提高輻照食品熱釋光檢測(cè)方法效率的技術(shù)分析

劉運(yùn)宏，邵憲章，曹 磊，吉艷琴，郭 文

（中國(guó)疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所，輻射防護(hù)與核應(yīng)急中國(guó)疾病預(yù)防控制中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100088）

提高輻照食品熱釋光檢測(cè)方法效率的技術(shù)分析

劉運(yùn)宏，邵憲章，曹 磊，吉艷琴，郭 文

（中國(guó)疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所，輻射防護(hù)與核應(yīng)急中國(guó)疾病預(yù)防控制中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100088）

提出一種提高輻照食品熱釋光檢測(cè)效率的改進(jìn)技術(shù)方法，先采用第1發(fā)光曲線篩分樣品，再利用發(fā)光強(qiáng)度比值對(duì)篩分后的6種待定樣品進(jìn)行鑒定。結(jié)果表明：改進(jìn)熱釋光方法具有100%檢測(cè)準(zhǔn)確率，而需進(jìn)行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測(cè)量的樣品僅為BS EN 1788—2001方法的33.3%，優(yōu)選篩分閾值后，這一比例還能進(jìn)一步降低。改進(jìn)后的輻射食品熱釋光檢測(cè)方法明顯提高了檢測(cè)效率，降低了檢測(cè)費(fèi)用，是一種可行方法。

輻照食品；熱釋光；檢測(cè)；改進(jìn)；效率

食品輻照是一種新型的食品加工和保藏技術(shù)，具有節(jié)能、高效、無(wú)化學(xué)殘留和保持食品良好風(fēng)味等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益廣泛。隨著輻照食品商業(yè)化的迅猛發(fā)展，人們對(duì)食品是否經(jīng)過(guò)輻照處理日益關(guān)注，進(jìn)出口貿(mào)易紛爭(zhēng)也日益突出[1-3]。因此，建立健全輻照食品檢測(cè)體系，對(duì)保障消費(fèi)者知情權(quán)、消除國(guó)際貿(mào)易技術(shù)壁壘和推動(dòng)輻照食品商業(yè)化有非常重要意義。

目前，輻照食品檢測(cè)方法主要有：熱釋光（thermalluminescence，TL）檢測(cè)法、光致發(fā)光檢測(cè)法、電子自旋共振法、高效液相色譜法、DNA裂解產(chǎn)物檢測(cè)法等10種方法[4-6]。其中，熱釋光檢測(cè)法適用于可分離出硅酸鹽礦物質(zhì)的食品，如新鮮蔬菜、水果、香辛料、干果、谷物、水產(chǎn)品等，是檢測(cè)樣品種類(lèi)最多、應(yīng)用范圍最為廣泛的檢測(cè)方法。

熱釋光檢測(cè)方法通常需要進(jìn)行兩次熱釋光測(cè)量和一次參比劑量輻照，單樣檢測(cè)時(shí)間為3～5 d，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、效率較低[7]。周洪杰等[8]研究發(fā)現(xiàn)，可以不用參比劑量輻照和第2次熱釋光測(cè)量，僅結(jié)合第1次熱釋光測(cè)量得到的峰值溫度、峰值以及發(fā)光強(qiáng)度等因素，就可直接判定茶葉是否經(jīng)過(guò)輻照，但周洪杰等[8]在文獻(xiàn)中沒(méi)有提出系統(tǒng)的篩分、確證方法，也未能將之推廣到除茶葉以外的其他輻照食品。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[7-24]，不僅茶葉，其他輻照食品的熱釋光曲線也具有兩個(gè)明顯特性：1）輻照食品的峰值溫度（曲線最高峰所對(duì)應(yīng)的溫度）一般小于250℃，未輻照食品的通常大于300℃；2）輻照食品的熱釋光發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未輻照食品的。本研究根據(jù)這兩個(gè)特性，提出了先采用峰值溫度和發(fā)光強(qiáng)度對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行篩分，再利用發(fā)光強(qiáng)度比值對(duì)篩分后待定樣品進(jìn)行判別的改進(jìn)技術(shù)方法，并對(duì)其檢測(cè)準(zhǔn)確率和效率進(jìn)行了初步驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

土豆、干香菇、蘋(píng)果、花椒、辣椒粉和山楂干6種食材，于北京某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)。其中干香菇、花椒、辣椒粉在購(gòu)買(mǎi)后分別采用1.0、3.0、7.0 kGy劑量輻照。輻照后，所有樣品在室溫環(huán)境下避光放置1星期，然后進(jìn)行熱釋光檢測(cè)。

62.5 %多鎢酸鈉溶液（將250 g多鎢酸鈉溶于150 mL水中） 德國(guó)Alfa Aesar公司；1mol/L鹽酸、1mol/L氨水、30% H2O2（分析純）、丙酮（分析純） 北京化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

TLO/SL-DA-20型全自動(dòng)熱釋光/光致發(fā)光測(cè)量?jī)x丹麥RISΦ國(guó)家實(shí)驗(yàn)室；LD4-2型離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠；AS3120B型超聲波清洗器 天津奧特賽恩斯儀器有限公司；DHG-9075A恒溫爐 上海一恒科技有限公司；AB204-S型天平 美國(guó)Mettler Toledo公司。

1.3 方法

1.3.1 礦物質(zhì)收集

取適量待檢樣品置于1 000 mL塑料燒杯中，加入去離子水至沒(méi)過(guò)樣品表面，用超聲波清洗器處理10 min，然后經(jīng)100目尼龍篩過(guò)濾。反復(fù)用去離子水強(qiáng)力沖洗濾渣，將濾液收集于1 000 mL塑料燒杯中，濾液靜置5～10 min，除去燒杯中上層的水和有機(jī)物。

1.3.2 礦物質(zhì)的重液分離

將燒杯中的沉淀物轉(zhuǎn)移到15 mL離心管中，加入5 mL多鎢酸鈉溶液，使用超聲波處理5～10 min，然后在離心機(jī)中以3 000 r/min離心2 min，之后用巴斯德移液槍將上清液小心地吸出。如果沉淀物中不僅含有礦物質(zhì)還有殘留的食品樣品（如花椒細(xì)末、絮狀香菇細(xì)末），可重復(fù)該離心過(guò)程。離心結(jié)束后，小心將多鎢酸鈉層吸出到廢液缸。

1.3.3 礦物質(zhì)純化

向離心管中加入1 mL鹽酸除去礦物質(zhì)中的碳酸鹽成分，超聲波處理3～5 min后，加入氨水中和至pH 7，然后傾倒出上清液。向離心管中加入1 mL氨水和2 mL H2O2，氧化沉淀物中的殘留有機(jī)物并去除礦物質(zhì)上所附著顏色（辣椒粉中的礦物質(zhì)附著紅色），靜置24 h后移除上清液。加入10 mL去離子水洗滌沉淀物2～3次，移除去離子水，用丙酮除去礦物質(zhì)表面的水2～3次。在丙酮環(huán)境下用巴斯德移液槍將礦物質(zhì)轉(zhuǎn)移至樣品盤(pán)，樣品盤(pán)在使用前已用丙酮清洗，并稱(chēng)量空盤(pán)質(zhì)量m0。將待測(cè)樣品盤(pán)在50 ℃恒溫箱中放置12 h。

1.3.4 熱釋光測(cè)量

1.3.4.1 第1發(fā)光曲線的測(cè)量

將樣品盤(pán)放入熱釋光測(cè)量?jī)x中，在通入氮?dú)猓ㄋ俾蕿? L/min）的條件下溫度由70 ℃升高到500 ℃，升溫速率6 ℃/s，測(cè)量樣品的熱釋光發(fā)光曲線。記錄發(fā)光曲線峰值溫度Tm。對(duì)溫度區(qū)間為150～250 ℃的發(fā)光曲線進(jìn)行積分，得到相應(yīng)的發(fā)光量G1。熱釋光測(cè)量結(jié)束后，稱(chēng)量樣品盤(pán)和礦物質(zhì)總質(zhì)量mT1，按式（1）、（2）計(jì)算得到礦物質(zhì)質(zhì)量m1和單位質(zhì)量發(fā)光量Gm1。

1.3.4.2 參比劑量輻照

將測(cè)量過(guò)的樣品放置到定制有機(jī)玻璃盒中進(jìn)行輻照，盒子前表面為5 mm厚的有機(jī)玻璃板，可滿足電子平衡條件。輻照裝置采用北京師范大學(xué)的60Co γ輻照源，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)輻照劑量為1.0 kGy，為保證輻照的準(zhǔn)確度和均勻性，樣品放置在劑量率為1 Gy/min處照射，照射耗時(shí)16.67 h。

1.3.4.3 第2發(fā)光曲線的測(cè)量

將輻照后的樣品在50 ℃恒溫箱中放置12 h，然后按照第1發(fā)光曲線的測(cè)量條件，測(cè)量參比劑量輻照后樣品的熱釋光發(fā)光曲線。對(duì)溫度區(qū)間為150～250 ℃的發(fā)光曲線進(jìn)行積分，得到相應(yīng)的發(fā)光量G2。熱釋光測(cè)量結(jié)束后，稱(chēng)量樣品盤(pán)和礦物質(zhì)的總質(zhì)量mT2，按式（3）、（4）計(jì)算出礦物質(zhì)質(zhì)量m2以及單位質(zhì)量發(fā)光量Gm2。

1.3.4.4 熱釋光發(fā)光量比的計(jì)算

熱釋光的發(fā)光量比f(wàn)和單位質(zhì)量發(fā)光量比f(wàn)m按式（5）、（6）計(jì)算。

1.3.5 輻照食品判定方法

1.3.5.1 BS EN 1788—2001[7]

參照國(guó)際通用的輻照食品熱釋光檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)BS EN 1788—2001《Foodstuffs - Thermoluminescence detection of irradiated food from which silicate minerals can be isolated》[7]判定方法為：若f≥0.1，則判定樣品經(jīng)過(guò)輻照；若f＜0.1，則判定樣品未經(jīng)過(guò)輻照。

1.3.5.2 改進(jìn)后的熱釋光檢測(cè)方法

改進(jìn)后的熱釋光檢測(cè)方法為：若tm≤250 ℃且Gm1≥較高的篩分閾值（higher threshold，HT），樣品可篩分為輻照食品；若tm≥300 ℃且Gm1≤較低的篩分閾值（lower threshold，LT），樣品可篩分為未輻照食品；其他情況篩分為待定樣品。對(duì)待定樣品，必須通過(guò)參比劑量輻照后測(cè)算得到的fm來(lái)判定，若fm≥0.1，則判定樣品經(jīng)過(guò)輻照；若fm＜0.1，則判定樣品未經(jīng)過(guò)輻照。

2 結(jié)果與分析

2.1 BS EN 1788—2001判定

6種食品樣品的熱釋光發(fā)光曲線如圖1所示。對(duì)上述各圖中溫度區(qū)間為150～250 ℃的發(fā)光曲線進(jìn)行積分，可以得到相應(yīng)的發(fā)光量G1和G2，并計(jì)算得到發(fā)光量比f(wàn)，結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，干香菇、花椒、辣椒粉的發(fā)光比f(wàn)均大于0.1，根據(jù)BS EN 1788—2001可判別為輻照食品，而土豆、蘋(píng)果、山楂干的發(fā)光量比f(wàn)明顯小于0.1，可判別為未輻照食品，這和實(shí)際情況完全一致，檢測(cè)準(zhǔn)確率為100%。

圖1 6種食品的熱釋光發(fā)光曲線Fig.1 TL glow curves of potato, dehydrated mushroom, apple, pepper, capsicum powder and dehydrated hawthorn

表1 BS EN 1788—2001方法的檢測(cè)結(jié)果Table 1 Results obtained by BS EN 1788—2001 method for the detection of irradiated food

2.2 利用改進(jìn)的熱釋光檢測(cè)方法判定

輻照樣品的發(fā)光曲線和未輻照樣品的存在著明顯區(qū)別：輻照樣品的峰值溫度一般小于250 ℃，未輻照樣品的峰值溫度則通常大于300 ℃，而且輻照樣品的熱釋光發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未輻照樣品的。根據(jù)這兩個(gè)熱釋光特性，提出了如1.3.5.2節(jié)所示的改進(jìn)熱釋光檢測(cè)方法。

因?yàn)橛械奈摧椪諛悠返姆逯禍囟鹊陀?50 ℃[24]，如果僅靠峰值溫度進(jìn)行篩分可能會(huì)造成誤判，為了保證篩分的準(zhǔn)確率，采用峰值溫度和熱釋光發(fā)光強(qiáng)度相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行篩分?？紤]到熱釋光發(fā)光強(qiáng)度和礦物質(zhì)質(zhì)量成正比，為了消除不同礦物質(zhì)質(zhì)量帶來(lái)的影響，采用單位質(zhì)量發(fā)光量來(lái)表征熱釋光發(fā)光強(qiáng)度。參照輻照食品的光致發(fā)光檢測(cè)法[25]，對(duì)單位質(zhì)量發(fā)光量設(shè)置了兩個(gè)篩分閾值，即HT和LT，閾值初步設(shè)定為HT=100 000 nC/mg，LT=10 000 nC/mg，兩者相差10倍。改進(jìn)熱釋光檢測(cè)方法的篩分結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 改進(jìn)熱釋光方法的檢測(cè)結(jié)果Table 2 Results obtained by the improved thermoluminescence method for the detection of irradiated food

由表2可知，花椒和辣椒粉第1發(fā)光曲線的峰值溫度均明顯小于250 ℃，單位質(zhì)量發(fā)光量Gm1大于高閾值100 000 nC/mg，可以篩分為輻照食品；蘋(píng)果和山楂干的峰值溫度均大于300 ℃，Gm1小于低閾值10 000 nC/mg，可以篩分為未輻照食品；土豆和干香菇的峰值溫度分別為275、264 ℃，不具備明顯的輻照食品或未輻照食品的峰值溫度特征，被篩分為待定樣品。對(duì)待定樣品進(jìn)行參比劑量輻照，測(cè)量其第2發(fā)光曲線并計(jì)算相應(yīng)的fm，見(jiàn)表2。由表2可知，土豆的fm為0.04，小于0.1，被判別為未輻照食品；而干香菇的fm為0.36，大于0.1，因此干香菇是輻照食品。檢測(cè)結(jié)果和實(shí)際情況完全一致，檢測(cè)準(zhǔn)確率也為100%。

綜上可知，利用第1發(fā)光曲線，從6種樣品中篩分出了4種樣品，篩分結(jié)果和實(shí)際情況完全一致；2種樣品被篩分為待定樣品，需要進(jìn)行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測(cè)量。和BS EN 1788—2001檢測(cè)方法相比，改進(jìn)熱釋光檢測(cè)方法不僅也能達(dá)到100%的檢測(cè)準(zhǔn)確率，其需要進(jìn)行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測(cè)量的樣品僅有2種，是BS EN 1788—2001方法的33.3%，檢測(cè)效率明顯提高，檢測(cè)費(fèi)用也相應(yīng)降低。

2.3 不同閾值對(duì)篩分結(jié)果的影響

利用第1發(fā)光曲線對(duì)食品樣品進(jìn)行篩分時(shí)，所采用的篩分閾值HT和LT對(duì)篩分結(jié)果有較大影響，如表3所示。表3中的篩分比例指的是已篩分樣品占總樣品的百分比。

表3 不同篩分閾值對(duì)篩分結(jié)果的影響Table 3 Influence of different screening thresholds on screening results

表3表明，采用不同閾值時(shí)，篩分比例可從33.3%變到83.3%，可見(jiàn)閾值對(duì)篩分比例的影響很大。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的6種食品樣品，當(dāng)LT取50 000 nC/mg，HT取500 000 nC/mg時(shí)，可以達(dá)到最大的篩分比例83.3%，此時(shí)需要進(jìn)行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測(cè)量的樣品僅占BS EN 1788—2001方法的16.7%。由此可知，優(yōu)選篩分閾值對(duì)提高檢測(cè)效率是非常重要的，這可以通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

雖然篩分比例受閾值的影響較大，但篩分結(jié)果都能和實(shí)際情況完全一致，這說(shuō)明采用峰值溫度和單位質(zhì)量發(fā)光量相結(jié)合的篩分方法是非常合理的，也表明改進(jìn)后的熱釋光檢測(cè)方法是可行的。

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，先利用第1發(fā)光曲線的峰值溫度和單位質(zhì)量發(fā)光量對(duì)樣品進(jìn)行篩分，再利用單位質(zhì)量發(fā)光量比對(duì)篩分后待定樣品進(jìn)行判別，這種改進(jìn)后的熱釋光檢測(cè)方法是合理、可行的。改進(jìn)后的檢測(cè)方法具有100%的檢測(cè)準(zhǔn)確率，需進(jìn)行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測(cè)量的樣品僅是原方法的33.3%，優(yōu)選篩分閾值后，這一比例還能進(jìn)一步降低，明顯提高了檢測(cè)效率，并相應(yīng)降低檢測(cè)費(fèi)用，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。

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Improved Thermoluminescence Method for the Detection of Irradiated Food

LIU Yun-hong, SHAO Xian-zhang, CAO Lei, JI Yan-qin, GUO Wen
(Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Contro l and Prevention, Beijing 100088, China)

An improved thermoluminescence method to detect irradiated food was proposed. Food samples were screened using the first glow curve, and six screened samples were further identified using thermoluminescence glow ratio. Results showed that the improved thermoluminescence method could achieve 100% detection accuracy, and the samples to be irradiated with reference dose and measured subsequently accounted for only 33.3% of those to be screened with BS EN 1788 method. Furthermore, this proportion can be further reduced if the high and low thresholds (HT and LT) of screening were optimized. The improved thermalluminescence method can significantly enhance the efficiency of detection and reduce the cost and thus is reasonable and feasible.

irradiated food; thermoluminescence; detection; improvement; efficiency

TS205；R155.5

A

1002-6630（2014）04-0186-04

10.7506/spkx1002-6630-201404038

2013-04-10

中國(guó)疾控中心輻射安全所青年科學(xué)研究所長(zhǎng)基金項(xiàng)目

劉運(yùn)宏（1982—），男，助理研究員，博士，主要從事輻射劑量學(xué)研究。E-mail：yhliu82@126.com