现代仪器分析技术在食品中的应用.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date现代仪器分析技术在食品中的应用现代仪器分析技术在食品中的应用 现代仪器分析技术在食品中的应用湖南科技学院 符国栋前言： 仪器分析是指借用精密仪器测量物质的某些理化性质以确定其化学组成、含量及化学结构的一类分析方法，尤其适用于微量或痕量组分的测定。近年来食品仪器分方法的发展十分迅速，一些先进技术不断渗透到食品分析领域中，这类技术具有快速、灵敏、准确的特点，在食品分析中所占的比重不断增长，并成为现代食品分析的重要支柱。本文主要探讨现代仪器分析在食品检测中的应用及展望，其中对分光光度法和高效液相色谱法作了较详细的介绍。关键词：仪器分析/理化性质/食品分析/检测/应用 目前在食品分析检测中基本采用仪器分析的方法代替手工操作的传统方法，气相色谱仪、高效液相色谱仪、氨基酸自动分析仪、原子吸收分光光度计及可进行光谱扫描的紫外可见分光光度计、荧光分光光度计等均得到了普遍应用。同时由于计算机技术的引入，使仪器分析的快速、灵敏、准确等特点更加明显，多种技术的结合与联用使仪器分析应用更加广泛，有力推动了食品仪器分析的发展，使得食品分析正处在一个崭新的发展时代。 现代分析仪器的种类十分庞杂，应用的原理不尽相同，而根据仪器的工作原理以及应用范围，可划分为：电化学分析仪器、光学式分析仪器、射线式分析仪器、色谱类分析仪器、离子光学式分析仪器、磁学式分析仪器、热学式分析仪器、电子光学物性测定仪器及其它专用型和多用型仪器1。1.光谱分析法 紫外可见分光光度法具有专属性强，灵敏度和准确度高，操作简单、快速、安全、检品用量少等特点，广泛用于食品分析领域。原子吸收光谱分析法为食品分析、食品营养、食品生物化学、食品毒理学等诸多领域的空前发展提供了条件，成为测量痕量和超痕量元素的最有效方法之一。 1975年丹麦的Ruzicka和HansonE首次提出流动注射分析(flowinjection analysis, FIA) 的概念,指出化学分析可以在非平衡的动态条件下进行。FIA 具有适应性广泛,分析效率高,试样和试剂消耗量少,检测精度高等优点,已被广泛应用于很多领域。在与FIA 联用的各种监测器中, 分光光度检测器因其结构简单、价格低廉,易于推广。流动注射分光光度法是通过测定样品在检测池中吸收紫外-可见光的大小来确定样品含量的, 与各种在线分离富集、转化技术相结合(如溶剂萃取、离子交换、膜渗析、多流切换、合并区带、停流技术、动力学技术等),提高了分析方法的灵敏度和选择性。将快速扫描的光电二极管阵列检测器与流动注射和专用微机联用,可形成连续自动多组分同时测定的分光光度法系统,更进一步拓宽了流动注射分析的应用范围。近年来,流动注射分光光度法在食品分析特别是微量元素、蛋白质及氨基酸、维生素、食品添加剂等方面的分析研究取得了一定进展。测定食品中的元素含量, 可以了解食品的营养价值和食品的污染情况, 对于提高食品的质量,保证食品的安全和食用者的健康具有重要意义。目前流动注射分光光度法已用于食品中锌【2】、钙【3-4】、锰【5】、铅【6】、镉67、铜8、汞9、铁10- 11】、锗12-13】、钼14、铝15、氟16、碘17- 18】、锡19等元素含量的测定。肖新峰等17将I2- 溴化钾- 罗丹明B 三元缔合体系引入流动注射在线分析技术,试样经铈()盐在线氧化后与显色剂混合反应, 可实现I- 的快速分析,碘离子含量在0.05g/ml-1.00 g/ml 范围内呈线性关系,最低检出限为0.02g/ml。方法灵敏度高、选择性好,水相显色无需萃取,是一种具有实用价值在线分析技术。可用于海带、紫菜、加碘食盐和海盐中碘离子的分析。訾言勤等5基于Mn2+对KMnO4氧化碱性品红褪色有显著催化作用,建立了FIA催化光度法测定Mn的新方法,可用于粮食,水样的测定。罐头食品中有相当高的锡,用镀锡罐盒所装的水果和蔬菜中含锡量可达50 mg/kg-400 mg/kg,国家食品卫生标准中规定罐头食品中锡含量不得超过200 mg/kg20】。邹晓莉等19选用水杨基荧光酮作为显色剂, 溴化十六烷基三甲胺为胶束增溶剂,与锡形成三元络合物,采用流动注射分析技术和电感耦合器件二极管阵列检测器,测定罐头食品中的锡,在0-5.00 g/ml 范围内线性良好,检出限为0.04 g/ml,灵敏度增高, 操作简便,缩短了分析时间,适用于批样分析,具有推广实用价值。2色谱分析21气相色谱法气相色谱是20世纪5060年代发展起来的一种高效、快速分析法一般根据该法所用色谱柱的形式，可将其分为毛细管气相色谱和填充气相色谱两种类型。在食品分析检测中，凡在气相色谱仪操作许可的温度下，能直接或间接气化的有机物质，均可采用气相色谱仪进行分析测定，如蛋白质、氨基酸、核酸、糖类、脂肪酸、残留农药等。近年来对气相色谱改进性测定，如采用顶空气相色参考文献谱法测定食品添剂磷酸中氟含量，其方法处理简便，灵敏度高，与国家标准分析方法测得结果一致，准确度、精密度能够满足常规分析要求21，同时该方法也可以检测保健食品中的抗氧化活性。22液相及高效液相色谱法通常所说的主层析、薄层层析或纸层析就是经典的液相色谱。而高效液相色谱是以经典的液相色谱为基础，以高压下的液体为流动相的色谱过程，其所用固定相颗粒度小(510 um)、传质快、柱效高。高效液相色谱法是食品分析的重要手段，特别是在食品组分分析(如维生素分析等)及部分外来物分析中，有着其它方法不可替代的作用。同时近年来很多新型专用的高效液相色谱仪不断问世，如氨基酸分析仪、糖分析仪等，分别在检测食品中的污染物、营养成分、添加剂、毒素等方面得以充分应用【22】。在食品添加剂检测中，王静等【23】采用反相色谱法测定蜜饯类食品中防腐剂含量；Agilent Eclipse XDB-C18柱(5m，4.6mm×250mm)液相色谱柱分离，乙酸铵缓冲溶液(0.02mol/ml)甲醇(体积比955)作为流动相，二级管阵列为检测器进行检测。结果测定山梨酸回收率为97.8%103.7%，检出限为0.0008g/kg；苯甲酸回收率为96.2%99.1%，检出限为0.0008g/kg；糖精钠回收率为96.5%98.1%，检出限为0.0013g/kg。徐宁24采用ODS色谱柱，流动相为甲醇和0.02mol/L乙酸铵混合溶液，流速1.0mL/min测定糕点类食品中的苯甲酸含量。测定结果的相对标准偏差<2.25%，苯甲酸检出限为0.50mg/L，回收率91.52%103.20%。 在甜味剂检测中，黎其万等25采用WatersNova-parkC18色谱柱0.02mol/L乙酸铵甲醇溶液为流动相，柱温30，流速1.0mL/L的色谱条件测定油浸酱菜中的糖精钠，测定结果是相关系数为0.9982，回收率90.6%105.2%，相对标准偏差4.6%5.8%。文红26采用高效液相色谱法测定了固体样品肉制品中的糖精钠含量所得结果的相关系数0.9987，回收率97.5%102.1%，相对标准偏差1.58%2.05%。刘思洁等27建了一种可以同时测定饮料中糖精钠、乙酰磺胺酸钾、阿斯巴甜的方法，采用C18反向柱，以乙腈-0.02mol/L硫酸铵溶液（595）为流动相，在214nm波长处检测。结果以上三种甜味添加剂在饮料中最低检出限为4g/ml。 在食用色素方面，王红梅28等为建立一种简便并可同时测定肉制品中柠檬黄、苋菜红、胭脂红和日落黄的方法，肉制品脱脂、乙醇+氨水（v/v）=70+30超声波振荡提取，过滤，采用HPLC系统以20mmol/L乙酸铵和甲醇梯度洗脱，二极管阵列检测器可变波长下检测，外标法峰面积定量。结果表明，4种食用合成色素回收率为91.5%99.3%，相对标准偏差<1.5%。喻凌寒，苏流坤，牟德海 29 采用W e l c hMaterialsXB-C18（4.6mm×250mm，5m)柱，流动相为0.02mol/L乙酸铵溶液（A）和甲醇（B），梯度洗脱，流速为1.0mL/min，检测波长为280nm，外标法测定胭脂虫红的含量。结果表明，胭脂虫红在1.050.0mg/L范围内线性关系良好，回收率为88%99%，检出限为0.041 mg/L，色谱峰分离效果好，具有良好的稳定性和重复性。食品中存在多种霉菌毒素。黄曲霉素存在最为普遍，是食品贮存时由真菌产生的毒素，有致癌作用。郑荣30等建立乳制品中黄曲霉毒素M1的HPLC的检测方法。样品经提取、过免疫亲和柱净化后，用高效液相色谱-荧光检测器进行分析。结果得到黄曲霉毒素M1在0.11g/L范围内线性关系良好，>0.999，回收率在90%110%之间，定量限为5pg，检测限为2pg。Maria L gia Martins31对葡萄牙的96种酸奶产品作了调查，应用免疫亲和柱萃取和高效液相色谱技术检测其中是否含有黄曲霉素（AFM1），其检测限为10ng/kg。18.8%的样品中有AFM1检出，含量在1998ng/kg之间。分析食品中尤其是水果和蔬菜中的农药残留十分重要，因为它与人类生活息息相关。HPLC是分离分析热不稳定和难挥发性化合物的有效方法。马又娥31等建立了以固相萃取/高效液相色谱-串联质谱（LC/MS/MS）同时测定蔬菜、水果中痕量21种农药残留量的方法。蔬菜、水果样品提取液经固相萃取后采用C18柱分离，以0.1%甲酸乙腈-0.1%甲酸水溶液为流动相，梯度洗脱，结果表明，样品中最低检出质量分数为0.00050.003mg/kg，样品的平均加标回收率为76.34%119.33%。陈雁君33等选用ODS-C18色谱柱（250mm×4.6mm，填料：Kromasil，粒度：5m），以甲醇-水45:55v/v）为流动相，流速为1mL/min，检测波长为265nm。结果在此条件下，噻虫胺的平均加标回收率在93.0294.4之间，相对标准偏差为3.35.4（n=6）。23离子色谱法离子色谱法是1975年Small等人首次提出并建立的，在出现了抑制型(或双柱)离子色谱法后相继又出现了单柱离子色谱法，在食品分析检测中应用日益广泛，所分析的样品几乎涉及食品工业分析的各个领域，如水、啤酒、奶制品、肉制品等34。3质谱分析法质谱仪是用一束电子流轰击被研究的物质，把形成的正离子碎片的图谱定量地记录下来，这种记录就是质谱图。而质谱分析法就是利用质谱图对被测物质进行组分的检测与鉴定。在食品分析中能够定性或定量地检测出食品中挥发性成分、糖类组成、氨基酸(蛋白质)、香味成分及有毒有害物质等成分35。液质联用的使用，更能有效地测定被测流出物中的痕量组分，能成功分析非挥发性的农药残留物、氨基酸、脂肪和糖类物质。而气质联用也能较大程度地提高分析效率，例如：在对食用油中矿物油的测定时，气质联用在用皂化法测定表现为阳性的情况下，能够准确地分析出被测食用油中不含矿物油。4.核磁共振分析法在鉴定有机化合物的结构中，核磁共振谱是一个很有价值的工具，这项技术能够提供分子中不同类型氢原子的信息。在食品行业中可以对油脂、水分以及利用体系中不同质子的驰豫时间不同来研究淀粉的糊化、回生或玻璃化转化36；另一方面，还可以利用其分析粉状食品结块的机理，研究食品的结块与玻璃态转变温度、化学组成之间的关系，为延长食品的保质期提供理论基础。5.生物芯片检测技术生物芯片检测技术是一种全新的微量分析技术。基本技术包括方阵构建、样品制备、化学反应和结果检测。这项技术在食品微生物领域、食品卫生检测领域、食品毒理学、营养学、转基因产品检测中均有应用。其主要分类有蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片以及特别适用于检测转基因食品的基因芯片。基因芯片又称DNA芯片或DNA微阵列，通常采用原位合成与合成点样法制作，其能以高信息量、高通量，同时检测、分析大量的DNARNA。此项技术是将大量的探针分子固定在支持物上，与标记的样品分子杂交，通过检测每个探针分子杂交信号的强度，对结果进行数据分析，可以获取样品分子的序列和数量信息，判断该样品是否含有转基因的成分，鉴定该食品是天然的还是转基因的，是否在安全的限度内。利用该技术可检测食用成品和鲜活的动植物材料，灵敏性强、自动化程度高、特异性强、假阳性低、简便快速37。展望随着食品科学和仪器分析的不断发展，仪器分析取代传统的化学分析是必然的发展趋势。在仪器分析方法中加快生物分析技术的研究，创造出检测能力更强的生物元件，与其它仪器集成，向便携式、低成本、高灵敏度、高选择性的方向发展。加快广泛普及的常规分析仪器的研发，逐步取代一些传统的，落后的分析仪器和检测方法成为一种广泛的市场需求。同时加快“网络实验室”的建设，进一步拓展化学计量学在食品分析中的应用范围具有光明前景。联用技术在解决复杂问题的分析上将发挥越来越大的作用。参考文献1 王世平，王静，仇厚援现代仪器分析原理与技术M哈尔滨工程大学出版社，1999：22 戚文彬,陈笑梅. 流动注射胶束增溶分光光度法快速测定茶汤中微量锌J.分析化学,1990,18( 4) :362- 3653 董慕新,李丽蓓. 流动注射吸光光度法测定饲料样品中钙J.理化检验一化学分册,1998,43( 7) :315- 316.4 杜迎翔,高国强,陈玉英,等. 间氯偶氮安替比林流动注射分析测定药物及水中钙J.分析化学,1994,22( 11) :1102- 11065 訾言勤,陈立国,曾令高. 流动注射催化光度法测定痕量锰J.理化检验- 化学分册,1994 ,39( 2) :86- 886 肖新峰,张新申,龚正君,等. 支撑液膜在线萃取富集流动注射分光光度法测定水中的痕量铅J.分析化学,2006,34( 2) :55- 8587 黎源倩,杨经国,郑欣,等. 流动注射- 二极管阵列检测分光光度法同时测定铅和镉J.分析化学,1998,26( 7) :843 - 8468 王立群,张悠金,杨俊. 流动注射分光光度法测定茶叶中微量铜的研究J.安徽机电学院学报, 2001,16( 4) :43- 469 吕辉雄,司学芝,樊静,等. 流动注射催化光度法测定中药和香烟中的汞( ) J.分析测试学报, 23( 1) :97- 9910 张乃谦,王政纪,魏茂云. 麦汁、啤酒中铁含的流动注射分光光度法分析J.辽宁食品与发酵,1995,95( 4) :47- 4811 高楼军,柴红梅,孙雪花,等. 流动注射分光光度法同时测定Fe( ) 和Fe( ) J.分析试验室,2006,25( 9) :84- 8712 丁利华,庞国伟,李晖. 流动注射分光光度法测定茶叶中锗含量J.化学研究与应用,2001,13( 5) :574- 57613 邹晓莉,黎源倩. 测定锗的二极管阵列检测- 流动注射分光光度法J.分析测试学报,2000,19( 1) :9- 12.14 邹晓莉,黎源倩. CCD- 二极管阵列检测流动注射分光光度法分析食品中的钼J.分析测试学报,2005,24( 4) :98- 10015 Zagatto E A G,Bergamin H F,Brienza S MB,et al, Multi- site detectionin flowanalysis:Part1.Relocation of spectrophotometric detectorJ.Anal.Chim.Acta.,1992,261:59- 6516 唐冬秀,宋和付,彭荣华. 流动注射光度法测定水中微量氟化物的研究J.化学试剂,2003,25( 6) :345- 34617 邵悦,马勇. 流动注射光度法测定加碘盐中的微量碘J.中国公共卫生,1996,12( 6) :27918 肖新峰,张新申,陈国和,等. 流动注射光度法快速测定海带中I-的研究J.食品科学, 2006,27( 1) :162- 16619 中国预防医学科学院标准处.食品卫生国家标准M.北京:标准出版社,1981:14120 邹晓莉, 黎源倩. 流动注射- CCD 二极管阵列检测分光光度法测定罐头食品中的锡J.中华预防西学杂志,2001, 35( 4) :202- 20621 张沛玲顶空气相色谱法测定食品添加剂磷酸中氟含量J职业与健康，2002，18(6)：4022 邢亚东高效液相色谱技术在食品卫生领域的应用J现代医药卫生，2005，21(5)：55023 王静,王丽荣,李红芸.蜜饯类食品中苯甲酸、山梨酸和糖精钠的测定J.微量元素与健康研究,2008,25(7):2930.24 徐宁.HPLC测定糕点类食品中苯甲酸J.光谱实验室,2005,2（25）:11051107.25 黎其万，刘宏程.高效液相色谱法测定油浸酱菜中的苯甲酸、山梨酸和糖精钠J.食品与发酵工业,2004,3（010）:111113.26 文红.高效液相色谱法测定肉制品中糖精钠、山梨酸和苯甲酸J.理化检验-化学分册,2006,4（24）:293294.27 刘思洁,李青,战英,等.饮料中3种甜味添加剂液相色谱法同时测定J.中国公共卫生,2006,22(5):634.28 王红梅,郭伟,王继鹏,周明超.高效液相色谱法测定肉制品中食用合成色素的含量J.食品研究与开发,2007,28(6):106108.29 喻凌寒,苏流坤,牟德海.糖类制品中胭脂虫红素的高效液相色谱法测定 J . 分析测试学报,2008,27(6):648650.30 郑荣,毛丹,王珂,等.HPLC法测定乳制品中的黄曲霉毒素M1J.中国食品卫生杂志,2007,19(4):318320.31 Maria l L gia Martins,H. Martins.Aflatoxin M1in yoghurts in PortugalJ.International Journal of Food Microbiology,2004,91:315317.32 马又娥,余琛,刘宝峰,等.高效液相色谱-串联质谱法同时检测蔬菜、水果中21种农药多残留J.农药,2008,47(3):192194.33 陈雁君,王艳,李宁,等.HPLC法测定小白菜中噻虫胺农药残留量的方法研究J.中国热带医学,2009,9(2):361362.34 周梅素，郭东龙离子色谱法在食品工业分析中的应用J山西食品工业，1997，2：3235 吴素蕊，刘春芳，阚建全质谱技术在食品中有毒有害物质分析中的应用J中国食品添加剂，2004，1：116一11736 高虹核磁共振（NIdR）技术在油脂和食品中的应用J中国油脂，2003，28(9)：41 37韩翠丽，刘代成基因芯片在食品检测中的应用J生物学杂志，2004，21(1)：41-