[科普中國(guó)]-食品的阻抗特性

目錄

1 描述方法

2 原理

3 檢測(cè)方法

4 特點(diǎn)

5 應(yīng)用

1. 描述方法

阻抗特性在檢測(cè)食品的理化特性的一個(gè)重要指標(biāo)，表示交流電通過(guò)檢測(cè)食品時(shí)所遭遇的阻力。是在食品檢測(cè)中經(jīng)常用到的檢測(cè)性質(zhì)，阻抗分析較多的應(yīng)用在品質(zhì)評(píng)估和脂肪檢測(cè)上。

**2.**原理

阻抗是指交流 電通過(guò)傳導(dǎo)材料 ( 如生長(zhǎng)培養(yǎng)基 ) 時(shí)遭遇的阻力。生物阻抗是生物組織的一個(gè)基本的物理參數(shù)，反映生物組織、器官、細(xì)胞或整個(gè)生物機(jī)體電學(xué)性質(zhì)。電學(xué)阻抗檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品理化特性的評(píng)價(jià)，除果汁、乳制品、焙烤面包類食品外，大多數(shù)通過(guò)自然生長(zhǎng)的食物原料都由組織及細(xì)胞構(gòu)成，植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞外層都有一層“隔離膜”如細(xì)胞膜、細(xì)胞壁，阻抗值都在幾百歐姆到幾兆赫茲范圍。不同的生物組織由于液體含量、細(xì)胞及其蛋白質(zhì)種類不同，其電阻率分布差異影響著宏觀電學(xué)阻抗特性。食品原料的阻抗分析應(yīng)用在品質(zhì)評(píng)估和脂肪檢測(cè)上，更多應(yīng)用于食品中微生物的檢測(cè)。1

生物組織的阻抗會(huì)隨所用電信號(hào)的頻率而改變。當(dāng)直流或低頻電流流過(guò)樣品時(shí)，則電抗較大，生物組織對(duì)外呈現(xiàn)出電阻特性，此時(shí)電流主要經(jīng)細(xì)胞間質(zhì)流過(guò)；而隨著頻率提高，此時(shí)電抗值呈現(xiàn)減小，生物組織的電容性特征明顯，部分電流會(huì)穿過(guò)細(xì)胞膜，從細(xì)胞質(zhì)甚至細(xì)胞核中進(jìn)行傳導(dǎo)。

對(duì)于食品匯總微生物代謝檢測(cè)，通過(guò)對(duì)材料取樣，在培養(yǎng)基中培養(yǎng)后檢測(cè)微生物。培養(yǎng)條件下，微生物利用新陳代謝作用下的相關(guān)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)等相關(guān)物質(zhì)分解成了氨基酸等物質(zhì)進(jìn)行吸收。微生物生長(zhǎng)不斷的增多，電特性物質(zhì)也在日益增加，從而讓電特性出現(xiàn)變化，即發(fā)生導(dǎo)電性增加的情況，隨著電阻的變化也發(fā)生了改變。自接種微生物完成以后，發(fā)生變化所使用的時(shí)間叫做檢出時(shí)間 （ DT）。通過(guò)相關(guān)研究結(jié)果表明：DT 值以及初始濃度之間的對(duì)數(shù)值(lgN0)之間有關(guān)聯(lián)，也是是說(shuō)初始的濃度越小，DT 值就越大，反之就越小。 相關(guān)人員在檢測(cè)的前期階段，應(yīng)當(dāng)將 lgN0 與DT 值制定出相應(yīng)的曲線。 相關(guān)人員在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)比例要求稀釋，然后再進(jìn)行培養(yǎng)，依據(jù) DT 值能夠得到相應(yīng)的初始濃度，從而達(dá)到快速檢測(cè)的效果。

因此生物組織的電路模型也可用圖1b所示的電路等效，只是此時(shí)的Ri、 Re、 Cm已不再是代表某個(gè)細(xì)胞內(nèi)、外液電阻和細(xì)胞膜電容，而是代表整個(gè)生物組織的等效內(nèi)、外電阻和膜電容，這就是所謂的三組件生物電阻抗模型。

Cole-Cole復(fù)電阻方程

式中： ω=2πf， R代表頻率為處的電阻抗； 代表頻率無(wú)窮大的電阻抗；代表時(shí)間常數(shù)； α是弛豫因子，為無(wú)量綱指數(shù)，用于校正電解質(zhì)損失引起的膜電容特征變化，將檢測(cè)到的阻抗曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較，判斷食品的質(zhì)量。

3. 檢測(cè)方法2

3.1直接阻抗測(cè)量法 直接阻抗法是將培養(yǎng)基裝入特制的測(cè)量管 , 接種微生物后在培養(yǎng)基中插入電極 , 直接測(cè)量培養(yǎng)基的電特性變化。直接法使用的培養(yǎng)基需要根據(jù)待測(cè)菌的特性來(lái)設(shè)計(jì) , 它既要有利于被測(cè)菌的繁殖與分離 , 又要在檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生顯著的阻抗變化。因此 , 培養(yǎng)基的選擇是決定檢測(cè)成敗的關(guān)鍵因素之 一。

3.2 間接阻抗測(cè)量法 間接阻抗檢測(cè)法是通過(guò)檢測(cè)微生物生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生的 CO2 來(lái)反映微生物的代謝活性。測(cè)試時(shí)在阻抗測(cè)試管中加入 KOH (沒(méi)過(guò)電極) , 盛裝培養(yǎng)基的小管與測(cè)試管相通 , 接種后培養(yǎng)產(chǎn)生的 CO2 進(jìn)入測(cè)試管與 KOH 反應(yīng)生成碳酸鹽 , 其導(dǎo)電性比原始溶液低 , 記錄測(cè)試管中溶液的導(dǎo)電性變化即可得到微生物的信息。間接阻抗檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于對(duì)金黃色葡萄球菌 (Staph. Aureus) ,李斯特菌 (Listeria monocytogenes) ,糞鏈球菌 ( Enterococcus faecalis) , 枯草桿菌 (Bacillus subtilis) , 大腸埃希氏桿菌 ( Escherichia coli) , 銅綠色極毛 桿 菌 ( Pseudomonas aeruginosa ) ,親水性產(chǎn)氣單孢菌 ( Aeromonas hy2drophila) 和 沙 門(mén) 氏 菌 ( Salmonellaspp) 的檢測(cè)。

3.3 其他測(cè)試方法，目前已有針對(duì)肉類的便攜阻抗測(cè)試儀，可將肉品阻抗測(cè)量?jī)x器的電極探頭垂直插入每個(gè)樣品在不同部位測(cè)量求取平均值的方法，進(jìn)行阻抗測(cè)量。3

4. 特點(diǎn)

在食品中微生物檢測(cè)方面，相比于傳統(tǒng)的食品微生物檢測(cè)，具有敏感度高、反應(yīng)快、人工參與度較低、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)．不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)食品微生物的快速檢測(cè)，而且能夠建立完整的微生物數(shù)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系。在對(duì)渾濁樣品如乳制品等的檢測(cè)中具有較大優(yōu)勢(shì)。

5. 應(yīng)用

早期食品的阻抗特性分析主要應(yīng)用在是乳制品領(lǐng)域，目前也在魚(yú)類檢測(cè)與肉類檢測(cè)中得到普遍運(yùn)用。主要用于食品中微生物的測(cè)試。方向分為以下幾個(gè)大類。

5.1食品中菌落總數(shù)的檢測(cè)。這是目前的主要應(yīng)用，通過(guò)阻抗法能夠?qū)Ω鞣N各樣的產(chǎn)品菌落總數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，尤其以貨架存放時(shí)間短的產(chǎn)品作為主要檢測(cè)對(duì)象。

5.2對(duì)食品中酵母菌的檢測(cè)。對(duì)酵母菌的檢測(cè)可以在44小時(shí)內(nèi)完成檢測(cè)。

5.3對(duì)食品中金黃色葡萄球菌的檢測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)金黃色葡萄球菌生物膜形成過(guò)程中的阻抗變化，動(dòng)態(tài)檢測(cè)污染水平，12分鐘內(nèi)可以完成檢測(cè)。

5.4對(duì)食品商業(yè)無(wú)菌的檢測(cè).與國(guó)標(biāo)中規(guī)定的方法相比，阻抗法檢出率可達(dá) 97%，且檢測(cè)時(shí)間縮短為 3天。

5.5在食源性致病菌菌種鑒定中的應(yīng)用。相關(guān)人員對(duì)沙門(mén)氏菌等相關(guān)菌類進(jìn)行了認(rèn)真研究，從而根據(jù)實(shí)際情況得知曲線圖能夠符合相應(yīng)的規(guī)律，因此成立了沙門(mén)氏菌等相關(guān)的阻抗檢驗(yàn)方法。 相關(guān)研究人員對(duì)該方法所具有重復(fù)性的特點(diǎn)進(jìn)行了證明。 通過(guò)采取細(xì)菌凝集素的相關(guān)原理來(lái)對(duì)菌種進(jìn)行準(zhǔn)確鑒別。 將大腸桿菌等相關(guān)的菌類里面放入伴刀豆球蛋白 A，從而兩者發(fā)生作用，通過(guò) Au/SPE 電極能夠看出阻抗值發(fā)生的改變情況。 Au/SPE 不會(huì)對(duì)大腸桿菌進(jìn)行吸收，并且伴刀豆球蛋白會(huì)出現(xiàn)阻抗值低的情況。