文摘
本研究着重于牛奶中抗生素残留的检测通过傅里叶变换近红外光谱学。模拟和实际样品被认为是。模拟的考虑兽药牛奶样品中添加以下浓度:enrofloxacin 100μ100 g / L,土霉素μ青霉素g / L, 4μg / L。统计工具用来区分样本的主成分分析(PCA)。我们的结果表明,该实验过程,可以区分不同类型的抗生素溶解在牛奶。此外,该方法能够检测实际样品挤奶后在不同的日子里注入盐酸ceftiofur原则上零宽限期抗菌素。方法被证明是快速和准确的内所允许的最大残留限量欧洲药品机构和农业部牲畜和粮食供应来自巴西。
1。介绍
根据联合国粮食和农业组织,牛奶是世界上最消耗的食物之一。它不仅有其重要的营养水平,经济也起着重要的作用。全球消费的牛奶及其衍生物超过60亿的消费者(1]。
牛奶中含有蛋白质、碳水化合物、脂类、矿物质、维生素和完成重要的生化和营养功能,尤其是对儿童和老年人。牛牛奶含有约87.1%的水、4.0%的脂肪,3.3%的蛋白质,4.6%的乳糖和0.7%的灰烬。牛奶中酪蛋白的基本蛋白质含量78.3%,乳清蛋白19%,和其他人总计2.7% (2,3]。关于碳水化合物,乳糖是主要的一个。由两个单糖葡萄糖和半乳糖,他们携带营养重要功能,如提供16.8 kJ / g的能源(人4,5]。牛奶和奶制品是钙的良好来源,由于其较高的生物利用度。后者可以被理解为摄取营养和食品的一部分被吸收和使用在生理和正常的代谢功能和存储6,7]。虽然牛奶食品的潜力是毫无疑问的,限制其摄入量存在于人们对乳糖过敏和酪蛋白。
掺假牛奶的高度报道在发展中国家,如巴基斯坦、巴西、印度和中国(8]。主要目的是增加容量的水(9]。然而,还有其他的问题,如污染的牛奶的兽药残留可能出现当奶牛挤奶的宽限期。最常见的药物是抗生素和抗炎药。被广泛应用于治疗奶牛疾病,如乳腺炎、腹泻、肺部疾病,预防和控制,或提高动物的生产和发展10- - - - - -13]。范Boeckel等人进行的一项研究表明,2000年至2010年,抗生素的消费由世界人口已经增长了36%,耐药细菌的出现有关。从这个总,主要是由于76%的国家组成的金砖四国(巴西、俄罗斯、印度、中国和南非)。分数的增加是由于摄入抗生素污染的动物或其食品衍生品(14]。
药物的过度使用导致奶牛种群可检测牛奶中的痕迹。当他们的浓度超过最大残留限度(推广),他们可以导致健康损害消费者从对细菌耐药性的过敏反应(13被污染的牛奶是有害健康,应该丢弃11,15,16]。2014年,Van Boeckel等人相关抗生素的过度使用动物在人类超级细菌的出现。为了监控牛奶内容,监管机构使用各种分析方法检测牛奶中抗生素残留,如高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱与质谱法(CG-MS)和抗菌检测工具。然而,有缺点的使用如样品制备、合格的人力资源,复杂的程序,耗时、成本高。此外,通常测试的抗生素是特定于一个类抗菌剂。
寻找高灵敏度技术,使检测牛奶中抗生素的残留进行了几十年。1996年,Verdon和Couedor用反相高效液相色谱法测定氨苄青霉素残留检测3μ10 g / L和量化μg / L的药物(17]。2002年,Sivakesava和Irudayaraj进行的一项研究显示测量四环素的可行性μg / L的水平与傅里叶变换近红外(FT-NIR)傅里叶变换光谱和中红外光谱(FT-MIR)。然而,他们报道高预测错误和建议的方法被证实与自然污染样品和其他药物残留18]。2003年,Jankovska和Sustova FT-NIR用来分析牛牛奶。然而,这项技术被用来描述牛奶的理化特征。此外,偏最小二乘(PLS)回归是用来开发校准组件模型研究了牛奶。通过这些结果,他们认为,近红外光谱法是适用于牛奶成分的快速分析19]。2010年,巴兰等人研究了牛奶中脂肪浓度样品通过非侵入性技术,红外光谱和FT-NIR吸收。他们得出的结论是,2308海里的波长可以用来确定牛奶的脂肪浓度没有其他组件的影响(20.]。2014年,张等。21检查了UHT和巴氏杀菌牛奶来验证四环素残留的存在,磺胺类药、磺胺甲嘧啶和喹诺酮。牛奶样本收集中国在高度密集的城市和酶联免疫吸附试验(ELISA)进行了分析。没有残留兽药已超过推广建立了中国,欧盟,CAC(食品法典委员会)。然而,因为牛奶中残留大量的礼物,他们建议控制机制应该严格应用为了保持这些残留在安全水平。2015年,Moharana et al。22]分析了兽药enrofloxacin牛奶样品中获得印度的两个城市。根据作者,enrofloxacin在兽医实践是最粗暴地使用药物。分析样品,他们用反相高效液相色谱法。100年的检测极限μg / L,他们已经证实,8%的样本值高于推广。从上述简短的历史回顾,很明显,有必要进行更深入的研究探索检测极限,拥抱更大的类的抗生素,并分析实际样品。
这项工作处理傅里叶变换近红外(FT-NIR)光谱学与主成分分析(PCA)检测的痕迹兽医抗菌素(enrofloxacin、土霉素、青霉素和盐酸ceftiofur)波纹管的推广欧洲立法机构允许的药用产品(EMEA)由农业部采用巴西牲畜和粮食供应(MAPA) [23]。检测牛奶中的盐酸ceftiofur进行连续两天之后药物已用于动物。
2。材料和方法
过程和产品的分析实验室(垂直距离)和材料光谱实验室(LEM),位于联邦大学的物理系Juiz de论坛,巴西。
2.1。牛奶样品
一些样品用于这项工作是从nonmedicated原料奶的奶牛。他们收集在一个农场位于城市里约热内卢Pomba, MG,巴西,在实验室附近。挤奶后,立即生牛奶样本存储和一直在冷藏5°C,直到大约一个小时后进行分析。样本提交chemical-physical分析来验证其符合既定的标准(24),也就是说,冰点法、密度、pH值、酸度(Dornic和Alizarol测试),脂肪、蛋白质、乳糖、固体(25- - - - - -27]。每个测量进行了一式三份。结果如表所示1。
2.2。污染模拟
最初,两个部分分离,一个作为控制样品和其他自控兽药。使用的药物是抗菌素:enrofloxacin上边®内射的10%,10 g的enrofloxacin加100毫升的车辆在其组成、土霉素/ LA Zoetis辉瑞®单射20克的氧四环素+ 100 g的车辆组成、钢筋pentabiotic辉瑞和青霉素。
仿真是根据每个药物的有效成分,而不是它的体积。更明确,与PCA分析,污染牛奶的歧视μg / L是通过主动原则,立法规定的推广,而不是通过药物(辅料+主动原则)。为此,每个兽药最初在蒸馏水稀释,最后,这部分稀释了的真正的牛奶,以达到牛奶中的有效成分的浓度。值相当于推广所允许EMEA和MAPA抗菌剂及其代谢物如下:100μenrofloxacin g / L, 100μ土霉素的g / L, 4μ对青霉素g / L (22,28,29日]。这种方法应用之前抗炎双氯芬酸钠(30.]。
2.3。真正的受污染的样品
首先,牛奶免费从毒品收集一头牛作为控制。的CeF-50 Ceftiofur agn联盟内射的药物,50克的盐酸Ceftiofur + 1毫升的车辆在其成分,当时管理牛。这药没有宽限期。牛奶然后收集连续两天。所有的样品都立即存储和一直在冷藏5°C,直到大约一个小时后进行分析。
2.4。分析使用FT-NIR方法
分析的样品进行了多用途FT-NIR分析器从反射的力量操作模式的13.500 - 3.700厘米−1波数Te-InGaAs探测器和4厘米−1的决议。OPUS®软件5.5版本是用于数据采集。样品被放置在硼硅酸盐和8毫米厚度比色皿。每个分析进行了一式三份和32扫描模拟和控制样品。
2.5。统计分析
反射光谱及其一阶导数是和分析软件OriginPro®8 SR2 v.8.0891 (B891)。的特征值计算软件5.3版本生物抑制剂。主成分分析与软件进行辨音器X®10.3版。
3所示。结果
表1显示的平均结果牛奶样品的质量参数和巴西建立的参考价值规范的指令从62 MAPA和粮农组织/ TCP /肯/ 661124]。结果在接受的范围内立法。
图1展示了反射光谱(上)及其一阶导数(底部)真正的牛奶和纯抗菌素。从图中,可以看到光谱非常不同于对方最重要的是,在第一个衍生品。
图2展示了反射光谱(上)及其一阶导数(底部)真正的和被污染的牛奶样品中推广。相反的人物1,现在光谱资料之间的差异并不明显由于非常低浓度的抗生素。因此,我们必须依靠一个统计模型。这将通过PCA歧视的手段控制和破坏牛奶样品。
一组数据的主成分(维度)获得通过分析在于发现协方差矩阵的特征值(31日]。每个特征向量都有一个对应的特征值。特征向量特征值较高的主成分,并下令从高到较小的装饰意义组件学位(32]。表2显示了解释和主成分的累积方差真正的和被污染的牛奶样品中推广。
图3显示了分数情节与牛奶样品的聚类:控制(GEN1, GEN2 GEN3),含有100μenrofloxacin g / L (EN100.1、EN100.2 EN100.3),含有100μ土霉素的g / L (TE100.1、TE100.2 TE100.3),和污染的4μ青霉素g / L (PE4.1、PE4.2 PE4.3)。
从图3,很明显集群的形成造成高组样本间的相似度。四组存在,一个在每个象限。组1(广场)是指真正的牛奶(控制样本)和位于第一象限。组2位于第二象限(圈)。这个集群代表一群受污染的牛奶样品4μ青霉素g / L。第三象限含有元素的3组与100年与受污染的牛奶样品μenrofloxacin g / L(三角形),而第四象限是被组4 100(菱形)包含受污染的牛奶样品μ土霉素的g / L。组的元素之一,远没有一个除了彼此抛弃异常值的存在。PCA准确识别样本组尽管抗菌素的浓度很低。从PC1,可以观察到青霉素和enrofloxacin有相同的分数在对位土霉素和真正的牛奶。这一趋势可能会吸收光谱(图中所示2)。因此,PC1代表牛奶抗生素污染的程度。注意,该集团的数据包含真正的牛奶是接近的中心轴。污染集群有不同距离和不同位置的中心。这是药物的浓度相关的事实是不同的。例如,与100年样本μg / L的药物(组3和4)也有类似的职位。从上面的推理,我们推断PC2有关牛奶相似。
样品分析直到现在都是原料奶。关于纯抗菌数据可以验证PCA也能够区分它们。图4处理这样的事实。它显示了PCA反射光谱平均值的真正的牛奶,纯enrofloxacin,纯粹的土霉素,和纯粹的青霉素,milk-enrofloxacin在100年μ100年g / L, milk-terramycinμ在4 g / L, milk-penicillinμ分别g / L。可以看出,像牛奶样本(创,EN100、TE100 PE4)位于非常接近与PC1这表明它们之间的相似程度(集群形成)。出于这个原因,enrofloxacin抗菌素(ENR)的样本,青霉素抗菌(笔),和土霉素抗菌素(TER)到目前为止除了组。纯青霉素样品脱离其他集群,因为它是唯一的固体矩阵(粉),其余的是液体。
表3给出了解释,并为每个主成分的累积方差的平均价值纯enrofloxacin,纯粹的土霉素,纯粹的青霉素,真正的牛奶,milk-enrofloxacin和milk-terramycin在100年μ在4 g / L, milk-penicillinμg / L。
图5显示了方法应用于一个实际情况。它显示了数据的控制牛奶,没有药物,被污染的牛奶在连续两天的管理药品盐酸ceftiofur一头奶牛。表4相应的解释和累积方差数据的图吗5。
观察集群形成的真正的牛奶(GEN1,创2,GEN3)和一天和两天的药物服用牛奶(1天,2天)。事实证明,创和沿着同一PC1 2天组,显示团体之间的相似性。这是由于抗生素的代谢在挤奶的奶牛药品管理局的两天之后。强化这种假设明显相比,一天挤奶样本与真正的牛奶。PC2与时间挤奶的光谱测量后进行挤奶的最后一天(2天)。
4所示。结论
本文的识别处理抗菌素enrofloxacin,土霉素,青霉素,ceftiofur牛奶样品中推广允许监管机构。开发的方法是基于傅里叶变换近红外(FT-NIR)光谱学的组合共同与主成分分析(PCA)。实验过程能够快速、准确地检测抗生素的痕迹。方法应用也一头奶牛的牛奶中检测盐酸ceftiofur药物管理。除了跟踪检测,我们也能在动物的代谢过程。我们的研究结果清楚地证明方法的潜力发展的便携式原型。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者感谢巴西资助机构斗篷(PNPD 2871/2011), CNPq(309100/2016-0)和FAPEMIG (MPR 00004 - 13和MPR 01068/16)对金融资金。巴西莱安德罗da康西卡奥要感谢化学部门农村里约热内卢联邦大学,巴西、辨音器访问软件。