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離子分析儀在食品生產和檢驗中大有可為 — 食品行業
摘要：
離子分析儀是基于離子選擇性電極的基礎上發展起來的一種自動化測量樣品濃度、實時監測、實時傳送數據的檢驗類儀器，并且以其測量種類多、測量速度快、測值準確、穩定性高，適用在線測試的優點已經可以在食品來料、工藝生產過程中的離子濃度控制、食品出廠檢驗中得到廣泛的應用。
關鍵詞：離子選擇電極法;離子分析儀;食品生產;食品檢測
隨著人民生活水平的提高，食品安全問題逐漸受到了整個社會的關注，如何保障食品安全，應從以下三方面抓起：
一、食品的原材料采購；
二、食品生產過程中的添加劑、循環利用物的質量控制；
三、食品的成品檢驗。
保障食品安全首要的是用科學儀器設備在眾多的樣品和復雜的基質中檢測、檢驗、分析營養成分的含量，有時要求達到痕量級，甚至超痕量級的有害物及其代謝物和可疑物。
以下是采用全自動離子分析儀測試醬油、橙汁、飲用水、食醋（各三種）中氟、硝酸根、銨根、鉀、鈉、氯、鈣離子含量及其酸堿度的數據。
從上表中發現，盡管是同種食品，但是其中各元素含量卻不盡相同，面對這樣的結果，我們不禁會有如下疑問：
同樣是醬油，為什么其中硝酸鹽、銨根、鉀離子差別如此之大？
同樣是橙汁，如何去判斷哪個的營養價值更高？
同樣是飲用水，3號的硝酸根明顯超標，這讓消費者如何安心？
同樣是食醋，鈉、氯、水硬度存在明顯差異，消費者該如何選食？
離子分析儀在來料檢驗中的應用
實例一：
市場上的橙汁種類繁多，其大多數是通過鮮榨柑橘等水果得到汁液而來，因而農產品（水果等）中各類離子的濃度直接影響了橙汁的營養價值，甚至某些離子的含量過高會對人體造成無法預料的傷害，因而如何控制橙汁生產中的農產品來料問題成為關鍵因素，胡勤海，葉兆杰通過離子選擇電極測試了柑桔中氟化物準確度高，桔瓤SD:士0.010,CV：2.8%;桔皮SD:士0.072,CV：10.7%,回收率(桔瓤)為100.6士3.3。[1]鈣是蘋果采收后期處理和質量控制需要測定的一種營養成分，Michael Knee等采用離子選擇性電極，以標準加入法，測定了蘋果組織中的鈣含量。[2]由此，通過離子選擇電極可以有效控制農產品來料，保證橙汁質量。
實例二：
氟在水產品中的蓄積和水中氟含量有密切關系，魚和軟體動物可以從水和食物鏈中吸收氟,富集部位主要集中在軟體動物的外骨骼和魚的骨頭，并且最終通過食物鏈影響人類健康。而水產品是干制水產品的主要材料，得到放心、安全的干制水產品，保證水產品中氟的含量達標是關鍵。雷志洪等采集了長江水系、青海湖、黃河源的種魚，測定魚椎中的氟含量為31.8-1423.9mg/kg。由以上數據不難看出，部分魚中氟含量很高，長期食用會對人體健康產生有害的影響。為了保證食品的安全性，在干制水產品加工之前，選擇氟含量低的魚完全可以規避掉這一現象，不僅保證了廠家的食品質量，同時也可避免因食品質量不達標而造成的經濟損失。
離子分析儀在食品生產中的應用
實例一：
維生素Ｃ是一種重要的維生素類藥物，可用于預防、治療疾病，還可作為強化劑和抗氧化劑用于食品行業。目前，國內 ＶＣ 經過發酵得到２－酮基－Ｌ－古龍酸（２－ＫＬＧ），２－ＫＬＧ 經過堿轉化得到維生素Ｃ 鈉，維生素Ｃ鈉經過大孔徑陽離子交換樹脂酸化將維生素C鈉轉變為ＶＣ，樹脂交換后的酸 化 液中鈉含量用ｐＨ值來間接控制，ｐＨ值控制在1.5～1.7。生產過 程中酸液的ｐＨ值測定采用精密ｐＨ試紙測試，測量誤差較大，造成ＶＣ質量不 穩定，產品中鈉的含量波動較大，常出現返工現象，影響生產。因此，改進ＶＣ生產過程中鈉含量的測定方法具有很好的實用價值。能直接測定液體樣品，一般情況下溶液的顏色和濁度對測定的結果沒有影響。杜明輝、高振國等采用鈉離子選擇電極測定維生素Ｃ生產過程中鈉的含量。試驗表明：該離子選擇性電極對鈉具有良好的選擇性和電位響應特性。測得方法的回收率在85％～99％之間，相對標準偏差在1.3％～1.4％之間。[3]
實例二：
在利用鹽湖資源生產鉀肥的過程中 ,所涉及到的主要陽離子是 K+ 和 Na+ 及少量的 Mg2+, Ca2+等。關于 Na+的濃度 ,在實驗室中一般采用火焰光度法、原子吸收法等測定。由于這些方法所需要的儀器設備昂貴 ,技術要求高 ,因而無法在一般的中小型工業生產過程中應用。在通常的工業生產過程中 ,對于Na+的濃度沒有直接的測定方法 ,都是采用陰陽離子差減法來計算樣品中的Na+ 含量。由于該方法需要先測定出樣品中除Na+ 以外其它所有離子的濃度 ,這又是繁瑣和困難的 ,因而最終計算出的 Na+濃度準確度欠佳。魏永生、鄭敏燕采用鈉離子選擇電極測定鉀肥生產過程中鈉的含量，偏差在±5%之間，解決了 當前鉀肥生產過程中無法直接測定 Na+ 濃度的問題。
[4]
實例三：
卡拉膠是食品添加劑的一種，它是制作果凍的主要原料之，卡拉膠本身所含的鉀、鈉、氯、鈣離子的含量決定了其口感，因而，如何控制卡拉膠在食品生產中的加入量成為控制食品口味的關鍵。上海的一家科研機構，通過使用多參數水質分析儀很好的測量了卡拉膠當中的鉀、鈉、氯、鈣和酸堿度，成功解決了這一問題。測量卡拉膠中各種離子的含量，使得該科研機構摸清了來料中的影響卡拉膠風味的各離子含量，確保了原料品質，根據得到的離子含量數據，量化了卡拉膠的加入量，在微觀上保證了離子添加量的一致性，由此該機構研究出了一系列能夠嚴格控制產品一致性且口感極佳的果凍產品。
離子分析儀在食品檢驗中的應用
生活中常見的鈣奶、橙汁、啤酒等飲品，醬油、醋、食鹽等調味品，蘋果、蔬菜等植物，茶和鼠尾草等沖泡類藥草，煤和石灰石等礦物質，人體或動物的血液都可以用離子分析儀來測試。
以下以鉀、氯、鈣、氟為例列舉了離子選擇電極對各類食品的測定效果。
2005華南理工大學化學科學學院李萬霞、郭璇華同志專門對離子選擇性電極在食品分析中的應用做了系統的分析，結果顯示離子選擇性電極在食品分析中起著重大作用。[5]
鉀離子的測定：
Shinichi等報道了采用鉀離子選擇性電極聯用測定醬油調味品和免疫血清樣品中鉀含量的工作，結果令人滿意。[6]
鈣的測定：
姚長斌同志用鈣離子選擇電極測鈣奶和橙汁中的鈣含量，計算得鈣離子的相對標準偏差：鈣奶為0.11％，橙汁為2.1％；加標回收率：鈣奶為99％～100％，橙汁為102％～105％。[7]
陸益民用該法測定味精生產過程中的鈣含量，結果令人滿意；[8]
沈靜薇等用該電極法測定奶粉中的鈣，相對誤差為-3.28％～4.10％，相對標準差為2．6％，表明用該法測定奶粉中的鈣是經濟可行的，簡化了操作程序，縮短了檢測時間。[9]
李吉學等用鈣離子選擇性電極，快速分析了母乳中的鈣含量，145例分析結果表明，該法簡便快速，易于推廣普及。[10]
氯離子的測定：
氯離子是人體中一種重要的陰離子，但含量偏高會引起中毒。
對植物中鹵素的測定多用經典容量法。戴自飲等對電極法與容量法做了比較，結果表明，電極法測定簡單、快速，使用樣品少，成本低，結果可靠。[11]
由于氯離子影響啤酒風味，世界各啤酒大國都非常重視啤酒中C1-測定方法和控制方法的研究。馬豐倉討論了用氯離子選擇電極，采用已知添加法測定啤酒中氯離子的含量，結果非常理想，方法精密度好，同一樣品測定8次，標準偏差為0.03。[12]
氟離子的測定：
王彤用氟離子選擇電極在pH為5．0～5．5的總離子強度調節緩沖劑體系中測定蔬菜中的微量氟，該法簡便、快速，靈敏度高，選擇性好，可用于測定各種蔬菜中的氯。[13]
趙保慧等用離子分析儀直接測定不同氟標液中的氟含量，回收率測定結果證明，該方法穩定、可靠。[14]
M．N．Rashed用離子選擇性電極測定了熱帶植物中的氟離子、氯離子和碘離子。[15]
衛萍采用電極法測定茶葉中的氟，回收率為94％～102％，變異系數0．74％，最低檢出濃度為0.05mg·kg。[16]
Con J等用氟離子選擇性電極測定了不同黑茶中氟離子的含量。[17]
M．Fouskaki等用氟離子選擇性電極進行檢測，測定了黑茶和鼠尾草中的氟離子含量。結果表明，該方法適合于連續監測，并且電極的檢測限和靈敏度均得到提高。[18]
薛榮珍等采用氟電極電位分析標準曲線法測定了加碘食鹽中氟的含量，精密度和準確度較高，回收率為90％～100％。[19]
食品添加劑丙酸鈣中氟的測定，國標法是將樣品在高氯酸介質中加熱，通過毛細管加水控制溫度，使氟蒸出后顯色測定，操作繁瑣、費時，條件難以掌握。趙琳用氟離子選擇電極測定丙酸鈣中的氟，有很好的精密度和準確度。[20]
Erol Ayranci等在中性水溶液中用離子選擇性電極測定了與牛血清蛋白絡合的氟、氯和溴的含量。[21]
Valderi L．Dressler等研究了用氟離子選擇性電極測定無機(如煤、石灰石)和有機(牡蠣組織、植物)樣品其中氟的含量。該方法準確度、精密度(RSD<7％)。[22]
離子分析儀現狀和發展
既然離子分析儀應用范圍如此之廣，那么在市場上生產的離子分析儀有哪些種類和廠家呢？
①高通量快速篩查的儀器設備。
一次能檢測多種離子含量的分析儀器和一天能檢測數百份樣品電化學傳感器系統等，這些儀器視為快速篩查儀器。
②生產現場在線分析的儀器。
這類儀器實際上是以檢測食品質量安全中關鍵的幾項要素為目的。能夠自動采樣，實時測試樣品的濃度，實時發送數據，監測生產現場關鍵指標，保證生產產品的一致性和安全性。
③現場速測儀。
我國食品生產和供給的渠道多、數量大、規模小且分散復雜，法治和自律意識弱而消費人口眾多，所以除了一系列實驗室標準的檢測技術與儀器之外，現場速測儀器在我國有著現實意義，此類儀器多以便攜式、單個樣品測量速度快為特點。
不難分辨，結合以上儀器特性于一身的綜合性儀器以其強大的功能必將成為離子分析儀的發展方向，為了更加全面的詮釋“高通量”、“在線”、“速測”的概念，筆者以深圳航創的一款HC-800系列產品為例說明這些特征。
首先，高通量也可叫多參數，即每次測量可以同時測量若干項離子，將傳統的每次只能測一種離子的離子計升級為可同時測多項離子的離子分析儀。HC-805可同時測鉀、鈉、氯、鈣、PH這5種離子，實現高通量測試；
其次，在線也可理解為實時測試、實時傳輸數據，即儀器可以自動地、不間斷的、自動取樣、自動測試、實時數據傳輸，將傳統的需單次、手動測試，手動計算的離子計升級為能夠連續、自動測試，CUP計算的離子分析儀。HC-800系列可以安裝于生產線上，自動抽取樣品，實時測量、傳輸數據，實現連續的監測功能；
最后，速測也可叫快速測試，即單次測量時間短，測量過程簡單、方便，將傳統的需要手動配置標準液、清洗電極、 測試樣品、計算結果、整理數據等過程升級為只需一鍵式操作即可完成測試的離子分析儀。HC-800系列測試單個樣品只需3分鐘，遠小于離子計的動輒1個小時的時間，大大提高了效率，節約了人工成本。
市場上離子分析儀的主要廠家有：美國聯合系統有限公司、上海雷磁、美國哈希、深圳航創、梅特勒-托利多、深圳奧德賽、蘇州華宏、賽默飛世爾科技、德國羅威邦、臺灣上泰等。
綜上，離子分析儀是結合離子選擇性電極發展起來自動化、智能化、多參數化的儀器設備，它以其測量種類多、速度快、適用范圍廣等優點在食品加工領域和確保食品安全方面起著至關重要的作用。
參考資料
1. 胡勤海，葉兆杰。組織搗碎高氯酸浸提氟禽子選擇性電極法測定柑桔中氟化物.農l環瓏保護903,12(1):46-47.
2. Knee M，Srivastava P， BINDING OF CALCIUM BY CELL WALLS AND ESTIMATION OF CALCIUM IN APPLE FRUITTISSUE WITH AN ION SELECTIVE ELECTRODE[外文期刊] 1995(05).
3. 杜明輝，高振國，陳 星，刁建志.離子選擇電極測定維生素 Ｃ 生產過程中鈉含量.理化檢驗[J].2012,48:56-57.
4. 魏永生、鄭敏燕.鉀肥生產過程中 Na+ 濃度的測定.青海師范大學報.1998,3期：49-52.
5. 李萬霞,郭璇華,龍蜀南等.離子選擇性電極在食品分析中的應用.分析儀器 [J].2005,(3):8-12.
6. Komaba S，Arakawa J,Talallta，1998，46：1293—1297.
7. 姚長斌 離子選擇性電極法測定飲料中鈣含量[期刊論文]-食品科學. 2002(12).
8. 陸益民 離子選擇性電極法測定味精生產中的鈣含量[期刊論文]-中國調味品 2004(10).
9. 沈靜薇 鈣離子選擇性電極測定奶粉中鈣的方法探討[期刊論文]-上海預防醫學雜志 2003(07).
10. 李吉學等．海軍醫高專學報，1994，16(3)：178—179.
11. 戴自飲等．云南大學學報，1995，17(4)：381—383.
12. 馬豐倉．河南化工，1998，(1)：32—33.
13. 王彤．青島大學師范學院學報，1998，15(2)：45—46.
14. 趙保慧等．天津城市建設學院學報，1996，2(3)：59—62.
15. Rashed M N．Jounlal of Arid Environments，1995，30：463—478.
16. 孫衛萍．浙江化工，1998，29(2)：44—45.
17. Con Jin，Sha Fei Luo eta1．Food Chemistry，2004，88：233—236.
18. Fouskaki Analytic Chemical Acta,2003，478：77—84.
19. 薛榮珍等．江蘇藥學與臨床研究，1997，5(2)：22—23.
20. 趙琳．廣西預防醫學，1997，3(5)：306—307.
21. Ayranci E,Duman O.Food Chemistry，2004，84：539—543.
Dresslera V,Pozebonb D，et a1．Anal Chim Acta，2002，466：
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