拉曼光譜分析技術(shù)在食品安全保障中的應(yīng)用及發(fā)展

姚子升

光在散射現(xiàn)象中有著這樣一種特別的效應(yīng)，類似于X射線的康普頓效應(yīng)。光的頻率會在散射發(fā)生的過程中產(chǎn)生變化。以激光為例，一定頻率的激光在照射到某物體表面時，此物體表面的分子會吸收激光的部分能量，這些分子還會進(jìn)行多種方式的振動，并且還會散射發(fā)出相對頻率較低的光。散射物質(zhì)的特性決定了散射光的頻率，不同原子團(tuán)在振動時的方式一致的，這就導(dǎo)致了散射光的特定頻率，這種光譜通常被稱之為“指紋光譜”，利用這一原理能夠?qū)?gòu)成物質(zhì)的基本分子進(jìn)行鑒別。拉曼光譜產(chǎn)生的原因主要是由于入射光子與分子相碰的時候，分子中的震動能量以及震動能量、光子能量之間會疊加累計，拉曼光譜能夠轉(zhuǎn)移紅外區(qū)之外的分子能譜到可見光區(qū)內(nèi)，再加以觀測，所以拉曼光譜是研究分子結(jié)構(gòu)的有力支持。

拉曼光譜技術(shù)原理

利用拉曼光譜效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者是印度的一名物理學(xué)家拉曼，他發(fā)現(xiàn)了光的拉曼散射效應(yīng)，并提出了分子振動光譜（基于拉曼散射效應(yīng)）。單色的光照射在物質(zhì)上時，入射光的光子能夠與分子之間發(fā)生相互作用，并能夠產(chǎn)生非彈性的散射與彈性散射。光子會因為彈性散射而改變其傳播方向，但光子的能量并不因此產(chǎn)生變化，總體的頻率也不會發(fā)聲改變，這種彈性散射便是瑞利散射；那么非彈性散射的能量會出現(xiàn)變化，光的波長位移也同時會改變，頻率也不會發(fā)生不變化，僅僅會有部分出現(xiàn)便宜，這一散射便是拉曼散射。光的能量降低時，波數(shù)的唯一也會變小，會出現(xiàn)斯托克斯線；能量的升高會伴隨著波數(shù)位移增大，出現(xiàn)反斯托克斯線。

它們會對稱的分布于瑞利散射線的兩旁，并且分別對應(yīng)得到或流失一個振動量子的能量。所以拉曼散射又被稱為斯托克斯散射，拉曼散射的譜線和入射光波長之間并無關(guān)系，樣品的振動轉(zhuǎn)動能級與其有關(guān)，所以可以通過拉曼光譜的研究得出相關(guān)分子的振動轉(zhuǎn)動信息。

拉曼光譜分析技術(shù)現(xiàn)狀

拉曼分析技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出了很多分支，“傅立葉變換拉曼光譜分析技術(shù)”、“顯微拉曼光譜分析技術(shù)”、“共振增強(qiáng)拉曼光譜分析技術(shù)”以及“表面增強(qiáng)拉曼光譜分析技術(shù)”等均是當(dāng)前主要的拉曼光譜分析技術(shù)。這類技術(shù)主要都是對光散射時的頻率進(jìn)行檢測，入射光子與分子相碰的時候，分子中的震動能量以及震動能量、光子能量之間會疊加累計，拉曼光譜能夠轉(zhuǎn)移紅外區(qū)之外的分子能譜到可見光區(qū)內(nèi)，加以觀測便能夠得知被測物質(zhì)的分子情況。

拉曼光譜分析技術(shù)在食品成分檢測中的應(yīng)用

我們?nèi)粘Ｊ秤玫氖称吠ǔＪ且运⒌鞍踪|(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物以及各種微量元素為主要構(gòu)成成分的。通常來說，對蛋白質(zhì)的分析采用X射線衍射法、分光光度法、高效液相色譜法等方式方法進(jìn)行。這類分析方法都具有操作步驟復(fù)雜、繁瑣的特性，并且對樣品的保護(hù)不足。利用拉曼光譜技術(shù)能夠克服這類問題，還能夠?qū)Ρ粶y物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵等變化進(jìn)行定性分析，同時還能夠?qū)κ称分械哪吵煞趾慷繖z測。后面分別以蛋白質(zhì)與脂質(zhì)舉例分析拉曼光譜分析技術(shù)的應(yīng)用。

蛋白質(zhì)的檢測

大部分的食品中均含有蛋白質(zhì)這種常見物質(zhì)，蛋白石是食品的質(zhì)量、營養(yǎng)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。人體對蛋白質(zhì)的需求在于能量與氨基酸的需求，不同食品中蛋白質(zhì)具有多種結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能對人們的人體吸收都有著不同作用，對蛋白質(zhì)的深度檢測能夠促進(jìn)食品安全、食品品質(zhì)的升級。

蛋白質(zhì)的拉曼譜圖其特征峰位置以及譜峰強(qiáng)度、面積都能夠反映出蛋白質(zhì)分子的振動信息、化學(xué)鍵的變化以及化學(xué)組成結(jié)構(gòu)等，蛋白質(zhì)分子的側(cè)鏈微環(huán)境所顯現(xiàn)的化學(xué)信息以及理化條件（pH、溫度等）也能夠通過拉曼譜圖檢測出來。

脂質(zhì)的檢測

油脂是人體攝入需求的重要物質(zhì)，傳統(tǒng)的氣相色譜法以及常規(guī)化學(xué)方法，一般是通過順反異構(gòu)體和飽和程度對脂肪酸進(jìn)行量化。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了很多現(xiàn)代檢測分析油脂類的方式方法，比如X-射線和差示掃描量熱法等能夠得出甘油三酯、甘油二酯的相關(guān)信息。利用激光拉曼測定食品中食用油的順式、反式異構(gòu)體早在1972年就已經(jīng)能夠做到，順式和反式異構(gòu)體的波數(shù)分別為1656cm-1與1670cm-1。C=C的伸縮鍵對C-H的鍵之間散射強(qiáng)度比，能夠?qū)Ω视腿约坝坞x植物油的碘值之間的正相關(guān)提供證明。

總結(jié)與展望

至今為止，拉曼光譜分析技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了80余年，表面增強(qiáng)拉曼光譜以及激光拉曼光譜技術(shù)面世之后，拉曼光譜在分析分子結(jié)構(gòu)這一方面的應(yīng)用也日趨成熟。這一技術(shù)不僅能夠為科研及食品衛(wèi)生檢測提供更可靠的數(shù)據(jù)，對結(jié)構(gòu)的分析，食品加工條件的優(yōu)化也做出了很大貢獻(xiàn)。隨著技術(shù)發(fā)展、儀器設(shè)備的升級，食品中所存在的微量有害于人體的物質(zhì)均能夠被檢測出來。比如果蔬等農(nóng)作物中的農(nóng)藥殘留、肉類產(chǎn)品的質(zhì)量問題、產(chǎn)品變質(zhì)情況等進(jìn)行鑒定，除此以外，這一技術(shù)還能夠在食品的加工線中，對食品加工的各環(huán)節(jié)進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)控。對拉曼光譜分析技術(shù)的進(jìn)一步研究能夠發(fā)揮更大的效能，拉曼光譜技術(shù)將會對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)。