食品中乳酸分析方法研究

龍 梅

（赤峰學院 化學系，內蒙古 赤峰 024000）

食品中乳酸分析方法研究

龍 梅

（赤峰學院 化學系，內蒙古 赤峰 024000）

乳酸作為一種重要的食品添加劑，在食品工業中得到了廣泛的應用.食品中乳酸含量的分析測定一直受到國內外研究者的廣泛關注.由于實際食品樣品中乳酸含量并不高，且對熱不穩定，再加上食品樣品基質較為復雜，測定前需要復雜的樣品前處理過程，造成了測定的困難.因而高選擇性，高靈敏度地直接測定食品中乳酸含量是當前的一個研究難點.基于這樣的現實，國內外很多研究者順應分析化學發展的方向，開發出了一系列高效、高選擇性、高靈敏度的乳酸含量測定新方法.本文總結了最近十年來國內外關于食品中乳酸含量測定方法的研究概況.

食品；乳酸；色譜方法；生物傳感方法；毛細管電泳方法

1 前言

乳酸作為一種含有羥基和羧基的有機酸，廣泛存在于人體、動物、植物和微生物中[1].自從瑞典化學家Scheele1780年從酸腐的牛奶中分離得到乳酸[2]之后，這種有機酸作為一種重要的食品添加劑[3]，在食品工業中得到了廣泛的應用.例如：由于乳酸有很強的防腐保鮮功效，可用于飲料，食品腌制，糧食加工中，具有調節pH值、抑菌、延長保質期、調味、保持食品色澤、提高產品質量等作用.乳酸獨特的酸味可增加食物的美味，在醬油、醋等調味品中加入一定量的乳酸，可保持產品中的微生物的穩定性和安全性，使口味更加溫和；由于乳酸的酸味溫和適中，還可作為精心調配的軟飲料和果汁的首選酸味劑.在釀造啤酒、白酒時，加入適量乳酸既能調整pH值促進糖化，有利于酵母發酵，防止雜菌生長，提高酒類質量，增強酸味和清爽口感，延長保質期.在卷煙中添加乳酸[4]可以保持煙草濕度，除去煙草中雜質，改變口味，提高煙草檔次，乳酸還可中和尼古丁煙堿，減少對人體有害成份提高煙草品質.同時，通過乳酸菌發酵等技術工業化生產得到的天然乳酸是乳制品中的天然固有成分[5]，它有著乳制品的口味和良好的抗微生物作用，已廣泛用于調配型酸奶奶酪、冰淇淋等食品中，成為倍受青睞的乳制品酸味劑.由于乳酸既是發酵食品的風味物質，又是相關食品酸敗時大量產生的物質，所以其含量測定對食品的風味評價和衛生質量檢驗是有重要意義[6].因此，建立快速準確的乳酸定量測定方法，是乳酸相關研究順利進行的基礎，同時也可為相關食品的制備工藝和品質控制提供指導意見.

食品中乳酸含量的分析測定一直受到國內外研究者的廣泛關注.早期的測定方法主要是酸堿滴定法[7]和EDTA滴定法[8].隨著分析科學的蓬勃發展以及人們對乳酸結構性質研究的深入，則出現了多種測定方法，如高效液相色譜法[9-10,18]、氣相色譜法[11-14]、酶電極法[15]、毛細管電泳法[16-17]、電位分析法[18]、原子吸收法[19]等等.但是由于實際食品樣品中乳酸含量并不高，且其結構對熱不穩定[20]，加上食品樣品基質較為復雜，存在的許多結構類似的有機酸及其他化學干擾物，測定前需要復雜的樣品前處理過程，造成了測定的困難.因而高選擇性，高靈敏度地直接測定食品中乳酸含量是當前的一個研究難點.基于這樣的現實，國內外很多研究者順應分析化學發展的方向，開發出了一系列高效，高選擇性，高靈敏度的乳酸含量測定新方法.本文總結了最近十年來國內外關于食品中乳酸含量測定方法的發展概況.

2 常用檢測方法

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法分析乳酸主要通過兩種途徑實現.第一種是先衍生后分析的方法.考慮到乳酸對熱極不穩定，樣品需先衍生化才能進行分析，即將乳酸酯化，把極性很強的乳酸及其它有機酸轉換成弱極性的酯類衍生物，用極性較弱的柱子分析，或使乳酸發生其它反應[21].操作比較麻煩，引入誤差的因素較多.隨著氣相色譜技術的發展，填充柱氣相色譜的出現實現了乳酸的直接測定[22].這種途徑具有速度快、重現性好、準確度高等優點，并且廣泛用于白酒、卷煙等樣品中的乳酸含量測定.

蘇國歲，何愛民[23]用衍生化-毛細管氣相色譜-質譜分析法測定了卷煙煙氣總粒相物中的乳酸.作者以三甲基氫氧化硫為甲酯化試劑，正戊醇為內標，采用CP-FFAP毛細管柱(25m×0.15mm i.d.×0.25μm d.f)和選擇離子模式，建立了卷煙煙氣總粒相物中乳酸的氣相色譜-質譜分析方法.該方法的線性范圍為0.285～0.0570mg/mL乳酸(r=0.9997)，平均回收率為97.99%，RSD為1.58%.并用該法測定了部分卷煙煙氣總粒相物中的乳酸.該方法解決了乳酸(羥基酸)不易生成揮發性酯而難以用氣相色譜法測定的問題.

程勁松、胡國棟[22]用填充柱氣相色譜法直接進樣分析了白酒中的乳酸和脂肪酸含量.他們用了一種特殊的填料(LA填料)，將其填充到玻璃柱內，這樣白酒就無需任何預分離處理，可直接進樣，氫火焰離子化檢測器檢測，定量測定白酒中乳酸和主要脂肪酸的含量，白酒中醇、醛、醇等大量組分不干擾測定，樣品回收率在95%以上，方法實用、準確，適用于白酒中與口味密切相關的乳酸和主要脂肪酸含量的日常質量控制分析.

2.2 高校液相色譜法

在乳酸的測定中，高效液相色譜法目前應用最為廣泛，樣品不需要衍生化處理，進行簡單處理后即可直接進樣[24]，方法快速準確，檢測濃度范圍寬.直接采用HPLC法，可以測定食品樣品中乳酸總量.

郭逸臻[25]等采用AS11-HC(4mm)分析柱和AG11-HC(4mm)保護柱用離子色譜法測定了白酒中乳酸的總量.鄭志[26]等用C18色譜柱、0.005M的H2SO4作流動相、在2lOnm檢測波長下，測定了發酵液中乳酸的總量.周萍等[27]高效液相色譜法測定食醋及醋粉中的醋酸和乳酸含量，采用的是C18色譜柱、pH=2.65的磷酸緩沖液，乳酸回收率為93.5%～100.2%.

由于乳酸分子內含有一個不對稱碳原子，因此具有旋光異構現象，可區分為L-乳酸和D-乳酸.生命系統調節代謝過程對立體化學是非常敏感的，一對異構體具有不同的生物活性[2].因此L-乳酸和D-乳酸在食品中含量的準確測定具有十分重要的意義.但是普通的反相高效液相色譜法只能測定乳酸總量，不能判斷D-乳酸和L-乳酸，如果要測定乳酸的光學純度，一般使用手性固定相或手性流動相的HPLC法[26].

潘瑞花等[2]選取2,3,6三甲基-β-環糊精(TM-β-CD)作為流動相手性添加劑，建立了采用反相高效液相色譜法分離酸奶及含乳飲料中乳酸異構體的方法.實驗采用hypersil ODS2-C18(250×5.0 mm，5μm)色譜柱，以 0.5mM pH 2.5的TM-β-CD(含4.5mM H2SO4)作為流動相，流速為1.0mL/min，紫外檢測波長為210nm.研究了采用反相高效液相色譜法對乳酸的異構體進行拆分和測定的實驗條件，樣品回收率在99.2%～100.9%之間.劉冬梅等[28]利用手性柱高效液相色譜法對泡菜中L-乳酸和D-乳酸進行了分離和測定.選用手性配體交換柱Chirex 3126為固定相，基于流動相中的銅離子與固定相上的青霉胺配體間交換平衡以及穩定性來分離L-乳酸和D-乳酸.L-乳酸的回收率在99.48%～100.16%之間，D-乳酸的回收率在99.72%～100.32%之間，建立了泡菜中L-乳酸和D-乳酸含量的測定方法.潘艷虹等[29]也利用此手性柱高效液相色譜法分離并測定了酸奶及乳酸飲料中的L-乳酸及D-乳酸的含量.結果表明該方法操作簡便，樣品經簡單處理后可直接進樣，精密度和準確度高，適用于食品中L-乳酸和D-乳酸的測定.

2.3 生物傳感方法

生物傳感器具有特異性識別分子的能力，常用于特殊物質的定性和定量分析，在食品分析領域具有廣泛的應用前景[30].生物傳感器由分子識別元件和信號轉換器件兩部分組成，分子識別元件所用的生物活性物質主要有酶、微生物、動植物組織、抗體和核酸等，而信號轉換器則是將分子識別元件進行識別時產生的化學或物理變化轉換成可用信號的裝置，其中電化學信號轉換器是最主要，也是研究最為成熟、應用最為廣泛的一種[31].利用電化學生物傳感器進行與生化反應相關的有效成分的分析和有害物質的檢測，已在食品生產及安全監督領域獲得了比較廣泛的應用[32].乳酸生物傳感器是以乳酸為檢測對象的電化學生物傳感器.通過在電極表面修飾乳酸氧化酶、乳酸脫氫酶等，以特定的酶促反應來獲取乳酸含量的信息[33-36].這種分析法集酶反應的高專一性、固定化酶的長期穩定性、電化學分析快速靈敏的特點于一體[37].

賈正根[30]以亞鐵氰化鉀作氧化型電子受容體，在乳酸氧化酶(COD)的參與下，建立了高效，準確的乳酸測定方法.該傳感器可對市售乳酸飲料中的L-乳酸進行定量測量.將不同類的乳酸飲料加水10倍稀釋后進行測量，所得測定結果和生物分析器測量結果進行基本一致.

畢春元，于清琴等[38]利用SBA-40C生物傳感器測定寶石-卡本內特干紅葡萄酒蘋果酸-乳酸發酵過程中L-乳酸含量.該傳感器的工作原理是將L-乳酸氧化酶固定后與H202電極結合構成L-乳酸酶電極測定體系，含有乳酸樣品的底物在樣品室可透過酶膜圈的外層與固定化酶層接觸并反應，反應放出的H2O2與白金-銀電極接觸，并產生電流信號，該電流信號與底物濃度成線性比例關系。利用此方法可以快速測定發酵過程中的L-乳酸含量，從而有效進行發酵過程的監控及終點判斷，為今后發酵工程技術進一步的開發與研究提供了便利的條件.

2.4 毛細管電泳方法

毛細管電泳法是近二十年來迅速發展起來的一種新型分離技術，具有高效快速、高自動化、無污染、樣品用量少、運行費用低等優點，受到廣大分析工作者的喜愛.目前，此方法主要用于乳制品中乳酸含量的檢測.

唐萍等[16]運用毛細管區帶電泳模式，在磷酸緩沖液中成功地實現了蘋果酸、乳酸等9種有機酸的分離測定.研究了緩沖液濃度、pH值、電泳電壓、檢測波長等因素對分離的影響，并對實際乳酸發酵液樣品進行分析測定，檢測了其中琥珀酸、檸檬酸、乙酸、乳酸等有機酸的含量，加標回收率為97.5%～107.1%.該方法簡便、快速、準確，適于整個發酵過程條件的優化及發酵產物的監控工作.

陳炯炯[17]等建立了測定酸奶中乳酸含量的間接紫外檢測毛細管區帶電泳方法.在未涂漬的石英毛細管(內徑 75μm，有效長度 50cm)中，以 10.0 mM的2,6-吡啶二羧酸-0.5mM十六烷基三甲基溴化銨(pH3.5)為運行電解質，檢測波長214nm，在-15kV分離電壓下酸奶中乳酸6min內能得到分析.方法重現性好，遷移時間和峰面積的相對標準偏差分別在1.0%和2.0%以內.在相應的濃度范圍內，峰面積與樣品濃度之間呈現良好的線性關系.該法簡單、快速、靈敏度高，為測定酸奶中乳酸含量提供了一種高效、快速、簡便的方法.

2.5 其他方法

乳酸含量的測定還有其它方法，比如EDTA滴定法、原子吸收法等等.

EDTA滴定法是以絡合反應為基礎的測定乳酸含量的方法，它的原理是樣品的乳酸與過量Ca-CO3形成乳酸鈣后，用EDTA標準溶液滴定乳酸鈣中所含有的鈣，通過樣品中乳酸與鈣定量反應的關系，間接計算出乳酸含量.由于這種方法簡單，快速，重復性好，投入成本低，很多生產廠家都使用.鄭志等[8]用此方法測定了發酵液中乳酸的含量.有資料表明，發酵液中除乳酸外，還含有乙酸、蘋果酸、富馬酸、琥珀酸等有機酸，這使得測定的結果反映的是這些能和CaCO3反應的各種有機酸的總量，而不僅僅是乳酸的含量，即測定結果偏高，要想得到乳酸的真實含量，還需要進行校正.

原子吸收法是測定金屬元素的簡便、快速、準確的方法，用原子吸收法可間接測定乳酸的含量.孫為德[39]等用原子吸收法測定了牛奶中的乳酸含量.實驗中使用Cu3(PO4)2懸浮液同乳酸作用，乳酸同Cu3(PO4)2中的Cu配合，釋放出PO43-，然后離心沉降未反應的Cu3(PO4)2，用原子吸收法測定溶液中的Cu，可間接測定乳酸的含量.

3 小結

乳酸廣泛存在于人體、動物、植物和微生物中，對乳酸的測定一直受到國內外研究者廣泛關注.目前，乳酸的測定方法有很多，但是每種方法都有其自身的適應范圍和準確度，都有各自的優點和缺點，容易受到方法的成本及對檢測速度要求的影響，使得各自的應用領域也不盡相同.例如，EDTA滴定法簡單快速，但其他有機酸的存在干擾其測定，使測定結果偏高，并且不能區分乳酸異構體.酶電極法需要使用乳酸脫氫酶膜片，該膜片價格昂貴，而且壽命一般只有幾天.氣相色譜法測定需要將樣品進行衍生化處理，操作復雜，引入誤差的幾率增多.由于乳酸紫外吸收極其微弱，以HPLC法在210nm檢測，靈敏度很低，且樣品前處理復雜，對雜質含量高的樣品，即便進行樣品處理，色譜柱也很容易污染.色譜直接進樣法測定白酒中的乳酸在理論上是一種最快、最準確的方法，但到目前為止，還沒有真正找到一根既經濟、分離效果又好、經久耐用，且較易制備的色譜柱[40].毛細管電泳法作為一種新型分離技術，具有高效、快速、運行費用低等特點，但是目前也僅限于實驗室測定階段，無法實現批量檢測.原子吸收法可間接測定乳酸，但乳酸樣品仍需前處理.因此，建立一套快速、準確、成本低的乳酸定量測定方法，是乳酸相關研究順利進行的基礎，是食品科學發展的必然需求，同時也是食品分析行業亟待解決的重大難題之一.同時，對乳酸異構體進行拆分研究，建立快速、靈敏、分離性能好的乳酸對映體測定方法也具有重要的理論及實際意義.

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1673-260X（2012）01-0026-04