賈曉婷 劉永欣
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷提升,市場上的食品種類越來越多樣化,致使食品檢測工作量快速攀升,于是食品檢測領(lǐng)域的自動化發(fā)展已經(jīng)成為必然。其中,電位滴定作為較為適用的一種方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較高的自動化,極大地推動了食品檢測效率的提升。本文就電位滴定法在食品安全檢測中的應(yīng)用及其優(yōu)勢進(jìn)行了梳理和總結(jié)。
一、電位滴定法概述
滴定技術(shù)是通過使用能夠與被檢測對象發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)試劑,使之與被檢測對象發(fā)生反應(yīng),從而對被檢測物質(zhì)的存在性以及量值進(jìn)行檢驗(yàn)。滴定技術(shù)包括酸堿滴定、沉淀滴定、氧化還原滴定等類型,本文主要闡述電位滴定在食品檢測中的應(yīng)用。
電位滴定法主要根據(jù)被檢測物的電位變化情況進(jìn)行檢測。被檢測物在配置成為溶液后,均能表現(xiàn)出一定的電位屬性,通過加入反應(yīng)試劑,被檢測物溶液由于成分出現(xiàn)顯著的變化,因此電位會產(chǎn)生較大的改變,通過檢驗(yàn)反應(yīng)試劑加入前后的電位變化情況,即可得出檢測物的存在情況以及量值。
與其他利用電位進(jìn)行檢測的方法相比,電位滴定法無需對溶液的電位進(jìn)行更加精準(zhǔn)的測量,檢測環(huán)境對結(jié)果的影響也極小,溫度的變化、溶液的電位情況等均不會對最終的檢測結(jié)果造成影響,因此該檢測方法得到了極為普遍的運(yùn)用。
二、滴定檢測實(shí)驗(yàn)需要的
基本裝置以及具體使用要求
進(jìn)行電位滴定實(shí)驗(yàn)時,需要使用以下基本裝置:滴定實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的反應(yīng)池裝置、滴入反應(yīng)試劑的取液滴液裝置、電位變化情況監(jiān)控使用的電極裝置、參照的電極裝置、攪拌器以及電勢測量的設(shè)備。以上所有基礎(chǔ)裝置應(yīng)按照圖1完成連接。
選擇取液滴液設(shè)備時,要根據(jù)取液對象的體量選擇常規(guī)等級的設(shè)備,或能夠進(jìn)行微量或半微量操作的特殊類型設(shè)備。選擇電極類型時,要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體種類確定。如果是酸堿類型的實(shí)驗(yàn),應(yīng)當(dāng)使用pH指示類型的電極;如果是氧化反應(yīng)類型的實(shí)驗(yàn),應(yīng)當(dāng)使用氧化敏感性更高的鉑電極;如果是絡(luò)合類型的實(shí)驗(yàn),應(yīng)當(dāng)使用EDTA類型的反應(yīng)試劑,并且配合使用鈣或者銅的離子電極;如果是沉淀類型的實(shí)驗(yàn),則應(yīng)當(dāng)采用硝酸銀的反應(yīng)試劑以及銀的離子電極。
目前在食品檢測中使用電位滴定法時,一般是使用設(shè)備自動檢測,用于食品檢測的電位滴定自動化檢測設(shè)備包括國產(chǎn)以及進(jìn)口類型,可以實(shí)現(xiàn)全過程的自動化檢測以及結(jié)果的自動生產(chǎn)。該種類型的設(shè)備能夠?qū)κ称分械臓I養(yǎng)物質(zhì)存量以及食品中殘存的揮發(fā)性等物質(zhì)進(jìn)行多樣檢測,具有檢測速度快且效率高的優(yōu)勢。
三、電位滴定法在食品檢測
中的具體應(yīng)用及其優(yōu)勢
1.檢測食用鹽中的活性碘離子。兩點(diǎn)法是滴定實(shí)驗(yàn)中一種準(zhǔn)確性較高的簡化方法,是對傳統(tǒng)滴定方法進(jìn)行科學(xué)簡化后產(chǎn)生的具備普及價值的實(shí)驗(yàn)方法。傳統(tǒng)滴定法在使用過程中需要通過多次小劑量的滴定實(shí)驗(yàn)對終點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行更為精準(zhǔn)的檢測,因此即便采用自動化的模式,傳統(tǒng)滴定方法仍然需要較長的實(shí)驗(yàn)周期,在人工操作階段甚至存在精準(zhǔn)度較低的問題。由孫曉麗提出的針對活性碘離子進(jìn)行的滴定方法,是兩點(diǎn)法中一種有效的運(yùn)用方式,通過接近終點(diǎn)的兩次實(shí)驗(yàn),即能準(zhǔn)確獲取終點(diǎn)數(shù)據(jù)。由趙衛(wèi)京提出的電位突躍的運(yùn)用,能夠通過數(shù)據(jù)直接證明自動化在滴定方法中的準(zhǔn)確性明顯高于人工操作。因此,使用自動化技術(shù)下的兩點(diǎn)法對食鹽中的活性碘離子進(jìn)行檢測,不但效率極高,并且實(shí)驗(yàn)成本相對較低。
2.檢測食品中SO2的殘留情況。SO2能夠較好地改善食品外觀,但其對人體的傷害也極為顯著,能夠造成永久性傷害,在使用總劑量過大的情況下甚至可能威脅生命。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,針對SO2殘留情況進(jìn)行滴定檢測時,需要對被檢測的食品樣本進(jìn)行蒸餾處理,但這一過程需要較長的時間,并且在蒸餾完成后需要加入淀粉來指示顏色,淀粉加入過程則會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性極差。隨著檢測方法的不斷升級,具有較高重復(fù)性的間接形式取代原有形式,能夠?qū)Πㄆ咸丫圃趦?nèi)的檢測對象進(jìn)行SO2的定量檢測,但精準(zhǔn)性較差。目前采用的定氮與自動滴定聯(lián)合的方法,能夠?qū)?shí)驗(yàn)總時長控制在8min左右,并且精準(zhǔn)度較高,因此使用較為普遍。
3.檢測食品中的過氧產(chǎn)物。食品發(fā)生過氧化反應(yīng)出現(xiàn)過氧化物,往往意味著食品已經(jīng)發(fā)生變質(zhì)問題,因此對過氧產(chǎn)物進(jìn)行檢測是檢驗(yàn)食品是否存在變質(zhì)問題的重要方法。通過電化學(xué)、光譜、色譜等多種檢測方法均能夠?qū)^氧產(chǎn)物進(jìn)行檢測,使用滴定方法同樣能夠?qū)^氧產(chǎn)物的存在以及存量進(jìn)行極為精準(zhǔn)的測量。
針對過氧產(chǎn)物的檢測過程非常簡單,終點(diǎn)值的獲取較為便宜,人工操作與自動操作的差別并不大。因此,針對食品中的過氧產(chǎn)物進(jìn)行檢測時,可以根據(jù)檢測對象的總量選擇適合的方法。如果樣本總量較少,而人工操作對于樣本的需求較小,可以較為有效地控制單次檢測的成本;如果樣本總量較多,則可以使用自動化的檢測模式,實(shí)現(xiàn)對樣本的高精度檢驗(yàn)。
針對過氧化反應(yīng)較為明顯的糕點(diǎn)類食品進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)時,主要通過顏色對比來獲得最終的檢測數(shù)據(jù)。
4.檢測食品中的“酸”。食品整體的酸性表現(xiàn)、食品中需要包含的酸的含量、不應(yīng)出現(xiàn)的酸的存在以及存量、酸的總含量等,均屬于食品檢測的重要內(nèi)容。使用滴定的實(shí)驗(yàn)方法,能夠?qū)κ称分械摹八帷边M(jìn)行有效檢測。
(1)針對食品自身的酸性表現(xiàn)進(jìn)行檢測。很多食品的酸性表現(xiàn)與食品的質(zhì)量存在顯著的正相關(guān),其中最具代表性的是食用油。食用油本身具備一定的酸性,而且不同品質(zhì)的食用油酸性相差較多,如果食用油的酸性表現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相差較多,就意味著喪失了基礎(chǔ)的食用功能。對食用油而言,整體的酸性或者標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下的“酸價”越低,意味著品質(zhì)越高。如果油脂的酸價過高,則可能出現(xiàn)食用后胃腸不適等情況,因此極有必要對此類食品的酸性表現(xiàn)進(jìn)行檢測。
對非水溶性質(zhì)的油脂等食物進(jìn)行滴定檢驗(yàn)時,普遍采用的溶劑配置方法包括加溫配置以及非加溫狀態(tài)下的油脂類型溶液配置。通過對各種常見油脂以及肉類等檢測對象檢測結(jié)果的統(tǒng)計(jì)可知,冷溶液配置形式的檢測結(jié)果更為精準(zhǔn)。因此當(dāng)前對油脂等大多采用自動的冷溶液檢測方法,而且在檢測過程中使用二次作圖的方法進(jìn)行輔助,能夠進(jìn)一步提升檢測的精準(zhǔn)性。
(2)針對還原反應(yīng)較為敏感的抗化學(xué)酸進(jìn)行檢測。在食品當(dāng)中,部分酸的存在必要性極為顯著,其中最具代表性的是抗壞血酸,即人體必需維生素當(dāng)中的維生素C。維生素C在人體新陳代謝中能夠表現(xiàn)出極為強(qiáng)勢的解毒效果,并且由于具備極高的還原敏感度,能夠有效清除人體中存在的自由基,延緩人體的衰老過程,還能對癌癥的預(yù)防起到較為顯著的作用。
對抗壞血酸進(jìn)行檢驗(yàn)時,光譜、色譜等檢測方法也能夠得到較為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果,但采用滴定方法進(jìn)行檢測時,由于溶液的變化情況對檢測結(jié)果的影響較小,因此當(dāng)前檢測抗壞血酸物質(zhì)時采用滴定方法更為普遍。
需要進(jìn)行抗壞血酸檢測的食品,大多為水果以及水果制品、蔬菜以及蔬菜產(chǎn)品等。在實(shí)驗(yàn)過程中,一般采用反應(yīng)效果較為顯著的KI離子作為反應(yīng)物質(zhì),通過KI離子中碘反應(yīng)的情況,工作人員能夠極為準(zhǔn)確地測定被檢測食品中含有的抗壞血酸總量。
(3)對糧食中游離狀態(tài)的脂肪酸值進(jìn)行檢測。在糧食檢驗(yàn)中,游離狀態(tài)的脂肪酸數(shù)值能夠較為顯著地標(biāo)識出糧食當(dāng)前的質(zhì)量。如果糧食品質(zhì)較高,其游離的脂肪酸值就較低,而脂肪酸值上升普遍代表糧食品質(zhì)下降。但在糧食檢測過程中,研究者逐漸發(fā)現(xiàn)單純依靠游離的脂肪酸值判定糧食質(zhì)量存在一定的偏頗,而根據(jù)王錦云、黃少華等研究人員的研究成果,在檢測中加入對氨基酸形態(tài)氮元素的檢測,能夠獲得更為全面和準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。
此外,根據(jù)王錦云、黃少華的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì),對游離的脂肪酸進(jìn)行檢驗(yàn)時,人工檢測結(jié)果和自動檢測結(jié)果的偏差較小,因此滴定方法在食品檢驗(yàn)中不僅能夠?qū)Υ篌w量的實(shí)驗(yàn)對象完成檢測,還能夠?qū)π┝康臋z測對象完成精度較高的檢測。需要注意的是,由于脂肪酸能夠在空氣中二氧化碳的影響下產(chǎn)生活性變化,因此要嚴(yán)格控制滴定的速度。
(4)對食品中的酸量總值進(jìn)行檢測。對食品的總體酸值進(jìn)行檢驗(yàn),一般是檢驗(yàn)食品中的氫離子總量,主要針對酒類、飲料、各種乳品、果蔬制品、淀粉類的食品以及調(diào)味品等,酸值對這些食品的質(zhì)量影響較大。
傳統(tǒng)的滴定方法在進(jìn)行此類檢測時需要的時間較長,為了滿足大規(guī)模檢驗(yàn)的需要,對總體酸值進(jìn)行檢驗(yàn)一般采用間隔滴定的方法,這是在兩點(diǎn)法基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種檢測方法,能夠在有效提高檢測效率的基礎(chǔ)上,確保檢驗(yàn)的準(zhǔn)確率。
5.檢測總體含糖量。使用滴定的方法,能夠?qū)κ称分泻械乃刑穷愡M(jìn)行檢測。食品中含有的糖包括常見的蔗糖、果糖、乳糖等類型,也包括能夠直接吸收使用的單糖以及與單糖性質(zhì)類似、還原表現(xiàn)較為顯著的淀粉等。
含糖總量能夠體現(xiàn)出食品的品質(zhì),在人們對食品的要求越來越高的背景下,還需要對食品含糖的類型以及精準(zhǔn)的含量進(jìn)行測量。滴定的方法能夠?qū)κ称返暮乔闆r進(jìn)行較為基礎(chǔ)的測量,然而由于糖類部分構(gòu)成物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)較為活潑,在檢測過程中發(fā)生變性的比例較高,導(dǎo)致滴定方法的檢測結(jié)果比其他類型的檢測結(jié)果數(shù)值較大,因此在進(jìn)行精準(zhǔn)檢測時一般不使用滴定的方法。不過,在測量總量較大的情況下,由于滴定的方法能夠在較短的時間內(nèi)獲取大量的準(zhǔn)確檢測結(jié)果,因此同樣具備一定的普及性。
四、結(jié)語
隨著大量新型食品的出現(xiàn),食品檢測行業(yè)必須能夠滿足大量檢測以及準(zhǔn)確檢測的需求。電位滴定作為食品檢驗(yàn)中較為常用的類型,在自動化過程中依然能夠保持極高的準(zhǔn)確度,并且能夠?qū)崿F(xiàn)效率更高的檢測,因此更能夠適應(yīng)當(dāng)前的社會需求,并能夠在很大程度上對食品檢測整體行業(yè)的發(fā)展起到顯著的影響,因此通過技術(shù)改進(jìn)促進(jìn)電位滴定方法的發(fā)展,是提升食品檢驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩健?/p>