奶粉主要营养成分的红外光谱检测与分析.pdf

第1 期～第三期光谱仪器与分析2 0 l奶粉主要营养成分的红外光谱检测与分析雷雨，张艳玲，陈建波，周群，孙素琴’清华大学化学系，北京( 1 0 0 0 8 4 )摘要采用红外光谱( F T I R ) 分析技术，对奶粉进行无损快速定性、定量研究通过总结添加到奶粉中不同辅料的红外光谱特征峰规律，来确定不同厂家生产奶粉中所添加敷料的类型及所添加辅料量的大致范围准确称量不同比例的辅料，将其加人奶粉中，建立红外光谱与该已知辅料含量奶粉的相关曲线随机抽取市售奶粉，通过红外光谱确定辅料类型；当辅料类型一致时，通过建立的标准曲线即可快速、准确地判断出奶粉中所添加敷料的含量结果表明：’通过红外光谱完全可以控制奶粉质量该方法快速、准确，为奶粉的质量控制提供了一种新的方法和手段引言目前，我国对奶粉中主要营养成分的检测方法陈旧，已不能满足食品安全的需要原有检测方法步骤复杂，彼此相对独立，在检测过程中费时费力，因此不能对市场上的所有产品进行有效监控即造成制假、造假事件频频发生，例如2 0 0 5 年的安徽阜阳的大头娃娃事件，以及2 0 0 8 年的三鹿奶粉事件等这些事件不仅严重危害了国内群众的身体健康，使企业和奶农蒙受了巨大的损失，同时在国际市场上产生了极其不好的影响。

基于奶粉质量的重要性，而目前国内外对其研究的较少n 5 1 ，所以本研究立足于食品安全检测的重大问题，希望能够建立一个快速、有效的检测方法从而对奶粉质量进行控制基于傅立叶变换红外光谱法( F T I R ，M I R ) 对奶粉进行分析，具有宏观整体鉴定复杂体系的优点以及无攒陕速的特点，目前已应用于诸多领域№叫¨本课题无需对奶粉进行分离、提取，完全可通过一张红外光谱图确定奶粉中的三大营养成分，即脂肪、蛋白质和糖类的相对含量；还可以确定所添加敷料的类型，即糖的类型通过向奶粉中准确添加不同比例的乳糖，建立奶粉与红外光谱间的标准曲线，当有未知样品时，做该样品的红外光谱图，通过标准曲线即可快速求得奶粉中该辅料的含量所以通过红外光谱法( F T I R ，M I R ) 完全可以对市售奶粉的质量进行控制，从而保证人民群众的身体健康l 实验部分1 ．1 样品来源从北京地区的超市选购不同区域，不同厂家的奶粉1 ．2 仪器和试剂红外光谱仪为P e r k i nE l m e r 公司的S p e c t r u mG XF T I R 光谱仪采用D T G S 检测器光谱分辨率4 c m 一，测量范围4 0 0 0o4 0 0c m 一。

扫描信号累加1 6 次光谱仪器与分析第1 期～第3 期1 ．3 试验数据处理·( I ) 红外图谱：对样品以K B r 压片进行普通的F T —I R 测定，对所得图谱进行相应处理分析 2 ) 采用P e r k i nE l m e r 公司提供的定性分析软件一对比软件( c o m p a r e ) 计算样品间的相关系数其原理是根据数学上的相关系数来比较两个红外光谱之间( 或者一个光谱和一系列光谱之间) 的相似程度2 结果与讨论2 ．1 ．1 奶粉指纹图谱c m - lF i g l 雀巢全脂奶粉红外谱图如图所示，在奶粉的二张红外光谱图中我们可以同时看到奶粉的三大营养物质，即脂肪、蛋白质和糖类其中2 9 2 4 c m ～、2 8 5 3c m ～、1 7 4 6c m ～，1 1 5 9c m 叫为脂肪的特征吸收峰，丽2 9 2 4c m ～、2 8 5 3c m ‘’为脂肪中甲基和亚甲基的伸缩振动峰；1 7 4 6 c m 1 为脂肪中的碳氧双键伸缩振动峰；1 1 5 9 c m 叫为脂肪中碳氧单键的伸缩振动峰1 6 5 8c m ～、1 5 4 6c m ’1 为蛋白质的特征吸收峰．其中1 6 5 8c r l l 一为酰胺一带，1 5 4 6c m 叫为酰胺二带的吸收峰。

1 0 7 3c m 叫为糖类的吸收峰我们通过三大营养物质间的峰强度比，即可初步确定奶粉质量的优劣T a b l e l 主要吸收峰及归属列表如下所示波数( c m —1 )基团振动方式归属2 9 2 5 —2 9 2 7次甲基一C ＆反对称伸缩主要是油脂2 8 5 4 —·2 8 5 5次甲基一C 地对称伸缩主要是油脂1 7 4 7羰基C = 0伸缩油脂第1 期～第三期光谱仪器与分析2 0 31 6 6 0 —1 6 5 0羰基C = O伸缩蛋白质( 酰氨I 带)1 5 4 1 ～1 5 4 7主要为N —H面内弯曲蛋白质( 酰氨I I 带)1 2 4 l —1 2 5 l主要为C —N伸缩蛋白质( 酰氨I I I 带)1 1 6 0C —O伸缩油脂1 1 5 0 —1 0 3 0C —O伸缩糖类8 0 0 ·- 1 0 0 0糖环环振动糖类7 2 2一( C H 2 ) n 一平面摇摆油脂7 0 0 左右酰氨的N —H 等面外弯曲蛋白质2 ．2 ．1 辅料为乳糖的奶粉与乳糖标准谱对照的谱峰分布A3 3 8 03 5 2 8／3 3 8 ．0 ‰2 9 、竺兰竺IO 矿‘．一3 5 2 2 ／＼2 9 2 6 ／3 3 4 22 8 5 4b 北京3 跫：。

5 ＼：￡奎! ]入2 8 5 4oj 主 礴t ' O q 套“ №- - 誓I 数 ；一．8 4 2 51 7 4 71 6 6 0 ：1 1 4 1 1 4 队刊7 0 4l＼“⋯I1 4 5 ．6 _ 1 5 4 5L1 2 5 8dr ' - 耙／V ；5 5 l4 0 0 0 ．03 0 0 02 0 0 0I1 5 0 01 0 0 0c m ·I．⋯⋯⋯F i g2 奶粉与乳糖的红外谱图0 ．5 7 9 9如图所示，图中有4 条谱线其中a 谱线为乳糖的标准谱线，b 、c 、d 为不同厂家奶粉的谱线从图中我们可以看到不同厂家奶粉的谱线与乳糖标准谱线相对照，无论是峰形还是出峰位置都极其相似，由此我们可以确定这些厂家生产的奶粉中都含有乳糖，但是这些奶粉谱图中的相关系数却是呈递减趋势，说明随着相关系数的减少不同厂家奶粉中所含乳糖比例有所减少表2 是对三个不同厂家生产的奶粉和乳糖标准谱图中的具体出峰位置进行了归属从表中可以看出，随着相关系数的减少对应上的峰个数也在减少乳糖北京( 1 9 2 )广东( 1 6 7 )广东( 1 7 0 )相关系数1 ．0 0 0 00 ．8 4 2 50 ．5 7 9 90 ．5 5 1 83 5 2 83 3 8 03 3 4 43 5 2 23 3 8 03 3 4 43 3 8 23 3 4 2光谱仪器与分析第l 期～第3 期1 4 2 61 3 8 31 3 5 91 4 2 41 3 8 21 3 5 91 3 8 01 3 4 11 2 9 61 2 6 l1 3 4 l1 2 9 61 2 6 11 3 4 21 3 4 21 2 5 81 2 0 21 1 6 81 1 4 31 2 0 21 1 6 71 1 4 31 2 0 21 1 4 31 1 4 41 1 1 61 0 9 41 0 7 21 1 1 61 0 9 31 0 7 2l l l 61 1 1 51 0 7 21 0 5 81 0 3 5I O l 91 0 5 81 0 3 6I O l 91 0 5 81 0 3 61 0 5 71 0 3 79 8 89 1 58 9 99 8 89 1 58 9 89 9 08 9 79 1 78 9 78 7 67 7 86 7 38 7 67 7 98 7 67 8 08 7 57 7 96 3 26 0 55 5 16 3 26 0 45 5 l6 3 15 5 l6 3 15 5 14 6 84 4 54 3 44 6 84 3 54 6 94 6 8对应峰个数3 02 8 ( 1 8 )1 6 ( 6 )1 5 ( 3 )·( ) 前的数字表示出峰个数，( ) 里的数字表示对应上的峰个数2 ．3 添加不同比例敷料的标准曲线的制备以上我们可以对奶粉中所含敷料类型予以确认，同时可以粗略判断所含敷料量的多少。

接下来我们将以乳糖为例，即选定某一品牌奶粉，向其中添加不同比例的乳糖，通过压片法测量红外谱图，利用相关红外处理软件对得到的红外光谱图进行计算处理，最后将得到的光谱数据与含量制成标准曲线测量未知奶粉的红外光谱，通过该曲线计算即可以准确知道未知奶粉中所含有乳糖量的多少图3 是向市售的奶粉中添加不同比例的乳糖制成红外光谱图 OI m●m_ ●●●IbⅢI mI mⅫJa l - l●啪4 ，m 拍呻I 枷I ㈣枷J棚●’蛳姗' 枷l 蛳枷●●●-●-第1 期～第三期光谱仪器与分析2 0 5, t r i 0 0 D ，∞●抽Ol ，∞l ∞口枷●●■“●∞O 口3 W 02 ∞Ol ，∞l ∞O埘●●∞O ●，∞O 柚帅I 轴Ol ∞●●∞●‘■■Ia l ●- IF i g3 不同乳糖含量的奶粉的红外光谱图a ．0 ．O ％，b ．1 0 ％，c ．2 0 ％，d ．3 0 ％，e ．4 0 ％，￡5 0 ％，g ．6 0 ％，h ．7 0 ％，i ．a 0 ％d ．如％取6 0 0 c m ～，1 9 8 7c m 叫为端点作出基线，测量波数为1 6 6 0c m 叫和7 7 8c m 叫处的峰高，计算两峰之间的相对强度比，建立含量与相对峰强度比间的标准曲线。

其结果如表3 和图4 所示T a b l e 3 不同乳糖含量的奶粉数据整理乳糖百分含量X峰高测定值峰高测定值相对峰强度比( ％)A 1 6 6 0 c m —IA 7 7 8 c m ．IA 7 7 k m —I ／A 1 6 6 0 c I ：l —100 ．1 4 7 40 ．0 3 0 l0 ．2 0 4 51 00 ．1 4 5 10 ．0 8 9 60 ．6 1 7 92 00 ．1 1 0 80 ．1 2 4 91 ．1 2 7 83 0O ．1 8 8 8O ．3 l l l1 ．6 4 7 44 00 ．1 7 5 00 ．3 8 4 02 ．1 9 3 65 00 ．1 5 3 30 ．3 8 4 92 ．5 1 1 l6 00 ．1 4 4 50 ．4 2 8 72 ．9 6 6 77 00 ．1 2 5 00 ．4 5 3 33 ．6 2 7 18 00 ．1 1 6 70 ．4 5 9 13 ．9 3 3 0光谱仪器与分析第1 期～第3 期9 00 ．1 0 1 60 ．4 5 3 84 ．4 6 4 51 0 00 ．0 9 4 90 ．4 7 3 20 ．2 0 4 56 ．0 0 0 05 ．0 0 0 04 ．o 0 0 03 ．0 0 0 02 ．0 0 ∞1 ．0 0 0 00 ．0 0 0 0O2 0们6 0即1 0 01 Z O百分比( ”F i 9 4 不同乳糖含量奶粉的标准曲线图3 结论通过红外光谱图可以确定奶粉中的三大营养成分，即脂肪、蛋白质和糖类；同时通过红外光谱还可以确定添加敷料的类型；根据相关系数大小可以粗略判断所添加敷料量的多少；通过建立标准曲线，可以准确知道未知奶粉中敷料的含量。

因此，可以利用红外光谱对奶粉进行无损快速定性、定量分析参考文献【1 1 秦竹等分析化学，3 2 ( 9 ) ：l1 5 6 ，2 0 0 4【2 】邓月娥琴光谱学与光谱分析，2 5 ( 1 2 ) ：1 9 7 2 ，2 0 0 5【3 】邓月娥等光谱学与光谱分析，2 6 ( 4 ) ：6 3 6 ，2 0 0 6．【4 】邓月娥等营养学报，2 9 ( 1 ) ：9 1 ，2 0 0 7【5 】Z 呶7Q u ne ta 1 ．J o u r n a lo fM o l e c u l a rS t r u c t u r e ，7 7 ：7 9 9 ．，2 0 0 6【6 】L i uH o n g - x i ae ta 1 ．，S p e c t r。