紫外-可见吸收光谱技术在食品领域的应用现状及发展趋势
摘要：紫外-可见光谱(UV、VIS)是电子光谱，是材料在吸收10～800nm光波波长范围的光子所引起分子中电子能级跃迁时产生的吸收光谱。低于200nm的吸收光谱属于真空紫外光谱(即远紫外光谱，由于远紫外光被空气所吸收，故亦称真空紫外光)，通常讲的紫外光谱的波长范围是200～400nm，常用紫外光谱仪测试范围可扩展到400～800nm的可见光区。紫外-可见吸收光谱分析法常称为紫外-可见分光光度法。紫外可见分光光度法是利用物质分子对紫外可见光谱区的辐射的吸收来进行分析的一种仪器分析方法。
其应用范围包括：①定量分析，广泛用于各种物料中微量、超微量和常量的无机和有机物质的测定。②定性和结构分析，紫外吸收光谱还可用于推断空间阻碍效应、氢键的强度、互变异构、几何异构现象等。③反应动力学研究，即研究反应物浓度随时间而变化的函数关系，测定反应速度和反应级数，探讨反应机理。④研究溶液平衡，如测定络合物的组成，稳定常数、酸碱离解常数等。
紫外-可见光分光光度法在食品行业中的应用主要可大致分为在食品成分分析中的应用和在食品安全检测中的应用，其中在食品成分分析中的应用主要有紫外-可见分光光度计在食品酶分析中的应用、酸奶中维生素A的测定、水果汁中果糖的测定、番茄红素的测定等；而在食品安全检测中的应用主要有紫外可见分光光度法检测食品中的镉、紫外可见分光光度法测定肉制品中亚硝酸盐的含量等。
目前利用紫外-可见光分光光度法的各种方法正在逐步发展，而且随着社会的发展和人们生活水平的提高，紫外-可见分光光度法在食品行业中的应用也会越来越广泛。
关键词：紫外-可见吸收光谱 紫外-可见分光光度法 原理 食品酶分析 食品成分
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分析 食品安全检测 发展 新技术
“民以食为天，食以安为先”，食品安全关乎人们健康和国计民生。食品安全除了影响消费者健康外，还与食品进出口贸易、国家声誉，乃至社会安定有着密切关系。近年来，国内外食品安全问题接连不断，食品安全问题已成为当今各国政府、消费者和科技界广为关注的焦点问题之一。紫外可见分光光度法在检测食品中一些威胁人们健康的因素方面也有重要作用。
1 紫外--可见分光光度法简介
紫外-可见光谱(UV、VIS)是电子光谱，是材料在吸收10～800nm光波波长范围的光子所引起分子中电子能级跃迁时产生的吸收光谱。紫外-可见吸收光谱分析法常称为紫外-可见分光光度法。紫外可见分光光度法是利用物质分子对紫外可见光谱区的辐射的吸收来进行分析的一种仪器分析方法。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道的电子能级间的跃迁。
紫外-可见分光光度法：是根据物质分子对波长为200-760nm这一范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。操作简单、准确度高、重现性好。波长长(频率小)的光线能量小，波长短(频率大)的光线能量大。分光光度测量是关于物质分子对不同波长和特定波长处的辐射吸收程度的测量。
分子的紫外-可见吸收光谱法是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分析法。分子在紫外-可见区的吸收与其电子结构紧密相关。紫外光谱的研究对象大多是具有共轭双键结构的分子。
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1.1原理
紫外-可见吸收光谱是分子内电子跃迁的结果，它反映了分子不同的化合物由于分子结构不同，电子跃迁的类型就不同，所以紫外-可见吸收光谱会具有不同特征的吸收峰，其吸收峰的波长和强度与分子中价电子的类型有关[1]。
仪器类型则有：单波长单光束直读式分光光度计，单波长双光束自动记录式分光光度计和双波长双光束分光光度计。
2 在食品成分分析中的主要应用举例
2.1紫外-可见分光光度计在食品酶分析中的应用
酶是生物活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质。酶除了具有高的催化效率特性外，还具有很高的专一性，利用它能选择性地将个别食品组分改性，而不影响到其它组分。因此，酶在食品科学中相当重要，通过酶的作用能引起食品原料的品质发生变化，也能在比较温和的条件下加工和改良食品。
2.1.1紫外-可见分光光度法测定酶活
多酚氧化酶：多酚氧化酶(PPO)是一类由核基因编码在细胞质中合成的含铜质体的金属酶，其作用机理在于铜的氧化-还原作用。大麦中的多酚物质经过PPO的催化氧化后，具有单宁性质，易和蛋白质起交联作用而沉淀出来，进而影响啤酒的色泽、泡沫、风味和非生物稳定性。大麦中部分PPO以“潜伏”状态存在，在浸麦过程中，可通过去除一些酶抑制剂、蛋白酶作用或其他的一些方式使其活性在浸麦过程中提高。在大麦发芽过程中，
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PPO的活力较高，影响着麦芽的质量。因此，在制麦过程中应该降低PPO活性[2]。
【酶活测定】0.1mL酶液与lmL 0.1 mol／L邻苯二酚(用pH 8.4柠檬酸-磷酸缓冲液配制)80oC反应3min，用2mL 20％TCA终止反应，于波长450nm处用分光光度计测定吸收值。
【酶活定义】上述条件下，将每分钟OD值增加0.01定义为1个酶活力单位。
2.2紫外-可见分光光度法分析食品中的多种物质
2.2.1酸奶中维生素A的测定
酸奶是一种发酵奶制品，由于其丰富的营养成分以及独特的风味、口感而深受人们的喜爱。酸奶中含有一定量的维生素A，作为人体必需的营养元素，分析测定维生素A的含量具有重要的意义。目前分析维生素A的方法很多，有荧光分光光度法、气相色谱洁、高压液相色谱法、可见分光光度法。其中比较常用的是采用三氯化锑作为显色剂的分光光度法，但这种方法有几个缺点。首先，生成的蓝色化合物不稳定，很快褪色，比色测定必须在6s内完成：其次，三氯化锑具有强腐蚀性及毒性；此外，很易吸水，受温度、湿度的影响大，器皿装过试剂后难于洗涤等。王明华等采用紫外分光光度法分析测定酸奶中维生素A的含量，样品经过皂化、提取、除溶剂等步骤后，于328 nm处测定其吸光度，测得维生素A的回收率为103. 3%，平均值的标准偏差为0. 32，变异系数为0.01;同时进行了维生素D对维生素A测定的干扰实验，实验结果表明，维生素D的存在不影响维生素A的测定结果。该方法与三氯化锑比色法相比，操作简便、安全[3]。
2.2.2水果汁中果糖的测定
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果糖的测定法有高效液相色谱法、离子选择电极法、傅里叶变换近红外光谱法和分光光度法等，前三种方法的操作都较复杂，而分光光度法中均加入显色剂，如间苯二酚，铁氰化钾等，这些物质对环境有污染。通过研究发现：果糖在盐酸的作用下可生成羟甲基糠醛，通过对果糖在盐酸介质中的吸收光谱进行扫描，发现在波长291 nm处有最大吸收：果糖浓度在0～30 u g/mL范围内服从比尔走律。利用该研究用紫外分光光度法测定了苹果鲜汁、鸭梨鲜汁和桶子鲜汁中的果糖含量。通过研究发现该方法具有很好的选择性和较高的灵敏度，适用于组成较复杂的分析对象中的果糖含量测定。该方法具有简便、快速、灵敏，对环境不造成污染，样品无需预处理等特点[4]。
2.2.3番茄红素的测定
番茄红素是一种具有多种生理功能的类胡萝素，通常状况下与其它类胡萝素同时存在于多种生物体中。在实际研究中，番茄红素的准确测定始终是困扰研究人员的一个难题。目前的测定方法主要有：(1)以苏丹红代替番茄红素作为标准品，绘制标准曲线，用以测定番茄红素的含量； (2)以石油醚或正己烷为溶剂，在472 nm比色测定其吸收光度，用摩尔消光系数(E1 00巾1 cm= 3450)来计算其中番茄红素的含量； (3)依高压液相色谱法，通过与标准样品的峰面积比来测定样品中番茄红素的含量。现有这几种测定番茄红素的方法普遍存在着一定的缺陷，(1)和(2)不需要标准品，但其系统误差较太，同时又不能排除B-胡萝素等其它类胡萝素的干扰；(3)要求番茄红素的标准样品，而高纯度的番茄红素本身稳定性很差，不宜长期存放，且价格非常昂贵，日常测定难度很大。而HPLC测定又要受到仪器设备及标准样品的限制。张连富心1等从番茄红素及B-胡萝素（影响番茄红素测定的含量最多的类胡萝素）的紫外吸收光谱的差异入手，确定了以含2%二氯甲烷为溶剂、以502 nm吸收峰为检测波长的番茄红素测定方法，避免了其它类胡萝素的干扰，并将其转化为用消光系数来计算的形式，避免了番茄红素标准样品的制约。溶液中番茄红素的浓度在0. 0017～3. 12 u g/mL范围内时，该检测方法的可信度在90%以上[5]。
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3 在食品安全检测中的主要应用
3.1紫外-可见分光光度法检测食品中的镉
紫外-可见分光光光度法是利用显色剂与镉离子形成稳定的显色络合物后可用分光光度计测定。此法具有简便、仪器简单等优点。胡劲梅等为了同时测定铅和镉，建立了以电荷耦合器件作为阵列光信号探测器，小型多色仪和专用微机组成的分光光度装置，研究了卟啉与铅极谱法。和镉显色反应的最佳条件。测定了合成试样、陶瓷等浸泡液中铅和镉的含量。李秋萍等通过对新试剂2,6-二甲苯基重氮氨基偶氮苯与镉显色反应研究，建立了检测食品中镉的新方法。叶瑞洪等通过分析比较FAAS、KI－MIBK螯合萃取FAAS和镉-碘化钾-罗丹明B分光光度法三种方法，从灵敏度、检出限、仪器价格等方面进行比较，得出采用镉一碘化钾．罗丹明B分光光度法测定食品中镉的含量方法最为简单易行，操作快速，灵敏度高、选择性好[6]。
3.2紫外-可见分光光度法测定肉制品中亚硝酸盐的含量
肉制品捣碎后经处理除去蛋白质及脂肪，将亚硝酸于溶液中，在酸性条件下对氨基苯磺酸重氮化后，再于奈基盐酸二氨基乙烯基乙烯偶合生成红色络合物，于540nm波长处测光密度，用标准曲线法计算其含量[7]。
4 紫外-可见分光光度法在食品行业中的发展趋势
在紫外区进行食品中某些指标的分光光度法测定，因其简便、快捷、有效而在食品分析中占有很大比重。在今后几年内，这种局面仍将维持下去。在可见区，因其灵敏度高、选择性好、方法灵活、适用面宽而受到越来越多的青睐。随着分析试剂的发展，尤其是具
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有识别能力的特效显色剂以及金属离子显色剂等的发展，使得可见区的分光光度食品分析法将可能出现一个迅速发展阶段。另外，随着化学计量学的发展，将化学计量学方法应用于食品光度分析，将是解决多组分测定以及复杂样品快速测定的有效途径。
随着社会的发展和人们生活水平的提高，食品分析现场化、家庭化的呼声越来越高。相应地对食品分析仪器的小型化、智能化的要求也越来越迫切。这些仪器的研制和生产，将会给食品光度分析注入新的活力。
5 食品领域中新技术
5.1生物芯片检测技术
生物芯片检测技术是一种全新的微量分析技术。基本技术包括方阵构建、样品制备、化学反应和结果检测。这项技术在食品微生物领域、食品卫生检测领域、食品毒理学、营养学、转基因产品检测中均有应用。其主要分类有蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片以及特别适用于检测转基因食品的基因芯片。
基因芯片又称DNA芯片或DNA微阵列，通常采用原位合成与合成点样法制作，其能以高信息量、高通量，同时检测、分析大量的DNA/RNA。此项技术是将大量的探针分子固定在支持物上，与标记的样品分子杂交，通过检测每个探针分子杂交信号的强度，对结果进行数据分析，可以获取样品分子的序列和数量信息，判断该样品是否含有转基因的成分，鉴定该食品是天然的还是转基因的，是否在安全的限度内[8]。利用该技术可检测食用成品和鲜活的动植物材料，灵敏性强、自动化程度高、特异性强、假阳性低、简便快速。随着该技术的发展，成本的降低，此技术在将会来转基因食品的检测中必将处于里程碑的地位。
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5.2生物传感器及分子印迹技术
生物传感器功能多样化、微型化、智能化、集成化、低成本、高灵敏性、高识别性和实用性特点，引起国内外高度重视。种类很多，发展最快、已广泛应用的是SPR生物传感器，灵敏、快速、无需标记、便捷，实时。它与其他新技术强强结合将会推出一批新型的食品安全快速筛查、检测的方法和仪器、当今最典型的、在国外以BiacoreAB和美国TI以及Bio-RAD为代表。其中尤以Biacore、它将SPR检测系统、生物传感芯片、微流控系统等组合在一起，配以不同试剂盒，构成用于快速筛查和检测兽药残、致病菌、毒素的系统。在我国以中科院电子所为代表已开发出三种SPR仪[9]。
5.3生物芯片及微缩芯片实验室
具有高通量、高灵敏度和快速等特性，国际上对其应用于食品安全、疾病诊断等方面予以极大关注。我国国家生物芯片中心等单位已开发并生产食源性致病菌检测、食源性病毒检测和兽药残留检测的生物芯片技术平台（仪器和试剂盒），将进一步面向现场、速测、并向微缩芯片实验室方向发展[10]。
5.4特种电化学传感器
电化学传感器具有小巧、灵敏、多样化、低成本等优点，利用特种电化学传感器、构建食品安全快速检测仪，国内外也都很重视，例如：将纳米技术和电化学技术有机结合构建快速检测食品中有毒有害重金属的仪器；运用新型纳米过氧化物传感器和纳米金属氧化物传感器，构成快速检测细菌总数和大肠杆菌的快速检测仪。这三种速测仪已列入国家科技支撑项目，且已出样机。
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6 我的观点
随着人们对食品质量安全的重视，一些先进的食品检测技术也必将应用到食品领域。
近年来，随着科学技术的发展，其必将带动食品检测技术的现代化，现代化食品检测技术也会将食品检测技术水平提高到一个新的层次。
参考文献
[1]王世平，王静，现代仪器分析原理与技术.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1999
[2]吴广臣.食品质量检验，北京：中国计量出版社.2006
[3]王明华，丁卓平，刘振华酸奶中维生素A含量的测定[J].上海水产大学学报,1999,8 (2): 185-188
[4]占达东．紫外分光光度法测定水果汁中果糖的含量[J]. 琼州大学学报，2003,10 (2)：23-24,27
[5]张连富，丁霄霖番茄红素简便测定方法的建立[J]． 食品与发酵工业， 2001,27 (3)：51-55
[6]彭荣飞，黄聪，张展霞．有机基体改进剂消除GFAAS测定补钙食品中铅和镉干扰的研究．中国卫生检验杂志，2005,15（8）: 903-906
[7]周明成，俞汝勤主编.紫外可见分光光度分析法.北京：化学工业出版社，1986
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[8]马力人，蒋中华.生物芯片.北京：化学工业出版社，2001
[9]朱克永.食品检测技术。北京：科学出版社
[10]高华芳，周玉祥，冯继宏等，生物芯片技术及其在生命科学研究中的应用，世界科技研究与发展，2003（1）：22-27
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