CN111024802A

CN111024802A - 基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建及鉴别方法

Info

Publication number: CN111024802A
Application number: CN201911365560.6A
Authority: CN
Inventors: 赵艳芳; 康绪明; 宁劲松; 尚德荣; 翟毓秀; 丁海燕; 盛晓风
Original assignee: Yellow Sea Fisheries Research Institute Chinese Academy of Fishery Sciences
Current assignee: QINGDAO YIHAIFENG AQUATIC PRODUCTS CO Ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: CN111024802B

Abstract

本发明涉及一种基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建及鉴别方法，属于水产品产地溯源领域，本发明分别对山东、辽宁和福建3个产地的刺参进行Pb同位素的测定，结合Pb同位素的比值，对其进行判别分析和交叉验证，确定不同产地刺参溯源识别模型建立方法。本发明同时建立了山东青岛、辽宁大连和福建霞浦3个产地刺参的鉴别模型。本发明是基于稳定同位素指纹的刺参产地溯源方法，利用质量数较大、不易发生分馏现象的Pb稳定同位素指纹特征建立产地判别模型，检测指标少，检测精度高，重现性好，方法简便，可操作性强，减少了基于商品标签和主观判断的不确定性，对刺参产地来源的整体判别率达到91％以上。

Description

基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建及鉴别方法

技术领域

本发明属于水产品产地溯源领域，具体地涉及一种基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建及鉴别方法。

背景技术

刺参，又名仿刺参(Apostichopus japonicas,Selenka)，具有很高的营养价值，并具有抗凝血、抗肿瘤等多种生物活性。随着人们对刺参及其产品营养价值关注度越来越高，刺参的消费需求量迅速增加。刺参养殖已成为水产养殖业继海带、对虾、扇贝、海水鱼养殖之后兴起的又一新兴支柱产业。刺参自然分布于黄、渤海沿岸辽宁，山东半岛等地。但近几年，随着刺参育苗、养殖技术的不断突破，“北参南养”的刺参养殖模式已打破了其自然分布。中国渔业统计年鉴统计结果显示，2018年我国刺参总产量174 340吨，产量最大的包括山东92 228吨，辽宁47096吨，福建29829吨。其中以山东和辽宁原产地生产的刺参，统称为“北参”，以福建产地为代表养殖的刺参被称为“南参”。由于不同产地刺参生长环境不同，营养品质存在很大差异，导致价格相差很大。在经济利益的驱使下，许多南方养殖的刺参返销北方，冒充北参，致使目前整个国内海参市场比较混乱，掺杂使假、以此充彼、以次充好的现象非常普遍，因此建立刺参产品原产地识别和溯源技术成为有效规范市场秩序、确保公平竞争、保护地区特色产品的重要保障。

目前，在食品产地判别技术研究中主要有近红外光谱分析技术、同位素指纹溯源技术、HPLC指纹图谱法、DNA技术和无机元素测定法等。稳定同位素比率质谱技术(isotoperatio mass spectrometry,IRMS)具有操作简单、准确性和灵敏度高等优点，是目前国际上用于辨别食品真假、追溯食品来源和实施产地保护的一种有效方法。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建及鉴别方法，仅用质量数较大、几乎不产生同位素分馏现象的Pb稳定同位素指纹建立判别模型，检测指标少，检测精度高，重现性好，方法简便，可操作性强，减少了基于主观判断的不确定性，对“南参”、“北参”产地来源的判别率达到91.7％以上。

本发明是按照以下操作方法完成的：

一种基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建方法，包括以下步骤：

1)采集各个产地的刺参样本，将采集的刺参样品体壁经真空冷冻干燥后粉碎；

2)Pb稳定同位素比率测定

样品消解：准确称取粉碎样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入浓HNO₃(65-68％)，密闭后放入微波消解仪中消解，待消解完全后，将消解液赶酸至0.8-1.2mL。待消解罐冷却后，将消化液用二级水定容至25mL，ICP-MS测定：仪器条件为:等离子体气体流速15L/min，辅助气流速1.2L/min，雾化气流速0.88L/min，射频功率1200W，透镜电压6.8kV，模拟电压－1950V，脉冲电压1100V；

3)利用ICP-MS分别对不同产地刺参体壁进行Pb同位素比值的分析，利用SPSS软件对测定结果进行方差分析，采用SPSS16.0软件对刺参样品Pb稳定同位素比值进行逐步回归分析，分别建立各个产地的Fisher’s判别分类函数(判别模型)，利用判别函数对刺参样品产地进行判别归类。进一步，所述的微波消解与赶酸程序为：(1)温度爬升5min，保持5min，温度120℃，功率1 200W；(2)温度爬升10min，保持20min，温度180℃，功率1 200W；(3)温度爬升10min，保持25min，温度200℃，功率1 200W；赶酸程序为：温度爬升8min，保持10min，温度140℃，功率1 200W。同时做试剂空白试验。每个样品平行测定3次。

本发明还提供利用上述方法建立的刺参产地溯源方法，所述方法用于鉴别刺参是否来源于青岛、辽宁大连或福建霞浦，所述方法具体步骤如下：

1)获得疑似青岛、辽宁大连或福建霞浦产地之一的刺参样品，将采集的刺参样品体壁经真空冷冻干燥后粉碎；

2)检测刺参体壁冻干粉末中Pb稳定同位素²⁰⁴Pb/²⁰⁶Pb，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb的比值，按照判别模型(1)～(3)即可得到Y_山东青岛、Y_辽宁大连、Y_福建霞浦值，Y_山东青岛、Y_辽宁大连、Y_福建霞浦中数值最大者即为刺参样品的产地：

Y_山东青岛＝8358.928²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb+17055.302²⁰⁷Pb/²⁰⁶-16380.431 (1)

Y_辽宁大连＝8025.596²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb+17043.399²⁰⁷Pb/²⁰⁶-15665.752 (2)

Y_福建霞浦＝8302.944²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb+16546.085²⁰⁷Pb/²⁰⁶-15823.071 (3)。

作为优选，步骤1)中，采集的样品在运输过程中以无菌塑料封口袋包装后冷藏保存运回实验室，后立即用超纯水冲洗，解剖去除肠腺及石灰嘴，取其体壁经真空冷冻干燥。

作为优选，步骤2)中的Pb稳定同位素的检测仪器为电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。

本发明与现有技术相比的有益效果：

由于不同地域的食品受产地环境、气候、地形、饲料种类及动植物代谢类型的影响，其组织内同位素的自然丰度存在差异，利用此差异可判断产品的原产地。但通常情况下质量数较小的同位素比较容易发生分馏现象，因此在利用C、N、O、H等元素进行判别分析时可能会受到同位素分馏的影响，且元素的同位素组成受季节和气候的影响很大，而质量数较大的Pb同位素几乎不产生同位素分馏现象，在生物体的次生作用过程中，即使外界环境条件发生变化，其同位素组成在短时间内也不会发生变化。但在刺参产地溯源中，缺乏稳定同位素指纹鉴别技术的研究和应用。因此，本发明分别对山东、辽宁和福建3个产地的刺参进行Pb同位素的测定，结合Pb同位素的比值，对其进行判别分析和交叉验证，确定不同产地刺参溯源识别模型建立方法，为研究建立有效的南北刺参产地溯源技术提供重要依据。

本发明基于稳定同位素指纹的刺参产地溯源方法，仅用质量数较大、不易发生分馏现象的Pb稳定同位素指纹特征建立产地判别模型，检测指标少，检测精度高，重现性好，方法简便，可操作性强，减少了基于主观判断的不确定性，对不同产地来源的刺参整体判别率达到91％以上。

附图说明

图1.辽宁、山东、福建三个产地刺参Pb同位素分布图

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例详细叙述本发明的技术方案，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。

实施例1

1)样品采集

2018年10月-11月采集来自于山东青岛刺参主产区刺参样本26份，辽宁大连刺参主产区刺参样本14份，2019年3月随机采集来自于福建霞浦刺参样本20份，共计刺参样本数为60份。

2)样品的冻干粉碎

采集的刺参样品均为成参，在运输过程中以无菌塑料封口袋包装后冷藏保存运回实验室，后立即用超纯水冲洗，解剖去除肠腺及石灰嘴，取其体壁经真空冷冻干燥后粉碎至粒度为100～200目。

3)Pb稳定同位素比率测定

样品消解：准确称取粉碎样品0.5000g于聚四氟乙烯消解罐中，加入8mL浓HNO₃(65-68％)，密闭后放入微波消解仪中消解，待消解完全后，将消解液赶酸至1mL左右。待消解罐冷却后，将消化液用二级水定容至25mL。微波消解与赶酸程序为：(1)温度爬升5min，保持5min，温度120℃，功率1 200W；(2)温度爬升10min，保持20min，温度180℃，功率1 200W；(3)温度爬升10min，保持25min，温度200℃，功率1 200W；赶酸程序为：温度爬升8min，保持10min，温度140℃，功率1 200W。同时做试剂空白试验。每个样品平行测定3次。

ICP-MS测定：首先利用ICP-MS ELAN调谐溶液对仪器进行优化，优化后的仪器条件为:等离子体气体流速15L/min，辅助气流速1.2L/min，雾化气流速0.88L/min，射频功率1200W，透镜电压6.8kV，模拟电压－1950V，脉冲电压1100V。

利用ICP-MS分别对不同产地刺参体壁进行Pb同位素比值的分析，结果如表1所示：

表1.不同地区刺参Pb同位素比值测定值(平均值±SD).

利用SPSS软件对测定结果进行方差分析，其中辽宁产地刺参中²⁰⁴Pb/²⁰⁶Pb的比值最高为0.0714，显著高于山东和福建2产地的刺参(P<0.001)。山东产地刺参中²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb的比值最高，且显著高于辽宁和福建产地(P<0.001)。

三个产地刺参中Pb同位素的特征分布散点图表示见图1。从图中可见，虽然不同产地刺参中Pb同位素比值有所差异，但特征分布上主要与²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb有关，需要结合LDA等统计分析方法，进行产地判定。

采用SPSS16.0软件对上述刺参样品Pb稳定同位素比值进行逐步回归分析，分别建立3个产地的Fisher’s判别分类函数(判别模型)，具体如下：

Y_山东青岛＝8358.928²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb+17055.302²⁰⁷Pb/²⁰⁶-16380.431

Y_辽宁大连＝8025.596²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb+17043.399²⁰⁷Pb/²⁰⁶-15665.752

Y_福建霞浦＝8302.944²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb+16546.085²⁰⁷Pb/²⁰⁶-15823.071

利用判别函数对刺参样品产地进行判别归类。结果显示，回代检验中，60个样品有5个被错判，整体准确判别率为91.7％。值得说明的是，辽宁大连有2个样品被错判成福建霞浦产区，山东青岛有1个样品落入福建霞浦产区，福建霞浦产区有2个样品被错判成山东青岛产区。由判别结果可见辽宁大连和山东青岛产区之间的判别无误，而这两个产区分别与福建霞浦产区之间有个别判别错误，分析发现福建霞浦产区的刺参其幼苗均来自于辽宁或山东地区，可能是导致个别样品误判的主要原因。

不同产地刺参样品Pb稳定同位素产地判别分析结果如表2所示：

表2.不同产地刺参样品分类结果及观察值正确分类百分比

注：^a已对初始分组案例中的93.3％进行了正确分类；^b已对交叉验证分组案例中的91.7％进行了正确分类。

上述实例证明，不同产地来源的刺参体壁组织中其Pb稳定同位素指纹特征呈现明显的地域性差异，利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定Pb同位素比值，利用数学统计分析方法来判断不同产地来源刺参样品体壁组织中的Pb同位素指纹差异，得出刺参产地稳定同位素指纹特征的判别模型，并利用判别模型来进行原产地域判别，可以准确、公正地鉴别出刺参产地信息。

本发明从生物体本身具有的稳定同位素指纹差异入手，仅利用质子数较大、不容易发生分馏的Pb稳定同位素指纹特征建立产地判别模型，检测指标少，所用仪器简单、检测指标少、检测精度高、重现性好、方法简便、可操作性强，减少了基于商品标签和主观判断的不确定性，对刺参产地来源的整体判别率达到91％以上。

最终，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

2)Pb稳定同位素比率测定

样品消解：准确称取粉碎样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入浓HNO₃(65-68％)，密闭后放入微波消解仪中消解，待消解完全后，将消解液赶酸至0.8-1.2mL；待消解罐冷却后，将消化液用二级水定容至25mL，ICP-MS测定：仪器条件为:等离子体气体流速15L/min，辅助气流速1.2L/min，雾化气流速0.88L/min，射频功率1200W，透镜电压6.8kV，模拟电压－1950V，脉冲电压1100V；

3)利用ICP-MS分别对不同产地刺参体壁进行Pb同位素比值的分析，利用SPSS软件对测定结果进行方差分析，采用SPSS16.0软件对刺参样品Pb稳定同位素比值进行逐步回归分析，分别建立各个产地的Fisher’s判别分类函数(判别模型)，利用判别函数对刺参样品产地进行判别归类。

2.根据权利要求1所述的一种基于铅Pb稳定同位素的刺参产地溯源模型构建方法，其特征在于所述的微波消解与赶酸程序为：(1)温度爬升5min，保持5min，温度120℃，功率1200W；(2)温度爬升10min，保持20min，温度180℃，功率1 200W；(3)温度爬升10min，保持25min，温度200℃，功率1 200W；赶酸程序为：温度爬升8min，保持10min，温度140℃，功率1200W，同时做试剂空白试验，每个样品平行测定3次。

3.利用权利要求1所述方法建立的刺参产地溯源方法，其特征在于所述方法用于鉴别刺参是否来源于青岛、辽宁大连或福建霞浦产地之一，所述方法具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的方法，所述步骤1)中，采集的样品在运输过程中以无菌塑料封口袋包装后冷藏保存运回实验室，后立即用超纯水冲洗，解剖去除肠腺及石灰嘴，取其体壁经真空冷冻干燥。

5.根据权利要求3所述的方法，所述步骤2)中的Pb稳定同位素的检测仪器为电感耦合等离子体质谱仪。