应用铅同位素比值和元素含量分析法识别有机鸡样品真实性

林 涛， 刘兴勇， 邵金良， 李茂萱， 和丽忠， 邹艳虹， 刘宏程,*

(1.云南省农业科学院 质量标准与检测技术研究所， 云南 昆明 650223；2.农业部农产品质量安全风险评估实验室(昆明)， 云南 昆明 650223)

随着畜禽业的迅速发展，有机鸡肉产品不断地受到我国消费者的青睐[1]。但是目前我国国家标准对于有机鸡肉尚没有明确的说明，有机认证管理不完善，使得市场上经常出现以假乱真、乱贴有机标签的现象。目前，较多的研究主要集中于鸡肉溯源、真实性识别等方面的研究，包括了近红外光谱[2-3]和稳定同位素技术[4-5]等。近红外光谱技术的操作简单、分析速度快、无污染，但是灵敏度较低、受样品状态和测定条件的影响较大，且数据处理繁琐、模型建立较麻烦[6]。稳定同位素技术稳定性较好，测定操作简单，目前已广泛的应用于农产品的产地溯源等方面[7-9]，但由于相对原子质量较小的碳、氢、氧、氮等元素易出现同位素分馏现象而引起误判[10]。近年来，铅和锶等质量较大的金属元素因其受环境影响较小、几乎不发生同位素分馏现象而不断地应用于农产品等的溯源研究中[10-11]。

目前利用铅同位素以及常见元素的含量对于鸡肉溯源研究的报道较少，因此，文章对于相同品种的鸡，分别采用有机养殖和常规养殖的方式，通过铅同位素比值和常见元素含量的测定，利用主成分分析，聚类分析等化学计量学的方法，以期建立有机鸡的溯源模型，为有机鸡的鉴别研究提供新方法。

1 材料与方法

1.1 供试鸡的饲养管理与样品的采集

于云南省昭通市昭阳区郊外养殖，饲养的品种为草鸡，取40只(公母各半)，于育雏期后分为2组，即有机养殖组和常规养殖组，每5只鸡均饲养于2.0 m2的室内区域。参照文献[12]的饲料配比根据实际情况稍作改变：有机养殖组的饲料配比为65%有机玉米、25%有机大豆、9%鱼粉和1% NaCl；常规养殖组所喂饲料为65%普通玉米、25%普通大豆、9%鱼粉和1% NaCl。饮用水都采用去离子水，鸡群每天固定在室外活动时间为4 h。

养殖2个月后(由于疾病、环境等因素，有机养殖和常规养殖的鸡最终各选取了10只，共计20只)，采用相同的屠宰方式，将鸡心作为取样部位，低温保藏并尽快运送至实验室，用食品粉碎机充分粉碎混匀后待测。

1.2 仪器与试剂

ELAN 9000型DRC- e电感耦合等离子质谱仪，美国PerkinElmer公司；DKQ- 4型智能控温电加热器，上海屹尧公司。

Pb SRM 981，美国国家标准局；1 000 mg/L TI标准储备液，国家钢铁材料测试中心；P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K、Se等元素标准储备溶液(1 000 μg/mL)，国家标准物质研究中心；浓硝酸、高氯酸(优级纯)，国药集团化学试剂有限公司；实验用水为去离子水(电阻率>18 MΩ·cm)。

1.3 实验方法

1.3.1样品处理

参照文献[13-15]的步骤并加以改进：准确称取经粉碎后的新鲜鸡心脏样品1.000 0 g于50 mL烧杯中，再分别加入浓硝酸10 mL和高氯酸1 mL，静置过夜后于180 ℃下消化至杯中的液体呈无色透明状，待冷却后加入1 mL硝酸使其中的固形物复溶，去离子水定容至25 mL，待测。同时采用相同方法处理试剂空白，每个样品进行3次平行实验。

1.3.2电感耦合等离子体质谱测定

参照文献中的方法[16]，利用20 ng/mL的TI标准溶液对电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS)的相关参数进行优化，优化后的仪器参数分别为：辅助气流量1.2 L/min，等离子体气流量15 L/min，雾化气流量0.68 L/min，模拟电压-1950 V，脉冲电压1 100 V，电感耦合等离子体功率1 200 W，透镜电压6.8 kV。

分别将208Pb、207Pb、206Pb、204Pb、P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K等元素稀释成不同浓度，绘制标准曲线；分别进行测定试剂空白消解液、试样消解液中相关元素的信号强度，并根据标准曲线回归方程自动得出试样中待测元素的质量比，并将元素204Pb与206Pb、207Pb与206Pb、208Pb与206Pb、207Pb与208Pb、207Pb与204Pb两两之间的含量相比得到各同位素的比值。

1.3.3数据统计分析

实验中选取了铅同位素比值(204Pb/206Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb)，以及一些常量元素和微量元素等分析。不同变量之间差异较大，不能直接进行统计分析；因此，首先利用SPSS软件将所得到的数据进行Z得分方法计算，使不同变量的权重相同，均值都为0，方差或标准偏差均为1，再通过SPSS软件进行主成分分析和聚类分析等。

2 结果与分析

2.1 有机鸡和普通鸡样品中铅同位素比值及相关元素含量分析

利用ICP-MS分别对有机和普通鸡样品进行铅同位素以及常见元素的含量测定并进行方差分析，结果如表1。其中铅同位素比值204Pb/206Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素含量具有显著性差异(p<0.05)，而铅同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb的差异不显著，表明204Pb以及P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K对于不同的鸡样品具有显著的影响。

2.2 有机鸡和普通鸡样品的主成分分析

通过对鸡样品中不同铅同位素比值计算及相关元素含量的测定，利用主成分分析，从16个不同变量中共提取出6个主成分，如表2。结果表明，第1至第6主成分的贡献率分别为29.718%、17.677%、15.937%、13.408%、8.590%和7.686%，累积贡献率为93.016%。由主成分得分可知，第1主成分主要包括了同位素比值208Pb/206Pb、204Pb/206Pb和Zn、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素，第2主成分主要包括了同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和Mn、Mg、Cu、Na、K元素，第3主成分主要包括了同位素比值208Pb/206Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、Se元素，第4主成分主要包括了同位素比值208Pb/206Pb、204Pb/206Pb、208Pb/204Pb和P、Mn、Cu、Se元素，第5主成分主要包括了同位素比值207Pb/206Pb、207Pb/208Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和P、Fe、Mg、Ca、Cu、Na、K元素，第6主成分主要包括了同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、204Pb/206Pb、207Pb/208Pb和Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、Se元素，初步表明Zn、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K为有机鸡和普通鸡样品中的特征无机元素。

表1 有机鸡和普通鸡中铅同位素比值和元素含量

同行不同字母表示差异显著(p<0.05)。

表2 铅同位素比值和元素含量主成分分析结果

2.3 有机鸡和普通鸡样品的聚类分析

根据上述所得的主成分标准化得分数据，进行聚类分析结果如图1。结果表明，在聚类距离为25的位置，鸡样品被分为了两大类，根据样品信息的核对，与聚类分析的结果一致，即20个样品被分为了有机养殖和常规养殖两大类。

图1 鸡样品中铅同位素的聚类分析Fig.1 Clustering analysis of lead isotopes in chicken samples

2.4 有机鸡和普通鸡样品的判别分析

根据以上数据，通过SPSS软件对鸡样品进行判别分析，得到的判别模型见式(1)、式(2)：

有机鸡样品判别模型：

y=-41 760.103x1+3 334.734x2+555 770.450x3+

2 210.281x4+0.592x5-163.140x6+43.555x7+

18 794.935x8-4.530x9+4.513x10-3 659.412x11+

1.046x12+0.326x13-2 898.142x14-17 863.707。

(1)

普通鸡样品判别模型：

y=-41 492.497x1+3 327.587x2+554 851.229x3+
2 200.704x4+0.650x5-158.077x6+54.589x7+
18 828.482x8-4.872x9+3.722x10-
3 656.056x11+1.136x12+0.358x13-
2 925.011x14-18 110.712。

(2)

式(1)、式(2)中：x1～x14分别为同位素比值207Pb/206Pb、208Pb/206Pb、204Pb/206Pb、207Pb/204Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K、Se元素含量。

利用该判别模型的初始分组正确率为100.0%，交叉验证正确率为90%，同时通过判别模型，利用SPSS作图(见图2)。利用该判别模型可以较好地将有机鸡和普通鸡样品区分来，且判别正确率较高，效果明显。

图2 有机鸡和常规鸡判别分析分布Fig.2 Discriminant analysis of organic chicken and conventional chicken

3 讨 论

铅在鸡的体内吸收、富集和排泄等代谢行为主要与鸡的日龄、组织及性别有关，在相同的摄入条件下，未成年鸡脑中的富集量高于成年鸡[17]；随着日龄的增加，肾脏、肝脏和脾脏中的铅含量随之升高，到达一定的含量后增加速度变慢甚至保持稳定，饲养50 d后的鸡肝脏中铅含量明显高于肌肉和血液[18]；同时不同的铅形态被吸收的程度不同，有机态及易溶于水的铅容易被鸡吸收利用[19]。根据文献[18-19]的报道，鸡的内脏对于元素的富集作用较强，同时根据本实验室前期对于鸡的各部位中铅含量以及其他元素含量的测定，最终确定其心脏中的铅和元素含量较高。

根据文献[20-21]报道，动物中的元素含量不仅与其产地有关，还与其食用的饲料种类密切相关，因此本研究分别采用有机饲料与常规饲料喂养相同品种的鸡，通过对鸡样品进行同位素及相关元素的含量测定，2种养殖模式下的鸡中铅同位素比值204Pb/206Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素含量具有显著差异，取得了较好的效果，也增加了判别识别率。

4 结 论

利用ICP-MS分别对有机鸡和普通鸡中的铅同位素比值和相关元素含量进行了测定，方差分析结果表明，铅同位素比值204Pb/206Pb和P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca、Cu、Na、K元素含量具有显著性差异(p<0.05)；同时通过主成分分析和聚类分析等，得到相应的判别模型，该模型的初始分组正确率为100.0%，交叉验证正确率为90%，表明利用铅同位素比值结合元素含量分析可以较好地用于有机鸡样品溯源识别。