CN103344696A - 一种利用faims检测猪肉新鲜度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其步骤包括：（1）取猪肉样品制成猪肉样液；（2）FAIMS检测：取猪肉样液加入进样器中，控制进样器温度为20℃～90℃，以使所述猪肉样液挥发并形成三甲胺的平衡气体，然后将流量为500mL/min～3500mL/min的载气通入所述三甲胺的平衡气体形成混合气体，将所述混合气体输入到FAIMS检测器中进行检测，控制所述FAIMS检测器中压力为0.5bar～2.5bar。本发明所述利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，通过检测猪肉样品在新鲜度变化过程中其三甲胺特征峰的离子电流值，进而得到用于评价猪肉新鲜度的标准，准确度高，操作简便，检测成本低。

Description

一种利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法

技术领域

本发明涉及一种利用高场非对称波形离子迁移谱（FAIMS）检测猪肉新鲜度的方法，属于食品检测技术领域。

背景技术

猪肉消费一直是肉类食品消费的一个重要组成部分。从肉类食品消费结构来看，到2010年，国内肉类产量中猪肉占总量的64%，其次是禽肉占20%，牛肉和羊肉产量分别占10%和6%，这一消费结构短期内将不会发生改变。近年来，人们生活观念的转变，健康意识不断增强，对肉类食品的质量和卫生条件要求越来越严格，控制肉品质量在我们的日常生活中就变得越来越重要，肉的新鲜度在很大程度上反应了肉的质量，微生物降解、脂质氧化等作用会使肉类变得不新鲜，甚至发生变质。食用不新鲜或变质的肉不仅不能满足人们口感和营养的需求，还会危害人们健康，引起疾病。因此，关于肉的新鲜度的评价就显得至关重要，肉类新鲜度的检验越来越受到人们的重视，检验方法和手段也不断提高。

检测猪肉新鲜度的方法，一般分为感官检验、理化检验和微生物检验。其中，经典检测肉类新鲜度的方法是挥发性盐基氮（TVB-N）的测定。TVB-N是动物性食品在腐败过程中由于酶和细菌作用，蛋白质分解而产生的氨及胺类等碱性含氮物质，其含量与肉类腐败程度呈正比，是测量新鲜度的重要指标。这主要是TVB-N能客观地反映猪肉新鲜度，不同新鲜度间差异显著，同一鲜度不同季节的检验结果无显著差异，量化的结果易判断，准确度较高。所以，TVB-N是国标规定的经典检测指标，与感官检验一起作为判定猪肉新鲜度的主要指标。国家标准GB2722-51规定了不同新鲜程度肉类的TVB-N值，包括:鲜肉<15mg/100g，次鲜肉15～25mg/100g，腐败肉>25mg/100g，目前对TVB-N的检测主要按照GB/T5009.44-2003《肉与肉制品卫生标准分析方法》中的半微量定氮法进行测定但此法的缺点是必须在实验室进行、操作复杂、耗时长、滴定终点判定存在主观性，不适合市场上肉品快速、大批量检测的要求，且国标中TVB-N值范围与感官指标之间存在一定的差异。

为了解决上述问题，本领域技术人员还研究出一种高科技测定TVB-N值的方法，即使用三层BP网络技术，此系统采用三层BP网络，首先进行数据的采集，输入节点数为对应的特征参数个数，如pH、硫化氢浓度、氢气浓度、单位面积下完整细胞个数等；其次，进行网络训练，以大量试验数据建立数据库，训练BP人工神经网络，将特征参数转化为TVB-N值在输出节点输出，即得出判定结果。此方法具有高效、快速的特点，但技术含量要求较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中用于检测猪肉新鲜度的智能检测装置，其结构组成复杂、操作要求高且检测成本高，进而提供一种利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种FAIMS在检测猪肉新鲜度领域的应用。

本发明还提供一种利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其包括如下步骤：

（1）取猪肉样品制成猪肉样液，使所述猪肉样品中含有的三甲胺溶于猪肉样液中；

（2）FAIMS检测：取所述猪肉样液加入进样器中，控制进样器温度为20℃～90℃，以使溶解于所述猪肉样液中的三甲胺逸出，并在所述进样器中形成三甲胺平衡气体，然后通入流量为500mL/min～3500mL/min的载气与所述三甲胺混合并输入到所述FAIMS检测器中进行检测，控制所述FAIMS检测器中的压力为0.5bar～2.5bar，同时控制所述FAIMS检测器的各项检测参数为：

电离源：⁶³Ni放射源；

FAIMS检测器的芯片迁移沟道：宽度35μm，深度300μm；

FAIMS检测器的芯片迁移区：长度3.25mm，宽度2.5mm；

射频电场强度为0～60000V/cm；

频率为25MHz；

高场电压的占空比为0.25；

直流补偿电压扫描范围为-6～+6V。

所述步骤（2）中，所述进样器的温度为90℃，所述载气的流量为2200mL/min，所述FAIMS检测器中压力为1.06bar。

所述步骤（1）中，所述猪肉样液采用如下方法制备：称取猪肉样品，加入8-12重量倍量的去离子水，经超声、过滤后得到所述猪肉样液。

所述猪肉样液中还添加有碱液。

所述猪肉样液的进样量为100μL。

所述进样器为顶空进样器。

所述步骤（2）中还包括对所述进样器进行背景检测的步骤。

所述载气为经活性炭、分子筛和砂心片过滤干燥的纯净空气。

将所述载气进行湿度处理后再输入所述进样器。

所述FAIMS是依据不同物质离子在高电场下离子迁移率的非线性变化不同的特性，在物质离子前进方向的纵向加上一个高低不对称波形高频电场（高场>10000V/cm，频率0.5MHz～20MHz,高场占空比<0.5）,利用该电场对物质离子不同差分作用而实现不同物质离子的分离；在分离电场上叠加一个直流的低电场，扫描该电场就可以实现对离子的筛选，产生该电场的电压称为补偿电压，所述补偿电压、不对称波形高频电场与离子流强度之间的关系图就是FAIMS谱图；所述FAIMS利用高频非对称交变电场来过滤离子，实现了高频电压及补偿电压二维扫描，提高了分辨能力；同时FAIMS实现了正负离子同步连续扫描，并具有很高的选择性；此外，FAIMS仪器具有核心器件体积小、离子损耗小、操作电压低、分辨率高、灵敏度高、成本低廉、易于与其他离子检测技术联用等优点，常用于化学战剂、爆炸物、危险品、毒品和环境污染物的检测，在检测分析领域具有广阔的应用前景。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，利用同一份猪肉样液在特定储存时间下，其中TVB-N的含量与三甲胺的含量是一一对应的关系（相同状态下，TVB-N的含量与三甲胺的含量都是一个恒定值），通过FAIMS检测猪肉样品在新鲜度变化过程中其三甲胺特征峰的离子电流值，进而与TVB-N含量的评价方法相结合，得到利用三甲胺检测来评价猪肉新鲜度的标准；而且，由于所述三甲胺是猪肉在放置过程中释放出的挥发性盐基氮的主要成分，并且随着猪肉新鲜度的变化，三甲胺的含量将会发生规律性变化，而且三甲胺的质子亲和能高达948.9kJ/mol，在FAIMS检测中具有很好的响应信号，从而相较于挥发性盐基氮中的其他胺类，通过检测猪肉样品中三甲胺含量能够更好地反映出猪肉新鲜度；因此，本发明利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法具有较高的准确度；

（2）本发明所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，将猪肉样品与去离子水按质量比为1:10配制为猪肉样液后再用于FAIMS检测，较直接采用猪肉块进行检测的方式，本发明方法采用所述猪肉样液用于FAIMS检测具有较高的灵敏度和分辨率。

（3）本发明所述利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，采用顶空进样器用于进样，所述顶空进样器作为动态顶空的进样装置，在选择的进样温度下，所述猪肉样液挥发出三甲胺并在极短时间内形成三甲胺的平衡气体，此时将恒定流量的载气通入所述三甲胺的平衡气体，以形成所述三甲胺平衡气体和所述载气的混合气体，接着将所述混合气体送入到FAIMS检测器中进行检测，采用所述顶空进样方式，在待测物挥发后进样检测，可免去样品萃取、浓集等前处理步骤，方便省时，还可避免待测物中非挥发组分对仪器的污染。

（4）本发明所述方法中采用的载气为纯净空气，所述纯净空气采用如下方法获得：将空气先后经过活性炭、分子筛和砂心片处理以除去其中含有的固体颗粒物、挥发性有机物和大部分的水蒸气，从而不仅能够避免固体颗粒物对仪器造成堵塞或损害，还避免了挥发性有机物对挥发性三甲胺的测量造成干扰，进而影响测量的准确度和精密性，此外，除去大部分水蒸气的目的是为了防止外界空气湿度的变化对目标化合物的检测造成影响。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明方法对三甲胺标准品检测得到的三甲胺的标准曲线；

图2是本发明方法测得所述猪肉样液在不同储存时间的FAIMS谱图；

图3是本发明方法测得储存时间为18h的猪肉样液在加入三甲胺标准品后的FAIMS谱图；

图4是本发明方法测得猪肉样液在加入三甲胺标准品前后离子电流值的峰值随补偿电压的变化趋势图；

图5是采用本发明方法测得猪肉样液中三甲胺特征峰的离子电流值随储存时间的变化趋势图；

图6是采用半微量定氮法测得猪肉样液中挥发性盐基氮的含量随储存时间的变化趋势图；

图7是本发明方法对未知储存时间的猪肉样液检测得到的FAIMS谱图；

图8本发明方法进行FAIMS检测的气路装置图。

具体实施方式

1.所述FAIMS检测器的各项参数为：

电离源：63Ni放射源；

FAIMS检测器的芯片迁移沟道：宽度35μm，深度300μm；

FAIMS检测器的芯片迁移区：长度3.25mm，宽度2.5mm；

FAIMS检测器的电压参数：射频电场强度为0～60000V/cm，频率为25MHz，高场电压的占空比为0.25，直流补偿电压扫描范围为-6～+6V。

2.制作三甲胺的标准曲线：

准确称取三甲胺盐酸盐标准品（也可直接简称为“三甲胺标准品”，阿拉丁试剂,其CAS号为593-81-7），用去离子水配制浓度分别为2、4、6、8ug/mL的三甲胺标准品溶液，利用FAIMS对所述不同浓度的三甲胺标准品溶液进行检测，并以浓度（ug/mL）为横坐标、特征峰的离子电流值（A.U.）为纵坐标（选择场强DF=50%）制作三甲胺的标准曲线，呈现良好线性关系，如图1所示。

3.实施例

本实施例利用FAIMS检测猪肉新鲜度，依次选用所述猪肉样品在常温下储存时间为3h、6h、9h、12h、15h、18h、21h、24h、27h、30h，以储存时间18h为例，其检测步骤如下：

（1）所述猪肉样液的制备，具体如下：

称取储存时间为18小时的猪肉样品5.0g，加入50g去离子水，经超声振荡10min并过滤后得到猪肉样液；

（2）利用FAIMS检测猪肉新鲜度,其包括如下步骤：

a.仪器打开后待气流稳定10min后，将空白金属扩散管放于顶空进样器（也称“顶空装置”）中进行背景检测以避免杂质对样品检测信号产生干扰，并且当产物离子峰的离子电流值小于反应物离子峰离子电流值的1/5时，开始对猪肉样液进行检测，此时，背景产生的离子峰对样品检测产生的干扰最小；

b.取猪肉样液100μL加入到顶空进样器的金属扩散管中，再加入100μL浓度为8mol/L的NaOH溶液于金属扩散管，以有助于猪肉样液的挥发，控制进样器温度为90℃，以使所述猪肉样液在进样器中挥发出并形成三甲胺的平衡气体，此时通入经活性炭、分子筛和砂心片过滤干燥的纯净空气作为载气，采用质量流量控制器（MFC）控制所述纯净空气的流量为2200mL/min，所述FAIMS检测器的压力为1.06bar，检测得到所述猪肉样液中三甲胺含量在正离子模式下的FAIMS谱图，如图2所示；

进一步地，为了对所述FAIMS谱图中三甲胺的特征峰进行验证并确认，在所述猪肉样液中加入了0.5μg的三甲胺标准品（阿拉丁试剂,其CAS号为593-81-7）,并在完全相同的参数条件下进行FAIMS检测，得到所述添加三甲胺标准品在18h储存时间猪肉样液的FAIMS谱图，如图3所示；

(3)结果分析

在FAIMS谱图中，纵坐标表示对检测三甲胺离子所施加的选择场强占最大场强（61100V/cm）的百分比，横坐标为补偿电压（CV），谱图中颜色深浅代表FAIMS仪器测到的离子电流信号，颜色越深代表信号越强；将图1中18h储存时间下猪肉样液对应的FAIMS谱图与图3进行对比，结果表明：在该检测条件下，猪肉样液的正离子模式FAIMS谱图中只出现了三甲胺的特征峰。

对应地，还进一步制得所述18h储存时间下猪肉样液在加入三甲胺标准品前后三甲胺特征峰的离子电流值随补偿电压的变化趋势图（也称FAIMS检测“二维图”），如图4所示，显示了在选择场强DF=50%时，即对检测三甲胺离子所施加的选择场强占最大场强（61100V/cm）的百分之五十时，所述猪肉样液和所述添加三甲胺标准品的猪肉样液中三甲胺特征峰的离子电流值随补偿电压的变化趋势（编号1代表所述猪肉样液，编号2代表添加三甲胺标准品的猪肉样液），作为本领域技术人员所公知的是，图4中峰尖处的离子电流值即所述三甲胺特征峰的离子电流值，可直接用于反映三甲胺的含量；并且，对于所述储存时间为18h的猪肉样液，其三甲胺特征峰的离子电流值为0.35，对于所述添加三甲胺标准品猪肉样液，其三甲 胺特征峰的离子电流值为1.445。此外，由图4中还可以看出，在该正离子模式FAIMS条件下，检测猪肉样液的“二维”谱图中只出现了三甲胺的特征峰，其他胺类与三甲胺的信号相比较弱而检测不到。

最后，采用GB/T5009.44-2003《肉与肉制品卫生标准分析方法》中的半微量定氮法对本实施例所述猪肉样液含有的TVB-N进行测定，其测定步骤如下：

将盛有10mL浓度为20g/L的硼酸吸收液以及5-6滴甲基红和亚甲基蓝混合指示液的锥形瓶置于冷凝管下端，并使其下端插入吸收液的液面下，准确吸取5.0mL所述猪肉样液于蒸馏器反应室内，加5mL氧化镁混悬液，迅速盖塞，并加水以防漏气，通入水蒸汽，进行蒸馏，蒸馏5min即停止，吸收液用盐酸标准滴定溶液（浓度为0.010mol/L）滴定，终点至蓝紫色，最终测得TVB-N含量为15.7mg/100g（＜15mg/100g），参照国家标准，得出本实施例所述猪肉样品属于次新鲜猪肉。

作为公知常识，对于相同状态（相同的新鲜度或腐败程度）的同种猪肉样品来说，其中TVB-N的含量与三甲胺的含量都是一个恒定值，由此，通过采用国家标准的半微量定氮法对储存时间18h的猪肉样液中含有的TVB-N进行测定，为15.7mg/100g，属于次新鲜猪肉，从而对应得出，所述猪肉样液中采用FAIMS检测三甲胺特征峰的离子电流值为0.35时，属于次新鲜猪肉。

利用FAIMS方法，在相同的检测条件下，分别对储存时间为3h、6h、9h、12h、15h、21h、24h、27h、30h的猪肉样液进行检测并得到相应的FAIMS谱图，如图3所示；进一步地，在选择场强DF=50%时，得到所述不同储存时间的猪肉样液中三甲胺特征峰尖处的离子电流值，对应地，采用半微量定氮法测量不同储存时间的猪肉样液中含挥发性盐基氮的量，如表1所示。

表1不同猪肉样液中三甲胺特征峰的离子电流值与盐基氮含量

进一步还得到所述猪肉样液中三甲胺特征峰的离子电流值随储存时间的变化趋势图，如图5所示，以及所述猪肉样液中挥发性盐基氮的含量随储存时间的变化趋势图，如图6所示，将图5和图6进行对照可以得出：对于不同储存时间的猪肉样液，通过检测其三甲胺特征峰的离子电流值，也能用于评价猪肉的新鲜度，即采用本发明所述FAIMS检测方法能够实现对猪肉的新鲜度的评价，并且得出，在所述FAIMS检测条件下，当三甲胺特征峰的离子电流值（IC）<0.35时，猪肉样品为鲜肉；IC在0.35-2.41之间时，猪肉样品为次新鲜肉；IC≥2.41时，猪肉样品为腐败肉。

然而对于表1中的数据，需要说明的是，在FAIMS检测中当样品分子浓度增加到一定程度后其分子的离化率将会降低，于是在一定检测条件下，受三甲胺分子离化率的限制，当三甲胺的浓度超过特定浓度值后，其分子的离化率降低，检测得到其特征峰的离子电流值增长减缓，此时三甲胺特征峰的离子电流值与三甲胺浓度之间的线性关系发生改变；在本发明所述FAIMS检测条件下，随着三甲胺浓度的增加，检测得到所述三甲胺特征峰的离子电流值超过2.41后，其与三甲胺的浓度之间之前存在线性关系发生变化，但是这并不影响通过FAIMS检测得到三甲胺特征峰的离子电流值用于评价猪肉新鲜度。

4.本发明检测方法的重现性评价：

选取储存时间为21h的猪肉样液，利用FAIMS方法，在相同的检测条件下，进行重复分析5次，计算得到猪肉样液中三甲胺特征峰的离子电流值的平均相对标准偏差为6.20%，从而表明本发明所述方法具有较高的重现性。

5.本发明检测方法的验证：

取储存时间未知的猪肉样品，采用实施例中相同的方法制得猪肉样液，接着，采用本发明所述FAIMS方法，在相同的检测条件下，对未知储存时间的猪肉样液进行检测并得到相应的FAIMS谱图，如图7所示；进一步地，在选择场强DF=50%时，得到所述猪肉样液中三甲胺特征峰的离子电流值为0.25（<0.35），从而得出所述猪肉属于新鲜猪肉，对应地，采用半微量定氮法测量不同猪肉样液中含挥发性盐基氮的量，为11.29mg/100g，同样得出所述猪肉属于新鲜猪肉，因此，采用本发明方法用于猪肉新鲜度评价具有较高的灵敏度和准确度。

作为优选的实施方式，本实施例采用的气路装置图如图8所示，所述纯净空气在输入顶空进样器（也称“顶空装置”）之前经过湿度处理，具体为：首先，将纯净空气分为两路气（如图8所示），采用质量流量控制器MFC1、MFC2控制其流量分别为2000mL/min、900mL/min；接着，将MFC2控制的纯净空气通入水蒸气发生器进行湿度处理，以保证进行FAIMS检测具有良好效果，湿度处理后经MFC3控制流量为200mL/min；最后，将质量流量控制器MFC1、MFC3流出的纯净空气一起输入所述顶空进样器（即顶空装置）中。

此外，利用FAIMS检测猪肉新鲜度时，不仅限于本发明实施例中的检测条件，作为可选择的实施方式，所述进样器温度为20℃～90℃，所述载气的流量为500mL/min～3500mL/min，所述FAIMS检测器中压力为0.5bar～2.5bar。作为可以选择的实施方式，所述进样器可以选择顶空进样器，也可以选择其他可以实现进样的各种进样器。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种FAIMS在检测猪肉新鲜度领域的应用。

2.一种利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）取猪肉样品制成猪肉样液，使所述猪肉样品中含有的三甲胺溶于猪肉样液中；

（2）FAIMS检测：取所述猪肉样液加入进样器中，控制进样器温度为20℃～90℃，以使溶解于所述猪肉样液中的三甲胺逸出，并在所述进样器中形成三甲胺平衡气体，然后通入流量为500mL/min～3500mL/min的载气与所述三甲胺混合并输入到所述FAIMS检测器中进行检测，控制所述FAIMS检测器中的压力为0.5bar～2.5bar，同时控制所述FAIMS检测器的各项检测参数为：

电离源：⁶³Ni放射源；

FAIMS检测器的芯片迁移沟道：宽度35μm，深度300μm；

FAIMS检测器的芯片迁移区：长度3.25mm，宽度2.5mm；

射频电场强度为0～60000V/cm；

频率为25MHz；

高场电压的占空比为0.25；

直流补偿电压扫描范围为-6～+6V。

3.根据权利要求2所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述进样器的温度为90℃，所述载气的流量为2200mL/min，所述FAIMS检测器中压力为1.06bar。

4.根据权利要求2或3所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述猪肉样液采用如下方法制备：称取猪肉样品，加入8-12重量倍量的去离子水，经超声、过滤后得到所述猪肉样液。

5.根据权利要求4所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述猪肉样液中还添加有碱液。

6.根据权利要求4或5所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述猪肉样液的进样量为100μL。

7.根据权利要求2-6任一所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述进样器为顶空进样器。

8.根据权利要求2-7任一所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述步骤（2）中还包括对所述进样器进行背景检测的步骤。

9.根据权利要求2-8任一所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述载气为经活性炭、分子筛和砂心片过滤干燥的纯净空气。

10.根据权利要求2-9任一所述的利用FAIMS检测猪肉新鲜度的方法，其特征在于，所述载气为进行湿度处理后再输入所述进样器。

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