牛亚杰 食品营养与检测 仪器分析.doc

郑州科技学院
现代仪器分析
课 程 论 文

题 目 仪器分析在食品中的应用
学生姓名 牛亚杰
专业班级 10级食品专科
学 号 201039012
所 在 系 机械工程系
指导教师 张娜
完成时间 2012年10月15日

仪器分析在食品中的应用
牛亚杰
（郑州科技学院机械工程系 10级 食品营养与检测专业）
摘 要
现代仪器分析是一门发展迅速，应用广泛的实用分析技术，这类技术具有快
速、灵敏、准确的特点，并以化学和物理学为基础，在结构化学、光化学(化学动力学)、生物学和医学等领域起着重要作用。本文主要探讨现代仪器分析在食品检测中的应用及展望。
关键词 仪器分析/食品分析/检测/应用

近年来，食品仪器分析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，使仪器分析方法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。所谓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.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，在食品分析中占有重要地位。离子选择性电极能直接测定液体试样，对复杂样品无需预处理，所需仪器设备简单，使用方便，有利于连续和自动分析，测定灵敏度高，目前已有几十种商品化的离子选择性电极应用于食品分析中。极谱分析具有设备简单、分析速度快、准确度高、灵敏度高等特点，近年在测量食品中的色素、糖精、微量元素等成分的研究中取得很大进步。可用阳极溶出伏安法测定的元素有30多种，阴极溶出伏安法测定的元素有20多种。化学修饰电极的选择性、重现性优于普通电极，拓宽了电化学法的分析对象。生物传感器由于其分析简单、迅速、准确、灵敏度高、价廉，并能在线现场操作，在食品成分分析、生产在线监测、添加剂分析、微生物和生物毒素的检测、食品鲜度的分析等方面都有广泛的应用前景。
2．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。高频电感耦合等离子体发射光谱方法(ICPAES)具检出限低、精密度高、基体效应小、线性范围宽、多元素同时测定等优点，在食品微量元素分析中得到广泛应用。荧光分析法(PCF)具有灵敏度高、选择性好、线性范围广等特点，广泛用于食品中矿物质及金属元素、氨基酸、维生素、食品霉变物质、菌类、食品添加剂、防腐剂、包装有害物质，食品农药残留量的分析。
现代近红外光谱分析技术(NM)是一门需较少预处理的快速无损伤技术。能在几十秒甚至几秒内，仅通过对样品一次NM的简单测量，就能同时测定一种样品的几种甚至几十种物质或浓度数据，而且被测样品用量少，无破坏，无污染。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、脂肪、氨基酸、纤维素、灰分以及谷物加工品品质进行检测。核磁共振分析法(NMR)由于具有定性测定不具破坏性，定量测定不需要标样的特点，因此其在食品中的应用和发展越来越广泛。食品的松脆度、多汁性、质感稳定性等质构信息取决于食品组成成分的物理、化学状态及其三维结构，通常无法用常规分析方法进行研究，应用非破坏性核磁共振技术研究物质的物理、化学性质，已成为食品研究的一种趋势。拉曼光谱分析法具有分析速度快、无需预处理、不需破坏样品、灵敏度较高、所需样品浓度低、反映结构信息量大等特点，在食品工业快速检测、质量控制、无损检测等方面发挥着越来越大的作用。
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[2]，同时该方法也可以检测保健食品中的抗氧化活性。
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(5～10 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[3]。
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]。
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[5]。
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。
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[6]；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[7]。
7.其他分析技术
质谱分析法(MS)能定性和定量测定相对分子质量，给出分子式，提供分子结构信息。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。联用技术及联用仪器组合的发展，成为食品分析中广泛使用的一种分析手段。生物芯片检测技术能处理生物分子所携带的信息，是自动化程度高，能够实现同时检测多种目标分子的目的，检验效率高，检测周期短。是食品卫生检验、检疫中，最快速、大通量、最适用的高新技术。化学发光分析较荧光分析更加灵敏，基因分析、食品卫生监测等方面显示的极好的应用前景。在食品分析中引人化学计量学，可解决一些别的方法不能解决的问题，可使某些样品不经分离就可实现同时测定，大大简化分析步骤。
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，1999：2．
[2] 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)：40．
[3] 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)：550．
[4] 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，1997，2：32．
[5] 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，2004，1：116一117．
[6] 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
[7]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．