粉碎技术在样品前处理中的应用.doc

粉碎技术在样品前处理中的应用利用进口研磨粉碎仪器获得有代表性的样品实验室理化分析是食品安全检测的重要手段之一，而样品前处理是决定分析结果可靠性的关键环节，如何从大批样品中采集一定分量且具有代表性的样品，本文主要介绍了实验室研磨粉碎仪器在样品前处理方面的应用。文/董亮 张赞蓉在食品研究中，食品的分析目的有许多，包括：配合法规和标签标识、评定产品质量、分析营养成分、检测掺杂成分、检测有害元素、科研工作等。样品也可能被用于各种各样的检测，例如农药残留、营养成分、重金属含量以及DNA/RNA的分析等，所需用的分析手段呈现多样化，如AAS、ICP、NIR、UV、GC、HPLC、GC-MS、PCR等，样品的前处理直接影响到分析结果的准确性和可靠性。获得有代表性的样品以NIR分析为例，此检测方法可以快速测定食品和谷物的一系列相关参数，但如果忽略了样品的前处理，它的检测结果还可靠吗？以大麦的NIR分析为例，使用德国RETSCH（莱驰）的旋风磨TWISTER进行研磨处理，分析比较研磨前和研磨后大麦样品的不同结果。一共测样10次，每次测样都重新取样。表1中显示研磨前和研磨后的样品的分析结果大相径庭，特别是灰分和纤维含量，这是因为研磨前的样品测量得到的仅是大麦表面的结果，不能代表整个大麦的结果。表1. 样品研磨前和研磨后的各项参数对比样品参数灰分（g）水分（g）纤维含量（g）脂肪（g）蛋白质（g）研磨前平均值0.109.806.901.388.46标准方差0.100.250.620.160.45研磨后平均值2.809.681.101.179.02标准方差0.030.090.050.030.07（注：样品取100 g。）图1. 研磨前和研磨后的样品纤维含量对比图1以样品的纤维含量作为例子，表明样品在测试前进行合适的研磨处理非常必要，尤其是非均质化的样品，这是保证分析结果可靠的重要途径。选择最佳粉碎仪器食品样品种类丰富，检测方法和要求各不相同，除了以上针对NIR分析的旋风磨TWISTER之外，RETSCH（莱驰）还提供不同的研磨仪和解决方案。高水份、高脂份样品的粉碎技术针对含水、含油、含脂类的样品，专家型刀式研磨仪GM300能在短时间内将样品均质化，达到大多数食品检测的前处理要求。图2. 专家型刀式研磨仪GM300GM300 最显著的特点之一是多达4.5 L 的样品处理量，即整个的苹果、土豆均可直接放入研磨容器进行粉碎处理，为实验室工作者省去预切割处理的步骤。GM300 具有500 4000 rpm 的可调转速和5s 3min 的可调研磨时间，使其能适应多种应用环境。转刀可以逆时针或顺时针旋转，逆时针旋转对样品进行粗粉碎，顺时针旋转可将样品精细研磨。对于含水量较大的样品，如蔬菜水果，通常在研磨过程中样品体积会发生变化，GM300 专利的重力顶盖设计可以改变研磨空间，从而使均质化过程更为有效，样品的制备更均匀。以柚子为例，将1/2 个柚子放入GM300 研磨容器中，使用带溢流渠的重力顶盖，转速调到2000 rpm，仅需进行1 min的粉碎处理，就能达到均质化的粉碎效果，如图3所示。沿海城市质检部门经常会制备海鲜样品，如墨鱼干、虾米、海带、紫菜、龙虾等，它们通常含有丰富的蛋白质和微量元素，为了不引入杂质及样品间的交叉污染，GM300 所有与样品接触的部分，包括研磨容器、转刀、顶盖都可进行高温灭菌，如图4。 图3a. 原始柚子样品。 图3b. 粉碎后的样品。 图4a. 原始龙虾样品。 图4b. 粉碎后的样品。热敏性样品的粉碎技术检测过程中经常会遇到一些特殊样品，如骨头、奶酪、甘蔗等，他们对温度非常敏感，必须在一定的低温条件下进行粉碎操作，才能保证其性质不发生变化。RETSCH（莱驰）的全自动冷冻研磨仪Cryomill 就是专为冷冻粉碎设计的仪器，其具备自动冷却系统，在仪器的运行过程中不断地向粉碎腔运输液氮，保持整个研磨过程温度为-196 。这样，样品得到了脆化便于研磨，并防止了挥发性物质的损失。图5. 全自动冷冻研磨仪Cryomill。Cryomill 的预冷却及液氮的加入和补充完全由程序自动控制，避免了手动操作的繁琐和危险，相关参数都可以通过控制面板设置并储存，在一般使用情况下，研磨时间只需几分钟，液氮消耗量少，韧性较强的样品可以设置循环冷冻。最大研磨罐体积为50ml。Cryomill 是全球唯一一台可同时进行干磨、湿磨、冷冻研磨的仪器。使用Cryomill对甘蔗进行粉碎，将样品预处理至 23 mm，取5 g样品，使用25 ml研磨罐，设置循环1次，预冷冻7 min，在频率25 Hz下研磨90 s，得到出样尺寸小于80 m的颗粒，满足后续DNA检测的要求，如图6。 图6a. Cryomill研磨罐。 图6b. 粉碎前后的甘蔗样品。大尺寸样品的粉碎技术 对于科研工作者来说，大尺寸的食品样品处理是个难题，尤其是韧度、硬度较大的大尺寸样品，如龟壳、狗粮、食品添加剂原料等，用手工剪切费时费力，还达不到分析的要求。 切割式研磨仪SM300专为这类样品而设计，独有质量飞轮的高扭矩力，仅需一次研磨即可研磨任何样品至分析细度；研磨腔构造的全盘优化，进料漏斗的宽口设计，大量样品连续处理亦可轻松完成。此外，SM300更加装双层切割棱，切割效率和处理量随之倍增。出样尺寸由底筛控制，为0.25 20 mm。 图7. 切割式研磨仪SM300。 以下为烟草添加剂使用SM300切割效果。 图8a. 原始烟草添加剂样品。 图8b. 烟草添加物粉碎后的样品。综上所述，不同的样品需要