不同地區(qū)大西洋鮭魚無機元素含量的對比分析

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安徽省重點實驗室,安徽合肥 230022;3.上海檢驗檢疫科學技術(shù)研究院,上海 200135)

大西洋鮭魚屬鮭科鮭屬,俗名三文魚(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。成魚在溫寒帶海域活動,以小型魚類、蝦類及其他動物為食,幼魚則棲息在干凈、高溶氧且有碎石的溪流,成長2～4年后,再行降海。大西洋鮭魚富含脂質(zhì)、味道鮮美,營養(yǎng)價值高,是大西洋重要的經(jīng)濟魚類及游釣魚類[1-4]。因為地理因素限制,大西洋鮭魚在我國海域內(nèi)沒有自然分布,并且人工育苗技術(shù)有較大的難度,目前我國還沒有大西洋鮭魚的大規(guī)模養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。近年來,隨著我國居民生活水平的提高,消費結(jié)構(gòu)和消費層次出現(xiàn)了多元化,針對大西洋鮭魚的消費也在持續(xù)上升,其中挪威、智利等國大西洋鮭魚產(chǎn)量較高[5-8],已成為我國進口大西洋鮭魚的主要來源地。

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

無機元素的種類和含量受特定的水生環(huán)境的影響,來源于不同產(chǎn)地的大西洋鮭魚在無機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中Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al 10種無機元素含量的快速測定方法,并以相應元素含量作為區(qū)分大西洋鮭魚產(chǎn)地溯源指標,對不同產(chǎn)地樣本數(shù)據(jù)進行采集分析,開展了大西洋鮭魚產(chǎn)地溯源初步探索,以期為后期有效開發(fā)不同產(chǎn)地大西洋鮭魚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單元素標準儲備溶液濃度均為1000 mg/L 國家有色金屬及電子材料分析測試中心;45Sc、72Ge、209Bi、115In內(nèi)標溶液1000 mg/L 國家有色金屬及電子材料分析測試中心;硝酸 UP級,蘇州晶瑞化學股份有限公司;硫酸、過氧化氫 優(yōu)級純,國藥集團化學試劑有限公司;氬氣 純度>99.99%;大蝦標準參考物質(zhì)(GBW10050) 由國家標準物質(zhì)研究中心提供;大西洋鮭魚樣本 來自上海檢驗檢疫科學技術(shù)研究院日常進口監(jiān)測樣品,其中進口自挪威樣品10批,編號1～10號,進口自澳大利亞樣品10批,編號11～20號,進口自智利樣品10批,編號21～30號。

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

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 準確稱取0.500 g(精確到0.001 g)已均勻處理的大西洋鮭魚樣品置于微波消解罐中,加入消解試劑,靜置30 min預消化后,設(shè)置最佳消解程序,蓋緊蓋子放置進微波消解儀進行消解,消解完全后,趕酸板趕酸后冷卻至室溫,將消化液過濾入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,混勻后上機檢測。

1.2.2 儀器條件 使用儀器日常調(diào)諧液對儀器條件進行最優(yōu)化,獲得最佳工作條件。標準模式: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,積分時間:50 ms;測量方式為模擬加脈沖,重復次數(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,積分時間:50 ms;測量方式為模擬加脈沖,重復次數(shù)3次。

1.2.3 標準工作曲線的繪制 精密移取適量Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al單元素標準溶液,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的混合標準儲備液。精密量取標準儲備液,用0.5%硝酸溶液逐級稀釋成濃度為1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L的標準系列工作溶液。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件對3個產(chǎn)地大西洋鮭魚樣本元素進行單因素方差分析、最小顯著差異法多重比較、聚類分析及判別分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器檢測條件的優(yōu)化

為避免基體干擾,可通過添加與待測元素質(zhì)量相近的內(nèi)標元素用于監(jiān)控和校正實時信號,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)量和電離能與相應的待測元素接近,實驗選擇了72Ge、115In、45Sc、209Bi四種元素作為內(nèi)標元素,使檢測結(jié)果的準確性得到了保證,同時大大降低了基體效應。另一方面,針對大部分氯化物、氧化物、氫化物等多原子離子干擾,實驗選用He碰撞模式,利用動能歧視(KED)模式的物理方法進行去除,對于易受干擾的鈣、鉻、鐵元素,實驗選用含較少多原子離子干擾的同位素43Ca、53Cr和57Fe進行測試。根據(jù)樣品中所含元素種類及含量,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)果和檢測的準確性,避免稀釋樣品溶液帶來的誤差,同時為減少高含量元素檢測時對儀器打拿極的傷害,選取RPa值的范圍(0.008～0.015)對鈣標準溶液最大濃度點進行優(yōu)化,得到最佳RPa值保證元素響應在合理范圍內(nèi)。

在優(yōu)化的實驗條件下對大蝦標準參考物質(zhì)(GBW10050)進行測試,結(jié)果見表1,通過t檢驗,實測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效果。

表1 ICP-MS測定大蝦標準物質(zhì)的準確度實驗結(jié)果(n=5)

2.2 方法檢出限和精密度

根據(jù)國際理論和化學聯(lián)合會(IUPAC)的規(guī)定,用公式L=3Sb/S(Sb為空白多次測量的標準偏差,S為方法的靈敏度(即標準曲線的斜率)計算儀器檢出限[27-28]。本試驗對空白消解液連續(xù)測定11次[29],求出其標準偏差(S),具體測定結(jié)果及線性相關(guān)系數(shù)見表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添加回收樣品進行處理之后,使用ICP-MS進行測定,每個元素重復5次測定,各元素的加標回收率在93.5%～98.2%之間,同時,檢測的相對標準偏差(RSD)為0.73%～3.15%。

表2 10種元素線性相關(guān)系數(shù)、檢出限、回收率及相對標準偏差(n=5)

2.3 產(chǎn)地溯源分析

2.3.1 元素的含量及差異分析 通過對來自挪威、澳大利亞、智利3個產(chǎn)地進口的大西洋鮭魚各取10批次進行測試,Ca、Fe、Zn、Cu、Mn、Pb、As、Cr、Cd、Al元素的含量見表3。采用單因素方差分析,3個產(chǎn)地大西洋鮭魚樣本間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個產(chǎn)地樣本間無顯著差異(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含量無顯著差異(P>0.05)。

表3 不同區(qū)域大西洋鮭魚中礦物元素含量(mg/kg)

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

2.3.2 聚類分析 對30批不同來源的進口大西洋鮭魚進行聚類分析,其中1～10號為挪威進口樣品,11～20號為澳大利亞進口樣品,21～30號為智利進口樣品。應用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件,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型聚類進行對比,確定平方歐氏距離效果最好。以平方歐氏距離為度量準則,對30批樣品所得數(shù)據(jù)進行聚類分析,結(jié)果見圖1。由圖1可知,30批大西洋鮭魚可被分為三大類,1～10為第Ⅰ類,11～20為第Ⅱ類,21～30為第Ⅲ類,3個產(chǎn)地的進口大西洋鮭魚樣品實現(xiàn)了區(qū)分。

圖1 不同區(qū)域大西洋鮭魚聚類分析圖

2.3.3 判別分析 為進一步了解各元素含量指標對大西洋鮭魚產(chǎn)地的判別結(jié)果,對9種元素進行逐步判別分析,剔除不必要的干擾變量,共篩選出5個對區(qū)分大西洋鮭魚產(chǎn)地方差貢獻較大的元素,即Ca、Fe、As、Cr、Al。以這5個元素含量為自變量建立大西洋鮭魚3個產(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

利用判別模型對樣品進行歸類,將所有測量樣本的5個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應的產(chǎn)地名作為判別結(jié)果。三地樣本的判別準確率均為100%。采用交互驗證法對建立的判別函數(shù)進行回判,三地樣本的判別準確率分別為90%、100%、100%(表4)。

表4 不同區(qū)域大西洋鮭魚元素含量的逐步判別分析

對三地大西洋鮭魚元素含量進行典型判別分析,如圖2,不同地區(qū)的大西洋鮭魚樣品位于不同的空間,說明元素指紋分析技術(shù)對大西洋鮭魚產(chǎn)地的判別效果較好,可用于大西洋鮭魚產(chǎn)地溯源。

圖2 不同區(qū)域大西洋鮭魚元素判別分析得分散點圖

3 結(jié)論

實驗建立了微波消解-ICP-MS測定大西洋鮭魚中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)標元素消除基體干擾,選用He碰撞模式的動能歧視(KED)技術(shù)消除多原子干擾,各元素檢出限在0.005～0.058 mg/kg,加標回收率在93.5%～98.2%,相對標準偏差(RSD)在0.73%～3.15%。方法的回收率高,準確度和重現(xiàn)性較好,可以滿足日常檢測需求。

通過對來自挪威、澳大利亞、智利3個產(chǎn)地進口的大西洋鮭魚中10種無機元素含量進行測試,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含量無顯著差異(P>0.05)。實驗通過聚類分析和判別分析,開展了大西洋鮭魚產(chǎn)地溯源初步探索,成功對30批不同來源的樣本進行了區(qū)分,并建立大西洋鮭魚3個產(chǎn)地的Fisher判別模型。但由于樣品數(shù)量和產(chǎn)地來源較少,致使實驗結(jié)果仍存在局限性,今后需要擴大采樣量和采樣地區(qū)進行深入研究,進而篩選并建立更有效的溯源指標體系和判別模型,以更好地應用于大西洋鮭魚產(chǎn)地溯源研究。