多元素分析和同位素分析在功能食品溯源方面的应用

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1、多元素分析和同位素分析在功能食品溯源方面的应用 朱琳10011311414 同位素分析 食品溯源的定义及意义 多元素分析 应用举例 1 2 3 4 食品溯源的定义 食品溯源是指在食物链的各个环节 包括生产 加工 分送以及销售等 中 食品及其相关信息能够被追踪和回溯 使食品的整个生产经营活动处于有效地监控之中 产品溯源 过程溯源 基因溯源 投入溯源 疾病和害虫溯源 测定溯源 食品溯源 食品溯源的基本要素 食品溯源构架 食品溯源系统的技术构成 RFID EPC 技术构成 实现食品安全预警机制 物流跟踪定位技术 无线传感器网络 ElectronicProductCode RFID信息技术采集 WSN

2、物联网技术 EPC全球产品电子代码体系 物流跟踪定位技术 WSN GIS GPS 多元素分析 multi elementanalysis 一次溶解 处理 样品 以多种分析方法测定多种元素 一般来说 电感耦合等离子原子发射光谱法 ICP AFS 测定过渡元素 碱金属和碱土金属元素的能力强 而仪器中子活化分析 INAA 测稀土元素和高场强元素 如Hf Ta 特别有效 x射线荧光光谱法 xRF 以精度高和能测定包括Rb Sr Y zr Nb Pb和Th在内的一组痕量元素而著称 原子荧光光谱法 AFS 和原子吸收光谱法 从s 对于AU As Bi H9 Sb和Se非常灵敏 极谱法测定w和M0具有无与伦

3、比的优点 而激光诱导荧光法 LIF 特别适宜于测定u ICP MS2000电感耦合等离子体质谱仪 矿物元素含量分析也被认为是食品产地溯源很有前景的一项分析技术 土壤 水 饲料 废弃物以及空气中的痕量元素组成和含量图谱都有其各自的特征 通过水 饮食 空气等介质 环境中的痕量元素在动物体中不断累积 造成不同地域来源的动物体内元素含量有较大差异 因此 痕量元素组成能够提供地域来源独特的标识 成为较好的溯源指标 前人研究进展 Baxter等对来自西班牙和英国112个葡萄酒样品中的多种元素进行分析 发现它们在区分地域来源方面很有效 Arvanitoyannis等利用AAS HPLC GC MS ES M

4、S TLC NMR等仪器对不同地域来源的蜂蜜进行分析 指出微量元素与痕量元素分析是判断不同地域来源蜂蜜非常有效的方法 Branch等研究发现利用 13C 15N Cd Pb Se和Sr含量能很好地区分出来自美国 加拿大和欧洲的小麦样品 多元素分析技术对食品产地来源判别的研究目前仅处于可行性分析阶段 不同来源地 不同种类食品的有效溯源指标还未完全确定 各种食品中各个元素含量的变化规律还不清楚 实例 基于矿质元素的苦荞产地判别研究 苦荞麦 别名菠麦 乌麦 花荞等 本草纲目 记载 苦荞麦性味苦 平 寒 有益气力 续精神 利耳目 降气宽肠健胃的作用 传统医学和现代医学都证实苦荞麦具有降血糖 降血脂 降

5、尿糖 防便秘等功效 被权威专家称为 三降食品 和 21世纪人类的健康食品 目前对于苦荞产地溯源和判别分析的相关研究还未见报道分析不同产地苦荞矿质元素含量的特点 筛选苦荞产地判别的有效元素 探讨矿质元素和现代统计分析技术对中国苦荞产地溯源的可行性 为苦荞产地溯源和判别提供新途径 数据来源和方法 数据来源 数据挖掘 统计方法 苦荞主产区5个省中数据完整的苦荞品种共39个 其中包含山西苦荞9个 甘肃苦荞10个 青海苦荞4个 四川苦荞6个 云南苦荞10个 从大量的 不完全的 随机的 有噪声的 模糊的实际应用数据中发现隐含的 规律性的 人们事先未知的 但又是潜在有用的并最终可理解的信息和知识的非平凡的过

6、程 1 描述统计和正态检验2 Kruskal Wallis检验分析3 逐步判别进行变量筛选4 非参数的K最邻近法 结果 均数的差异性检验 五省苦荞矿质元素特点 变量的逐步筛选 判别结果 均数的差异性检验 Kruskal Wallis检验实质是两独立样本的曼 惠特尼U检验在多个样本下的推广 也用于检验多个总体的分布是否存在显著差异 其原假设是 多个独立样本来自的多个总体的分布无显著差异 变量的逐步筛选 经过5步筛选 有5个变量对判别结果影响极显著 影响大小依次为 Se Mn Zn Ca P Fe和Cu影响不显著 P 0 05 结果显示 各省间的广义平方距离与现实地理距离具有一致性 结论 不同省份

7、苦荞品种的矿质元素Se Mn Zn Ca P Cu和Fe含量存在不同程度的差异 矿质元素Se Mn Zn Ca和P可作为苦荞产地判别的重要指标 根据不同地域苦荞矿质元素特征 应用现代统计学技术的判别分析 可作为一种简便 准确 有效的苦荞产地溯源和判别的方法 由于植物中矿质元素与其种植环境 如土壤 水 大气 有密切联系 环境中矿质元素的含量与其在植物中累积的程度呈一定的相关性 因此 通过对植物体中微量元素的分析可以对其产地进行归属 同位素分析 基本原理 同位素是指质子数相同 中子数不同 在元素周期表中占据同一位置的一组核素互称为同位素 它们之间存在相似性和相异性 任何物质的化学性质是由构成物质原

8、子的壳层电子结构决定的 因为同位素之间具有完全相同的壳层电子结构 所以它们的宏观化学和生物学性质相同 这就是同位素的相似性 同位素的相异性表现在原子核的结构不同 主要是核内中子不同 从而使同位素具有不同的质量数和不同的核物理特性 如放射衰变特性等 利用同位素之间物理性质之相异性 可以有效地进行同位素分离与分析 鉴别食品成分掺假 果汁加水 加糖分析 葡萄酒中加入劣质酒 甜菜糖 蔗糖等的分析以及蜂蜜加糖分析等方面 鉴别食品污染物来源 追溯产品原产地与动物饲料来源 利用不同来源的物质中同位素丰度存在差异的原理 可检测环境与食品中污染物的来源 判断植物源产品的产地来源判断动物源产品的产地来源及其饲料来

9、源 同位素溯源技术在食品溯源领域的应用 产地溯源中常用同位素的变化机理 于环境样品来监测和解析铅的来源变化 1 示踪水循环最理想的同位素 2 植物中的 13C值是生物因子与环境因子共同作用的结果 3 常以相对于大气氮 N2 的千分偏差来表示含氮物质的N同位素组成 同位素指纹分析在食品产地溯源中的研究现状 1 同位素指纹分析对食品产地溯源的方法是普遍适用的 食品原料如葡萄酒 饮料 乳品 肉品 水果 蔬菜 谷物等均可以用这种新方法进行分析 在葡萄酒中的研究现状 2H NMR测定氢同位素比率 锶 硼 在饮料中的研究现状 目前还处于探索有效溯源指标阶段在乳品中的研究现状 碳 氮 氧 硫在肉品中的研究现

10、状 13C 15N 34S 18O和 D在谷物中的研究现状 13C 18O 硼 钬 钆 锰 铷 硒和钨 针对不同种类的食品 研究筛选出区分其不同产地来源的同位素指标体系 并建立检验检测规范体系 在此基础上 建立不同地域来源食品的同位素组成特征数据库 研究各种因素如温度 湿度 降水量 气压 海拔 纬度及加工工艺等对食品中同位素组成的影响 探索食品中同位素组成的变化机理 进而建立预测模型 将同位素溯源技术与其他的溯源技术 管理方法相结合 研究建立完善的食品安全追溯制度体系 同位素溯源技术在食品安全溯源领域的研究 实例 利用铅同位素比值判断丹参不同产地来源 铅有4种天然的同位素 即 204Pb 20

11、6Pb 207Pb和208Pb 其中204Pb的半衰期为1 4 1017年 半衰期很长 一般都把它当成稳定的参考同位素处理 而206Pb 207Pb和208Pb则是U和Th的衰变产物 其丰度在不断变化 由于铅的同位素比值变化可以用质谱精确地测量出来 因此这种变化通常被用于环境污染的标识物 由于各地区在地质结构 地质年龄和矿物质含量上存在差异以及各地区降水分布的不同 造成了不同地区铅的同位素组成不同 因此 铅同位素组成具有地区特征 仪器和试剂 HP4500型电感耦合等离子体质谱仪 ICP MS 美国安捷伦公司 采用ICP MS附带的综合样品引入系统 IntegratedSampleIntrodu

12、ctionSystem ISIS 作为流动注射装置 微柱 内径为3mm 长50mm的聚四氟乙烯 Teflon 管 内填充C18键合硅胶 两端装填有玻璃棉 再用Teflon管 0 5mm 与流动注射系统相连 铅同位素标准物质 SRM981 和铅同位素浓缩剂 SRM982 均经优级纯HNO3溶解后配制成 1000mg LTl标准储备液GSBG62070 90 8101 0 1 的5 磺基 8 羟基喹啉 8 HQS 纯度98 样品前处理 50 烘箱烘至恒重 加浓硫酸预消解12h 聚四氟乙烯消化罐 微波消解3min 加过氧化氢 微波消解2min 用氨水调其pH为7左右 离心取上清液待测 ICP MS工

13、作条件以10 g L的Li Y Ce和Tl的混合标准溶液对仪器条件进行最优化选择 同位素比值的测量方法虽然铅的4个同位素中208Pb 207Pb和206Pb不受同量异位素离子和分子离子峰的干扰 但丹参作为一种天然植物 其铅的含量低且存在介质复杂 特别是基体中大量存在的可溶性盐类 如果直接用ICP MS测定经消解后的铅同位素比值 将产生严重的基体抑制现象 使测量准确度和精密度受到干扰 因此需要在测定前除去溶液中的基体物质 用微柱FI ICP MS联用方法能在线除去介质的干扰而准确测定铅的同位素比值 通过记录铅的不同同位素随时间变化的信号强度 峰面积 即可得到铅同位素比 208Pb 206Pb和2

14、07Pb 206Pb 即 R A 208Pb A 206Pb 及A 207Pb A 206Pb 为校正仪器信号漂移和质量歧视带来的影响 用205Tl 203Tl作为校正因子 因此 在每份样品中都加入相同量的标准铊溶液 测量精密度 实验用10 g LSRM982Pb为标准实验不同的连续测量次数下精密度变化 铅同位素比值分析结果 2 1193 0 8854 2 0921 0 843 P 0 05 无显著差异 无显著差异 有显著差异 由于人为的Pb污染和仪器分辨率的影响 对铅同位素差别很小的样品仅靠同位素比分布鉴别仍有困难 如图2中的峨眉山丹参和新疆丹参 其207Pb 206Pb的差别极小 分别为0 8367和0 8370 此时只用铅同位素比无法判断出丹参产地 而需要综合参考其它如红外 核磁共振等检测信息才能做出正确的判断 谢谢