食品分析現(xiàn)在和未來的挑戰(zhàn)

　　在這篇文章中，我們不會對大量應用于食品分析的技術進行論述。本文將主要聚焦于以下幾個主要的食品分析技術方法：(1)光譜學技術，如質(zhì)譜、核磁共振、紅外、原子光譜、熒光法等;(2)生物技術，如聚合酶鏈反應(PCR)、免疫技術、生物傳感器等;(3)分離技術，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，如固相萃取、超臨界流體萃取、頂空法、流動注射分析、吹掃補集、加壓液體萃取、微波輔助萃取、自動熱解析法等;(5)電化學法;(6)聯(lián)用技術等。如果將上述各類技術的分支技術也考慮在內(nèi)，那用于食品分析的技術就更多了。

　　為了總結食品分析當中大量被使用到的技術以及被解決的課題，表S-1(見附件)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(jié)進行了總結。同時，圖1和圖2，提供了2001-2011年間發(fā)表的關于食品分析的文章統(tǒng)計，其中的數(shù)據(jù)是通過食品科技文摘 (FSTA)數(shù)據(jù)庫，以各類技術為關鍵詞搜索整理所得。如果我們將圖1和圖2的數(shù)據(jù)，與1990-2000年間發(fā)布的類似食品分析文章統(tǒng)計數(shù)據(jù)相比，能夠得到許多重要的結論。其中最重要的變化趨勢是，生物技術和樣品處理技術的應用明顯增多，而放射化學和熱分析技術的應用嚴重減少。光譜學技術、生物技術和樣品處理技術的應用和20世紀末相比，分別增加了2倍、3倍和4倍，熱分析和放射化學技術的應用則減少了一半。其他比較成熟的技術，如色譜技術的應用依然比較多，但如今，它的應用也不如以前(1990-2000年)廣泛，因為光譜學技術的應用越來越多，而且成為了目前食品分析中應用最廣泛的技術。實際上，對于食品組分進行定性和定量分析，以及進行食品特性的研究，都可以通過測量電磁輻射(可見光、紅外光、熒光、拉曼散射光等的吸收)與食品的相互作用來實現(xiàn)。得益于新型光譜儀器技術及多元化學計量學的發(fā)展，能夠?qū)Σ煌�的紅外或熒光光譜表現(xiàn)出的細微差別進行評估，例如對食品光譜分析所展現(xiàn)出的細微差別，從而使得開發(fā)預測模型成為可能。

　　近年來，成像技術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已被成功地用于研究高度異質(zhì)性食品。實際上，成像分析技術，例如數(shù)學形態(tài)學、或圖像紋理分析，使得對圖像中的結構進行定量分析，或展示不同的加工過程對于食品中蛋白質(zhì)網(wǎng)絡微觀結構的影響成為可能。從另一方面來說，食品分析中光譜學技術應用的重要增長也許是由于NMR、紅外光譜等技術大量的最新應用，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，使得這類技術的應用數(shù)量接近于一些成熟的技術，如熒光、甚至質(zhì)譜的應用數(shù)量。

　　生物技術的大量應用并不奇怪，這些技術，以生物體及他們的產(chǎn)品如酶、抗體、DNA等為基礎，來實現(xiàn)鑒別和分析食品，它們在食品分析中的應用增長了3 倍。其中PCR技術的應用占據(jù)了所有生物技術應用的60%，相當于之前生物技術在食品分析當中的所有應用的2倍。PCR技術的大量應用主要歸因于要采取不同的步驟，來克服影響DNA提取質(zhì)量和數(shù)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(nèi)一種廣泛應用的技術，可以在幾乎所有的食品分析實驗室中看到它。

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

　　事實上，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，即某類技術的改進，如新的色譜柱技術，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)過各種改進的一維色譜高。多維色譜允許兩個或更多個獨立或幾乎獨立的分離步驟結合，顯著增強相應的一維色譜技術的分離能力，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的耦合并不是什么新技術，但是這一技術的發(fā)展拓展了綜合應用，在這些應用中，整個樣品可以從不同的獨立的維度進行分析，并減少了樣品制備的步驟。食品分析領域，有關這種綜合技術的應用每年都在增長，而且預計將持續(xù)保持增長狀態(tài)。

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

　　同時, 相較于傳統(tǒng)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越多地用于從不同的基質(zhì)中提取有機或無機物質(zhì)。當比較樣品制備和分離技術的數(shù)量和分布時，另一個比較重要的觀察結果是，在過去10年中，固相萃取(SPE)應用的增長在某種程度上和液相色譜的應用是相關聯(lián)的，對于液相色譜來說，在過去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(xiàn)還有，固相微萃取(SPME)的應用和其他發(fā)展比較成熟的技術，如頂空法的應用數(shù)量比較接近。在過去幾年中，SPME的快速增長主要由于其操作簡便、纖維和涂層應用范圍的日益廣泛，以及新發(fā)展起來模式，這些模式拓寬了SPME的應用范圍。