基于熒光光譜檢測的食品安全探討

　　摘要：隨著社會經濟的發展，人們對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。食品工業化程度的高速發展和日愈擴大，近年來所發生的一系列食品安全問題，新的工藝技術及添加劑的廣泛使用，濫用各種食品添加劑引發的食品安全事件的報道層出不窮。食品安全不僅僅關系到國民的身體健康和生命安全，還影響著社會的穩定和長遠發展，因此食品安全上升成為全社會所關注的重點問題，如何檢測成為全民探討的焦點。熒光檢測具有靈敏度高、選擇性強、定量精準等優點，適用于復雜基質中痕量化合物的檢測和分析，在食品安全檢驗標準中獲得了廣泛的應用。 
　　熒光檢測是一種自然的發光反應，通過熒光素酶與 ATP進行結合反應，能夠檢測人體細胞、細菌、霉菌、食物殘渣，也可以檢測食品中所含的成分，能夠在15秒鐘內得到反應結果。所得到的熒光經過專用設備來測量，再用數字形式予以表示，最終繪成光譜圖，可以得出所測物質中的元素含量。 
　　1 熒光光譜檢測的原理方法及分類 
　　16世紀，西班牙科學家Nicholasmonnders觀察到，貯放在由菲律賓紫檀木制成的杯中的水會發出一種神奇而迷人的藍光。到17世紀，Boyle等其他科學家也觀察并記載了類似的發光現象。1864年，英國物理學家George Stokes首先提出發光現象作為一種分析方法，他在1852年發表的關于發光現象的基礎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光概念的基礎。1978年，T.C. O’Havre在其論文里對發光現象及研究做了歷史考證和評述（王鎮浦等，1989）。發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用。 
　　我們現在經常說的熒光檢測方法，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，而熒光光譜檢測法則是指的原子熒光光譜分析法。 
　　熒光光譜檢測法的原理是非常科學嚴謹的。若我們要用熒光檢測法檢測一種物質，使其受某種相對應的波長的入射光照射后，其相應的原子會吸收光能由基態變為激發態，并且會馬上激發發出比入射光波的波長還要長的出射光（其波長一般會在可見光波波段內）。若是停止向其照射入射光，那么這個物體原子的發光現象也會立刻消失，而具備這樣性質的出射光我們就可以稱之為熒光。 
　　而物質產生熒光的更深的原因，是因為在入射光照射到某些特殊、與入射光光波相對應的某些原子時，入射光的能量讓該物質的原子核四周環繞的某些電子從原本的能量軌道躍遷到高能量軌道，也就是電子從基態躍遷至第一激發單線態或第二激發單線態等。然而，不管是第一激發單線態還是第二激發單線態，這些激發態都是極其不穩定的，所以這些電子會恢復到基態，當電子從第一激發單線態恢復至基態的時候，電子的能量會用光的形式放出來，故原子即物體會產生熒光。 
　　物理、化學家們認為熒光光譜的信息可以包括三個方面，即熒光強度（fluorescence intensity），激發波長（excitation wavelength，Ex）的熒光發射波長（emission wavelength，Em）。熒光光譜包含的信息內容特別多，而且其具有非常好的選擇性和特別高的反應靈敏度。熒光光譜集中表現了物質的熒光的強度隨著激發的波長和發射的波長的改變而改變，因此可以更加完整地表現出所測物質的熒光信息。發生熒光現象的必須的兩個要求，一是這種物質的分子必須具有可以吸收激發光波的結構，一般是剛性、共軛雙鍵較強的平面和多環結構；二是該物質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在吸光后所發射的熒光量子數與吸收的激發光的量子數的比值。在讓激發光波的波長和強度維持不變的條件下，是所檢測熒光物質發出的熒光經過發射單色器投到于熒光檢測器上馬上進行掃描，讓熒光波長為坐標軸的橫坐標，讓熒光強度為坐標軸縱坐標，這樣畫出的圖就是熒光光譜圖。我們讓不同波長的發射光波激發檢測的物質其發生熒光，再讓熒光以一定的發射波長照射到檢測器上，最后以激發光波 長為坐標軸橫坐標，讓熒光強度為坐標軸縱坐標所得出的圖，就是熒光激發光譜圖。 
　　熒光光譜檢測技術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出元素周期表中百分之九十的元素，能夠檢測的濃度范圍也非常大（0.0001%～100%），而且對所檢測的物質是非破壞性的，能夠快速檢測出未知樣品的組成成分和大致的含量。其定量分析的結果的精準度已經接近或達到化學分析的水平。 
　　熒光光譜圖可以得到激發波長和發射波長以及其它變量改變時的所對應的熒光強度狀態信息，可以比較完備地描述出被測物質的熒光信息。所得出的熒光強度的數值線可以生成一個“指紋圖”，我們可以以其指紋譜的特征為依據，完成多組分混合物體系中比較復雜的定量和定性分析任務。例如我們以熒光光譜檢測法檢測食用油中是否含地溝油成分，因為食用油和地溝油中都有各種相同或不同的熒光成分，我們能夠從所測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行食品中有關成分和組成的鑒定與區分，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食用油和地溝油的檢測，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、高度等進行對比分析就可以快速檢測出食用油中是否摻雜了地溝油。 
　　2 熒光光譜法的優點好處 
　　（1）分析速度高，快速得到結果。我們在測定食品成分時與測定精密度有關，但測定時間一般都很短，2～5分鐘就可以測完樣品中的全部待測的元素。 　　（2）熒光光譜跟樣品的化學結合狀態無關，而且跟食品的狀態及固體、粉末、液體、晶質、非晶質等物質的狀態也基本上沒有關系。 
　　因此我們可以使用熒光光譜分析法分析檢測各種狀態類型的食物。 
　　（3）非破壞分析。在測定中不會引起化學狀態的改變，也不會出現試樣飛散現象。同一試樣可反復多次測量，結果重現性好。 
　　故此使用熒光光譜檢測法檢測食品時不會破壞食品的內部分子結構，也不會使食物流失營養成分，因此用熒光光譜分析法檢測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，所以對在化學性質上屬同一族的元素也能進行分析。在紫外線照射下能直接發射熒光的化學元素并不很多，所以對一些元素進行熒光分析時大部分采用間接測定法，這就是用有機試劑與被測定的元素組成絡合物。這些絡合物在紫外線照射下能發射出不同波長的熒光素，然后由熒光強度測定出該元素的含量。由于有機熒光試劑的品種繁多，用熒光分析可測定的元素有六十多種。正因為這個原因，熒光光譜分析法可以檢測出食品中的絕大多數元素，對物質中的元素都可以做出準確判斷分析。 
　　3 熒光光譜法在我國的食品安全方面應用 
　　我國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是否健康無害，食品中是否含有農藥殘留、化學污染物、對人體有毒有害元素、致病菌類、生物毒素等。為了保障我國人民的食品安全，國家發行并實施了很多關于食品安全保障體系的重要措施：發行和實施了有關食品安全的法律和法規，發布了一系列有關食品安全的國家標準和行業標準，使我國食品安全保障體系初步成立，而這個體系的技術支撐就是食品安全檢測技術和儀器。 
　　而熒光光譜檢測法憑借其檢測快速無污染，選擇性超強，靈敏度高，適用于現場操作，可以避免費時而又繁瑣的分離程序，能夠快速、精確、完整地描述出被測物質的熒光信息的優點成為我國食品安全保障目前所著重依靠的食品安全多組分物質分析檢測手段之一。 
　　現在我國食品安全檢測標準的體系中，使用熒光光譜檢測法來檢驗的的物質有噻菌靈、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，這些物質所涉及的食品種類包含乳制品、茶葉、水質、糧油、飼料、果蔬等。利用熒光光譜分析法，我國有關食品檢測機構已經可以準確檢測出嬰幼兒奶粉中的成分中是否有蛋白粉的添加、市場上的瓜果蔬菜是否還有農藥殘留、食用油里是不是摻雜了有害人體健康的地溝油，而不久前我國有關食品衛生安全部門使用熒光光譜檢測法檢測出某品牌牛奶中含有嚴重超標的大腸桿菌就是一個使用熒光光譜檢測法的一個非常成功的例子。 
　　4 熒光光譜法的缺點及在我國發展的局限性 
　　雖然熒光光譜檢測法比其他食品檢測方法有許多優點，但作為一種剛出現不久的檢測手段，其仍有一些等待完善、改正的缺點和不足。而在熒光光譜法的儀器問題方面尤其體現這種缺點和不足。 
　　（1）關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。在用基本參數法測試時，如果測試樣品里含有C、H、O等元素，會出現誤差。因為制造農藥的物質成分的元素多處于金屬與非金屬分界線之間，而熒光光譜檢測法在金屬與非金屬之間的元素難以做出精確測量，這直接導致了使用熒光光譜檢測法檢測蔬菜瓜果的農藥殘留量的精準度。 
　　（2）不能作為仲裁分析方法，檢測結果不能作為國家認證根據，不能區分元素價態。 
　　因為熒光光譜檢測法檢測中所改變的只是電子的狀態，由基態到激發態再到基態，并不能體現出其元素的價態，故也不能十分精準地測出食品中所含物質。 
　　（3）標準曲線模型需求不時更新，在儀器發生變化或標準樣品發生變化時，標準曲線模型也要變化。由于使用儀器的不同，我們在檢測過后所得出的數據也不同，因此我們所做的標準曲線模型也不同。如此以來，如果對某一確定的物質多次使用不同的儀器進行分析測量后，所得的標準曲線模型不同，這對檢測結果的誤差分析帶來了大大的不便。 
　　（4）我們從技術層面來看，不可否認的是我國的熒光光譜檢測技術和國際的熒光光譜檢測技術仍然有著不小的差距。比如說我國自己研發的X 射線熒光光譜儀器，雖然其使用年限和精準度都可以達到國際水平，然而卻因為我國自主研發能力比較薄弱，熒光光譜儀的重要部件，例如使用年限長的X 射線管，分辨率高的檢測器，其所用的均為海外進口部件，所以我國應該在核心部件和重要技術的研發上加強科技創新，增強自主研發能力，研發出有著高效用、低成本的自主經濟產權的新型設備。 
　　（5）從熒光光譜檢測法的使用層面上來看， 我國無論是在食品質量檢測、食品成分分析還是在轉基因食品的鑒定的過程中，熒光光譜檢測法的使用都將會越來越普遍，其發揮的作用也將會是越來越大的。然而國外的熒光光譜分析檢測設備大多都是幾十萬甚至上百萬，這樣使得我國國內許多機構根本沒辦法承受如此昂貴的儀器購買費用，這在特別大的程度上限制了熒光光譜檢測技術在我國國內應用與發展。 
　　我們應該在熒光光譜檢測分析技術的發展中采納使用自主創新與向國外借鑒相結合的方法，在制造的工藝上和硬件開發方面加大科學研究的投入力度，著眼于系統的集成創新與自我創新。充分有效地學習國際上的先進科學技術，努力得到偉大研究成果；在成果轉化上，把已經檢測的模型在實際生產檢測中推廣應用，逐漸制定與完備高效實用的熒光光譜檢測法在不同食品領域的檢測與使用標準， 推動我國熒光光譜檢測法與國際上的檢測法逐步接軌。 
　　5 熒光光法在未來于食品檢測方面的發展方向 
　　人類社會經濟不斷發展，相應地，人們肯定會對食品檢測提出越來越高的要求，而這也會促使熒光光譜檢測法的改革和創新。 
　　未來熒光光譜檢測法在食品檢測方面的發展會是：科學家們加速研究繪制出各種菌類的圖譜，研發出在線檢測食品安全的熒光光譜檢測軟件，提高光譜檢測的檢測效率，定量分析測定菌類的細胞特征與性能，改正熒光光譜檢測法在分子生物學領域方法的缺點，使光譜檢測的檢測程序更加簡化，讓食品安全檢測的方法向著快速化、自動化、特異性強、靈敏度高和簡單好操作的方向發展。 
　　6 結語 
　　當今時代是個科技飛速發展的時代，各種新生技術如雨后春筍蓬勃生長，我們有理由相信，熒光光譜檢測法會不斷地改革、完善，中國在食品檢測方面將會不斷進步。在不久的將來，我們一定可以看到熒光光譜檢測法在食品檢測方面更好的應用。同時隨著各學科研究的不斷進步，也會出現更加簡單快速的病原微生物檢測方法和檢測體系，相信會有更多快速、簡便、特異的檢測技術得到應用，以滿足人們對食品的更高需求，為人類公共衛生、營養健康與疾病預防事業做出巨大貢獻。 
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