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FTIR 分析儀檢測(cè)薯片中的丙烯酰胺
閱讀：785 發(fā)布時(shí)間：2022-6-30前言：薯?xiàng)l、薯片、麥片、面包和咖啡在煎烤或烘焙的過(guò)程中會(huì)生成一種叫做丙烯酰胺的化合物。丙烯酰胺的生成依賴于加工條件，例如，薯片在高溫下長(zhǎng)時(shí)間煎炸中會(huì)產(chǎn)生大量的丙烯酰胺。丙烯酰胺由食物中糖和氨基酸相互作用生成，對(duì)人類是一種可能的致癌物，因此世界范圍內(nèi)正考慮對(duì)食品中的丙烯酰胺含量進(jìn)行監(jiān)管。該化合物被列入美國(guó)加利福尼亞州 65 提案的致癌物名單中，規(guī)定含有過(guò)高丙烯酰胺的食物需要貼有警示標(biāo)簽。加利福尼亞州的主要薯片生產(chǎn)商遵循該州的法律，承諾在未來(lái)幾年里將薯片中丙烯酰胺的含量降至 275 ppb。食品中丙烯酰胺的含量同樣受到歐盟國(guó)家的關(guān)注，在過(guò)去兩年里已經(jīng)納入監(jiān)管。
目前 GC-MS氣質(zhì)聯(lián)用儀 和 LC-MS/MS液質(zhì)聯(lián)用儀法廣泛用于食品中丙烯酰胺含量的測(cè)定，但需要進(jìn)行大量的樣品前處理，并且必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的分析人員使用專用分析儀進(jìn)行檢測(cè)。因此，食品生產(chǎn)商通常借助第三方實(shí)驗(yàn)室測(cè)定丙烯酰胺的含量。綜上可知，在食品加工過(guò)程中急需一種快速、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的丙烯酰胺檢測(cè)法來(lái)監(jiān)測(cè)和控制丙烯酰胺的生成。最近有論文指出 [1]，相比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室 FTIR 和 NIR 光譜儀，便攜式 FTIR 分析儀同樣可以測(cè)定丙烯酰胺的含量，甚至在某些情況下更具優(yōu)勢(shì)。該方法與 LC-MS/MS 法相比，僅需進(jìn)行少量的樣品前處理。在本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)中，我們對(duì)這項(xiàng)工作的研究結(jié)果進(jìn)行概述，同時(shí)證明簡(jiǎn)單便攜的FTIR 分析儀測(cè)定丙烯酰胺含量可以媲美質(zhì)譜法，同時(shí)僅需進(jìn)行更少的樣品前處理。
這一技術(shù)與方法學(xué)的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)了快速、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定丙烯酰胺，為控制加工條件提供了有效信息。FTIR 法還為測(cè)定出廠食品中丙烯酰胺的含量提供了簡(jiǎn)單快捷的質(zhì)量控制方法。
使用便攜式 FTIR 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)并實(shí)施丙烯酰胺檢測(cè)法便攜式 FTIR 分析儀對(duì)食品行業(yè)具有重要價(jià)值。隨著食品來(lái)源愈加全球化，食品的質(zhì)量和安全對(duì)消費(fèi)者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、原料生產(chǎn)和食品加工公司至關(guān)重要。便攜式 FTIR 分析儀的優(yōu)勢(shì)在于：• 可隨時(shí)隨地識(shí)別并驗(yàn)證食品成分• 淘汰偽劣或不合格原料• 檢驗(yàn)、識(shí)別并測(cè)定食品和原料中的污染物• 可在原料采摘、接收和加工場(chǎng)所以及農(nóng)場(chǎng)或田間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)• 可在出廠前及時(shí)檢測(cè)出有害或不合格的原料和食品• 有助于對(duì)積極提高食品質(zhì)量、安全性和生產(chǎn)效率做出切實(shí)可行的現(xiàn)場(chǎng)決策安捷倫推出了一系列超級(jí)緊湊的 FTIR 光譜分析儀（圖 1a 和1b），這些儀器都采用相同的光學(xué)器件、軟件和采樣技術(shù)。如果是進(jìn)行多功能方法開(kāi)發(fā)和 QA/QC，那么 Cary 630 FTIR光譜儀（無(wú)圖）無(wú)疑是優(yōu)選。Agilent 5500 FTIR 分析儀適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)丙烯酰胺進(jìn)行 FTIR 分析。帶有蓄電池的 Agilent 4500 FTIR 分析儀更適用于非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下丙烯酰胺的檢測(cè)。對(duì)于丙烯酰胺的 FTIR 檢測(cè)法，這些儀器都使用了鉆石晶體 ATR 附件分析技術(shù)。
實(shí)驗(yàn)部分通過(guò)紅外光譜法和質(zhì)譜法對(duì) 64 個(gè)不同薯片樣品中的丙烯酰胺含量進(jìn)行分析。為了制備紅外分析樣品，需要將薯片經(jīng)過(guò)液壓壓片制成“薯片餅”。經(jīng)過(guò)這一工序，薯片中過(guò)多的油脂被擠出，降低了植物油對(duì)紅外光譜的強(qiáng)吸收帶。每 10 g薯片樣品可以制備 3 個(gè)薯片餅，得到 3 個(gè)光譜圖。將薯片餅研磨成粉末，放在裝有單反射鉆石晶體 ATR 附件的便攜式 Agilent FTIR 分析儀上。最終在 4000–700 cm-1 光譜范圍內(nèi)得到了疊加 64 次，分辨率為 4 cm-1 的干涉譜圖。儀器的控制和數(shù)據(jù)采集是通過(guò)安捷倫的 MicroLab 軟件完成的，采集到的譜圖輸入到 Pirouette 軟件（Infometrix Inc.，Woodville WA）中進(jìn)行多變量分析。譜圖歸一化，經(jīng)Savitsky-Golay 二階多項(xiàng)式濾波器 25 點(diǎn)加窗二階導(dǎo)數(shù)變換，隨后進(jìn)行偏最小二乘回歸分析（圖 2）。與作為參比的 LC-MS/MS 法類似，將紅外譜圖與丙烯酰胺濃度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以得到定量檢測(cè)結(jié)果。對(duì)普通薯片（非調(diào)味薯片或甜薯片）進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證研究時(shí)，75% 的樣本用于建模，其余樣本作為獨(dú)立的驗(yàn)證集。
結(jié)果與討論通過(guò)參比的 LC-MS/MS 方法檢測(cè)薯片中丙烯酰胺含量為169～2453 µg/kg（169～2453 ppb）。質(zhì)譜法的檢測(cè)限和定量限濃度分別為 18 和 55 µg/L。光譜和濃度的最小二乘法相關(guān)表明，在 1201～1699 cm-1 光譜范圍內(nèi)丙烯酰胺含量的建模數(shù)據(jù)具有很好的相關(guān)系數(shù)。譜圖中 1730 cm-1 處的強(qiáng)吸收峰來(lái)自于薯片餅中的脂肪（圖 3），在偏最小二乘回歸模型中已濾除。
裝有單反射鉆石晶體 ATR 采樣接口的便攜式 FTIR 分析儀性能優(yōu)異（圖 4 和表 1），普通薯片的 SEP 值為 75 µg/kg（普通薯片只含有馬鈴薯、植物油和鹽）。調(diào)味薯片和甜薯片組的 SECV 分別為 75 µg/kg 和 98 µg/kg。ppb 級(jí)的檢測(cè)限能夠滿足目前對(duì)薯片中丙烯酰胺含量的測(cè)定。
結(jié)論安捷倫便攜式 FTIR紅外光譜分析儀可以定量測(cè)定薯片中丙烯酰胺的含量，其靈敏度相當(dāng)于甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的臺(tái)式中紅外或近紅外光譜儀。使用 FTIR 法測(cè)定薯片中具有安全隱患的丙烯酰胺，比目前廣泛使用的質(zhì)譜法更為便捷。FTIR 法無(wú)需使用溶劑、小柱、色譜柱等消耗品，并且遠(yuǎn)比質(zhì)譜法更為高效。此外，無(wú)論用戶的專業(yè)知識(shí)水平如何，均能獲得可信的結(jié)果。更為重要的是，它可以隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，例如實(shí)驗(yàn)室、薯片加工廠，或是消費(fèi)品的現(xiàn)場(chǎng)抽查。