[科普中国]-食品的阻抗特性

目录

1 描述方法

2 原理

3 检测方法

4 特点

5 应用

1. 描述方法

阻抗特性在检测食品的理化特性的一个重要指标，表示交流电通过检测食品时所遭遇的阻力。是在食品检测中经常用到的检测性质，阻抗分析较多的应用在品质评估和脂肪检测上。

**2.**原理

阻抗是指交流 电通过传导材料 ( 如生长培养基 ) 时遭遇的阻力。生物阻抗是生物组织的一个基本的物理参数，反映生物组织、器官、细胞或整个生物机体电学性质。电学阻抗检测技术可实现对农产品理化特性的评价，除果汁、乳制品、焙烤面包类食品外，大多数通过自然生长的食物原料都由组织及细胞构成，植物细胞和动物细胞外层都有一层“隔离膜”如细胞膜、细胞壁，阻抗值都在几百欧姆到几兆赫兹范围。不同的生物组织由于液体含量、细胞及其蛋白质种类不同，其电阻率分布差异影响着宏观电学阻抗特性。食品原料的阻抗分析应用在品质评估和脂肪检测上，更多应用于食品中微生物的检测。1

生物组织的阻抗会随所用电信号的频率而改变。当直流或低频电流流过样品时，则电抗较大，生物组织对外呈现出电阻特性，此时电流主要经细胞间质流过；而随着频率提高，此时电抗值呈现减小，生物组织的电容性特征明显，部分电流会穿过细胞膜，从细胞质甚至细胞核中进行传导。

对于食品汇总微生物代谢检测，通过对材料取样，在培养基中培养后检测微生物。培养条件下，微生物利用新陈代谢作用下的相关物质，如蛋白质等相关物质分解成了氨基酸等物质进行吸收。微生物生长不断的增多，电特性物质也在日益增加，从而让电特性出现变化，即发生导电性增加的情况，随着电阻的变化也发生了改变。自接种微生物完成以后，发生变化所使用的时间叫做检出时间 （ DT）。通过相关研究结果表明：DT 值以及初始浓度之间的对数值(lgN0)之间有关联，也是是说初始的浓度越小，DT 值就越大，反之就越小。 相关人员在检测的前期阶段，应当将 lgN0 与DT 值制定出相应的曲线。 相关人员在检测过程中，应当按照相关比例要求稀释，然后再进行培养，依据 DT 值能够得到相应的初始浓度，从而达到快速检测的效果。

因此生物组织的电路模型也可用图1b所示的电路等效，只是此时的Ri、 Re、 Cm已不再是代表某个细胞内、外液电阻和细胞膜电容，而是代表整个生物组织的等效内、外电阻和膜电容，这就是所谓的三组件生物电阻抗模型。

Cole-Cole复电阻方程

式中： ω=2πf， R代表频率为处的电阻抗； 代表频率无穷大的电阻抗；代表时间常数； α是弛豫因子，为无量纲指数，用于校正电解质损失引起的膜电容特征变化，将检测到的阻抗曲线与标准曲线比较，判断食品的质量。

3. 检测方法2

3.1直接阻抗测量法 直接阻抗法是将培养基装入特制的测量管 , 接种微生物后在培养基中插入电极 , 直接测量培养基的电特性变化。直接法使用的培养基需要根据待测菌的特性来设计 , 它既要有利于被测菌的繁殖与分离 , 又要在检测过程中产生显著的阻抗变化。因此 , 培养基的选择是决定检测成败的关键因素之 一。

3.2 间接阻抗测量法 间接阻抗检测法是通过检测微生物生长代谢产生的 CO2 来反映微生物的代谢活性。测试时在阻抗测试管中加入 KOH (没过电极) , 盛装培养基的小管与测试管相通 , 接种后培养产生的 CO2 进入测试管与 KOH 反应生成碳酸盐 , 其导电性比原始溶液低 , 记录测试管中溶液的导电性变化即可得到微生物的信息。间接阻抗检测技术已经被应用于对金黄色葡萄球菌 (Staph. Aureus) ,李斯特菌 (Listeria monocytogenes) ,粪链球菌 ( Enterococcus faecalis) , 枯草杆菌 (Bacillus subtilis) , 大肠埃希氏杆菌 ( Escherichia coli) , 铜绿色极毛 杆 菌 ( Pseudomonas aeruginosa ) ,亲水性产气单孢菌 ( Aeromonas hy2drophila) 和 沙 门 氏 菌 ( Salmonellaspp) 的检测。

3.3 其他测试方法，目前已有针对肉类的便携阻抗测试仪，可将肉品阻抗测量仪器的电极探头垂直插入每个样品在不同部位测量求取平均值的方法，进行阻抗测量。3

4. 特点

在食品中微生物检测方面，相比于传统的食品微生物检测，具有敏感度高、反应快、人工参与度较低、劳动强度低等优点．不仅能够实现对食品微生物的快速检测，而且能够建立完整的微生物数量动态监测体系。在对浑浊样品如乳制品等的检测中具有较大优势。

5. 应用

早期食品的阻抗特性分析主要应用在是乳制品领域，目前也在鱼类检测与肉类检测中得到普遍运用。主要用于食品中微生物的测试。方向分为以下几个大类。

5.1食品中菌落总数的检测。这是目前的主要应用，通过阻抗法能够对各种各样的产品菌落总数进行检测，尤其以货架存放时间短的产品作为主要检测对象。

5.2对食品中酵母菌的检测。对酵母菌的检测可以在44小时内完成检测。

5.3对食品中金黄色葡萄球菌的检测。通过监测金黄色葡萄球菌生物膜形成过程中的阻抗变化，动态检测污染水平，12分钟内可以完成检测。

5.4对食品商业无菌的检测.与国标中规定的方法相比，阻抗法检出率可达 97%，且检测时间缩短为 3天。

5.5在食源性致病菌菌种鉴定中的应用。相关人员对沙门氏菌等相关菌类进行了认真研究，从而根据实际情况得知曲线图能够符合相应的规律，因此成立了沙门氏菌等相关的阻抗检验方法。 相关研究人员对该方法所具有重复性的特点进行了证明。 通过采取细菌凝集素的相关原理来对菌种进行准确鉴别。 将大肠杆菌等相关的菌类里面放入伴刀豆球蛋白 A，从而两者发生作用，通过 Au/SPE 电极能够看出阻抗值发生的改变情况。 Au/SPE 不会对大肠杆菌进行吸收，并且伴刀豆球蛋白会出现阻抗值低的情况。