CN113720896A - 七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，包括以下步骤，a、获取七种虾，每种虾分成若干份；b、得到七种、每种若干份的虾肌肉，纯净水洗净；c、每份虾肌肉分别均质，得到七种、若干个虾滑样本；d、REIMS分析：形成七组、每组若干个REIMS光谱，并经MassLynx软件采集；e、数据分析与统计：计算每组REIMS光谱中的各个质谱数据变量的平均值和标准偏差；在无监督主成分分析和监督正交偏最小二乘判别分析的基础上，确定出七种虾之间的差异变量离子，f、根据差异变量离子建立比对模型，鉴别出虾产品的原料虾种类。本发明具有能对市场上最常见的七种虾类进行实时鉴定的优点，并且重复性好、可靠性好。

Description

七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法

技术领域

本发明属于虾类鉴定领域，尤其涉及一种七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法。

背景技术

海鲜是一种日常食品，是优质蛋白质和其他功能成分的重要来源。虾属于节肢动物门，甲壳纲亚门，十足目，因其美味和高营养价值而成为受欢迎的海鲜之一。虾的热量和饱和脂肪含量低，蛋白质、n-3多不饱和脂肪酸(PUFA)、B族维生素、铁和磷脂含量高。世界各地有各种来源和营养价值不同的虾，它们以生虾、冷冻或加工虾产品销售。泰国斑节对虾(Penaeus monodon，TBT)、哈氏仿对虾(Parapenaeopsis hardwickii，PSH)、太平洋白虾(Litopenaeus Vannamei,LSV)、刀额新对虾(Metapenaeusensis，MNS)、中国对虾(PSC)、日本对虾(PSJ)和红虾(Solenocera crassicornis，SAC)是市场中最常见的七种虾品种。

由于对优质海产品的需求不断增加以及市场和贸易的全球化，复杂形式的水产品欺诈行为广泛发生。通常情况下，大多数虾的种类可以通过完整的身体外观来识别。然而，在去除硬壳和头部后，消费者在视觉上难以区分品种，当虾被加工成虾滑时，这种困难变得更具挑战性。虾产品欺诈通常是通过用更便宜的替代高价值物种，以及为了经济利益而故意贴错地理来源标签来实施的。因此，迫切需要一种快速、准确、可靠的虾品种鉴定分析方法，减少虾产品欺诈行为的产生。

鉴别海产品种类的常用方法是检测基于DNA的生物标志物，例如多重实时定量聚合酶链反应(PCR)、聚合酶链反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)等。然而，对于基因型方法，当DNA污染或分析物复杂时，鉴别精度会不稳定。最近，脂质组学方法已被证明是监测掺假和识别不同物种的有效工具，这是由于每个生物物种的脂质特征，与基因型方法相比，更便宜、更准确。脂质组学的程序是通过应用现代分析方法检测脂质来进行的。比如可以根据脂质含量的不同，建立了超高效液相色谱-三重飞行时间串联质谱(UPLC-Triple TOF-MS/MS)来区分多种虾类，比如可以通过亲水相互作用色谱/质谱(HILIC/MS)检测到的虹鳟鱼和两种鲑鱼的脂质组学指纹具有差异性。此外，多种技术已成功用于分析脂质标志物，例如气相色谱/质谱(GC/MS)、核磁共振(NMR)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF/MS)等。然而，对于上述脂质组学方法，样品制备、分析程序和统计步骤始终是劳动密集型和耗时的。

原位快速蒸发电离质谱(REIMS)是新开发的环境电离质谱技术，可以实现基于实时脂质组学特征的生物组织鉴别，无需样品预处理和色谱分离。通过电刀“iKnife”将细胞生物质置于射频交流电中，从而导致局部焦耳加热和细胞破裂以及带电和中性粒子的解吸，从而获得质谱信号。整个REIMS分析通常只需要几秒钟。目前，REIMS方法以其出色的检测性能在食品科学技术领域得到了成功的应用，例如，用于区分以不同模式培养的中华鳖，用于区分食品级肉产品，但目前上还不能通过REIMS对虾类实现实时鉴定。

因此，需要一种能对市场上最常见的七种虾类进行实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法。本发明具有能对市场上最常见的七种虾类进行实时鉴定的优点，并且重复性好、可靠性好。

本发明的技术方案：七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，包括以下步骤，

a、获取七种虾，七种虾包括泰国斑节对虾、哈氏仿对虾、太平洋白虾、刀额新对虾、中国对虾、日本对虾和红虾，每种虾分成若干份；

b、每份虾均去除硬壳、头部和肠腺，得到七种、每种若干份的虾肌肉，纯净水洗净；

c、每份虾肌肉分别均质，得到七种、若干个虾滑样本；

d、REIMS分析：用REIMS系统对每份虾滑样本中的脂质组学特征进行检测，形成七组、每组若干个REIMS光谱，并经MassLynx软件采集；所述REIMS系统包括iKnife设备与四极杆中的商业REIMS接口耦合组成飞行时间质谱仪；

e、数据分析与统计：使用Microsoft excel软件计算每组REIMS光谱中的各个质谱数据变量的平均值和标准偏差，并采用PCA分析确定出导致七种虾脂质差异的主成分；使用SIMCA-P，在无监督主成分分析和监督正交偏最小二乘判别分析的基础上，针对主成分对每组REIMS光谱进行多变量分析，确定出七种虾之间的差异变量离子；

f、根据差异变量离子建立比对模型，利用LiveID软件对虾产品的质谱数据实时比对，鉴别出虾产品的原料虾种类。

前述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法中，所述步骤d中，虾滑样本中的脂质组学特征进行检测，是用iKnife设备切割对应的虾滑样本以产生对应的含有气态化合物的气溶胶，切割速度0.8-1.2cm/s，切割长度1.5-2.5cm；气溶胶通过PTFE管传输到质谱仪中，形成REIMS光谱；所述气溶胶由氮气气源的文丘里泵驱动，PTFE管安装在质谱仪的接口上。

前述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法中，所述步骤d中，将亮氨酸脑啡肽溶解于2-丙醇中，浓度调整至1.5-2.5ng/μL，得信号增强液，进行检测时，将信号增强液引入REIMS接口(1/16”od,0.002”id)，流速100μL/min。

前述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法中，所述步骤c中，每个虾滑样本8-12g；所述步骤d中，所述REIMS光谱是在质荷比m/z 100-1000范围内以1scan/s的速率获得的，所述iKnife设备的切割功率35-45w。

前述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法中，所述步骤e中，通过峰面积归一化方法计算各个虾样品中的各个离子相对含量，得到质谱数据。

与现有技术相比，本发明利用iKnife-REIMS技术获取市场上最常见的七种虾、每种虾多个样本的光谱，采用PCA分析确定出导致七种虾脂质差异的主成分，通过多变量分析确定出主成分中的差异变量离子，利用差异变量离子建立比对模型，对虾产品的质谱数据实时比对，鉴别出虾产品的原料虾种类，对虾产品质谱时无需制作样品，用现有的REIMS技术即可。经验证，本发明的日内精密度RSD小于7.17％，日间精密度RSD在5.93-8.39％范围内，重复性好；本发明的整体实时识别正确率达96.19％，鉴定结果的可靠性高。因此，本发明具有能对市场上最常见的七种虾类进行实时鉴定的优点，并且重复性好、可靠性好。

附图说明

图1是MNS虾的某个虾滑样本的REIMS光谱。

图2是七种虾中各取任意一个虾滑样本所得的脂肪酸离子REIMS光谱对比图。

图3是七种虾中各取任意一个虾滑样本所得的磷脂离子REIMS光谱对比图。

图4是本发明的鉴定多个虾产品样本的整体识别结果图。

图5是七种虾各自的磷酸和脂肪酸的得分图。

图6是iknife切割平台的正视图。

图7是夹头的左视图。

图8是刮刀的正视图。

图9是台板的左视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，包括以下步骤，

a、获取七种虾，七种虾包括泰国斑节对虾、哈氏仿对虾、太平洋白虾、刀额新对虾、中国对虾、日本对虾和红虾，每种虾分成若干份。

b、每份虾均去除硬壳、头部和肠腺，得到七种、每种若18份的虾肌肉，纯净水洗净。

c、每份虾肌肉分别均质，得到七种、每种18个虾滑样本，每个虾滑样本8-12g，最优10g。

d、REIMS分析：用REIMS系统(沃特世有限公司，北京，中国)对每份虾滑样本中的脂质组学特征进行检测，形成七组、每组若干个REIMS光谱，并经MassLynx软件采集；所述REIMS系统包括iKnife设备(WSD151，Weller，德国)与四极杆中的商业REIMS接口耦合组成飞行时间质谱仪(QTOF-MS,Xevo G2-XS)；所述REIMS光谱是在质荷比m/z 100-1000范围内以1scan/s的速率获得的，所述iKnife设备的切割功率35-45w；虾滑样本中的脂质组学特征进行检测，是用iKnife设备切割对应的虾滑样本以产生对应的含有气态化合物的气溶胶，切割速度0.8-1.2cm/s，最优1cm/s，切割长度1.5-2.5cm，最优2cm、切割深度1.2mm；气溶胶通过PTFE管(通径2.53mm)传输到质谱仪中，形成REIMS光谱；所述气溶胶由2bar氮气气源的文丘里泵驱动，PTFE管安装在质谱仪的接口上；为减去光谱背景，提高信号强度，将亮氨酸脑啡肽溶解于2-丙醇中，浓度调整至1.5-2.5ng/μL，最优2ng/μL，得信号增强液，进行检测时，将信号增强液引入REIMS接口(1/16”od,0.002”id)，流速100μL/min。在检测时如果没有加入信号增强液，将导致本发明鉴定的可靠性降低10％以上。

iKnife设备的切割虾滑样本时，质谱被实时记录，并获得大量的重复光谱，如图1所示的MNS虾的某个虾滑样本的REIMS光谱，在m/z 200–400和m/z 600–900范围内可以观察到两个主要的分子离子峰簇，这些峰被鉴定为两种类型的离子，即脂肪酸离子(m/z 200–400)和磷脂离子(m/z 600–900)。如图2和图3所示，其余样本的REIMS光谱，也是在m/z 200–400和m/z 600–900范围内可以观察到两个主要的离子峰簇。由内标亮氨酸脑啡肽生成的m/z554.2615离子峰用于锁定质量校正。

在对应七种虾，各取一个虾滑样本的REIMS光谱，对离子的峰面积进行积分，通过峰面积归一化方法计算两个主要的分子离子峰簇内的离子相对含量，得到如表1和表2结果，表1显示七种虾的脂肪酸离子组成存在显着差异，共鉴定出19种脂肪酸和含氧脂肪酸，质量误差≤5.05ppm，包括饱和、单不饱和和多不饱和脂肪酸离子。表2显示七种虾中的多种磷脂分子，7种虾滑样品中的共检测到45种磷脂分子，也存在差异，鉴定质量误差≤9.30ppm。

表1

表2

e、数据分析与统计：使用Microsoft excel软件计算每组REIMS光谱中各个质谱数据变量的平均值和标准偏差，进行PCA分析，大量相互关联的变量的方差被转化为一小组不相关的主成分，PCA的前两个主成分(脂肪酸和磷脂)被提取出来得分并如图5所示，数据点很好地分成了七个特征簇，这意味着样本在空间上分布良好，证明七种虾类脂质成分变化的两个主成分即为脂肪酸和磷脂，即表1和表2中的这些脂肪酸离子和磷脂离子。

使用SIMCA-P，在无监督主成分分析和监督正交偏最小二乘判别分析(即OPLS-DA分析)的基础上，对每组REIMS光谱中的脂肪酸离子和磷脂离子进行多变量分析。统计出的脂肪酸离子数据和磷脂离子数据即为表1和表2中的这些离子数据，但囊括所有虾滑样本。分析结果是，七种虾之间的差异变量离子共有16种，脂肪酸离子7种、磷脂离子9种，这16种差异变量离子中，最重要的是离子为m/z255.2、m/z 279.2、m/z 301.2、m/z 327.2、m/z699.5、m/z 742.5。

f、根据m/z 255.2、m/z 279.2、m/z 301.2、m/z 327.2、m/z 699.5、m/z 742.5这六个差异变量离子建立比对模型，利用LiveID软件对虾产品的质谱数据实时比对，鉴别出虾产品的原料虾种类。对虾产品实施质谱鉴定时采用原位快速蒸发电离质谱技术，无需制作样品，即可比对得知虾产品的原料虾种类。

本对发明的方法进行重复性验证：根据以相对标准偏差(RSD)表示的日间和日内精密度，对iKnife-REIMS对本发明的再现性和准确性进行了评估，评估结果在表3中。LSV样品被用作代表，脂肪酸离子(m/z 255.2、279.2、301.2和327.2)和磷脂离子(m/z 699.5

和742.5)的峰被选为差异变量离子。日内精密度通过同批虾样品重复电离的误差计算，而日间精密度通过连续三天的样品分析计算。如表3所示，目标离子的日内精密度RSD小于7.17％，日间精密度RSD在5.93-8.39％范围内，表明本发明具有良好的重复性。

表3

本对发明的方法进行可靠性验证：按照上述方法分别检测七种虾产品，每种15个样本，如图4所示，整体实时识别正确率达96.19％，所有样本中只有三个盲样本是错误识别，所有TBT、LSV、MNS和SAC样本都被正确分类(100％)。对于PSH、PSC和PSJ，有93.33％的样本被正确识别，因为其中三个样本(每个物种一个样本)被错误识别，分别被错误识别为PSJ、TBT、PSH。说明本发明的用于鉴别虾产品的可靠性高。

目前，进行iKnife在切割时，人员手持iKnife上笔形的刀杆进行切割，切割长度、深度和速度难以把控，由于被切割物的顶面经常凹凸不平，更是容易导致切割深度难以均匀，进行重复性试验或对比性试验时，因每次切割的切割长度、深度和速度难以保持相同，增加了变量因素，容易导致实验不准确甚至产生完全不同的实验结果，为此，本发明还提供一种iknife切割平台，用于iKnife在切割使用。

iknife切割平台，如图6-图9所示，包括底板1，底板1的底部设有支撑脚2，底板1的上方设有直梁3，直梁3的两端均设有与底板1连接的立柱4，直梁3的一侧设有滑轨5，滑轨5上设有滑块6，滑块6上设有气缸7，气缸7的输出端设有转接块8，转接块8的一侧设有刮刀9，刮刀9上设有竖向的长孔38，长孔38内设有转接块8连接的销轴39，销轴的端部设有用于刮刀9限位的导板40，刮刀9的下端折弯而倾斜，转接块8上设有用于固定刀杆的夹头10，夹头10为管状，夹头10的侧壁上设有压紧螺钉11；直梁3上设有第一电机12，所述第一电机12是带有驱动器的步进电机，第一电机12的输出端设有螺杆13，螺杆13上设有的螺母14，螺母14通过支架15连接滑块6；

底板1上设有用于摆放待切割样品的台板16，台板16上设有挡板17，挡板17的一侧依次设有动板18和定板19，挡板17和动板18等高，挡板17的顶面与刮刀9的下端等高，动板18的一侧设有导向轴20，导向轴20的一端穿过定板19，动板18和定板19之间设有套在导向轴20上的弹簧21，挡板17与动板18之间设有限位块22；

台板16的一侧设有依次设有顶部开口的第一转筒23和顶部开口的第二转筒24，第一转筒23和第二转筒24均向下延伸穿过底板1，第一转筒23和第二转筒24均通过轴承25与底板1转动连接；第一转筒23上设有第一齿轮26，第二转筒24上设有与第一齿轮26连接的第二齿轮27，第一齿轮26的直径是第二齿轮27的1/2，第二转筒24的底部设有转轴28，转轴28上设有被动轮29，被动轮29通过皮带30连接主动轮31，底板1上设有输出端与主动轮31连接的第二电机32；第一转筒23内设有直径0.3-0.5mm的磨粒34，第二转筒24内设有酒精35，酒精35的液面上设有海绵板36，海绵板36的上下侧均设有与第二转筒24固定的限位环37。

还包括PLC的控制器33，第一电机12和第二电机32均与控制器33连接，气缸7通过电磁阀连接高压气源，电磁阀连接控制器33；第一转筒23和第二转筒24的上方均设有回归反射型的光电传感器34，光电传感器34固定在直梁3的底部，光电传感器连接控制器33。

iknife切割平台的工作原理：推动动板18，使动板18远离挡板17，将被切割物品放到动板18和挡板17之间，松开动板18，动板18在弹簧21作用下回移动，直至与限位块22接触，被切割物品被挤压而高度变高、长度变长，高度变高的被切割物应高于挡板17的高度。根据所需的iknife切割长度，用预备的刀片相应的将被切割物品切断，并移出被切部分。根据所需的iknife切割深度，松开压紧螺钉11，调节刀杆高度。利用控制器33设定iknife的切割速度。

启动控制器33，控制器33向第二电机32输出第一信号，第二电机32启动，第二电机带动主动轮31旋转，主动轮31通过皮带30带动被动轮29旋转，被动轮29通过转轴28带动第二转筒24旋转，第二转筒24带动第二齿轮27旋转，第二齿轮27通过第一齿轮26带动第一转筒23旋转。

控制器33向第一电机12输出第二信号，第二电机12驱动螺杆13旋转，螺母14水平移动，螺母14通过支架15驱动滑块6移动，刮刀9和刀杆同步移动，刮刀9先经过被切割物，刮平被切割物的上端，然后刀杆下端的切割端头匀速经过被切割物。当气缸7经过第一转筒34上方的光电传感器34时，该光电传感器34产生第三信号发送到控制器33，控制器33依次向第一电机12发出第四信号、向电磁阀发出第五信号、向电磁阀发出第六信号、向第一电机12发出第七信号。第一电机12收到第四信号后关闭；电磁阀接收到第五信号后打开，使气缸伸出，导杆的切割端头伸入到第一转筒34中，被磨粒34初步擦去表面残留物质；电磁阀接收到第六信号后关闭，气缸收缩；第一电机12接收到第七信号启动，气缸7继续水平移动。

当气缸7移动到第二转筒24上方的光电传感器34时，该光电传感器34产生第八信号，送到控制器33，控制器33依次向第一电机12发出第四信号、向电磁阀发出第五信号、向电磁阀发出第六信号、向第一电机12发出第九信号，第一电机12收到第四信号后关闭；电磁阀接收到第五信号后打开，使气缸伸出，刀杆的切割端头伸入到第一转筒34中，被海绵板36继续擦洗，确保刀杆的切割端头干净；电磁阀接收到第六信号后关闭，气缸收缩；第一电机12接收第九信号反转，带动螺母14回到原位。

iknife切割平台的有益效果是，在进行重复性以及对比性实验时，可以确保每次切割的切割长度、深度和速度相同，并可自动对每次切割完毕的切割端头进行自动清洁，进一步的减少不确定因素，提高实验的准确性，并且结构较为简单、故障率低、使用方便。对切割端头进行清洁时，用旋转的磨粒34保证切割端头上的烧结物被去除，并用浸润酒精的海绵板进一步的取出其上的灰尘，保证清洁程度高。在酒精上设置海绵板，而不用酒精直接清洗切割端头，是因为酒精在旋转下容易溢出，海绵板起到了挡板的作用，并减少酒精挥发，减低成本、减少酒精的补充添加步骤。当切割端头下降进入到第一转筒23或第二转筒24内时，刮刀9被对应转筒阻挡而不能进入，此时，销轴39在长孔38内继续下移，刮刀9不与对应的转筒发生碰撞，仅仅是贴合而已。

Claims (5)

1.七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，其特征在于：包括以下步骤，

a、获取七种虾，七种虾包括泰国斑节对虾、哈氏仿对虾、太平洋白虾、刀额新对虾、中国对虾、日本对虾和红虾，每种虾分成若干份；

b、每份虾均去除硬壳、头部和肠腺，得到七种、每种若干份的虾肌肉，纯净水洗净；

c、每份虾肌肉分别均质，得到七种、若干个虾滑样本；

d、REIMS分析：用REIMS系统对每份虾滑样本中的脂质组学特征进行检测，形成七组、每组若干个REIMS光谱，并经MassLynx软件采集；所述REIMS系统包括iKnife设备与四极杆中的商业REIMS接口耦合组成飞行时间质谱仪；

e、数据分析与统计：使用Microsoft excel软件计算每组REIMS光谱中的各个质谱数据变量的平均值和标准偏差，并采用PCA分析确定出导致七种虾脂质差异的主成分；使用SIMCA-P，在无监督主成分分析和监督正交偏最小二乘判别分析的基础上，针对主成分对每组REIMS光谱进行多变量分析，确定出七种虾之间的差异变量离子；

f、根据差异变量离子建立比对模型，利用LiveID软件对虾产品的质谱数据实时比对，鉴别出虾产品的原料虾种类。

2.根据权利要求1所述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，其特征在于：所述步骤d中，虾滑样本中的脂质组学特征进行检测，是用iKnife设备切割对应的虾滑样本以产生对应的含有气态化合物的气溶胶，切割速度0.8-1.2cm/s，切割长度1.5-2.5cm；气溶胶通过PTFE管传输到质谱仪中，形成REIMS光谱；所述气溶胶由氮气气源的文丘里泵驱动，PTFE管安装在质谱仪的接口上。

3.根据权利要求2所述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，其特征在于：所述步骤d中，将亮氨酸脑啡肽溶解于2-丙醇中，浓度调整至1.5-2.5ng/μL，得信号增强液，进行检测时，将信号增强液引入REIMS接口(1/16”od,0.002”id)，流速100μL/min。

4.根据权利要求2所述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，其特征在于：所述步骤c中，每个虾滑样本8-12g；所述步骤d中，所述REIMS光谱是在质荷比m/z 100-1000范围内以1scan/s的速率获得的，所述iKnife设备的切割功率35-45w。

5.根据权利要求1所述的七种虾类实时鉴定的原位快速蒸发电离质谱法，其特征在于：所述步骤e中，通过峰面积归一化方法计算各个虾样品中的各个离子相对含量，得到质谱数据。

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