志聖食品技師
105第二次食品分析與檢驗 試題詳解
擬答
105志聖阮籍老師 食品分析與檢驗於課本 P.299第三節農藥殘留快速檢測。
一. 有機磷劑與胺基甲酸鹽類殺蟲劑殘留快速檢驗方法(簡稱生化檢驗法)。
需要有機磷與氨基甲酸鹽類農藥殘留快速檢測試劑組的ELISA生化檢驗法。
乙醯膽鹼酯酶位於動物膽鹼性突觸後神經元細胞膜上,其作用為分解專司神經傳導之乙醯膽鹼為乙酸及膽鹼以終止傳導。當乙醯膽鹼酯酶之活化部位(active site)與抗膽鹼激性物質(包括有機磷劑與胺基甲酸鹽類殺蟲劑)結合,則無法分解乙醯膽鹼。生化檢驗法即利用純製自感性家蠅腦部之乙醯膽鹼酯酶檢測蔬果有機磷劑及胺基甲酸鹽兩類殺蟲劑殘留累計毒性。若檢測樣品中不含前開農藥,乙醯膽鹼酯酶可將基質分解為乙酸及硫代膽鹼,後者與呈色劑反應呈現深黃色(0%抑制率);而含有前開農藥之樣品因其會與乙醯膽鹼酯酶結合,基質少量或無法被分解,呈色劑作用隨之減弱呈淡黃至無色(輕微抑制~100%抑制率)。
操作方便、快速且成本低廉,但只針對有機磷與胺基甲酸鹽類藥劑之生化檢驗法。
二. 利用 QuEChERS 方法的食品中殘留農藥檢驗方法-多重殘留分析方法
國際間採行的檢驗分析技術為化學質譜方法,是利用化學方法將農產品中的農藥抽取出來,在經由精密儀器設備分析是哪一種農藥、以及有多少殘留量,這個方法也是唯一可以精準分析農作物中農藥殘留的方法。

目前國際通用及公認最快速之農藥殘留萃取淨化技術為 QuEChERS (Quick 、 Easy、Cheap、Effective、Rugged and Safe)方法,我國「食品中殘留農藥檢驗方法-多重殘留分析方法(五)」執行,也是相同的原理,每件樣品約需花費的萃取淨化時間為 40 分鐘,是農藥分析過程中需時較長的步驟,各種產品的農藥殘留檢驗包括「樣品的破碎」、「樣品中殘留農藥的萃取及淨化」、「儀器檢測分析」及「數據研判」共 4 個重要流程,由於「樣品破碎」流程以目前技術已可壓縮在 10 分鐘內,而「數據判讀」的流程涉及人員專業及其經驗,因此,具有最大進步空間的為「樣品中殘留農藥的萃取及淨化」及「儀器檢測分析」等 2 個流程,其中又以「樣品中殘留農藥的萃取及淨化」為關鍵流程,此流程的淨化效率(包括雜質干擾去除及速度)影響後續儀器的分析效能及檢測結果的可靠性。

衛福部食藥署公告之食品中殘留農藥檢驗方法-多重殘留分析法(四)進行分析,使用檢測儀器為氣相層析串聯式質譜儀( GC/MS-MS )及液相層析串聯式質譜儀( LC/MS-MS ),同時進行定量分析及藥劑確認。2012 年,此方法可同時分析藥劑種類約 251 種,但過程需要使用約 200 毫升的化學溶劑。衛福部食藥署持續研發「多種農藥殘留同時檢測技術」,開發多重殘留分析方法(五),由衛福部公告可同時檢驗 310 種農藥。
樣品的粉碎研磨5-10分鐘 萃取淨化出樣品中的殘留農藥40-120分鐘 質譜分析檢測農藥種類及含量30-50分鐘數據判讀40-60分鐘
 
One Step Cleanup Technique
  
 萃取淨化出樣品的殘留農藥1分鐘 
三. 食品中殘留農藥檢驗方法-多重殘留分析方法
㈠ 適用範圍:
本檢驗方法適用於蔬果類、穀類、乾豆類、茶類、香辛植物及其他草本植物等食品中 314 項農藥多重殘留分析。
㈡ 檢驗方法:
檢體採用 QuEChERS 方法(Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, Safe) 前處理後,以液相層析串聯質譜儀 (LC/MS/MS)及氣相層析串聯質譜儀(GC/MS/MS)分析之方法。
  1. 檢液之調製:
    1. 蔬果類、香辛植物及其他草本植物(鮮食):均質、冷凍、萃取、離心、膜過濾、加內部標準溶液,以GC/MS/MS分析。
    2. 穀類及乾豆類:磨粉、萃取、離心、膜過濾、加內部標準溶液,以GC/MS/MS分析。
    3. 茶類、香辛植物及其他草本植物(乾燥):磨粉、萃取、離心、膜過濾、加內部標準溶液,以GC/MS/MS分析。
  2. 標準溶液之配製:
    取農藥對照用標準品各約 25 mg,溶於甲醇/乙腈溶液,以LC/MS/MS分析。取農藥對照用標準品各約 25 mg,溶於丙酮/正己烷溶液,以GC/MS/MS分析。
  3. 內部標準溶液之配製:
    取磷酸三苯酯內部標準品約 40 mg,以甲醇稀釋至 7.5 ug/mL,供作 LC/MS/MS 分析用內部標準溶液。
  4. 液相層析串聯質譜儀LC/MS/MS:
    離子源:電灑離子化(electrospray ionization, ESI)。
    層析管:Acquity UPLC® HSS T3,1.8 um,內徑 2.1 mm ×10 cm, 或同級品。
  5. 氣相層析串聯質譜儀GC/MS/MS:
    離子源:電子撞擊游離(electron impact ionization, EI)。
    層析管:DB-5MS UI 毛細管,內膜厚度 0.25 um,內徑 0.25 mm × 30 m,或同級品。
  6. 鑑別試驗及含量測定:
    1. 蔬LC/MS/MS 精確量取檢液及標準溶液各 10 uL,分別注入液相層析串聯質譜儀中,依條件進行分析,就檢液與標準溶液所得波峰之滯留 時間及多重反應偵測相對離子強度鑑別之,並依下列計算式, 求出檢體中各農藥之含量(ppm): 檢體中各農藥之含量(ppm) = (C x V)/M,C:由各農藥之基質匹配檢量線求得檢液中各農藥之濃度(ug/mL),V:萃取檢體之含 1%醋酸之乙腈溶液體積(10 mL),M:取樣分析檢體之重量(g)
    2. GC/MS/MS:精確量取檢液及標準溶液各 1 uL,分別注入氣相層析串聯質譜儀中,依條件進行分析,就檢液與標準溶液所得波峰之滯留時間及多重反應偵測相對離子強度鑑別之,並依下列計算式,求出檢體中各農藥之含量(ppm): 檢體中各農藥之含量(ppm) = (C x V)/M,C:由各農藥之基質匹配檢量線求得檢液中各農藥之濃度(ug/mL),V:萃取檢體之含 1%醋酸之乙腈溶液體積(10 mL), M:取樣分析檢體之重量(g)

擬答
詳見105志聖阮籍老師 食品分析與檢驗講義 P.60。
㈠ 杜馬斯燃燒法(Dumas combustion method)
杜馬斯燃燒法測定分析固態液態樣品中的氮含量,杜馬斯法目前已被很多組織認可,如: AOAC,ASBC, EBC, AACC和ISO,成為法定的氮/蛋白質分析方法。在美國、加拿大和德國的某些領域,杜馬斯法甚至作為唯一的定氮標準。
杜馬斯定氮法的原理: Dumas法的基本原理是樣品在900℃~1200℃高溫下燃燒,燃燒過程中產生混合氣體,其中的干擾成分被 一系列適當的吸收劑所吸收,混合氣體中的氮氧化物被全部還原成分子氮,隨後氮的含量被熱導檢測器檢測。
  1. 燃燒: 杜馬斯燃燒法是基於在高溫下(大約900 ℃),通過控制進氧量、氧化消化分解樣品的原理而進行氮測定的。燃燒生成的氣體被載氣CO₂攜帶直接通過氧化銅(作為催化劑)而被完全氧化。此外,化合物中一定量的難氧化部分會被載氣攜帶通過作為催化劑的氧化銅和鉑混合物進一步氧化。
  2. 還原: 燃燒生成的氮氧化物在鎢上還原為分子氮,同時過量的氧也被結合。一個傳感器用來控制最佳燃燒所需的氧氣量,這可以保證氧氣和鎢的消耗量最少。
  3. 淨化: 一系列的適當的吸收劑將乾擾成分如鹵化氫從被檢測氣流中除去。隨後的水冷器確保水蒸氣的去除。由於用CO₂作載氣,所以沒必要吸收燃燒生成的CO₂。
  4. 檢測: 用一個TCD熱導檢測器來檢測CO₂載氣流中剩餘的氮。N2體積含量引發一種電子測量信號,通過它,再經過物質的獨立校正,被測樣品中的氮含量就自動的計算、打印和存儲起來。
    優點:快速每一測試只需3至5分鐘,並可以通過自動進樣器連續進樣,不需要人看管、精確和高可靠性的數據、全自動、低成本、無化學廢液、無污染的定氮方法。
    缺點:杜馬斯定氮儀價格昂貴。對於復雜樣品分析難度較大,對於液體樣品分析效果不佳,樣品需要是均勻粉末,而且要較細的局限性。
㈡ 紅外線光譜法(infrared spectroscopy)
紅外光譜法又稱「紅外分光光度分析法」。簡稱「IR」,分子吸收光譜的一種。紅外線光區的波長範圍從0.78- 1000 μm (780-1000,000 nm),其波數從12,800~10 cm-1。

分子吸收紅外光會造成振動能量之改變,產生分子之紅外線吸收光譜。紅外線光譜中吸收峰所在的波數與特徵,可用來鑑定分子之官能基種類與分子之結構;根據光學的Lambert-Beer法則A =εc l,特定吸收峰的強度(A)則與濃度(c)有關,可用於定量分析。

帶有極性(偶極矩)的分子發生振動(vibration)就會產生紅外線;反之,帶有極性的分子吸收了與其振動能階對應的 紅外線就會發生振動。若分子本身沒有極性(偶極矩),那就無法產生紅外線。由於近紅外光之光譜範圍自700-2500 nm,大多數物質的分子官能基如C-H,O-H,N-H等,其固定吸收振動光譜都在此範圍。食品中的主要成分,例如:水分、蛋白質、脂質、碳水化合物等,都含有這些官能基,因此,近紅外線光譜法常用於食品成分之定性或定量分析。

在1979年美國穀物學會首先對於“以近紅外光量測蛋白質含量”之技術制定為其學會標準法(AACC method,39-10)。
近紅外光之分光量測測備必須包括如下組件:
  1. 光源:通常為滷素鎢絲鐙。
  2. 單光器:利用光柵以提供固定波長的光源。
  3. 樣本槽:用以處理樣本,因樣本本身之透明性而不同。
  4. 偵測器:
    • 不透明液體或粒狀固體:用以偵測能量反射之比例(反射率)。
    • 透明水溶液:用以偵測能量穿透後強度,再轉換為透過率。
  5. 雜訊處理器:
    優點:
    • 前處理技術簡單,量測過程迅速。
    • 分析方式簡易。
    • 不破壞試樣、試樣用量少、同一樣本可以重複量測。
    • 可以同時量測同一樣本內各種不同成分。
    • 機型小,可以攜帶至現場作業。
    • 適用固態、粉粒態、半固態、液態等各種樣本。
    • 不需要大量的試藥、溶劑,安全性高。
    缺點:
    • 純度應大於98%不應含水,濃度和厚度要適當、分析靈敏度較低、定量分析誤差較大。是一種間接的分析技術,分析結果的準確性與模型建立的質量和模型的合理使用有很大的關係。
      105℃,3hr,碾碎樣本(AACC method),不適用18%以上之稻穀。

擬答
完全命中100%,詳見105志聖阮籍老師 食品分析與檢驗課本P.148-149 。
㈠ 芝麻及果醬二種樣品的處理方法:
脂肪是一群不溶於水,但溶於乙醚、苯或正己烷等有機溶劑之化合物,因此可使用乙醚等溶劑將其溶出後,再蒸發去除乙醚,將殘留物秤重後即可得粗脂肪量。索氏萃取法即是以極性溶於極性,非極性溶於非極性;並配合連通管及虹吸原理之方式萃取定量食品中之粗脂肪。
索氏萃取裝置,包括迴流冷凝管、萃取管、受器、圓筒濾紙及水浴槽。索氏萃取方法適用於乾燥後之粉末樣品。
  1. 芝麻處理方法:脂肪含量多的樣品(花生、芝麻)
    1. 精確秤取乾燥試樣(如芝麻種子類)5 g,加入10 g無水硫酸鈉(有助研磨及脫水),將兩者置於研缽中,研磨至細粉狀,倒入圓筒濾紙內,並以沾有乙醚的脫脂棉將研缽及研杵擦淨後,將此棉花置入圓筒濾紙內(沾有樣品面朝圓筒濾紙內面塞入,以免流入燒瓶)。
    2. 將圓筒濾紙上輕輕塞上脫脂棉以防止試樣損失,再將裝有樣品之圓筒濾紙放入萃取管中。
    3. 取已恆重之圓底燒瓶(W0),於抽氣櫃內加入2/3體積之乙醚後,組裝索氏萃取裝置。冷凝管下方為冷水入口,上方為熱水出口,將水浴鍋設定40~50℃,萃取迴流8~16小時。
    4. 卸下圓底燒瓶減壓濃縮至濃稠狀,乾燥恆重至重量最輕時之重量(Wo+脂肪)即完成。

  2. 果醬處理方法:醣類含量多的樣品 (糖果、果醬)
    由於乙醚等萃取溶劑無法完全萃取這類樣品中的脂肪,因此萃取前需先將糖分去除。
    1. 樣品秤重後,加入蒸餾水及硫酸銅溶液充分混和後,以氫氧化鈉溶液調整酸鹼值至為鹼性。
    2. 等沈澱產生後,以濾紙過濾。上清液為糖類水溶液。
    3. 殘留物連同濾紙乾燥後放入圓筒濾紙中,進行粗脂肪的索氏萃取。
㈡ 比較乙醚和石油醚兩種萃取溶劑的性質:
  1. 乙醚 (diethyl ether)
    有一定極性,但不如乙醇、甲醇、水等,溶解脂肪的能力強大於石油醚,應用最多。一般脂肪含量的測定都採用它作提取劑。乙醚沸點低( 34.6℃ ),易燃。乙醚可飽和 2% 的水。 含水乙醚在萃取脂肪抽提能力降低(氧與水能形成氫鍵使穿透組織能力降低,即抽提能力下降),會同時抽提出糖分等非脂成分。 因此,使用乙醚時,樣品不能含水分,被測樣品也必須乾燥。

  2. 石油醚 (petroleum ether)
    石油醚的沸點比乙醚高,不太易燃,溶解脂肪能力比乙醚弱,吸收水分比乙醚少,允許樣品含微量的水分。使用時允許樣品含有微量水分,它沒有膠溶現象,不會夾帶膠溶澱粉、蛋白質等物質。採用石油醚提取劑,測定值比較接近真實值。
    有時也採取乙醚+石油醚共用。但乙醚、石油醚都只能提取樣品中游離態的脂肪。對於結合態的脂類,必須預先用酸或鹼及乙醇破壞脂類與非脂類的結合後,才能提取。

擬答
完全命中100%,詳見105志聖阮籍老師 食品分析與檢驗課本P.8-10 。
  1. 0.1 N Na₂SO₄為0.05 M Na2SO4 (M x 價數 = N )0.05 M = 0.05 mole / 1L = 7.102 g / 1 L = 3.551 g/0.5 L,所以精秤3.551 g的Na₂SO₄,溶於500 mL蒸餾水或去離子水中,即調製成500 mL 0.1 N Na₂SO₄溶液。

  2. 2 mg/10 mL vit.D₂ →10 mL 10μg/mL (100 μg/10 mL = 0.1 mg/10 mL ),稀釋20倍。所以取0.5 mL原液於10 mL 正己烷溶劑中,混合均勻,配製出 10 mL 10μg/mL 維生素 D₂標準溶液。
擬答
完全命中100%,詳見105志聖阮籍老師 食品分析與檢驗課本P.94-95。
  1. 分離原理:
    常見單、雙醣和糖醇的pKa值一般在l2~14,常見醣醛酸和糖胺的pKa都小於7。 當所處鹼性溶液的pH值≥l2時,大多數醣類化台物均能部分或全部以陰離子的形式存在,因而可以採用陰離子交換曾吸管柱,以強鹼性溶液為淋洗液進行分離。
    醣類化合物在陰離子交換分離柱上的保留能力主要取決於醣類化合物所帶的電荷數、分子大小、組成和結構。
    葡萄糖、果糖、蔗糖及麥芽糖為含-OH糖類,其pKa值分別是12.28、12.03、12.51、11.94,當樣品pKa < 沖提液pH時樣品帶負電,負電愈強與高效陰離子交換層析儀交換力愈大,愈慢沖提洗出。100 mM 氫氧化鈉溶液的pH13,所以沖提洗出順序為:蔗糖 (12.51) > 葡萄糖 (12.28) >果糖 (12.03) > 麥芽糖 (11.94)。

  2. 脈衝式電化學檢出器:
    脈衝式安培檢測器(pulsed amperometric detector),具白金工作電極及銀/氯化銀參考電極。安培檢測是利用測量電化學活性物質在適當的施加電位下發生氧化或還原反應時所產生的電流變化從而測定該物質的一種檢測技術。
    糖的分離是在鹼性條件下完成,而白金工作電極的檢測條件通常為鹼性,且白金電極表面還可為糖的電化學氧化反應提供反應環境,因而白金電極檢測和陰離子交換分離相互間具有良好的匹配性。 由於脈衝安培檢測法是利用糖在電極表面的氧化還原反應直接檢測,無需衍生且具有極高的靈敏度,給常規檢測器上響應很低的多醣分析提供了一個好工具。

擬答
完全命中100%,詳見105志聖阮籍老師 食品分析與檢驗課本P.58-59。
  1. 火焰原子化器工作原理:
    火焰原子化器(Flame atomiser)主要應用於原子吸收,原子螢光光譜。它由霧化器、霧化室和燃燒器三部分組成。
    霧化器的作用是將分析樣品霧化。霧化室的作用是使試液霧進一步細化並與燃氣均勻混合,以獲得穩定的層流火焰。燃燒器頂端有一細長狹縫,燃氣與氧化劑燃燒產生的火焰於狹縫上穩定燃燒,被帶至火焰中的試樣霧滴則在高溫火焰中原子化。
    在火焰原子化中,是通過混合助燃氣(氣體氧化物)和燃氣(氣體燃料),將液體試樣霧化並帶入火焰中進行原子化。將試液引人火焰並使其原子化經歷了複雜的過程。這個過程包括霧粒的脫溶劑、蒸發、解離等階段。在解離過程中,大部分分子解離為氣態原子。在高溫火焰中,也有一些原子電離。與此同時,燃氣與助燃氣以及試樣中存在的其它物質也會發生反應,產生分子和原子。被火焰中的熱能激發的部分分子、原子和離子也會發射分子、原子和離子光譜。

  2. 電熱原子化器工作原理
    石墨爐是一種商業化的電熱原子化(electrothermal atomizer)器,其內部為利用電能加熱的石墨管,作為試樣原子化與吸光之空間。以石墨爐進行原子化時,所導入的試樣可用灰化後的鹽類溶液或是未經灰化的原始試樣。當試樣未經分解而直接導入時,可藉由石墨爐的控溫程序,使試樣於不同溫度下依序進行灰化及原子化。

擬答
完全命中100%,詳見105志聖阮籍老師 食品分析與檢驗課本P.156,P.159-160,P.133。
  1. 食用炸油品質監測儀(快速檢測儀)
    衛福部明確規定油炸用之食用油檢驗唯一標準方法為"總極性化合物",違規標準為檢出含量達25%以上。油脂劣變後,極性成分增加,因此,檢測油脂中極性與非極性比例,來評估油脂品質優劣。總極性化合物隨油脂劣變程度而增加,油炸油的總極性化合物藥控制在25%以下。
    食用油炸油快速檢測儀提供快速精準的檢測工具,測量數據數字顯示,具備測量自動完成提示、油品老化警示等貼心功能,防水防塵保護與感應器易清洗設計,為快速測量油炸油總極性化合物(%TPC)。測量總極性化合物,可以直接在熱油中測量,適合各式食用油品檢測,無須設定油品類型即可測量,檢測時間只需30秒,並具備測量完成自動提示功能,紅、黃、綠三段式燈號警示及警報聲響,先進的測量完成自動鎖定最終讀值功能,避免人為判讀差異。
    油炸油快速檢測儀並不測定酸價,酸價測定游離脂肪酸,並不適用於認定所有的油炸油品質,有時候酸價高的油炸油,其總極性化合物含量仍在安全範圍之內,所以僅作為輔助指標。

  2. 油脂穩定參數法(oil stability index):
    油酯的氧化主要是發生在碳-碳雙鍵的部份,因此油酯的不飽和度愈高,亦即雙鍵愈多,愈容易氧化;溫度愈高,氧化速率也愈快,造成油脂不穩定。油脂穩定參數包括1. 油脂的组成 2. 油脂氧化。油脂氧化稳定性(Oil stability index, OSI)的測定: 油脂的自動氧化是導致其酸敗變質的主要因素,其氧化稳定性是評價油脂品質的重要指標,亦即油脂抵抗自動氧化的能力,反應出油脂的耐儲性。以過氧化價為初期氧化的指標,以硫巴比妥TBA法為後期氧化的指標。

  3. 酚-硫酸法(phenol-sulfuric acid method):
    酚-硫酸法可用以測定單醣、寡醣及多醣混合之總醣量,在呈色上具有安定性,對5C醣的反應較6C醣迅速。
    醣 + H₂SO₄ → 醣醛→ + 酚 →穩定橙黃色物質 (A₄₉₀吸光)
    其操作流程為取乾燥樣品溶於2 ml水中,接著加入1 ml 5% 酚溶液,最後加入5 ml濃硫酸,先於熱水浴中加熱,冷卻後於波長490 nm中測定吸光值。

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