化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
FTIR 分析儀檢測薯片中的丙烯酰胺
閱讀：801 發(fā)布時間：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程中會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，薯片在高溫下長時間煎炸中會產(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，對人類是一種可能的致癌物，因此世界范圍內(nèi)正考慮對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加利福尼亞州 65 提案的致癌物名單中，規(guī)定含有過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家的關(guān)注，在過去兩年里已經(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。因此，食品生產(chǎn)商通常借助第三方實(shí)驗(yàn)室測定丙烯酰胺的含量。綜上可知，在食品加工過程中急需一種快速、準(zhǔn)確和實(shí)時的丙烯酰胺檢測法來監(jiān)測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 分析儀同樣可以測定丙烯酰胺的含量，甚至在某些情況下更具優(yōu)勢。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)用簡報(bào)中，我們對這項(xiàng)工作的研究結(jié)果進(jìn)行概述，同時證明簡單便攜的FTIR 分析儀測定丙烯酰胺含量可以媲美質(zhì)譜法，同時僅需進(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)場測定丙烯酰胺，為控制加工條件提供了有效信息。FTIR 法還為測定出廠食品中丙烯酰胺的含量提供了簡單快捷的質(zhì)量控制方法。
使用便攜式 FTIR 系統(tǒng)開發(fā)并實(shí)施丙烯酰胺檢測法便攜式 FTIR 分析儀對食品行業(yè)具有重要價(jià)值。隨著食品來源愈加全球化，食品的質(zhì)量和安全對消費(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)勢在于：• 可隨時隨地識別并驗(yàn)證食品成分• 淘汰偽劣或不合格原料• 檢驗(yàn)、識別并測定食品和原料中的污染物• 可在原料采摘、接收和加工場所以及農(nóng)場或田間進(jìn)行現(xiàn)場檢測• 可在出廠前及時檢測出有害或不合格的原料和食品• 有助于對積極提高食品質(zhì)量、安全性和生產(chǎn)效率做出切實(shí)可行的現(xiàn)場決策安捷倫推出了一系列超級緊湊的 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)行多功能方法開發(fā)和 QA/QC，那么 Cary 630 FTIR光譜儀（無圖）無疑是優(yōu)選。Agilent 5500 FTIR 分析儀適用于現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室對丙烯酰胺進(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。對于丙烯酰胺的 FTIR 檢測法，這些儀器都使用了鉆石晶體 ATR 附件分析技術(shù)。
實(shí)驗(yàn)部分通過紅外光譜法和質(zhì)譜法對 64 個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)過液壓壓片制成“薯片餅”。經(jīng)過這一工序，薯片中過多的油脂被擠出，降低了植物油對紅外光譜的強(qiáng)吸收帶。每 10 g薯片樣品可以制備 3 個薯片餅，得到 3 個光譜圖。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)，可以得到定量檢測結(jié)果。對普通薯片（非調(diào)味薯片或甜薯片）進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證研究時，75% 的樣本用于建模，其余樣本作為獨(dú)立的驗(yàn)證集。
結(jié)果與討論通過參比的 LC-MS/MS 方法檢測薯片中丙烯酰胺含量為169～2453 µg/kg（169～2453 ppb）。質(zhì)譜法的檢測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 級的檢測限能夠滿足目前對薯片中丙烯酰胺含量的測定。
結(jié)論安捷倫便攜式 FTIR紅外光譜分析儀可以定量測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)的臺式中紅外或近紅外光譜儀。使用 FTIR 法測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，無論用戶的專業(yè)知識水平如何，均能獲得可信的結(jié)果。更為重要的是，它可以隨時進(jìn)行現(xiàn)場測量，例如實(shí)驗(yàn)室、薯片加工廠，或是消費(fèi)品的現(xiàn)場抽查。