几种主要的牛奶成分分析法,分析化学论文

　　

        一、引言
　　
　　牛奶是一种营养丰富的产品，随着人类生活水平和健康意识的提高，乳制品在人们生活中的地位越来越重要。牛奶是所有乳制品的原料，随着近些年来人们大量的食用乳制品，牛奶的质量问题也引起了越来越多的关注。目前市场上各类牛奶产品的质量状况难以令人满意。在近期抽检的牛奶及UHT奶产品中，大型乳制品企业的产品合格率不到90%,中小型企业的产品合格率仅在45%左右。控制和监测牛奶的质量就要从牛奶产品的源头开始，并在个个环节进行层层把关。按照国家的有关规定，各乳制品及收购站必须提供各项强制规定的分析值信息，同时分析值对有效地利用牛奶，奶牛饲养和牛奶业的管理也至关重要，它也成为了牛奶场管理决策的重要来源。据调查，目前全国存在大量的原奶收购站，占原奶收购量60%的原奶是通过这些奶站进入各个厂家进行加工的。奶站每天要从大量的不同奶场收购各种原奶，原奶是乳制品业的主要原料，控制了原奶的质量也就控制了原料的质量。
　　
　　目前，众多的奶站在规模、管理和资金上参差不齐，实时、快速、准确的牛奶成分检测对实现奶站生产过程的自动化管理以及提高牛奶质量等具有重要的现实指导意义。
　　
　　二、几种主要的牛奶成分分析法
　　
　　（一）化学分析法
　　
　　国标中，对牛奶等乳制品的各项指标及检测均有严格的规定。化学分析法是国标方法。化学分析法中蛋白质的测定常采用半微量凯氏定氮法。半微量凯氏定氮法的原理是将被测样品与硫酸和催化剂一起加热消化，使蛋白质分解，分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵，然后通过碱化蒸馏使氨游离，用硼酸吸收后再以盐酸标准溶液滴定，根据酸的消耗量乘以换算系数，即为蛋白质含量。该方法要求同一样品的两次平行测定结果之差不得超过平均值的1.5%;乳糖采用高压液相色谱法和来因-埃农法，两次平行测定结果之差不超过平均值的5%.
　　
　　化学方法已经相当成熟，可以获得很高的精度，但得出结果所花费的时间比较长，不能满足在线测量分析的需要。
　　
　　（二）中红外光谱分析法
　　
　　中红外光谱分析法目前比较成熟，已经有较为精确的分析仪器问世。丹麦的FOSS公司出产的Milk Scan系列牛奶成分快速分析仪就是其中之一。中红外光谱分析法采用牛奶中各种成分对不同波段的吸收不同，通过测定吸收系数和散射系数来完成牛奶成分的测定。FOSSMilk  133是FOSS公司早期的产品，采用干涉滤光片技术，其预测精度CV值可达到5%的水平。FOSS Milk Scan FT120牛奶成分分析仪，采用傅立叶技术，对脂肪、蛋白质和乳糖的预测精度CV值可达1%,非脂乳固体和总干物的预测精度CV值可达到0.8%.
　　
　　然而，中红外光谱分析仪的价格昂贵，体积较大，操作和维护比较复杂，不适宜于现场操作和流动检测。
　　
　　（三）紫外线吸收光谱法
　　
　　牛奶中蛋白质含量还可以利用紫外光谱法测定，测定原理是牛奶中蛋白质及其降解产物的芳香环残基在紫外区内对一定波长的光具有选择吸收作用，并且在一定浓度范围内，光吸收程度与蛋白质浓度呈线性关系，因此通过测定蛋白质溶液的吸光度，即可测量出蛋白质的含量。
　　
　　紫外线吸收光谱法具有快速、简便、灵敏度高、再线性等优点。但是，由于非蛋白质物质在紫外部分也可能引起光吸收，又由于光散射的干扰，所以也有分析精度不高的缺点。
　　
　　（四）近红外光谱分析法
　　
　　近红外光谱分析技术是利用光谱方法分析物质的成分和结构，具有高效、快速、成本低、不破坏样品化学性质和绿色环保等优点，近年来在分析测试领域，特别是在在线分析和工业控制领域发挥着越来越重要的作用。在农业、食品工业、石油工业、制药工业和临床医学等领域，近红外光谱技术都有着成功的应用。近红外光谱的常规分析与紫外可见光谱类似，分为透射光谱和漫反射光谱。在实际中，要根据不同的样品性质，采用不同的分析技术。经常采用牛奶的不同成分在不同的波长处的吸收作用建立多元线性回归模型，如脂肪在1212nm、1392nm、1729nm、1763nm和2144nm处有较强的吸收峰，而从漫反射试验中，蛋白质则在1460nm~1570nm、2050nm~2070nm、2180nm处有相当丰富的吸收峰。在国内，有些研究机构在波通公司的型号为8620的奶粉分析仪上，测量了奶粉的漫反射光谱，用55个高钙奶粉样品利用多元线性回归算法建立了模型，蛋白建模的相关系数为0.96,SEC为0.196%.
　　
　　目前，国外很多公司都已经开发出基于近红外光谱法的奶粉分析仪，但是由于缺乏有代表性的模型，这些产品的测量精度都不太让人满意，这也是近红外光谱法需要解决的一个关键问题。
　　
　　（五）超声波检测法
　　
　　超声波探测技术是利用高频波与物质之间的相互作用以获取被测物质内部的物理化学性质。超声波根据其波型可以分为纵波、横波、表面波和板波。而在牛奶等液体中，只能存在纵波，而其它三种都不存在波。超声波通过介质时大致表现为三种形式：压缩波、表面波和切变波。在应用中，较之其它两种形式，压缩波是最重要的，也就是纵波的传播形式。压缩波在介质中的传递是通过介质的压缩和膨胀进行的；但这种介质质点在声波作用下以原始位置为原点的振荡仍服从虎克（HOOKE）定律，也就是说，介质的结构在声波传递过程中未发生任何根本性的破坏。
　　
　　在牛奶各成分之中，脂肪等大分子物质对超声波的衰减影响比较大，而蛋白质、乳糖等对超声波的速度影响比较大，牛奶中的成分可以分为脂肪和非脂乳固体。按照两大成分对与超声波衰减和速度的贡献，可以建立起精确的模型来测得各成分的百分含量，依据统计关系，又可以计算得到其它的成分含量。这样就可以得出多种成分的百分含量。近些年来，国内外在超声波牛奶成分测量领域取得了很大的进展，预测精度 可以达到5%的水平，基本能够满足在线测量以及流动检测的要求。
　　
　　超声波测量方法相对于上面提到的光学方法则具有很多优点。超声波方法对测量环境的要求较低，这样超声波分析仪就很适合于流动检测。超声波探头相对于光学器件，价格较低，使得超声波牛奶成分分析仪的成本较低，很适合于小型用户使用。再加上分析时所需要的样品量较少，使得仪器可体积可以做的很小，适于便携使用。
　　
　　三、小结
　　
　　综上所述，牛奶成分测量方法众多，本文已经提到了化学和光学测量方法。化学法是国标推荐方法，精度高，但速度太慢，分析一个样品常常需要一天时间。光学测量方法的精度也比较高，但由于光学元件对测量环境的要求较高，比如震动等，这一点不适合流动检测，再加上光学元件的价格较高，使得小型用户难以负担。超声波测量方法由于具备成本低，简便易携的优点，因此在食品分析领域，较易为分析工作者接受。当然，最终选择哪种方法，应由决策者根据企业实际进行选择。
　　
　　[参考文献]
　　
　　[1]张钥。近红外牛奶成分分析方法及仪器研究[D].天津大学，2004.
　　[2]朱俊平，刘玲君，张彦辉等。近红外光谱分析技术快速测定儿童高钙奶粉理化指标的研究[J].检测技术，2003,（5）。
　　[3]麻建国，周建军。超声波技术在食品检测中的应用[J].食品与发酵工业，1998.