指紋圖譜技術(shù)在食品品質(zhì)安全檢測中的應(yīng)用探索

摘 要：隨著人們對食品品質(zhì)安全關(guān)注度的不斷提高，高效、準(zhǔn)確的檢測技術(shù)成為保障食品安全的關(guān)鍵。指紋圖譜技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，能全面、特征性反映食品的化學(xué)組成信息，在食品品質(zhì)安全檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。本文探討指紋圖譜技術(shù)的原理、特點(diǎn)及其在食品品質(zhì)安全檢測中的應(yīng)用，分析其應(yīng)用過程中面臨的挑戰(zhàn)，并對未來發(fā)展方向進(jìn)行展望，旨在為提升食品品質(zhì)安全檢測水平提供理論支持和技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：指紋圖譜技術(shù)；食品品質(zhì)安全；檢測應(yīng)用；發(fā)展趨勢

Exploration of the Application of Fingerprint Technology in Food Quality and Safety Inspection

ZHANG Qianyao， XU Xin*

（Inspection and Testing Center of Tonglu， Hangzhou 311500， China）

Abstract： With the continuous increase in people’s attention to food quality and safety， efficient and accurate detection technology has become the key to ensuring food safety. Fingerprint technology， with its unique advantages， can comprehensively and uniquely reflect the chemical composition information of food， demonstrating great potential for application in the field of food quality and safety testing. This article explores the principles， characteristics， and applications of fingerprint technology in food quality and safety testing， analyzes the challenges faced in its application process， and looks forward to future development directions， aiming to provide theoretical support and technical references for improving the level of food quality and safety testing.

Keywords： fingerprint technology; food quality and safety; detection application; development trends

食品品質(zhì)安全直接關(guān)系人們的身體健康和生活質(zhì)量，近年來，食品安全事件頻發(fā)，使得食品品質(zhì)安全檢測成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的食品檢測方法只能針對單一或少數(shù)幾種成分進(jìn)行檢測，難以全面、準(zhǔn)確地評估食品的品質(zhì)和安全性。指紋圖譜技術(shù)作為一種新興的分析技術(shù)，能獲取食品中多種化學(xué)成分的綜合信息，如同人的指紋一樣具有唯一性和特征性，為食品品質(zhì)安全檢測提供一種全新的思路和方法。

1 指紋圖譜技術(shù)概述

1.1 指紋圖譜技術(shù)的原理

指紋圖譜技術(shù)是一種利用現(xiàn)代分析儀器，如色譜、光譜、質(zhì)譜等，對食品中的化學(xué)成分進(jìn)行全面分析，從而獲得反映食品整體化學(xué)特征的圖譜的技術(shù)。不同的食品由于其原料來源、生產(chǎn)工藝、儲存條件等因素的不同，其所含的化學(xué)成分及相對含量也存在差異，這些差異會在指紋圖譜中以不同的峰形、峰位、峰面積等形式表現(xiàn)出來。在色譜指紋圖譜中，不同的化學(xué)成分在固定相和流動相之間的分配系數(shù)不同，從而在色譜柱中實(shí)現(xiàn)分離，并在檢測器上產(chǎn)生不同的響應(yīng)信號，形成具有特征性的色譜峰。對這些色譜峰的分析和比對，就可對食品的品質(zhì)和安全性進(jìn)行評估[1]。

1.2 指紋圖譜技術(shù)的特點(diǎn)

1.2.1 整體性

指紋圖譜技術(shù)能同時反映食品中多種化學(xué)成分的信息，包括主要成分、次要成分以及微量成分，全面展示食品的化學(xué)組成特征。相較于只能檢測某一種或幾種特定成分的傳統(tǒng)檢測技術(shù)，這種整體性使得指紋圖譜能夠更真實(shí)地反映食品的內(nèi)在品質(zhì)和安全性。

1.2.2 特征性

每一種食品都有其獨(dú)特的指紋圖譜，就像人的指紋一樣具有唯一性。指紋圖譜中的峰形、峰位、峰面積等特征信息與食品的原料、產(chǎn)地、加工工藝等密切相關(guān)，對這些特征信息進(jìn)行分析，有助于對食品進(jìn)行準(zhǔn)確的鑒別和分類。例如，不同產(chǎn)地的茶葉，由于土壤、氣候等環(huán)境因素的差異，其化學(xué)成分會有所不同，從而在指紋圖譜上呈現(xiàn)出明顯的差異[2]。

1.2.3 穩(wěn)定性

在一定的條件下，食品的指紋圖譜具有較好的穩(wěn)定性。只要食品的原料、生產(chǎn)工藝等條件保持相對穩(wěn)定，其指紋圖譜的特征也會相對穩(wěn)定，使得指紋圖譜技術(shù)用于食品質(zhì)量的長期監(jiān)控和追溯，確保食品在生產(chǎn)、加工、儲存和銷售等各個環(huán)節(jié)的品質(zhì)和安全性。

1.2.4 通用性

指紋圖譜技術(shù)可應(yīng)用于多種類型的食品檢測，包括農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品、加工食品等。同時，也可與其他檢測技術(shù)相結(jié)合，如與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合，可進(jìn)一步提高對食品中微生物、轉(zhuǎn)基因成分等的檢測能力[3]。

2 指紋圖譜技術(shù)在食品品質(zhì)安全檢測中的應(yīng)用

2.1 食品真?zhèn)舞b別

在原料真?zhèn)舞b別方面，可以利用指紋圖譜技術(shù)，對比食品原料的指紋圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜，判斷原料的真?zhèn)?。以橄欖油為例，純正的橄欖油具有特定的脂肪酸組成和揮發(fā)性成分，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技術(shù)獲得的指紋圖譜，可清晰顯示這些特征。如果橄欖油中摻入其他植物油，如大豆油、玉米油等，其指紋圖譜就會發(fā)生明顯變化，與標(biāo)準(zhǔn)圖譜的比對，就可準(zhǔn)確鑒別出橄欖油的真?zhèn)?。在產(chǎn)地溯源方面，不同產(chǎn)地的食品由于地理環(huán)境、氣候條件等因素的影響，其化學(xué)成分存在差異，指紋圖譜也會有所不同。利用指紋圖譜技術(shù)，對食品的產(chǎn)地進(jìn)行溯源。對于葡萄酒，不同產(chǎn)區(qū)的葡萄在生長過程中吸收的養(yǎng)分和受到的環(huán)境影響不同，導(dǎo)致葡萄酒中的風(fēng)味物質(zhì)、礦物質(zhì)等成分有所差異。利用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）指紋圖譜技術(shù)，分析葡萄酒中的多種化學(xué)成分，建立不同產(chǎn)區(qū)葡萄酒的指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，從而實(shí)現(xiàn)對葡萄酒產(chǎn)地的準(zhǔn)確溯源[4]。

2.2 食品品質(zhì)評價

對于品質(zhì)分級，指紋圖譜技術(shù)可根據(jù)食品中化學(xué)成分的差異，對食品進(jìn)行品質(zhì)分級。在茶葉品質(zhì)評價中，利用高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）指紋圖譜技術(shù)分析茶葉中的茶多酚、咖啡堿、氨基酸等成分的含量和比例。優(yōu)質(zhì)茶葉的指紋圖譜具有特定的峰形和峰面積比例，根據(jù)這些特征可以將茶葉分為不同的等級，為茶葉的市場定價和質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)。同時，指紋圖譜技術(shù)還可以用于檢測新鮮度。隨著食品儲存時間的延長，其化學(xué)成分會發(fā)生變化，指紋圖譜也會相應(yīng)改變。指紋圖譜技術(shù)通過監(jiān)測這些變化，評估食品的新鮮度。例如，對于肉類食品，在儲存過程中，蛋白質(zhì)會分解產(chǎn)生揮發(fā)性胺類物質(zhì)，脂肪會氧化產(chǎn)生醛、酮等化合物。通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Headspace Solid-Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry，HS-SPME-GC-MS）技術(shù)獲得的指紋圖譜，可清晰反映這些成分的變化，從而判斷肉類食品的新鮮度[5]。

2.3 食品中有害物質(zhì)檢測

指紋圖譜技術(shù)在食品安全檢測中發(fā)揮著重要作用。①指紋圖譜技術(shù)可用于檢測食品中的農(nóng)藥殘留。采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（Ultra Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry，UPLC-MS/MS）指紋圖譜技術(shù)，能同時分析蔬菜中多種有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯等農(nóng)藥的殘留量，與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對，可準(zhǔn)確定性和定量分析，確保食品安全。②利用指紋圖譜技術(shù)，分析食品中重金屬與特定試劑反應(yīng)后產(chǎn)生的特征光譜或色譜信號，檢測重金屬的含量。如利用原子吸收光譜（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）指紋圖譜技術(shù)，通過測量特定波長下重金屬的特征吸收峰強(qiáng)度，可定量分析鉛、鎘、汞等重金屬含量。③指紋圖譜技術(shù)還能檢測食品中的微生物污染。采用紅外光譜（Infrared Spectroscopy，IR）指紋圖譜技術(shù)，可快速檢測大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等常見致病菌。不同微生物在紅外光譜上呈現(xiàn)不同的指紋圖譜特征，與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對，可準(zhǔn)確鑒別和檢測微生物污染，保障食品安全。

3 指紋圖譜技術(shù)在食品品質(zhì)安全檢測應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善

目前，指紋圖譜技術(shù)在食品品質(zhì)安全檢測領(lǐng)域的應(yīng)用還缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。不同實(shí)驗(yàn)室采用的分析方法、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)處理方法等可能存在差異，導(dǎo)致指紋圖譜的重復(fù)性和可比性較差，給指紋圖譜技術(shù)的推廣應(yīng)用和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來一定的困難。

3.2 數(shù)據(jù)處理復(fù)雜

指紋圖譜技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，包含大量的信息。如何從這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取出有效的特征信息，并進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和解讀，是指紋圖譜技術(shù)應(yīng)用中的一個關(guān)鍵問題。目前，雖然有多種數(shù)據(jù)處理方法和軟件可供選擇，但對于一些復(fù)雜的食品體系，數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和效率仍有待提高。

3.3 檢測成本較高

指紋圖譜技術(shù)通常需要使用先進(jìn)的分析儀器，如色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、核磁共振波譜儀等，這些儀器設(shè)備價格昂貴，維護(hù)成本高。同時，指紋圖譜技術(shù)的檢測過程相對復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作和分析，也增加了檢測成本。較高的檢測成本限制了指紋圖譜技術(shù)在一些小型食品企業(yè)和基層檢測機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用。

4 指紋圖譜技術(shù)在食品品質(zhì)安全檢測中的發(fā)展方向

4.1 建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

相關(guān)部門和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)合作，制定統(tǒng)一的樣品前處理規(guī)范，明確針對不同類型食品的最佳提取方法和凈化步驟。同時，統(tǒng)一儀器操作條件，規(guī)定各類分析儀器的關(guān)鍵參數(shù)范圍，確保實(shí)驗(yàn)條件的一致性。此外，建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)采集和處理方法也至關(guān)重要。要制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集頻率、積分參數(shù)等，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。通過建立權(quán)威的食品指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，將各類食品的標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜進(jìn)行整合，為食品品質(zhì)安全檢測提供可靠的比對依據(jù)，使檢測結(jié)果更具權(quán)威性和可信度。

4.2 發(fā)展智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù)

隨著指紋圖譜技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈爆發(fā)式增長。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法已難以滿足現(xiàn)實(shí)需求，發(fā)展智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù)迫在眉睫。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)為此提供了新的解決方案。利用深度學(xué)習(xí)算法，可對大量的食品指紋圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型，讓計(jì)算機(jī)自動識別指紋圖譜中的特征信息，如峰的位置、強(qiáng)度和形狀等。經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練后，模型能準(zhǔn)確判斷食品的真?zhèn)?、進(jìn)行品質(zhì)分級以及有害物質(zhì)的檢測。在食品真?zhèn)舞b別中，模型可快速比對未知樣品的指紋圖譜與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)圖譜，給出準(zhǔn)確的判斷結(jié)果。而且，智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù)還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，發(fā)現(xiàn)潛在的關(guān)聯(lián)和規(guī)律。分析不同食品成分之間的相互關(guān)系，以及這些關(guān)系與食品品質(zhì)和安全性的聯(lián)系，為食品質(zhì)量控制和安全監(jiān)管提供更深入的見解。

4.3 降低檢測成本

高昂的檢測成本是限制指紋圖譜技術(shù)廣泛應(yīng)用的重要因素之一，為降低成本，科研人員應(yīng)致力于研發(fā)更加簡便、高效且低成本的指紋圖譜技術(shù)和儀器設(shè)備。開發(fā)便攜式的指紋圖譜檢測設(shè)備，采用微流控芯片等技術(shù)，使設(shè)備體積小、重量輕，便于攜帶和操作。這種便攜式設(shè)備可在基層檢測機(jī)構(gòu)、食品生產(chǎn)現(xiàn)場甚至市場監(jiān)管一線使用，有效提高檢測的便利性。同時，優(yōu)化檢測流程，減少不必要的樣品前處理步驟，采用更經(jīng)濟(jì)的試劑和耗材，降低試劑消耗成本。此外，加強(qiáng)培訓(xùn)和技術(shù)推廣，提高檢測人員的操作技能和效率，減少人力成本的浪費(fèi)。

5 結(jié)語

指紋圖譜技術(shù)作為一種先進(jìn)的食品品質(zhì)安全檢測技術(shù)，具有整體性、特征性、穩(wěn)定性和通用性等優(yōu)點(diǎn)，在食品真?zhèn)舞b別、品質(zhì)評價、有害物質(zhì)檢測等方面發(fā)揮著重要作用。然而，目前指紋圖譜技術(shù)在應(yīng)用中還面臨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜、檢測成本較高等挑戰(zhàn)。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，通過建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)展智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù)和降低檢測成本等措施，指紋圖譜技術(shù)將在食品品質(zhì)安全檢測領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，為保障食品安全提供更加有力的技術(shù)支撐。

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作者簡介：張倩瑤（1987—），女，河北贊皇人，碩士，高級工程師。研究方向：食品質(zhì)量控制。

通信作者：許鑫（1989—），男，安徽阜陽人，碩士，工程師。研究方向：食品質(zhì)量控制。E-mail： xuxinzju@126.com。