基于熒光光譜技術的食品檢測研究

摘 要：本文簡要介紹了熒光光譜技術的基本原理，并對其在食品檢測領域的應用進行了綜述，重點闡述了熒光光譜檢測方法在幾種常見食品污染物中的應用，包括農(nóng)藥殘留、重金屬污染、非法添加物等。通過對比傳統(tǒng)檢測方法，分析了熒光光譜技術的優(yōu)勢，如快速、靈敏、無損等。最后，展望了熒光光譜技術在食品檢測領域的發(fā)展前景，并提出了進一步研究的方向和建議，以期為保障食品安全提供有力的技術支撐。

關鍵詞：熒光光譜；食品安全；污染物檢測；農(nóng)藥殘留；重金屬

Abstract： In this paper， the basic principle of fluorescence spectroscopy is briefly introduced， and its application in the field of food detection is reviewed. The application of fluorescence spectroscopy detection methods in several common food pollutants， including pesticide residues， heavy metal pollution， illegal additives， etc. By comparing the traditional detection methods， the advantages of fluorescence spectroscopy， such as fast， sensitive and non-destructive， are analyzed. Finally， the development prospect of fluorescence spectroscopy in the field of food detection is prospected， and the direction and suggestions for further research are put forward in order to provide strong technical support for ensuring food safety.

Keywords： fluorescence spectrum; food safety; contaminants detection; pesticide residues; heavy metals

食品安全問題事關人們的身體健康和生命安全，是全社會共同關注的重大民生問題。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，食品安全問題日益突出，各類食品安全事件時有發(fā)生，嚴重危害人們的身體健康，損害食品行業(yè)的形象和公信力。加強食品安全監(jiān)管、保障食品安全已成為各國政府和相關機構的重要職責。科學、高效的食品檢測技術是食品安全監(jiān)管的重要手段和基礎。傳統(tǒng)的食品檢測方法包括色譜法、質(zhì)譜法等，雖然檢測精度高，但存在樣品前處理復雜、檢測周期長、損耗大等缺點，難以滿足快速檢測的需求。熒光光譜技術以其快速、靈敏、無損等特點，在食品檢測領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

1 熒光光譜技術簡介

1.1 熒光光譜技術的基本原理

熒光光譜技術是一種基于物質(zhì)的熒光特性進行定性和定量分析的光譜分析方法。當物質(zhì)分子吸收一定波長的光能后，會從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的分子會通過釋放光子的形式回到基態(tài)，這個過程稱為熒光發(fā)射。不同物質(zhì)的分子結構和電子能級結構不同，熒光發(fā)射光譜也各不相同，表現(xiàn)為熒光光譜的峰形、峰位、強度的差異。通過分析物質(zhì)的熒光光譜，可以獲得物質(zhì)的定性和定量信息。在定性分析中，通過比對未知物質(zhì)的熒光光譜與標準物質(zhì)的熒光光譜，可以確定未知物質(zhì)的化學組成；在定量分析中，根據(jù)熒光強度與物質(zhì)濃度之間的函數(shù)關系，可以建立熒光分析的工作曲線，實現(xiàn)物質(zhì)濃度的定量測定[1]。

1.2 熒光光譜技術在食品檢測領域的應用現(xiàn)狀

熒光光譜技術憑借其高靈敏度、快速性、無損檢測等優(yōu)勢，在食品檢測領域得到了廣泛的應用。例如，利用農(nóng)藥分子的熒光特性，建立了多種農(nóng)藥殘留的熒光檢測方法，實現(xiàn)了水果、蔬菜等食品中有機磷、氨基甲酸酯等農(nóng)藥的快速篩查和定量分析。重金屬離子與特異性熒光探針結合后，可產(chǎn)生熒光信號或熒光猝滅，據(jù)此可實現(xiàn)食品中汞、鉛、鎘等重金屬污染的靈敏檢測。此外，某些非法添加物（如蘇丹紅、嗎啉黃等）也可通過熒光光譜技術快速檢出。近年來，隨著熒光納米材料、生物熒光探針等新技術的發(fā)展，熒光光譜技術在食品檢測領域的應用不斷拓展，檢測靈敏度和特異性不斷提高[2]。

2 熒光光譜技術在食品常見污染物中的應用

2.1 農(nóng)藥殘留

農(nóng)藥殘留是食品安全檢測的重要內(nèi)容之一。許多農(nóng)藥分子（如有機磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯等）具有特征熒光，可直接進行定性和定量分析。例如，有機磷農(nóng)藥可被氧化成具有熒光特性的物質(zhì)，根據(jù)熒光強度可實現(xiàn)定量檢測；氨基甲酸酯類農(nóng)藥能與熒光試劑反應生成熒光衍生物，據(jù)此可建立靈敏的檢測方法。此外，還可利用農(nóng)藥分子對某些熒光物質(zhì)或納米材料熒光的猝滅效應，發(fā)展基于熒光猝滅機理的農(nóng)藥殘留檢測新方法。通過合理設計熒光傳感器，可實現(xiàn)農(nóng)藥殘留的選擇性檢測，大大降低食品基質(zhì)的干擾。盡管熒光光譜法在農(nóng)藥殘留檢測中取得了一定進展，但實際樣品中復雜的基質(zhì)效應仍是影響檢測準確性的重要因素，樣品前處理技術有待進一步優(yōu)化。此外，不同農(nóng)藥的熒光特性差異較大，多殘留同時檢測仍面臨挑戰(zhàn)。

2.2 重金屬污染

食品重金屬污染已成為全球重點關注的食品安全問題之一。鉛、汞、鎘等重金屬元素具有較強的毒性，可通過食物鏈富集并危害人體健康。

目前已開發(fā)出多種重金屬熒光探針和傳感器，它們大多利用重金屬離子與特定配體的配位作用，引起熒光信號的變化，據(jù)此實現(xiàn)對重金屬的高靈敏檢測。例如，一些有機小分子熒光探針可與汞離子形成配合物并發(fā)生熒光猝滅，據(jù)此可實現(xiàn)食品中痕量汞的檢測。納米材料（如量子點、金屬團簇等）也被用于構建重金屬熒光傳感器，表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度和選擇性。此外，基于核酸適體、熒光蛋白等生物分子的重金屬熒光傳感技術也逐漸受到關注。生物傳感元件與熒光信號報告分子相結合，可實現(xiàn)對重金屬離子的特異性識別和靈敏檢測。然而，食品基質(zhì)中共存離子、酸堿度、離子強度等都會對檢測結果的準確性產(chǎn)生影響，因此樣品前處理和傳感體系的優(yōu)化是重金屬熒光檢測中需要解決的關鍵問題[3]。

隨著熒光傳感技術的不斷發(fā)展，一些新型熒光探針和傳感器的出現(xiàn)有望進一步提高食品重金屬檢測的靈敏度和特異性，為食品安全監(jiān)測提供更加有力的技術保障。

2.3 非法添加物

非法添加物是指一些不允許使用的有害化合物被違規(guī)加入食品中，對消費者健康構成嚴重威脅。常見的非法添加物有蘇丹紅、嗎啉黃等，具有特征熒光，可通過熒光光譜技術快速檢測。

蘇丹紅是一種工業(yè)染料，可用于增加食品的色澤，但會導致肝臟損傷、誘發(fā)癌癥等。由于蘇丹紅分子共軛程度高，在特定激發(fā)光下會發(fā)出強烈熒光。因此，可利用其熒光特性建立簡便、快速的檢測方法。例如，可利用固相萃取富集樣品中的蘇丹紅，再通過熒光分光光度計測定其特征熒光強度，從而實現(xiàn)對蘇丹紅的定性定量分析。嗎啉黃是一種工業(yè)染料，常被非法添加到調(diào)味品中，如姜黃素等。嗎啉黃分子中含有熒光基團，可在特定波長激發(fā)下發(fā)射熒光，因此可建立基于熒光光譜的檢測方法。例如，可采用同步熒光掃描技術，選擇性地激發(fā)嗎啉黃分子產(chǎn)生特征熒光，從而在復雜食品體系中實現(xiàn)對嗎啉黃的痕量檢測[4]。

盡管熒光光譜檢測在食品非法添加物檢測中展現(xiàn)出良好的應用前景，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。食品基質(zhì)復雜，共存物質(zhì)可能會產(chǎn)生熒光干擾或猝滅，影響檢測靈敏度。此外，生產(chǎn)者可能采用一些結構相似的化合物摻入食品，而其熒光性質(zhì)與非法添加物相似，這給檢測的特異性帶來挑戰(zhàn)。因此，樣品前處理技術的優(yōu)化以及聯(lián)用技術的開發(fā)將是今后研究的重點。

2.4 其他污染物

除農(nóng)藥殘留、重金屬、非法添加物外，食品中還可能存在其他污染物，如毒素、獸藥殘留、致病微生物等，它們同樣會對人體健康產(chǎn)生不利影響。熒光光譜技術憑借其高靈敏度、快速性等特點，在這些污染物的檢測中也得到了一定的應用。①黃曲霉毒素是一類常見的真菌毒素，可污染谷物、堅果等食品，具有致癌、致畸作用。一些黃曲霉毒素分子（如黃曲霉毒素B1）具有特征熒光，可通過熒光光譜直接檢測。此外，還可利用熒光免疫分析技術，提高檢測的特異性和靈敏度。②獸藥殘留（如喹諾酮類、磺胺類等）也是食品安全監(jiān)管的重點對象。一些獸藥分子本身具有熒光，可直接用熒光光譜法檢測；部分獸藥雖無熒光，但可通過衍生化反應轉(zhuǎn)化為具有熒光的產(chǎn)物，再進行間接檢測。例如，可利用熒光衍生試劑與喹諾酮類藥物反應生成熒光產(chǎn)物，可實現(xiàn)對雞肉、魚肉等樣品中喹諾酮類獸藥的高靈敏檢測。③致病微生物是威脅食品安全的另一大隱患。熒光染料標記和熒光原位雜交等技術可用于食源性致病菌的檢測。例如，可利用特異性寡核苷酸探針與熒光染料偶聯(lián)，通過熒光信號檢測食品中沙門氏菌、李斯特菌等。

隨著熒光分析技術的進步，一些新的檢測策略有望進一步拓寬熒光法在食品污染物檢測中的應用，如基于量子點的免疫熒光分析、基于熒光PCR的分子檢測等。但是，實際樣品的復雜性、檢測標準的缺乏等仍是制約熒光法推廣應用的瓶頸，有待于食品安全檢測工作者的進一步攻關。

3 熒光光譜技術與傳統(tǒng)檢測方法的比較

3.1 檢測速度

與傳統(tǒng)的色譜法、質(zhì)譜法等檢測方法相比，熒光光譜技術具有明顯的速度優(yōu)勢。熒光測定通常只需幾秒到幾分鐘即可完成，樣品前處理也相對簡單，大大縮短了檢測時間。特別是一些便攜式熒光檢測裝置的出現(xiàn)，使得現(xiàn)場快速檢測成為可能。相比之下，色譜法和質(zhì)譜法通常需要較長的進樣、分離、檢測過程，檢測速度相對較慢。

3.2 檢測靈敏度

熒光光譜技術具有極高的靈敏度，可實現(xiàn)痕量污染物的檢測。熒光分析的檢出限通常可達到?g·kg-1甚至ng·kg-1級別，滿足食品安全檢測的要求。熒光信號的強度與待測物濃度呈正相關，且背景干擾較小，因而靈敏度高。相比之下，一些傳統(tǒng)方法（如紫外-可見分光光度法）的檢出限較高，難以滿足痕量分析的需求。當然，色譜法、質(zhì)譜法等也具有較高的靈敏度，但樣品前處理和儀器成本較高。

3.3 樣品損耗

熒光光譜技術是一種非破壞性的分析方法，測定過程中樣品通常不會被破壞。這不僅可以保證樣品的完整性，還可以實現(xiàn)樣品的重復使用，節(jié)約了分析成本。特別是近年來發(fā)展起來的表面增強拉曼光譜、熒光成像等技術，可實現(xiàn)食品樣品的原位、在線檢測，最大限度地減少了樣品損耗。相比之下，傳統(tǒng)的色譜法、質(zhì)譜法等通常需要對樣品進行提取、純化等前處理，造成一定的樣品損耗。

3.4 操作簡便性

與傳統(tǒng)的色譜法、質(zhì)譜法等相比，熒光光譜技術具有操作簡便的優(yōu)點。熒光測定通常不需要復雜的樣品前處理過程，樣品經(jīng)過簡單的溶解、過濾、稀釋等步驟即可進行測定。熒光光譜儀器操作也相對簡單，一般只需將樣品置于樣品池中，設定合適的激發(fā)和發(fā)射波長，即可自動完成測定并獲得結果。熒光分析的自動化程度較高，對操作人員的技術要求相對較低。相比之下，色譜法和質(zhì)譜法通常需要經(jīng)過復雜的樣品前處理和儀器調(diào)試過程，對操作人員的專業(yè)技能要求較高[5]。

4 熒光光譜技術在食品檢測領域的應用前景

熒光光譜技術具有靈敏度高、快速、操作簡便等優(yōu)勢，在食品安全檢測領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景，在食品安全監(jiān)測中發(fā)揮重要的作用。隨著熒光分析技術的不斷發(fā)展和完善，有望在以下幾個方面取得突破。①開發(fā)新型熒光探針和傳感器，提高檢測的選擇性和特異性。②建立基于熒光法的食品安全檢測標準和規(guī)程，推動其標準化應用。③發(fā)展便攜式熒光檢測設備，實現(xiàn)食品安全的現(xiàn)場快速篩查。④將熒光法與其他分析技術聯(lián)用，彌補單一技術的不足，實現(xiàn)食品污染物的準確定性定量分析。

5 結語

隨著科學技術的進步和食品安全形勢的日益嚴峻，發(fā)展快速、靈敏、無損的食品檢測技術已成為食品安全監(jiān)管領域的迫切需求。熒光光譜技術憑借其獨特的優(yōu)勢，在食品污染物檢測、食品摻假鑒別等方面展現(xiàn)出良好的應用前景。然而，熒光光譜技術在食品檢測領域的應用仍處于起步階段，在實際應用中還存在一些亟待解決的問題，如熒光基質(zhì)干擾、信號重現(xiàn)性等。未來，需要在優(yōu)化檢測方法、開發(fā)新型熒光探針、建立標準化操作規(guī)程等方面開展深入研究，充分發(fā)揮熒光光譜技術在食品檢測領域的應用潛力，為構建高效、可靠的食品安全檢測體系提供有力支撐，切實保障廣大人民群眾“舌尖上的安全”。

參考文獻

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作者簡介：黃鵬（1970—），男，山東泰安人，本科，工程師。研究方向：產(chǎn)品質(zhì)量工程。