近红外分析技术在食品氨基酸检测中应用的研究进展

第３４卷，第９期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析２０１４年９月　　　　　　　　　　　　SpectroscopyandSpectralAnalysisVol畅３４，No畅９，pp２３７７‐２３８１September，２０１４　

近红外分析技术在食品氨基酸检测中应用的研究进展

於筱岚１，徐　宁２，３，何　勇２倡

１畅浙江大学农业与生物技术学院，浙江杭州　３１００５８　　　　２畅浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州　３１００５８３畅浙江工业大学药学院，浙江杭州　３１００１４

摘　要　综述了近红外分析技术在农作物生长及食品加工处理过程中氨基酸检测的应用情况，及其研究进展。对近红外分析食品氨基酸应用中涉及的化学值HPLC检测以及化学计量学方法进行总结，对相关原始文献中的数据、资料和主要观点进行整理和归纳。对氨基酸的HPLC、化学计量学分析方法及其在农作物品质监测、茶叶中氨基酸和茶多酚含量的同时测定、饲料品质鉴定、奶酪火腿肉制品中氨基酸及其他化学成分含量的测定情况进行了综述，分析了方法的优缺点并对近红外分析技术在食品氨基酸检测中应用进行了展望。近红外光谱在氨基酸检测中应用的发展需基于氨基酸高效液相色谱检测的化学值来建立相应的模型，模型传递的问题是目前制约其大范围推广的主要原因。在线分析可以监测从原料到产品的整个反应变化过程，满足食品从生产到销售等领域中品质实时监控的需求，将是今后重要的发展方向。

关键词　近红外光谱；氨基酸；食品

中图分类号：O６５７畅３　　文献标识码：A　　　DOI：１０畅３９６４／j畅issn畅１０００‐０５９３（２０１４）０９‐２３７７‐０５

引　言

　　氨基酸分析是食品、农业生产，化学工业以及生命科学研究和应用中最重要的技术之一。对氨基酸检测技术的快速，准确，低耗能的追求是历代科研工作者一直努力的方向。

随着技术的发展，高效液相色谱（highperformanceliq‐uidchromatography，HPLC）法（离子交换或反相）替代甲醛滴定法和凯氏定氮法成为了药典和食品检测中氨基酸定量测定的标准方法。近年来，由于对分析速度、灵敏度、鲁棒性和再现性等要求的不断提高，也得益于仪器仪表的进步，新的氨基酸分析方法不断被开发出来。除了已经建立的气相色谱质谱联用（GC‐MS）分析技术，还有毛细管电泳质谱联用（MS）（capillaryelectrophoresisMS）、元素分析Ultra高效液相色谱（HPLC‐MS）和液相色谱（LC）与其他检测器的联用［１］。这些氨基酸的检测虽然准确程度比甲醛滴定法和凯氏定氮法大大提高，然而繁琐程度依然或更甚。需要专业的技术人员，将样本经过前处理后进行过柱检测，没有经过一定培训的技术人员难以掌握。

　收稿日期：２０１３‐１０‐０４，修订日期：２０１４‐０１‐２０

　基金项目：国家自然科学基金项目（３１０７１３３２）和国家支撑计划项目（２０１１BAD２１B０４）资助

　作者简介：於筱岚，女，１９９２年生，浙江大学农业与生物技术学院茶学系本科生　　e‐mail：hangzhouyxl＠１６３．com

倡通讯联系人　　e‐mail：yhe＠zju畅edu畅cn

Fig畅1　Developmentandapplicationofthe

samplescalibrationequation

物质的含氢基团（C—H，N—H，O—H等）在波长７８０～

spectroscopy，NIRS）改变了这一状况，其原理是是利用有机

　　近年来出现的近红外光谱技术（nearinfraredreflectance

２５２６nm的电磁波区域跃迁时产生的光谱变化，结合计算机学与化学计量学测定样品中多种化学成分含量。关键优势在

２３７８光谱学与光谱分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３４卷

matography，HPCEC），在柱后流出液中加入茚三酮，间接检测由氨基酸生成的具有可见光吸收的衍生物。

柱后茚三酮衍生法［３］准确可靠、重现性高，能测定大量氨基酸及其同系物，但也存在灵敏度不高的弱点，准确分析只可用于１００pmol以上的氨基酸，其对脯氨酸在４４０nm的单独检测也是一个不足。以荧光胺、邻苯二甲醛（OPA）代替茚三酮作为柱后衍生剂可以提高３个数量级的灵敏度，但二者都无法直接与脯氨酸发生反应。

因此，柱前衍生反相高效液相色谱法（reversedphasehighperformanceliquidchromatography，RP‐HPLC）在近年来也得到了长足的发展，逐渐开始取代柱后衍生HPCEC在一些领域的应用。通过选择适宜的衍生剂并与每种氨基酸定量反应生成具有一定稳定性的特定产物，再通过高效液相色谱分析产物以此反推氨基酸，柱前衍生反相高效液相色谱法具有操作简单、色谱分离分辨率高、检测灵敏度高、分析时间短，便于实现自动化和使产物能在不同型号的高效液相色谱仪上测定的优点。目前常用的柱前衍生剂［４］有邻苯二甲醛（OPA）、异硫氰酸苯酯（PITC）、氯甲酸芴甲酯（FMOC‐Cl）和丹酰氯（Dansyl‐Cl）。柱前衍生反相高效液相色谱法衍生方法比较如表１所示。

其不需试剂、药品以及前处理，可透过玻璃或塑料直接检测，分析及维护成本比色谱分析技术低得多，因而在食品，水果，农产品等检测领域的研究得到了迅速的发展［２］。

该技术通过采集样品光谱、光谱预处理、建立定标模型、进行外部验证等步骤，建立光谱参数与样品中氨基酸的真实含量之间的一定关系，并以此预测未知氨基酸含量样品中氨基酸含量（见图１）。具有分析快速、无污染、样品无损、重现性好等多种优点（图１）。

本文对近红外分析食品氨基酸应用中涉及的化学值HPLC检测以及化学计量学方法进行了综述，对相关原始文献中的大量数据、资料和主要观点进行整理和归纳，以期反映该技术的发展历史、当前状况与趋势。

１　氨基酸的HPLC分析

　　自动氨基酸分析仪问世于２０世纪６０年代初，并已实现程控自动化和数据处理电脑化，分析时间缩短至１h以内，此后氨基酸自动分析仪广泛地应用于各行各业。经典方法是以阳离子交换树脂为固定相，酸性缓冲液为流动相，依据高效阳离子交换色谱（highperformancecationexchangechro‐

Table1　Comparisonofpre‐columnderivatizationmethodsforaminoacidanalysisbyRP‐HPLC

柱前衍生剂PITCOPA衍生时间／min

２０４５５１衍生物稳定性

不稳定稳定稳定稳定

衍生操作简单复杂

去除干扰方法真空干燥

无－与二级胺反应

不反应反应反应反应

灵敏度pmolpmolfmolfmol重现性很好好好好Dansyl‐ClFMOC‐Cl简单简单戊烷萃取

归（principalcomponentregression，PCR）［９］是常用的线性数

２　化学计量学方法

　　化学计量学主要通过统计学或数学方法，将化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系。岑海燕等［６］的综述给予介绍化学计量学方法在近红外光谱分析中的应用，此处聚焦于该作者近红外氨基酸检测应用的方法。2畅1　预处理

为消除因仪器、样品导致的与样品分析无关的光谱噪音，需要对光谱进行预处理来消除噪音。褚小立等

［７］

学算法，在其基础上还有改良的多向偏最小二乘法（multi‐

人工神经网络（artificialneuralnetworks，ANN）［１０］属于

wayPartialleastsquaresmethod，MPLS），使用都较为广泛。

非线性校正算法，是由大量简单处理单元（神经元）广泛互连而成的非线性动力学系统。它不仅结构可变，还有自学习、自适应、巨量并行性、 …… 此处隐藏：3727字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……