現(xiàn)代儀器分析技術(shù)在食品中的應用

1、現(xiàn)代儀器分析技術(shù)在食品中的應用湖南科技學院符國棟前言:儀器分析是指借用精密儀器測量物質(zhì)的某些理化性質(zhì)以確定其化學組成、含量及化學結(jié)構(gòu)的一類分析方法,尤其適用于微量或痕量組分的測定。近年來食品儀器分方法的發(fā)展十分迅速,一些先進技術(shù)不斷滲透到食品分析領(lǐng)域中,這類技術(shù)具有快速、靈敏、準確的特點,在食品分析中所占的比重不斷增長,并成為現(xiàn)代食品分析的重要支柱。本文主要探討現(xiàn)代儀器分析在食品檢測中的應用及展望,其中對分光光度法和高效液相色譜法作了較詳細的介紹。關(guān)鍵詞:儀器分析/理化性質(zhì)/食品分析/檢測/應用目前在食品分析檢測中基本采用儀器分析的方法代替手工操作的傳統(tǒng)方法,氣相色譜儀、高效液相色譜儀、氨基酸

2、自動分析儀、原子吸收分光光度計及可進行光譜掃描的紫外可見分光光度計、熒光分光光度計等均得到了普遍應用。同時由于計算機技術(shù)的引入,使儀器分析的快速、靈敏、準確等特點更加明顯,多種技術(shù)的結(jié)合與聯(lián)用使儀器分析應用更加廣泛,有力推動了食品儀器分析的發(fā)展,使得食品分析正處在一個嶄新的發(fā)展時代。現(xiàn)代分析儀器的種類十分龐雜,應用的原理不盡相同,而根據(jù)儀器的工作原理以及應用范圍,可劃分為:電化學分析儀器、光學式分析儀器、射線式分析儀器、色譜類分析儀器、離子光學式分析儀器、磁學式分析儀器、熱學式分析儀器、電子光學物性測定儀器及其它專用型和多用型儀器1。1.光譜分析法紫外可見分光光度法具有專屬性強,靈敏度和準確度

3、高,操作簡單、快速、安全、檢品用量少等特點,廣泛用于食品分析領(lǐng)域。原子吸收光譜分析法為食品分析、食品營養(yǎng)、食品生物化學、食品毒理學等諸多領(lǐng)域的空前發(fā)展提供了條件,成為測量痕量和超痕量元素的最有效方法之一。1975年丹麥的Ruzicka和HansonE首次提出流動注射分析(flowinjection analysis, FIA 的概念,指出化學分析可以在非平衡的動態(tài)條件下進行。FIA 具有適應性廣泛,分析效率高,試樣和試劑消耗量少,檢測精度高等優(yōu)點,已被廣泛應用于很多領(lǐng)域。在與FIA 聯(lián)用的各種監(jiān)測器中, 分光光度檢測器因其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉,易于推廣。流動注射分光光度法是通過測定樣品在檢測池中

4、吸收紫外-可見光的大小來確定樣品含量的, 與各種在線分離富集、轉(zhuǎn)化技術(shù)相結(jié)合(如溶劑萃取、離子交換、膜滲析、多流切換、合并區(qū)帶、停流技術(shù)、動力學技術(shù)等,提高了分析方法的靈敏度和選擇性。將快速掃描的光電二極管陣列檢測器與流動注射和專用微機聯(lián)用,可形成連續(xù)自動多組分同時測定的分光光度法系統(tǒng),更進一步拓寬了流動注射分析的應用范圍。近年來,流動注射分光光度法在食品分析特別是微量元素、蛋白質(zhì)及氨基酸、維生素、食品添加劑等方面的分析研究取得了一定進展。測定食品中的元素含量, 可以了解食品的營養(yǎng)價值和食品的污染情況, 對于提高食品的質(zhì)量,保證食品的安全和食用者的健康具有重要意義。目前流動注射分光光度法已用于

5、食品中鋅【2】、鈣【3-4】、錳【5】、鉛【6】、鎘67、銅8、汞9、鐵10- 11】、鍺12-13】、鉬14、鋁15、氟16、碘17- 18】、錫19等元素含量的測定。肖新峰等17將I溴化鉀- 羅丹明B 三2-元締合體系引入流動注射在線分析技術(shù),試樣經(jīng)鈰(鹽在線氧化后與顯色劑混合反應, 可實現(xiàn)I- 的快速分析,碘離子含量在0.05g/ml-1.00 g/ml 范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,最低檢出限為0.02g/ml。方法靈敏度高、選擇性好,水相顯色無需萃取,是一種具有實用價值在線分析技術(shù)?？捎糜诤?、紫菜、加碘食鹽和海鹽中碘離子的分析。訾言勤等5基于Mn2+對KMnO4氧化堿性品紅褪色有顯著催化作用,

6、建立了FIA催化光度法測定Mn的新方法,可用于糧食,水樣的測定。罐頭食品中有相當高的錫,用鍍錫罐盒所裝的水果和蔬菜中含錫量可達50 mg/kg-400 mg/kg,國家食品衛(wèi)生標準中規(guī)定罐頭食品中錫含量不得超過200 mg/kg20】。鄒曉莉等19選用水楊基熒光酮作為顯色劑, 溴化十六烷基三甲胺為膠束增溶劑,與錫形成三元絡合物,采用流動注射分析技術(shù)和電感耦合器件二極管陣列檢測器,測定罐頭食品中的錫,在0-5.00 g/ml 范圍內(nèi)線性良好,檢出限為0.04 g/ml,靈敏度增高, 操作簡便,縮短了分析時間,適用于批樣分析,具有推廣實用價值。2.色譜分析2.1氣相色譜法氣相色譜是20世紀5060

7、年代發(fā)展起來的一種高效、快速分析法一般根據(jù)該法所用色譜柱的形式,可將其分為毛細管氣相色譜和填充氣相色譜兩種類型。在食品分析檢測中,凡在氣相色譜儀操作許可的溫度下,能直接或間接氣化的有機物質(zhì),均可采用氣相色譜儀進行分析測定,如蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、糖類、脂肪酸、殘留農(nóng)藥等。近年來對氣相色譜改進性測定,如采用頂空氣相色參考文獻譜法測定食品添劑磷酸中氟含量,其方法處理簡便,靈敏度高,與國家標準分析方法測得結(jié)果一致,準確度、精密度能夠滿足常規(guī)分析要求21,同時該方法也可以檢測保健食品中的抗氧化活性。2.2液相及高效液相色譜法通常所說的主層析、薄層層析或紙層析就是經(jīng)典的液相色譜。而高效液相色譜是以經(jīng)典的

8、液相色譜為基礎(chǔ),以高壓下的液體為流動相的色譜過程,其所用固定相顆粒度小(510 um、傳質(zhì)快、柱效高。高效液相色譜法是食品分析的重要手段,特別是在食品組分分析(如維生素分析等及部分外來物分析中,有著其它方法不可替代的作用。同時近年來很多新型專用的高效液相色譜儀不斷問世,如氨基酸分析儀、糖分析儀等,分別在檢測食品中的污染物、營養(yǎng)成分、添加劑、毒素等方面得以充分應用【22】。在食品添加劑檢測中,王靜等【23】采用反相色譜法測定蜜餞類食品中防腐劑含量;Agilent Eclipse XDB-C18柱(5m,4.6mm×250mm液相色譜柱分離,乙酸銨緩沖溶液(0.02mol/ml甲醇(體積

9、比955作為流動相,二級管陣列為檢測器進行檢測。結(jié)果測定山梨酸回收率為97.8%103.7%,檢出限為0.0008g/kg;苯甲酸回收率為96.2% 99.1%,檢出限為0.0008g/kg;糖精鈉回收率為96.5%98.1%,檢出限為0.0013g/kg。徐寧24采用ODS色譜柱,流動相為甲醇和0.02mol/L 乙酸銨混合溶液,流速1.0mL/min測定糕點類食品中的苯甲酸含量。測定結(jié)果的相對標準偏差<2.25%,苯甲酸檢出限為0.50mg/L,回收率91.52%103.20%。在甜味劑檢測中,黎其萬等25采用WatersNova-parkC18色譜柱0.02mol/L乙酸銨甲醇溶液

10、為流動相,柱溫30,流速1.0mL/L的色譜條件測定油浸醬菜中的糖精鈉,測定結(jié)果是相關(guān)系數(shù)為0.9982,回收率90.6%105.2%,相對標準偏差4.6%5.8%。文紅26采用高效液相色譜法測定了固體樣品肉制品中的糖精鈉含量所得結(jié)果的相關(guān)系數(shù)0.9987,回收率97.5%102.1%,相對標準偏差1.58%2.05%。劉思潔等27建了一種可以同時測定飲料中糖精鈉、乙?；前匪徕?、阿斯巴甜的方法,采用C18反向柱,以乙腈-0.02mol/L硫酸銨溶液(595為流動相,在214nm波長處檢測。結(jié)果以上三種甜味添加劑在飲料中最低檢出限為4g/ml。在食用色素方面,王紅梅28等為建立一種簡便并可同時測

11、定肉制品中檸檬黃、莧菜紅、胭脂紅和日落黃的方法,肉制品脫脂、乙醇+氨水(v/v=70+30超聲波振蕩提取,過濾,采用HPLC系統(tǒng)以20mmol/L 乙酸銨和甲醇梯度洗脫,二極管陣列檢測器可變波長下檢測,外標法峰面積定量。結(jié)果表明,4種食用合成色素回收率為91.5%99.3%,相對標準偏差<1.5%。喻凌寒,蘇流坤,牟德海 29采用W e l c hMaterialsXB-C18(4.6mm ×250mm,5m柱,流動相為0.02mol/L乙酸銨溶液(A和甲醇(B,梯度洗脫,流速為1.0mL/min,檢測波長為280nm,外標法測定胭脂蟲紅的含量。結(jié)果表明,胭脂蟲紅在1.050.

12、0mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,回收率為88%99%,檢出限為0.041 mg/L,色譜峰分離效果好,具有良好的穩(wěn)定性和重復性。食品中存在多種霉菌毒素。黃曲霉素存在最為普遍,是食品貯存時由真菌產(chǎn)生的毒素,有致癌作用。鄭榮30等建立乳制品中黃曲霉毒素M1的HPLC的檢測方法。樣品經(jīng)提取、過免疫親和柱凈化后,用高效液相色譜-熒光檢測器進行分析。結(jié)果得到黃曲霉毒素M1在0.1 1g/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,>0.999,回收率在90%110%之間,定量限為5pg,檢測限為2pg。Maria L gia Martins31對葡萄牙的96種酸奶產(chǎn)品作了調(diào)查,應用免疫親和柱萃取和高效液相色譜技術(shù)檢測其中

13、是否含有黃曲霉素(AFM1,其檢測限為10ng/kg。18.8%的樣品中有AFM1檢出,含量在1998ng/kg之間。分析食品中尤其是水果和蔬菜中的農(nóng)藥殘留十分重要,因為它與人類生活息息相關(guān)。HPLC是分離分析熱不穩(wěn)定和難揮發(fā)性化合物的有效方法。馬又娥31等建立了以固相萃取/高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC/MS/MS同時測定蔬菜、水果中痕量21種農(nóng)藥殘留量的方法。蔬菜、水果樣品提取液經(jīng)固相萃取后采用C18柱分離,以0.1%甲酸乙腈-0.1%甲酸水溶液為流動相,梯度洗脫,結(jié)果表明,樣品中最低檢出質(zhì)量分數(shù)為0.00050.003mg/kg,樣品的平均加標回收率為76.34%119.33%。陳雁君33

14、等選用ODS-C18色譜柱(250mm×4.6mm,填料:Kromasil,粒度:5m,以甲醇-水45:55v/v為流動相,流速為1mL/min,檢測波長為265nm。結(jié)果在此條件下,噻蟲胺的平均加標回收率在93.02%94.4%之間,相對標準偏差為3.3%5.4%(n=6。2.3離子色譜法離子色譜法是1975年Small等人首次提出并建立的,在出現(xiàn)了抑制型(或雙柱離子色譜法后相繼又出現(xiàn)了單柱離子色譜法,在食品分析檢測中應用日益廣泛,所分析的樣品幾乎涉及食品工業(yè)分析的各個領(lǐng)域,如水、啤酒、奶制品、肉制品等34。3.質(zhì)譜分析法質(zhì)譜儀是用一束電子流轟擊被研究的物質(zhì),把形成的正離子碎片的圖

15、譜定量地記錄下來,這種記錄就是質(zhì)譜圖。而質(zhì)譜分析法就是利用質(zhì)譜圖對被測物質(zhì)進行組分的檢測與鑒定。在食品分析中能夠定性或定量地檢測出食品中揮發(fā)性成分、糖類組成、氨基酸(蛋白質(zhì)、香味成分及有毒有害物質(zhì)等成分35。液質(zhì)聯(lián)用的使用,更能有效地測定被測流出物中的痕量組分,能成功分析非揮發(fā)性的農(nóng)藥殘留物、氨基酸、脂肪和糖類物質(zhì)。而氣質(zhì)聯(lián)用也能較大程度地提高分析效率,例如:在對食用油中礦物油的測定時,氣質(zhì)聯(lián)用在用皂化法測定表現(xiàn)為陽性的情況下,能夠準確地分析出被測食用油中不含礦物油。4.核磁共振分析法在鑒定有機化合物的結(jié)構(gòu)中,核磁共振譜是一個很有價值的工具,這項技術(shù)能夠提供分子中不同類型氫原子的信息。在食品行

16、業(yè)中可以對油脂、水分以及利用體系中不同質(zhì)子的馳豫時間不同來研究淀粉的糊化、回生或玻璃化轉(zhuǎn)化36;另一方面,還可以利用其分析粉狀食品結(jié)塊的機理,研究食品的結(jié)塊與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、化學組成之間的關(guān)系,為延長食品的保質(zhì)期提供理論基礎(chǔ)。5.生物芯片檢測技術(shù)生物芯片檢測技術(shù)是一種全新的微量分析技術(shù)。基本技術(shù)包括方陣構(gòu)建、樣品制備、化學反應和結(jié)果檢測。這項技術(shù)在食品微生物領(lǐng)域、食品衛(wèi)生檢測領(lǐng)域、食品毒理學、營養(yǎng)學、轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測中均有應用。其主要分類有蛋白質(zhì)芯片、細胞芯片、組織芯片以及特別適用于檢測轉(zhuǎn)基因食品的基因芯片?；蛐酒址QDNA芯片或DNA微陣列,通常采用原位合成與合成點樣法制作,其能以高信息量、

17、高通量,同時檢測、分析大量的DNA/ RNA。此項技術(shù)是將大量的探針分子固定在支持物上,與標記的樣品分子雜交,通過檢測每個探針分子雜交信號的強度,對結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析,可以獲取樣品分子的序列和數(shù)量信息,判斷該樣品是否含有轉(zhuǎn)基因的成分,鑒定該食品是天然的還是轉(zhuǎn)基因的,是否在安全的限度內(nèi)。利用該技術(shù)可檢測食用成品和鮮活的動植物材料,靈敏性強、自動化程度高、特異性強、假陽性低、簡便快速37。展望隨著食品科學和儀器分析的不斷發(fā)展,儀器分析取代傳統(tǒng)的化學分析是必然的發(fā)展趨勢。在儀器分析方法中加快生物分析技術(shù)的研究,創(chuàng)造出檢測能力更強的生物元件,與其它儀器集成,向便攜式、低成本、高靈敏度、高選擇性的方向發(fā)展

18、。加快廣泛普及的常規(guī)分析儀器的研發(fā),逐步取代一些傳統(tǒng)的,落后的分析儀器和檢測方法成為一種廣泛的市場需求。同時加快“網(wǎng)絡實驗室”的建設(shè),進一步拓展化學計量學在食品分析中的應用范圍具有光明前景。聯(lián)用技術(shù)在解決復雜問題的分析上將發(fā)揮越來越大的作用。參考文獻1 王世平,王靜,仇厚援.現(xiàn)代儀器分析原理與技術(shù)M.哈爾濱工程大學出版社,1999:2.2 戚文彬,陳笑梅. 流動注射膠束增溶分光光度法快速測定茶湯中微量鋅J.分析化學,1990,18( 4 :362- 3653 董慕新,李麗蓓. 流動注射吸光光度法測定飼料樣品中鈣J.理化檢驗一化學分冊,1998,43( 7 :315- 316.4 杜迎翔,高國強

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