CN108982692B

CN108982692B - 元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法

Info

Publication number: CN108982692B
Application number: CN201810845095.5A
Authority: CN
Inventors: 吴浩; 郭秀秀; 罗洁; 田玲; 李月梅; 曹刚红; 葛丽雅; 谢丽琪
Original assignee: Shenzhen Customs Food Inspection And Quarantine Technology Center; Shenzhen Polytechnic
Current assignee: Shenzhen Customs Food Inspection And Quarantine Technology Center; Shenzhen Polytechnic
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: CN108982692A

Abstract

本发明涉及奶粉质量检测领域，更具体地说，它涉及元素分析‑稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法。其技术方案要点是：包括以下步骤：S1获取多个国家进口奶粉样品；S2将多个样品分别进行稳定碳、氮同位素的检测，稳定氢、氧同位素的检测，并进行分析；S3对多个样品进行微量元素分析；S4通过主成分分析法对多个样品中元素的主成分分析，初步区分不同产地的奶粉样品；S5采用多个样品产地信息和S3、S4中的分析数据，利用判别分析进行统计建模，得到产地判别模型系数矩阵和对应的产地判别预测准确率；S6将未知样品带入模型中进行产地判别，最终判断产地属性。通过以上方法能够初步对奶粉进行产地溯源和判别，有利于检验奶粉的质量，打击假冒伪劣产品。

Description

元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法

技术领域

本发明涉及奶粉质量检测领域，更具体地说，它涉及元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法。

背景技术

奶制品具有很高的营养价值，已成为现代人生活的必须营养品，因此奶制品市场需求巨大。

但是奶制品掺假造假的现象从乳品诞生之日起就一直存在，而且很多消费者都喜欢购买进口奶粉，部分厂家将普通奶粉冒充优质进口国家奶粉的现象。所以，寻求奶粉产地判别的方法就显得尤为重要。

针对奶制品的掺假鉴别，许多学者也进行了研究，如1992年，王世平等人在《东北农业大学学报》上发表的《牛奶掺假检测手段的研究》中将掺水牛奶冰点值随掺水量规律性升高作为鉴别牛奶掺水的鉴别方法，实验结果理想；2009年，王右军等人在《食品科学》上发表的《CCD短波近红外光谱快速检测牛奶中掺假物质的研究》利用近红外光谱技术快速定量检测出牛奶中添加的水解植物蛋白，但难以检测出乳清粉和植脂末；2016年，刘梅红等人在《基于低场核磁共振技术的鲜牛奶掺假及新鲜度快速检测方法研究》中报道发现低场核磁共振技术对牛奶中的水、尿素等多种添加物质的检出都有不错的效果。但是上述主要是对奶粉中掺杂水、尿素等检测，而且对奶制品的检测的方法也存在灵敏度差以及缺乏通用性等缺点；对不同产地的奶粉的检测缺少有效的鉴别手段。

不同地域的奶牛饮食、饮水等都不一样，产生的牛奶中元素差异性都比较复杂，再将牛奶加工成奶粉的过程中又会造成更高的差异性，如奶粉中存在添加剂，而且添加剂的成分、添加量都存在一定的变化范围，可能干扰元素含量以及稳定同位素比值，造成产地差异性缺失，因此想要相对准确的判别奶粉产地非常困难。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，可对多数奶粉样品的产地准确判别，有利于检验奶粉的质量，打击假冒伪劣产品。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，包括以下步骤：

S1获取多个国家进口奶粉样品；

S2将多个样品分别进行稳定碳、氮同位素的检测，稳定氢、氧同位素的检测，并进行分析； S3对多个样品进行微量元素分析；

S4通过主成分分析法对多个样品中元素的主成分分析，初步区分不同产地的奶粉样品；

S5采用多个样品产地信息和S3、S4中的分析数据，利用判别分析进行统计建模，得到产地判别模型系数矩阵和对应的产地判别预测准确率；

S6将未知样品带入模型中进行产地判别，最终判断产地属性。

通过以上技术方案，四种稳定同位素比值和微量元素含量的主成分分析法(PCA)分析可以有效区分爱尔兰样品。应用留一法逐步判别分析可对多数奶粉样品的产地准确判别，整体判别正确率为89.4％。利用稳定同位素和微量元素检测并结合主成分分析法和留一法逐步判别分析能够初步对奶粉进行产地溯源和判别，有利于检验奶粉的质量，打击假冒伪劣产品。

本发明基于留一法逐步判别分析的模式识别方法，对158份来自韩国、新加坡、爱尔兰、荷兰、德国、瑞士(58、11、28、17、20、24)的奶粉样品中的δ13C、δ15N、Cr、Mn、 Tl、Pb、Li、V、Co、Rb、Sr、Ag、Bi，2种同位素和11种矿质元素含量进行指纹数据建模分析，最终建立的模型对所有样品整体的判别正确率为59.5％，其中韩国、爱尔兰样品的判别正确率较高分别为81％和71.4％；新加坡、荷兰、德国、瑞士样品的判别正确率较低，分别为45.5％、5.9％、15％和33.3％；通过以上数据可以发现荷兰样品没有被正确区分，新加坡、德国、瑞士的样品正确率也很低，产地判别错误率最高，对于市场上产品的质量把控就比较难。

较佳的：S5后通过留一法逐步判别分析，用已知的样品当作未知样品去验证建立的模型，一个样品从数据集中移除，每个样品依次重复这个过程，可以通过已知样品来源进行模型的重复计算，得出判别准确率。

通过以上技术方案，便于对模型的准确性进行验证和修正，有利于提高奶粉产地的判别准确率，提高市场监察力度，保障人民的健康生活。

较佳的：S5后留一法逐步判别分析中包括稳定碳、氮同位素，稳定氢、氧同位素，还包括微量元素。

通过以上技术方案，对四种同位素还有微量元素都进行分析，判别准确率更高。

较佳的：微量元素包括Mn、Ni、Cu、Rb、Sr、Ba、As、Li、V、Co、Y、Cs、La、 Ce、Nd。

通过以上技术方案，为了提高奶粉的品质，一般会在奶粉中加入一些含Fe、含Zn、含Ca等的添加剂，因此这些元素的测定不但不会提高产地判别准确率，可能还会降低产地判别准确率，通过实验发现使用以上微量元素进行分析产地判别准确率更高。

较佳的：引入判别模型为δD、δ¹³C、Ni、Cu、As、V、Rb、Y、Cs、Ba、La。

通过以上技术方案，研究表明，不同国家和中国不同省份奶粉样品的δ¹³C存在显著性差异，受喂养方式的影响，我国同一地区的样品的δ¹³C值也存在显著性差异，并且，可能受生产工艺和外源添加影响，δ¹³C值随加工层次增加而增大。地理位置、制作工艺和喂养方式等因素会导致奶粉δ13C值变化，据此，可判别奶粉产地。

本发明检测的3个大洲的奶粉样品，其δ¹⁵N不存在显著差异，因此不引入δ¹⁵N。

奶粉中的氢元素和氧元素来自于奶牛饮用水、饲料和大气，一般情况下，引用水来自地表水和浅层地下水，属于大气降水，因此奶粉的δD、δ¹⁸O与奶牛和产地降水有关，同产地奶粉样品的δD均存在显著差异，引入判别模型有利于提高产地判别准确率。

奶牛品种、气候、环境都导致了不同地区来源的奶粉样品中微量元素信息的千变万化，还有一些加工工艺的因素也会影响奶粉中微量元素的组成，因此选择合适的微量元素进行判别直接影响了判别的准确性。

通过以上模型，奶粉判别准确率更高。

较佳的：样品稳定碳、氮同位素的检测步骤包括：

a称取适量样品，包入锡箔杯后置于自动进样器送至元素分析仪；

b样品中的碳元素和氮元素在960℃以上温度下燃烧生成CO₂和NO_X，生成的NO_X被还原生成N₂；

c步骤b中生成的CO₂和N₂经稀释仪稀释后测定¹³C、¹⁵N的丰度。

通过以上技术方案，规范的检测步骤也是提高判别准确率的因素之一。

较佳的：样品稳定氢、氧同位素的检测步骤包括：

a称取适量样品用银杯包裹后进入元素分析仪分析；

b样品中的H和O元素在1380℃以上温度下发生裂解转化为H₂和CO；

c通过气相色谱柱分离步骤b中产生的H₂和CO，分离后的H₂和CO进入同位素质谱仪，同时测定H、O同位素值。

通过以上技术方案，氢、氧同位素的测试相对碳、氮同位素的测试难度高一些，因此更需要规范检测步骤，才能提高判别准确率。

较佳的：样品稳定氢、氧同位素的检测中通过氦气载气，氦气的流速为80-110mL/min。氢氧同位素的相对标准为V-SMOW，测定时选择的标准物质为USGS54、USGS55和USGS56。

通过以上技术方案，标准物质的选择和使用，使测试结果更加准确。

氦气的流速可影响样品分析的速率以及信号强度，流速越高分析速率越快但信号强度会变低，流速越低信号强度变高，但是分析速度和峰型变差，此范围内的流速并不会对结果产生影响。但低于80ml/L或者高于110ml/L可能产生较强的同位素分馏效应，降低分析结果的稳定性和准确性。当设置为80-110ml/min时可以兼顾准确性和分析效率。

较佳的：S5中留一法逐步判别分析建立模型后还使用了留一法的交叉验证判别分析验证判别模型的稳定性及能力。

通过以上技术方案，有利于修正模型，提高判别准确率。

较佳的：检测奶粉样品前需要预处理，预处理步骤为：将奶粉多个样品分别用高氯酸氧化，再用硝酸和硫酸消解后待用。

通过以上技术方案，奶粉中有机物含量比较多，测试一些微量元素或痕量元素受干扰比较多，预先处理后测试结果更加准确。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明基于主成分分析和留一法逐步判别分析的模式识别方法，通过对奶粉样品的稳定同位素及微量元素指纹数据建模，同时考虑各指标在不同产地之间元素特异性，最终建立模型对所有样品整体的判别正确率为89.4％，瑞士样品判别结果正确率为100％，韩国为96.2％，爱尔兰为95.8％，新加坡的较低，仅为55.6％，整体效果不错，基本实现了奶粉样品的产地正确判别。

附图说明

图1是PC1、PC2作图得到的因子得分图；

图2是PC1、PC3作图得到的因子得分图；

图3是PC2、PC3作图得到的因子得分图；

图4是PC1、PC2和PC3两两作图的因子得分图。

具体实施方式

一种元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，包括以下步骤：

S1获取多个国家进口奶粉样品；

优选的，S5后通过留一法逐步判别分析，用已知的样品当作未知样品去验证建立的模型，一个样品从数据集中移除，每个样品依次重复这个过程，可以通过已知样品来源进行模型的重复计算，得出判别准确率。

优选的，S5后留一法逐步判别分析中包括稳定碳、氮同位素，稳定氢、氧同位素，还包括微量元素。

优选的，微量元素包括Mn、Ni、Cu、Rb、Sr、Ba、As、Li、V、Co、Y、Cs、La、 Ce、Nd。引入判别模型为δD、δ¹³C、Ni、Cu、As、V、Rb、Y、Cs、Ba、La。

样品稳定碳、氮同位素的检测步骤包括：

a称取适量样品，包入锡箔杯后置于自动进样器送至元素分析仪稳定同位素质谱仪进行同位素检测分析；

优选的碳元素和氮元素在960-1100℃下燃烧，优选的碳元素和氮元素在960-1000℃下燃烧。

样品稳定氢、氧同位素的检测步骤包括：

a称取适量样品用银杯包裹后进入元素分析仪稳定同位素质谱仪同位素检测分析；

优选的样品中的H和O元素在1380-1500℃温度下发生裂解；优选的样品中的H和O元素在1380-1430℃温度下发生裂解。

样品稳定氢、氧同位素的检测中通过氦气载气，氦气的流速为80-110mL/min，优先为100mL/min。氢氧同位素的相对标准为V-SMOW，测定时选择的标准物质为USGS54、USGS55和USGS56。

S5中留一法逐步判别分析建立模型后还使用了留一法的交叉验证判别分析验证判别模型的稳定性及能力。

下面结合表格和实施例，对本发明进行详细描述。

1材料与方法

1.1材料

依托深圳检验检疫局食检中心技术平台以及可靠进出口商，获取韩国、新加坡、爱尔兰、瑞士、德国、法国、荷兰进口奶粉样品，因各产区养殖规模不一样，送检数量也有不同，最终收集样品158份，

产地	样本数
		韩国	58
新加坡	11
		爱尔兰	28
荷兰	17
		德国	20
瑞士	24
		共计	158

1.2仪器及标准物质准备

元素分析仪稳定同位素质谱仪(EA-IRMS,DELTA V advantage Thermo Fisher,USA)；标准物质： IAEA-600咖啡因(δ¹³C：-27.771‰±0.043‰；δ¹⁵N：1.0‰±0.2‰)；Xseries 2电感耦合等离子体质谱仪(美国Thermo fisher公司)；MarsX微波消解仪(美国培安科技公司)。

浓硝酸(优级纯)，浓硫酸(优级纯)，浓盐酸(优级纯)；双氧水(MOS级)；各元素标准溶液均为国家标准物质溶液，浓度为500mg/L或1000mg/L；内标溶液：采用Li、Sc、Ge、In、Bi 5种元素做内标，各元素单标溶液均为国家标准物质溶液，浓度为1000mg/L。使用时用2％硝酸配制成混合内标溶液，浓度为100μg/L；实验用水为去离子水。

1.3检测方法

取少许标准物质，用锡箔杯包好后通过字数采样器送入元素分析仪，此样品中的碳元素和氮元素转化为纯净的CO₂和N₂气体，氢元素转化为H₂，氧元素转化为CO₂，之后气体进入同位素质谱仪进行检测，标定CO₂、N₂、H₂钢瓶内气体值，用标定好的起源气体作为检测用标准。秤取与标准物质基本相同质量的样品，同以上步骤，计算得到结果，经过计算机运算后，直接得到数值。

1.4仪器条件

稳定碳、氮同位素的检测：采用元素分析-同位素比率质谱法测定¹³C、¹⁵N的丰度。具体步骤是，称取适量样品，包入锡箔杯后置于自动进样器送至元素分析仪，样品中的碳元素和氮元素在960℃下燃烧生成CO₂和NO_X，然后NO_X在铜导线上还原生成N₂。然后经稀释仪稀释后进入同位素质谱仪进行检测。具体参数如下：

EA条件：氧化炉960℃，柱温60℃，O₂流速75mL/min，充氧时间3s，载气流速200mL/min。

质谱条件：离子源电压2.97kV，真空度1.4×106Pa；轰击电压120.8eV。

稳定氢、氧同位素的检测：适量样品用银杯包裹，通过自动进样器进入元素分析仪，元素分析仪的裂解管温度为1380℃，样品中的H和O元素被裂解炉中的玻璃碳转化为H₂和 CO，H₂和CO通过气相色谱柱进行分离，柱温为80℃，H₂和CO分别经由ConFloIV装置进入同位素质谱仪，同时测定H、O同位素值。载气氦气的流速为100mL/min。氢氧同位素的相对标准为V-SMOW，测定时选择的标准物质为USGS54、USGS55和USGS56。

微量元素检测：准确称取0.3-0.4g样品至聚四氟乙烯罐中，加入5mL硝酸和1mL双氧水，放入不锈钢压力罐中，升温至145℃，保持4h。待压力罐冷却后，打开取出聚四氟乙烯罐，将消解后的溶液转移至50mL刻度离心管中，并用去离子水冲洗2-3次，合并冲洗液, 用去离子水定容至50mL,待测。采用微波消解结合电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定奶粉样品中17中微量元素的含量。

功率：1400W；检测器脉冲电压：1750V；检测器模拟电压：-3440V；扫描方式：主峰跳扫；冷却气流速14.5L/min，辅助气流速0.8L/min，Nebulizer 0.82，采样深度180mm； H₂/He混合气流速5.6mL/min。

元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，包括以下步骤：

S1获取多个国家进口奶粉样品；将奶粉多个样品分别用高氯酸氧化，再用硝酸和硫酸消解后待用；

S2将多个样品分别进行稳定碳、氮同位素的检测，稳定氢、氧同位素的检测，并进行分析；

S3对多个样品进行微量元素分析；

S5采用多个样品产地信息和S3中的分析数据统计建模，得到产地判别模型系数矩阵和对应的产地判别预测准确率；通过留一法逐步判别分析，用已知的样品当作未知样品去验证建立的模型，一个样品从数据集中移除，每个样品依次重复这个过程，可以通过已知样品来源进行模型的重复计算，得出判别准确率；留一法逐步判别分析中包括稳定碳、氮同位素，稳定氢、氧同位素，还包括微量元素；微量元素包括Mn、Ni、Cu、Rb、Sr、Ba、As、Li、V、 Co、Y、Cs、La、Ce、Nd。引入判别模型为δD、δ¹³C、Ni、Cu、As、V、Rb、Y、Cs、Ba、La。

2结果与讨论

2.1不同产地奶粉中稳定同位素比率特征分析

稳定同位素作为农产品产地溯源的特征指纹信息，主要是基于稳定同位素的自然分馏效应，不同同位素组成主要受环境、地形、气候、土壤、生物代谢型等影响而发生不同程度的分馏作用，可反映不同的地域和膳食信息，提供相应的指纹信息。

稳定性碳、氮、氢、氧同位素比率分别用δ¹³C、δ¹⁵N、δD、δ¹⁸O表示。计算公式为：

其中R为重同位素与轻同位素丰度比，即¹³C/¹²C，¹⁵N/¹⁴N，D/H，¹⁸O/¹⁶O。

通以上公式计算及方差分析得到表1，由表1可知，不同产地样品的δD变化幅度较大，各组之间存在显著性差异，但是组内差异也较大，可能是每个国家不同地区的差别也比较大导致的。其中荷兰与其他国家均存在显著性差异，其δD值为-56.5±22.28d，显著大于其他国家；δ¹⁸O变化幅度(19.06-21.87)较小，但是组内方差较小，因此各组之间也有有一定的差异性； δ¹³C的变化幅度(-28.38-20.04)较小，虽然组内方差较小，除了可以看出德国样品的δ¹³C值为-27.41±0.71b，还算比较明显的低于其他5国，其他各组之间差异还是比较小；δ¹⁵N的变化幅度为4.465-10.038，变化幅度较小，各组之间也不存在显著性差异。综上，方差分析不能精确区分各个国家的奶粉样品，但是通过分析，可以得到个别国家的特征元素。

表1不同产地奶粉中δ13C、δ15N、δD、δ18O值的地域性差异。

同位素	δD(‰)	δ<sup>18</sup>O(‰)	δ<sup>13</sup>C(‰)	δ<sup>15</sup>N(‰)
					韩国	-96.71±8.33a	19.06±2.01a	-24.63±1.76a	6.19±0.94a
新加坡	-78.06±20.87b	21.23±3.1b	-24.3±1.2a	6.47±0.66ab
					爱尔兰	-94.18±9.04ac	19.77±2.24abc	-25.21±2.11a	6.77±1.38b
荷兰	-56.5±22.28d	21.75±2.5bd	-24.56±1.24a	7.17±0.94b
					德国	-77.79±9.41b	21.87±1.92b	-27.41±0.71b	6.33±1.53a
瑞士	-86.87±7.06bc	19.68±3.22ab	-24.58±0.86a	6.18±1.56a
					p	p<0.05	p<0.05	p<0.05	p>0.05

2.2不同产地奶粉中微量元素比率特征分析

奶粉的元素含量取决于奶牛饮食的元素含量，奶牛饮食的元素含量与奶牛生活的环境(土壤、水、空气等)、人类生产活动(如饲料来源，放牧方式、污染等)密切相关。本发明对奶粉中样品中多种微量元素含量进行一次性含量测定，ICP检出的元素主要有的Mn、Ni、Cu、Rb、 Sr、Ba、As、Rh、Pb、Li、V、Co、Y、Cs、La、Ce、Nd共17种微量元素，分析结果见表 2，由表2可知，不同元素含量在不同国家之间均不同，多重比较的结果显示，除Rh、Pb元素外，其他元素在各国之间均有显著性差异(p<0.05)，但是多数元素的组内差异也比较大，说明元素在小范围地区变化比较大，因此只是通过多种微量元素的分析也很难准确的判断奶粉的产地。

表2不同国家奶粉中微量元素含量(μg/kg)

2.3不同国家奶粉中元素的主成分分析

PCA是化学计量学中常见的一种数据处理的方法，通过将相关性较高的数据降维压缩，提取数据中反映主要方差特征向量作为主成分(见表3)，同时以新的主成分作为新的坐标系，用数据对新坐标系进行投影并对投影点分析，从而实现高维数据的低纬直观可视化分析的一种模式识别策略。对158个样品的21个变量数据矩阵进行主成分分析，选取前6个主成分(累计方差贡献率为74.085％)，基本包括了样品多数元素的含量信息。单个元素变量对前6个主成分的贡献用一个大小为21*6的载荷矩阵表示，载荷系数见表3。

选取样本得分矩阵的前3个主成分PC1、PC2和PC3两两作图(将图1-图4)。由图 1-4可知，前3个主成分累计方差贡献率为55.63％，所包含的样本元素含量的信息比较少，爱尔兰样品可从其他国家样品中区分开来，其他国家样本分布区域存在严重重叠，说明PCA法判别结果显示出奶粉的区域性特征不突出，不能有效判别爱尔兰外的其他国家样品。

表3不同国家奶粉主成分的方差贡献率及特征向量值

2.4留一法逐步判别分析

综上，PCA只能初步区分不同产地的奶粉样品，无法用于产地的精确判定。逐步判别分析- 留一法，是用以判别个体所属类的一种统计方法，其原理是根据已掌握的一批分类明确的样品，建立一个较好的判别函数，使得用该判别函数进行判别时错判事例最少，进而能用此判别函数对给定的一个新样品判别它来自哪个总体。为了验证判别模型的稳定性及能力，留一法的交叉验证判别分析被采用。在这个测试中，用已知的样品当作未知样品去验证建立的模型。一个样品从数据集中移除，每个样品依次重复这个过程，可以通过已知样品来源进行模型的重复计算，得出判别准确率。

用以上的判别模型得出的结果如表4，本次试验中21个变量有11个引入判别模型引入的先后顺序为δD、δ¹³C、Ni、Cu、As、V、Rb、Y、Cs、Ba、La，模型交叉判别正确率为 89.4％，对各个国家的判别正确率见表5，其中该模型对新加坡样品的判别正确率比较低为55.56％，对其他国家奶粉的判别正确率均大于70％，其中对瑞士的判别正确率为100％，对韩国和爱尔兰的均大于95％，可见，该模型的判别效果比较好。上述结果表明，主成分分析和留一法逐步判别分析可以用于6个国家奶粉的产地溯源。

表4稳定同位素与微量元素奶粉不同国家产地的判别函数方程系数

变量	韩国	新加坡	爱尔兰	荷兰	德国	瑞士
							δD	-0.959	-0.888	-1.086	-0.532	-0.757	-0.859
δ<sup>13</sup>C	-10.293	-10.106	-10.041	-10.499	-11.674	-10.009
							Ni	0.001	0.001	0.005	0.001	0.001	0.001
Cu	0.000	-0.001	-0.004	-0.002	-0.001	-0.001
							As	-0.048	-0.043	-0.082	0.022	-0.009	-0.071
V	0.364	0.327	0.364	0.265	0.363	0.281
							Rb	0.003	0.004	0.002	0.002	0.004	0.002
Y	0.499	-0.364	-0.566	-0.051	-0.076	0.047
							Cs	-0.057	-0.036	0.009	-0.067	-0.071	-0.046
Ba	-0.015	-0.004	-0.008	-0.008	-0.031	0.011
							La	-0.067	0.844	1.070	0.962	1.198	0.040
(常量)	-185.999	-179.079	-192.190	-151.959	-199.814	-165.522

表5微量元素和稳定同位素组合对不同国家样品判别分析的分类结果

3讨论

奶粉由牛奶加工而成，奶粉的稳定同位素和矿质元素组成取决于奶牛品种、产奶期和奶牛的饮食结构。同地域奶牛生活的环境各不相同，生产奶粉的稳定同位素值和微量元素含量也具有地方特征。本发明中不同产地国奶粉的碳、氮、氢和氧稳定同位素比值和多种矿质元素含量中，δ¹³C、δD、δ¹⁸O、Mn、Ni、Cu、Rb、Sr、Ba、As、Li、V、Co、Y、Cs、La、Ce、Nd 存在显著性差异。奶粉的δ¹³C主要来自奶牛进食的饲料和牧草，饲料和牧草的来源是碳值低的C3植物还是碳值高的C4植物或者两者混合的比例对奶粉δ¹³C值都有较大影响。奶牛进食不同比例的C3或C4植物会影响牛乳和尿液的δ¹³C值，进食牧草组的奶牛，牛奶和尿液的δ¹³C值小于进食玉米组。牧草组乳和尿δ¹³C值大于牧草δ¹³C值；玉米组乳δ¹³C值却小于食用饲料的δ¹³C值，尿δ¹³C值与食用饲料的δ¹³C值在同一范围内。动物源农产品中的δ¹⁵N主要受饲料来源的牧草施肥的影响，本发明中奶粉的δ¹⁵N值差异不显著，需要结合当地的土壤分析来判定δ¹⁵N是否可作为奶粉产地溯源的指标，但是采集土壤分析相对比较困难，而且又会加大很多工作量。本发明新加坡和韩国样品的δD比较中，新加坡作为热带的国家，δD值比韩国明显偏高。

4结论

本发明基于主成分分析和留一法逐步判别分析的模式识别方法，通过对奶粉样品的稳定同位素及微量元素指纹数据建模，同时考虑各指标在不同产地之间元素特异性，最终建立模型对所有样品整体的判别正确率为89.4％，瑞士样品判别结果正确率为100％，韩国为96.2％，爱尔兰为95.8％，新加坡的较低，为55.6％，整体效果不错，基本实现了奶粉样品的产地正确判别。由于样品采集依赖进口，不能实地采样，因此实验中选取的采样地域范围、采样时间跨度和样本数量均有限，所以建立的判别模型的准确度会在一定的误差范围内，在此基础上的修正及验证均属于本发明的保护范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，包括以下步骤：

S1 获取多个国家进口奶粉样品；

S2 将多个样品分别进行稳定碳、氮同位素的检测，稳定氢、氧同位素的检测，并进行分析；

S3 对多个样品进行微量元素分析；

S4 通过主成分分析法对多个样品中元素的主成分分析，初步区分不同产地的奶粉样品；

S5 采用多个样品产地信息和S3、S4中的分析数据，利用判别分析进行统计建模，得到产地判别模型系数矩阵和对应的产地判别预测准确率；

S6 将未知样品带入模型中进行产地判别，最终判断产地属性；

S5后通过留一法逐步判别分析，用已知的样品当作未知样品去验证建立的模型，一个样品从数据集中移除，每个样品依次重复这个过程，可以通过已知样品来源进行模型的重复计算，得出判别准确率；

引入判别模型为δD、δ¹³C、Ni、Cu、As、V、Rb、Y、Cs、Ba、La。

2.根据权利要求1所述的元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，S5后留一法逐步判别分析中包括稳定碳、氮同位素，稳定氢、氧同位素，还包括微量元素。

3.根据权利要求2所述的元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，微量元素包括Mn、Ni、Cu、Rb、Sr、Ba、As、Li、V、Co、Y、Cs、La、Ce、Nd。

4.根据权利要求1所述的元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，样品稳定碳、氮同位素的检测步骤包括：

a 称取适量样品，包入锡箔杯后置于自动进样器送至元素分析仪；

b 样品中的碳元素和氮元素在960℃以上温度下燃烧生成CO₂和NO_Ｘ，生成的NO_Ｘ被还原生成N₂；

c 步骤b中生成的CO₂和N₂经稀释仪稀释后测定¹³C、¹⁵N 的丰度。

5.根据权利要求1所述的元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，样品稳定氢、氧同位素的检测步骤包括：

a 称取适量样品用银杯包裹后进入元素分析仪分析；

b 样品中的H和O元素在1380℃以上温度下发生裂解转化为H₂和CO；

6.根据权利要求5所述的元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，样品稳定氢、氧同位素的检测中通过氦气载气，氦气的流速为80-110 mL/min；氢氧同位素的相对标准为V-SMOW，测定时选择的标准物质为USGS54、USGS55和USGS56。

7.根据权利要求1所述的元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，S5中留一法逐步判别分析建立模型后还使用了留一法的交叉验证判别分析验证判别模型的稳定性及能力。

8.根据权利要求1所述的元素分析-稳定同位素质谱判别奶粉产地的方法，其特征是，检测奶粉样品前需要预处理，预处理步骤为：将奶粉多个样品分别用高氯酸氧化，再用硝酸和硫酸消解后待用。