傅里葉紅外光譜技術在熟制蝦肉真偽鑒別及摻偽行為分析中的應用

穆士樂

(山東商業職業技術學院，濟南 250103)

市售蝦肉熟制后會失去相應蝦種的原始外觀，熟蝦蝦種的鑒定方法也沒有統一的國家標準，所以目前缺乏蝦肉優劣和摻假的精確方法。有些不良商家為了提高經濟效益，將劣質蝦種以次充好，熟制蝦肉的摻假現象屢見不鮮。目前對于蝦肉的鑒定主要是基于蝦種的鑒別，鑒別蝦肉中是否混入其他劣質品種蝦肉。結構蛋白能反映蝦品種的遺傳特性差異，所以蝦種鑒定一般使用蛋白質電泳[1]、魚蛋白免疫分析法、DNA指紋分析技術[2]。

然而，這些方法大多耗時，對產品有破壞性或需要訓練有素的人員，因此與光譜法相比，不適用于大批量樣品的無損和快速檢測[3]。本文嘗試建立“三步紅外光譜”的方法，對3個品種的熟制蝦肉羅氏沼蝦、南美對蝦和日本對蝦進行綜合分析，通過比較其一、二級紅外譜圖和特定譜段的相似系數以及各蝦種的二維紅外光譜譜圖的差異對其品種進行鑒定，為熟制蝦肉的真偽鑒別和摻假行為的分析鑒定提供了理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

市售羅氏沼蝦、南美對蝦和日本對蝦：購于青島團島海鮮市場，采用同樣的熟制方法熟制，備測。

1.2 儀器

FTIR-850傅里葉變換紅外光譜儀、ATR附件、電阻式熱探測器、BTP-3XLOVX型冷凍干燥機。

1.3 方法

紅外光譜：樣品冷凍干燥24 h，粉碎，過200目篩，取粉末2 mg、適量溴化鉀粉末于研磨皿中研磨均勻，壓片。置于光程為1 mm的石英比色皿中，采用透射法掃描獲得紅外譜圖，每個樣品至少掃描3次。利用Thermo FT-IR光譜儀的OMNIC光譜軟件(9.2.106版)對原始的FT-IR數據進行處理，對原始紅外光譜進行13點平滑處理，得到二階導數紅外光譜[4]。利用比對軟件(compare)計算3種蝦肉的紅外光譜間的相關系數[5]。

二維紅外光譜：將樣品放置在ATR附件中，并與溫度控制器連接。溫度范圍為50～90 ℃，間隔為5 ℃，得到不同溫度下的動態原始光譜[6]。利用Thermo設計的二維紅外相關分析軟件(Nicolet iN10 SpectraCorr)對與溫度相關的動態光譜進行了分析，得到二維紅外光譜[7]。

2 實驗結果

2.1 紅外光譜圖

圖1 3種蝦肉的紅外譜圖

由圖1可知，3種蝦的譜圖大體上是相似的，其中羅氏沼蝦和日本對蝦與南美對蝦的相似系數分別為0.9829和0.7411。3種蝦的光譜峰集中在3200～2870 cm-1和1650～830 cm-1，且在1650～830 cm-1范圍內雜峰比較多。3種蝦的酰胺I吸收帶(1655 cm-1)和酰胺II吸收帶(1544 cm-1)的峰值普遍較強。與其他2種蝦肉相比，日本對蝦在1745 cm-1處有1個中等強度的脂質特征峰[8]，表明日本對蝦中的脂質含量高于其他2種蝦肉中的脂質含量。根據這個特征峰可以很簡單地將日本對蝦與另外2種蝦區分開。對于一些難以鑒別區分的波段，我們可以將一階圖譜經過數據處理軟件求導，得到它的二階導數圖譜[9]。

2.2 3種蝦肉的二階導數紅外光譜圖

圖2 3種蝦肉的二階導數紅外光譜

通常，二階導數紅外光譜可以通過放大一階紅外光譜的微小差異來提高光譜分辨率，并且一階紅外光譜一些重疊的吸收峰和肩峰可以通過二階導數紅外光譜分析分開[10]。3種熟制蝦肉的二階導數紅外光譜顯示了與峰位置有關的差異，由于一階紅外光譜求導后吸光度的正負號會發生改變，所以二階導數的峰的方向正好與一階導數譜圖相反[11]。由圖2可知，在1800～1400 cm-1范圍內，3種蝦肉脂質含量的差異變得更明顯。

圖3 3種蝦的酰胺吸收帶

由圖3可知，在1710～1600 cm-1的酰胺吸收帶，不同的峰位、形狀和強度，這3種蛋白質有不同的分布。與其他2種蝦肉相比，SAS在1679，1656，1631 cm-1處有較強的吸收峰，而MR和PJ中的吸收峰在1682 cm-1處更強。此外，SAS在1461，1433，1422 cm-1處有較強的吸收峰，而MR和PJ則沒有。因此，可以利用二階導數紅外光譜將這3種蝦肉進一步區分。

2.3 二維紅外光譜圖

為了更有說服力地識別3種蝦肉之間的差異，在1800～1500 cm-1范圍內采用了二維紅外光譜進一步放大3種蝦肉之間的差異。二維紅外光譜可以提高光譜的分辨率，并通過顯示微小干擾對樣品中各分子的影響來提供更多樣品的信息[12]，然后再通過一種相關的數學分析技術對數據進行處理。二維紅外關聯譜說明每個紅外波段或官能團的靈敏度以及各官能團之間的相關性。當被研究的系統受到特定的擾動時，可以檢測到收到回應的順序。二維相關譜中的峰(自峰和交叉峰)代表了光譜強度在對應特定變量變化時譜圖同步的一致性，可用于驗證樣本之間的差異。在二維紅外光譜中，正相關性(紅綠區)表示一組吸收帶同時變化(變強或變弱)，負相關性(藍區)則相反[13]。

3種蝦肉之間的差異可以通過同步的二維紅外光譜進一步描述。3種蝦肉在1800～1500 cm-1范圍內的同步二維紅外光譜見圖4。

圖4 3種蝦的二維紅外光譜

溫度從50 ℃上升到90 ℃時，SAS在1620 cm-1處有1個較強的峰，在1520，1552，1706 cm-1處有3個較弱的峰。MR在1621，1648，1708 cm-1處有3個強峰，在1523，1553 cm-1處有2個弱峰，PJ在1623 cm-1處有1個強自峰，在1525，1709，1738 cm-1處有3個弱峰。綜上所述，3種蝦肉中蛋白質和脂類的熱敏性不同，導致二維紅外光譜之間存在明顯差異。因此，這3種蝦肉在1800～1500 cm-1范圍內具有各自獨特的指紋圖譜，可作為蝦肉鑒別的專屬范圍。

3 結論

3種不同種類的熟制蝦肉SAS、MR和PJ通過傅里葉紅外光譜、二階導數紅外光譜和二維紅外光譜結合的“三步紅外光譜法”快速、有效地鑒別。在傅里葉紅外光譜中，3種蝦肉之間的相關系數分別為1.0000，0.9829和0.7411。其中，脂類的吸收峰是SAS、MR和PJ的主要差異，PJ相對于SAS和MR具有較高的脂類含量。利用二階導數紅外光譜技術，放大了圖譜之間微小的差異。1710～1500 cm-1范圍內的二階紅外光譜表明，該頻率范圍內的不同峰位置、形狀和強度有區別，表示三者具有不同的蛋白質分布，包括不同的二級結構。最后，通過在1800～1500 cm-1范圍內的二維紅外光譜，對這3種蝦肉進行了更為清晰的鑒別。

4 討論

傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)是一種快速、無損、易于處理的分子光譜分析方法，具有信噪比高、重復性好等特點，廣泛用于鑒定食品、中草藥等混合體系[14]。二階導數紅外光譜可以用來處理嚴重重疊的光譜，提高表觀分辨率。如果FT-IR和SD-IR光譜的差別太小，可以用二維相關紅外光譜(2 DCOS-IR)對紅外光譜進行二維展開，更顯著地消除2個結果之間的分歧。基于傅里葉紅外光譜分析方法，對得到的結果進行“三步紅外光譜”分析，可以對復雜的混合體系進行廣泛而準確的分析和識別。

在3種熟制蝦肉的一、二級紅外光譜圖中，利用特征譜段相似系數法比較3種蝦肉分別在一、二級圖譜不同特征譜段的相似系數[15]，然后利用分析軟件進行特征峰比對分析，比較了PJ、SAS和MR的紅外光譜圖中峰的位置、形狀和強度的異同。最后利用二維紅外光譜法對不確定的結果進行進一步鑒別認定。實驗結果表明，利用特征譜段相似系數法和二級紅外光譜法可以快速地判斷出3個不同蝦肉的品種，采用二維紅外光譜法進一步證實結果，方法簡便、準確。

利用傅里葉紅外光譜法鑒別不同蝦種，可以獲得每個蝦種的整體特征峰譜圖，還可以得到不同蝦種之間的相關系數，因此可以直觀顯示純蝦肉與摻雜了其他品種的蝦肉之間的差異。利用這種方法，不僅可以簡單、快速鑒別純熟制蝦肉與摻入其他劣質品種蝦肉，而且具有無損、準確的特點。本實驗為熟制蝦肉真偽鑒別、摻偽行為的鑒定提供了一種現代化的方法和理論基礎。