仪器分析在食品领域的应用与发展

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1、仪器分析在食品领域的应用及发展仪器分析在食品领域的应用及发展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。目前，在食品分析检测中仪器分析方法有代替传统手工操作 方法的 趋势，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。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 分析处在一个崭新的 发展时代。现代

2、分析仪器的种类十分庞杂，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 电化学分析法电化学分析是食品生产控制、理论研究的新型重要工具。由于电 极 品种仍限于一些低价离子（主要是阳离子），因此在实际应用中还受 到 一定的限制；另一方面，电极电位值的重现值受实验条件变化影响 较 大，其标准曲线不及光度法测定的曲线稳定，由于这些因素的影响， 目 前许多已制成的离子电极，其实际应用的潜力尚未充分发挥。 但其 中涉 及的极谱分析技术已进入

3、了成熟阶段， 特别是阳极溶出法和极谱 催化波 的出现与应用，提高了极谱法的检测能力，使极谱法的检测下 限向下延 伸了三个数量级左右。在对食品及水样中的氰化物进行单扫 描极谱法测 定时，产生一个明显的极谱波峰，结果令人满意。另外电 势溶出法特别 适合于分析痕量金属和混合金属，能方便地测定酱油、 醋等中砷的含 量，且无需消化和预处理。同时表面活性剂的加入，更 能显著提高分析 的灵敏度、选择性和重现性，甚至还具有改善极谱波 形和消除干扰等作 用。2 光谱分析法光谱分析法法是食品分析中应用最广最多的方法之一，其中涉及 可 见、紫外、原子吸收等分光光度技术。2.1 紫外-可见分光光度法质吸收波长范围在

4、200 760nm 区间的电磁辐射能而产生的分 子吸 收光谱称为该物质的紫外-可见吸收光谱，利用紫外-可见吸收光 谱进行 物质的定性、定量分析的方法称为紫外-可见分光光度法。其光谱是由于分子之中价电子的跃进而产生的， 因此这种吸收光谱决定 于分子中价电子的分布和结合情况。从 20 世纪 50 年代开始，又提 出并 发展了许多新的分光光度法，例如双波长分光光度法、导数分光 光度法 及三波长法等。这些近代定量分析方法的特点是不经化学或物 理方法分 离就能解决一些复杂混合物中各组分的含量测定， 在消除干 扰，提高结果准确度方面起了很大的作用。 其在食品分析领域应用相 当 广泛，特别是在测定食品中的铅

5、、铁、铅、铜、锌等离子的含量中 的应 用。2.2 原子吸收分光光度法随着用于准确测定生物样品中痕量矿物质的原子吸收方法的发 展， 原子吸收光谱仪日渐普及，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铺平了道路。 特别是采用等离 子体作为原子发射光谱的激光光源，导致了20 世纪 70 年代后期开始的感应耦合等离子体发射光谱仪的商业化普及。原子吸收光谱法既 能 测定食品中常规金属元素，如锌、铜等离子，又可精密测定锶、错、 硒 等多种稀有元素。目前研究热点集中在：各种新型原子化器、不同 类型 原子化机理、基体干扰及基体改进效应和各种联用技术等。2.3 荧光分光光度法 荧光分

6、析方法操作简单、快速、灵敏度高、精密度和准确度好，并 且线 形范围宽，检出限低。以 AFS-2201 型双道原子荧光光谱仪为例， 在对 食品中的铅，进行原子荧光法测定时，检出限为0.3g/L，线形范围1.00 500g/L,回收率87% 98%。而对食品中硒用荧光法进行相 关性研究测定时，发现变异系数为 0.63% 0.66%，平均回收 率为 95.1%。2.4 近红外光谱分析法近红外光谱分析方法省去了通常分析中的称量、定容和提取分离 等烦 琐步骤，一旦建立好合适的定标，就可以同时测定出同一样品中 多个不 同组分的含量。在食品分析中，即能有效地分析食品中防腐剂 成分又能 对粮食中的水分、蛋白质

7、、脂肪、氨基酸、纤维素、灰分以及谷物加工品品质进行检测。例如双波长分光光度法、导数分光光度 法 及三波长法等。这些近代定量分析方法的特点是不经化学或物理方 法分 离，就能解决一些复杂混合物中各组分的含量测定， 在消除干扰， 提高 结果准确度方面起了很大的作用。其在食品分析领域应用相当广 泛，特 别是在测定食品中的铅、铁、铅、铜、锌等离子的含量中的应 用。3 色谱分析3.1 气相色谱法气相色谱是 20世纪 50 60年代发展起来的一种高效、快速分析 方 法。一般根据该法所用色谱柱的形式，可将起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

8、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、农残等。特别近年来对气相色谱改进性测定，如采用顶空气相色谱法测定 食品 添加剂磷酸中氟含量，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，同 时该方法 也可以检测保健食品中的抗氧化活性，结果显著。3.2 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（5 10m ）、传质快、柱效高。高效液相色谱法是食品分析的重要手段，

9、 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。3.3 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。4 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

10、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。特别液-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了分析效率。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。5 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

11、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；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。6 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

12、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 DNA/RNA。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。随着该技术的 发 展，成本的降低，此技术在将会来转基因食品的检测中必将处于里 程碑 的地位。7 其它方法7.1 化学发光分析化学发光分析较荧光

13、分析更加灵敏，如直接测定氨基酸，灵敏度可 达 3x 10-l1mol/L,而且重现性较好。同时新的化学发光试剂和光增敏剂同 免疫分析法结合后，增强了化学发光免疫分析技术迅速在基因 分析、食 品卫生监测等方面显示的极好的应用前景。7.2 高效毛细管电泳相对于经典电泳技术,高效毛细管电泳具有高效、快速、简便、 微量 并可实现仪器化等优异特点,它不再局限于生物大分子分离测 定,还可 以在一次分析中实现阳离子、阴离子以及中性物质的分离。 由此对食品 中样品珍贵、基体复杂的生物大分子,高效毛细管电泳技 术更显出特有 的分析能力与极大的应用前景。7.3 生物传感技术随着生物技术的日臻完善,生物传感器作为一

14、种多学科交叉的高 新技 术日渐渗透到食品分析领域,并把热点集中在微型化、分子识别 元件、 感觉传感器（酸、甜、苦、辣、咸）、图像传感（颜色、外貌） 等方 面。如电子鼻在食品、饮料、酒类、烟草等方面的广泛应用。 总之,为 适应食品工业发展的需要,食品仪器分析将在准确、灵敏 的前提下,向 着简易、快速、微量、可同时测量若干成分的小型化、 自动化、智能化 的方向发展。3 国产科学仪器在我国食品安全检测分析工作中应用现状国产科学仪器底子薄,原有水平不高,但近几年来取得了长足的 进 步,现逐一浅析如下。3.1致病菌微生物检测仪器分离培养法，是传统而有效的生物分析方法， 通过分离培养，然 后利用形态学、生

15、化特性加以鉴定，用光学显微镜或电子显微镜等加 以 确证。近几年来，我国大量引进国外的新方法和仪器， 国外著名生 产厂家有 ABI、Bio-Rad、Thermo-Fisher 、Agilant、Biomerieux 、 Dupo nt, Biologe、GEHeailhcare 3等。而随着科技发展与市场需 要，国内已经开始开发研制微生物快速检测仪， 逐步商品化、产业化。3.2 食品农药残留、兽药残留检测仪器食品中农药残留和兽药残留问题一直是政府和公众非常关注的 问 题，为了防止对人畜的危害，目前很多国家和地区都将农药残留和 兽药 残留作为主要的控制项目，列为必检指标，我国就有 10 种化学 农药列为优先检测，近年已公布实施了 8 个农药多残留检测的国标。 检 测农药和兽药残留的主要方法包括气相色谱、高效液相色谱法和色 -质联 用检测法等28 ，所用的仪器为 GC、 HPLC、 GC-MSLC-MS-MS， 后二类仪器多用于确认和多残检测。国际上 GC、 GC-MS、 GC-MS-MS 的高端产品为 Agile nt、 Shimadzu、 Thermo-Fisher、 PerkinElmer、 Varian等统领；LC、LC-MS和LC-MS-MS的高档