花生仁中营养成分检测方案(近红外光谱仪)

第33卷第2期2015年6月湖北民族学院学报(自然科学版)Journal of Hubei University for Nationalities( Natural Science Edition)Vol.33 No.2Jun.2015 第2期朱照武等：卡路里分析仪测定营养成分的可行性分析175 文章编号：1008-8423(2015)02-0174-05 DOI： 10.13501/j.cnki.42-1569/n.2015.06.016 卡路里分析仪测定营养成分的可行性分析 朱照武”，田盼盼²，鲁梦齐，莫开菊，2* (1.湖北民族学院生物科学与技术学院，湖北恩施445000； 2.生物资源保护与利用湖北省重点实验室(湖北民族学院)，湖北恩施445000；3.湖北民族学院林学园艺学院，湖北恩施445000) 要：卡路里分析仪能快速测定食品中水分、脂肪、蛋白质、碳水化合物、钠、卡路里等指标含量，但是卡路里分析仪在我国的分析应用还很少.本实验以常规物理化学方法和卡路里分析仪方法测定花生仁的水分、脂肪、蛋白质、总糖，比较卡路里分析仪测定值的差异性、准确性，探讨其在食品分析中的可用性.结果表明：卡路里分析仪测定水分、脂肪、总糖的精密度达到仪器分析要求，其准确度通过适度校正能达到分析要求，因此卡路里分析仪测定水分、糖类、脂肪具有可行性，但是对蛋白质的分析测定还需要更多的研究验证. 关键词：卡路里分析仪；营养成分；测定；可行性 中图分类号：TS207.2 文献标志码：A The Feasibility Experiment of Calorie Answer’sDetermination of Nutrients Indicators ZHU Zhaowu'2， TIAN Panpan²，LU Mengqi'，MO Kaiju* (1.School of Biological Science and Technology，Hubei University for Nationalities，Enshi 445000，China；2.Key Laboratory of Biologic Resources and Utilization of Hubei Province(Hubei University for Nationalities)，Enshi 445000， China； 3.School of Forestry and Horticulture，Hubei University for Nationalities，Enshi 445000，China) Abstract： Calorie Answer can be used to quickly determine some indicators，such as moisture，lipid，pro-tein，carbohydrates，sodium，calory and so on，but it is rarely used in our country for analytic application.Researching on the precision and accuracy of the Calorie Answer，we could obtain its availability on foodanalysis.Peanuts were selected as test samples，the moisture， fat， protein， total sugar were measured byconventional physical-chemical methods and Calorie Answer，respectively.we comparied the differences oftwo methods and determining the standard addition recovery to study the accuracy of the calorie Answer.The results showed Calorie Answer could measure moisture， fat， total sugar precisely，which met the re-quirements of instrument analysis. Therefore， Calorie Answer is feasible for determining the content ofmoisture，lipid， total sugar， but the determination of protein analysis still needs more research to verify. Key words： Calorie Answer； nutritional components； determination； feasibility 进入20世纪80年代后期，随着计算机技术和化学计量学方法的发展，近红外光谱真正为人们所注意，近红外光谱分析技术得到迅速推广，我国近红外光谱技术的应用研究从农业领域开始，目前在食品、工业、医学、石油化学等领域得到深入研究和广泛应用.卡路里分析仪采用近红外光谱检测技术，其光谱信息主要来源于分子内部振动的倍频和合频振动吸收，且主要反映分子中 S-H、O-H、C-H及N-H等基团振动吸收.卡路里分析仪能快速测定食品中水分、脂肪、蛋白质、碳水化合物、钠、卡路里等指标含量，主要用于食品中能量成分和水分的快速测定.随着我国预包装食品标签标准的出台，卡路里分析仪的测定方法将有着强大的技术需求.但是卡路里分析仪在我国的应用还很少，更不是我国食品营养成分测定的标准方法，卡路里分析仪方法的精密度、准确度和可行性还未见公开开道.花生仁富含蛋白质、油脂和碳水化合物，本文用花生仁作为实验材料，对卡路里分析仪测定数据的准确性进行分析，以期为卡路里分析仪快速检测食品营养成分的可行性作出科学判断. ( 收稿日期：2015-05-19. ) ( 基金项目：湖北省研究与开发计划项目(2010BBB016). ) ( 作者简介：朱照武(1989-)，女，硕士生，主要从事林特食品加工与开发；”通信作者：莫开菊(1965-)，女，博士，教授，主要从事食品加工及天然产物化学的研究. ) 材料与方法 1.1 试验材料 从市场买来的花生仁，去除霉变腐烂的颗粒及杂质，不完整的颗粒，用粉碎机粉碎后备用. 1.2 药品与试剂 石油醚、无水硫酸铜、甲基红、溴甲酚绿、乙酸铅、草酸铵、硫酸铵，购自国药集团化学试剂有限公司；硫酸钾、无水碳酸钠、乙醇、葡萄糖标准品(AR) ，购自天津市福晨化学试剂厂；盐酸和硫酸购自武汉市中天化工有限责任公司.还有硼酸(河南焦作市化工三厂)、氢氧化钠(天津市光复科技发展有限公司)、蒽酮(AR)(中国医药(集团)上海化学试剂公司)、硫脲(AR)(天津市河北区海晶精细化工厂)、葡萄糖(美国 sigma-aldrich公司).此外，大豆分离蛋白，购自北京奥特星生物技术有限责任公司. 1.3 试验仪器与设备 卡路里分析仪 Calory Answer(日本JWP公司)，电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)，GZX-9140MBE 数显鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)，SZF-06A 脂肪测定仪(浙江托普仪器有限公司)，全自动凯氏定氮仪 UDK159( 意大利 VELP 公司) ，HWS12型电热恒温水浴锅(上海一恒科学仪器有限公司)，800B离心机(上海安亭科学仪器厂) ，WFJ7200 型可见分光光度计(尤尼柯(上海)仪器有限公司). 2 试验方法 2.1 采用卡路里分析仪对食品中营养成分的测定 1) 连接电源，打开电源开关，长按“ON/OFF”键至电源键和“power"灯亮. 2)双击打开计算机中的分析仪软件，进入预热倒计时. 3)预热 30 min 后，准备测试.对于液体样品，66“Measurement Mode"中选“transmission"透射模式，点击“De-vice Control"下的“Start”，等待软件提示放置样品；对于固体样品，“Measurement Mode”中选“reflection”反射模式；根据样品选择标准曲线，“Sample Name”输入样品名称；打开样品仓，放置反射空白板，点击“DeviceControl"下的“Start”，等待软件提示放置样品，装好样品放置样品仓内，点击软件“Start”，开始测试. 4)按上述步骤继续测试样品，电脑软件显示各营养测定数值. 5)结束后及时清理样品仓、清洁仪器. 2.2 采用常规方法对食品中营养成分的测定 2.2.1 常压干燥法测水分 按《食品安全国家标准：食品中水分的测定(GB/T5009.3-2010)》中直接干燥法测定. 2.2.2 索氏提取法测粗脂肪 按《食品中粗脂肪的测定( GB/T14772-2008)》方法提取测定. 2.2.3 凯氏定氮法测粗蛋白按《食品安全国家标准：食品中蛋白质的测定(GB/T5009.5-2010)》中凯氏定氮法原理用全自动凯氏定氮仪测定. 式中：X一试样中蛋白质的含量(单位：g/100g)；V一试液消耗盐酸标准滴定液的体积(单位：mL)；V一试剂空白消耗盐酸标准滴定液的体积(单位：mL)；V一吸取消化液的体积(单位：mL)；c一盐酸标准滴定溶液摩尔浓度(单位：mol/L)；0.0140 是1.0 mL 盐酸 [c( Hcl)= 1.000 mol/L]标准滴定溶液相当的氮的质量(单位：g)；5.46一氮换算为蛋白质的系数，一般食物为6.25，花生为5.46；m一试样的质量(单位：g). 2.2.4 蒽酮-硫酸法测总糖 1)实验原理图 浓硫酸可将多糖水解成单糖，单糖经浓硫酸作用可脱水生成糠醛或糠醛衍生物，糠醛类化合物能与蒽酮反应生成蓝绿色的化合物，在620 nm 处有最大吸收.糖含量为 20~200mg/L时，其吸光度值与糖含量成正比. 2)实验方法4-7 ①供试品溶液的制备：将去红衣后的花生仁粉碎，称取2.0g，加入 50 mL石油醚，封口，超声脱脂 30 min，过滤，脱脂后的花生仁加入80 mL 蒸馏水，96℃水浴2h，取出冷却.滴入饱和中性乙酸铅，以除去蛋白质，直至 加入乙酸铅时不再形成白色沉淀为止，然后将此混合物连同残渣洗入 100 mL 容量瓶中，加水至刻度，充分振荡.抽滤，放入0.3g草酸铵粉末，以除去滤液中过量的乙酸铅，使生成草酸铅沉淀，再过滤，所得透明滤液即为糖提取液. ②供试品溶液的测定：分别取该溶液1 mL 置于三个50mL 容量瓶，用蒸馏水定容，摇匀备用.做6个平行，依次编号为样1、样2、样3、样4、样5、样6. ③标准曲线的制备：精确称取在105℃干燥至恒重的葡萄糖标品1.0000g，用蒸馏水定容到1000mL制成贮备液，吸取贮备液1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL分别移入100 mL容量瓶，用蒸馏水定容可得到10、20、40、60、80、100 pg/mL的葡萄糖系列标准溶液. ④测定方法：准备试管13支，依次取葡萄糖标准溶液，供试品溶液1.0mL，加入蒽酮试剂5.0 mL，快速摇匀放入沸水浴中 10 min.取出后立即冷却到室温，并在暗处放置 15 min，用1 cm比色皿，以编号为0的管作参比，于620 nm 处测定吸光度.回归方程为：Y=0.0042X-0.0056，相关系数： r=0.9992，呈良好的线性关系.将测得的溶液的吸光度值带入标准曲线回归方程和公式(2)，计算可得花生仁含糖量. ⑤花生仁中总糖的含量按下式计算算： 式中，c一将测得的样品溶液的吸光度度带入标准曲线公式，计算得到相应的葡萄糖浓度(ug/mL)；v一样品溶液总体积(mL)；n一样品溶液的稀释倍数，根据实验操作可知为10000；m称称取的花生样品的质量，均为1g；10°一单换换算系数，将ug换算为g. 3 结果与分析 3.1 两种方法测定花生仁的成分及精密度分析 采用卡路里分析仪及常规分析法测定了花生仁中的水分、蛋白质、脂肪、糖类的含量，结果见表1. 从表1可以看出，两种方法测定值，与花生中的含量基本相符.花生仁一般含脂肪50%左右，蛋白质24%~36%，碳水化合物10%~23%，因品种、成熟度和栽培条件不同会有较大变化19-10.卡路里分析仪测定水分、蛋白质、脂肪和 表1 两种方法对花生仁营养成分的测定结果 Tab.1 The determination results of two methods 方法 指标 蛋白质/g 脂肪/g 总糖/g 水/g 卡路里分析仪 平均值 25.86±0.50 41.57±2.18 25.14±2.37 9.40±0.51 相对标准偏差 1.92% 5.24% 9.41% 5.42% 常规法测定 平均值 25.34±0.34 43.23±0.01 5.14±0.10 8.23±0.02 相对标准偏差 1.36% 2.12% 1.90% 0.30% 常规法差异不大，但是总糖的测定中，常规法测定总糖含量为5.14±0.10g，而卡路里分析仪测定仪25.14±2.37g，差异结果较大，但不能简单否定该测定方法.因为卡路里分析仪测定的是碳水化合物，而而酮硫酸法只测定了可溶性糖. 卡路里分析仪测定指标的相对标准偏差值略高于常规法，说明卡路里分析仪精密度低于常规方法.但是一般要求化学分析析对标准偏差小于5%，仪器分析小于20%，因此卡路里分析仪测定值的精密度符合要求. 3.2 两种方法测定值的差异性分析 用 spss16.0软件分析两种方法测定数据处理结果见表2. 由表2可知，两种方法测定花生仁水分均具有良好的重复性，但是卡路里分析仪测定均值高于常压干燥法均值 14.22%，两种方法测定值差异达到显著水平，但未达到极显著.两种方法测定花生仁脂肪、蛋白质均具有良好的重复性，卡路里分析仪测定脂肪均值低于索氏提取法均值3.84%，蛋白质均值高于凯氏定氮法均值2.05%，经差异显著性分析，脂肪测定方法之间差异值不显著，蛋白质测定方法之间差异值也不显著.卡路里分析仪测定花生仁的总糖含量高于蔥酮-硫酸法测定值的388.85%，两者达到极显著差异. 表2 两种方法测定值的差异性 Tab.2 The two methods measurements difference 营养成分 (A-B)/ Bx100%° F 显著水平 Sig. 显著性 分析结果 水分 14.22% 9.37 0.03 脂肪 -3.84% 1.06 0.33 蛋白质 2.05% 3.94 0.07 总糖 388.85% 200.13 0.00 ** 注：a即(卡路里分析仪测定均值-常规法测定均值)/常规法测定均值x100%“*”表示显著“**”表示极显著. 3.3 加标回收试验 表1说明，两种方法的精密度都较高，达到统计分析要求，表2说明，两种方法测定水分、脂肪和蛋白质时吻合度较好，但是测定总糖的吻合度却极差.因此为了探讨两种方法的准确度，以加标回收试验验验. 3.3.1 水分回收率 在样品中准确加入一定的水分，以两种方法测定水分含量，计算加标回收率.常规法回收率为95%~100%，卡路里分析仪法回收率为107%~136%.说明常规法准确度高，卡路里分析仪法准确度较低，而且测定值总是高于实际值，结果见表3. 表3 测定花生仁水分的加标回收率 Tab.3 The recovery rate of Peanut moisture 样品 序号 常压干燥法 卡路里分析仪 样品本底值/ [g·(100g) 加标量/ ~][g·(100g) 1] 加标后测定值/ ][g·(100g) 回收率/ % 样品本底值/ [g·(100g)；) 加标量/ ][g·(100g) ] 加标后测定值/ ][g(100g) 回收率/ % 1 8.20 6.70 14.80 99 6.70 3.30 11.20 136 2 8.20 9.10 16.80 95 6.70 4.50 12.00 118 3 8.20 1.16 19.80 100 6.70 5.80 14.00 126 4 8.20 1.41 22.30 100 6.70 7.00 14.20 107 3.3.2 脂肪回收率结果在样品中准确加入一定的油脂，以两种种法测定脂肪含量，计算加标回收率.常规法回收率为102%~116%，卡路里分析仪法回收率为87%~133%.说明常规法准确度高，卡路里分析仪法准确度较低，结果见表4. 表4测定花生脂肪的加标回收率 Tab.4 The recovery rate of Peanut fat 样品 索氏提取法 卡路里分析仪 样品本底值/ 加标量/ [g·(100g)'][g·(100g) 加标后测定值/ )][g·(100g)] 回收率/ % 样品本底值/ [g·(100g) 加标量/ ][g(100g) 加标后测定值/ ][g·(100g) 回收率/ % 序号 1-] 1 43.00 31.00 79.00 116 44.00 6.00 52.00 133 2 43.00 41.00 87.00 107 43.00 9.00 53.00 111 3 43.00 50.00 98.00 110 44.00 12.00 56.00 100 4 43.00 60.00 104.00 102 43.00 15.00 56.00 87 3.3.3 总糖回收率结果以葡萄糖标准品加入花生仁样品中，采用蒽酮-硫酸法和卡路里分析仪进行花生仁总糖的含量分析，蒽酮-硫酸法花生总糖加标的回收率为99%~115%，卡路里分析仪测定花生总糖的加标回收率为112%~123%，测定值恒高于实际值，结果见表5. 表5测定花生总糖的加标回收率 Tab.5 The recovery rate of Peanut sugar 样品 序号 蒽酮-硫酸法 卡路里分析仪 样品本底值/ 加标量/ 加标后测定值/ [g·(100g)-][g·(100g)][g·(100g)] 回收率/ % 样品本底值/ 加标量/ [g·(100g)][g·(100g) 加标后测定值/ -][g·(100g)~] 回收率/ % 1 10.07 10.00 21.40 113 24.83 10.00 37.10 123 2 20.67 25.00 45.38 99 24.83 15.00 41.67 112 3 20.90 40.00 67.21 116 24.83 20.00 48.17 117 4 20.90 75.00 98.13 103 24.83 25.00 52.87 112 3.3.4 蛋白质回收率结果 以大豆分离蛋白为标准品加入花生仁中，以凯氏定氮法和卡路里分析仪进行花生蛋白质的含量分析，凯氏定氮法花生加标的回收率为97%~100%，准确度非常好.卡路里分析仪分析花生蛋白质的加标回收率为负值，反而低于样品本底值，结果见表6. 4 结论与讨论 1)卡路里分析仪测定食品中水分、蛋白质、脂肪、总糖含量精密度较高，到达仪器分析测定要求.其测定蛋白质、脂肪的相对标准偏差小于5%，测定水分、总糖的相对标准偏差大于5%小于10%. 2)卡路里分析仪与化学法测定值存在一定偏差.其中蛋白质、脂肪测定偏差较小，在5%以内，两种方法测定值之间无统计学上的显著差异.但是水分偏差为到14.22%，达到显著差异，总糖的偏差为388.85%，达到极显著差异.从仪器分析的角度考虑，卡路里分析仪测定水分、蛋白质、脂肪都符合分析要求.但是总糖的测 定差异很大，却不能简单否定该测定方法.因为卡路里分析仪测定的是碳水化合物，而蒽酮硫酸法只测定了可溶性糖，前者包含着许多不溶于水的细胞壁成分，多糖成分等，而从本文中样品处理方法来看，蒽酮硫酸法仅测定了可溶性糖和部分可溶于热水中的多糖，因此卡路里分析仪测定值远高于蒽酮硫酸法是不难理解的. 表6测定花生蛋白质的加标回收率 Tab.6 The recovery rate of Peanut protein 样品 序号 凯氏定氮法 卡路里分析仪 样品本底值/ [g·(100g) 加标量/ -][g·(100g) 加标后测定值/ )][g·(100g)] 回收率/ % 样品本底值/ 加标量/ [g·(100g)-][g(100g) 加标后测定值/ ][g·(100g) 回收率/ % )] 1 25.34 31.62 56.29 98 26.05 5.0 23.98 -41 2 25.34 40.08 64.28 97 26.05 10.0 24.30 -18 3 25.34 46.27 71.82 100 26.05 15.0 24.40 -11 4 25.34 50.98 75.80 99 26.05 20.0 23.57 -12 3)卡路里分析仪测定水分、脂肪、总糖的准确度较好，其加标回收分别为107%~136%，87%~133%，112%~123%，经多次测定取其平均值可以达到仪器分析的误差范围内，对于系统出现的一贯正误差，可以通过校正系数加以调整，提高分析数据的准确性. 4)卡路里分析仪测定蛋白质出现了较复杂的现象.首先其精密度较高，与常规法测定值的差异性小，可以认为其测定结果可信度较高.但是加标回收试验结果又说明其准确度非常低，产生这一现象的原因还不明确.因此卡路里分析仪测定蛋白质的可行性还需要更多的测定资料加以验证. 5)卡路里分析仪是专门为食品标签和食物能量值测定开发的仪器，主要用于测定食品中的能量值和水分及蛋白质、脂肪、碳水化合物，为人们日常科学饮食提供科学数据.在我国食品化学成分的测定标准中一般规定水分、蛋白质、脂肪、总糖含量的测定相对偏差不大于15%.卡路里分析仪测定值接近这一要求，如果进行适当校正，能符合要求.因此可以作为成分的测定方法.另外我国食品营养标签标示规定2：对于蛋白质、碳水化合物≥80%标示值，对于脂肪、糖类≤120%标示值，都符合要求.因此卡路里分析仪测定水分、糖类、脂肪是可用的快速测定设备. ( 参考文献： ) ( 樊玉霞.猪肉肉糜品质与安全可见/见红外光谱快速检测方法的实验研究[D].杭州：浙江大学，2011. ) ( 刘冰.近红外光谱法在涪陵榨菜品质检测方面的应用研究[D].重庆：西南大学，2011. ) ( 谢笔钧.食品分析[M].北京：科学出版社，2009：155-156. ) ( 高美风，俞婷婷.黄芪多糖中脱蛋白方法的研究法.中华中医药学刊，2008，26(3)：614-615. ) ( 王珊，黄胜阳.植物多糖提取液脱蛋白方法的研究进展叨.食品科技，2012，37(9)：188-191. ) ( 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2000：195-197 ) ( 吴谋成.食品分析与感官评定 [M].北京：中国农业出版社，2006：155-156. ) ( 刘绍.食品分析与检验[M].武汉：华中科技大学出版社，2011：160-162. ) ( 曹凯光.花生资源的综合开发利用.江西食品工业，2002，1(2)：15-17. ) ( 马铁铮.花生浓缩蛋白的制备及其溶解性研究[D].北京：中国农业科学院，2009. ) ( 伍云卿，涂杰峰，范超，等.加标回收实验方案探讨[.福建分析测试，2010，19(3)：67-68，71. ) ( GB28050-2011.食品安全国家标准预包装食品营养养签通则[S].中华人民共和国卫生部，2011. ) ( 责任编辑：高 山 ) 卡路里分析仪测定营养成分的可行性分析样品：从市场买来的花生仁，去除霉变腐烂的颗粒及杂质，不完整的颗粒，用粉碎机粉碎后备用．仪器：卡路里分析仪Calory Answer( 日本JWP 公司)检测指标：食品中水分、脂肪、蛋白质、碳水化合物、卡路里等指标含量实验结果：本实验以常规物理化学方法和卡路里分析仪方法测定花生仁的水分、脂肪、蛋白质、总糖，比较卡路里分析仪测定值的差异性、准确性，探讨其在食品分析中的可用性．结果表明:卡路里分析仪测定水分、脂肪、总糖的精密度达到仪器分析要求，其准确度通过适度校正能达到分析要求，因此卡路里分析仪测定水分、糖类、脂肪具有可行性，但是对蛋白质的分析测定还需要更多的研究验证．结论：卡路里分析仪是专门为食品标签和食物能量值测定开发的仪器，主要用于测定食品中的能量值和水分及蛋白质、脂肪、碳水化合物，为人们日常科学饮食提供科学数据．在我国食品化学成分的测定标准中一般规定水分、蛋白质、脂肪、总糖含量的测定相对偏差不大于15%．卡路里分析仪测定值接近这一要求，如果进行适当校正，能符合要求．因此可以作为成分的测定方法．另外我国食品营养标签标示规定: 对于蛋白质、碳水化合物≥80%标示值，对于脂肪、糖类≤120%标示值，都符合要求．因此卡路里分析仪测定水分、糖类、脂肪是可用的快速测定设备．