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乳制品质量快速检测技术研究

2024-01-01张晓梅

中国食品 2023年24期
关键词:光谱法乳制品荧光

张晓梅

随着乳制品行业的不断发展,乳制品质量相关问题也频频发生,消费者对乳制品质量的关注度亦不断提高。为保证乳制品的质量,必须采用一系列的检测技术开展质量检测工作。

一、影响乳制品质量的风险因素

从乳制品生产源头来看,兽药使用不合理、乳液存储不当、环境中存在重金属污染等,均是可能引发乳制品质量问题的风险因素。在收购环节,如果处理不当,极可能致使劣质乳品或原材料流入市场;在加工期间,如果管控不当,极可能引发微生物污染、非法添加或者掺假等质量问题;在存储、运输期间,如果物流管控不严格,也会引发微生物污染。

从乳制品质量问题分类来看,影响乳制品质量的危害因素主要可分成生物性危害和化学性危害两大类,前者主要涉及细菌、真菌及其毒素等,真菌包括酵母菌、霉菌等;后者以兽药残留最为突出,还包含农药残留、非法添加、霉菌毒素等。此外,消费者缺乏对問题乳制品的鉴别能力等,也是引发乳制品质量问题的风险因素。

二、乳制品质量快速检测技术

1.电子学检测技术。电子学检测技术主要是一种依托电子学原理,借助电子元器件设计制造相关特定功能的电路,以解决实际问题的新型技术。在乳制品质量检测中,电子学检测技术的应用主要涉及电子鼻和电子舌产品、直接电信号测量、间接电信号测量等。

电子鼻和电子舌作为一种对人类嗅觉、味觉进行模拟,同时可输出气体、味道等信息的智能检测设备,能够完成对乳制品质量的在线评估检测。电子鼻主要由样品处理系统、样品检测系统及数据处理系统构成,已逐渐由体积大、价格高昂的设备转变成低能耗、低成本的便捷设备。有研究人员研发出一款完善的电子鼻系统,依托对氧化还原反应下半导体电导率的检测,在挥发性气味转至金属氧化物传感器敏感材料表面时,二者的负氧离子相互间会在氧化还原反应作用下生成电子,进而使材料导电率发生变化。该款电子鼻不仅低成本,可保证样品完整性,还可实现快速检测。电子鼻和电子舌均将高灵敏度、高精密的传感材料用作探头,依托对检测物与传感材料的反应获取电子信号,并经由相关处理得到检测物信息,具有操作便捷、检测速度快、能够进行现场检测和即时检测的优势,不足之处在于容易受到外部环境的影响,对此可以通过多次采样、多次检测进行弥补。

直接电信号测量(介电参数组件)一般是借助电导、电容、电阻等介电参数,以展现物质在外部刺激下的各种状态或性能。该技术的检测原理在于经由检测乳制品在电场中所受极化作用释放的感应电荷,继而基于输入与输出值的关系以获取介电参数转变,进一步完成对待测电解质相关状态或性能的评定。这种检测方法的检测速度快,且无破坏。有研究人员将双重电容、总阻抗、电阻等介电参数用作检测参数开展研究,发现阻抗不适宜用作快速分析乳制品菌落数的检测参数,依托检测误差分析得出,总阻抗、电导更适宜作为检测乳制品中的菌落总数。还有研究人员开发出一款鲜奶介电参数检测设备,经由探究介电参数阻抗值与pH的关系,打造温度-pH-变质程度之间的关系模型,以此实现对乳制品新鲜度的实时检测。

间接电信号测量(传感器组件)在乳制品质量在线检测中发挥着重要作用,主要是将非电量的检测转化为可用信号输出,检测原理是借助物理、化学反应及生物效应实现能量或信息转换。在乳制品质量检测中,间接电信号测量的应用主要涉及成分检测、农药残留检测、添加剂检测等。有研究人员研发出一款可检测乳制品中三聚氰胺的多通道检测设备,将纳米海胆状的金颗粒用作检测探针,凭借其能够与三聚氰胺形成聚集,继而依托近似于光谱仪的通道传感器完成光信号转换,最终完成对乳制品中三聚氰胺的检测。

2.光谱学检测技术。光谱学检测技术可以分成光谱分析技术、色谱分析技术。光谱分析技术主要是基于物质特定的吸收光谱予以定性分析,并结合其不同波长下吸光度与浓度的关系开展定量分析,乳制品质量检测中较常应用的光谱分析技术主要包括红外光谱法、荧光光谱法等。色谱分析技术主要是将样品中各组分依据结合能力的不同进行分离,再将分离获取的组分于检测设备中开展检测分析,在乳制品质量检测中较常应用的色谱分析技术主要包括纸基色谱法、气相色谱法等。

红外光谱法的检测原理在于各种物质都有其独特的红外吸收谱,在红外光谱区中,除去H2之外的其他有机物均可被吸附。红外光谱法不仅可对样品开展定性定量分析,还可对样品分子结构予以检测,具有低成本、无破坏、可实现快速检测等优势。有研究人员通过可视化-近红外光谱法对数百只母羊及母羊的脂肪酸构成予以评估,并依据参照方法开展脂肪酸成分检测,通过交叉检测及外部检测进行确定。研究得出,近红外光谱法可有效评估总饱和脂肪酸、总不饱和脂肪酸、总单不饱和脂肪酸以及总反脂肪酸的含量。

荧光光谱法主要是借助某一特有的光对可实现相应荧光作用的样品予以辐射,在相应时间内,样品与光线接触后会发射偏长的光线,进而依据发射的波长开展定性分析。荧光光谱法具有选择性强、灵敏度高等优势,适用于乳制品质量检测中的维生素含量检测和农药残留检测,已成为乳制品质量检测的一种重要手段。有研究人员采用荧光光谱法对含脂肪的多种品牌乳制品的荧光亮度进行检测,结果发现相同品牌乳制品的荧光亮度要明显低于脱脂乳。不过,荧光光谱法也存在一些不足之处,比如难以实现对非金属元素的准确检测,检测得出的元素无法呈现其价态,在一定程度上制约了该项技术的检测精准性。除此之外,荧光光谱法的相关设备部件有赖于从国外进口,投入成本高,也在一定程度上制约了荧光光谱法的推广。

纸基色谱法是一种将过滤纸用作介质,依托近似相容性原理的光谱分析技术。有研究人员研发了一款基于亚甲基蓝型阴离子型清洁剂与亚甲基蓝型染料的配位来开展检查的纸基色谱仪,在层析技术支持下,使配体与游离型染色的复配体相分离,并经由反应配位的颜色变化进行评定,不但操作简单便捷,而且不需要开展其他检测,适用于乳制品质量检测。

气相色谱法是一种将气体用作流动相的光谱分析技术。在气相中,样品的组合可迅速于液相与固定相之间进入稳定状态,加之固定相能够选择多种物质,所以气相色谱法又是一项分离效率高、分析速度快的分离分析方法。气相色谱法具有分离效率高、分析速度快、灵敏度高、应用范围广等优势,在乳制品质量检测中的应用主要是农药残留检测、脂肪酸检测以及添加剂分析等。

3.生物技术。生物技术依托生物学、化学及工程学等学科的基本原理,通过生物体或其组成部分以生产有价值物质,或为人类提供相关服务。随着生物技术的不断发展,其在乳制品工艺中得到不断推广,不仅能保障乳制品质量安全,还可在乳制品生产环节提高乳制品原料品质及存储性能,更可提高乳制品的营养成分,从而生产出更安全、绿色、营养的乳制品。在乳制品质量检测中,生物技术的应用主要包括酶联免疫吸附法、免疫胶体金技术以及PCR技术。

酶聯免疫吸附法作为一种免疫检测方法,可同时应用于抗体检测、抗原检测。这种生物技术操作便捷,可确保极高的重复性,适用于乳制品质量检测中的乳铁蛋白检测、抗生素检测、微生物检测等。比如,基于酶联免疫吸附法的试剂盒通过间接竞争的方法开展检测,结合样品吸光度与内部含有的乳铁蛋白量具有负相关关系,进而完成对乳制品中乳铁蛋白含量的定量检测。酶联免疫吸附法还适用于检测乳制品中的黄曲霉素,作为一种次生代谢产物,黄曲霉素主要由黄曲霉、寄生曲霉产生,有着极强的致毒性及致癌性。黄曲霉素的代谢产物主要包括B1、B2、G1、G2、M1以及M2等类型,其中,M1、M2是从牛奶中分离出的,世界各国均对该毒素在食品中的含量进行了严格限制。如果喂养乳牛的饲料中存在黄曲霉素污染,则乳牛产出的乳制品极可能含有M1。一般而言,乳制品中M1含量相对偏低,通常是数十到数百ng/L,采用常规检测技术不易得出其具体含量,此时可引入酶联免疫吸附法对乳制品中M1含量进行检测,如果含量在30ng/L以上,通过酶联免疫吸附法检测的准确性要高于高效液相色谱法。

免疫胶体金技术作为一种将胶体金用作示踪标记物的免疫标记技术,同样适用于抗体、抗原检测,并且具备操作便捷、灵敏度高、反应迅速、特异性佳等优势。在乳制品质量检测中,免疫胶体金技术主要适用于免疫球蛋白等活性成分检测及添加物、兽药残留检测。有研究人员以滤纸取代硝酸纤维素膜,提出一种低廉、便捷、快速的胶体金免疫层析方法,通过壳聚糖对滤纸予以功能化,让蛋白质得以充分固定化,继而胶体金可对乳制品中的蛋白质予以标记,进一步对乳制品中相关残留药物开展检测。研究发现,该方法可在乳制品中检测出十余种磺胺类药物,其检测限为0.42-8.64μg/L。

PCR技术是一种用以放大扩增特定DNA片段的生物技术,可将其视为生物体外的特殊DNA复制。PCR技术适用于乳制品质量检测中的益生菌、有害菌定性定量检测,具备操作便捷、灵敏度高、特异性强等优势。有研究人员基于多重PCR技术,对目的基因中若干个片段进行同时扩增,并将多重PCR技术与一种直接过滤富集细菌体的方法相结合,进而完成对乳制品中一系列致病菌的同时检测。相较于常规PCR技术,上述方法不仅能提高检测效率和灵敏度,还可实现良好的特异性,以及在相同反应管中同时检测多种病原体,显著减少试剂投入,降低检测成本。

综上所述,乳制品消费的增长推动了乳制品行业的长足发展,为保障乳制品的质量安全,必须开展好乳制品质量检测工作。电子学检测技术、光谱学检测技术、生物技术是当前得到广泛应用的快速检测技术,技术人员应结合乳制品质量检测实际,引入不同的针对性检测技术,保障乳制品质量安全,推动乳制品行业健康可持续发展。

作者简介:张晓梅(1977-),女,满族,北京人,高级工程师,大学专科,研究方向为检验检测。

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