食品分析現在和未來(lái)的挑戰

　　在這篇文章中，我們不會(huì )對大量應用于食品分析的技術(shù)進(jìn)行論述。本文將主要聚焦于以下幾個(gè)主要的食品分析技術(shù)方法：(1)光譜學(xué)技術(shù)，如質(zhì)譜、核磁共振、紅外、原子光譜、熒光法等;(2)生物技術(shù)，如聚合酶鏈反應(PCR)、免疫技術(shù)、生物傳感器等;(3)分離技術(shù)，如高效液相色譜、氣相色譜、毛細管電泳、超臨界流體色譜等;(4)樣品制備技術(shù)，如固相萃取、超臨界流體萃取、頂空法、流動(dòng)注射分析、吹掃補集、加壓液體萃取、微波輔助萃取、自動(dòng)熱解析法等;(5)電化學(xué)法;(6)聯(lián)用技術(shù)等。如果將上述各類(lèi)技術(shù)的分支技術(shù)也考慮在內，那用于食品分析的技術(shù)就更多了。

　　為了總結食品分析當中大量被使用到的技術(shù)以及被解決的課題，表S-1(見(jiàn)附件)作為輔助信息，對2009-2011年間發(fā)布的針對不同食品分析的文章、綜述、文章章節進(jìn)行了總結。同時(shí)，圖1和圖2，提供了2001-2011年間發(fā)表的關(guān)于食品分析的文章統計，其中的數據是通過(guò)食品科技文摘 (FSTA)數據庫，以各類(lèi)技術(shù)為關(guān)鍵詞搜索整理所得。如果我們將圖1和圖2的數據，與1990-2000年間發(fā)布的類(lèi)似食品分析文章統計數據相比，能夠得到許多重要的結論。其中最重要的變化趨勢是，生物技術(shù)和樣品處理技術(shù)的應用明顯增多，而放射化學(xué)和熱分析技術(shù)的應用嚴重減少。光譜學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)和樣品處理技術(shù)的應用和20世紀末相比，分別增加了2倍、3倍和4倍，熱分析和放射化學(xué)技術(shù)的應用則減少了一半。其他比較成熟的技術(shù)，如色譜技術(shù)的應用依然比較多，但如今，它的應用也不如以前(1990-2000年)廣泛，因為光譜學(xué)技術(shù)的應用越來(lái)越多，而且成為了目前食品分析中應用最廣泛的技術(shù)。實(shí)際上，對于食品組分進(jìn)行定性和定量分析，以及進(jìn)行食品特性的研究，都可以通過(guò)測量電磁輻射(可見(jiàn)光、紅外光、熒光、拉曼散射光等的吸收)與食品的相互作用來(lái)實(shí)現。得益于新型光譜儀器技術(shù)及多元化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展，能夠對不同的紅外或熒光光譜表現出的細微差別進(jìn)行評估，例如對食品光譜分析所展現出的細微差別，從而使得開(kāi)發(fā)預測模型成為可能。

　　近年來(lái)，成像技術(shù)如共聚焦激光掃描顯微鏡，或高光譜成像耦合圖像分析技術(shù)已被成功地用于研究高度異質(zhì)性食品。實(shí)際上，成像分析技術(shù)，例如數學(xué)形態(tài)學(xué)、或圖像紋理分析，使得對圖像中的結構進(jìn)行定量分析，或展示不同的加工過(guò)程對于食品中蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò )微觀(guān)結構的影響成為可能。從另一方面來(lái)說(shuō)，食品分析中光譜學(xué)技術(shù)應用的重要增長(cháng)也許是由于NMR、紅外光譜等技術(shù)大量的最新應用，以NMR為例，由于對具有生物和代謝等特性的未知化合物的明確鑒定的需要，使得這類(lèi)技術(shù)的應用數量接近于一些成熟的技術(shù)，如熒光、甚至質(zhì)譜的應用數量。

　　生物技術(shù)的大量應用并不奇怪，這些技術(shù)，以生物體及他們的產(chǎn)品如酶、抗體、DNA等為基礎，來(lái)實(shí)現鑒別和分析食品，它們在食品分析中的應用增長(cháng)了3 倍。其中PCR技術(shù)的應用占據了所有生物技術(shù)應用的60%，相當于之前生物技術(shù)在食品分析當中的所有應用的2倍。PCR技術(shù)的大量應用主要歸因于要采取不同的步驟，來(lái)克服影響DNA提取質(zhì)量和數量的主要難題。目前，針對許多樣品的新儀器和新標準化協(xié)議，使得PCR成為世界范圍內一種廣泛應用的技術(shù)，可以在幾乎所有的食品分析實(shí)驗室中看到它。

　　至于分離技術(shù)的分布和重要性，液相色譜(LC)和毛細管電泳(CE)的應用增長(cháng)主要來(lái)自于技術(shù)本身的發(fā)展，如：在確保分辨率和分離效率的同時(shí)降低分析時(shí)間(UPLC、微流控芯片電泳技術(shù)、整體柱)，新的分離機理(親水相互作用色譜等)，將質(zhì)譜作為L(cháng)C或CE的檢測器。另一方面，氣相色譜(GC)的應用基本和過(guò)去持平，并在一些特定的應用領(lǐng)域展示了它的重要性。最后，聯(lián)用分離技術(shù)，如中心切割多維色譜法(LC−LC, GC−GC, LC−GC, LC−CE等)，或全二維技術(shù)(LC×LC, GC×GC)，它們可提供更多信息來(lái)支持破譯食物的復雜性，以及研究食品對于人類(lèi)健康真實(shí)影響的理論。

　　事實(shí)上，多維色譜已經(jīng)成為一種分析復雜樣品的可選擇方法，在食品分析中有一種情況，即某類(lèi)技術(shù)的改進(jìn)，如新的色譜柱技術(shù)，似乎已經(jīng)達到了它們的極限。然而，多維色譜峰容量的增加到目前要比經(jīng)過(guò)各種改進(jìn)的一維色譜高。多維色譜允許兩個(gè)或更多個(gè)獨立或幾乎獨立的分離步驟結合，顯著(zhù)增強相應的一維色譜技術(shù)的分離能力，因而提高分離復雜樣品中化合物的能力。盡管兩種不同色譜分離技術(shù)的耦合并不是什么新技術(shù)，但是這一技術(shù)的發(fā)展拓展了綜合應用，在這些應用中，整個(gè)樣品可以從不同的獨立的維度進(jìn)行分析，并減少了樣品制備的步驟。食品分析領(lǐng)域，有關(guān)這種綜合技術(shù)的應用每年都在增長(cháng)，而且預計將持續保持增長(cháng)狀態(tài)。

　　對于食品分析當中樣品制備技術(shù)應用的顯著(zhù)增長(cháng)(4倍左右)，我們需要給予特別的關(guān)注。樣品制備技術(shù)的改進(jìn)目標在于減少實(shí)驗室溶劑的使用和有害物質(zhì)的產(chǎn)生，減少勞動(dòng)力和時(shí)間，降低每個(gè)樣品制備的成本，同時(shí)提高被分析物質(zhì)的分離效率。目前，新型綠色制樣技術(shù)，如超臨界流體萃取(SFE)、亞臨界水萃取 (SWE，也稱(chēng)為加速溶劑萃取)將在食品科學(xué)中有更廣泛的應用，不僅僅是在食品分析當中，還有在食品功能成分的提取中。這些萃取技術(shù)基于壓力流體可提供更高的選擇性、更短的萃取時(shí)間、和對環(huán)境更友好的特性。關(guān)于這些技術(shù)的文章在2001-2011年10年間超過(guò)1500篇，而20世紀末時(shí)，關(guān)于這些技術(shù)的文章還只在300篇左右。舉一個(gè)有趣的例子，例如，加壓流體萃取(PLE)，在以前還沒(méi)有這種技術(shù)，但現在卻是食品分析當中僅次于SFE的十分重要的“綠色”樣品制備技術(shù)。

　　同時(shí), 相較于傳統萃取方式，不同的液相微萃取模式，如單液滴微萃取、分散液-液微萃取、中空纖維膜液相微萃取(HF-LPME)等操作更簡(jiǎn)便、更有效、速度更快，并且有機溶劑的消耗量更低，所以在食品分析當中它們被越來(lái)越多地用于從不同的基質(zhì)中提取有機或無(wú)機物質(zhì)。當比較樣品制備和分離技術(shù)的數量和分布時(shí)，另一個(gè)比較重要的觀(guān)察結果是，在過(guò)去10年中，固相萃取(SPE)應用的增長(cháng)在某種程度上和液相色譜的應用是相關(guān)聯(lián)的，對于液相色譜來(lái)說(shuō)，在過(guò)去10年當中，新的分離機理、新應用和新方法已經(jīng)建立。另外，比較有趣的發(fā)現還有，固相微萃取(SPME)的應用和其他發(fā)展比較成熟的技術(shù)，如頂空法的應用數量比較接近。在過(guò)去幾年中，SPME的快速增長(cháng)主要由于其操作簡(jiǎn)便、纖維和涂層應用范圍的日益廣泛，以及新發(fā)展起來(lái)模式，這些模式拓寬了SPME的應用范圍。