食品中乳酸分析方法研究

龙 梅

（赤峰学院 化学系，内蒙古 赤峰 024000）

食品中乳酸分析方法研究

龙 梅

（赤峰学院 化学系，内蒙古 赤峰 024000）

乳酸作为一种重要的食品添加剂，在食品工业中得到了广泛的应用.食品中乳酸含量的分析测定一直受到国内外研究者的广泛关注.由于实际食品样品中乳酸含量并不高，且对热不稳定，再加上食品样品基质较为复杂，测定前需要复杂的样品前处理过程，造成了测定的困难.因而高选择性，高灵敏度地直接测定食品中乳酸含量是当前的一个研究难点.基于这样的现实，国内外很多研究者顺应分析化学发展的方向，开发出了一系列高效、高选择性、高灵敏度的乳酸含量测定新方法.本文总结了最近十年来国内外关于食品中乳酸含量测定方法的研究概况.

食品；乳酸；色谱方法；生物传感方法；毛细管电泳方法

1 前言

乳酸作为一种含有羟基和羧基的有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中[1].自从瑞典化学家Scheele1780年从酸腐的牛奶中分离得到乳酸[2]之后，这种有机酸作为一种重要的食品添加剂[3]，在食品工业中得到了广泛的应用.例如：由于乳酸有很强的防腐保鲜功效，可用于饮料，食品腌制，粮食加工中，具有调节pH值、抑菌、延长保质期、调味、保持食品色泽、提高产品质量等作用.乳酸独特的酸味可增加食物的美味，在酱油、醋等调味品中加入一定量的乳酸，可保持产品中的微生物的稳定性和安全性，使口味更加温和；由于乳酸的酸味温和适中，还可作为精心调配的软饮料和果汁的首选酸味剂.在酿造啤酒、白酒时，加入适量乳酸既能调整pH值促进糖化，有利于酵母发酵，防止杂菌生长，提高酒类质量，增强酸味和清爽口感，延长保质期.在卷烟中添加乳酸[4]可以保持烟草湿度，除去烟草中杂质，改变口味，提高烟草档次，乳酸还可中和尼古丁烟碱，减少对人体有害成份提高烟草品质.同时，通过乳酸菌发酵等技术工业化生产得到的天然乳酸是乳制品中的天然固有成分[5]，它有着乳制品的口味和良好的抗微生物作用，已广泛用于调配型酸奶奶酪、冰淇淋等食品中，成为倍受青睐的乳制品酸味剂.由于乳酸既是发酵食品的风味物质，又是相关食品酸败时大量产生的物质，所以其含量测定对食品的风味评价和卫生质量检验是有重要意义[6].因此，建立快速准确的乳酸定量测定方法，是乳酸相关研究顺利进行的基础，同时也可为相关食品的制备工艺和品质控制提供指导意见.

食品中乳酸含量的分析测定一直受到国内外研究者的广泛关注.早期的测定方法主要是酸碱滴定法[7]和EDTA滴定法[8].随着分析科学的蓬勃发展以及人们对乳酸结构性质研究的深入，则出现了多种测定方法，如高效液相色谱法[9-10,18]、气相色谱法[11-14]、酶电极法[15]、毛细管电泳法[16-17]、电位分析法[18]、原子吸收法[19]等等.但是由于实际食品样品中乳酸含量并不高，且其结构对热不稳定[20]，加上食品样品基质较为复杂，存在的许多结构类似的有机酸及其他化学干扰物，测定前需要复杂的样品前处理过程，造成了测定的困难.因而高选择性，高灵敏度地直接测定食品中乳酸含量是当前的一个研究难点.基于这样的现实，国内外很多研究者顺应分析化学发展的方向，开发出了一系列高效，高选择性，高灵敏度的乳酸含量测定新方法.本文总结了最近十年来国内外关于食品中乳酸含量测定方法的发展概况.

2 常用检测方法

2.1 气相色谱法

气相色谱法分析乳酸主要通过两种途径实现.第一种是先衍生后分析的方法.考虑到乳酸对热极不稳定，样品需先衍生化才能进行分析，即将乳酸酯化，把极性很强的乳酸及其它有机酸转换成弱极性的酯类衍生物，用极性较弱的柱子分析，或使乳酸发生其它反应[21].操作比较麻烦，引入误差的因素较多.随着气相色谱技术的发展，填充柱气相色谱的出现实现了乳酸的直接测定[22].这种途径具有速度快、重现性好、准确度高等优点，并且广泛用于白酒、卷烟等样品中的乳酸含量测定.

苏国岁，何爱民[23]用衍生化-毛细管气相色谱-质谱分析法测定了卷烟烟气总粒相物中的乳酸.作者以三甲基氢氧化硫为甲酯化试剂，正戊醇为内标，采用CP-FFAP毛细管柱(25m×0.15mm i.d.×0.25μm d.f)和选择离子模式，建立了卷烟烟气总粒相物中乳酸的气相色谱-质谱分析方法.该方法的线性范围为0.285～0.0570mg/mL乳酸(r=0.9997)，平均回收率为97.99%，RSD为1.58%.并用该法测定了部分卷烟烟气总粒相物中的乳酸.该方法解决了乳酸(羟基酸)不易生成挥发性酯而难以用气相色谱法测定的问题.

程劲松、胡国栋[22]用填充柱气相色谱法直接进样分析了白酒中的乳酸和脂肪酸含量.他们用了一种特殊的填料(LA填料)，将其填充到玻璃柱内，这样白酒就无需任何预分离处理，可直接进样，氢火焰离子化检测器检测，定量测定白酒中乳酸和主要脂肪酸的含量，白酒中醇、醛、醇等大量组分不干扰测定，样品回收率在95%以上，方法实用、准确，适用于白酒中与口味密切相关的乳酸和主要脂肪酸含量的日常质量控制分析.

2.2 高校液相色谱法

在乳酸的测定中，高效液相色谱法目前应用最为广泛，样品不需要衍生化处理，进行简单处理后即可直接进样[24]，方法快速准确，检测浓度范围宽.直接采用HPLC法，可以测定食品样品中乳酸总量.

郭逸臻[25]等采用AS11-HC(4mm)分析柱和AG11-HC(4mm)保护柱用离子色谱法测定了白酒中乳酸的总量.郑志[26]等用C18色谱柱、0.005M的H2SO4作流动相、在2lOnm检测波长下，测定了发酵液中乳酸的总量.周萍等[27]高效液相色谱法测定食醋及醋粉中的醋酸和乳酸含量，采用的是C18色谱柱、pH=2.65的磷酸缓冲液，乳酸回收率为93.5%～100.2%.

由于乳酸分子内含有一个不对称碳原子，因此具有旋光异构现象，可区分为L-乳酸和D-乳酸.生命系统调节代谢过程对立体化学是非常敏感的，一对异构体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准确测定具有十分重要的意义.但是普通的反相高效液相色谱法只能测定乳酸总量，不能判断D-乳酸和L-乳酸，如果要测定乳酸的光学纯度，一般使用手性固定相或手性流动相的HPLC法[26].

潘瑞花等[2]选取2,3,6三甲基-β-环糊精(TM-β-CD)作为流动相手性添加剂，建立了采用反相高效液相色谱法分离酸奶及含乳饮料中乳酸异构体的方法.实验采用hypersil ODS2-C18(250×5.0 mm，5μm)色谱柱，以 0.5mM pH 2.5的TM-β-CD(含4.5mM H2SO4)作为流动相，流速为1.0mL/min，紫外检测波长为210nm.研究了采用反相高效液相色谱法对乳酸的异构体进行拆分和测定的实验条件，样品回收率在99.2%～100.9%之间.刘冬梅等[28]利用手性柱高效液相色谱法对泡菜中L-乳酸和D-乳酸进行了分离和测定.选用手性配体交换柱Chirex 3126为固定相，基于流动相中的铜离子与固定相上的青霉胺配体间交换平衡以及稳定性来分离L-乳酸和D-乳酸.L-乳酸的回收率在99.48%～100.16%之间，D-乳酸的回收率在99.72%～100.32%之间，建立了泡菜中L-乳酸和D-乳酸含量的测定方法.潘艳虹等[29]也利用此手性柱高效液相色谱法分离并测定了酸奶及乳酸饮料中的L-乳酸及D-乳酸的含量.结果表明该方法操作简便，样品经简单处理后可直接进样，精密度和准确度高，适用于食品中L-乳酸和D-乳酸的测定.

2.3 生物传感方法

生物传感器具有特异性识别分子的能力，常用于特殊物质的定性和定量分析，在食品分析领域具有广泛的应用前景[30].生物传感器由分子识别元件和信号转换器件两部分组成，分子识别元件所用的生物活性物质主要有酶、微生物、动植物组织、抗体和核酸等，而信号转换器则是将分子识别元件进行识别时产生的化学或物理变化转换成可用信号的装置，其中电化学信号转换器是最主要，也是研究最为成熟、应用最为广泛的一种[31].利用电化学生物传感器进行与生化反应相关的有效成分的分析和有害物质的检测，已在食品生产及安全监督领域获得了比较广泛的应用[32].乳酸生物传感器是以乳酸为检测对象的电化学生物传感器.通过在电极表面修饰乳酸氧化酶、乳酸脱氢酶等，以特定的酶促反应来获取乳酸含量的信息[33-36].这种分析法集酶反应的高专一性、固定化酶的长期稳定性、电化学分析快速灵敏的特点于一体[37].

贾正根[30]以亚铁氰化钾作氧化型电子受容体，在乳酸氧化酶(COD)的参与下，建立了高效，准确的乳酸测定方法.该传感器可对市售乳酸饮料中的L-乳酸进行定量测量.将不同类的乳酸饮料加水10倍稀释后进行测量，所得测定结果和生物分析器测量结果进行基本一致.

毕春元，于清琴等[38]利用SBA-40C生物传感器测定宝石-卡本内特干红葡萄酒苹果酸-乳酸发酵过程中L-乳酸含量.该传感器的工作原理是将L-乳酸氧化酶固定后与H202电极结合构成L-乳酸酶电极测定体系，含有乳酸样品的底物在样品室可透过酶膜圈的外层与固定化酶层接触并反应，反应放出的H2O2与白金-银电极接触，并产生电流信号，该电流信号与底物浓度成线性比例关系。利用此方法可以快速测定发酵过程中的L-乳酸含量，从而有效进行发酵过程的监控及终点判断，为今后发酵工程技术进一步的开发与研究提供了便利的条件.

2.4 毛细管电泳方法

毛细管电泳法是近二十年来迅速发展起来的一种新型分离技术，具有高效快速、高自动化、无污染、样品用量少、运行费用低等优点，受到广大分析工作者的喜爱.目前，此方法主要用于乳制品中乳酸含量的检测.

唐萍等[16]运用毛细管区带电泳模式，在磷酸缓冲液中成功地实现了苹果酸、乳酸等9种有机酸的分离测定.研究了缓冲液浓度、pH值、电泳电压、检测波长等因素对分离的影响，并对实际乳酸发酵液样品进行分析测定，检测了其中琥珀酸、柠檬酸、乙酸、乳酸等有机酸的含量，加标回收率为97.5%～107.1%.该方法简便、快速、准确，适于整个发酵过程条件的优化及发酵产物的监控工作.

陈炯炯[17]等建立了测定酸奶中乳酸含量的间接紫外检测毛细管区带电泳方法.在未涂渍的石英毛细管(内径 75μm，有效长度 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铵(pH3.5)为运行电解质，检测波长214nm，在-15kV分离电压下酸奶中乳酸6min内能得到分析.方法重现性好，迁移时间和峰面积的相对标准偏差分别在1.0%和2.0%以内.在相应的浓度范围内，峰面积与样品浓度之间呈现良好的线性关系.该法简单、快速、灵敏度高，为测定酸奶中乳酸含量提供了一种高效、快速、简便的方法.

2.5 其他方法

乳酸含量的测定还有其它方法，比如EDTA滴定法、原子吸收法等等.

EDTA滴定法是以络合反应为基础的测定乳酸含量的方法，它的原理是样品的乳酸与过量Ca-CO3形成乳酸钙后，用EDTA标准溶液滴定乳酸钙中所含有的钙，通过样品中乳酸与钙定量反应的关系，间接计算出乳酸含量.由于这种方法简单，快速，重复性好，投入成本低，很多生产厂家都使用.郑志等[8]用此方法测定了发酵液中乳酸的含量.有资料表明，发酵液中除乳酸外，还含有乙酸、苹果酸、富马酸、琥珀酸等有机酸，这使得测定的结果反映的是这些能和CaCO3反应的各种有机酸的总量，而不仅仅是乳酸的含量，即测定结果偏高，要想得到乳酸的真实含量，还需要进行校正.

原子吸收法是测定金属元素的简便、快速、准确的方法，用原子吸收法可间接测定乳酸的含量.孙为德[39]等用原子吸收法测定了牛奶中的乳酸含量.实验中使用Cu3(PO4)2悬浮液同乳酸作用，乳酸同Cu3(PO4)2中的Cu配合，释放出PO43-，然后离心沉降未反应的Cu3(PO4)2，用原子吸收法测定溶液中的Cu，可间接测定乳酸的含量.

3 小结

乳酸广泛存在于人体、动物、植物和微生物中，对乳酸的测定一直受到国内外研究者广泛关注.目前，乳酸的测定方法有很多，但是每种方法都有其自身的适应范围和准确度，都有各自的优点和缺点，容易受到方法的成本及对检测速度要求的影响，使得各自的应用领域也不尽相同.例如，EDTA滴定法简单快速，但其他有机酸的存在干扰其测定，使测定结果偏高，并且不能区分乳酸异构体.酶电极法需要使用乳酸脱氢酶膜片，该膜片价格昂贵，而且寿命一般只有几天.气相色谱法测定需要将样品进行衍生化处理，操作复杂，引入误差的几率增多.由于乳酸紫外吸收极其微弱，以HPLC法在210nm检测，灵敏度很低，且样品前处理复杂，对杂质含量高的样品，即便进行样品处理，色谱柱也很容易污染.色谱直接进样法测定白酒中的乳酸在理论上是一种最快、最准确的方法，但到目前为止，还没有真正找到一根既经济、分离效果又好、经久耐用，且较易制备的色谱柱[40].毛细管电泳法作为一种新型分离技术，具有高效、快速、运行费用低等特点，但是目前也仅限于实验室测定阶段，无法实现批量检测.原子吸收法可间接测定乳酸，但乳酸样品仍需前处理.因此，建立一套快速、准确、成本低的乳酸定量测定方法，是乳酸相关研究顺利进行的基础，是食品科学发展的必然需求，同时也是食品分析行业亟待解决的重大难题之一.同时，对乳酸异构体进行拆分研究，建立快速、灵敏、分离性能好的乳酸对映体测定方法也具有重要的理论及实际意义.

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TS207.3

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