快速檢測技術(shù)在食品營養(yǎng)檢測中的應用研究

近年來，隨著人們對食品安全與營養(yǎng)健康的關(guān)注日益增加，食品檢測技術(shù)的重要性愈加凸顯。傳統(tǒng)的食品檢測方法雖然精確，但往往耗時較長且成本較高，難以滿足現(xiàn)代食品工業(yè)對快速、高效檢測的需求?？焖贆z測技術(shù)的興起為食品營養(yǎng)成分及安全性檢測提供了新的解決方案。這類技術(shù)不僅具有操作簡便、檢測時間短、靈敏度高等優(yōu)點，還能夠在大規(guī)模生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)中實現(xiàn)實時監(jiān)測。本文將重點探討快速檢測技術(shù)在食品營養(yǎng)檢測中的應用與發(fā)展前景，為提升食品安全性和營養(yǎng)質(zhì)量提供科學依據(jù)。

1.快速檢測技術(shù)的定義

快速檢測技術(shù)是指簡化樣品處理流程、縮短檢測時間并提高檢測效率，能夠在較短時間內(nèi)獲得可靠檢測結(jié)果的一類分析技術(shù)。其原理通?；谖锢?、化學或生物學等多學科交叉手段，結(jié)合傳感器技術(shù)、光譜分析、免疫分析、色譜技術(shù)等，迅速檢測食品中的營養(yǎng)成分及安全性指標。與傳統(tǒng)檢測方法相比，快速檢測技術(shù)以其高靈敏度、簡便操作和實時分析的優(yōu)勢顯著降低了對復雜設備和專業(yè)人員的依賴，尤其適用于現(xiàn)場檢測和大批量樣品的篩選。常見的快速檢測技術(shù)包括酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）、表面等離子共振（SPR）、拉曼光譜技術(shù)、便攜式近紅外光譜儀、色譜法等。這些技術(shù)以高度靈敏的檢測元件與信號轉(zhuǎn)換設備的結(jié)合，實現(xiàn)了對食品中多種成分的精確快速測定，不僅在食品營養(yǎng)分析中具有廣泛應用，還能及時發(fā)現(xiàn)食品中的有害物質(zhì)，如重金屬、農(nóng)藥殘留和致病微生物等。

2.快速檢測技術(shù)在食品營養(yǎng)檢測中的應用價值

2.1 提高檢測效率 保障食品質(zhì)量和安全性

食品生產(chǎn)和加工過程中，營養(yǎng)成分的快速檢測有助于保證產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)檢測方法通常需要復雜的樣品前處理、長時間的分析以及昂貴的儀器設備，難以滿足現(xiàn)代食品工業(yè)的快速響應需求。而快速檢測技術(shù)憑借其簡便的操作和高效的檢測流程，大幅度縮短了檢測時間，能夠在生產(chǎn)線上實時監(jiān)控食品中的營養(yǎng)成分，如維生素、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)等。這種高效的檢測方式不僅確保了食品的營養(yǎng)成分符合規(guī)定標準，還能及時發(fā)現(xiàn)可能存在的營養(yǎng)缺失或配比不當?shù)膯栴}，避免因生產(chǎn)過程中控制不當導致的質(zhì)量偏差?？焖贆z測技術(shù)在食品的儲存和流通環(huán)節(jié)同樣具有重要意義，能在運輸和銷售過程中對產(chǎn)品進行動態(tài)檢測，及時反饋食品的營養(yǎng)狀況，進一步保障消費者的飲食安全。

2.2 降低檢測成本 推動食品營養(yǎng)檢測的普及化

傳統(tǒng)的食品營養(yǎng)檢測通常需要大型實驗室設備以及專業(yè)技術(shù)人員操作，檢測成本較高，限制了中小型食品企業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的檢測能力。而快速檢測技術(shù)由于操作簡便、設備便攜、成本較低，極大降低了檢測門檻，使得更多的食品企業(yè)能夠以較低的成本進行營養(yǎng)成分的快速分析。這不僅促進了食品營養(yǎng)檢測的普及化，還使得企業(yè)能夠更加靈活地進行自我監(jiān)控，提升產(chǎn)品質(zhì)量管理水平?？焖贆z測技術(shù)的便攜性也使得其在偏遠地區(qū)或資源有限的環(huán)境中得以廣泛應用，為小規(guī)模食品加工廠或農(nóng)戶提供了可靠的檢測手段，有效推動了整個食品行業(yè)的質(zhì)量提升和可持續(xù)發(fā)展。

3.常用快速檢測技術(shù)

3.1 免疫分析技術(shù)

免疫分析技術(shù)基于抗原與抗體之間的特異性結(jié)合反應，檢測標記物信號的變化，快速識別和定量分析目標物質(zhì)。該技術(shù)的核心在于抗體的高特異性，能夠準確識別食品中的特定營養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、維生素以及某些微量元素等。常見的免疫分析技術(shù)包括酶聯(lián)免疫吸附測定法（ELISA）、膠體金免疫層析技術(shù)和時間分辨熒光免疫技術(shù)。ELISA是一種經(jīng)典的免疫分析方法，通常通過酶促反應將抗原-抗體結(jié)合的信號放大，進而實現(xiàn)高靈敏度的檢測。其操作流程包括抗原捕獲、抗體識別、酶促顯色等步驟，具有較高的特異性和靈敏度，適用于檢測食品中的蛋白質(zhì)、多肽等營養(yǎng)成分，由于其操作流程較為復雜，通常需要借助實驗室設備完成。相比之下，膠體金免疫層析技術(shù)具備操作簡便、結(jié)果直觀的優(yōu)勢，能在現(xiàn)場快速實現(xiàn)定性或半定量檢測，常用于檢測食品中的維生素、某些礦物質(zhì)以及有害物質(zhì)。時間分辨熒光免疫技術(shù)則基于熒光標記物的時間分辨特性，具有更高的靈敏度，能夠?qū)崿F(xiàn)低濃度營養(yǎng)成分的快速定量檢測，適合用于復雜基質(zhì)的分析。

3.2 光譜分析技術(shù)

光譜分析技術(shù)主要測量物質(zhì)與光的相互作用（吸收、反射、熒光等），獲得物質(zhì)的定性和定量信息。這類技術(shù)在食品營養(yǎng)檢測中具有廣泛的應用，常見的光譜技術(shù)包括近紅外光譜（NIR）、紫外-可見光譜（UV-Vis）和拉曼光譜。近紅外光譜技術(shù)（NIR）是一種無損、快速檢測方法，廣泛應用于食品的營養(yǎng)成分分析中。近紅外光波段通常對應分子中的化學鍵振動，分析樣品對不同波長光的吸收情況，能快速檢測水分、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物等營養(yǎng)成分。NIR技術(shù)的優(yōu)勢在于無需樣品前處理，檢測速度快，能夠直接應用于生產(chǎn)線上進行大批量檢測。其不足之處在于對于復雜基質(zhì)的樣品，定量分析的準確性受到限制，要建立健全的校正模型。紫外-可見光譜（UV-Vis）則主要用于檢測食品中的色素、維生素和多酚類物質(zhì)。該技術(shù)基于樣品對紫外和可見光波段的吸收特性，測量吸光度來實現(xiàn)對營養(yǎng)成分的定量分析。UV-Vis技術(shù)的優(yōu)勢在于操作簡便、檢測速度快，適用于液態(tài)或溶解樣品的分析，該技術(shù)對復雜基質(zhì)的選擇性較低，容易受到樣品其他組分的干擾。

3.3 色譜分析技術(shù)

常見的色譜技術(shù)包括氣相色譜（GC）、高效液相色譜（HPLC）和離子色譜（IC）。氣相色譜（GC）主要用于檢測食品中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分，如脂肪酸、香料成分等。GC技術(shù)通過將樣品組分汽化，利用組分在固定相與氣態(tài)流動相之間的分配差異，將各成分分離并檢測。GC的優(yōu)勢在于分離效能高，適合于復雜基質(zhì)中微量成分的分析，該技術(shù)通常需要復雜的樣品前處理，對于非揮發(fā)性營養(yǎng)成分的檢測則不適用。高效液相色譜（HPLC）是食品營養(yǎng)檢測中應用最廣泛的色譜技術(shù)之一，適用于檢測食品中的維生素、氨基酸、糖類和多酚類物質(zhì)。HPLC技術(shù)利用液體流動相與固體固定相之間的分配行為差異，實現(xiàn)復雜樣品中多種成分的高效分離和定量，該技術(shù)靈敏度高，適用于非揮發(fā)性和熱不穩(wěn)定的成分檢測。近年來，隨著檢測器的發(fā)展，HPLC與質(zhì)譜（MS）聯(lián)用技術(shù)的應用逐漸增多，這使得該技術(shù)在檢測食品中的痕量營養(yǎng)成分時表現(xiàn)出更高的靈敏度和選擇性。離子色譜（IC）則主要用于檢測食品中的無機離子，如鈉、鉀、鈣、鎂等礦物質(zhì)以及某些有機酸。IC通過陰、陽離子交換樹脂的分離原理，能夠高效分離樣品中的離子類成分，適用于水溶性礦物質(zhì)及部分維生素的分析。

4.快速檢測技術(shù)在食品營養(yǎng)成分檢測中的應用

4.1 維生素檢測 高效液相色譜法（HPLC）

高效液相色譜法（HPLC）在食品中的維生素檢測中應用廣泛，尤其適用于水溶性維生素（如維生素C、B族維生素）和脂溶性維生素（如維生素A、D、E、K）的分析。檢測流程通常從樣品的前處理開始，以確保維生素的提取和分離。首先，對待測食品樣品進行均質(zhì)化處理，以便提取維生素。對于水溶性維生素，可以采用稀酸或稀堿溶液（如0.1M鹽酸或碳酸鈉溶液）作為提取劑，結(jié)合離心或過濾將維生素從食品基質(zhì)中分離出來。脂溶性維生素的提取通常使用有機溶劑（如乙醚、乙酸乙酯），并通過液-液萃取法將其提取至有機相。樣品提取液經(jīng)處理后，使用預過濾器（如0.45μm濾膜）進行過濾，以去除雜質(zhì)和懸浮顆粒，確保后續(xù)色譜分離的順利進行。接下來，將經(jīng)過處理的樣品注入HPLC系統(tǒng)。HPLC的分離是基于不同維生素在固定相（通常為C18反相柱）和流動相（如水-甲醇或乙腈混合物）之間的分配行為。流動相通過泵送入系統(tǒng)，帶動樣品經(jīng)過色譜柱，樣品中的各類維生素由于化學特性不同，在固定相和流動相中分配的時間不同，最終在檢測器上產(chǎn)生不同的保留時間。UV檢測器或熒光檢測器用于捕捉維生素的信號，比較樣品中峰面積與標準物質(zhì)的峰面積，可以定量確定樣品中的維生素含量。

4.2 礦物質(zhì)檢測 電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）在礦物質(zhì)檢測中應用廣泛，尤其適用于痕量元素如鐵、鋅、鎂、鉀、鈉、鈣等常見礦物質(zhì)的檢測。該方法的具體流程包括樣品的消解、離子化、質(zhì)譜分析及數(shù)據(jù)處理。礦物質(zhì)檢測的前處理階段需要將固態(tài)或液態(tài)食品樣品進行消解。一般使用微波消解系統(tǒng)將樣品與酸（如硝酸或氫氟酸）混合，加熱至高溫高壓條件下，使有機物完全分解，釋放出目標礦物質(zhì)元素。消解后的樣品轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)，其中礦物質(zhì)呈游離離子形式。消解后的液體樣品被注入ICP-MS系統(tǒng)中，首先經(jīng)過等離子體火炬區(qū)域。此區(qū)域通過電感耦合方式產(chǎn)生高溫等離子體，通常溫度可達6000–10000K。在等離子體中，樣品被霧化并離子化，礦物質(zhì)元素轉(zhuǎn)化為帶正電的離子。這些離子隨后被引入質(zhì)量分析器，質(zhì)譜分析器根據(jù)元素的質(zhì)荷比（m/z）對離子進行分離，并將其引導至檢測器。在檢測器中，礦物質(zhì)離子的強度被記錄下來，并通過標準曲線進行定量分析。比對樣品中檢測到的信號與標準溶液的信號強度，可以準確計算出樣品中各礦物質(zhì)的濃度。

4.3 蛋白質(zhì)、脂肪與碳水化合物檢測 近紅外光譜技術(shù)（NIR）

近紅外光譜技術(shù)（NIR）常用于食品中的主要營養(yǎng)成分如蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物的快速檢測。該技術(shù)的檢測原理基于這些成分中的化學鍵（如C-H、O-H和N-H鍵）在近紅外區(qū)域的特征吸收，檢測樣品對特定波長光的吸收情況，可以推斷其內(nèi)部成分含量。檢測過程從樣品準備開始，對于固態(tài)樣品（如谷物或肉制品），通常不需要復雜的前處理，只需將樣品均質(zhì)化或磨碎至粉末狀，以確保測試時樣品的均勻性。對于液態(tài)樣品（如乳制品），可以直接將樣品裝入比色皿中進行分析。樣品準備好后，利用近紅外光譜儀對其進行光譜掃描。NIR光源發(fā)出的光束穿過樣品，樣品中的成分會選擇性吸收不同波長的近紅外光，根據(jù)樣品中的蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物含量的不同，會產(chǎn)生不同的吸光譜圖。檢測器記錄下樣品對各波長光的吸收強度，生成相應的光譜數(shù)據(jù)。這些光譜數(shù)據(jù)通過化學計量學方法進行解析，結(jié)合校正模型（通常是通過大量標準樣品構(gòu)建的校正曲線），對樣品中的蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物含量進行定量分析。該過程無需復雜的樣品前處理，也無需試劑，整個檢測過程通常在幾分鐘內(nèi)完成。

4.4 其他營養(yǎng)成分的快速檢測 酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）

酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）是一種基于抗原-抗體反應的生物化學技術(shù)，常用于檢測食品中的微量成分，如膳食纖維、某些功能性成分（如抗氧化劑、多酚類化合物）以及部分過敏原。ELISA檢測過程首先需要將食品樣品進行提取處理。針對不同的待測物質(zhì)，選擇適當?shù)娜軇┗蚓彌_液提取待測營養(yǎng)成分，提取液經(jīng)過離心或過濾后，去除雜質(zhì)，保留待測物質(zhì)。提取后的樣品加入到預包被有特異性抗體的微孔板中，使待測物質(zhì)與抗體結(jié)合。經(jīng)過孵育后，未結(jié)合的物質(zhì)通過洗滌步驟去除。接下來，加入結(jié)合有酶標記的第二抗體，第二抗體特異性結(jié)合到已經(jīng)與第一抗體結(jié)合的待測物質(zhì)上，形成抗原-抗體-酶的復合物，進一步的洗滌步驟，未結(jié)合的酶標抗體被去除。在加入底物后，酶促反應開始，底物被酶轉(zhuǎn)化為具有顏色的產(chǎn)物，反應的強度與樣品中待測物質(zhì)的含量成正比。最后，酶標儀測量反應液的吸光度，結(jié)合標準曲線進行定量分析。結(jié)合快速檢測技術(shù)，食品中的維生素、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物以及其他營養(yǎng)成分得以高效、準確地定量分析。

結(jié)束語

綜上所述，快速檢測技術(shù)在食品營養(yǎng)成分檢測中具有極為重要的作用，它能夠以高效、靈敏、準確的方式為食品行業(yè)提供及時的質(zhì)量監(jiān)控和安全保障。利用免疫分析、光譜分析和色譜分析等多種先進技術(shù)，食品中的維生素、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)成分可以迅速得到定量檢測，有效提升了生產(chǎn)和監(jiān)管效率。展望未來，隨著技術(shù)的不斷進步，快速檢測技術(shù)將更加智能化、自動化，并與大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，進一步推動食品營養(yǎng)檢測的精細化和標準化，為保障全球食品安全和公眾健康提供更加可靠的技術(shù)支持。

作者簡介

崔波（1989.04-），男，漢族，河南安陽人，碩士研究生，食品工程師；研究方向：食品工程。