食品中營養成分的快速檢測與分析方法研究

吳驊?周宇明

摘 要：本文介紹了食品營養成分的定義、分類及其生理功能，指出食品加工生產過程中各因素對營養成分的影響，同時針對快速檢測技術的原理，如光譜分析技術、電化學傳感技術、生物傳感器技術以及納米技術等在食品營養成分檢測中的應用進行了論述，并提出了一系列優化策略，如優化樣品前處理技術、檢測條件優化、數據處理與分析算法以及多成分同時檢測技術等，以提高檢測效率，提高檢測結果的準確性和可靠性。通過本文的研究，希望能為食品營養成分的快速檢測與分析提供有力支持，從而保障食品安全和促進食品工業發展。

關鍵詞：食品營養成分；快速檢測；光譜分析；優化策略；應用研究

Research on Rapid Detection and Analysis Methods for Nutrients in Food

Abstract： This article introduces the definition， classification， and physiological functions of food nutrients， points out the influence of various factors in the food processing and production process on nutrients， and discusses the principles of rapid detection technology， such as spectral analysis technology， electrochemical sensing technology， biosensor technology， and nanotechnology in the detection of food nutrients. A series of optimization strategies are proposed， such as optimizing sample pretreatment technology， detection conditions， data processing and analysis algorithms， and multi component simultaneous detection technology， to improve detection efficiency， accuracy， and reliability of detection results. Through the research in this article， we hope to provide strong support for the rapid detection and analysis of food nutritional components， thereby ensuring food safety and promoting the development of the food industry.

Keywords： food nutritional components; rapid detection; spectroscopic analysis; optimization strategies; applied research

食品營養成分是維持生物體正常生理功能的重要物質基礎。隨著人們對食品安全和營養健康的關注日益增加，食品中營養成分的快速檢測與分析方法成為研究熱點。傳統的檢測方法通常耗時、費力且成本較高，難以滿足現代食品工業對快速、準確檢測的需求。因此，開發高效、便捷、準確的快速檢測方法具有重要意義。

1 食品營養成分概述

營養成分，指的是食物中能夠被生物體攝取、利用，以維持生命活動或促進生長發育的化學物質。這些物質在生物體內具有特定的生理功能和營養價值。根據其在生物體內的作用和性質，營養成分主要可以分為蛋白質、碳水化合物、脂肪、維生素和礦物質。①蛋白質是生物體細胞和組織的重要組成部分，參與多種生理功能的執行。②碳水化合物是主要的能量來源，對于維持生物體的生命活動至關重要。③脂肪不僅是能量儲備，還參與細胞膜的構成和激素的合成。④人體對維生素和礦物質的需求量較小，但其在生物體的代謝過程中起著不可或缺的調節作用。各種營養成分在生物體內扮演著不同的角色，共同維持著生物體的正常生理功能。例如，蛋白質在維持肌肉、骨骼和內臟的結構與功能方面起著關鍵作用；碳水化合物通過糖酵解作用、糖異生等途徑提供能量；脂肪除了作為能量來源外，還是細胞膜的重要成分；維生素和礦物質則參與生物體內的多種酶促反應和代謝過程，對維持生物體的正常生理功能至關重要[1-2]。

隨著食品工業的發展和人們生活水平的提高，食品中的營養成分越來越受到關注。然而，在實際的食品生產和加工過程中，由于原料、加工技術、儲存條件等多種因素的影響，食品中的營養成分往往會發生變化或損失。一些不法商販為了追求經濟利益，可能會在食品中添加一些非營養成分或有害物質，對消費者的健康造成威脅。例如，在谷物加工過程中，由于去除了有營養價值的谷皮和胚芽，導致精白米面中的維生素、礦物質和膳食纖維等營養成分大量損失。一些不法商販為了延長食品的保質期或改善食品的感官性狀，可能會違規添加各種食品添加劑。這些問題都嚴重影響了食品的營養價值和安全性，因此需要采取有效的檢測和分析方法來監控食品中的營養成分和非營養成分。

2 食品營養成分快速檢測技術

2.1 光譜分析技術

光譜分析技術是一種通過測量物質與光的相互作用來獲取物質信息的方法。在食品營養成分分析中，常用的光譜技術包括紫外-可見光譜、紅外光譜和拉曼光譜等。這些技術能夠快速地確定食品中營養成分信息。例如，近紅外光譜（Near Infrared Spectrum Instrument，NIRS）技術被廣泛應用于食品中蛋白質、脂肪和碳水化合物等營養成分的快速測定。該技術通過測量食品樣本在近紅外區域的吸收光譜，利用化學計量學方法對光譜數據進行解析，從而得到營養成分的含量信息。這種技術具有非破壞性、無須前處理、快速且準確的優點[3]。

2.2 電化學傳感技術

電化學傳感技術是利用電化學原理來檢測和分析物質的方法。在食品營養成分分析中，電化學傳感技術可以通過測量電極反應所產生的電流、電壓或電導等電信號來推算食品中特定成分的含量。例如，葡萄糖氧化酶電極是一種常用的電化學傳感器，用于快速測定食品中的葡萄糖含量。該電極表面固定有葡萄糖氧化酶，當葡萄糖與電極反應時會產生電流信號，電流大小與葡萄糖濃度成正比。這種技術具有高靈敏度、高選擇性和快速響應的優點，因此在食品工業中得到廣泛應用。

2.3 生物傳感器技術

生物傳感器技術是一種利用生物分子（如酶、抗體、DNA等）作為識別元件來檢測和分析物質的方法。生物傳感器通常包括識別元件和信號轉換器兩部分。識別元件用于特異性地與目標分子結合，而信號轉換器則將結合事件轉換成可測量的電信號或光信號。例如，免疫傳感器可以用于快速檢測食品中的過敏原或毒素。這些傳感器通常利用特定的抗體與過敏原或毒素結合，并通過測量結合后產生的電信號或光信號來確定目標分子的含量。生物傳感器技術具有高特異性、高靈敏度以及可實時監測的優點，因此在食品安全領域具有廣泛的應用前景。

2.4 納米技術在快速檢測中的應用

納米技術是一種在納米尺度上操作和控制物質的技術。在食品營養成分分析中，納米技術可以提高檢測方法的靈敏度和特異性。例如，利用納米材料增強的拉曼光譜技術可以用于快速檢測食品中的添加劑或污染物。這種技術通過在食品樣本表面沉積一層納米材料（如金屬納米粒子），增強拉曼光譜的信號強度，從而提高對添加劑或污染物的檢測靈敏度。此外，納米線生物傳感器也被開發用于快速檢測食品中的細菌和病毒等微生物污染物，這些傳感器通過納米線材料的高比表面積和優異的電學性能來提高檢測靈敏度和響應時間。

3 快速檢測方法的優化策略

3.1 樣品前處理技術的優化

樣品前處理是快速檢測過程中的關鍵環節，直接影響檢測結果的準確性和重現性。優化樣品前處理技術可以提高檢測效率并降低干擾。例如，采用微波輔助萃取、超聲波萃取或固相微萃取等現代萃取技術，可以更有效地從復雜食品基質中提取目標營養成分。利用分子印跡聚合物等新型材料對樣品進行凈化，可以去除干擾物質，提高檢測的選擇性和靈敏度[4]。

3.2 檢測條件的優化

檢測條件的優化是確?？焖贆z測方法的準確性和可靠性的重要手段。這包括選擇合適的檢測波長、優化反應溫度和時間、調整pH值等。例如，在光譜分析中，通過優化波長選擇，可以降低光譜干擾并提高信噪比；在電化學傳感技術中，優化電極材料和反應條件可以提高傳感器的靈敏度和穩定性。

3.3 數據處理與分析算法

數據處理與分析算法在快速檢測中起著至關重要的作用。通過采用先進的數學方法和計算模型，可以對檢測數據進行有效處理和分析，從而提高檢測結果的準確性和可靠性。例如，利用化學計量學方法（主成分分析、偏最小二乘法等）對光譜數據進行解析，可以提取出與目標營養成分相關的特征信息；利用機器學習算法（支持向量機、隨機森林等）對檢測數據進行分類和預測，可以實現自動化和智能化的檢測。

3.4 多成分同時檢測技術

多成分同時檢測技術是快速檢測方法的重要發展方向之一。通過采用多通道、多波長或多傳感器的檢測方式，可以同時測定食品中的多種營養成分，從而提高檢測效率并降低成本。例如，利用多波長光譜儀可以同時測定食品中的蛋白質、脂肪和碳水化合物等多種營養成分；利用微流控芯片技術可以實現多種生物標志物的同時檢測和分析。這些技術的發展為快速檢測方法的優化提供了新的思路和手段。

4 快速檢測方法在食品營養成分檢測中的應用

4.1 農產品中營養成分的快速檢測

在農產品領域，快速檢測方法的應用對于評估新鮮蔬果、谷物以及畜牧產品中的營養成分含量至關重要。這些檢測方法能夠有效監測出農產品質量，還可為農業生產者、加工商和消費者提供重要的依據。以近紅外光譜技術為例，這一技術已成為測定谷物中蛋白質、脂肪和水分含量的重要手段。通過對谷物樣品進行近紅外光譜掃描，研究人員能夠迅速獲得樣品中相關營養成分信息，從而判斷谷物的品質和營養價值。該技術已被成功應用于水果中糖分和維生素的測定[5]。

4.2 加工食品中營養成分的快速檢測

在加工食品領域，快速檢測方法的應用對于確保產品營養標簽的準確性具有至關重要的意義。隨著食品工業的快速發展，消費者對食品營養成分和安全性的要求越來越高。加工企業需要采用快速、準確的方法來檢測食品中的營養成分，以確保產品質量能夠滿足消費者的需求。近年來，拉曼光譜和核磁共振等技術在加工食品營養成分快速檢測方面已取得重要進展。這些技術具有快速、無損、高分辨率和高靈敏度等特點，能夠快速測定加工食品中的脂肪、蛋白質、碳水化合物以及添加劑等物質成分。

4.3 現場快速檢測技術的應用

現場快速檢測技術對于確保食品安全和及時應對食品安全事件具有至關重要的作用。隨著科技的不斷進步，便攜式光譜儀、電化學傳感器等先進設備相繼問世，為現場快速檢測提供了有力支持。這些設備具有便攜性和高效性等優點，使得現場快速篩查食品中有害物質成為可能，極大地提高了食品安全監管的效率和準確性。以便攜式光譜儀為例，這種設備能夠在短時間內對食品中的多種成分進行快速分析。在食品安全檢查站或農貿市場等場所，工作人員可以利用便攜式光譜儀對農產品中農藥殘留和重金屬進行快速檢測。

4.4 快速檢測技術在食品安全監管中的作用

快速檢測技術在食品安全監管中發揮著越來越重要的作用。監管部門可以利用這些技術對市場上的食品進行快速篩查和風險評估，及時發現并處理食品安全問題。此外，通過建立基于快速檢測技術的食品安全信息系統，可以實現食品安全信息的實時共享和追溯，提高監管效率和透明度。

5 結語

快速檢測方法在農產品、加工食品、現場快速檢測以及食品安全監管等領域具有廣泛的應用前景。然而，目前的研究仍存在一些挑戰和限制，如復雜食品基質的干擾、多成分同時檢測難度大，以及現場快速檢測設備的便攜性和穩定性等問題。未來的研究應致力于這些問題的解決，以推動快速檢測技術的進一步發展和應用。

參考文獻

[1]李慧，顧洪濤，蘇婷婷.近紅外光譜技術用于快速檢測藜麥營養成分的研究進展[J].農產品加工，2024（1）：93-97.

[2]宋白玉，趙桂云，孫健.基于近紅外光譜技術對草莓品質的快速檢測及結果分析[J].食品界，2023（11）：99-101.

[3]梁世岳，李澤青，李寧，等.基于冷凍干燥基礎的豬肉營養成分近紅外快速檢測模型構建[J].天津農業科學，2023，29（10）：37-41.

[4]趙海霞，孫麗華，趙曉寧.淺析食品添加劑的應用及快速檢測技術的發展[J].現代食品，2023，29（6）：182-184.

[5]吳丹丹，劉玥如，何靜，等.不同部位駝肉營養成分檢測與近紅外光譜快速預測模型建立[J].食品與發酵工業，2022，48（16）：264-269.