū)分3種鮮禽肉以及加熱禽肉,準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。張娟等利用電子鼻結(jié)合統(tǒng)計學(xué)分析方法對牛肉中摻入豬肉進(jìn)行分析。采用K均值聚類分析法和平均值法提取特征風(fēng)味值,通過主成分分析(PCA)和LDA分析定性檢測摻假牛肉。在此基礎(chǔ)上,又建立了偏最小二乘(PLS)、多元線性回歸(MLR)和反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BPNN)等模型預(yù)測摻假牛肉中豬肉的含量,所建模型預(yù)測相關(guān)性系數(shù)R2均大于0.978,其中BPNN模型預(yù)測效果最佳,R2>0.999,均方根誤差低于1%。
1.3.2 電子舌
電子舌是根據(jù)人物味覺模式所設(shè)計的系統(tǒng),由傳感器獲得味覺信號,再經(jīng)過信號處理系統(tǒng)和模式分析系統(tǒng),即可實現(xiàn)信號處理加工,其基本原理與電子鼻相似。Zhang Xinzhuang等采用TS-5000Z電子舌區(qū)分和牛、安格斯牛和西門塔爾,通過測定不同樣品中粗蛋白、脂肪、灰分、膽固醇等化學(xué)組分及風(fēng)味包括酸味、鮮味、咸味、苦味、澀味、苦后味等,結(jié)合主成分分析能快速區(qū)別這三個品種的牛肉。Haddi等建立了一種區(qū)分牛肉、綿羊肉和山羊肉的電子舌檢測方法,通過PCA對所得的電子舌數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以鑒別3種肉,同時可區(qū)分不同貯藏時間的肉樣。
電子鼻和電子舌在肉類摻假檢測方面具有快速、操作簡單等優(yōu)勢,但存在一定的缺陷。一方面,實驗結(jié)果重復(fù)性不高、無法定量分析;另一方面加工肉制品中組成成分復(fù)雜,僅用電子鼻和電子舌等技術(shù)鑒別準(zhǔn)確率不高,可與其他技術(shù)如氣相-MS聯(lián)用等提高檢測準(zhǔn)確度。
1.4 光譜分析法
光譜分析法是以肉類及其加工制品中一些基本組成成分如水分、蛋白質(zhì)、脂肪酸或脂質(zhì)在不同波長下產(chǎn)生光譜不同為原理。光譜技術(shù)因其檢測速度快、樣品前處理簡單甚至無需樣品前處理以及不破壞樣品原有營養(yǎng)價值等優(yōu)勢,近年來逐漸被應(yīng)用于食品質(zhì)量安全控制。目前在肉類摻假檢測方面,主要有紅外光譜法、拉曼光譜、HSI和LIBS。
1.4.1 紅外光譜
紅外光譜是指頻率在0.7~500 ?m之間的電磁波,能引起分子中振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷,通過檢測紅外線被吸收的情況可得到不同物質(zhì)的紅外吸收光譜。目前,國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用近紅外光(NIR)和中紅外光譜(MIR)監(jiān)控肉類摻假研究較多。Alamprese等通過傅里葉近紅外光(FT-NIR)和多元分析法分析新鮮的、凍融的和煮熟的肉末,鑒別牛肉末中火雞摻假問題。同時建立了R2>0.884預(yù)測均方差<10.8% PLS回歸模型,應(yīng)用偏最小二乘判別分析(PLS-DA)對牛肉摻假樣品進(jìn)行判別,預(yù)測的靈敏度和特異度值均大于0.84和0.76。本研究表明,F(xiàn)T-NIR與適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計量學(xué)方法相結(jié)合不僅適用于鮮肉產(chǎn)品中,而且在凍融和熟肉樣品中也適用。Hu Yaxi等利用FT-NIR分析了6種類型的牛肉糜中摻假牛內(nèi)臟和豬內(nèi)臟的情況,利用優(yōu)化的PLSR模型,鑒定摻假牛肉的準(zhǔn)確率達(dá)99%,精準(zhǔn)識別摻假內(nèi)臟類型且能對五種內(nèi)臟添加量進(jìn)行量化(R2>0.81),檢出限低于10%。Wu Ting等對挪威鮭魚和黑龍江鮭魚進(jìn)行鑒別,使用FT-NIR并采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)方差、乘性散射校正和歸一化等方法優(yōu)化PLS-DA模型。對于校正和交叉驗證樣本集,優(yōu)化的PLS-DA模型的相關(guān)系數(shù)系數(shù)分別為0.99和0.98,均方誤差分別為2.3%和4.0%,鑒別鮭魚摻假準(zhǔn)確率達(dá)90%。白京等以含有不同比例肥肉的豬肉摻入解凍羊肉卷為檢測對象,利用PLS進(jìn)行建模分析,所得到的建模集和預(yù)測集相關(guān)性系數(shù)分別為0.969和0.953,填補(bǔ)了純瘦肉和肥瘦相間肉的摻假檢測空白。Rady等建立了分析肉末中摻假植物源性蛋白的可見NIR法,所建PLSR模型對摻假鑒別準(zhǔn)確率高達(dá)100%,為NIR法檢測加工肉制品摻假提供了可能。Abu-Ghoush等采用MIR結(jié)合PLS-Kernel預(yù)測模型對牛肉中摻假豬肉進(jìn)行控制,該方法能檢測到牛肉中1.4%的豬肉摻假量,對于清真食品安全管理具有廣闊的應(yīng)用前景。
1.4.2 拉曼光譜
拉曼光譜是基于拉曼散射效應(yīng)的分析物質(zhì)成分及其結(jié)構(gòu)的技術(shù),拉曼譜帶與入射光的強(qiáng)度無關(guān),與樣品組成物質(zhì)本身的極化率有關(guān),因此不同肉類特定組成成分所產(chǎn)生的拉曼譜帶不同,進(jìn)而能實現(xiàn)摻假鑒別。Boyaci等將拉曼光譜和化學(xué)計量學(xué)相結(jié)合,對49份來自羊肉和馬肉的脂肪進(jìn)行鑒定,并建立PCA模型對牛肉中摻假羊肉進(jìn)行預(yù)判,所建模型能在30s內(nèi)鑒別牛肉摻假25%~75%馬肉。Zhao Ming等利用分散拉曼光譜檢測牛肉漢堡中牛肉摻假內(nèi)臟,根據(jù)900~1800cm-1處拉曼峰值生成指紋圖譜。同時建立PLS-DA和軟獨(dú)立建模分析(SIMCA)模型,摻假牛肉判別準(zhǔn)確率達(dá)90%,所建的PLS-DA模型對于摻假牛肉中脂肪的添加量能得到3.8%的交互驗證均方差和0.85的預(yù)測相關(guān)系數(shù)。拉曼光譜作為一種新興的食品摻假檢測技術(shù),目前應(yīng)用于肉類摻假檢測仍存在著背景熒光信號干擾多、儀器昂貴、檢測限高等問題,需要海內(nèi)外學(xué)者進(jìn)一步研究開發(fā)。
1.4.3 高光譜成像
HSI是一個強(qiáng)大的分析技術(shù),將光譜技術(shù)和成像技術(shù)集成到一個系統(tǒng)中,能同時獲得樣品的物理特征如形狀、大小和顏色等外部信息以及化學(xué)組成成分等內(nèi)部信息。HSI又稱為超立方體,高光譜圖像以(x、y、λ)形式儲存,其中(x、y)代表物體的空間信息,λ代表樣品的光譜信息。不同的肉類產(chǎn)品化學(xué)成分以及組成結(jié)構(gòu)不同,通過收集其空間信息和光譜信息數(shù)據(jù)信息結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法分析,可實現(xiàn)肉類產(chǎn)品的定性和定量。Xiong Zhenjie等基于HSI的光譜信息和紋理信息鑒別土雞和普通肉雞,采用連續(xù)投影算法提取了9個最佳波長,30個紋理特征,并基于數(shù)據(jù)融合構(gòu)建PLS-DA模型,土雞和肉雞鑒別準(zhǔn)確率高達(dá)93.33%。Kamruzzaman等將HSI、多元分析和圖像處理結(jié)合起來,鑒定豬肉、牛肉和羊肉?;?個最佳波長建立了PLS-DA模型,總體分類準(zhǔn)確率為98.67%。在此基礎(chǔ)上,該學(xué)者采用HIS可視化牛肉中豬肉的摻假,選取430、605、665、705nm4個波長作為最佳波長,構(gòu)建多元線性回歸(MLR)模型,可預(yù)測牛肉末中2%~50%豬肉摻假率,預(yù)測相關(guān)系數(shù)Rp為0.985、預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)誤差為4.172%。高光譜結(jié)合了光譜技術(shù)與成像技術(shù),兼具兩者優(yōu)點,同時也存在著一定的缺陷。高光譜技術(shù)分析樣品獲取的數(shù)據(jù)受光源強(qiáng)度、移動速率、鏡頭高度以及外界因素等影響較大,且存在較多冗余信息,需要進(jìn)行復(fù)雜的降維處理來提取有用的數(shù)據(jù);另外,建立定量預(yù)測模型需要有龐大的樣本量。
1.4.4 激光誘導(dǎo)擊穿光譜
LIBS是一種基于激光的光譜技術(shù),利用激光脈沖激發(fā)樣品形成等離子體。等離子體在冷卻過程中能發(fā)射出輻射光,收集輻射光并進(jìn)行分析,從而實現(xiàn)被測樣品中各元素的定性和定量。LIBS可同時測定不同肉類產(chǎn)品中各類元素,基于不同樣品元素組成差異能快速、準(zhǔn)確地鑒別摻假。Bilge等采用LIBS分析了牛肉、豬肉、雞肉中Zn、Mg、Ca、Na和K含量差別,應(yīng)用PCA對3種肉判別,鑒別準(zhǔn)確率達(dá)83.37%,并采用PLS分析牛肉中摻假豬肉、牛肉中摻假雞肉兩種混合肉,檢出限分別為4.4%和2.0%。Chu Yanwu等利用LIBS技術(shù)建立了一種有效的肉類鑒別方法,采用乘性散射校正(MSC)方法對光譜進(jìn)行預(yù)處理,然后利用K-最近鄰(KNN)模型對校正后的光譜進(jìn)行識別。結(jié)果表明:MSC與LIBS相結(jié)合鑒別6種肉(扇貝、蝦、豬肝、牛肉、雞肉以及扇貝和蝦的混合肉)的準(zhǔn)確率高達(dá)100%。Velioglu等基于牛肉及其內(nèi)臟(肝臟、腎臟、心臟、脾臟和肺)中Na、K、Mg、Ca和Fe組成差異,以LIBS結(jié)合PCA能成功鑒別純牛肉和內(nèi)臟摻假牛肉,應(yīng)用PLS定量檢測牛肉中內(nèi)臟摻假量,檢出限達(dá)3.8%,預(yù)測相關(guān)系數(shù)R2為0.947,為香腸、漢堡等加工肉制品中內(nèi)臟摻假檢測提供了一定的參考依據(jù)。LIBS檢測肉類及其加工制品摻假速度快、特異性強(qiáng),但存在靈敏度低、實驗結(jié)果重復(fù)性差等問題。同時樣品的表面形狀、基體效應(yīng)、樣本分布不均和混合不充分等因素都會影響最終實驗結(jié)果,因而需要對肉樣進(jìn)行一定的預(yù)處理,使樣品盡量保持均勻一致的狀態(tài)。
2 結(jié) 語
MS、PCR、紅外光譜、高光譜等技術(shù)在肉及其加工制品摻假檢測中應(yīng)用廣泛,但均有各自的局限性,因此根據(jù)不同的樣品情況選擇合適的鑒別方法極其重要。總而言之,肉類的摻假鑒定方法可以分為無損檢測和有損檢測兩大類。
無損檢測因其檢測速度快、不損傷樣品、適合自動檢測等優(yōu)勢,近年來在肉類產(chǎn)品摻假檢測方面得到了越來越多的應(yīng)用。無損檢測中的傳感器方法在檢測準(zhǔn)確度方面差強(qiáng)人意,還有較大的改進(jìn)空間。光譜技術(shù)具有準(zhǔn)確度高、檢測速度快等優(yōu)點,但是需要根據(jù)不同的樣品建立相應(yīng)的模型,而且通常得到的數(shù)據(jù)龐大,對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維,提取有用信息較為麻煩。未來需要改進(jìn)的方面包括:建立相應(yīng)的各個產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)庫,便于快速在線分析;開發(fā)有效的算法,高效提取特征數(shù)據(jù);與其他鑒別手段聯(lián)用,同時達(dá)到鑒別準(zhǔn)確率高、速度快、檢出限低、無損等優(yōu)勢。
在有損檢測技術(shù)中,基于蛋白質(zhì)組學(xué)的鑒別方法準(zhǔn)確度和精確度高,但所使用的設(shè)備昂貴,檢測成本較高?;跇悠稤NA的PCR鑒別法因靈敏度高、檢出限低的優(yōu)點而具有比蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)更好的應(yīng)用空間,然而該技術(shù)實驗結(jié)果重復(fù)困難,易受DNA污染降解、復(fù)雜基質(zhì)效應(yīng)干擾和擴(kuò)增方法的影響。未來可以開發(fā)相應(yīng)的DNA芯片技術(shù),以簡化復(fù)雜操作。但是,對于一些DNA含量較少的樣品或在加工過程中DNA被污染降解的樣品,就必須選擇基于蛋白質(zhì)組學(xué)的鑒別手段。蛋白質(zhì)組學(xué)研究中,由于在加工過程中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性較差,容易降解變性,不易獲得重復(fù)性較好的檢測結(jié)果,因此未來研究方向可以以蛋白質(zhì)的翻譯后修飾如糖基化作為鑒別指標(biāo)。蛋白質(zhì)的N-糖基化修飾非常穩(wěn)定且物種特異性比較高,用于肉與肉制品的摻假鑒定將是一個新的、具有特殊優(yōu)勢的選擇。