原料乳掺假现场检测箱的设计与检测项目组合

李相珊，赵新淮

（东北农业大学 乳品科学教育部重点实验室，哈尔滨 150030）

原料乳掺假现场检测箱的设计与检测项目组合

李相珊，赵新淮

（东北农业大学 乳品科学教育部重点实验室，哈尔滨 150030）

提出了原料乳掺假现场检测箱的设计思路，利用若干化学反应的基本原理和现象，可检测出原料乳中21种掺假物质。通过系统的评价各种检测方法的检测限，给出了优化后试剂组合。该检测箱适用于现场检测，便于携带。

原料乳；掺假；检测箱

0 引 言

随着消费观念的更新，越来越多的人认识到乳制品在生活中的重要性，乳制品作为普通食品进入膳食中。同时我国的乳制品质量安全问题也显得越来越突出，其中，原料乳掺假是经常存在的问题，并且随着掺假、制假方法的层出不穷，原料乳的质量问题更为严峻。 目前，我国尚没有用于原料乳掺假现场检验的检测箱，无法对一些掺假行为产生有效的监督与管理。在本文中，针对原料乳中常见的甲醛、洗衣粉、双氧水、增稠剂、铵盐、苯酚、次氯酸盐等21种掺假物质进行研究，优化、比较这些掺假物质的检测方法，对试剂组合进行优化，系统的评价各种检测方法的最低检测限，并采用3D max 7和Photoshop 7绘图软件设计原料乳掺假现场检测箱的内部结构与外观。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜牛乳 （香坊农场），其他所用试剂均为分析纯，配制试剂用水均为去离子水。

1.2 仪器与设备

电热恒温水浴锅（DK-98-1）；离心机（LXJ-64-01）；超净水纯化仪；分析天平；电子天平；精密pH计（DELTA 320）；远红外恒温干燥箱（YH-4BS）。

1.3 方法

1.3.1 掺假乳的实验室制备

取优质原料乳，将各掺假物质按照不同质量分数、人为的掺入其中制备成实验室掺假乳样品。

1.3.2 牛乳掺假检测方法的优化检出限确定

取一定量的牛乳，通过改变掺假物质的加入量，按照表1所述各实验方法进行操作，根据颜色变化来确定掺假物质的最低检出质量分数，同时做空白对照。

以检出限、灵敏度以及目视效果为指标，对现有检测掺假乳的方法进行分析、比较，筛选出牛乳掺假检测的最优方法，并对一些检测方法进行改进；同时，针对较新的掺假手段，建立相应的检测方法。具体检测原理和方法如表1所示。

1.3.3 原料乳掺假现场检测箱的设计

根据已经建立的21种掺假物质的检测方法，归纳确定所采用的化学试剂数量以及相应的组合，以便于检测箱的内部空间设计。

采用3D max 7（3d studio max，7.0） 绘图软件和Photoshop 7.0图像处理软件，建立检测箱的三维立体形态，主要突出检测箱的内部结构特征，可以分为三个过程：

（1）输入文件。确定检测箱的各种参数及实现方式等，完成3D建模的前处理工作。

（2）建模过程。采用复合建模方法进行简单的数学建模。

（3）输出模型。对形成的3D形态通过材质加以修饰和逼真，按*.JPG格式输出。

最后用Photoshop 7.0对输出的图片进行后期处理，得到检测箱内部和外部结构图。

2 结果与讨论

2.1 原料乳掺假检测方法及其最低检出限

对原料乳中21种掺假物质检测，共需化学试剂41种（见表1），它们可以配制成33种检测溶液、制成1种检测试纸条。通过系统对比，保留了文献报道中的13种掺假物质的检测方法，改进了3种掺假物质的检测方法，建立了2种新的掺假物质检测方法和1种检测体系，这个新建立的检测体系可以用于检测3种掺假物质。

2.2 检测方法比较

2.2.1 掺假物质的文献检测方法确定

（1）检验牛乳中掺碱的方法有溴百里香酚蓝法[1-2]、玫瑰红酸法和溴甲基酚紫法[3]，三者利用pH值改变的原理。玫瑰红酸、溴甲基酚紫和溴百里香酚蓝的变色pH值范围分别为6.2～8.0，5.2～6.8和6.0～7.6， 由于溴甲基酚紫法需要沸水浴，因此本检测箱选择溴百里香酚蓝，检出限为0.01%。

（2）测定氯离子的方法多用滴定法[4]，但操作不适合现场检测。采用铬酸钾定性法[5]，利用硝酸银与重铬酸钾的反应，如牛乳中氯离子质量分数大于天然乳质量分数0.09%～0.12%，全部银离子生成氯化银沉淀，不生成红色铬酸银。可以检测出质量分数大于0.14%的氯离子。

（3）采用硝酸盐固体试剂法和亚硝酸盐溶液法[6-7]，硝酸盐首先被还原为亚硝酸盐，与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，再与萘胺偶合，生成红色的偶氮化合物，可以检测出牛乳中的微量硝酸盐或亚硝酸盐，同时操作简便，适合现场检测。

（4）为了提高牛乳的密度而掺入的芒硝、石膏等（硫酸盐），一般可用玫瑰红酸钠法[8]或硝酸汞法检测，但是当牛乳pH＜6.5时，采用硝酸汞法进行检测无现象发生，因此最好选用玫瑰红酸钠法。

（5）尿素的检测方法主要有对二氨基苯甲醛法[9]，或D，A，M--酸混合试剂法[10-13]，或格里斯试剂法[4]。 验证结果表明，对二氨基苯甲醛法最低检出限为2 g/L；D，A，M--酸混合试剂法显色反应需要强酸条件且产生的有色物质对光不稳定。格里斯试剂法的检出限可达到1 g/L。

（6）豆浆的检测方法有脲酶检测法[14-15]、氢氧化钾显色法[2]和甲醛沉淀法[12]等。氢氧化钾显色法只有当豆浆的掺入量达到10%时才可检出。当牛乳放置过久、酸度升高，采用甲醛沉淀法检测时现象不明显。采用脲酶检测法可检测出牛乳中0.4%的掺入豆浆。

（7）牛乳中掺蔗糖的检测方法主要有间苯二酚显色法[12]和蒽酮法[16]，本试剂箱采用间苯二酚显色法。

（8）检测牛乳中硼酸和硼砂主要采用姜黄试纸法[17]，本检测箱试采用纸条法。

（9）对于牛乳中掺入的牛尿。本检测箱采用肌酐法进行检测，最低检出限为1.4%，大于3%时现象更明显。

表1 原料乳掺假现场检测箱的检测项目、试剂、检测方法

尿素 ①格里斯试剂②浓硫酸③1%亚硝酸钠紫红色 黄色1 g/L蔗糖 ①浓盐酸②间苯二酚不变色 粉红色2 g/L硼酸和硼砂 ①浓盐酸②浓氨水③姜黄试纸红色-绿色-红色黄色-红色-黄色9 mg/L豆浆 不变色 蓝色0.4%牛尿①2%尿素②pH值为5～8精密试纸①10%氢氧化钠②饱和苦味酸溶液黄色 红色或橙红色1.4%（v/v）苯甲酸钠 棕黄色 红色沉淀0.3 g/L淀粉①1%氢氧化钠②10%三氯化铁碘试剂浅黄色 蓝紫色0.10 g/L麦芽糊精 碘试剂 浅黄色 紫红色或棕色0.8 g/L甲醛格里斯试剂法：对氨基苯磺酸与亚硝酸钠在酸性介质中可发生重氮化反应，生成重氮盐，重氮盐与α-萘胺发生偶合反应，生成偶氮紫色化合物。牛乳中掺入的尿素，与亚硝酸钠在酸性条件下反应，生成氮气，不显紫红色。牛乳中加入1%的亚硝酸钠和浓硫酸，摇匀后放置大约5 min，泡沫消失后，加入一定量的格里斯试剂，观察颜色变化。间苯二酚显色法：牛乳加入浓盐酸和间苯二酚后，沸水浴中加热5 min～10 min使蔗糖分解，生成葡萄糖和果糖，果糖与间苯二酚反应生成红色的糠醛衍生物。姜黄试纸法：硼酸和硼砂均与姜黄素发生显色反应。可制成试纸条进行检测。牛乳中加入少量浓盐酸后，将姜黄试纸浸入，姜黄试纸显示红色，氨气熏蒸后试纸变成绿色，再加酸又变成红色，表示有硼存在；姜黄试纸显示黄色，氨气熏蒸后试纸变成红色，再加酸又变成黄色，表示无硼的存在。脲酶检测法：豆浆中含有的脲酶，使尿素分解为碳酸铵，使溶液pH＞8，使红色石蕊试纸变蓝色。肌酐检测法：牛尿中含有肌酐，10%氢氧化钠调节pH 12，加入饱和苦味酸溶液，生成红色或橙红色的苦味酸肌酐复合物。三氯化铁沉淀法：1%氢氧化钠调节牛乳的pH 12，苯甲酸钠与三氯化铁反应生成红色的沉淀苯甲酸铁。碘试剂法：牛乳加热煮沸，待冷却后加入碘试剂，由于碘能进入淀粉的螺旋结构生成络合物，直链淀粉显蓝色，支链淀粉遇碘呈蓝紫色。碘试剂法：牛乳加热煮沸，待冷却后加入碘试剂，由于糊精是淀粉的降解物，具有淀粉的螺旋结构，也会产生深蓝色至红棕色的变化，麦芽糊精一般显色为红棕色。改进变色酸法：在浓磷酸和过氧化氢存在的条件下，牛乳中的甲醛与变色酸作用，沸水浴加热130 min后，冷却，产生紫红色。棕黄色 紫红色1.0 g/L洗衣粉 无色或淡灰色蓝色0.18 g/L明胶①5%变色酸②浓磷酸③0.025 mol/L过氧化氢①0.3%次甲基蓝和5%磷酸二氢钠混合液②三氯甲烷①8%三氯乙酸②饱和苦味酸溶液澄清透明 白色沉淀20 mg/L过氧化氢改进次甲基蓝显色法：牛乳经稀释后，加入次甲基蓝，洗衣粉中的烷基苯磺酸钠和次甲基反应生成蓝色化合物，用三氯甲烷进行提取，使三氯甲烷层出现蓝色。根据三氯甲烷层颜色判断。饱和苦味酸沉淀法：牛乳经8%三氯乙酸3000 r/min离心15 min去除蛋白质后，加入等体积的饱和苦味酸溶液，生成黄白色云雾状沉淀。联苯胺显色法：牛乳中过氧化氢经过氧化物酶分解，加入少量混合试剂后，释放出的氧原子可将联苯胺氧化生成蓝色的二酰亚胺代对苯醌。浅蓝绿色（变为灰白色）蓝色（变为棕灰色）3 mg/L增稠剂 澄清透明 白色沉淀0.25%铵盐混合试剂：①联苯胺乙醇②冰乙酸③过氧化物酶①8%三氯乙酸②0.3%乳糖酶③无水乙醇①8%三氯乙酸②显色液Ⅰ③显色液Ⅱ不变色 蓝绿色4 mg/L苯酚 不变色 蓝绿色0.2 g/L次氯酸盐①8%三氯乙酸②1%硫酸铵③硝普钠溶液④显色液Ⅱ①8%三氯乙酸②1%硫酸铵③1%氢氧化钠④显色液Ⅰ无水乙醇沉淀法：牛乳加入少量乳糖酶溶液39℃水浴2 h后使乳糖分解，加入8%三氯乙酸6000 r/min离心20 min后过滤，上清液加入无水乙醇，观察有无沉淀产生。苯酚-次氯酸盐检测体系：牛乳加入8%三氯乙酸3000 r/min离心10 min去除蛋白质后，过滤，滤液中的铵盐在碱性条件下，加入硝普钠、苯酚和次氯酸盐于37℃水浴中保温30 min，生成蓝色可溶性物质靛酚蓝。铵盐-次氯酸盐检测体系：牛乳加入8%三氯乙酸3000 r/min离心10 min去除蛋白质后，过滤，滤液中的苯酚在碱性条件下，加入硝普钠、铵盐和次氯酸盐于37℃水浴中保温30 min，生成蓝色可溶性物质靛酚蓝。铵盐-苯酚检测体系：在碱性条件下，加入硝普钠，苯酚和氨于37℃水浴中放置30 min反应，生成蓝色可溶性物质靛酚蓝。不变色 蓝绿色1.0 g/L

（10）牛乳中掺入的防腐剂苯甲酸钠，一般采用色谱法或三氯化铁显色反应[18]，本检测箱选择三氯化铁显色反应。

（11）淀粉和糊精的检验均采用碘试剂法[19-20]，方法灵敏，是检测淀粉和糊精的特异性反应。

2.2.2 改进的掺假物质检测方法

（1）牛乳中掺入甲醛，常用变色酸法进行检测，但是所用浓硫酸具有危险性和腐蚀性，同时对蛋白质有碳化作用，现象不易观察。本检测箱利用浓磷酸和过氧化氢混合体系取代原方法中浓硫酸，方法简单、安全，现象易观察，最低检出限可达到1 g/L。

（2）牛乳中所掺入的洗衣粉检测，常用荧光法[4]和次甲基蓝法[21]，前者利用紫外分析仪，后者现象不易观察、灵敏度低。本检测箱采用0.3%次甲基蓝溶液和5%磷酸二氢钠混合溶液[23]代替原方法中0.1%次甲基蓝溶液，同时用三氯甲烷进行提取，洗衣粉中的烷基苯磺酸钠和次甲基蓝反应生成的蓝色化合物进入三氯甲烷层，最低检测限为0.18 g/L，方法的灵敏度提高。

（3）牛乳中掺入的明胶，采用饱和苦味酸法检测[12]，利用广泛使用的蛋白质沉淀剂三氯乙酸代替有毒有害的硝酸汞，对操作者的健康有利。

2.2.3 新建立的2个检测方法

（1）原料乳中掺入过氧化氢，传统方法采用淀粉-碘化钾法[23]检测。但是，当牛乳中含有淀粉和糊精时对反应产生干扰。采用联苯胺法[5]，利用过氧化物酶使过氧化氢分解释放出氧原子，将联苯胺氧化生成蓝色物质，检出限可达到3 mg/L，且试剂易保存。

（2）原料乳中掺入增稠剂如羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、阿拉伯胶等，采用无水乙醇法[25]进行检测，牛乳经去除乳糖和蛋白质干扰后，加入无水乙醇观察有无沉淀产生，可对所掺入的增稠剂进行检测。当牛乳中加入0.25%以上的增稠剂即可检出。

2.2.41 个掺假检测体系的建立

建立了铵盐-苯酚-次氯酸盐检测体系[25-26]，在碱性条件下，硝普钠作为催化剂，铵盐、苯酚和次氯酸盐可发生反应，生成蓝色可溶性物质靛酚蓝。可以分别利用这些物质间的相互化学反应，检测出原料乳中是否掺入铵盐、苯酚或次氯酸盐。如果原料乳中掺入铵盐，在碱性条件下，加入硝普钠、苯酚和次氯酸盐反应，产生蓝色；如果原料乳中掺入苯酚，在碱性条件下，加入硝普钠、铵盐和次氯酸盐反应，产生蓝色；如果原料乳中掺入次氯酸盐，在碱性条件下，加入硝普钠、铵盐和苯酚反应，产生蓝色。

2.3 原料乳掺假现场检测箱的设计结果

根据现场检测试剂箱所需要的试剂种类与数量，采用3D max 7绘图软件和Photoshop 7.0图像处理软件，设计出的检测箱的外观和内部结构图如图1所示。

原料乳掺假现场检测箱共装配有试剂瓶34个，可用于盛装33种检测溶液和1种试纸条（姜黄试纸），用于检测原料乳中21种掺假物质，该检测箱体积约为0.5 m×0.4 m×0.4 m，携带方便，满足原料乳现场检测要求。

图1 原料乳掺假现场检测箱

3 结 论

对已有的牛乳掺假方法进行了归纳与验证，改进了2种检测方法，开发2种新的检测方法，同时建立了1个3种掺假物质检测体系，最终可以利用33种检测溶液、1种检测试纸条来检测原料乳中21种掺假物质，检测方法的灵敏度较高，并依此设计出原料乳掺假现场检测箱。该检测箱体积小、携带方便，可以用于原料乳掺假的现场检测，其未来使用将对原料乳质量监控具有重要作用。

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Design of a portable box for detection of chemical adulterations in raw milk on field and optimization of detecting items

LI Xiang-shan，ZHAO Xin-huai
（Key Laboratory of Dairy Science,Ministry of Education,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China）

In this study,some chemical reactions and phenomenon were employed to detect twenty-one kinds of adulterations in raw milk,and a portable detecting box was designed to detect these adulterations.Optimized determination items and reagent combinations were presented by systematic evaluation of the detection limits of each detection method.This box was portable and suitable to detect the adulterated matters in raw milk.

raw milk;adulteration;detection box;

TS252.7

A

1001-2230（2010）01-0057-05

2009-01-26

国家十一五奶业重大专项（2006DAD04A09），十一五黑龙江省科技专项（GA-B201-3）。

李相珊（1984-），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。

赵新淮