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采用 DART-HRMS 鉴定牛奶以及相关奶制品

采用实时直接电离串联高分辨质谱(DART-HRMS)鉴定牛奶以及相关奶制品

 
实时直接分析(DART)是一种原位电离技术,结合高分辨率质谱(HRMS)鉴定牛奶以及日用奶制品,是一种可靠的评估方法。在特定的条件下,通过DART-HRMS方法分析以下几种案例:区分来自不同动物种类的奶制品(奶牛、山羊、绵羊);可以辨别牛奶来自于常规生产还是来自于有机农场;可以检测奶制品中植物油(奶酪)。为了达到这个目的,建立了采用甲苯萃取牛奶/奶酪的快速分析方法。对三酰甘油(TAG)类化合物的质谱信息进行了主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)。基于线性判别分析(LDA)的模型,能有效的鉴别奶牛、山羊以及绵羊生产的奶。同时,DART-HRMS分析方法可以鉴别掺杂水平为50%(V/V)的混合牛奶。对于识别常规牛奶和来自于有机农场的牛奶的能力较差,采用线性判别分析(LDA)模型时识别率较差。另一方面,添加在奶酪中的植物油(菜籽油、向日葵油、大豆油)的检测是可靠的,尽管添加量只有1%(W/W)。另外,根据添加进去油的氧化程度可以确定奶酪的品质。
DART-HRMS 的组成是:DART-SVP离子源配置自动进样扫描装置,12个Dip管(Ion Sense,MA,USA),Exactive 台式质谱(Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA,USA)。Vapur 接口(Ion Sense,MA,USA)。DART离子源与陶瓷管之间的距离为10mm。DART-HRMS可以采用负离子模式也可以采用正离子模式。优化的参数如下:氦气流量为2.5Lmin-1;气体温度为400℃;点晕针电压为-5000V;栅电极电压±350V。质谱检测参数:毛细管电压±50V; 透镜电压±150V;毛细管温度为250℃。质量采集范围m/z为50~950。液体样品直接采用Dip管进样。进样器移动速度为0.7mms-1,每一个样品分析时间为12s。为了促进离子化,在距离离子源20mm处放置一瓶含有25%的氨水(W/W)溶液。

实验结果
 
1,区分来自不同物种和农场的奶牛
本实验以分析牛奶中的甘油类化合物为例,对所有牛奶样品进行主成分分析(PCA)。根据图1.A可知,牛奶混合物很容易被主成分PC1和PC2区分出来。主成分PC1变异系数为55.77%,该部分变异来自于牛奶生产的年份、物种、地域、季节、动物营养等差异所导致;主成分PC2变异系数为22.68%,变异来自于牛奶中甘油类化合物组成的不同所导致。根据图1.B可知,来自有机农场生产和常规生产的牛奶由于年份的不同而区别较大。
线性判别模型(LDA)分析结果是:由于生产年份的区别,该方法辨别有机农场生产和常规生产的牛奶的概率是74.5~100.0%。
 
图1,主成分分析(PCA)结果,A表示所有牛奶样品的实验结果:○有机农场和常规生产的牛奶,△山羊生产的牛奶,◇绵羊生产的牛奶,■山羊生产的牛奶/绵羊生产的牛奶与奶牛生产的牛奶混合物(50:50,v/v),□山羊生产的牛奶/绵羊生产的牛奶与奶牛生产的牛奶混合物(90:10,v/v)。B只针对奶牛生产的牛奶样品,×有机农场生产的牛奶,○常规生产的牛奶。

2,检测奶酪中的植物油
根据图2可知,在质量范围M/Z为750~950内,由于添加的植物油种类的不同,质谱信息有较明显的差异;并且在添加水平为0~25%时,测试植物甘油类化合物的响应与浓度的相关系数,R2均大于0.99(图3);没有被氧化与被氧化后的油在质量范围910~920之间有较明显的差异,由此可以区分试剂样品的品质。
 
图2,甲苯萃取奶酪样品,在正离子模式下的DART-MS谱图,A:没有添加植物油;B添加了10%(w/w)的菜籽油;C添加了10%葵花籽油;D添加10%的大豆油。
图3, 线性回归方程(植物甘油类化合物),正离子模式扫描甲苯萃取的奶酪样品,A菜籽油;B葵花籽油;C大豆油。
图4,添加水平为10%(w/w)的菜籽油DART-MS谱图,A:新鲜的菜籽油,B:在120℃,氧化6h。

结论
 
1,  DART-HRMS能够快速灵敏检测牛奶以及日用奶制品中的甘油类化合物;
2,  实验采用主成分分析和线性判别分析快速区分牛奶的种类;
3,  实验采用甲苯提取样品,DART可以快速分析奶酪中添加的各种植物油的种类;
4,  结合DART-HRMS方法可以快速鉴定奶酪的品质;