現代食品分析中常用的儀器分析技術 及發展意義

◎ 李書華，楊偉杰

（河南質量工程職業學院，河南 平頂山 467000）

食品分析是依據物理、化學、生物化學的一些基本理論，運用各種科學技術，按照制訂的技術標準，對原料、輔助材料、半成品以及成品的質量進行檢驗，以保證生產質量優良的產品，同時，幫助生產部門開發新的食品資源、試制新的優質產品、改革生產工藝、改進產品包裝和貯運技術，是研究和評定食品品質及其變化的一門學科。它主要包括食品營養成分分析、食品原料、輔料及食品添加劑分析、食品安全分析（有毒有害成分）和食品感官分析等。是傳統分析化學與食品科學與工程的有機結合。本文就現代食品分析常用到的各種儀器分析技術進行了研究分析，并對其未來發展趨勢進行展望。

1 現代食品分析常用的儀器分析技術

食品分析常用的儀器分析技術包括氣相色譜技術、液相色譜技術、紫外可見分光光度技術、薄層色譜技術、電色譜技術和電泳分析技術等，根據被檢測食品的性狀及物理化學性質可采用不同的儀器分析技術進行分析。

1.1 氣相色譜技術

氣相色譜（GC）技術主要是利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合物的分離。它具有用量較少，分析檢測速度快的優點，但是在檢測的過程中，必須與相關數據進行對比才能得出結論[1]。

氣相色譜儀主要由載氣系統、進樣系統、分離系統、溫控系統、檢測器及數據處理系統構成。其中分離系統主要由色譜柱將各個組分分離開；檢測器鑒定分離后組分是何種物質，所以氣相色譜儀的分離系統和檢測系統是儀器的核心。目前常用的檢測器有氫火焰離子化檢測器（FID）、熱導檢測器（TCD）、氮磷檢測器（NPD）、火焰光度檢測器（FPD）及電子捕獲檢測器（ECD），各檢測器所需載氣類型及應用范圍見表1。氣相色譜技術廣泛應用于食品中脂肪酸甲酯分析、農藥殘留分析、香精香料分析、食品添加劑分析及食品包裝材料中揮發物的分析等，氣相色譜檢測技術需要檢測的物質在流動相和固定相之間不斷進行互相揮發、溶解或者在解吸過程中相互分離[2]。

表1 氣相色譜中常用檢測器表

1.2 液相色譜技術

高效液相色譜（HPLC）法是用高壓輸液泵將具有不同極性的單一溶劑或不同比例的混合溶劑、緩沖液等流動相泵入裝有固定相的色譜柱，經進樣閥注入供試品，由流動相帶入柱內，在柱內各成分被分離后，依次進入檢測器，色譜信號由記錄儀或積分儀記錄。

色譜儀的關鍵部件是色譜柱，所以高效液相色譜可通過減小填料粒度和柱徑來提高柱效。高效液相色譜的適用范圍是分離沸點高、熱穩定性差、相對分子量比較大及有生理活性的物質，在食品行業中廣泛應用于核酸、肽類、內酯、稠環芳烴、高聚物及抗氧化劑等物質的檢測和分析。

1.3 分光光度技術

分光光度技術是通過測定被測物質在特定波長處或一定波長范圍內光的吸光度或發光強度，對該物質進行定性和定量分析的一種分析技術。在分光光度計中，將不同波長的光連續地照射到一定濃度的樣品溶液時，便可得到與不同波長相對應的吸收強度。如以波長為橫坐標，吸收強度為縱坐標，就可繪出該物質的吸收光譜曲線。利用該曲線進行物質定性、定量的分析方法，稱為分光光度法，也稱為吸收光譜法。用紫外光源測定無色物質的方法，稱為紫外分光光度法；用可見光光源測定有色物質的方法，稱為可見光光度法。包含紫外光區與可見光區的測定方法為紫外-可見分光光度法（UV-VIS），與其他檢測方法相比，這種檢測方法具有操作簡便的優勢[3]，可以有效地測定物質的最大吸收波長，采用比色法可對物質含量進行測定。除紫外光區、可見光區外，分光光度法應用的光區還包括紅外光區。使用分光光度計時除應定期對所用的儀器進行全面校正檢定外，還應于測定前校正測定波長。分光光度法廣泛應用于食品中各種營養成分分析，如碳水化合物、蛋白質、氨基酸及維生素的測定，也常用于食品中有害殘留物質的分析。可利用分光光度技術測定的食品各營養成分及分析方法見表2。

1.4 原子吸收光譜技術

原子吸收光譜技術（AAS）是基于氣態的基態原子外層電子對紫外光和可見光范圍的相對應原子共振輻射線的吸收強度來定量被測元素含量的分析技術，是一種測量特定氣態原子對光輻射的吸收的分析技術。此分析技術是20 世紀50 年代中期出現并在以后逐漸發展起來的一種新型儀器分析技術，在地質、冶金、機械、化工、農業、食品、輕工、生物醫藥、環境保護和材料科學等各個領域有廣泛的應用。該分析技術主要適用樣品中微量及痕量組分分析。食品加工過程中，可能出現農藥和重金屬殘留，通過原子吸收光譜檢測法可有效了解食品中農藥和重金屬殘留超標等問題[4]。原子吸收光譜法具有選擇性好（即干擾少）、檢出限低、準確度高、分析速度快以及應用范圍廣等多種優點，但也有一定的局限性，如樣品前處理比較麻煩、對于多種元素只能逐個分析、設備投資及檢測費用較高以及對于穩定性較強的化合物檢測效果不好等。

表2 食品中常用營養成分的分析表

1.5 氣體傳感器分析技術

氣體傳感器，俗稱電子鼻，是將氣體成分和濃度信息轉化為人、儀器和計算機所能使用的信息的裝置。氣體傳感器可檢測有毒或爆炸性氣體，具有無損、快速檢測的優點，被廣泛應用于現代生活中，如室內污染物的檢測、食品和糧食中微量物質（防腐劑、霉菌等）的檢測等。氣體傳感器檢測結果非常準確，涉及化學、物理、數學和計算機等多個學科，其應用廣泛，其中紅外傳感器適用于監測幾乎所有種類的氣體。氣體傳感器具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴氧氣、環境干擾因素少及使用壽命長等優點，逐漸成為未來市場的主流。劉輝等就利用電子鼻測量系統對魚粉氣味信號進行采集，通過主要成分分析法對魚粉樣本的新鮮程度進行電子鼻數據聚類分析，區別魚粉樣本不同新鮮度[5]。

2 發展現代食品儀器分析技術的意義

在食品成分分析、定性定量分析、安全性分析及添加劑等物質的分析方法中，最常用是儀器分析。儀器分析是一種通過探針、傳感器、放大器、分析轉換器等直接或間接地利用物質各種性質（如物理、化學、生理等性質）轉化成人可以感受的已知的物質組成、含量、分布或結構等信息的分析方法，也可以說儀器分析是利用各學科的基本原理和電、光、精密儀器制造等先進技術，探索物質化學特性的一種分析方法。因此，儀器分析是一門綜合性較強的學科，體現了學科交叉性和科學技術的高度結合性。現代儀器分析應用了分析化學的各種新理論、新方法和新技術，成功地將光譜學、量子科學、傅立葉變換、微積分、模糊數學、生物學、電子學、電化學、激光以及計算機和軟件應用于現代分析儀器，發展出了原子光譜（原子吸收光譜、原子發射光譜、原子熒光光譜）、分子光譜（紫外、紅外、質譜、核磁共振及熒光光譜）、色譜（氣相色譜、液相色譜）、分光光度法、激光光譜、拉曼光譜、流動注射分析、極譜法和火焰光度法等現代儀器分析方法。現代分析儀器具有靈敏度高、選擇性好、檢出限低及準確度好等優點，因此，作為食品分析工作者，應時刻關注現代分析儀器的技術發展，把握技術發展最新動向和趨勢，才能將現代分析儀器更好地投入食品分析及檢測工作中。

3 結語

科學技術的發展、生產需求的增長和人民生活水平的提高，對食品分析方法提出了更高的要求，為了適應社會發展，食品分析檢測方法勢必會日趨先進和現代化，而這些都依賴于儀器分析學科的發展。選擇合適的檢測分析技術在食品分析中的尤為重要，食品檢測人員在檢測過程中一定要熟悉各種食品檢測技術，必要時應采取聯合檢測的方式來保證整個檢測結果的準確性和科學性。