基于熒光光譜檢測(cè)的食品安全探討

朱春紅

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活水平的要求也越來越高，人們的目光逐漸從住所房屋問題聚焦到食品上來。食品工業(yè)化程度的高速發(fā)展和日愈擴(kuò)大，近年來所發(fā)生的一系列食品安全問題，新的工藝技術(shù)及添加劑的廣泛使用，濫用各種食品添加劑引發(fā)的食品安全事件的報(bào)道層出不窮。食品安全不僅僅關(guān)系到國(guó)民的身體健康和生命安全，還影響著社會(huì)的穩(wěn)定和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，因此食品安全上升成為全社會(huì)所關(guān)注的重點(diǎn)問題，如何檢測(cè)成為全民探討的焦點(diǎn)。熒光檢測(cè)具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、定量精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，適用于復(fù)雜基質(zhì)中痕量化合物的檢測(cè)和分析，在食品安全檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：食品安全 熒光 光譜 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TS207.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5336（2015）02-0036-02

熒光檢測(cè)是一種自然的發(fā)光反應(yīng)，通過熒光素酶與 ATP進(jìn)行結(jié)合反應(yīng)，能夠檢測(cè)人體細(xì)胞、細(xì)菌、霉菌、食物殘?jiān)?，也可以檢測(cè)食品中所含的成分，能夠在15秒鐘內(nèi)得到反應(yīng)結(jié)果。所得到的熒光經(jīng)過專用設(shè)備來測(cè)量，再用數(shù)字形式予以表示，最終繪成光譜圖，可以得出所測(cè)物質(zhì)中的元素含量。

1 熒光光譜檢測(cè)的原理方法及分類

16世紀(jì)，西班牙科學(xué)家Nicholasmonnders觀察到，貯放在由菲律賓紫檀木制成的杯中的水會(huì)發(fā)出一種神奇而迷人的藍(lán)光。到17世紀(jì)，Boyle等其他科學(xué)家也觀察并記載了類似的發(fā)光現(xiàn)象。1864年，英國(guó)物理學(xué)家George Stokes首先提出發(fā)光現(xiàn)象作為一種分析方法，他在1852年發(fā)表的關(guān)于發(fā)光現(xiàn)象的基礎(chǔ)性論文以及隨后的一系列研究工作，奠定了至今還在使用的許多發(fā)光概念的基礎(chǔ)。1978年，T.C. OHavre在其論文里對(duì)發(fā)光現(xiàn)象及研究做了歷史考證和評(píng)述（王鎮(zhèn)浦等，1989）。發(fā)光光譜法作為最古老的分析方法之一，目前仍然得到極為廣泛的應(yīng)用。

我們現(xiàn)在經(jīng)常說的熒光檢測(cè)方法，是一種總稱，其中包含了熒光分光光度法、薄層色譜-熒光法、高效液相色譜-熒光法、原子熒光法等，而熒光光譜檢測(cè)法則是指的原子熒光光譜分析法。

熒光光譜檢測(cè)法的原理是非常科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。若我們要用熒光檢測(cè)法檢測(cè)一種物質(zhì)，使其受某種相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的入射光照射后，其相應(yīng)的原子會(huì)吸收光能由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，并且會(huì)馬上激發(fā)發(fā)出比入射光波的波長(zhǎng)還要長(zhǎng)的出射光（其波長(zhǎng)一般會(huì)在可見光波波段內(nèi)）。若是停止向其照射入射光，那么這個(gè)物體原子的發(fā)光現(xiàn)象也會(huì)立刻消失，而具備這樣性質(zhì)的出射光我們就可以稱之為熒光。

而物質(zhì)產(chǎn)生熒光的更深的原因，是因?yàn)樵谌肷涔庹丈涞侥承┨厥?、與入射光光波相對(duì)應(yīng)的某些原子時(shí)，入射光的能量讓該物質(zhì)的原子核四周環(huán)繞的某些電子從原本的能量軌道躍遷到高能量軌道，也就是電子從基態(tài)躍遷至第一激發(fā)單線態(tài)或第二激發(fā)單線態(tài)等。然而，不管是第一激發(fā)單線態(tài)還是第二激發(fā)單線態(tài)，這些激發(fā)態(tài)都是極其不穩(wěn)定的，所以這些電子會(huì)恢復(fù)到基態(tài)，當(dāng)電子從第一激發(fā)單線態(tài)恢復(fù)至基態(tài)的時(shí)候，電子的能量會(huì)用光的形式放出來，故原子即物體會(huì)產(chǎn)生熒光。

物理、化學(xué)家們認(rèn)為熒光光譜的信息可以包括三個(gè)方面，即熒光強(qiáng)度（fluorescence intensity），激發(fā)波長(zhǎng)（excitation wavelength，Ex）的熒光發(fā)射波長(zhǎng)（emission wavelength，Em）。熒光光譜包含的信息內(nèi)容特別多，而且其具有非常好的選擇性和特別高的反應(yīng)靈敏度。熒光光譜集中表現(xiàn)了物質(zhì)的熒光的強(qiáng)度隨著激發(fā)的波長(zhǎng)和發(fā)射的波長(zhǎng)的改變而改變，因此可以更加完整地表現(xiàn)出所測(cè)物質(zhì)的熒光信息。發(fā)生熒光現(xiàn)象的必須的兩個(gè)要求，一是這種物質(zhì)的分子必須具有可以吸收激發(fā)光波的結(jié)構(gòu)，一般是剛性、共軛雙鍵較強(qiáng)的平面和多環(huán)結(jié)構(gòu)；二是該物質(zhì)分子必須要具有一定程度的熒光效率，也就是一般所說的熒光物質(zhì)在吸光后所發(fā)射的熒光量子數(shù)與吸收的激發(fā)光的量子數(shù)的比值。在讓激發(fā)光波的波長(zhǎng)和強(qiáng)度維持不變的條件下，是所檢測(cè)熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光經(jīng)過發(fā)射單色器投到于熒光檢測(cè)器上馬上進(jìn)行掃描，讓熒光波長(zhǎng)為坐標(biāo)軸的橫坐標(biāo)，讓熒光強(qiáng)度為坐標(biāo)軸縱坐標(biāo)，這樣畫出的圖就是熒光光譜圖。我們讓不同波長(zhǎng)的發(fā)射光波激發(fā)檢測(cè)的物質(zhì)其發(fā)生熒光，再讓熒光以一定的發(fā)射波長(zhǎng)照射到檢測(cè)器上，最后以激發(fā)光波 長(zhǎng)為坐標(biāo)軸橫坐標(biāo)，讓熒光強(qiáng)度為坐標(biāo)軸縱坐標(biāo)所得出的圖，就是熒光激發(fā)光譜圖。

熒光光譜檢測(cè)技術(shù)中的分析方法大致可以分為定性分析、半定量分析和定量分析這三大種類。定性和半定量分析能夠檢測(cè)出元素周期表中百分之九十的元素，能夠檢測(cè)的濃度范圍也非常大（0.0001%～100%），而且對(duì)所檢測(cè)的物質(zhì)是非破壞性的，能夠快速檢測(cè)出未知樣品的組成成分和大致的含量。其定量分析的結(jié)果的精準(zhǔn)度已經(jīng)接近或達(dá)到化學(xué)分析的水平。

熒光光譜圖可以得到激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)以及其它變量改變時(shí)的所對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度狀態(tài)信息，可以比較完備地描述出被測(cè)物質(zhì)的熒光信息。所得出的熒光強(qiáng)度的數(shù)值線可以生成一個(gè)“指紋圖”，我們可以以其指紋譜的特征為依據(jù)，完成多組分混合物體系中比較復(fù)雜的定量和定性分析任務(wù)。例如我們以熒光光譜檢測(cè)法檢測(cè)食用油中是否含地溝油成分，因?yàn)槭秤糜秃偷販嫌椭卸加懈鞣N相同或不同的熒光成分，我們能夠從所測(cè)得的熒光光譜的等高線圖得到它們的熒光信息，從熒光峰的位置、高度等的比較分析能夠很快地檢測(cè)出食用油中是否摻雜了地溝油。

因此我們可以使用熒光光譜圖譜的不同進(jìn)行食品中有關(guān)成分和組成的鑒定與區(qū)分，為食品的鑒別提供了一種高效有用的方法。食用油和地溝油中均含有各種熒光成分，通過三維熒光光譜對(duì)食用油和地溝油的檢測(cè)，可以從三維熒光光譜的等角三維投影圖和等高線圖獲得它們的熒光信息，從熒光峰的位置、高度等進(jìn)行對(duì)比分析就可以快速檢測(cè)出食用油中是否摻雜了地溝油。

2 熒光光譜法的優(yōu)點(diǎn)好處

（1）分析速度高，快速得到結(jié)果。我們?cè)跍y(cè)定食品成分時(shí)與測(cè)定精密度有關(guān)，但測(cè)定時(shí)間一般都很短，2～5分鐘就可以測(cè)完樣品中的全部待測(cè)的元素。

（2）熒光光譜跟樣品的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)無關(guān)，而且跟食品的狀態(tài)及固體、粉末、液體、晶質(zhì)、非晶質(zhì)等物質(zhì)的狀態(tài)也基本上沒有關(guān)系。

因此我們可以使用熒光光譜分析法分析檢測(cè)各種狀態(tài)類型的食物。

（3）非破壞分析。在測(cè)定中不會(huì)引起化學(xué)狀態(tài)的改變，也不會(huì)出現(xiàn)試樣飛散現(xiàn)象。同一試樣可反復(fù)多次測(cè)量，結(jié)果重現(xiàn)性好。

故此使用熒光光譜檢測(cè)法檢測(cè)食品時(shí)不會(huì)破壞食品的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，也不會(huì)使食物流失營(yíng)養(yǎng)成分，因此用熒光光譜分析法檢測(cè)食品安全是一種非常健康安全的方法。

（4）熒光光譜分析法是一種物理分析方法，所以對(duì)在化學(xué)性質(zhì)上屬同一族的元素也能進(jìn)行分析。在紫外線照射下能直接發(fā)射熒光的化學(xué)元素并不很多，所以對(duì)一些元素進(jìn)行熒光分析時(shí)大部分采用間接測(cè)定法，這就是用有機(jī)試劑與被測(cè)定的元素組成絡(luò)合物。這些絡(luò)合物在紫外線照射下能發(fā)射出不同波長(zhǎng)的熒光素，然后由熒光強(qiáng)度測(cè)定出該元素的含量。由于有機(jī)熒光試劑的品種繁多，用熒光分析可測(cè)定的元素有六十多種。正因?yàn)檫@個(gè)原因，熒光光譜分析法可以檢測(cè)出食品中的絕大多數(shù)元素，對(duì)物質(zhì)中的元素都可以做出準(zhǔn)確判斷分析。

3 熒光光譜法在我國(guó)的食品安全方面應(yīng)用

我國(guó)食品安全的主要問題是商家在糧油、果蔬、禽蛋等諸多種類的食品的加工技術(shù)是否健康無害，食品中是否含有農(nóng)藥殘留、化學(xué)污染物、對(duì)人體有毒有害元素、致病菌類、生物毒素等。為了保障我國(guó)人民的食品安全，國(guó)家發(fā)行并實(shí)施了很多關(guān)于食品安全保障體系的重要措施：發(fā)行和實(shí)施了有關(guān)食品安全的法律和法規(guī)，發(fā)布了一系列有關(guān)食品安全的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使我國(guó)食品安全保障體系初步成立，而這個(gè)體系的技術(shù)支撐就是食品安全檢測(cè)技術(shù)和儀器。

而熒光光譜檢測(cè)法憑借其檢測(cè)快速無污染，選擇性超強(qiáng)，靈敏度高，適用于現(xiàn)場(chǎng)操作，可以避免費(fèi)時(shí)而又繁瑣的分離程序，能夠快速、精確、完整地描述出被測(cè)物質(zhì)的熒光信息的優(yōu)點(diǎn)成為我國(guó)食品安全保障目前所著重依靠的食品安全多組分物質(zhì)分析檢測(cè)手段之一。

現(xiàn)在我國(guó)食品安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的體系中，使用熒光光譜檢測(cè)法來檢驗(yàn)的的物質(zhì)有噻菌靈、伏馬毒素、金屬硒、腹瀉型貝類毒素、黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、抗壞血酸等，這些物質(zhì)所涉及的食品種類包含乳制品、茶葉、水質(zhì)、糧油、飼料、果蔬等。利用熒光光譜分析法，我國(guó)有關(guān)食品檢測(cè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)可以準(zhǔn)確檢測(cè)出嬰幼兒奶粉中的成分中是否有蛋白粉的添加、市場(chǎng)上的瓜果蔬菜是否還有農(nóng)藥殘留、食用油里是不是摻雜了有害人體健康的地溝油，而不久前我國(guó)有關(guān)食品衛(wèi)生安全部門使用熒光光譜檢測(cè)法檢測(cè)出某品牌牛奶中含有嚴(yán)重超標(biāo)的大腸桿菌就是一個(gè)使用熒光光譜檢測(cè)法的一個(gè)非常成功的例子。

4 熒光光譜法的缺點(diǎn)及在我國(guó)發(fā)展的局限性

雖然熒光光譜檢測(cè)法比其他食品檢測(cè)方法有許多優(yōu)點(diǎn)，但作為一種剛出現(xiàn)不久的檢測(cè)手段，其仍有一些等待完善、改正的缺點(diǎn)和不足。而在熒光光譜法的儀器問題方面尤其體現(xiàn)這種缺點(diǎn)和不足。

（1）關(guān)于非金屬和界于金屬和非金屬之間的元素很難做到精確檢測(cè)。在用基本參數(shù)法測(cè)試時(shí)，如果測(cè)試樣品里含有C、H、O等元素，會(huì)出現(xiàn)誤差。因?yàn)橹圃燹r(nóng)藥的物質(zhì)成分的元素多處于金屬與非金屬分界線之間，而熒光光譜檢測(cè)法在金屬與非金屬之間的元素難以做出精確測(cè)量，這直接導(dǎo)致了使用熒光光譜檢測(cè)法檢測(cè)蔬菜瓜果的農(nóng)藥殘留量的精準(zhǔn)度。

（2）不能作為仲裁分析方法，檢測(cè)結(jié)果不能作為國(guó)家認(rèn)證根據(jù)，不能區(qū)分元素價(jià)態(tài)。

因?yàn)闊晒夤庾V檢測(cè)法檢測(cè)中所改變的只是電子的狀態(tài)，由基態(tài)到激發(fā)態(tài)再到基態(tài)，并不能體現(xiàn)出其元素的價(jià)態(tài)，故也不能十分精準(zhǔn)地測(cè)出食品中所含物質(zhì)。

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線模型需求不時(shí)更新，在儀器發(fā)生變化或標(biāo)準(zhǔn)樣品發(fā)生變化時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線模型也要變化。由于使用儀器的不同，我們?cè)跈z測(cè)過后所得出的數(shù)據(jù)也不同，因此我們所做的標(biāo)準(zhǔn)曲線模型也不同。如此以來，如果對(duì)某一確定的物質(zhì)多次使用不同的儀器進(jìn)行分析測(cè)量后，所得的標(biāo)準(zhǔn)曲線模型不同，這對(duì)檢測(cè)結(jié)果的誤差分析帶來了大大的不便。

（4）我們從技術(shù)層面來看，不可否認(rèn)的是我國(guó)的熒光光譜檢測(cè)技術(shù)和國(guó)際的熒光光譜檢測(cè)技術(shù)仍然有著不小的差距。比如說我國(guó)自己研發(fā)的X 射線熒光光譜儀器，雖然其使用年限和精準(zhǔn)度都可以達(dá)到國(guó)際水平，然而卻因?yàn)槲覈?guó)自主研發(fā)能力比較薄弱，熒光光譜儀的重要部件，例如使用年限長(zhǎng)的X 射線管，分辨率高的檢測(cè)器，其所用的均為海外進(jìn)口部件，所以我國(guó)應(yīng)該在核心部件和重要技術(shù)的研發(fā)上加強(qiáng)科技創(chuàng)新，增強(qiáng)自主研發(fā)能力，研發(fā)出有著高效用、低成本的自主經(jīng)濟(jì)產(chǎn)權(quán)的新型設(shè)備。

（5）從熒光光譜檢測(cè)法的使用層面上來看， 我國(guó)無論是在食品質(zhì)量檢測(cè)、食品成分分析還是在轉(zhuǎn)基因食品的鑒定的過程中，熒光光譜檢測(cè)法的使用都將會(huì)越來越普遍，其發(fā)揮的作用也將會(huì)是越來越大的。然而國(guó)外的熒光光譜分析檢測(cè)設(shè)備大多都是幾十萬甚至上百萬，這樣使得我國(guó)國(guó)內(nèi)許多機(jī)構(gòu)根本沒辦法承受如此昂貴的儀器購買費(fèi)用，這在特別大的程度上限制了熒光光譜檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用與發(fā)展。

我們應(yīng)該在熒光光譜檢測(cè)分析技術(shù)的發(fā)展中采納使用自主創(chuàng)新與向國(guó)外借鑒相結(jié)合的方法，在制造的工藝上和硬件開發(fā)方面加大科學(xué)研究的投入力度，著眼于系統(tǒng)的集成創(chuàng)新與自我創(chuàng)新。充分有效地學(xué)習(xí)國(guó)際上的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，努力得到偉大研究成果；在成果轉(zhuǎn)化上，把已經(jīng)檢測(cè)的模型在實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)中推廣應(yīng)用，逐漸制定與完備高效實(shí)用的熒光光譜檢測(cè)法在不同食品領(lǐng)域的檢測(cè)與使用標(biāo)準(zhǔn)， 推動(dòng)我國(guó)熒光光譜檢測(cè)法與國(guó)際上的檢測(cè)法逐步接軌。

5 熒光光法在未來于食品檢測(cè)方面的發(fā)展方向

人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，相應(yīng)地，人們肯定會(huì)對(duì)食品檢測(cè)提出越來越高的要求，而這也會(huì)促使熒光光譜檢測(cè)法的改革和創(chuàng)新。

未來熒光光譜檢測(cè)法在食品檢測(cè)方面的發(fā)展會(huì)是：科學(xué)家們加速研究繪制出各種菌類的圖譜，研發(fā)出在線檢測(cè)食品安全的熒光光譜檢測(cè)軟件，提高光譜檢測(cè)的檢測(cè)效率，定量分析測(cè)定菌類的細(xì)胞特征與性能，改正熒光光譜檢測(cè)法在分子生物學(xué)領(lǐng)域方法的缺點(diǎn)，使光譜檢測(cè)的檢測(cè)程序更加簡(jiǎn)化，讓食品安全檢測(cè)的方法向著快速化、自動(dòng)化、特異性強(qiáng)、靈敏度高和簡(jiǎn)單好操作的方向發(fā)展。

6 結(jié)語

當(dāng)今時(shí)代是個(gè)科技飛速發(fā)展的時(shí)代，各種新生技術(shù)如雨后春筍蓬勃生長(zhǎng)，我們有理由相信，熒光光譜檢測(cè)法會(huì)不斷地改革、完善，中國(guó)在食品檢測(cè)方面將會(huì)不斷進(jìn)步。在不久的將來，我們一定可以看到熒光光譜檢測(cè)法在食品檢測(cè)方面更好的應(yīng)用。同時(shí)隨著各學(xué)科研究的不斷進(jìn)步，也會(huì)出現(xiàn)更加簡(jiǎn)單快速的病原微生物檢測(cè)方法和檢測(cè)體系，相信會(huì)有更多快速、簡(jiǎn)便、特異的檢測(cè)技術(shù)得到應(yīng)用，以滿足人們對(duì)食品的更高需求，為人類公共衛(wèi)生、營(yíng)養(yǎng)健康與疾病預(yù)防事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉周憶.基于熒光光譜檢測(cè)的食品安全研究——黃酒、酸性橙Ⅱ、檸檬黃的研究，2008-06-01.

[2]姜超.農(nóng)藥殘留的熒光光譜檢測(cè)技術(shù)研究.吉林大學(xué)，2006-11-01.

[3]陳國(guó)慶.熒光光譜技術(shù)在食品安全監(jiān)控中的應(yīng)用研究.江南大學(xué)，2010-11-01.

[4]黃奇峰.兩種乳品添加劑的熒光光譜檢測(cè)技術(shù)及機(jī)理研究.江南大學(xué)，2012-04-01.

[5]胡揚(yáng)俊.熒光光譜分析在幾種果汁飲品檢測(cè)中的應(yīng)用.江南大學(xué)，2014-12-01.