2014.12-李倩-质谱学报-表面解吸常压化学电离质谱法快速鉴别羊肉真伪.pdf
第 35 卷 第 6 期 质 谱 学 报 Vo l. 35 No. 6 2014 年 11 月 J ou r na lo fCh i ne s e Ma s sSpe c t r ome t r c i e t ySo y Nov. 2014 表面解吸常压化学电离质谱法快速鉴别羊肉真伪 李 倩 ,王 姜 ,陈焕文 ,郭晓暾 ,杨水平 (东华理工大学,江西省质谱科学与仪器重点实验室,江西 南昌 330013) 摘要:采用自行研制的表面解吸常压化学电离源( DAPCI),在无需样品预处理 的 条 件 下,通 过 DAPCI-MS 方 法直接获取不同肉类样品(鸭肉、牛肉、猪肉、羊肉、自制假羊肉)的指纹谱图。采用主成分分析( PCA)方法对 指纹谱图信息进行数据分析,以区分不同肉类样品。结 果 表 明:鸭 肉、牛 肉、猪 肉、羊 肉 和 自 制 假 羊 肉 的 指 纹 谱图之间存在差异,采用 PCA 方法能较好地区分这些肉类样品。本方法无需样品预处理,分析速度快,可实 现高通量肉类的快速鉴别,为食品安全中辨别肉类样品提供了一种快速、高效的分析方法。 关键词:表面解吸常压化学电离质谱( DAPCI-MS);主成分分析( PCA);肉类;快速检测;食品安全 中图分类号: O657. 63 文献标志码: A 文章编号: 1004-2997( 2014) 06-0502-07 do i: 10. 7538/zpxb. i an. 2014. 0022 youx Rap i dI d en t i f i c a t i onf o rAu t hen t i c i t f Mu t t onbyDAPCI-MS yo LIQi an,WANGJ i ang,CHEN Huan-wen,GUO Xi ao-t un,YANG Shu i i ng -p ( Ji angxiKeyLab o ra t o ryfo s sSpe c t r ome t ryandIn s t rumen t a t i on, r Ma Ea s tCh i naIn s t i t u t eof Te chno l ogy,Nanchang330013,Ch i na) Ab s t r a c t:Fo l l owi ngt heme t hodo fsur f a c ede so r t i ona tmosphe r i cpr c a li on i z a- e s sur echemi p t i on ma s sspe c t r ome t r DAPCI-MS),wi t hou tanypr ot hes amp l e s,t he ma s s e t r e a tmen tt y( spe c t r ao es rk,and mu fas e r i e so f me a t,i nc l ud i ngpur amp l e s( duck,be e f,po t t on)and l avo r ed me a ts amp l e so fduck,be e fandpo r eob t a i nedd i r e c t l on i z a- rk,we mu t t on-f y.Thei r tr t i onpa e l i edonas e l f-madeequ i to fDAPCI.TheDAPCI-MSr awda t awe r ef ur t he r pmen ana l edbypr i nc i l ecomponen tana l i s( PCA).Ther e su l tshowst ha tt hema s sspe c t r ao f yz p ys e f,po t t onand mu t t on-f l avo r edf ake me a ts amp l e sa r ed i s t i ngu i sh i ng,i nd i- duck,be rk,mu c a t i ngt ha tt hePCA mode lc and i s c r imi na t et hed i f f e r en t me a ts amp l e ssuc c e s s f u l l i s y.Th me t hodc ana ch i evet her ap i di den t i f i c a t i ona swe l la sr ap i dana l i so fme a ts amp l e sa th i ys gh t hr oughpu twi t hou tanypr e t r e a tmen t.Th i ss t udypr ov i de same t hodt ha ta ch i eve sr ap i dde- t e c t i ono ff akemu t t onandi den t i f i c a t i ono fme a ts amp l e sf o rf oods e cur i t y. Ke r d s:sur f a c ede so r t i ona tmosphe r i cchemi c a li on i z a t i on ma s sspe c t r ome t r DAPCI- p y( ywo MS);pr i nc i lcomponen tana l i s( PCA);me a t;r ap i dana l i s;f oods e cur i t pa ys ys y 收稿日期: 2013-11-15;修回日期: 2014-02-15 基金项目:国家自然科学基金( 21165002);江西省自然科学基金( 20114BAB203016);江 西 省 科 技 厅 科 技 计 划 项 目 ( 2010EHA01000); 江西省科技支撑计划项目( 20113BCB24024)资助 作者简介:李 倩( 1989~ ),女(汉族),福建龙岩人,硕士研究生,分析化学专业。E-ma i l:w4832695@126. c om 通信作者:杨水平( 1963~ ),男(汉族),江西金溪人,教授,从事分析化学研究。E-ma i l:wx i c om pysp@163. //www. /kcms /do /10. 网络出版时间: 2014-06-23;网络出版地址: h t t cnk i. ne t i 7538/zpxb. i an. 2014. 0022. h tml p: youx 第6期 李 倩等:表面解吸常压化学电离质谱法快速鉴别羊肉真伪 近年来 ,在暴 利 驱 使 下 发 生 了 多 起 “掺 假 羊 肉 ”事件 ,在损害 消 费 者 权 益 的 同 时 也 给 消 费 者 带来了许多安 全 隐 患 503 肉 )、样品 8(羊肉 ):购自当地集贸市场 。 假羊肉的制备 :向有制作经验的相关人员了 ,因 此 引 起 了 媒 体 、人 民 解制 作 方 法 ,按 照 其 提 供 的 方 法 ,先 将 超 市 购 买 群众以及政 府 的 高 度 关 注 。 由 于 制 作 假 羊 肉 过 的新鲜鸭肉 (样品 1)、牛肉 (样品 2)及猪肉 (样品 程中 会 添 加 色 素 、香 精 等 食 品 添 加 剂 ,而 制 作 者 多为没有经过食品加工培训的人员 ,经常会过量 3)切成肉片 ,根 据 羊 肉 香 精 的 使 用 说 明 ,分 别 取 出约一勺羊肉香精放入 A、 B、 C 三组盛有清水的 使用添加剂 ,人们长期食用这种假羊肉会对身体 烧杯中 ,搅 拌 约 5 mi n,然 后 分 别 将 鸭 肉 、牛 肉 、 造成严重的 伤 害 ,甚 至 诱 发 其 他 疾 病 。 目 前 ,由 猪肉片放入 A、 B、 C 三 组 烧 杯 中 泡 制 ,并 在 泡 制 于制作掺假肉 制 品 水 平 的 提 高 ,感 官 检 验 法 [ 2-3] 过程中不 断 搅 拌 。10 mi n 后 ,泡 制 汤 料 开 始 沉 在一 定 程 度 上 存 在 主 观 差 异 性 ,准 确 性 不 高 ;免 淀 ,分别取出各组肉片 ,标记为假羊肉 A、假羊肉 疫学方法 [ 1] 、红外光谱法 [ 4-5] 、 PCR 方法等 分 析 [ 6] [ 7] 方法的鉴别效果较好 ,但样品制备或操作过程较 为复杂 、繁琐 ,较难实现快速检测 ,因此在国内的 B 和假羊肉 C,分开保存 。 1. 3 实验方法 设置 LTQ-MS 为 正 离 子 检 测 模 式 ,扫 描 范 围 m/ z50~800,电离电 压 3. 0kV,离 子 传 输 管 应用较少 。 近几年兴起 的 快 速 质 谱 分 析 方 法 具 有 无 需 温度 180 ℃ ,其 他 参 数 由 LTQ-MS 系 统 自 动 优 样品预处理 、分析时间短 、操作简单等优点 ,其中 化得到 。 实验过程无需任何样品预处理 ,将切好 表面解吸 常 压 化 学 电 离 源 ( DAPCI)可 在 常 温 、 的假羊肉 A、 B、 C 及样 品 1~8 的 薄 片 贴 在 干 净 常压 、无 解 吸 溶 剂 的 作 用 下 ,对 未 经 样 品 预 处 理 的载玻片上 ,进行质谱分 析 ,每 种 肉 样 品 分 为 10 的各种表面痕量物质进行解吸电离 ,对样品无污 组 ,每组平行 测 试 6 次 。 测 试 完 成 后 ,将 每 个 样 染 、无 破 坏 ,是 食 品 样 品 原 位 质 谱 检 测 较 为 理 想 品的实验数据分别导入到 Exc e l中 ,自变量为质 的电离 方 法 之 一 [8-14]。 主 成 分 分 析 法 ( PCA)是 荷比 (质量范围 m/ z50~800),因 变量为质谱指 一种多变量的统计分析方法 ,将其与快速质谱分 纹谱图 (MS)的绝对丰度 。 最后将这些数据导入 析技术结合是通过简化数据 (即用较少的综合指 Ma t l ab 中 ,进行 PCA 计算并作图 。 标代替原来具有一定相关性的较多指标 )来反映 原来多变量 的 大 部 分 信 息 [15],使 得 质 谱 分 析 技 2 结果与讨论 术在区分复杂样品时更能体现其分析时间短 、操 2. 1 DAPCI-MS 总离子流图分析 作简单等优 点 。本实验利用表面解吸常压 按 1. 3 方法分 别 对 样 品 1~8 进 行 DAPCI- 化学电离质谱法 ( DAPCI-MS),在无需样品预处 理条件下快速鉴别羊肉真伪 ,这对开展肉制品检 MS 检测 ,其中 ,羊肉 (样品 4)的总离子流图示于 图 1a,羊肉的选择离子 m/ z60 的离 子 流 图 示 于 验检疫工作具有重要意义 。 图 1b。 从图 1a 可见 ,第一 个 显 著 信 号 峰 为 空 白 [ 16-17] 进样峰 ,之后的显著信号峰 为 羊肉 (样 品 4)进 样 1 实验部分 时出现的峰 ,从 质 谱 仪 开 始 记 录 数 据 0 mi n 起, 1. 1 主要仪器与装置 到进样时间 0. 1 mi n 之 前 ,总 离 子 流 基 线 较 平 LTQ-XL 型线性离子阱质谱仪 :美国 F i nn i- a l i bur 2. 0 数据处 理 系 统 ; gan 公司产品 ,配有 Xc 表面解吸常压化学电离源 :实验室自制 [18-22]。 稳 ,进样后表现为信号显著增大并维持在一定水 1. 2 主要材料与试剂 鸭肉 、牛肉 、猪肉 、羊肉 :购自当地超市 ,依次 在一定的基线水平上 ,说明信号强度与进样有较 标记 为 样 品 1~4;羊 肉 香 精 :购 自 当 地 集 贸 市 进样的 相 关 性 ,与 图 1a 相 比 ,图 1b 没 有 空 白 进 场。 样时 出 现 的 显 著 信 号 峰 ,其 基 线 更 稳 定 ,说 明 选 样品 5(鸭 肉 )、样 品 6(牛 肉 )、样 品 7(猪 平 ,进 样 结 束 时 信 号 回 到 基 线 水 平 ,并 且 每 两 个 显著信号峰之间 的 未 进 样 总 离 子 流 基 线 都 保 持 好的相关性 。 图 1b 反 应 了 选 择 离 子 m/ z60 与 择离子 m/ z60 为羊肉样品中的成分 。 504 质 谱 学 报 第 35 卷 注: a.总离子流图; b.m/z60 的离子流图 图 1 羊肉(样品 4)的 DAPCI-MS总离子流图 F i 1 To t a li onch r oma t o r am o fmu t t on ( s amp l e4)byDAPCI-MS g. g 2. 2 假羊肉 A~C 和样品 1~8 的 DAPCI质 谱 子 [23-24],并且较易 解 吸 ,因 此 具 有 显 著 强 度 的 信 分析 号主要集中在 m/ z50~300 区 域 。 比 较 各 类 肉 对样品 1~4 和假羊肉 A~C 进行分析的指 制品的质谱图可以发现 , 7 种 样品 的 DAPCI-MS 纹谱图示于图 2。 结果显 示 ,由 于 肉 的 成 分 比 较 指纹谱图具有相同的质谱信号峰 ,但各相同信号 复杂 ,其中具有较高粘性的大分子物质不易被解 峰的强度却有着较大的差别 。 吸 ,但 不 同 肉 类 样 品 都 含 有 不 同 含 量 的 小 分 注: a.鸭肉; b.牛肉; c.猪肉; d.羊肉; e.假羊肉 A; f.假羊肉 B; g.假羊肉 C 图 2 鸭、牛、猪、羊肉和假羊肉的 DAPCI-MS指纹谱图 rk, F i 2 DAPCI-MSf i ng e rp r i n ts e c t r o r am o fdu ck, b e e f, mu t t onandf ak e-mu t t on s po g. p g 第6期 李 倩等:表面解吸常压化学电离质谱法快速鉴别羊肉真伪 505 鸭肉 (样 品 1)在 m/ z50~300 范 围 内 的 主 内 ,除了具有 共 同 的 不 同 强 度 信 号 峰 m/ z128、 要峰为 m/ z70,而 m/z70 在其他样品中只检测 到少量 ;牛肉 (样品 2)在 m/ z50~300 范围内的 147、 164 外 ,还 分 别 具 有 组 成 其 成 分 的 鸭 肉 、牛 肉和猪肉的 主 要 信 号 峰 。 购 自 当 地 集 贸 市 场 的 主要峰为 m/ z106,在其他样品中 m/z106 也只 鸭肉 (样品 5)、牛肉 (样品 6)、猪肉 (样 品 7)和 羊 检测出少量 ;猪肉 (样品 3)在 m/ z50~300 范围 肉 (样品 8)的指纹谱图示于图 3。 虽然采集的样 内的主 要 峰 为 m/ z94,另 外 还 有 强 度 相 对 较 低 品在生产日期及贮藏时间等因素上不尽相同 ,会 的区别于其 他 样 品 的 峰 m/ z80 和 m/z122;羊 导致样品成分发生一定的变化 ,因此检测得到的 肉 (样品 4)在 m/ z50~300 范 围 内 的 主 要 峰 为 质谱峰有所差异 ,但是同一种属的样品之间仍然 m/z60,同样 在 其 他 样 品 中 只 检 测 出 很 少 量 的 m/z60;假 羊 肉 A、 B、C 在 m/ z 50~300 范 围 存在 一 些 相 同 的 物 质 ,这 一 结 论 在 PCA 结 果 中 得到了一定的反映 。 图 3 样品 5~8 的 DAPCI-MS指纹谱图 F i 3 DAPCI-MSf i ng e rp r i n ts e c t r o r am o fs amp l e5—8 g. p g 2. 3 羊肉化学成分的二级串联质谱分析 在 DAPCI-MS 检 测 羊 肉 所 得 的 质 谱 图 中 , 在 m/ z50~300 范围内获得了较丰富的质谱峰 。 目前 ,有关羊肉成分的鉴定已有报道 [25-27],如 ,有 一定挥发性 的 乙 酸 ( m/z60,M+ ),丝 氨 酸 ( m/z 106,MH+ ),鸟 氨 酸 ( m/z 150,M+ + H2O)等 。 本研 究 通 过 DAPCI 离 子 源 结 合 主 成 分 分 析 法 实现 快 速 区 分 真 假 羊 肉 ,因 此 ,选 取 了 有 关 羊 肉 成分报道中提及 相 对 较 多 的 m/ z150、 106 等 成 分进行了二级质谱鉴定 。 图 4 丝氨酸 m/ z106 的 MS2 谱图 /MSs F i 4 DAPCI-MS e c t r um o fm/ z106 g. p m/z106 物 质 的 二 级 质 谱 图 显 示 ,母 离 子 m/ z106 经碰撞诱 导 裂 解 ( CID)后 ,产 生 的 主 要 撞 诱 导 裂 解 后 ,产 生 的 主 要 碎 片 离 子 为 m/ z 碎片离子 为 m/ z88、 60,经 标 准 品 对 照 后 ,确 认 132、 122,推 测 其 裂 解 机 理 为 :由 于 母 离 子 m/ z 该离子为丝氨酸 ,示 于 图 4。m/ z150 的 二 级 质 谱图示于 图 5,可 以 看 出 ,母 离 子 m/ z150 经 碰 150 为自由基阳离 子 与 水 的 加 合 物 M+ +H2O, 这种加合物形式在 DAPCI离 子 源 对 挥 发 性 物 质 谱 学 报 506 第 35 卷 质电离 过 程 中 较 为 常 见 。 M+ +H2O 在 CID 裂 的 PC1、PC2 和 PC3 的 百 分 比 分 别 为 34% 、 解后 ,丢失 H2O 生成 M+ ( m/z132);丢失 C=O 生成 m/ z122 的离子 ,因此初步确认 m/z150 可 21. 7% 、 12. 9% 。 其 中 , PC1 表 征 了 数 据 集 合 中 最大的变量 方 向 ,说 明 PC1 对 于 样 品 之 间 的 差 能为鸟氨酸的水合自由基阳离子 。 异具有最好的区分能力 , PC2 也说明了对于样品 之间的差 异 相 对 具 有 较 好 的 区 分 能 力 , PC1 和 PC2 正确地表 示 了 种 类 的 差 异 。 相 同 肉 类 样 品 均集中分布在相同区域内 ,不同肉类样品可被有 效地区分开 。 由于动物受生存环境 、饮食习惯或 人为因素等影响 ,不同动物肉体中所含的成分有 很大差异 ,所以鸭肉 、牛肉 、猪肉及羊肉之间能被 很好地区分开来 ;由 于 假 羊 肉 A、 B、 C 分别有鸭 肉 、牛 肉 和 猪 肉 成 分 的 存 在 ,但 经 过 加 工 后 的 成 分会发生变化 ,所以假羊肉仍然能与鸭肉 、牛肉 、 图 5 鸟氨酸 m/ z150 的 MS2 谱图 /MSs F i 5 DAPCI-MS e c t r um o fm/ z150 g. p 猪肉和羊肉区分开 。 虽然假羊肉 A、 B、 C 由不同 的肉 加 工 而 成 ,但 都 处 在 相 对 集 中 的 区 域 ,可 能 原因是假羊肉的主要加工原料相同 ,信号信息主 2. 4 假羊肉 A~C 和样品 1~8 的主成分分析 要来自于加工使用的添加剂 ,这也是不同的肉加 为了辨别不 同 的 肉 类 样 品 和 论 证 实 验 结 果 工成的假羊肉具有类似的感官特征的一个原因 。 的正确性 ,采用 PCA 对假羊肉 A~C(每 种各 30 样品 5~8 的主要成分分别集中在鸭肉 、牛肉 、猪 个样品 )和样 品 5~8(每 种 各 5 个 样 品 )在 m/ z 肉 、羊 肉 的 区 域 ,这 表 明 相 同 种 属 的 不 同 样 品 确 50~800 范围内 所 获 得 的 DAPCI-MS 指 纹 谱 图 数据进行处 理 ,得 到 PCA 得 分 结 果 ,示 于 图 6。 实 存 在 着 相 同 的 成 分 ,羊 肉 能 够 被 有 效 地 区 分 选择前 3 个主成分用于构建模型 ,表征原始变量 说明该方法对实际样品有相对较好的区分能力 。 开 。 同时 ,样品 5~8 之间也能被有效地区分开 , 图 6 假羊肉 A~C 和样品 1~8 的 DAPCI-MS数据 PCA 的三维得分结果 F i 6 3Dp l o t so fPCAs c o r er e s u l t sf o rf ak e-mu t t on sA—Cands amp l e1—8 g. 第6期 李 倩等:表面解吸常压化学电离质谱法快速鉴别羊肉真伪 507 3 结论 cu l t u r a landFoodChemi s t r 6): 1325- y,2002,50( LTQ 线性离子阱质谱仪的门限时间最短为 0. 001 ms,为 了 提 高 检 测 的 灵 敏 度 和 信 号 稳 定 1329. 性 ,本实验设定门限 时 间 为 100 ms, CID 碰 撞 解 离时间为 30~50ms,单个样品的分析时 间 不 超 过 30s。 [ 7] FAJARDO V,GONZLEZI,ROJAS M,e ta l. Ar e v i ew o fcu r r en tPCR-ba s ed me t hodo l og i e sf o r t heau t hen t i c a t i ono fme a t sf r om gamean ima lspe- c i e s[ J].Tr endsi n Food Sc i enc e & Te chno l ogy, 2010,21( 8): 408-421. 结果表明 ,采用 DAPCI-MS 和 PCA 相结合 [ 8] CHEN H W ,HU B,ZHANG X.Pr i nc i l eand p 的方法 ,可实现对不同肉类样品的快速区分 。 该 app l i c a t i ono famb i en tma s sspe c t r ome t r o rd i r e c t yf 方法发挥 了 DAPCI-MS 无 需 样 品 预 处 理 、测 定 ana l s i so fc omp l exs amp l e s[ J].Ch i ne s eJ ou r na l y 速度快等特点 ,若能与小型质谱仪结合使用实现 l t i c a l Chemi s t r 8):1069- o f Ana y y,2010,38 ( 现场快速筛查 ,可有望成为一种高通量 、实时 、在 1088. 线检 测 复 杂 样 品 的 分 析 工 具 ,在 食 品 、药 品 和 环 境等领域发挥重要作用 。 [ 9] ZHANG X L,J IA B,HUANG K K,e ta l.Tr a c- rma c eu t i c a lp r epa r a t i ons i ngo r i i nso fc omp l expha g us i ng su r e s su r e r f a c e de s o r t i on a tmo sphe r i c p p chemi c a li on i z a t i on ma s sspe c t r ome t r J].Ana l t- y[ y 参考文献 : [ 1] LV X W,WANGJ,WU L,e ta l.Ti s suedepo s i- t i onandr e s i duedep l e t i oni nl ambsexpo s edt ome l- ami ne and cyanu r i ca c i d-c on t ami na t ed d i e t s[ J]. f Ag r i cu l t u r a l and Food Chemi s t r J ou r na lo y, 2009,58( 2): 943-948. 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