快速检测技术在食品营养检测中的应用研究

近年来，随着人们对食品安全与营养健康的关注日益增加，食品检测技术的重要性愈加凸显。传统的食品检测方法虽然精确，但往往耗时较长且成本较高，难以满足现代食品工业对快速、高效检测的需求。快速检测技术的兴起为食品营养成分及安全性检测提供了新的解决方案。这类技术不仅具有操作简便、检测时间短、灵敏度高等优点，还能够在大规模生产和流通环节中实现实时监测。本文将重点探讨快速检测技术在食品营养检测中的应用与发展前景，为提升食品安全性和营养质量提供科学依据。

1.快速检测技术的定义

快速检测技术是指简化样品处理流程、缩短检测时间并提高检测效率，能够在较短时间内获得可靠检测结果的一类分析技术。其原理通常基于物理、化学或生物学等多学科交叉手段，结合传感器技术、光谱分析、免疫分析、色谱技术等，迅速检测食品中的营养成分及安全性指标。与传统检测方法相比，快速检测技术以其高灵敏度、简便操作和实时分析的优势显著降低了对复杂设备和专业人员的依赖，尤其适用于现场检测和大批量样品的筛选。常见的快速检测技术包括酶联免疫吸附法（ELISA）、表面等离子共振（SPR）、拉曼光谱技术、便携式近红外光谱仪、色谱法等。这些技术以高度灵敏的检测元件与信号转换设备的结合，实现了对食品中多种成分的精确快速测定，不仅在食品营养分析中具有广泛应用，还能及时发现食品中的有害物质，如重金属、农药残留和致病微生物等。

2.快速检测技术在食品营养检测中的应用价值

2.1 提高检测效率 保障食品质量和安全性

食品生产和加工过程中，营养成分的快速检测有助于保证产品质量。传统检测方法通常需要复杂的样品前处理、长时间的分析以及昂贵的仪器设备，难以满足现代食品工业的快速响应需求。而快速检测技术凭借其简便的操作和高效的检测流程，大幅度缩短了检测时间，能够在生产线上实时监控食品中的营养成分，如维生素、蛋白质、脂肪、矿物质等。这种高效的检测方式不仅确保了食品的营养成分符合规定标准，还能及时发现可能存在的营养缺失或配比不当的问题，避免因生产过程中控制不当导致的质量偏差。快速检测技术在食品的储存和流通环节同样具有重要意义，能在运输和销售过程中对产品进行动态检测，及时反馈食品的营养状况，进一步保障消费者的饮食安全。

2.2 降低检测成本 推动食品营养检测的普及化

传统的食品营养检测通常需要大型实验室设备以及专业技术人员操作，检测成本较高，限制了中小型食品企业和农产品加工企业的检测能力。而快速检测技术由于操作简便、设备便携、成本较低，极大降低了检测门槛，使得更多的食品企业能够以较低的成本进行营养成分的快速分析。这不仅促进了食品营养检测的普及化，还使得企业能够更加灵活地进行自我监控，提升产品质量管理水平。快速检测技术的便携性也使得其在偏远地区或资源有限的环境中得以广泛应用，为小规模食品加工厂或农户提供了可靠的检测手段，有效推动了整个食品行业的质量提升和可持续发展。

3.常用快速检测技术

3.1 免疫分析技术

免疫分析技术基于抗原与抗体之间的特异性结合反应，检测标记物信号的变化，快速识别和定量分析目标物质。该技术的核心在于抗体的高特异性，能够准确识别食品中的特定营养成分，如蛋白质、维生素以及某些微量元素等。常见的免疫分析技术包括酶联免疫吸附测定法（ELISA）、胶体金免疫层析技术和时间分辨荧光免疫技术。ELISA是一种经典的免疫分析方法，通常通过酶促反应将抗原-抗体结合的信号放大，进而实现高灵敏度的检测。其操作流程包括抗原捕获、抗体识别、酶促显色等步骤，具有较高的特异性和灵敏度，适用于检测食品中的蛋白质、多肽等营养成分，由于其操作流程较为复杂，通常需要借助实验室设备完成。相比之下，胶体金免疫层析技术具备操作简便、结果直观的优势，能在现场快速实现定性或半定量检测，常用于检测食品中的维生素、某些矿物质以及有害物质。时间分辨荧光免疫技术则基于荧光标记物的时间分辨特性，具有更高的灵敏度，能够实现低浓度营养成分的快速定量检测，适合用于复杂基质的分析。

3.2 光谱分析技术

光谱分析技术主要测量物质与光的相互作用（吸收、反射、荧光等），获得物质的定性和定量信息。这类技术在食品营养检测中具有广泛的应用，常见的光谱技术包括近红外光谱（NIR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）和拉曼光谱。近红外光谱技术（NIR）是一种无损、快速检测方法，广泛应用于食品的营养成分分析中。近红外光波段通常对应分子中的化学键振动，分析样品对不同波长光的吸收情况，能快速检测水分、脂肪、蛋白质、碳水化合物等营养成分。NIR技术的优势在于无需样品前处理，检测速度快，能够直接应用于生产线上进行大批量检测。其不足之处在于对于复杂基质的样品，定量分析的准确性受到限制，要建立健全的校正模型。紫外-可见光谱（UV-Vis）则主要用于检测食品中的色素、维生素和多酚类物质。该技术基于样品对紫外和可见光波段的吸收特性，测量吸光度来实现对营养成分的定量分析。UV-Vis技术的优势在于操作简便、检测速度快，适用于液态或溶解样品的分析，该技术对复杂基质的选择性较低，容易受到样品其他组分的干扰。

3.3 色谱分析技术

常见的色谱技术包括气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）和离子色谱（IC）。气相色谱（GC）主要用于检测食品中的挥发性和半挥发性成分，如脂肪酸、香料成分等。GC技术通过将样品组分汽化，利用组分在固定相与气态流动相之间的分配差异，将各成分分离并检测。GC的优势在于分离效能高，适合于复杂基质中微量成分的分析，该技术通常需要复杂的样品前处理，对于非挥发性营养成分的检测则不适用。高效液相色谱（HPLC）是食品营养检测中应用最广泛的色谱技术之一，适用于检测食品中的维生素、氨基酸、糖类和多酚类物质。HPLC技术利用液体流动相与固体固定相之间的分配行为差异，实现复杂样品中多种成分的高效分离和定量，该技术灵敏度高，适用于非挥发性和热不稳定的成分检测。近年来，随着检测器的发展，HPLC与质谱（MS）联用技术的应用逐渐增多，这使得该技术在检测食品中的痕量营养成分时表现出更高的灵敏度和选择性。离子色谱（IC）则主要用于检测食品中的无机离子，如钠、钾、钙、镁等矿物质以及某些有机酸。IC通过阴、阳离子交换树脂的分离原理，能够高效分离样品中的离子类成分，适用于水溶性矿物质及部分维生素的分析。

4.快速检测技术在食品营养成分检测中的应用

4.1 维生素检测 高效液相色谱法（HPLC）

高效液相色谱法（HPLC）在食品中的维生素检测中应用广泛，尤其适用于水溶性维生素（如维生素C、B族维生素）和脂溶性维生素（如维生素A、D、E、K）的分析。检测流程通常从样品的前处理开始，以确保维生素的提取和分离。首先，对待测食品样品进行均质化处理，以便提取维生素。对于水溶性维生素，可以采用稀酸或稀碱溶液（如0.1M盐酸或碳酸钠溶液）作为提取剂，结合离心或过滤将维生素从食品基质中分离出来。脂溶性维生素的提取通常使用有机溶剂（如乙醚、乙酸乙酯），并通过液-液萃取法将其提取至有机相。样品提取液经处理后，使用预过滤器（如0.45µm滤膜）进行过滤，以去除杂质和悬浮颗粒，确保后续色谱分离的顺利进行。接下来，将经过处理的样品注入HPLC系统。HPLC的分离是基于不同维生素在固定相（通常为C18反相柱）和流动相（如水-甲醇或乙腈混合物）之间的分配行为。流动相通过泵送入系统，带动样品经过色谱柱，样品中的各类维生素由于化学特性不同，在固定相和流动相中分配的时间不同，最终在检测器上产生不同的保留时间。UV检测器或荧光检测器用于捕捉维生素的信号，比较样品中峰面积与标准物质的峰面积，可以定量确定样品中的维生素含量。

4.2 矿物质检测 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）在矿物质检测中应用广泛，尤其适用于痕量元素如铁、锌、镁、钾、钠、钙等常见矿物质的检测。该方法的具体流程包括样品的消解、离子化、质谱分析及数据处理。矿物质检测的前处理阶段需要将固态或液态食品样品进行消解。一般使用微波消解系统将样品与酸（如硝酸或氢氟酸）混合，加热至高温高压条件下，使有机物完全分解，释放出目标矿物质元素。消解后的样品转化为液体状态，其中矿物质呈游离离子形式。消解后的液体样品被注入ICP-MS系统中，首先经过等离子体火炬区域。此区域通过电感耦合方式产生高温等离子体，通常温度可达6000–10000K。在等离子体中，样品被雾化并离子化，矿物质元素转化为带正电的离子。这些离子随后被引入质量分析器，质谱分析器根据元素的质荷比（m/z）对离子进行分离，并将其引导至检测器。在检测器中，矿物质离子的强度被记录下来，并通过标准曲线进行定量分析。比对样品中检测到的信号与标准溶液的信号强度，可以准确计算出样品中各矿物质的浓度。

4.3 蛋白质、脂肪与碳水化合物检测 近红外光谱技术（NIR）

近红外光谱技术（NIR）常用于食品中的主要营养成分如蛋白质、脂肪和碳水化合物的快速检测。该技术的检测原理基于这些成分中的化学键（如C-H、O-H和N-H键）在近红外区域的特征吸收，检测样品对特定波长光的吸收情况，可以推断其内部成分含量。检测过程从样品准备开始，对于固态样品（如谷物或肉制品），通常不需要复杂的前处理，只需将样品均质化或磨碎至粉末状，以确保测试时样品的均匀性。对于液态样品（如乳制品），可以直接将样品装入比色皿中进行分析。样品准备好后，利用近红外光谱仪对其进行光谱扫描。NIR光源发出的光束穿过样品，样品中的成分会选择性吸收不同波长的近红外光，根据样品中的蛋白质、脂肪和碳水化合物含量的不同，会产生不同的吸光谱图。检测器记录下样品对各波长光的吸收强度，生成相应的光谱数据。这些光谱数据通过化学计量学方法进行解析，结合校正模型（通常是通过大量标准样品构建的校正曲线），对样品中的蛋白质、脂肪和碳水化合物含量进行定量分析。该过程无需复杂的样品前处理，也无需试剂，整个检测过程通常在几分钟内完成。

4.4 其他营养成分的快速检测 酶联免疫吸附法（ELISA）

酶联免疫吸附法（ELISA）是一种基于抗原-抗体反应的生物化学技术，常用于检测食品中的微量成分，如膳食纤维、某些功能性成分（如抗氧化剂、多酚类化合物）以及部分过敏原。ELISA检测过程首先需要将食品样品进行提取处理。针对不同的待测物质，选择适当的溶剂或缓冲液提取待测营养成分，提取液经过离心或过滤后，去除杂质，保留待测物质。提取后的样品加入到预包被有特异性抗体的微孔板中，使待测物质与抗体结合。经过孵育后，未结合的物质通过洗涤步骤去除。接下来，加入结合有酶标记的第二抗体，第二抗体特异性结合到已经与第一抗体结合的待测物质上，形成抗原-抗体-酶的复合物，进一步的洗涤步骤，未结合的酶标抗体被去除。在加入底物后，酶促反应开始，底物被酶转化为具有颜色的产物，反应的强度与样品中待测物质的含量成正比。最后，酶标仪测量反应液的吸光度，结合标准曲线进行定量分析。结合快速检测技术，食品中的维生素、矿物质、蛋白质、脂肪、碳水化合物以及其他营养成分得以高效、准确地定量分析。

结束语

综上所述，快速检测技术在食品营养成分检测中具有极为重要的作用，它能够以高效、灵敏、准确的方式为食品行业提供及时的质量监控和安全保障。利用免疫分析、光谱分析和色谱分析等多种先进技术，食品中的维生素、矿物质、蛋白质、脂肪等营养成分可以迅速得到定量检测，有效提升了生产和监管效率。展望未来，随着技术的不断进步，快速检测技术将更加智能化、自动化，并与大数据和物联网相结合，进一步推动食品营养检测的精细化和标准化，为保障全球食品安全和公众健康提供更加可靠的技术支持。

作者简介

崔波（1989.04-），男，汉族，河南安阳人，硕士研究生，食品工程师；研究方向：食品工程。