食品生产中的分析测试，了解基础知识

2023-02-01 00:00 行业资讯已读

分析测试设备可以帮助确保各种产品和条件的质量和安全。

如果你想知道你的食品是如何进行的，那就对它进行采样。这在工厂里和在厨房里都是如此。

分析测试基本上是检测（为了安全）和测量（为了质量）的结合。检测确保食品或饮料中的所有东西都应该存在；测量确保它们以正确的比例存在。

有多种分析技术可供选择，取决于需要测量或检测的内容、速度和*度。选择包括台式或在线设备，破坏性或非破坏性，湿或干，基于光或电磁，以及更多的变化。

样品分析中*重要的变量之一是分析的速度有多快，这通常取决于为遵守一套特定的GMP标准而必须采集样品的频率。一般来说，破坏性技术，如失水干燥或用酸或其他化学品进行滴定，速度慢，成本高，但准确性高。间接的非破坏性技术，如暴露在红外光或磁脉冲中，速度更快，但往往不那么权威。

通常使用破坏性试验作为校准非破坏性试验的初步技术，例如，确定产品的*佳红外曲线。非破坏性技术，无论是台式的还是在线的，然后成为标准。

水分是食品中*经常测试的参数之一，它可以通过各种方式进行测量。*常见的水分初步破坏性测试之一是干燥损失。一个食品样品被加热以驱除水分。样品在加热前和加热后的重量之差以百分比表示；这被认为是产品的水分百分比。

损耗式干燥有一些缺点。热量可以使某些种类的食物除了水分之外还失去其他挥发性成分，如脂肪。该测试也很耗时，通常至少需要一个小时，有时需要三个或更长时间。有更快的设备可用。阿美特克-布鲁克菲尔德公司销售一种快速失重干燥系统，通过连续称量样品并在失重减弱时立即结束测试，将测试时间缩短到10分钟。

另一个常见的初步破坏性测试是卡尔-费舍尔法，以1940年代初开发该方法的化学家命名。它基本上使用化学品，这些化学品在结合后会消耗水；当引入测试样品时，可以从这个过程（称为滴定）所需的时间推断出水分。卡尔-费歇尔滴定法能够以1%的*度测量水分。然而，它相对昂贵，而且使用有毒化学品，必须妥善处理。

另一种基于滴定法的测试甚至更古老：凯氏法，由一位丹麦酿酒师在19世纪末开发。它通过用酸将牛奶分解以释放其氮，来衡量牛奶等产品的蛋白质含量。大部分的氮含量来自于蛋白质；通过滴定法测量的释放的氮的数量表明蛋白质的比例。

可见光

破坏性方法设定了基准，但日常分析通常由快速、非破坏性的测试方法完成。这些方法通常将产品，无论是样品还是主要产品流，暴露在某种能量形式下，如光或电磁脉冲。这种能量与产品的相互作用表明水分、脂肪、蛋白质、盐和其他物质的含量。

*常见的非破坏性测试涉及低频率、高波长的光。这种方法被称为光谱学，分析这种光在通过食品样品和/或从其表面反射时是如何改变的。光谱法有多种形式，主要取决于光的波长；不同的波长适合不同的目的。

*常见的此类方法之一是近红外光谱法（NIR），它使用波长在800至2500纳米之间的光。近红外是快速的，通常每个样品需要不到一分钟，而且用途广泛。它被用于许多不同的食品，以获得各种参数。

"MoistTech公司总裁Adrian Fordham说："虽然水分是我们的重点，但我们也提供分析仪，用于连续在线测量蛋白质、脂肪/油、糖、调味品、咖啡因和其他吸收近红外光束的成分/元素。

一次进行多种测量是近红外的一个主要优势。"Kett美国公司的总经理John Bogart说："食品公司的另一个近红外优势是能够用一台仪器测量更多的水分。"例如，可以同时测量水分、脂肪/油、蛋白质、灰分（作为残留物）、糖、纤维、水活性和其他成分。这大大减少了资本支出和'人的时间'要求"。

另一种基于光的分析方法是傅里叶变换红外（FTIR）。它与近红外的基本区别是，它使用更高的波长的光，在2500至25000纳米之间。这种较长的波长产生了更强的信号，使傅立叶变换红外更准确和具体。然而，这也限制了它的穿透力，使它*适合于液体和总固体含量低于20%的样品。近红外的较短波长使它能够穿透样品到2厘米的深度，使它更适合于固体样品。

渗透性分析

准确地找到一些成分，如脂肪，有时需要一种更具穿透力的分析技术。*常见的一种是核磁共振（NMR），它涉及到在样品中发送电磁脉冲。脉冲激发了样品中脂肪分子的质子，使它们在 "放松 "时被检测到。

一种被称为时域（TD-NMR）的核磁共振可作为近红外光谱学的补充技术使用。TD-NMR对于样品中有一部分是液体、一部分是固体的应用非常有用，布鲁克光学公司北美应用光谱学市场开发总监Dean Roberts说。

CEM公司销售的Oracle是一款基于核磁共振的分析仪，可以在30秒内确定脂肪含量，而无需通过湿化学方法进行校准。2017年获得食品技术协会创新奖的Genesis可以分析肉类、乳制品、粉末和从奶酪到面条的加工食品中的脂肪含量。

核磁共振可以寻找其他物质，如糖类和蛋白质，这些物质构成了食品的化学特征。偏离这一概况是一个迹象，表明食品出了问题，或者它不是它声称的那样。布鲁克公司拥有一系列核磁共振分析设备，可以验证，例如，果汁实际上是由瓦伦西亚橙制成的，或者橄榄油确实是特级初榨的，或者蜂蜜没有被 "添加 "高果糖玉米浆。

事实上，检测食品中不应该存在的东西--无论是意外还是故意引入的--是分析测试设备的一个潜在的重要功能。但这种能力在很大程度上没有得到充分利用，罗伯茨说。"我没有看到太多的客户真正愿意花钱，特别是为掺杂物花钱，除非他们把它作为整体分析包的一部分。"

污染物的检测可以分为非目标检测和目标检测，前者是寻找任何不属于自己的东西，后者是寻找特定的物质。光谱学，特别是近红外，更适合于非目标性检测。

在涉及到某些掺杂物时，这两种方法都比一些常见的 "湿 "化学方法有优势。尿素和三聚氰胺（其衍生物）已经被牵扯到涉及源自中国的污染成分的丑闻中，这些成分被用于富含蛋白质的产品，如婴儿配方奶粉和宠物食品。因为三聚氰胺和蛋白质一样，都含有大量的氮，它可以骗过通过测量氮含量来衡量蛋白质的凯氏定律等测试；光谱学可以区分这两者。

你的生产线是什么？

分析测试设备的两个基本方面是在哪里使用和如何经常使用。基本的选择是：台式，有时称为在线，即把样品带到实验室或其他专用测试区的设备上；在线，即在工厂车间进行测试，可以用手持设备，也可以把样品系统地转移到一个侧流中；以及在线，即对实际产品流进行连续测量。

在线测试是*准确的选择，特别是在波动大的过程中。它还可用于自动过程控制，例如调整温度或烘箱停留时间等参数以达到水分目标。但在线测试比台式测试更昂贵，而且通常功能较少，只能关注一个或两个参数。

"产品多或预算少的食品生产商可以从在线分析中受益，因为一个台式传感器可以被配置为测量几十种产品而不需要额外的硬件，"Process Sensors Corp.的营销协调员Bonnie Woods说。"希望实现流程自动化、获得实时数据并减少操作员依赖性的公司可从在线分析中受益。"

tec5usa公司食品、饲料和饮料业务发展和部门营销经理Naimish Sardesai说，这归结为速度与全面性的问题。

"台式分析是一个黄金标准，但它可能是一个缓慢和昂贵的过程，"Sardesai警告说。"这种技术*大的缺点是，当你收到产品的定性结果时，它们可能已经被包装好了。在线光谱法的用户可能不得不在某种程度上放弃分析的精度和变量数量，但[它]可以归结为只有工艺所需要的东西。"

罗伯茨说，在线分析的一个重要考虑因素是探针的正确位置，以便与产品保持一致的接触。例如，液体流中的探头不应该放在容易产生空化现象的泵附近，因为引入液体流中的气泡会干扰读数。