三角帆蚌外套膜有核珍珠與Akoya珍珠理化特征比較鑒定

高金平，李家樂，白志毅*

1.上海海洋大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點實驗室，上海 201306

2.上海海洋大學上海市水產(chǎn)動物良種創(chuàng)制與綠色養(yǎng)殖協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306

3.無錫金珍珠科技有限公司，無錫 214000

前言

三角帆蚌（Hyriopsis cumingii）外套膜有核珍珠是新興的珍珠培育技術(shù)，與傳統(tǒng)的無核珍珠養(yǎng)殖相比，具有育珠周期短和珍珠品質(zhì)高（如圓度好、光澤強）等優(yōu)勢[1-2]。由于其外觀酷似日本產(chǎn)海水馬氏珠母貝（Pinctadasp.）內(nèi)臟團有核珍珠―Akoya珍珠[3]，在市場上又被廣泛稱為“淡水Akoya”[2,4]，深受消費者青睞。然而，如何有效鑒別“淡水Akoya”和Akoya 珍珠成為目前檢測的難題[5]。鑒于此，陳彩云飛和李立平[5]探究了“淡水Akoya”和Akoya 珍珠的光致發(fā)光光譜特征；Gao 等[2]分析了“淡水Akoya”中Mn 等微量元素的分布特征；趙雪嬌等[4]報道了“淡水Akoya”和Akoya 珍珠的表面結(jié)構(gòu)、熒光光譜及化學成分特點。盡管如此，鑒別“淡水Akoya”和Akoya 珍珠所需的理化特征尚未全面認知。

通過挖掘譜學、微結(jié)構(gòu)和元素組成等規(guī)律，能夠有效建立珍珠的關(guān)鍵理化特征，也是鑒定不同類型珍珠的重要依據(jù)[4-10]。例如，賈楠等[6]利用紫外―可見光譜分析了Akoya 灰珍珠的顏色特征，并發(fā)現(xiàn)Akoya 灰珍珠表面呈現(xiàn)出緊密排列的等高線特征，而淡水珍珠表面是排列較稀疏的等高線及層狀生長結(jié)構(gòu)；Habermann 等[7]證實了淡水珍珠中Mn 含量顯著高于海水珍珠。

鑒于此，本研究擬利用傅里葉變換紅外光譜儀、紫外―可見光光譜儀、光學顯微鏡、掃描電鏡技術(shù)及電感耦合質(zhì)譜儀離子測定等技術(shù)，比較分析“淡水Akoya”與Akoya 珍珠的譜學、微結(jié)構(gòu)和元素組成差異。從而為建立“淡水Akoya”的關(guān)鍵理化特征及其與Akoya 珍珠的鑒別區(qū)分提供珍珠市場和珍珠產(chǎn)業(yè)急需的參考依據(jù)。

1 樣品與測試方法

1.1 珍珠來源與處理

“淡水Akoya”由上海海洋大學培育的三角帆蚌“申浙3 號”新品種插核培育的外套膜有核珍珠，取自學校崇明養(yǎng)殖基地。Akoya 珍珠來自于日本國際珠寶展，經(jīng)日本真珠綜合研究所鑒定為Akoya 珍珠。“淡水Akoya”（圖1a）和Akoya 珍珠（圖1b）各取25 顆規(guī)格一致的（表1），其中5 顆經(jīng)珍珠清潔布擦拭后用于譜學特征分析；10 顆經(jīng)蒸餾水超聲波清洗5 min后于38°C 烘干，用于微結(jié)構(gòu)觀察；10 顆經(jīng)蒸餾水超聲波清洗5 min 后于80°C 烘干，用于元素組成測定。

表1 “淡水Akoya”與Akoya珍珠性狀（n=25）Table 1 Traits of ＂freshwater Akoya＂ and Akoya pearls (n=25)

圖1 “淡水Akoya”(a)與Akoya珍珠(b)Fig.1 ＂Freshwater Akoya＂ (a) and Akoya pearls (b)

1.2 譜學分析

為了明確“淡水Akoya”和Akoya 珍珠的譜學特征，首先用BRUKER Tensor 27 傅里葉變換紅外光譜儀檢測珍珠物相[11]，掃描范圍為4000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1。之后，應(yīng)用GEM-3000 紫外―可見光光譜儀分析珍珠的紫外―可見吸收光譜[6,11]，波長范圍為220～1000 nm。

1.3 微結(jié)構(gòu)觀察

用OLYMPUS BX 53 光學顯微鏡放大100 倍觀察“淡水Akoya”和Akoya 珍珠表面結(jié)構(gòu)。然后，將珍珠從中央部位切割，在放大500 倍下觀察橫截面結(jié)構(gòu)。進而，對珍珠表面和橫截面鍍碳膜，用ZEISS Supra 55 掃描電子顯微鏡放大5000 倍觀察珍珠表面結(jié)構(gòu)，放大30000 倍觀察橫截面結(jié)構(gòu)。

1.4 元素組成測定

珍珠中元素組成測定參照Kawahata 等[12]應(yīng)用的方法。將珍珠進行機械破碎，分離出珍珠質(zhì)。稱取0.1 g 珍珠質(zhì)，放入消解罐中，加入5 mL 優(yōu)純級硝酸，進行微波消解。待自然冷卻至室溫后，將消化液用超純水定容至100 mL。應(yīng)用AGILENT 7800 電感耦合質(zhì)譜儀（ICP-MS），同步分析珍珠中16 種元素（Na、Mg、K、Ca、Fe、Co、Mn、Zn、Cu、Cr、Sr、Pb、As、Cd、Tl 和Ba）含量。通過添加標準樣品確認ICP-MS的測量精度，16 種元素的回收率為(100±10)%。

1.5 統(tǒng)計分析

應(yīng)用SPSS 24.0 軟件進行統(tǒng)計分析。對于“淡水Akoya”和Akoya 珍珠中的元素含量，首先進行正態(tài)分布檢驗，然后用獨立樣本t測驗進行比較分析。P＜0.05 表示差異水平顯著。

2 結(jié)果

2.1 “淡水Akoya”與Akoya 珍珠的比較譜學特征分析

2.1.1 紅外光譜比較分析

“淡水Akoya”與Akoya 珍珠的紅外光譜見圖2?！暗瓵koya”平均在1480.38 cm-1處表現(xiàn)出寬且強吸收峰，在1793.78 cm-1、890.76 cm-1、807.95 cm-1和679.28 cm-1處具有尖銳但弱吸收峰（表2）。Akoya珍珠平均在1482.44 cm-1處表現(xiàn)出寬且強吸收峰，在1792.23 cm-1、880.94 cm-1、803.29 cm-1和675.38 cm-1處具有尖銳但弱吸收峰（表2）。經(jīng)與CaCO3的3種同質(zhì)多象變體―文石、方解石和球文石的紅外光譜特征對比可知（表2），“淡水Akoya”與Akoya珍珠主要由文石構(gòu)成。

表2 “淡水Akoya”與Akoya珍珠紅外光譜峰位（cm-1）Table 2 Infrared spectral peaks of ＂freshwater Akoya＂ and Akoya pearls (cm-1)

圖2 “淡水Akoya”與Akoya珍珠紅外光譜Fig.2 Infrared spectroscopy of ＂freshwater Akoya＂ and Akoya pearls

2.1.2 紫外—可見光光譜比較分析

“淡水Akoya”在250～300 nm（以280 nm 為中心）有一個窄的吸收帶，此外，在425～550 nm 有一個寬的吸收帶，然而不同珍珠之間波動較大，沒有明顯的中心波長（圖3a）。Akoya 珍珠在250～300 nm（以280 nm 為中心）有一個窄的吸收帶，且在450～600 nm（以525 nm 為中心）有一個寬的吸收帶（圖3b）。“淡水Akoya”與Akoya 珍珠的紫外―可見光譜相比較，兩者總體具有相似性。

圖3 “淡水Akoya”（a）與Akoya珍珠（b）的紫外可見光譜Fig.3 UV-Vis spectroscopy of ＂freshwater Akoya＂ (a) and Akoya pearls (b)

2.2 “淡水Akoya”與Akoya 珍珠的微結(jié)構(gòu)差異分析

2.2.1 光學顯微鏡觀察

“淡水Akoya”與Akoya 珍珠表面均呈現(xiàn)緊密排列的等高線特征（圖4a、b），不過Akoya 珍珠表面的等高線排列方向一致（圖4b），而“淡水Akoya”珍珠表面的等高線排列方向散亂（圖4a）。至于橫截面，即使放大500 倍亦看不清“淡水Akoya”與Akoya珍珠的微結(jié)構(gòu)（圖4c、d），因此，有必要應(yīng)用掃描電鏡進一步觀察。

圖4 光學顯微鏡下的“淡水Akoya”表面結(jié)構(gòu)（a）與橫截面結(jié)構(gòu)（c）和Akoya珍珠表面結(jié)構(gòu)（b）與橫截面結(jié)構(gòu)（d）Fig.4 Surface structure (a) and cross-sectional structure (c) of ＂freshwater Akoya＂ and surface structure (b) and cross-sectional structure (d) of Akoya pearls under optical microscope

2.2.2 掃描電鏡觀察

“淡水Akoya”與Akoya 珍珠表面均呈層狀生長結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)邊緣形成了等高線（圖5a、b）?！暗瓵koya”層狀結(jié)構(gòu)主要由五邊形、四邊形和六邊形文石片構(gòu)成，占比分別為35.29%、21.57%和21.57%；偶見七邊形文石片，占比為1.96%（圖5a）。Akoya 珍珠層狀結(jié)構(gòu)主要由六邊形、五邊形和四邊形文石片構(gòu)成，占比分別為41.18%、33.33%和25.49%（圖5b）?！暗瓵koya”等高線邊緣文石片結(jié)構(gòu)疏松，多成游離狀態(tài)分布（圖5a），而Akoya 珍珠等高線邊緣排列緊密，未見游離分布的文石片（圖5b）。橫截面掃描電鏡觀察顯示，“淡水Akoya”與Akoya 珍珠層均主要由文石板塊緊密排列而成，文石板塊厚度都約為0.3 μm，兩者之間沒有明顯差別（圖5c、d）。

圖5 掃描電鏡觀察“淡水Akoya”表面結(jié)構(gòu)（a）與橫截面結(jié)構(gòu)（c）和Akoya珍珠表面結(jié)構(gòu)（b）與橫截面結(jié)構(gòu)（d）紅、黃、綠和藍色箭頭分別標出四、五、六與七邊形文石片F(xiàn)ig.5 Surface structure (a) and cross-sectional structure (c) of ＂freshwater Akoya＂ and surface structure (b) and cross-sectional structure (d) of Akoya pearls observed by scanning electron microscopy Red,yellow,green,and blue arrows mark the four,five,six,and seven-sided aragonite tablets,respectively

2.3 “淡水Akoya”與Akoya 珍珠的元素含量差異分析

2.3.1 元素含量

“淡水Akoya”和Akoya 珍珠中Na、Ca、Mn、Co、Sr 和Ba均有檢出，而K、Cr、Fe、Cu、As、Cd、Tl 和Pb 均未檢出（表3）；“淡水Akoya”和Akoya 珍珠的特有元素分別為Mg 和Zn?！暗瓵koya”珍珠中Ca 含量最高，Na 含量次之；Akoya 珍珠中Ca 含量最高，Na 和Sr 含量次之?！暗瓵koya”與Akoya 珍珠中Ca 和Co 含量相當（P＞0.05；）；“淡水Akoya”中Mn、Zn 和Ba含量顯著高于Akoya 珍珠（P＜0.05），而Na、Mg和Sr 含量顯著低于Akoya 珍珠（P＜0.05；）。

表3 “淡水Akoya”與Akoya珍珠的元素含量（μg/g；n=10）Table 3 Element concontrations of ＂freshwater Akoya＂ and Akoya pearls (μg/g;n=10)

2.3.2 元素含量比值

從元素與含量最高的Ca 的比值來看，Na/Ca、Mn/Ca、Sr/Ca 及Ba/Ca 在“淡水Akoya”與Akoya珍珠之間沒有交集（表4）。其中，Na/Ca 在兩者中的變異系數(shù)最低（2.39%～6.25%），Sr/Ca 的變異系數(shù)次之（6.98%～26.07%），而Mn/Ca 和Ba/Ca 的變異系數(shù)較大（32.21%～264.58%）。

表4 “淡水Akoya”與Akoya珍珠元素比率及變異系數(shù)（%；n=10）Table 4 Element ratios and variation coefficients for ＂freshwater Akoya＂ and Akoya pearls (%;n=10)

3 討論

3.1 “淡水Akoya”與Akoya 珍珠的譜學特征

紅外光譜分析是鑒定珍珠譜學特征的最有效方法之一[14-15]。張蓮等[15]分析三角帆蚌內(nèi)臟團有核珍珠（又稱“愛迪生”珍珠）和無核珍珠的紅外吸收光譜，發(fā)現(xiàn)“愛迪生”珍珠在1490 cm-1處表現(xiàn)出寬且強吸收峰，在1776 cm-1、877 cm-1、711 cm-1和698 cm-1處具有尖銳但弱吸收峰；無核珍珠在1485 cm-1處表現(xiàn)出寬且強吸收峰，在1782 cm-1、875 cm-1、711 cm-1和698 cm-1處具有尖銳但弱吸收峰；揭示它們都主要由文石構(gòu)成。邵惠萍等[11]研究顯示Akoy 灰珍珠在1082.98～1468.76 cm-1處表現(xiàn)出寬且強吸收峰，在3432.66～3447.86 cm-1處具有寬但偏弱吸收峰，在861.17 cm-1處具有尖銳但弱吸收峰，表明Akoy 灰珍珠主要由文石構(gòu)成。本研究中，“淡水Akoya”與Akoya 白珍珠的紅外光譜特征與標準文石相吻合，提示“淡水Akoya”與Akoya 白珍珠主要由文石構(gòu)成。

紫外―可見光譜能夠有效反映出淡、海水珍珠對不同波長光的吸收特征，從而反映在視覺上的顏色特征[6,11,16]。本研究顯示“淡水Akoya”與Akoya珍珠均在250～300 nm（以280 nm 為中心）有一個窄的吸收帶。在280 nm 處具有譜峰被認為是文石珍珠層結(jié)構(gòu)的特征吸收峰[17]。此外，“淡水Akoya”和與Akoya 珍珠分別在425～550 nm 和450～600 nm 有一個寬的吸收帶。研究表明，淡水珍珠多在499～550 nm有寬吸收帶[17]，海水珍珠在400～600 nm 具有寬吸收帶[5]，這與本研究結(jié)果相一致。

3.2 “淡水Akoya”與Akoya 珍珠的微結(jié)構(gòu)特征

不同養(yǎng)殖環(huán)境（如淡水、海水）、培育方式（如無核、有核）都可能造成珍珠表面結(jié)構(gòu)差異。賈楠等[6]通過光學顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)淡水珍珠表面呈疏松的等高線及層狀生長結(jié)構(gòu)，而海水Akoya 灰珍珠表面呈緊密排列的等高線表征特征。張蓮等[15]用掃描電鏡觀察三角帆蚌培育的無核珍珠及有核“愛迪生”珍珠的表面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)雖然兩者均呈現(xiàn)“梯田狀”或“似海灘線”狀的層生長結(jié)構(gòu)特征，但是無核珍珠的生長紋呈規(guī)則的逐層堆疊、紋理大致沿一個方向平行堆疊，而有核“愛迪生”珍珠生長紋堆疊方向表現(xiàn)為無規(guī)律性、沿任意方向延展，還帶有少許文石碎屑。本研究顯示“淡水Akoya”表面微結(jié)構(gòu)特征與趙雪嬌等[4]觀察結(jié)果非常接近。而Akoya 珍珠表面不僅呈現(xiàn)緊密排列的等高線，還具有層狀生長結(jié)構(gòu)，這與賈楠等[6]和趙雪嬌等[4]觀察結(jié)果有差異，應(yīng)該是由于本研究應(yīng)用了分辨率更高的掃描電鏡觀察的新發(fā)現(xiàn)?！暗瓵koya”與Akoya 珍珠表面的等高線排列疏密程度及層狀結(jié)構(gòu)的組成特征應(yīng)該是影響珍珠光澤的重要因素。因此，根據(jù)“淡水Akoya”和Akoya 珍珠的表面微結(jié)構(gòu)差異特異性（如通過珠寶顯微鏡直接觀察）應(yīng)該能夠作為有效、無損鑒別這兩類珍珠的方法之一。

淡水（如無核珍珠、有核“愛迪生”珍珠）和海水（如Akoya 珍珠）珍珠橫截面/內(nèi)部珍珠層主要由文石板塊構(gòu)成[15,18-19]，只是不同類型珍珠的文石板塊厚度和（或）排列方式可能存在差別[15]。例如，三角帆蚌培育的橙色有核“愛迪生”珍珠橫截面可見六邊形的文石板塊邊緣，而無核珍珠僅見到呈簇狀排列的文石板塊，且前者文石板塊厚度（約2 μm）要明顯大于后者（約0.4 μm）[15]。本研究發(fā)現(xiàn)“淡水Akoya”與Akoya 珍珠橫截面均主要由文石板塊（每片文石板塊的厚度約為0.3 μm）緊密排列而成，兩者之間沒有明顯差別。

3.3 “淡水Akoya”與Akoya 珍珠的元素組成特征

珍珠元素組成受到內(nèi)因（如育珠蚌對元素的調(diào)控）和外因（如水環(huán)境中元素含量）的共同影響[8,20-21]。由于“淡水Akoya”與Akoya 珍珠的主要礦物成分為文石，文石的主要化學成分是碳酸鈣，因此，兩者中Ca 含量均最高，且無明顯含量差異。值得高度關(guān)注的是，本研究發(fā)現(xiàn)Na 在“淡水Akoya”與Akoya 珍珠中含量均僅次于Ca，這與趙雪嬌等[4]研究結(jié)果相一致，表明Na 是珍珠構(gòu)成的重要組分。然而，Akoya 珍珠中Na 含量顯著高于“淡水Akoya”。趙雪嬌等[4]研究結(jié)果也顯示Akoya 珍珠中Na 含量（5471.17×10-6-5776.16×10-6）明顯高于“淡水Akoya”的Na 含量（2097.96×10-6-2314.71×10-6）。此外，王存等[22]研究結(jié)果也顯示海水珍珠（2470～2700 μg/g）中Na 含量明顯高于淡水珍珠（3530～5160 μg/g）。這是由于海水的Na 含量顯著高于淡水造成的。前人對淡、海水珍珠元素組成的鑒別主要集中在Mn 和Sr，認為淡水珍珠“富Mn 貧Sr”，而海水珍珠“貧Mn 富Sr”[6-7,23]，本研究結(jié)果總體與之吻合。值得注意的是，Akoya 珍珠中Mn 含量波動較大，變異系數(shù)高達264.58%，提示利用Mn 含量來鑒別“淡水Akoya”與Akoya 珍珠不是非常穩(wěn)定的方法。此外，“淡水Akoya”中Zn 和Ba 含量顯著高于Akoya 珍珠。趙雪嬌等[4]發(fā)現(xiàn)“淡水Akoya”和Akoya 珍珠中Zn 含量分別為0.40×10-6-0.83×10-6和0.30×10-6-5.80×10-6，前者總體Zn 含量總體低于后者，可存在一定交集。然而，“淡水Akoya”中Ba 含量（43.28×10-6-66.38×10-6）明顯高于Akoya 珍珠的Ba含量（0.18×10-6-0.63×10-6）[4]，這與本研究結(jié)果相一致。Gao 等[2]研究結(jié)果顯示“淡水Akoya”中Ba 含量較為豐富。相反，除了Na 和Sr 之外，Akoya 珍珠中Mg 含量顯著高于“淡水Akoya”。趙雪嬌等[4]研究結(jié)果也顯示Akoya 珍珠中Mg 含量（70.25×10-6-96.63×10-6）明顯高于“淡水Akoya”的Mg含量（18.78×10-6-37.54×10-6）。姜琦等[24]研究認為Mg含量與三角帆蚌內(nèi)臟團有核珍珠紫色程度正相關(guān)，本研究“淡水Akoya”中未檢出Mg，可能是由于“淡水Akoya”呈亮白色而非紫色的緣故。

在元素絕對含量的基礎(chǔ)上，通過對比元素與珍珠中含量最高、最穩(wěn)定的Ca 的比值大小被認為是建立和鑒別不同類型珍珠理化特征的重要手段之一[4,6,12]。本研究顯示“淡水Akoya”與Akoya珍珠的Na/Ca、Mn/Ca、Sr/Ca及Ba/Ca沒有交集。趙雪嬌等[4]揭示少部分“淡水Akoya”和Akoya珍珠難以通過Mn/Ca進行有效區(qū)分。而Sr/Ca在淡（0.31%～0.49%）、海水珍珠（0.82%～1.11%）中沒有交集，且變異系數(shù)較小[25]。本研究中“淡水Akoya”與Akoya珍珠Sr/Ca趨勢與王巨安等[25]研究結(jié)果一致。此外，本研究還顯示Na/Ca變異系數(shù)較Sr/Ca更低。因此，Na/Ca及Sr/Ca很有潛力應(yīng)用于“淡水Akoya”和Akoya珍珠鑒別。

4 結(jié)論

“淡水Akoya”和Akoya 珍珠均主要由文石構(gòu)成，分別在425～550 nm 和450～600 nm 有一個寬吸收帶；表面主要由四邊形、五邊形和六邊形文石片構(gòu)成，形成緊密排列的等高線層狀生長結(jié)構(gòu)特征，橫截面主要由文石板塊排列而成；“淡水Akoya”中Mn、Zn 和Ba 含量顯著高于Akoya 珍珠，而Na、Mg 和Sr 含量顯著低于Akoya 珍珠，且Na/Ca 和Sr/Ca 在兩者中沒有交集、變異系數(shù)小。研究結(jié)果表明，“淡水Akoya”和Akoya 珍珠的譜學特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及元素K、Ca、Fe、Co、Cu、Cr、Pb、As、Cd、Tl 含量沒有明顯差異，而珍珠表面微結(jié)構(gòu)特征和Na（或Na/Ca）及Sr（或Sr/Ca）很有潛力應(yīng)用于“淡水Akoya”和Akoya 珍珠鑒別。